JP2008163284A - 複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンなどの成分を含有する植物繊維(竹などの繊維)、イソシアネート系樹脂を共に加えて加熱混練する。
前記熱可塑性樹脂は、生分解性樹脂であるとよい。この場合、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基のいずれかを官能基として有するとよい。
また前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なもの(例えばポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体)である場合には、この熱可塑性樹脂に、植物繊維、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物及び有機過酸化物を共に加えて加熱混練する。
【選択図】なし
Description
そこで、竹、ケナフ、サトウキビ、木などの植物繊維を熱可塑性樹脂に混ぜた材料が提案されている。この材料は、植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂と比べ引張弾性率、曲げ弾性率は優れているが、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が劣り、用途が限定される。
また、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維と、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物を共に加えて加熱混練すると、引張強さ、曲げ強さなどの力学特性がよく、耐衝撃性などの力学特性が植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂とほとんど変わらない複合材が得られることを知見し本発明に至った。
請求項2の複合材は、請求項1の熱可塑性樹脂が、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくともいずれかを官能基として有することを特徴とする。
請求項3の複合材は、前記請求項1の熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂であることを特徴とする。
請求項4の複合材は、前記請求項1の熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物0.05〜30重量%、有機過酸化物0.05〜8重量%を共に加えて加熱混練してなることを特徴とする。
請求項5の複合材は、前記請求項4の熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする。
請求項6の製造方法は、セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、この製造した植物繊維1〜70重量%を、0.05〜8重量%のイソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
請求項7の製造方法は、前記請求項6の熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物0.05〜30重量%、有機過酸化物0.05〜8重量%を共に加えて混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
請求項8の製造方法は、前記請求項6の熱可塑性樹脂が、あらかじめその一部を多塩基酸無水物により変性したもの及び/又はあらかじめ多塩基酸無水物により変性していないものであり、この熱可塑性樹脂と共に、前記請求項6の植物繊維及びイソシアネート系樹脂を混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
また、多塩基酸無水物、有機過酸化物の作用により、ポリオレフィン系又はポリスチレン系の熱可塑性樹脂と植物繊維の相溶性がよくなり、力学特性が向上するが、さらにイソシアネート系樹脂を加えると一層向上する。
また、植物繊維は、繊維くずや粉末状のものであってもよい。
さらに、請求項2の複合材は、構成する植物繊維又は熱可塑性樹脂がイソシアネート系樹脂と反応し結合して、力学特性が向上すると思われる。
請求項3の複合材は、土壌に埋め立てると微生物により分解されるので、廃棄などの環境問題をより改善できる。
請求項4の複合材は、引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率などの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂より格段に向上し、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂よりそれぞれ同程度かやや低いが使用に際して問題ない程度であり、力学特性のバランスがよい。
また、請求項1〜5の複合材の耐衝撃性は、植物繊維を入れない熱可塑性樹脂とほとんど遜色なく、従前の熱可塑性樹脂では植物繊維を入れることにより耐衝撃性が大幅に低下するが、これを改善できる。
耐衝撃性を必要とするもの、例えば自動車の内装材やバンパ等の自動車部品に適している。
請求項7の製造方法では、植物繊維、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物を同時に入れ加熱混練するので、製造工程が簡単である。また、製造コストを低減できる。
まず、セルロース及びリグニンなどを含む植物原料から、リグニンなどの除去処理を施さず植物繊維を製造する。
この製造した植物繊維を繊維くず及び粉末状のものも含め、イソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ約140〜250℃に加熱しつつ混練し、複合材を得る。
さらにこの複合材を切断しペレット状にすると、射出成形、押出成形、その他の各種成形をする際に便利である。
混合する植物繊維の量は1〜70重量%である。
これより少ないと力学特性が改善されない。また資源の枯渇、廃棄といった環境問題に対応しない。これ以上多いと耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性が低下する。
植物繊維は、今まで使用されなかった繊維くずであってもよく、また粉末状であってもよい。
また、イソシアネート系樹脂と反応しやすい水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の少なくともいずれかの官能基を有する熱可塑性樹脂を使用すると、前記官能基を有さない熱可塑性樹脂よりも引張り強さ、曲げ強さなどの力学特性が格段に向上する。
これは、イソシアネート系樹脂が植物繊維及び熱可塑性樹脂と反応し結合するためであると思われる。
なお、官能基に水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれも有しない熱可塑性樹脂であっても、イソシアネート系樹脂を加えることにより引張り強さ、曲げ強さなどの力学特性が向上する。イソシアネート系樹脂が、植物繊維と熱可塑性樹脂との接着性を良好にするためであると思われる。また、官能基に水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれも有しない熱可塑性樹脂を使用する場合には、イソシアネート系樹脂との結合の仲立ちをする材料を適宜加えたり、熱可塑性樹脂を一部変性させてもよい。
まず、前記実施形態と同様に植物繊維を製造する。
この製造した植物繊維を繊維くず及び粉末状のものも含め、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物と共に入れ、約140〜250℃に加熱しつつ混練し、複合材を得る。
さらにこの複合材を前記実施形態と同様に切断しペレット状にすると、射出成形、押出成形、その他の各種成形をする際に便利である。
イソシアネート系樹脂、有機過酸化物は、それぞれ0.05〜8重量%、多塩基酸無水物は0.05〜30重量%混合する。これより少ないと、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性が改善されない。また、これ以上であっても、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性がほとんど改善されないか、かえって悪くなる。
熱可塑性樹脂は、例えば、無水マレイン酸変成ポリプロピレンなどのあらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成したものであってもよい。また、あらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成した熱可塑性樹脂を使用する場合は、多塩基酸無水物、有機過酸化物を添加しなくてもよい。
また、あらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成した熱可塑性樹脂は使用する樹脂全てでなく、その一部分であってもよい。
表1:ポリ乳酸樹脂に、イソシアネート系樹脂を0.5重量%混合すると共に、竹繊維の量を変えて加熱混練してなる複合材(試験片)の力学特性
イソシアネート系樹脂を加えた複合材は、イソシアネート系樹脂を加えない複合材より、引張強さ、曲げ強さなどのすべての測定項目の数値(力学特性)がよい。
イソシアネート系樹脂を加えない複合材(表2)は、竹繊維の添加量の増大に伴い引張破断伸び、シャルピー衝撃値が著しく低下する。
イソシアネート系樹脂を加えた複合材(表1)は、竹繊維の含有量の増大により引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率が向上する。また、引張破断伸び、シャルピー衝撃値は、竹繊維の含有量が20重量%であっても、ポリ乳酸樹脂だけのもの(表2の竹繊維含有量0%のもの)とほとんど遜色がない。
また、表4は、ポリプロピレンに、無水マレイン酸1.0重量%、ジクミルパーオキシド0.5重量%と共に、竹繊維の量を変えて加え(イソシアネート系樹脂は添加しない)、175℃に加熱して3〜4分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ3mmの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
表5は、ポリプロピレンに、竹繊維の量を変えて加え(イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシドは添加しない)、175℃に加熱して3〜4分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ3mmの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
表3:ポリプロピレンに、イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシドと共に、竹繊維の量を変えて加え加熱混練してなる複合材(試験片)の力学特性
ポリプロピレンに、イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシド及び竹繊維を共に加えて加熱混練してなる複合材(表3)は、ポリプロピレンに、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシド及び竹繊維を共に加え加熱混練してなる複合材(表4)及びポリプロピレンに竹繊維のみを加え加熱混練してなる複合材(表5)よりも、引張強さ、引張破断伸び、曲げ強さ及びシャルピー衝撃値が向上する。特に、表3の複合材のシャルピー衝撃値は、表5中の竹繊維を含まないもの(竹繊維含有量0%のもの)とほとんど遜色がない。
表3の複合材は、引張弾性率、曲げ弾性率が、表4の複合材及び表5の複合材よりもやや劣るが、上記のとおり他の力学特性は表4の複合材及び表5の複合材よりもよく、力学特性全体のバランスがよい。
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維1〜70重量%、イソシアネート系樹脂0.05〜8重量%を共に加えて加熱混練してなる複合材。
- 前記熱可塑性樹脂が、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくともいずれかを官能基として有することを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物0.05〜30重量%、有機過酸化物0.05〜8重量%を共に加えて加熱混練してなることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする請求項4記載の複合材。
- セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
この製造した植物繊維1〜70重量%を、0.05〜8重量%のイソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする複合材の製造方法。 - 前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物0.05〜30重量%、有機過酸化物0.05〜8重量%を共に加えて混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする請求項6記載の複合材の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、あらかじめその一部を多塩基酸無水物により変性したもの及び/又はあらかじめ多塩基酸無水物により変性していないものであり、
この熱可塑性樹脂と共に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂を混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする請求項6記載の複合材の製造方法。
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