JP2011230481A - 樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】低伸縮性であり、基材の熱可塑性樹脂を高発泡化でき、軽量で釘打ちが容易な樹脂成形体の提供。
【解決手段】充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材と、該芯材を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材とを有することを特徴とする樹脂成形体。
【選択図】図１

Description

本発明は、線膨張率が低く、環境温度変化による変形や反りが少ない樹脂成形体に関する。

熱可塑性樹脂、例えばポリ塩化ビニル樹脂は、汎用プラスチックの中で耐水、難燃性に優れ、機械的性質も良好であり、しかも価格も比較的安価であることから、建築部材や家具、その他の材料として広く採用されている。また、前記熱可塑性樹脂を低発泡倍率で発泡させた発泡樹脂成形体は、非発泡の樹脂成形体と比べて軽量であり、木材と同様に釘を打ち付けることができ、さらに電動鋸などで切断し易いなどの利点から、特に建築材料として優れている。

しかし、従来の樹脂成形体は、線膨張率が大きいため、従来の樹脂成形体を建築部材や家具、その他に用いた場合、直射日光や環境温度の寒暖等によって変形し、又、熱伸縮によるひび割れや反りが発生してその機能を果たし得なくなるおそれがある。
従来、樹脂成形体の熱伸縮性を低下させて、直射日光や環境温度の寒暖等による変形や割れ発生を防止するために、熱可塑性樹脂製の基材に線膨張率の低い補強材を組み合わせた樹脂成形体が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、 熱可塑性樹脂と補強用繊維よりなる補強材に、熱可塑性樹脂表面材を積層してなる積層成形品であって、上記補強材の表面に補強用繊維が突出し、該突出した補強用繊維が熱可塑性樹脂表面材内に食い込んでなる積層成形品が開示されている。
特許文献２には、熱可塑性樹脂とランダム配向した無機短繊維よりなるシートの表裏に、熱可塑性樹脂を押出被覆してなる積層成形品が開示されている。
特許文献３には、ゴム成分を１０〜７０質量％含有する熱可塑性樹脂１００質量部に対して、アスペクト比が１０〜１００で、かつエポキシシランで表面処理された無機充填材を４０〜８０質量部含有してなる熱可塑性樹脂組成物が開示されている。

特開２００１−２７７３８９号公報 特開平１０−３１５３６６号公報 特開２００６−６３１０９号公報

しかしながら、前記特許文献１〜３に開示された従来の樹脂成形体は、依然として線膨張率が高く、温度変化の大きい部位に用いることが難しかった。
また、従来の樹脂成形体は、製造上、熱可塑性樹脂の質量に対する補強材の添加量が制限されるため、低伸縮化が困難であった。
また、補強材の添加により熱可塑性樹脂の高発泡化が困難であるために、樹脂成形体の重量が増加してしまう問題があった。
さらに、熱可塑性樹脂を発泡させることが困難であるために、釘打ちによって割れを生じ易いという問題があり、建築部材として使用するため更なる改良が求められている。
また、雨水などの水分が成形体に染み込んで、補強材が劣化してしまう問題がある。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
第１の発明は、充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材と、該芯材を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材とを有することを特徴とする樹脂成形体を提供する。
第２の発明は、前記芯材及び基材の熱可塑性樹脂が、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される１種であることを特徴とする。
第３の発明は、前記充填材が、芯材の熱可塑性樹脂１００質量部に対し１〜１００質量部の範囲で含まれることを特徴とする。
第４の発明は、前記充填材が、木粉、タルク、マイカ、シリカ、カーボン、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウムからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする。
第５の発明は、前記基材の発泡熱可塑性樹脂の発泡倍率が１．１〜４．０倍の範囲であることを特徴とする。
第６の発明は、第１の樹脂材料として熱可塑性樹脂と発泡剤とを主押出機に投入し、第２の樹脂材料として熱可塑性樹脂と充填材とをサブ押出機に投入し、前記主押出機及びサブ押出機から共押出用の金型にそれぞれ樹脂を押出し、前記金型から、充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材と、該芯材を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材とを有する長尺の樹脂成形体を得ることを特徴とする樹脂成形体の製造方法を提供する。
第７の発明は、前記樹脂成形体の製造方法において、前記熱可塑性樹脂が、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される１種であることを特徴とする。
第８の発明は、前記樹脂成形体の製造方法において、前記充填材は、前記第２の樹脂材料の熱可塑性樹脂１００質量部に対し１〜１００質量部の範囲で添加することを特徴とする。
第９の発明は、前記樹脂成形体の製造方法において、前記充填材が、木粉、タルク、マイカ、シリカ、カーボン、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウムからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする。
第１０の発明は、前記樹脂成形体の製造方法において、前記基材の発泡熱可塑性樹脂の発泡倍率が１．１〜４．０倍の範囲であることを特徴とする。

本発明の樹脂成形体によれば、樹脂成形体の線膨張係数を低くすることができ、直射日光や環境温度の寒暖等による樹脂成形体の変形や割れ発生を防止することができるという効果が得られる。
また、基材の熱可塑性樹脂を高発泡化することができ、軽量化することができるという効果が得られる。
また、基材の熱可塑性樹脂を高発泡化することができ、釘打ち、切断などの作業が容易になり、また釘打ちによって割れを生じ難くすることができるという効果が得られる。
さらに、水分が芯材に染み込むことがなく、侵入した水分によって充填材が劣化することがなくなり、長期間にわたり良好な低伸縮性を保つことができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態として示した樹脂成形体の斜視図である。 本発明の一実施形態として示した樹脂成形体の製造に用いられる樹脂成形体製造装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態として示した樹脂成形体の変形例を示す断面図である。 比較例として製造した樹脂成形体を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態として示した樹脂成形体の実施形態を示す図である。この樹脂成形体１は、充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材３と、該芯材３を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材２とからなっている。本実施形態において、樹脂成形体１は、断面長方形の長尺板状をなしている。

芯材３の熱可塑性樹脂及び基材２の発泡熱可塑性樹脂は、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される樹脂が好ましい。芯材３の熱可塑性樹脂と基材２の発泡熱可塑性樹脂は、互いに融着し合う樹脂を用い、両方に同じ樹脂を用いることが好ましい。

前記熱可塑性樹脂は、各種の市販品の中から、適宜選択して用いることができる。また、市中発生品を回収し、粉砕処理したリサイクル品を用いることができる。熱可塑性樹脂のリサイクル品としては、回収や再利用が容易なポリスチレンやＡＢＳ樹脂が好ましい。

基材２を構成する発泡熱可塑性樹脂の発泡倍率は、１．１〜４．０倍の範囲が好ましく、１．５〜４．０倍がより好ましく、２．０〜３．５倍の範囲がさらに好ましい。基材２の発泡倍率を１．１倍以上とすれば樹脂成形体１が軽量になり、また釘打ちによって割れが生じ難くなる。基材２の発泡倍率を４．０倍以下とすれば建築部材として使用するために十分な強度が得られる。

芯材３に添加される充填材としては、木粉、タルク、マイカ、シリカ、カーボン、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウムが挙げられ、これらの内の１種又は２種以上を混合して用いることができ、それらの中でも木粉及びタルクが好ましい。
木粉としては、松、杉、檜等の廃木材を粉砕した木粉が使用可能であるが、木材に熱硬化性樹脂を添加し、加熱圧着、硬化して得られた、いわゆる合板の廃材を粉砕した廃木粉が、熱可塑性樹脂との混合性が優れているので好ましい。この木粉の大きさは２００μｍ以下が好ましい。
また、タルクとしては、微粉末タルクや表面処理タルクなどの各種市販品の中から、使用する熱可塑性樹脂への分散性や価格などを考慮して適宜選択して用いることができる。

芯材３に添加する充填材の添加量は、芯材３の熱可塑性樹脂１００質量部に対し１〜１００質量部の範囲とすることが好ましく、２０〜８０質量部の範囲がより好ましい。充填材を１質量部以上芯材３に添加することで、芯材３の線膨張率が熱可塑性樹脂単独の線膨張率よりも低くなり、樹脂成形体１を低伸縮化することができる。充填材の添加量を１００質量部以下とすることで、芯材３が脆くならず、樹脂成形体１の製造が容易になり、また芯材３と基材２とが融着し易くなる。

前記樹脂成形体１の線膨張率は、基材２を構成する熱可塑性樹脂の線膨張率よりも低くなっている。その結果、直射日光や環境温度の寒暖等によって樹脂成形体１に変形や割れが生じ難くなる。熱可塑性樹脂としてポリスチレンを用いる場合、ポリスチレンのみを板状に押出した樹脂成形品（図４に示す樹脂成形品１１）は、線膨張率が６．５〜８．０×１０^−５程度であるのに対し、充填材を含む芯材３を有する前記樹脂成形品１の線膨張率は、３．０〜６．０×１０^−５程度と低くすることができる。

図２は、前記樹脂成形体１の変形例を示す図である。前記樹脂成形体の断面形状、芯材３の断面形状及び本数は、図１に示す樹脂成形体１のみに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
例えば、図２（ａ）に示す樹脂成形体１ａは、基材２ａ内に２本の芯材３ａを設けたものである。芯材３ａの本数は２本に限定されず、３本以上としてもよく、またそれぞれの芯材３ａは離間していても一部接続していてもよい。本例の樹脂成形体１ａは、芯材３ａの本数を増やしたことで樹脂成形体１ａの低伸縮性を向上できる。また樹脂成形体１ａの幅方向中央に芯材３ａが存在しないため、図１に示す樹脂成形体１と比べて幅方向中央への釘打ちが容易になる。
図２（ｂ）に示す樹脂成形体１ｂは、基材２ｂの幅方向一端側に凸部１２を設け、幅方向他端側に凹部１３を設けたものである。この凸部１２を他の樹脂成形体１ｂの凹部１３に嵌合し、凹部１３に他の樹脂成形体１ｂの凸部１２を嵌合することで多数枚の樹脂成形体１ｂを簡単に連結することができる。
図２（ｃ）に示す樹脂成形体１ｃは、芯材３ｃを囲む基材２ｃの断面形状を円形としたものである。
図２（ｄ）に示す樹脂成形体１ｄは、芯材３ｄを囲む基材２ｄの断面形状を六角形としたものである。
図２（ｅ）に示す樹脂成形体１ｅは、芯材３ｅを囲む基材２ｅの断面形状を楕円形としたものである。
図２（ｆ）に示す樹脂成形体１ｆは、芯材３ｆを囲む基材２ｆの断面形状を正方形としたものである。

前記樹脂成形体１は、第１の樹脂材料として熱可塑性樹脂と発泡剤とを主押出機に投入し、第２の樹脂材料として熱可塑性樹脂と充填材とをサブ押出機に投入し、前記主押出機及びサブ押出機から共押出用の金型にそれぞれ樹脂を押出し、前記金型から、充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材と、該芯材を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材とを有する長尺の樹脂成形体を得る製造方法によって製造される。

図３は、樹脂成形体１の製造方法に用いられる樹脂成形体製造装置の一例を示すものである。
この樹脂成形体製造装置Ａは、充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材３と、該芯材３を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材２とからなる長尺板状の樹脂成形体１を共押出法によって製造する装置である。この樹脂成形体製造装置Ａは、主押出機４、サブ押出機５、金型６、水槽７、引取機８、切断装置９を備えている。

金型６は、主押出機４からの樹脂導入路と、サブ押出機５からの樹脂導入路と、第２の樹脂材料をストランド状に押出すとともに、それを囲むように第１の樹脂材料を合流させて板状に押出す開口とを有する。

前記第１の樹脂材料に添加される発泡剤としては、従来より合成樹脂の発泡成形の際に使用されている任意の発泡剤が使用可能であり、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスホルムアミド、アゾジカルボンアミド、ニトロソ化合物、スルホニルヒドラジル化合物、重炭酸ソーダ等が挙げられる。

また、前記第１の樹脂材料及び第２の樹脂材料には、必要に応じて、従来公知の熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、顔料、充填剤、可塑剤、滑剤、加工助剤等の添加剤を添加混合することができる。

この樹脂成形体製造装置Ａを用いて樹脂成形品１を製造するには、第１の樹脂材料となる熱可塑性樹脂、発泡剤、及び必要に応じて添加剤などの材料を主押出機４に投入する。また、第２の樹脂材料として熱可塑性樹脂、充填材、必要に応じて添加剤などの材料をサブ押出機５に投入する。それぞれの押出機４，５内で樹脂を加熱溶融させて他の材料と混練し、溶融樹脂を金型６のそれぞれの樹脂導入路内に押出す。金型６の開口からは、充填材を含む第２の樹脂材料がストランド状に押出されると共に、それを囲むように合流した第１の樹脂材料が板状に押出される。

金型６から共押出された樹脂成形体のうち、第１の樹脂材料は発泡し、発泡熱可塑性樹脂からなる基材２が形成される。第１の樹脂材料が発泡した樹脂成形体は、水槽７に導入され、水中で急冷されて発泡を停止させる。

水槽７で急冷された樹脂成形品１は、長尺状態のまま水槽７から引取機８によって引き取られ、切断装置９によって所望の長さに切断され、樹脂成形体１が得られる。

以下、実施例によって本発明の効果を実証するが、以下の実施例は単なる例示であり、本発明を限定するためのものではない。

［実施例１］
熱可塑性樹脂として、食品トレイなどに使用された発泡ポリスチレンの市中発生品を回収したものを粉砕処理したリサイクルポリスチレンを用いた。
製造装置として、図２に示す通り、主押出機４と、サブ押出機５と、共押出用の金型６と、水槽７と、引取機８と、切断装置９とを備えた樹脂成形体製造装置Ａを用いた。
基材形成用の第１の樹脂は、前記リサイクルポリスチレンと発泡剤とをタンブラーで混合したものを主押出機４に投入した。
芯材形成用の第２の樹脂は、前記リサイクルポリスチレンと、該ポリスチレン１００質量部に対して４０〜６０質量部のタルクとを、ヘンシェルミキサーに投入し、約１５０℃に加熱して混合し、さらにペレット化工程を行ってφ３〜４ｍｍ×約３ｍｍの円筒形のペレットとし、これをサブ押出機５に投入した。
主押出機４及びサブ押出機５内でそれぞれ樹脂材料を加熱溶融、混練し、それぞれの樹脂材料を金型６に押出した。それぞれの押出機温度は約１６０〜１８０℃に設定した。
金型６の開口から共押出された樹脂成形体を水槽７に導いて急冷し、基材２の発泡を停止させ、長尺の樹脂成形体を引取機８で引き取って水槽７から導出し、切断装置９によって所定長さに切断し、図１に示す樹脂成形体１を製造した。
得られた樹脂成形体１は、図１に示す各部ａ〜ｄの寸法が、ａ＝６０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍ、ｃ＝１５ｍｍ、ｄ＝７ｍｍであり、基部２の樹脂の発泡倍率が２〜２．５倍であった。
次に、得られた樹脂成形体１の線膨張率を、ＡＳＴＭ Ｄ６９６に準拠して測定した。結果を表１に記す。

［実施例２］
芯材３に添加する充填材としてタルクに代えて木粉を樹脂１００質量部に対して３０〜５０質量部添加したこと以外は、実施例１と同様にして樹脂成形体を製造した。

［比較例１］
熱可塑性樹脂として、食品トレイなどに使用された発泡ポリスチレンの市中発生品を回収したものを粉砕処理したリサイクルポリスチレンを用いた。
製造装置として、主押出機と、金型と、水槽と、引取機と、切断装置とを備えた従来方式の樹脂成形体製造装置を用いた。使用した金型は、主押出機から供給される樹脂を開口から板状に押出すタイプのものである。
基材形成用の樹脂は、前記リサイクルポリスチレンを主押出機に投入した。
主押出機内で樹脂を加熱溶融、混練し、金型に押出した。押出機温度は約１６０〜１８０℃に設定した。
金型の開口から共押出された樹脂成形体を水槽に導いて急冷し、長尺の樹脂成形体を引取機で引き取って水槽から導出し、切断装置によって所定長さに切断し、芯材が無く非発泡のポリスチレン樹脂製の基材のみからなる図４に示す樹脂成形体１１を製造した。
得られた樹脂成形体１１は、図４に示すａ，ｂの寸法が、ａ＝６０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍであった。
次に、得られた樹脂成形体１１の線膨張率を、ＡＳＴＭ Ｄ６９６に準拠して測定した。結果を表１に記す。

［比較例２］
熱可塑性樹脂として家電製品などに使用されたＡＢＳ樹脂の市中発生品を回収したものを粉砕処理したリサイクルＡＢＳ樹脂を用い、該ＡＢＳ樹脂１００質量部に対し充填材として木粉３０質量部をヘンシェルミキサーに投入し、約１５０℃に加熱して混合し、さらにペレット化工程を行ってφ３〜４ｍｍ×約３ｍｍの円筒形のペレットとし、これを主押出機に投入した。これ以外は比較例１と同様にして、芯材が無く非発泡のＡＢＳ樹脂と木粉の混合物の基材からなる樹脂成形体１１を製造した。

表１の結果から、充填材を添加したポリスチレンからなる芯材と、該芯材を囲む発泡ポリスチレンからなる基材とからなる実施例１，２の樹脂成形体は、非発泡のポリスチレン樹脂製の基材のみからなる比較例１の樹脂成形体と比べ、線膨張率が低い。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 樹脂成形体
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 基材
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 芯材
４ 主押出機
５ サブ押出機
６ 金型
７ 水槽
８ 引取機
９ 切断装置
Ａ 樹脂成形体製造装置

Claims (5)

1. 充填材を含む熱可塑性樹脂からなる芯材と、該芯材を囲んで設けられた発泡熱可塑性樹脂からなる基材とを有することを特徴とする樹脂成形体。
2. 前記芯材及び基材の熱可塑性樹脂が、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される１種である請求項１に記載の樹脂成形体。
3. 前記充填材が、芯材の熱可塑性樹脂１００質量部に対して１〜１００質量部の範囲で含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形体。
4. 前記充填材が、木粉、タルク、マイカ、シリカ、カーボン、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウムからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形体。
5. 前記基材の発泡熱可塑性樹脂の発泡倍率が１．１〜４．０倍の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形体。

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