JP2012188570A - 樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に優しい天然繊維を使用しながら、良好な機械的強度を有すると共に、白色度の高い樹脂成形体を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂と、白色度７０％以上の天然繊維と、合成樹脂繊維とを含み、天然繊維の含有率が５〜２５重量％であり、合成樹脂繊維の含有率が１〜２５重量％であり、天然繊維と合成樹脂繊維との合計含有率が６〜３０重量％である。２２０℃以下で射出成形することで白色度が６０％以上の樹脂成形体を得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性樹脂に機械的強度を向上するための補強繊維を含有する樹脂成形体に関し、特に、補強繊維として天然繊維と合成樹脂繊維とを含有する樹脂成形体に関する。

従来から、熱可塑性樹脂製の樹脂成形体に機械的強度を向上するための補強繊維として、ガラス繊維や炭素繊維等の無機繊維を配合した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が開発されている。しかし、無機繊維を配合した樹脂成形体では、これを焼却しても無機繊維に由来する残渣が残るという問題を有する。そこで特許文献１では、従来の無機繊維に替えて、補強繊維として天然繊維と合成樹脂繊維とを配合した樹脂成形体が提案されている。これにより、無機繊維を使用せずに機械的強度の向上を図っている。

特許文献１では、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、天然繊維を３〜３００質量部、合成樹脂繊維を１〜３００質量部配合可能としている。具体的実施例では、熱可塑性樹脂１００質量部に対して天然繊維２２〜７５質量部、合成樹脂繊維９〜２２質量部の範囲で両繊維の合計４４〜８４質量部配合している。質量％に換算すると、樹脂成形体中、天然繊維１５．２〜４０．８質量％、合成樹脂繊維４．９〜１５．２質量％、両繊維の合計で３０．６〜４５．７質量％含有していることになる。また、特許文献１の樹脂成形体は、射出成形や押出し成形等により成形し、自動車の内装材としも使用可能とされている。

特開２００７−５６２０２号公報

特許文献１では、射出成形等によって成形した樹脂成形体を自動車の内装材としての利用も想定している。この場合、樹脂成形体は適宜顔料や染料などによって着色されることになるので、樹脂成形体自体は白色であることが好ましい。樹脂成形体の色は着色ベースとしてのニュートラルカラーであり、白色であれば求められる色に着色し易いからである。または、白色材として使用したい場合もある。しかしながら、特許文献１では機械的強度の向上について着目しているのみであり、樹脂成形体の色（白色度）については特に着目していない。

ここで、天然繊維は熱によって黄変する特性を有する。したがって、特許文献１のように樹脂成形体に天然繊維を配合していると、射出成形時に天然繊維が黄変し、黄色味がかった白色度の低い樹脂成形体となる問題が生じる。すなわち、特許文献１では繊維の合計含有率が高いため、射出成形する際の原料混練時に繊維同士の摩擦や流動抵抗等によって熱履歴が上がり易い。これでは、天然繊維が混練時の熱によって黄変してしまう。そもそも、特許文献１のように繊維の合計含有率が高いと、射出成形自体良好に行えないおそれもある。しかも、特許文献１では天然繊維が合成樹脂繊維の数倍も配合されていることもあるので、樹脂成形体の白色度が低下し易い配合バランスとなっている。さらに、特許文献１では射出成形時の温度は記載されておらず、射出成形温度によって天然繊維が黄変するおそれもある。また、天然繊維が黄変すると臭気も発生するので、この点においても黄変は避けることが望まれる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、環境に優しい天然繊維を使用しながら、良好な機械的強度を有すると共に、白色度の高い樹脂成形体を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明の樹脂成形体は、熱可塑性樹脂と、白色度７０％以上の天然繊維と、合成樹脂繊維とを含み、前記天然繊維の含有率が５〜２５重量％であり、前記合成樹脂繊維の含有率が１〜２５重量％であり、且つ前記天然繊維と合成樹脂繊維との合計含有率が６〜３０重量％となっている。なお、白色度とは、ＪＩＳ Ｐ ８１４８で規定されるＩＳＯ白色度であり、拡散反射方式によって測定される値である。

当該樹脂成形体は、２２０℃以下で射出成形することが好ましい。これにより、白色度を６０％以上の樹脂成形体を得ることができる。また、本発明の樹脂成形体は、自動車の内装材として好適に使用できる。

本発明によれば、補強繊維として合成樹脂繊維に加えて天然繊維も使用しているので、環境負荷の低減に有利である。すなわち、天然繊維は、これを焼却しても植物が取り込んでいた二酸化炭素が放出されるだけであり、地球全体の二酸化炭素量は増加しない（カーボンニュートラル）というメリットを有する。また、天然繊維を使用していることで、有限資源である化石資源から得られる合成樹脂繊維の使用量を相対的に低減できるメリットも有する。

そのうえで本発明によれば、樹脂成形体の機械的強度を向上しながらも、混練時の熱履歴が大きく上昇し難い程度に補強繊維の合計含有率を抑えており、且つ天然繊維の含有率が合成樹脂繊維の含有率を極端に上回ることがない配合バランスとしていることで、天然繊維の黄変を避けながら樹脂成形体の白色度を向上することができる。すなわち、白い繊維を白いまま成形することができる。このとき、白色度７０％以上の天然繊維を使用していることで、高い白色度を有する樹脂成形体を得ることができる。さらに、天然繊維を混用していることで、樹脂成形体の耐熱性も向上することができる。

また、２２０℃以下で射出成形すれば、射出成形温度によって天然繊維が黄変することも防止できる。これにより、少なくとも白色度が６０％以上の樹脂成形体を得ることができる。樹脂成形体の白色度が高ければ、仮に着色する場合でも、求める色を鮮明に現出することができると共に、白色材として使用する場合の品質を高めることができる。射出成形によれば、種々の形状の樹脂成形体を量産できるので、生産性も高い。

以下に、本発明の実施の形態について詳しく説明する。本発明の樹脂成形体は、熱可塑性樹脂に、補強繊維として天然繊維と合成樹脂繊維とが配合されている。

熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、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、ポリ（エチレン−２，６−ナフタレート）等のポリエステル樹脂、プロピレン−エチレン共重合体、ポリスチレン樹脂、芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する（メタ）アクリル酸アルキルエステルとの共重合体、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル樹脂などを挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合使用してもよい。中でも、成形性や材料費等の点から、ポリカーボネート樹脂やポリプロピレン樹脂が好ましい。

天然繊維は、できるだけ白色度が高い方が好ましい。これにより樹脂成形体の最終的な白色度も高くなるからである。具体的には、少なくとも白色度が７０％以上、好ましくは７５％以上の繊維とする。天然繊維は、本来的に白色の繊維のほか、漂白繊維であってもよい。天然繊維としては、ラミー（苧麻）、綿、カポック、ケナフ、リネン（亜麻）、アバカ（マニラ麻）、ヘネケン（サイザル麻）、ジュート（黄麻）、ヘンプ（大麻）、ヤシ、パーム、コウゾ、ワラ、バガスなどが挙げられる。中でも、本来的に白色度が高く漂白が不要な点において、ラミー、綿、カポックが好ましい。これらの繊維は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合使用してもよい。

合成樹脂繊維は、繊維成形性の点において熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂繊維を使用する場合は、樹脂成形体のベースとなる熱可塑性樹脂よりも融点の高い樹脂繊維を用いる。ベースとなる熱可塑性樹脂よりも融点が低いと、成形時に合成樹脂繊維が溶融してしまうからである。熱可塑性樹脂繊維としては、例えば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、ポリ（エチレン−２，６−ナフタレート）等のポリエステル樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、アクリル樹脂などの繊維が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。なお、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂などの熱硬化性樹脂繊維を使用することもできる。これら各繊維は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を混合使用することもできる。

なお、補強繊維（天然繊維及び合成樹脂繊維）の繊維径（繊維の直径）は特に限定されないが、繊維径が大きいほど樹脂成形体における白色度の向上には有利である。しかし、繊維径が大き過ぎると、樹脂成形体の成形性や機械的強度等の物性低下を招くおそれがある。したがって、補強繊維の繊維径は６５μｍ程度以下を目安とすればよい。好ましくは補強繊維の繊維径を５０μｍ以下とし、より好ましくは４０μｍ以下とする。

天然繊維の繊維径は、天然植物から繊維を得た状態での繊維径でもよいし、解繊することで適宜調整することもできる。但し、繊維を解繊するには手間を要するので、天然植物から得られた状態の繊維をそのまま使用することが好ましい。なお、植物によっては、繊維を単繊維の状態で得られるものと、繊維束の状態で得られるものがある。したがって、天然繊維の繊維径を言う場合は、解繊した状態での繊維径はもちろん、単繊維や繊維束の状態での繊維径も含む。なお、天然繊維を解繊することなく使用する場合は、繊維の細さには限界がある。すなわち、最も繊維径の小さい天然繊維でも１０μｍ程度の繊維径を有する。合成樹脂繊維であれば、繊維径０．１μｍ程度でも可能である。したがって、天然繊維の繊維径は、一般的に合成樹脂繊維の繊維径よりも大きくなる傾向にある。

補強繊維の繊維長も特に限定されないが、長いほど機械的強度や白色度等の向上に有利である。しかし、補強繊維の繊維長が長すぎると、混練樹脂の流動性が低下するなど、樹脂成形体の成形性が低下するおそれがある。したがって、補強繊維の繊維長は、０．１〜３０ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは０．１〜１０ｍｍ程度である。なお、各繊維の繊維長を調整するため、必要に応じてチョップド繊維とすることもできる。チョップド繊維とは、連続繊維を束ねて所定の寸法にカットしたものである。なお、合成樹脂繊維は主として機械的強度の向上、天然繊維は主として耐熱性の向上に寄与するので、合成樹脂繊維と天然繊維とでは合成樹脂繊維を天然繊維よりも繊維長を長くすることが好ましい。

樹脂成形体中における補強繊維の含有率としては、天然繊維の含有率を５〜２５重量％、合成樹脂繊維の含有率を１〜２５重量％とし、両繊維の合計含有率を６〜３０重量％とする。これより繊維含有率が高くなると、混練時の繊維同士の摩擦や流動抵抗などにより熱履歴が大きく上昇して天然繊維が黄変し易く、延いては樹脂成形体の白色度が低下するからである。好ましくは、天然繊維の含有率を５〜２０重量％、合成樹脂繊維の含有率を５〜２０重量％、且つ両繊維の合計含有率を１０〜３０重量％とする。なお、補強繊維は、必要に応じてシランカップリング剤等によって表面処理することも好ましい。

また、樹脂成形体中には、本発明の効果を阻害しない範囲で、各種添加剤を添加することもできる。具体的には、顔料、染料、分散剤、安定剤、可塑剤、改質剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、潤滑剤、離型剤などを添加することもできる。

本発明の樹脂成形体は、上記熱可塑性樹脂と補強繊維とを混練したうえで、押出し成形又は射出成形によって成形される。種々の形状を付与する場合は、射出成形する。このときの成形温度は、熱可塑性樹脂の融点以上合成樹脂繊維の融点未満とする。さらに、天然繊維が黄変しない温度、すなわち天然繊維が黄変する温度未満とすることが重要である。そのためには、成形温度を少なくとも２２０℃以下、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１８０℃以下とする。これにより、白い繊維を白いまま成形できる。

得られる樹脂成形体は、自動車のドアトリム、インナーパネル、ピラーガーニッシュ、リヤパッケージ、室内灯レンズなどの内装材として好適に使用できる。その他にも、建築材、土木材、包装材、日用品などとしても使用できる。

以下に、本発明の具体的な実施例について説明するが、これに限られることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

下記試験で使用した材料は、次の通りである。
熱可塑性樹脂：ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー社製 Ｊ１０６Ｇ）
天然繊維：繊維径３０μｍ、繊維長０．３ｍｍ、白色度８４．１％のラミー繊維
合成樹脂繊維：繊維径１３．８μｍ、繊維長３ｍｍの６−６ナイロン繊維
繊維径１４．３μｍ、繊維長３ｍｍのＰＥＴ繊維
これら各材料を表１に示す組成となるように混練したうえで、２００℃で５５ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの扁平な板状に射出成形して試料となる樹脂成形体を得た。

次いで、得られた各試料について、耐熱性、白色度、機械的強度（シャルピー衝撃値）、及び表面状態（表面平滑性）を評価した。各物性は、以下のようにして求めた。
耐熱性：ＩＳＯ７５−１，７５−２，７５−３に準拠した。
白色度：村上色彩技術研究所製分光光度計ＣＭＳ−３５ＳＰを用いて、ＪＩＳ Ｐ ８１４８で規定されるＩＳＯ白色度として求めた。なお、光学測定条件は次の通りである。
光源：Ｄ６５光源
視野：１０°視野
表色系：CIE L*a*b*
光学条件：正反射を含まないS.C.E方式
測定面積：１２×１７
シャルピー衝撃値：ＩＳＯ１７９に準拠した。
表面平滑性：マイクロスコープにて直線５０ｍｍ区間にわたって観察し、一般面からの最大凹凸量を評価し、次の基準で評価した。
◎：１５μｍ未満 ○：１５以上３０μｍ未満 ×：３０μｍ以上
耐熱性の結果を表２に、白色度の結果を表３に、機械的強度の結果を表４に、表面平滑性の結果を表５に示す。

表２の結果から、補強繊維の含有率を増量するにつれて耐熱性が向上する傾向が確認された。特に、天然繊維によって耐熱性を大きく向上できることが確認された。すなわち、樹脂成形体の耐熱性には、主として天然繊維の存在が寄与することがわかった。

表３の結果から、補強繊維の含有率を増量するにつれて白色度が向上する傾向が確認された。これは合成樹脂繊維の種類に関係なく同じ傾向を示していた。しかし、合成樹脂繊維のみの場合に比べて、天然繊維も混合していると若干白色度が低下する傾向が確認された。しかも、補強繊維の含有率、特に天然繊維の含有率が高すぎると、白色度が大きく低下することが確認された。したがって、補強繊維の合計含有率は、少なくとも３０重量％以下とすることが好ましいことがわかった。

表４の結果から、補強繊維を配合することで、樹脂成形体の機械的強度を向上できることが確認された。しかし、天然繊維のみでは、機械的強度の上昇率は比較的小さかった。これは、天然繊維の繊維径が合成樹脂繊維に比べて太いため、繊維強度の割りに界面積が増えず、繊維の強度を活かし切れていないからと考えられる。これにより、樹脂成形体の機械的強度には、主として合成樹脂繊維が寄与することがわかった。

表５の結果から、天然繊維を含有していない試料１〜４の表面平滑性は良好であり、天然繊維のみ含有する試料８，１２の表面平滑性は悪くなっている。これにより、樹脂成形体の表面平滑性は天然繊維によって悪化する傾向にあるが、試料６，７，９〜１１のように、天然繊維と合成樹脂繊維とを適度なバランスで混合することで、樹脂成形体の表面平滑性を良好に保つことができることがわかった。

Claims (3)

1. 熱可塑性樹脂と、白色度７０％以上の天然繊維と、合成樹脂繊維とを含み、
   前記天然繊維の含有率が５〜２５重量％であり、
   前記合成樹脂繊維の含有率が１〜２５重量％であり、
   前記天然繊維と合成樹脂繊維との合計含有率が６〜３０重量％である、樹脂成形体。
2. ２２０℃以下で射出成形され、
   白色度が６０％以上である、請求項１に記載の樹脂成形体。
3. 自動車の内装材用である、請求項１または請求項２に記載の樹脂成形体。