JP2008093956A - 植物性複合材料成形体の製造方法及び植物性複合材料成形体、並びに植物性複合材料の製造方法及び植物性複合材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本成形体の製造方法は、植物性材料(ケナフコア等)と、熱可塑性樹脂(ポリプロピレン及びポリ乳酸等)と、を含有する植物性複合材料からなる成形体の製造方法であって、植物性材料を押し固めて原料ペレットを得る工程と、原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る工程と、植物性複合材料を成形して成形体を得る工程と、を備える。本成形体は、本成形体の製造方法により得られる。
【選択図】なし
Description
(1)木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料からなる成形体の製造方法であって、
上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、
該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、
該植物性複合材料を成形して植物性複合材料からなる成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする植物性複合材料成形体の製造方法。
(2)上記植物性複合材料は、該植物性複合材料全体を100質量%とした場合に、上記植物性材料を50質量%以上含有する上記(1)に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
(3)上記植物性材料は、見掛け比重が上記熱可塑性樹脂より小さい上記(1)又は(2)に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
(4)上記植物性材料の見掛け比重をAとし、上記熱可塑性樹脂の見掛け比重をBとした場合に、A/Bが0.4以下である上記(3)に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
(5)上記原料ペレットの見掛け比重をCとし、上記熱可塑性樹脂の見掛け比重をBとした場合に、C/Bが0.5以上である上記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
(6)上記植物性複合材料は、上記木質植物材料としてケナフのコア材を含有する上記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
(7)上記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする植物性複合材料成形体。
(8)木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料の製造方法であって、
上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、
該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、を備えることを特徴とする植物性複合材料の製造方法。
(9)上記(8)に記載の植物性複合材料の製造方法により得られたことを特徴とする植物性複合材料。
植物性複合材料が植物性材料を50質量%以上含有する場合は、本方法を用いることによる効果を特に得易く、多量の植物性材料を偏在なく熱可塑性樹脂と混合できる。
植物性材料の見掛け比重が熱可塑性樹脂より小さい場合は、本方法を用いることによる効果を更に得易く、熱可塑性樹脂よりも比重が小さい植物性材料を偏在なく熱可塑性樹脂と混合できる。
植物性材料の見掛け比重Aと熱可塑性樹脂の見掛け比重BとがA/B≦0.4である場合は、本方法を用いることによる効果をより更に得易く、熱可塑性樹脂よりも大幅に比重が小さい植物性材料を偏在なく熱可塑性樹脂と混合できる。
原料ペレットの見掛け比重Cと熱可塑性樹脂の見掛け比重BとがC/B≧0.5である場合は、特に均一分散性に優れた植物性複合材料からなる、特に機械的強度に優れた成形体を得ることができる。更にはこのような成形体を生産効率よく得ることができる。
本発明の植物性複合材料によれば、植物性材料を含有するにも関わらず高い機械的強度を有する成形体を得ることができ、更には成形体の品質を高めることができる。
[1]植物性複合材料成形体の製造方法
本発明の植物性複合材料成形体の製造方法は、木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料からなる成形体の製造方法であって、上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、該植物性複合材料を成形して植物性複合材料からなる成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする。
また、植物性材料を構成する植物の種類は特に限定されず種々の植物を用いることができる。この植物としては、例えば、ケナフ、マニラ麻、サイザル麻、ジュート麻、綿花、雁皮、三椏、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹及び各種針葉樹(スギ及びヒノキ等)などが挙げられる。これらの植物は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。尚、植物性材料として用いる植物の部位は特に限定されず、どの部分を用いてもよく、例えば、茎、芯材及び幹等の一部のみを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。
この比重が小さい植物材料が得られる植物としては、上記のなかでもケナフ、ジュート麻及びバガス等が挙げられる。これらの植物は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。この比重が小さい植物材料が得られる植物は一般に成長スピードが早い植物である。
尚、発明にいう比重(見掛け比重)は、平衡水分率(10%)においてJIS Z8807(固体比重測定方法、プラスチックは液中ひょう量方法、ケナフは体積からの測定方法、にて各々測定)に準じて測定した場合の比重値である。
通常、植物体は、その全体で均一の比重を有さず、比重が大きい部分と比重が小さい部分とを有する。比重が小さい部分は、一般に繊維長が短く且つ嵩高い。従って、取扱い性が悪く、また熱可塑性樹脂に含有させた場合の分散性が十分に得られ難い。このため、植物体からこの比重が小さい部分は除去され、比較的比重の大きい部分のみを取り出して、熱可塑性樹脂に混合される。
しかし、本発明の成形体の製造方法では、このような比重差があっても植物体全体を植物性材料としても一体的に用いることができる。このために、比重による材料の分別を行う工程を行う必要とせず、この点においても生産効率に優れている。
特に上記ケナフは、全体の約50体積%以上の比重が小さい木質部であるコア材を有するが、本発明の成形体の製造方法によれば、ケナフのコア材を含む全体を用いることができる他、ケナフのコアのみを用いることもできる。
尚、上記ポリ乳酸は、L−乳酸を構成単位とするポリL−乳酸、D−乳酸を構成単位とするポリD−乳酸、L−乳酸とD−乳酸とを構成単位とするポリDL−乳酸、及びこれらの各種ポリ乳酸の混合物を含む。更に、上記ポリL−乳酸、ポリD−乳酸及びポリ−DL乳酸は、各々の種類の乳酸のみが重合された単独重合体であってもよく、乳酸以外の他の単量体が共重合された共重合体であってもよい。
尚、本発明の成形体の製造方法で用いる植物性複合材料には、上記植物性材料及び上記熱可塑性樹脂以外の他の成分を含有できる他の成分については、本発明の植物性複合材料において後述する。
また、原料ペレットの形状は特に限定されない。即ち、柱形状、ブロック形状、球形状、及び不定形状等とすることができる。但し、最大長さは0.1〜0.5cm程度に収めることが好ましい。
更に、混練工程における混練条件は特に限定されず、熱可塑性樹脂の種類により適宜の条件とすればよいが、例えば、混練開始温度は、ポリプロピレン及びポリ乳酸では170℃以上(より好ましくは180〜200℃、通常230℃以下)とすることが好ましい。
また、植物性材料としてケナフのコア材を用い且つ熱可塑性樹脂としてポリ乳酸を用いる場合、成形温度は170℃以上(より好ましくは180〜220℃、通常220℃以下)とすることが好ましい。特に上記ケナフのコア材を植物性複合材料全体に対して50質量%以上含有する場合、成形温度は170℃以上(より好ましくは170〜190℃、通常200℃以下)とすることが好ましい。
更に、混合工程における混合条件は特に限定されず、熱可塑性樹脂の種類により適宜の条件とすればよいが、例えば、ポリプロピレンでは150℃以下(より好ましくは130℃以下、通常25℃以上)で行うことが好ましい。また、ポリ乳酸では150℃以下(より好ましくは130℃以下、通常25℃以上)で行うことが好ましい。
本発明の植物性複合材料成形体は、本発明の植物性複合材料成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする。
本発明の成形体の形状、大きさ及び厚さ等は特に限定されない。また、その用途も特に限定されない。この成形体としては、例えば、成形材料(ペレット等)が挙げられる。更に、例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の内装材、外装材及び構造材等が挙げられる。即ち、自動車ドアトリム、各種インストルメントパネル、シート構造材、シートバックボード、コンソールボックス、自動車ダッシュボード、デッキトリム、バンパー、スポイラー及びカウリング等が挙げられる。更に、例えば、建築物及び家具等の内装材、外装材及び構造材が挙げられる。即ち、ドア表装材、ドア構造材、各種家具(机、椅子、棚、箪笥など)の表装材、構造材等が挙げられる。その他、包装体、収容体(トレイ等)、保護用部材及びパーティション部材等も挙げられる。
本発明の植物性複合材料の製造方法は、木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料の製造方法であって、上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、を備えることを特徴とする。
即ち、本方法は、前記本発明の成形体の製造方法における成形工程を除いた方法に同じであり、上記植物性複合材料、上記ペレット化工程及び上記混練工程には、前記本発明の成形体の製造方法における各々をそのまま適用できる。
本発明の植物性複合材料は、本発明の植物性複合材料の製造方法により得られたことを特徴とする。本材料には、前記本発明の成形体の製造方法に用いた植物性複合材料をそのまま適用できる。
即ち、本材料は、木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する。そして、本材料は、該植物性複合材料全体を100質量%とした場合に、上記植物性材料を50質量%以上含有することが好ましい。そして、特に、上記木質植物材料を含有し、且つ該木質植物材料がケナフのコア材であるものとすることができる。
上記充填剤としては、無機フィラーを用いることができ、例えば、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、合成ケイ酸及び珪石粉等が挙げられる。更に、これらの無機フィラーの形状は特に限定されず、例えば、粒状、薄片状及び針状等とすることができる。また、無機フィラーの大きさも特に限定されず、例えば、粒子径100nm〜10μmのものが好ましい。
[1]植物性複合材料の製造及びその形成(ペレット化)
実施例1
ケナフのコア材のみを粉砕機に投入して粉砕して捕集機で捕集し、ケナフのコア材からなる平均粒径200μm且つ見掛け比重0.16である植物性材料を得た。
その後、得られた植物性材料に水を含ませて含水率約15%に調整してペレット製造機(ローラーディスクダイ式成形機、株式会社菊川鉄工所製、形式「KP280」、ダイス厚み55mm)に6kg/時間の投入速度で投入し、植物性材料(ケナフのコア材)からなる原料ペレットを得た。得られた原料ペレットの見掛け比重は1.03であった。
次いで、得られた原料ペレット4kgと、ポリプロピレン樹脂ペレット(平均粒径3.0mm、見掛け比重0.9)2.7kgとを、容量20Lのスーパーミキサー(株式会社カワタ製、形式「SMV−20A」)に投入して、炉内温度が130℃になるまで混合を行い、捕集機で捕集し、原料ペレットと熱可塑性樹脂ペレットの混合物を得た。
その後、得られた上記混合物を二軸押出し機(プラスチック工学研究所製、φ30mm、L/D=42)に投入し、シリンダー温度を190℃にして押出し成形して植物性複合材料からなるペレット{植物性材料:熱可塑性樹脂=60:40(質量%)}を得た。
上記実施例1と同様にしてケナフのコア材からなる植物性材料を得た。
その後、ダイス厚みを23mmとした以外は、上記実施例1と同様に原料ペレットを作成した。得られた原料ペレットの見掛け比重は0.7であった。
次いで、原料ペレットを3kgとし、ポリプロピレン樹脂ペレット(平均粒径3.0mm、見掛け比重0.9)を2kgとした以外は、上記実施例1と同様にして、原料ペレットと熱可塑性樹脂ペレットの混合物を得た。
その後、得られた混合物を上記実施例1と同様にして、二軸押出し機で押出し成形して植物性複合材料からなるペレット{植物性材料:熱可塑性樹脂=60:40(質量%)}を得た。
上記実施例1と同様にしてケナフのコア材からなる植物性材料を得た。
その後、上記実施例1と同様に原料ペレット(見掛け比重1.03)を作成した。
次いで、原料ペレットを6kgと、ポリプロピレン樹脂ペレット(平均粒径3.0mm、見掛け比重0.9)を1.5kgとを、WO2004−076044号公報に示された容量40Lの混合溶融装置に投入し、30m/Sにて70秒間混練を行った。
その後、得られた混合物を上記実施例1と同様にして、二軸押出し機で押出し成形して植物性複合材料からなるペレット{植物性材料:熱可塑性樹脂=80:20(質量%)}を得た。
上記実施例1と同様にしてケナフのコア材からなる植物性材料を得た。
その後、上記実施例1と同様に原料ペレット(見掛け比重は1.03)を作成した。
次いで、原料ペレットを4.0kgとし、ポリ乳酸ペレット(平均粒径3.0mm、見掛け比重1.26)を2.7kgとした以外は、上記実施例1と同様にして、原料ペレットと熱可塑性樹脂ペレットの混合物を得た。
その後、得られた混合物を上記実施例1と同様にして、二軸押出し機で押出し成形して植物性複合材料からなるペレット{植物性材料:熱可塑性樹脂=60:40(質量%)}を得た。
上記実施例1と同様にしてケナフのコア材からなる植物性材料を得た。
その後、得られた植物性材料(ケナフのコア材からなる平均粒径200μm且つ見掛け比重0.16)1.5kgと、ポリプロピレンペレット(平均粒径3.0mm、見掛け比重0.9)1.0kgとを、上記実施例1と同様にスーパーミキサーを用いて混合して混合物を得た。
次いで、得られた混合物を上記実施例1と同様にして、二軸押出し機で押出し成形して植物性複合材料からなるペレット{植物性材料:熱可塑性樹脂=60:40(質量%)}を得た。
実施例1〜4及び比較例1で得られた材料(植物性複合材料)を投入して押出成形機を稼働させ、その吐出口からどのような状態で上記材料が押し出されてくるかを目視し、植物性材料と熱可塑性樹脂との分散性を評価した。植物性材料と熱可塑性樹脂との分散性が不十分(不均一な分散)であると、植物性材料が密集して存在する密集部分(塊)が形成される。この密集部分は流動性が低いか又は流動性がないため、連続的に押出成形を行うと次第に成形機の吐出口に集まり、吐出口を詰まらせたり、密集部分が多量に含まれた不均一な押出品を生じて連続的な押し出しを行うことができなくなる。従って、連続的な押出成形を行い、吐出状態を観察することで、上記分散性を評価することができる。
また、比較例1では、植物性材料をペレット化していないために、嵩高く、最大で1.5kgしかスーパーミキサーに投入することができなかった。これに対して、実施例1では比較例1の2.7倍量に相当する4.0kg、実施例2では比較例1の2.0倍量に相当する3.0kg、実施例4では比較例1の2.7倍量に相当する4.0kgを、各々投入することができた。即ち、実施例1、2及び4ではいずれも比較例1に比して2.0倍以上の大量の植物性材料を一度に投入することができ、高い生産効率が得られることが分かる。
Claims (9)
- 木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料からなる成形体の製造方法であって、
上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、
該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、
該植物性複合材料を成形して植物性複合材料からなる成形体を得る成形工程と、を備えることを特徴とする植物性複合材料成形体の製造方法。 - 上記植物性複合材料は、該植物性複合材料全体を100質量%とした場合に、上記植物性材料を50質量%以上含有する請求項1に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
- 上記植物性材料は、見掛け比重が上記熱可塑性樹脂より小さい請求項1又は2に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
- 上記植物性材料の見掛け比重をAとし、上記熱可塑性樹脂の見掛け比重をBとした場合に、A/Bが0.4以下である請求項3に記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
- 上記原料ペレットの見掛け比重をCとし、上記熱可塑性樹脂の見掛け比重をBとした場合に、C/Bが0.5以上である請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
- 上記植物性複合材料は、上記木質植物材料としてケナフのコア材を含有する請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法。
- 請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の植物性複合材料成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする植物性複合材料成形体。
- 木質植物材料及び非木質植物材料のうちの少なくとも一方を含有する植物性材料と、熱可塑性樹脂と、を含有する植物性複合材料の製造方法であって、
上記植物性材料を押し固めて原料ペレットを得るペレット化工程と、
該原料ペレットと熱可塑性樹脂とを混練して植物性複合材料を得る混練工程と、を備えることを特徴とする植物性複合材料の製造方法。 - 請求項8に記載の植物性複合材料の製造方法により得られたことを特徴とする植物性複合材料。
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