JP2009029927A - 熱可塑性樹脂組成物の製造方法及び成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとを含む熱可塑性樹脂組成物が得られる熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びこの熱可塑性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂（例えば、ポリ乳酸樹脂）とを撹拌機で混合して熱可塑性樹脂組成物を得る。更には、撹拌機が混合を行う混合室を備え、混合により水分散体に含まれる水分を気化させて混合室内を加圧することが好ましい。また、同時に植物材料を混合することができる。本発明の成形体の製造方法は、上記熱可塑性樹脂組成物を押出成形又は射出成形して成形体を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は熱可塑性樹脂組成物の製造方法及び成形体の製造方法に関する。更に詳しくは、熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとを含む熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びこの熱可塑性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法に関する。

近年、二酸化炭素排出量削減や環境保護等の観点から植物・動物等の生物資源を用いた材料及びその技術が注目されている。特に、石油等の鉱物資源を用いた樹脂から生物資源を用いた樹脂へと転換する試みや、鉱物資源から得られた樹脂に生物資源から得られた補強剤等を混合して鉱物資源の使用量を削減する試み等がなされている。しかし、鉱物資源から得られた樹脂は、これまでに種々の物性制御がなされて優れた特性が付与されている。一方で、生物資源から得られる樹脂、例えば、ポリ乳酸等は、耐熱性を向上させたり、結晶化速度を早くしたりして、より優れた物性が達成されつつあるものの、鉱物資源をから得られた樹脂に比べると未だ特性に劣る部分もある。
この問題に対して、樹脂に対してより高い強度を付与する観点から、下記特許文献１及び下記特許文献２に開示されるように、天然材料を混合する技術が知られている。

特開２００４−５０４８２号公報 特開２００６−２０６９１３号公報

上記特許文献１及び２は、いずれも優れた強度向上効果が得られる技術であるが、天然材料を樹脂に混入するには、樹脂と天然材料との間の大きな比重差に起因する混合の難しさがある。また、多量の天然材料を用いることで樹脂の強度を補うことができるものの、樹脂単独では優れている成形性などの特性が低下するという側面がある。このため、より少量の添加で高い特性向上効果が得られる技術や、天然材料の混合と併用できる技術が求められている。
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとを含む熱可塑性樹脂組成物が得られる熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びこの熱可塑性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、樹脂とセルロースナノファイバーとの混合について検討を行った。セルロースナノファイバーは、水等の分散媒と共存された分散体としてしか解繊状態を維持できず、一度、分散媒が失われると繊維が凝集されて塊状となり、その後、分散媒を添加しても解繊状態を復元できない。更に、極めて高い水和性を有することから、通常、粘土状を呈し、固形分濃度１０質量％程度の水分散体であっても高い粘性を有する。このため、固形分濃度が高い水分散体を形成することが困難であり、樹脂との混合においては多量の水分と共に混合を行うこととなり、通常の混練等の操作を行うことができない。
これに対して、本発明者は、熱可塑性樹脂と上記水分散体とを直接的に混合して、熱可塑性樹脂内にセルロースナノファイバーを分散含有できることを知見し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は以下に示す通りである。
（１）セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂とを撹拌機で混合して熱可塑性樹脂組成物を得ることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
（２）上記撹拌機は上記混合を行う混合室を備え、
上記混合により上記水分散体に含まれる水分を気化させて、上記混合室内を加圧する上記（１）に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
（３）上記熱可塑性樹脂は、生分解性樹脂である上記（１）又は（２）に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
（４）上記セルロースナノファイバーの水分散体及び上記熱可塑性樹脂と共に、更に、植物材料を上記撹拌機で混合する上記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
（５）上記植物材料は、ケナフコアである上記（４）に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
（６）上記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の製造方法により得られた熱可塑性樹脂組成物を押出成形又は射出成形して成形体を得ることを特徴とする成形体の製造方法。

本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法によれば、セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂とを直接的に混合することができる。特に１工程で混合を行うことができ量産性に優れる。また、得られた熱可塑性樹脂では、熱可塑性樹脂のみの場合に比べて強度を向上させることができ、特に曲げ物性を向上させる効果に優れる。
水分散体に含まれる水分を気化させて混合室内を加圧した場合は、より短時間で効率よく混合を行うことができる。
熱可塑性樹脂が生分解性樹脂である場合は、環境負荷が小さく、非鉱物資源を原料とすることができ、高い機械的強度等の実用的な特性を得ながら、鉱物資源の使用を抑制できる。
セルロースナノファイバーの水分散体及び熱可塑性樹脂と共に植物材料を撹拌機で混合する場合は、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂と、更には、熱可塑性樹脂に比べて比重が極端に小さく混合が困難な植物材料と、を１工程で混合でき量産性にとりわけ優れる。また、得られた熱可塑性樹脂では、熱可塑性樹脂のみの場合に比べて強度を向上させることができ、とりわけ曲げ物性を向上させる効果に優れる。
植物材料がケナフコアである場合は、より軽く且つ特に曲げ弾性率に優れた成形体形成できる熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。また、ケナフは成長が極めて早い一年草であり、優れた二酸化炭素吸収性を有するため、大気中の二酸化炭素量の削減、森林資源の有効利用等に貢献できる。
本発明の成形体の製造方法によれば、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂とを含有した、強度に優れた成形体を得ることができる。

［１］熱可塑性樹脂組成物の製造方法
セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂とを撹拌機で混合して熱可塑性樹脂組成物を得ることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。

上記「セルロースナノファイバー」は、セルロース及び／又はセルロースの誘導体からなる繊維であり、単繊維の直径は特に限定されないが４〜２０００ｎｍである。また、この単繊維の長さは特に限定されないが１００〜１０００μｍである。更に、水分散体内では、この単繊維は、複数条が集合されて繊維状をなしていてもよい。また、セルロースナノファイバーは強い水和性を有し、水系媒体中で水和することで安定に分散状態（分散体の状態）を維持できる。
本発明で用いるセルロースナノファイバーとしては、単繊維の直径は２０〜３０ｎｍが好ましい。また、この単繊維の長さは特に限定されないが０．１〜１０００μｍ（より好ましくは０．１〜１００μｍ）が好ましい。これらの範囲の単繊維のセルロースナノファイバーは本方法による混合に特に適している。

セルロースナノファイバーの水分散体には、単繊維の直径が２．０μｍを超える繊維を含有してもよいが、セルロースナノファイバーの水分散体全体に対して１０質量％以下（好ましくは５質量％以下）であることが好ましい。この範囲であればセルロースナノファイバーを含有させることによる補強効果をより効果的に得ることができる。

本方法に用いるセルロースナノファイバーの種類は特に限定されず、その製法も特に限定されない。例えば、セルロースナノファイバーとしては、（１）繊維原料（パルプなど）をホモジナイザー（高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置）でミクロフィブリル化して得られたもの、（２）繊維原料（パルプなど）を石臼式摩擦機（グラインダー、摩砕機など）でミクロフィブリル化して得られたもの、（３）繊維原料（パルプなど）をリファイナー（コニカルリファイナー、ディスクリファイナーなど）でミクロフィブリル化して得られたもの、（４）各種バクテリアによって生産されたもの（バクテリアセルロース）、等が挙げられる。更に、上記繊維原料（パルプなど）は薬品処理（リン酸エステル化処理、アセチル化、シアノエチル化など）した後に、各種ミクロフィブリル化をしたものであってもよい。これらの各種セルロースナノファイバーは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、セルロースナノファイバーの繊維原料としては、植物由来の繊維原料、動物由来の繊維原料及び微生物由来の繊維原料のいずれを用いてもよく、これらのうちの２種以上を組み合わせて用いてもよい。植物由来の繊維原料としては、パルプ及び植物材料が挙げられる。このうちパルプとしては再生パルプ、クラフトパルプ及び機械パルプが挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。更に、上記植物材料としては、後述する植物材料をそのまま適用できる。また、上記動物由来の繊維原料としては、例えば、ホヤ由来のセルロースが挙げられる。更に、微生物由来の繊維原料としては、バクテリアセルロースが挙げられる。
尚、本発明にいうセルロースナノファイバーは、その他、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル状微細繊維、微少繊維セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、スーパーミクロフィブリルセルロース等と称される各種微細繊維を含み、更には、これらのうちの少なくとも１種を更に微細化した繊維を含む意味である。

上記「水分散体」は、上記セルロースナノファイバーが含有された分散体であり、分散媒として水を含有する分散体である。この分散媒は、全量が水であることが好ましいが、その一部が水と相溶性を有する他の液体（炭素数３以下の低級アルコール類等）を用いることもできる。この水分散体の固形分濃度は特に限定されないが５０質量％以下（より好ましくは４０質量％以下）であることが好ましい。また、１質量％以上（より好ましくは５質量％以上）であることが好ましい。

本方法におけるセルロースナノファイバーの配合量（固形分換算）は特に限定されないが、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂との合計を１００質量％とした場合に、セルロースナノファイバーは１質量％以上（より好ましくは５質量％以上、通常７０質量％以下）とすることが好ましい。この範囲では、セルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂に混合することによる強度向上効果を得ることができ、特に曲げ強度及び曲げ弾性率を効果的に向上させることができる。更に、この配合量は１５質量％以上とすることが特に好ましい。１５質量％以上とすることでそれ未満の配合量に対してよりも著しく高い補強効果を得ることができる。尚、本方法により得られる熱可塑性樹脂組成物内に含まれるセルロースナノファイバーの含有量は、通常、上記セルロースナノファイバーの配合量と同じである。

上記「熱可塑性樹脂」は、特に限定されず種々のものを用いることができる。例えば、ポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン等）、ポリエステル樹脂｛（ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステル樹脂）、（ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエチレン樹脂）｝、ポリスチレン、ポリアクリル樹脂（メタアクリレート、アクリレート等）、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
これらのなかでは、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂のうちの少なくとも一方であることが好ましい。また、上記ポリオレフィンのなかではポリプロピレンがより好ましい。

一方、ポリエステル樹脂のなかでは、生分解性を有するポリエステル樹脂（以下、単に「生分解性樹脂」ともいう）が好ましい。生分解性樹脂としては、（１）乳酸、リンゴ酸、グルコース酸及び３−ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体、並びに、これらのヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも１種を用いた共重合体、などのヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、（２）ポリカプロラクトン、及び、上記ヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも１種とカプロラクトンとの共重合体、などのカプロラクトン系脂肪族ポリエステル、（３）ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート及びポリブチレンアジペート、などの二塩基酸ポリエステル、等が挙げられる。
これらのなかでは、ポリ乳酸、乳酸と乳酸を除く他の上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリカプロラクトン、及び上記ヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも１種とカプロラクトンとの共重合体が好ましく、特にポリ乳酸が好ましい。
これらの生分解性樹脂は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
尚、上記乳酸にはＬ−乳酸及びＤ−乳酸を含むものとし、これらの乳酸は単独で用いてもよく、併用してもよい。

本方法における熱可塑性樹脂の配合量は特に限定されないが、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂との合計を１００質量％とした場合に、熱可塑性樹脂は９９質量％以下（より好ましくは９５質量％以下、通常３０質量％以上）とすることが好ましい。この範囲では、セルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂に混合することによる強度向上効果を得ることができ、特に曲げ強度及び曲げ弾性率を効果的に向上させることができる。尚、本方法により得られる熱可塑性樹脂組成物内に含まれる熱可塑性樹脂の含有量は、通常、上記熱可塑性樹脂の配合量と同じである。

上記「撹拌機」は、国際公開０４／０７６０４４号パンフレットに記載の撹拌機であって、セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂とを混合するための装置である。この撹拌機１０（以下、図１及び図２参照）は、混合により水分散体に含まれる水分を気化させて、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂との混合を行う混合室内を加圧できる撹拌機であることが好ましい。即ち、混合室１１として耐圧容器を備えることが好ましい。

更に、このような撹拌機１０としては、材料供給室１２と、該材料供給室１２に連接された混合室１１と、該材料供給室１２と該混合室１１とを貫通して回転自在に設けられた回転軸１３と、該材料供給室１２内の該回転軸１３に配設され且つ該材料供給室１２に供給された混合材料を該混合室１１へ搬送するらせん状羽根１４と、該混合室１１内の該回転軸１３に配設され且つ該混合材料を混合する混合羽根１５と、を備える撹拌機が好ましい。
この撹拌機を用いることで、効率よく水分散体に含まれる水分を気化させつつ、混合室内から撹拌機外へは蒸気が排出（安全を確保する程度の蒸気の漏出はよい）されることなく混合室内に保持され、混合室内を高温高圧の状態に維持できる。その結果、熱可塑性樹脂は軟化又は溶融されると共にセルロースナノファイバーの解繊状態を維持でき、熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとを上記混合羽根により混合できるものと考えられる。尚、上記混合材料とは、混合室内で混合されることとなる総ての材料を意味する。更に、上記らせん状羽根は、混合室内で発する蒸気が材料供給室側へ漏出することを防止できるらせん状羽根であることが好ましい。

また、上記混合羽根１５は、上記回転軸１３の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向すると共に、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で該回転軸１３に配設された少なくとも２枚の混合羽根（１５ａ〜１５ｆ）によって構成され、該混合羽根１５の該回転軸１３に対する取付け角は、該回転軸１３に取り付けられる該混合羽根１５の根元部から半径方向外方の先端部まで同一であることが好ましく、更には、上記混合羽根１５が矩形板状をなすことが好ましい。
この構成により、混合羽根は、混合材料を混合室の内壁へ向かって押し付けるように打撃し且つ押し進めることができるものと考えられる。このため、効率よく混合室内の混合材料を発熱させることができ、水分散体に含まれる水分を気化させて、混合室内を加圧できる。また、この構成により、より効率よくセルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂とを混合室内の適した条件下で混合できる。

また、上記混合室は、該混合室を構成する壁に冷却媒体を循環させることができる混合室冷却手段を備えることがより更に好ましい。この構成により、混合室内の過度な温度上昇を抑制でき、熱可塑性樹脂の分解を防止できる。
更に、上記回転軸を支持している軸受部に、混合室内と混合室外とを通気する溝を備え、該溝を介して、混合室外の空気を混合室内に吸気でき、また、混合室内で混合時に材料の剪断、摩擦及び／又は圧縮による発熱により脱水された脱水成分の排出ができることが特に好ましく、更には、該溝は螺旋状であることが好ましい。この構成により、混合室内が過度な加圧状態となることを防止して、混合室内の圧抜きを行うことができる。このため、より安全に熱可塑性樹脂組成物を製造できる。

上記「混合」は、撹拌機を用いて行うものである。この混合では、どのような現象が生じているのかは定かではないが、以下の現象を生じていることが考えられる。即ち、混合室内で混合羽根により剪断、摩擦及び／又は圧縮により各混合材料が発熱されて、上記水分散体内に含まれる水分が気化される。しかし、混合室外への蒸気の排出経路がないため（回転軸の軸受けに設けられた溝が排出経路として形成できるものの小さいために混合室内の圧力を常圧程度にまで下げるには至らない）、混合室内が加圧状態となる。これにより、通常であれば、水分散体から水が気化されると解繊状態を維持できないはずであるセルロースナノファイバーが、解繊状態を維持することができるものと考えられる。更に、混合室内の温度が熱可塑性樹脂の軟化又は溶融温度にまで昇温されると、混合室内では熱可塑性樹脂が軟化又は溶融される。これにより、熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとが混合羽根により物理的に混合できるものと考えられる。更に、熱可塑性樹脂と親和性が極めて低い水が混合時に存在していても、蒸気として存在しているために、混合される熱可塑性樹脂内への侵入が少なく、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂との混合を阻害しないものと考えられる。

この混合における各種条件は特に限定されるものではないが、前述の如く上記水分散体に含まれる水分を気化させて混合室内を加圧するように行うことが好ましい。
この混合時の上記混合室内の圧力は特に限定されないが、常圧（例えば、０．１０１３ＭＰａ）を超える圧力である。圧力の上限は特に限定されないものの１００ＭＰａ以下（より好ましくは７ＭＰａ以下、更に好ましくは５ＭＰａ以下、特に好ましくは３ＭＰａ以下）であることが好ましい。また、温度は特に限定されないが、混合室外壁の温度を２００℃以下（より好ましくは１５０℃以下、更に好ましくは１２０℃以下）に制御することが好ましく、更には、５０℃以上（より好ましくは６０℃以上、更に好ましくは８０℃以上）に制御することが好ましい。また、この温度は１０分以内（より好ましくは５分以内）に到達させることが好ましい。短時間で高温にすることで急激に水分を蒸散させると共に上記混合を行うことができ、セルロースナノファイバーが分散媒から解離される時間を短くして解繊状態を維持し易く、また、熱可塑性樹脂の劣化も抑制できる。更に、上記温度範囲とするのも１５以内（より好ましくは１０分以内）とすることが好ましい。

また、上記温度の制御は、撹拌機の混合羽根の回転速度を制御することによって行うことが好ましい。より具体的には、混合羽根の先端の回転速度を５ｍ／秒〜５０ｍ／秒となるように制御することが好ましい。この範囲に制御することで、上記水分散体内の水分の気化効率をとりわけ向上させることができ、また、セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂とをより強力に混合できる。
尚、混合羽根に加えて、上記温度及び圧力は前述した混合室冷却手段及び／又は回転軸冷却手段を加えて制御することができる。

更に、この混合における終点は特に限定されないが、上記回転軸に負荷されるトルクの変化により決定できる。即ち、上記回転軸に負荷されるトルクを測定し、そのトルクが最大値となった後に混合を停止することが好ましい。これにより、分散性よくセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂内に混合できる。更に上記トルクの最大値となった後にトルクが低下し始めてから混合を停止させることがより好ましい。特に最大トルクに対して４０％以上（とりわけ好ましくは５０〜８０％）のトルク範囲で混合を停止することが特に好ましい。これにより、より分散性よくセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂内に混合できると共に、混合室内部から混合物（熱可塑性樹脂組成物）を１６０℃以上の温度で取り出すことができ、混合室内に熱可塑性樹脂組成物が付着して残存されることをより効果的に防止できる。

本発明の熱可塑性樹脂組成物には、上記セルロースナノファイバーの水分散体及び熱可塑性樹脂以外の他の成分を混合できる。他の成分としては、植物材料が挙げられる。
即ち、セルロースナノファイバーの水分散体及び熱可塑性樹脂と共に、更に、植物材料を撹拌機で混合する熱可塑性樹脂組成物の製造方法とすることができる。
この植物材料としては、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、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、各種針葉樹（スギ及びヒノキ等）、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物材料が挙げられる。この植物材料は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。

また、上記植物材料として用いる植物体の採用部位は特に限定されず、木質部、非木質部、葉部、茎部及び根部等の植物体を構成するいずれの部位であってもよい。更に、特定の部位から得られた植物材料のみを用いてもよく２ヶ所以上の異なる部位から得られた植物材料を併用してもよい。
尚、本発明におけるケナフとは、木質茎を有する早育性の一年草であり、アオイ科に分類される植物である。学名におけるｈｉｂｉｓｃｕｓ ｃａｎｎａｂｉｎｕｓ及びｈｉｂｉｓｃｕｓ ｓａｂｄａｒｉｆｆａ等が含まれ、更に、通称名における紅麻、キュウバケナフ、洋麻、タイケナフ、メスタ、ビムリ、アンバリ麻及びボンベイ麻等が含まれる。
また、本発明におけるジュートとは、ジュート麻から得られる繊維である。このジュート麻には、黄麻（コウマ、Ｃｏｒｃｈｏｒｕｓ ｃａｐｓｕｌａｒｉｓ Ｌ．）、及び、綱麻（ツナソ）、シマツナソ並びにモロヘイヤ、を含む麻及びシナノキ科の植物を含むものとする。

更に、植物材料のなかでも、ケナフから得られた植物材料が好ましく、特にケナフの靭皮から得られたケナフ繊維、及び／又はケナフの木質部から得られたケナフコアを用いることが好ましい。このうち特にケナフコアを用いた場合には、ケナフ繊維を用いた場合に比べて軽量で且つより高い曲げ弾性率を得ることができる。

また、植物材料の形状は特に限定されないが、繊維状体及び粒状体が挙げられる。即ち、例えば、植物材料から取りだした植物繊維（ケナフ靭皮繊維）等の繊維状体、及び、植物材料を粉砕及び／又は破砕した粒状体（ケナフコア粉砕物など）である。但し、繊維状体である場合、その単繊維径は２μｍを超え、通常、１０μｍ以上である。
このうち繊維状体である場合、その繊維長は１０ｍｍ以上とすることができる。繊維長が１０ｍｍ以上であれば、得られる熱可塑性樹脂組成物を用いた成形体においてより高い強度（曲げ強度及び曲げ弾性率等）を得やすい。この繊維長は１０〜１５０ｍｍが好ましく、２０〜１００ｍｍがより好ましく、３０〜８０ｍｍが特に好ましい。更に、通常、繊維径は２μｍを超えて１ｍｍ以下である。繊維径が２μｍを超えて１ｍｍ以下であれば成形体で特に高い強度が得られる。この繊維径は０．０１〜１ｍｍが好ましく、０．０５〜０．７ｍｍがより好ましく、０．０７〜０．５ｍｍが特に好ましい。更には１〜１０ｄｔｅｘであることが好ましい。また、上記範囲を外れる形態の繊維は、植物材料全体の１０質量％以下に抑えることが好ましい。これにより得られる成形体の強度を高く維持できる。
一方、植物材料として粒状体（粉砕粒子状、板チップ状、不定形破砕物状などを含む）を用いる場合、その平均粒径（平均最大長さ）は７ｍｍ以下（好ましくは０．３〜５ｍｍ、より好ましくは０．５〜３ｍｍ、通常０．１ｍｍ以上）とすることが好ましい。

植物材料を熱可塑性樹脂組成物に含有させる場合、用いる植物材料の量は特に限定されないが、植物材料、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の合計を１００質量％とした場合に、植物材料は３０質量％以上（好ましくは５０質量％以上、更には６０質量％以上、通常９０質量％以下）とすることが好ましい。この範囲では植物材料及びセルロースナノファイバーの含有により相乗的に優れた強度（特に曲げ強度及び曲げ弾性率）を得ることができる。

本方法による熱可塑性樹脂組成物には、上記セルロースナノファイバー及び上記熱可塑性樹脂、並びに植物材料以外にも他の成分を含有できる。他の成分としては、熱可塑性樹脂として前記ポリエステル樹脂を用いる場合のカルボジイミド化合物が挙げられる。
カルボジイミド化合物としては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩などが挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。

カルボジイミドの使用量は特に限定されないが、用いる前記ポリエステル樹脂（特にポリ乳酸）の全体を１００質量部とした場合に０．１〜５質量部が好ましい。この範囲では、カルボジイミド化合物を用いたことによる生分解性樹脂の加水分解抑制作用をより効果的に得ることができる。更に、カルボジイミド化合物の上記量は０．１〜２質量部がより好ましく、０．５〜１．０質量部が特に好ましい。この範囲では、カルボジイミド化合物による上記加水分解抑制作用及びコスト面から鑑みてとりわけ効果的に得ることができる。

その他、本方法では、セルロースナノファイバー、熱可塑性樹脂、植物材料及びカルボジイミド以外の更に他の成分を配合できる。更に他の成分としては、各種帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤等を混合することができる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
また、上記他の成分及び更に他の成分の混合は、（１）セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂との混合の際に併せて行ってもよく、（２）セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂との混合物に他の成分を混合してもよく、（３）その他の工程で混合してもよい。これらのなかでは上記（１）が製造効率の面から好ましい。

［２］成形体の製造方法
本発明の成形体の製造方法は、前記本発明の製造方法により得られた熱可塑性樹脂組成物を押出成形又は射出成形して成形体を得ることを特徴とする成形体の製造方法。
前記熱可塑性樹脂の製造方法により得られた熱可塑性樹脂組成物は、押出成形又は射出成形することが賦形することができる。これらの成形は、撹拌機に押出成形機又は射出成形機を接続して行うことができる。また、得られた熱可塑性樹脂組成物を冷却した後に破砕機等を用いてチップ化した後に、このチップを押出成形機又は射出成形機に投入して成形を行ってもよい。

本方法により得られる成形体の形状、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。この成形体は、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に用いられる。このうち自動車用品としては、自動車内装材、自動車用インストルメントパネル、自動車用外装材等が挙げられる。具体的には、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、自動車用ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、自動車用ダッシュボード、各種インストルメントパネル、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が挙げられる。

尚、前記［１］に述べた熱可塑性樹脂組成物の製造方法により、熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーの水分散体とを混合して熱可塑性樹脂組成物（熱可塑性樹脂とセルロースナノファイバーとを含有し、植物材料を含有しない熱可塑性樹脂組成物）を得た後、この熱可塑性樹脂組成物を紡糸して繊維形状にした熱可塑性樹脂製繊維と、前記植物材料と、を混繊（エアーレイにより同時堆積させる等）してマット形状、更にはボード形状に直接成形して成形体を得ることもできる。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
［１］熱可塑性樹脂組成物の製造及び成形体（試験片）の製造
<実施例１>
熱可塑性樹脂であるポリ乳酸樹脂（トヨタ自動車株式会社製、品名「Ｕ’ｓ Ｓ−１２」）２７０ｇと、セルロースナノファイバーの水分散体（固形分濃度１０質量％）３００ｇと、を撹拌機（株式会社エムアンドエフ・テクノロジー製、ＷＯ２００４−０７６０４４号に示された器機）の材料供給室に投入した後、混合材料（ポリ乳酸樹脂及びセルロースナノファイバーの水分散体）を混合室内で撹拌して混練した。そして、混合羽根が配設された回転軸にかかる負荷（トルク）が上昇し、最大値となってから低下し始めたところで撹拌を停止した（約１５０秒間混合した）。停止時には混合室内の熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂は半溶融状態であった。得られた熱可塑性樹脂組成物を撹拌機から排出し、放冷して、セルロースナノファイバーが１０質量％配合された熱可塑性樹脂組成物（塊状物）を得た。

得られた熱可塑性樹脂組成物を破砕機を用いて５ｍｍ角程度に破砕して熱可塑性樹脂組成物チップを得た。得られた熱可塑性樹脂組成物チップを射出成形機（宇部興産機械株式会社製、形式「ＭＤ３５０Ｓ−ＩＩＩＤＰ」）に投入し、シリンダー温度１９０℃、型温度５０℃の条件で射出成形して厚さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１１０ｍｍの板状の試験片を得た。

<実施例２>
ポリ乳酸樹脂の配合量を２４０ｇ、セルロースナノファイバーの水分散体（固形分濃度１０質量％）の配合量を６００ｇ、とし、混合（撹拌）時間を１８０秒した以外は、実施例１と同様にして、セルロースナノファイバーが２０質量％配合された熱可塑性樹脂組成物（塊状物）を得た。その後、上記実施例１と同様にして試験片を得た。

<実施例３>
ポリ乳酸樹脂（実施例１と同様）１２０ｇと、セルロースナノファイバーの水分散体（実施例１と同様）８００ｇと、植物材料としてケナフコア粉砕物（平均粒径１．０ｍｍ）２００ｇと、を撹拌機（実施例１と同様）の材料供給室に投入した後、混合材料（ポリ乳酸樹脂、セルロースナノファイバーの水分散体及びケナフコア粉砕物）を混合室内で実施例１と同様にして２４０秒間撹拌して混練し、セルロースナノファイバーが２０質量％、ケナフコア粉砕物が５０質量％、配合された熱可塑性樹脂組成物（塊状物）を得た。その後、上記実施例１と同様にして試験片を得た。

<比較例１>
ポリ乳酸樹脂（実施例１と同様）のみを用い、実施例１と同様にして射出成形（但し、型温度は４０℃）して試験片を得た。

<比較例２>
ポリ乳酸樹脂（実施例１と同様）１８０ｇとし、セルロースナノファイバーの水分散体を配合せず、ケナフコア粉砕物（実施例１と同様）４２０ｇと、を撹拌機（実施例１と同様）の材料供給室に投入した後、混合材料（ポリ乳酸樹脂及びケナフコア粉砕物）を混合室内で実施例１と同様にして１３０秒間撹拌して混練し、ケナフコア粉砕物が７０質量％配合された熱可塑性樹脂組成物（塊状物）を得た。その後、上記実施例１と同様にして試験片を得た。

［２］成形体（試験片）の評価
（１）曲げ強さ及び曲げ弾性率の特性評価
実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた各試験片（厚さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１１０ｍｍの板形状）の曲げ強さ及び曲げ弾性率を測定した。この測定に際しては、各試験片を支点間距離（Ｌ）６４ｍｍとした２つの支点（曲率半径５ｍｍ）で支持しつつ、支点間中心に配置した作用点（曲率半径５ｍｍ）から速度２ｍｍ／分にて荷重の負荷を行い、ＪＩＳ Ｋ７１７１に従って、曲げ強さ及び曲げ弾性率を算出した。

［３］実施例の効果
実施例の結果から、本方法によれば、セルロースナノファイバーの脱水と熱可塑性樹脂との混合を同時に極めて短時間で行うことができる。特に１工程でセルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂とを混合することが、量産性に優れる。また、目視による熱可塑性樹脂組成物の不均一性は認められず、曲げ強度及び曲げ弾性率の結果からも、熱可塑性樹脂内にセルロースナノファイバーが均一に分散されていることが分かる。

また、表１の結果から、比較例１のポリ乳酸樹脂のみからなる試験片に比べて、実施例１のセルロースナノファイバーを添加した試験片は、セルロースナノファイバーの配合量が１０質量％と少ないにも関わらず、曲げ強度において１２％、曲げ弾性率において２１％、と共に向上されていることが分かる。

同様に、比較例２と実施例３とを比べると、ケナフコア粉砕物を単独で添加する（比較例２）のに比べて、セルロースナノファイバーを併用した場合には曲げ強度及び曲げ弾性率共に向上させることができることが分かる。即ち、比較例２に対して実施例３は、曲げ強度において２２％、曲げ弾性率において６％、と共に向上されていることが分かる。また、この効果は曲げ強度においてより優れていることが分かる。

また、実施例１と実施例２を比べると、セルロースナノファイバーの配合量を２０質量％にすることで、実施例１に対して曲げ強度は２７％、曲げ弾性率は２０％、と実施例１に比べても大幅な強度向上効果が認められた。特に比較例１と実施例２とを比べると、曲げ強度は４３％ときわめて効果的に向上されていることが分かる。
これらの実施例１〜３及び比較例１〜２の結果から、セルロースナノファイバーを添加することで従来に比べて脆さを改善して、硬く且つ適度な柔軟性を有する成形品を得ることができることが分かる。

本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法及び成形体の製造方法は、自動車関連分野及び建築関連分野などにおいて広く利用される。特に自動車、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に好適であり、なかでも自動車用品としては、自動車内装材、自動車用インストルメントパネル、自動車用外装材等に好適である。具体的には、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、自動車用ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、自動車用ダッシュボード、各種インストルメントパネル、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、外装材及び構造材にも好適である。具体的には、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としても好適である。

撹拌機の一例を示す模式的な断面図である。 撹拌機に配設された混合羽根の一例を示す模式的な側面図である。

符号の説明

１０；撹拌機、１１；混合室、１２；材料供給室、１３；回転軸、１４；らせん状羽根、１５及び１５ａ〜１５ｆ；混合羽根。

Claims (6)

1. セルロースナノファイバーの水分散体と熱可塑性樹脂とを撹拌機で混合して熱可塑性樹脂組成物を得ることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
2. 上記撹拌機は上記混合を行う混合室を備え、
   上記混合により上記水分散体に含まれる水分を気化させて、上記混合室内を加圧する請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
3. 上記熱可塑性樹脂は、生分解性樹脂である請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
4. 上記セルロースナノファイバーの水分散体及び上記熱可塑性樹脂と共に、更に、植物材料を上記撹拌機で混合する請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
5. 上記植物材料は、ケナフコアである請求項４に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の製造方法により得られた熱可塑性樹脂組成物を押出成形又は射出成形して成形体を得ることを特徴とする成形体の製造方法。

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