JP2010159327A - 高分子吸収体を含む木粉樹脂混合成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、成形性や保形性を維持しながらも、十分な吸水性、保湿性および吸放湿性を有する木粉樹脂混合成形体を提供しようとするものである。
【解決手段】熱可塑性樹脂と木粉と高分子吸収体を含む樹脂組成物を成形してなる成形体であって、前記木粉は、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、木粉の含有量が４０％以上７０％未満であり、前記熱可塑性樹脂は、低密度ポリエチレン樹脂と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂の混合樹脂であるか、または曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂であり、前記高分子吸収体の含有量が、１．５％以上５％未満であることを特徴とする保湿性を有する木粉樹脂混合成形体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子吸収体を含み、吸水性、保湿性、吸放湿性を有する木粉樹脂混合成形体に関する。

従来、木粉と熱可塑性樹脂を混合して、成形品を得る試みは、いろいろとなされているが、例えば射出成形法による成形が可能な程度の木粉添加量では、十分な吸水性あるいは、吸放湿性を得ることはできなかった。逆に必要な吸水性を持たせようとした場合、木粉の含有量が多くなりすぎる結果、成形品の物性や成形性の面で、満足できる製品が得られなかった。

吸水性あるいは、吸放湿性を有する材料としては、珪藻土、天然繊維、木粉、籾殻等の天然物を始めとして、澱粉、セルロース等の天然素材を化学的に修飾した物質や、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸塩等の吸水性樹脂と称される化学物質など、さまざまな物質が知られている。中でもポリアクリル酸塩類は、自身の体積の数１０倍から数１００倍もの水分を吸収保持することができるため、紙おむつなどの衛生用品に広く用いられており、高分子吸収体、高吸水性ポリマー、高吸水性高分子などの呼び名で呼ばれている。熱可塑性樹脂にこれらの高分子吸収体を直接混合することも試みたが、吸水性は、成形品の表面部分のみに留まり、成形品内部の吸水性樹脂は、吸水や吸放湿に与からないことが分かった。

特許文献１には、樹脂１００重量部に、紙片、木粉及びフライアッシュから選ばれる少なくとも１種の充填剤３０〜２５０重量部を分散、含有させた樹脂組成物からなることを特徴とする植物栽培用ポットが記載されており、さらに樹脂１００重量部に対して５〜１０重量部の吸水性樹脂を分散、含有させた植物栽培用ポットが記載されている。発明の詳細な説明の記述は、充填剤として古紙を使用した場合の記述が中心であり、木粉を使用した場合の記述が見当たらないが、吸水性樹脂の含有量について、「５重量部未満では植栽用ポットの吸水性及び保水性が十分に向上しない。また、１０重量部含有すれば十分な効果が奏され、それ以上の配合は必要なく、コストの上昇を招くため好ましくない。」と記載されている。

しかし、本願発明者の実験によると、吸水性樹脂の含有量が５％を超えた場合、成形品の表面に吸水性樹脂の薄膜が形成される結果、表面がぬるぬるすることがあるという問題がある。また、成形品の表面部分が吸水によって大きく変形するという問題がある。特許文献１は、植物栽培用ポットに関する発明であるので、土に接する内面が変形して凹凸になったとしても大きな問題とはならないが、成形品の表面や、場合によっては成形品全体が変形する現象は、用途によっては、致命的な問題となる。

特開平9-322653号公報

本発明の課題は、成形性や保形性を維持しながらも、十分な吸水性、保湿性、および吸放湿性を有する木粉樹脂混合成形体を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂と木粉と高分子吸収体を含む木粉樹脂混合物を成形してなる成形体であって、前記木粉は、２０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、木粉の含有量が４０％以上７０％未満であることを特徴とする保湿性を有する木粉樹脂混合成形体である。

また、請求項２に記載の発明は、前記熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレン樹脂と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂の混合樹脂であるか、または曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ７２０３準拠）が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の木粉樹脂混合成形体である。

また、請求項３に記載の発明は、前記高分子吸収体の含有量が、１．５％以上５％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の木粉樹脂混合成形体である。

本発明に係る木粉樹脂混合成形体は、熱可塑性樹脂と木粉と高分子吸収体を含む木粉樹脂混合物を成形してなる成形体であるため、成形体の内部に木粉に由来する微細な空隙を無数に有しており、しかもこの空隙は、成形体の外部と連通している。このため、成形体の表面に存在する水分は、この空隙を経由して成形体の内部まで到達し、成形体の内部に存在する高分子吸収体に吸着される。水分を吸収した高分子吸収体は、体積が増加するが、成形体の内部には、木粉に由来する空隙が存在するため、この空隙に見合うだけの水分を吸収することができる。この水分の挙動は可逆的であり、なおかつ急激なものではないため、本発明に係る木粉樹脂混合成形体は、吸水性、吸湿性に加え、保湿性、放湿性を備えている。

また、本発明に係る木粉樹脂混合成形体は、木粉として、２０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しない粒径のものを使用し、さらに木粉の含有量を４０％以上７０％未満としたので、成形体内部に適度な空隙を形成することが可能であり、吸水性、吸放湿性に優れている。また成形加工時の成形性や、成形体が吸湿した時の保形性等の物性も満足するものとなる。

また、前記熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレン樹脂と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂の混合樹脂であるか、または曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ７２０３準拠）が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂であるである場合には、成型時の成形性や、成形体の物性、吸湿性のバランスがよく、好ましい結果を与える。

また、前記高分子吸収体の含有量が、１．５％以上５％未満である場合には、成形体の吸湿性と、成形体の物性、表面性等のバランスが良く、好ましい結果を与える。

本発明に係る木粉樹脂混合成形体の内部構造を示した断面模式図である。 本発明に係る木粉樹脂混合成形体を吸湿させた状態を示した断面模式図である。 従来の木粉樹脂混合成形体の断面模式図である。 高分子吸収体のみを分散させた樹脂成形体を吸湿させた状態を示した断面模式図である。

以下図面に従って、本発明に係る高分子吸収体を含む木粉樹脂混合成形体の実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明に係る木粉樹脂混合成形体の内部構造を示した断面模式図である。本発明の木粉樹脂混合成形体１は、熱可塑性樹脂２と木粉３と高分子吸収体４を含む木粉樹脂混合物を成形してなる成形体である。

木粉３としては、２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径であることが必要である。この粒径をμｍで表示すると、概ね３００μｍ〜８００μｍの範囲となる。木粉が２０メッシュの篩を通過しないような粗いものであると、樹脂と均一に分散することが困難になることがあり、また成形性が低下することがある。木粉が５０メッシュを通過するような細かいものであると、成形体の構造が緻密になる結果、内部の空隙が十分に形成されず、吸水性、吸湿性が不十分なものになる。また、木粉樹脂混合物の流動性が悪くなり、成形性が低下する。

木粉の含水率は、１％以上１０％未満が望ましく、より望ましくは３％以上７％未満である。木粉の含水率が１０％以上であると水分が溶出して成型時に水蒸気発泡し、良好な成形品が得られない。また木粉の含水率が１％未満であると成型時の熱によって木粉が炭化しやすくなる。

木粉の添加量は、全体量の４０％以上、７０％未満であることが必要である。４０％未満であると、成形体の内部に形成される空隙が連通したものとならず、独立したものとなる傾向があるため、成形体の表面から入った水分が成形体内部まで到達しない可能性がある。一方、木粉の含有量が全体量の７０％以上である場合には、木粉樹脂混合物の流動性が著しく低下し、成形性の点で問題が生じる危険性がある。木粉の原料となる木材の樹種は特に限定されない。製材所から排出される鋸屑などが有効に利用できる。

熱可塑性樹脂２としては、公知の大半の熱可塑性樹脂が使用可能であるが、コストや性能の面からみて、最も好ましいものとしては、ポリプロピレン樹脂や、ポリエチレン樹脂などのポリオレフィン系樹脂が挙げられる。中でも、低密度ポリエチレン樹脂と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂の混合樹脂であるか、または曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ７２０３準拠）が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂が最も適している。曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ未満であるポリプロピレン樹脂を使用した場合には、木粉の含有量が４０％以上７０％未満の範囲内で、成形品の形状を保持することが可能なだけの十分な強度が得られない場合がある。

上記樹脂の他、エチレン−酢酸ビニル系共重合樹脂（ＥＶＡ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、ポリ乳酸樹脂なども好ましく使用できる。ポリ乳酸樹脂を使用した育苗ポットなどの場合には、生分解性を有するので、ポットの苗をそのままポットごと露地に植えることも可能となる。

一般的に、曲げ弾性率の低い樹脂を使用した場合には、高分子吸収体が膨張しやすくなるために、成形体の吸水率が高くなる傾向があるが、反面、吸水あるいは、吸湿した時の成形体の変形量も大きくなる。

本発明に使用する高分子吸収体４としては、ポリアクリル酸ナトリウムなど公知の高吸水性樹脂が使用できる。樹脂の性状としては、粉末状または細かい顆粒状の樹脂が好ましい。高分子吸収体の配合量としては、重量比で全体の１０％以下が望ましく、５％以上であると成形体の表面に高分子吸収体の膜が形成され、表面がぬるぬるしてしまうことがある。高分子吸収体の好ましい配合量としては、１．５％以上、５％未満であり、さらに好ましくは、２．５％以上３．５％以下である。１．５％未満では、吸水性、吸湿性が十分
発揮されないおそれがある。配合された高分子吸収体は、熱可塑性樹脂と相溶することはなく、図１の模式図で示したように、成形体中に分散された状態で存在している。

本発明に係る成形体を成形する方法については、特に限定されない。板状の製品を製造するのであれば、押し出し成形法が一般的であるが、平面プレスによっても可能である。この他、異形押し出し成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、真空成形法等を用いることが可能である。射出成形法による成形も可能であるが、この場合には、使用する木粉の粒度の下限値を４０メッシュ程度とし、木粉の含有量を６０％以下とするのが、好ましい。

図２は、本発明に係る木粉樹脂混合成形体を吸湿させた状態を示した断面模式図である。熱可塑性樹脂２の中に分散された木粉３は、成形体中に外部と連通した微細な空隙を形成している。従って成形体の外部から供給された水分は、この空隙を経由して成形体内部の高分子吸収体に到達し、これに吸収される。吸湿した高分子吸収体５は、体積が増加するが、木粉に起因する微細な空隙を埋めるように膨張することができるので、一定量の水分を保持することができる。成形体の内部には、たまたまこの空隙に接していない高分子吸収体４も存在しうるが、木粉３の配合量が全体量の４０％以上であれば、実質的に無視できる程度になる。

吸湿した高分子吸収体は、膨潤して体積が増加するので、木粉に由来する微細な空隙以上に膨潤する状況になると、成形体全体の変形や膨張をもたらす結果となる。この成形体が吸湿によって変形する性質は、成形体の用途によって許容される程度が異なるので、一概には規定できないが、熱可塑性樹脂として、ＬＤＰＥとＬＬＤＰＥの混合樹脂を用いるかまたは、曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂を用い、木粉として２０メッシュの篩を通過し、５０メッシュの篩を通過しない粒径のものを使用し、木粉の含有量が４０％以上７０％未満であり、さらに高分子吸収体の含有量が５％未満であれば、特に問題とはならない。

図３は、従来の木粉樹脂混合成形体の断面模式図である。従来の木粉樹脂混合成形体１においては、樹脂２の中に、木粉３が分散した状態となっており、木粉自体が吸放湿性を有しているので、成形体１も吸放湿性を示す。しかし、例えば樹脂としてポリオレフィン系樹脂を用いて、図１に使用したものと同様の木粉を使用した場合、その配合量を成形性に難点が生じるような、例えば８０％とした場合であっても、飽和吸水量は、高々９〜１４％程度であり、吸放湿性の点で満足のできるものではない。

図４は、高分子吸収体のみを分散させた樹脂成形体を吸湿させた状態を示した断面模式図である。このように樹脂２に高分子吸収体４を単純に分散させた場合には、成形体の表面に存在する高分子吸収体の粒子は、吸水して５のように体積が増加するが、成形体の内部に存在する粒子は、周囲を樹脂によって取り囲まれているため、吸水、吸湿することはない。この組成において、内部の高分子吸収体も吸水しうるようにするためには、例えば厚さ１．５ｍｍの樹脂成形体であれば、高分子吸収体の配合量を少なくとも３．５％以上とする必要があり、成形体の物性やコストの面で問題が生じる。

本発明に係る木粉樹脂混合成形体においては、木粉と高分子吸収体とを、バランスよく配合したことにより、それぞれの機能が助け合って効果的に働き、少量の高分子吸収体でも吸水性、吸放湿性の面で十分な効果を発揮する。すなわち、木粉と樹脂の境界面に沿って、成形体の表面から内部に至る連続した高分子吸収体の経路が形成され、このため水分を補充するたびに、高分子吸収体に水分が供給され、高い保湿力を維持するものと考えられる。

本発明の木粉樹脂混合成形体は、植木鉢、苗育成シートや、芝生、ガーデニング用の素
地プレート、ポット等、植物の育成を目的とした用途に用いることにより、水分の保持機能を十分に生かすことができる。また、プラスチックれんが、プラスチック屋根材、プラスチックシート、プラスチックタイル等の建材用として使用した場合には、保持した水分を徐々に放湿することにより、夏季における温度上昇を防止する効果を発揮する。また浴場の天井材や内装材として使用した場合には、表面の結露防止や急激な湿度変化の緩和効果も有するので、水滴の落ちない天井面や、結露しない壁面を実現することができる。
以下実施例に基づいて、本発明に係る木粉樹脂混合成形体について、さらに具体的に説明する。

栂の木粉を３０メッシュの篩にかけて粗粒を除去し、さらに４０メッシュの篩にかけて微粉を除去して、粒径の範囲が４００μｍ〜６００μｍの木粉を作成した。木粉の含水率は５〜１０％の範囲に調整した。この木粉１００重量部に対して、ポリアクリル酸ナトリウム（三洋化成工業社製、高吸水樹脂、ＳＴ５００ＭＰＳＡ）を９重量部を添加し、均一に混合した後、ポリプロピレン樹脂（サンアロマー社製、サンアロマーＰＰ、ＰＭ９２１Ｖ、曲げ弾性率１２５０ＭＰａ）７３重量部を加え、均一に混合した。この木粉樹脂混合物を射出成形機のホッパーに投入し、射出成形法によって、直径７０ｍｍ、高さ９０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの植木鉢を作成した。
＜比較例１＞

実施例１に用いたものと同じ材料と成形型を用いて、同様の形状の植木鉢を作成した。但し、成形材料として木粉を配合せず、ポリプロピレン樹脂９５重量部に対してポリアクリル酸ナトリウム５重量部を混合した混合物を使用した。
＜比較例２＞

実施例１に用いたものと同じ材料と成形型を用いて、同様の形状の植木鉢を作成した。但し、成形材料としては、木粉とポリアクリル酸ナトリウムを配合せず、ポリプロピレン樹脂のみを使用した。

比較実験として、実施例１、比較例１、比較例２で得られたそれぞれの植木鉢に、同量の園芸用の土を入れ、同様の大きさの植物（ストレリチア・レギネ）を植えて同量の水を灌水し、室内の日光の当たる場所に並べて放置した。室内の温度は、２０〜２４℃、湿度は、４５〜６５％であった。土中の水分が失われ、植物の葉が完全に垂れ下がるまでの日数を調べたところ、比較例２の植木鉢に植えたものは、５日、比較例１の植木鉢に植えたものが８日であったのに対して、実施例１の植木鉢に植えたものは、１１日であった。
このように、熱可塑性樹脂に対して、高分子吸収体と木粉を添加して成形した植木鉢では、樹脂単独や、高分子吸収体のみを添加した場合に比較して、保水能力が高まることが分かる。

杉を主体とする針葉樹の鋸屑を粉砕し、２０メッシュの篩で粗粒を除去し、さらに５０メッシュの篩で微粉を除去して、粒径の範囲が３００μｍ〜８００μｍの木粉を作成した。木粉の含水率は、５〜７％の範囲に調整した。この木粉１００重量部に対して、ポリアクリル酸ナトリウム（三洋化成工業社製、高吸水樹脂、ＳＴ５００ＭＰＳＡ）を５重量部添加し、混合した後、ポリプロピレン樹脂（サンアロマー社製、サンアロマーＰＰ、ＰＭ９２１Ｖ、曲げ弾性率１２５０ＭＰａ）１００重量部を加え、均一に混合した。この混合物を押出機のホッパーに投入し、押出し成形法によって断面が５ｍｍ×１００ｍｍの板状の内装材料を作成した。この内装材料を浴場の天井材として施工したところ、従来問題となっていた湯気の結露による天井からの水滴の滴下がなくなった。

１・・・成形体
２・・・樹脂
３・・・木粉
４・・・高分子吸収体
５・・・吸湿した高分子吸収体

Claims (3)

1. 熱可塑性樹脂と木粉と高分子吸収体を含む木粉樹脂混合物を成形してなる成形体であって、前記木粉は、２０メッシュの篩を通過し、かつ５０メッシュの篩を通過しない粒径であり、木粉の含有量が４０％以上７０％未満であることを特徴とする保湿性を有する木粉樹脂混合成形体。
2. 前記熱可塑性樹脂は、低密度ポリエチレン樹脂と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂の混合樹脂であるか、または曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ７２０３準拠）が１２５０ＭＰａ以上のポリプロピレン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の木粉樹脂混合成形体。
3. 前記高分子吸収体の含有量が、１．５％以上５％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の木粉樹脂混合成形体。

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