JP2011162705A - 木質樹脂組成物及び木質ペレット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の木質樹脂組成物は、木質材料を水蒸気によって加熱処理した水蒸気処理木質材料と樹脂とが混合された木質樹脂組成物であって、前記樹脂はポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性ポリオレフィンとを含むことを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
例えば、特許文献1では、木質材料を水蒸気処理することによって可塑性を付与し、さらにこれに熱可塑性樹脂を混合した木質樹脂組成物が記載されている。この木質樹脂組成物は射出成形することによって成形体を得ることができる。
したがって、本発明の木質樹脂組成物によれば、成形時の流動性に優れ、成形を容易に行うことができる。
以上のように、本発明においては、水蒸気処理木質材料へポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性ポリオレフィンとが混合されるのであるが、これに加えて他の樹脂を混合してもよい。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のオレフィン系熱可塑性合成樹脂等を混合してもよい。
また、同様の観点から、前記ポリエチレンオキサイドは0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、マレイン酸変性ポリオレフィンは0.5質量%以上10質量%以下が好ましい。
ここで、「木質材料」とは、リグニンとヘミセルロースとセルロースとを含有するリグノセルロース系材料のことである。「木質」という単語がその名称に付されているが、木材に限らず、草本類からも採取することが可能である。このような木質材料は、例えば、ブナ、ナラ、カバ、キリ等の広葉樹、スギ、ヒノキ、カラマツ等の針葉樹、竹等樹木から採取することが可能である。また、ケナフ、トウモロコシ、サトウキビ、麻、イグサ、イネなどの草本類から採取することが可能である。あるいは、家屋解体物、家具解体物、木屑、間伐材、籾殻、木粉、古紙、剪定枝、刈り草、落ち葉、サトウキビの圧搾滓(バガス)
などの廃棄物から採取することも可能である。さらに、木質材料は、殆どリグニンを含まない上質紙の古紙と、パルピングの工程で廃棄物として排出されるリグニンとを混合することによって得ることも可能である。これらの中でも、好ましいものとしては竹粉が挙げられる。本発明においては、これらの木質材料の2種以上を組み合わせて用いることも可能である。
その理論的な根拠は必ずしも明らかではないが、木質材料中のヘミセルロースが加水分解され、リグニンは一部が分解・分断されるため、こうして生成されたヘミセルロースの加水分解生成物やリグニンの分解・分断された物質が加熱により溶融し、可塑化させることによって、この木質系材料をプラスチックのように自由な形状に成形することが可能になるものと考えられる。
ポリエチレンオキサイドは、一般に重量平均分子量2万〜1000万のものが知られており、本発明においては、いずれの分子量のものも使用できる。但し、水蒸気処理木質材料への流動性付与の観点からは、重量平均分子量5万〜600万のものが好適に使用され、好ましくは重量平均分子量6万〜50万のものが使用され、更に好ましくは重量平均分子量15万〜30万のものが使用される。ポリエチレンオキサイドは市販のものを用いることができ、例えば明成化学工業株式会社製のアルコックス(登録商標)を用いることができる。
マレイン酸変性ポリオレフィンは、本発明においては、無水マレイン酸とポリオレフィンとの共重合体のことを指し、グラフト重合体が好適に使用される。マレイン酸変性ポリオレフィンとしては、ポリオレフィン単独重合体と共重合体のいずれであってもよく、好ましくはホモポリエチレン、ホモポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体及びエチレン−プロピレン−αオレフィン共重合体が使用され、更に好ましくはエチレン−プロピレン共重合体およびエチレン−プロピレン−αオレフィン共重合体が使用され、最も好ましくはエチレン−プロピレン共重合体が使用される。マレイン酸変性ポリオレフィンは市販のものを用いることができ、例えば、三井化学社製のハイワックス1105A及びハイワックス2203A、三洋化成工業社製のユーメックス1010及びユーメックス2000等を用いることができる。
(1)マレイン酸変性ポリオレフィンを木質材料に添加すると、木質材料の表面にマレイン酸変性ポリオレフィンが付着し、木質材料の表面が疎水性に変性される。疎水性に変性された木質材料の表面は、親水性のポリエチレンオキサイドとの親和性が低くなり、摩擦抵抗が低減されることになる。
(2)使用される木質材料が水蒸気処理によって変性された木質材料であることによって、木質材料表面とマレイン酸変性ポリオレフィンとの親和性が高くなり、これによっても流動性が向上する。
実施例1の木質樹脂組成物は、木質材料として孟宗竹の粉末を用いたものであり、図1に示す工程に従って製造した。以下、各工程について詳述する。
まず、第1工程S1として木質材料となる孟宗竹の粉末(市販品)の水蒸気加熱処理を行い(200℃、飽和蒸気圧、20分)、水蒸気処理竹粉とした。
そして、上記水蒸気処理竹粉を、屋外で自然乾燥させた。
さらに、第3工程S3として、乾燥した水蒸気処理竹粉を粉砕機で粉砕した後、1mmスクリーンで篩分けをし、1mmスクリーンを通った水蒸気処理竹粉を200メッシュの篩で篩分けをし、通過分を分取した。
そして、第4工程S4として、含水率が1%程度になるまで乾燥機で乾燥させた。
さらに、第5工程S5として、乾燥した水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイド(明成化学工業株式会社製 商品名:アルコックスR-150 重量平均分子量10〜17万)とマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学株式会社製 商品名 ハイワックス1105A 重量平均分子量1500)とを98:1:1の質量割合で混合した。
最後に、第6工程S6として、水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体との混合物を二軸押出機(株式会社テクノベル製KZW-25TW)にて溶融混練しながら押出し(溶融温度120℃ 出口温度140℃)、ペレット状に裁断して、径4mm高さ3mmの円柱形状の木質ペレットを得た。
実施例2では水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体とを94:3:3の質量割合で混合した。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
実施例3では水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体とを90:5:5の質量割合で混合した。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
実施例4では水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性ポリエチレン・プロピレン共重合体とを80:10:10の質量割合で混合した。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
実施例5では木質材料として杉粉を用いた。その他については実施例4と同様であり、説明を省略する。
比較例1では水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとを90:10の質量割合で混合し、マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体は加えなかった。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
比較例2では水蒸気処理竹粉とマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体とを90:10の質量割合で混合し、ポリエチレンオキサイドは加えなかった。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
比較例3では水蒸気処理を行ってない乾燥した竹粉を粉砕機で粉砕した後、1mmスクリーン及び200メッシュの篩で篩分けし、通過した非水蒸気処理竹粉を用いた。非水蒸気処理竹粉とポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体とを80:10:10の質量割合で混合した。その他については実施例1と同様であり、説明を省略する。
以上のようにして調製した実施例1〜3並びに比較例1及び2の木質ペレット化についての評価を表1に示す。また、実施例2及び実施例3におけるペレット化の射出成形における効果の評価を表2に示す。さらに、実施例1の木質ペレットの写真を図2に示す。
以上のようにして調製した実施例1の木質ペレットを原料とし、射出成形機を用いて、電子部品の端子台、鍋取手部品、朱肉容器及びネーム印の成形品を作製した。その結果、図3(端子台)、図4(鍋取手部品)、図5(朱肉容器)及び図6(ネーム印)に示すように、成形寸法や外観的に十分実用に耐える成形品を得ることができた。
ポリエチレンオキサイドの分子量の違いによる流動性への影響を調べるため、実施例1の木質ペレットの製造過程の中間原料である水蒸気処理竹粉と、様々な分子量のポリエチレンオキサイド(試験例1では重量平均分子量6万、試験例2では重量平均分子量15万、試験例3では重量平均分子量30万、試験例4では重量平均分子量50万、試験例5では重量平均分子量450万)とを90:10(質量比)で混合した場合の押出流動性をフローテスター(島津製作所製 CFT-500C)にて測定した。
また、ポリエチレンオキサイドの分子量(MW)の影響については、450万から30万については、分子量(MW)が小さいほど、単位時間当たりのピストン降下量は大きくなり、メルトフローレート(MFR)は大きくなった。ただし、ポリエチレンオキサイドの分子量(MW)が30万よりも小さくなると、単位時間当たりのピストン降下量は小さくなり、メルトフローレート(MFR)も小さくなることが分かった。以上の結果から、成形時の流動性を良好にさせるためには、ポリエチレンオキサイドの分子量(MW)を3万以上100万以下とすることが好ましく、さらに好ましいのは4万以上70万以下であり、最も好ましいのは6万以上50万以下であることが分かった。
(実施例6及び比較例4)
実施例6及び比較例4では、木質材料として孟宗竹の粉末を用い、丸棒金型及びシート金型による押出成形試験を行った。
すなわち、実施例6では、実施例1における上記第1工程S1〜第4工程S4と同じ工程を行い、次に水蒸気処理竹粉90.5重量部に対してポリエチレン4.8重量部とポリエチレンオキサイド3.8重量部とマレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体0.9重量部の割合で木質樹脂組成物を調製し、これを用いて径13mmの丸棒及びシート(厚さ4mm、幅100mm)を製造した。
一方、比較例4では、竹粉の水蒸気による加熱処理(第1工程S1)を行わなかったこと以外は、実施例6と同様にして径13mmの丸棒及びシート(厚さ4mm、幅100mm)を製造した。
これに対して、竹粉の水蒸気による加熱処理を行わなかった比較例4では、丸棒成形において、20A以上となり、過負荷によって成形機が停止して、成形できなかった。また、シート成形においても30MPa以上となって過負荷によって成形機が停止して、成形できなかった。
比較例5〜8では、木質材料として杉又は孟宗竹の粉末を用い、下記表3に示す組成及び条件で丸棒あるいはシートの押出成形試験を行った。金型は上記比較例4で用いたものと同じである。
なお、表3の木質材料の欄に示す#○○〜○○の表記は、木質材料の粒度を表すものであり、例えば#20〜60は、20メッシュの篩を通過し60メッシュの篩は通過しない木質材料を用いて押出成形試験を行ったことを表している。
(比較例10)
比較例10では、実施例1における中間原料で得た水蒸気処理竹粉90重量%と、低密度ポリエチレン5質量%と、マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学株式会社製 商品名 ハイワックス1105A 重量平均分子量1500)とを混合した。その他の条件は実施例1と同様である。
比較例11では、実施例1における中間原料で得た水蒸気処理竹粉90重量%と、ポリエステル(商品名:UE3300、ユニチカ社製、分子量8000、水酸基価 18mgKOH/g 酸価1 mgKOH/g)5質量%とを混合した。その他の条件は実施例1と同様である。
S2…第2工程
S3…第3工程
S4…第4工程
S5…第5工程
S6…第6工程
Claims (5)
- 木質材料を水蒸気によって加熱処理した水蒸気処理木質材料と樹脂とが混合された木質樹脂組成物であって、
前記樹脂はポリエチレンオキサイドとマレイン酸変性ポリオレフィンとを含むことを特徴とする木質樹脂組成物。 - 前記水蒸気処理木質材料は80質量%以上99質量%以下であり、前記ポリエチレンオキサイドは0.5質量%以上10質量%以下であり、マレイン酸変性ポリオレフィンは0.5質量%以上10質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の木質樹脂組成物。
- 木質材料を水蒸気によって加熱処理する温度は150℃以上230℃以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の木質樹脂組成物。
- 前記水蒸気処理木質材料は竹粉由来であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の木質樹脂組成物。
- 請求項1乃至4のいずれか1項記載の木質樹脂組成物からなることを特徴とする木質ペレット。
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