JP2013067681A - 木粉含有材料及びその製造方法、並びに、成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、脂肪族ポリエステルと、縮合リン酸エステル類と、を含む木粉含有材料である。
【選択図】なし
Description
請求項1に係る発明は、
体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、
脂肪族ポリエステルと、
縮合リン酸エステル類と、
を含む木粉含有材料。
前記木粉の含有量が、木粉含有材料の全量に対して30質量%以上90質量%以下であり、
前記脂肪族ポリエステルの含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上65質量%以下であり、
前記縮合リン酸エステル類の含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上40質量%以下である請求項1に記載の木粉含有材料。
前記脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、及びこれら2種以上の共重合体から選択される少なくとも1種である請求項1又は2に記載の木粉含有材料。
前記縮合リン酸エステル類が、下記構造式(1)で示される化合物、及び下記構造式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種である請求項1〜3のいずれか1項に記載の木粉含有材料。
体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、
脂肪族ポリエステルと、
縮合リン酸エステル類と、
を含む成形体。
前記木粉の含有量が、木粉含有材料の全量に対して30質量%以上90質量%以下であり、
前記脂肪族ポリエステルの含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上65質量%以下であり、
前記縮合リン酸エステル類の含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上40質量%以下である請求項5に記載の成形体。
前記脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、及びこれら2種以上の共重合体から選択される少なくとも1種である請求項5又は6に記載の成形体。
前記縮合リン酸エステル類が、下記構造式(1)で示される化合物、及び下記構造式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種である請求項5〜7のいずれか1項に記載の成形体。
体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と縮合リン酸エステルとを混合する工程と、
前記木粉及び前記縮合リン酸エステルの混合物と脂肪族ポリエステルとを混合する工程と、
有する木粉含有材料の製造方法。
本実施形態に係る木粉含有材料は、体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、脂肪族ポリエステルと、縮合リン酸エステル類と、を含んで構成されている。
本実施形態に係る木粉含有材料では、上記組成により、成形機による成形が実現される。
この理由は定かではないが、以下に示す理由によるものと考えられる
これに加えて、体積平均粒径が上記範囲である木粉は、焼けや劣化が生じ難くなる露出面積でもあるものと考えられる。
その結果、本実施形態に係る木粉含有材料は、成形機による成形により、自在な形状が実現され、低コストで成形体が得られる。
また、本実施形態に係る木粉含有材料は、理由は定かではないが、柔軟性、寸法安定性に優れた成形体が得られることも見出された。
木粉としては、木材(木片)の粉砕物であれば、特定に制限はなく、成形体の見た目や質感に応じて、例えば、ヒノキ、スギ、マツ、ブナ、ナラ、クリ、サクラ、モミ等の木材の粉砕物から選択される。
木粉は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
木粉の体積平均粒径を1μm以上とすることにより、木粉表面への縮合リン酸エステルの配位が実現され、流動性の低下が抑制される。
一方、木粉の体積平均粒径を5mm以下とすることにより、木粉の暴露面積の増加によって、成形温度で木粉の焼けや劣化の発生が抑制され、その結果、得られる成形体の機械特性が劣化したり、外観が悪くなることが抑制される。
溶媒(例えばクロロホルム)を用いて脂肪族ポリエステルを溶解した後(脂肪族ポリエステル以外の樹脂を含む場合は、溶媒を用いて脂肪族ポリエステル及び脂肪族ポリエステル以外の樹脂を溶解した後)、濾過にて木粉を採取し、粒度分布測定装置(島津製作所社製、SALD−2200)にて体積平均粒径を測定した。
木粉の含有量が上記範囲であっても、成形機による木粉含有材料の成形が実現される。
なお、木粉の含有量の上限は、成形時の流動性と成形体の柔軟性の観点から、98質量%以下であることがよく、望ましくは90質量%以下である。
木粉の含有量としては、例えば、特に、木粉含有材料の全量に対して30質量%以上90質量%以下であることがよい。
脂肪族ポリエステルとしては、特に制限されるものではないが、例えば、ヒドロキシカルボン酸重合体、脂肪族ジオールと脂肪族カルボン酸との重縮合体等が挙げられる。
脂肪族ポリエステルとして具体的には、例えば、ポリ乳酸、ポリ−3−ヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシヘキサネート、ポリヒドロキシバリレートおよびそれらの共重合体など、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリエレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、及びこれら2種以上の共重合体等が挙げられる。
これら脂肪族ポリエステルは、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミッションクロマトグラフィー装置(島津製作所製Prominence GPC型)を用い、測定カラムにはShim−pack GPC−80Mを使用して測定された値である。以下同様である。
脂肪族ポリエステルの含有量を5質量%以上とすることにより、木粉含有材料の流動性の低下が抑制され易くなる。
一方、脂肪族ポリエステルの含有量を65質量%以下とすることにより、木粉含有材料の耐熱性の低下が抑制され易くなる。
他の樹脂としては、例えば、従来公知の熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステルカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、液晶樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ポリパラバン酸樹脂、芳香族アルケニル化合物、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、及びシアン化ビニル化合物からなる群より選ばれる1種以上のビニル単量体を、重合若しくは共重合させて得られるビニル系重合体若しくは共重合体樹脂、ジエン−芳香族アルケニル化合物共重合体樹脂、シアン化ビニル−ジエン−芳香族アルケニル化合物共重合体樹脂、芳香族アルケニル化合物−ジエン−シアン化ビニル−N−フェニルマレイミド共重合体樹脂、シアン化ビニル−(エチレン−ジエン−プロピレン(EPDM))−芳香族アルケニル化合物共重合体樹脂、ポリオレフィン、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
これら樹脂は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
縮合リン酸エステル類としては、例えば、ビスフェノールA型、ビフェニレン型、イソフタル型などの芳香族縮合リン酸エステル類が挙げられ、具体的には、例えば、下記一般式(I)又は(II)で表される縮合リン酸エステル類が挙げられる。
縮合リン酸エステル類の含有量を5質量%以上とすることにより、木粉含有材料の流動性の低下が抑制され易くなる。
一方、縮合リン酸エステル類の含有量を40質量%以下とすることにより、得られる成形体の機械的強度の低下が抑制され易くなる。
本実施形態に係る木粉含有材料は、必要に応じて、その他成分を含んで構成されてもよい。
その他成分としては、例えば、難燃剤、相溶化剤、可塑剤、酸化防止剤、離型剤、耐光剤、耐候剤、着色剤、顔料、改質剤、ドリップ防止剤、帯電防止剤、耐加水分解防止剤、充填剤、補強剤(ガラス繊維、炭素繊維、タルク、クレー、マイカ、ガラスフレーク、ミルドガラス、ガラスビーズ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミナ、ボロンナイトライド等)等が挙げられる。
本実施形態に係る木粉含有材料は、上記各成分の混合物を溶融混練することにより製造される。
具体的には、体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と縮合リン酸エステルとを混合する工程と、木粉及び縮合リン酸エステルの混合物と脂肪族ポリエステルとを混合する工程と、を経て、本実施形態に係る木粉含有材料を得ることがよい。
つまり、木粉と縮合リン酸エステルとを混合した後、この混合物と脂肪族ポリエステルとを溶融混練する順に行うことがよい。
そして、その後、木粉及び縮合リン酸エステルの混合物と脂肪族ポリエステルとを混練することにより、木粉が脂肪族ポリエステルに分散され易くなると考えられる。
このため、上記工程を経て本実施形態に係る木粉含有材料を得ることにより、流動性及び耐熱性が付与され易く、成形機による成形が実現され易くなる。
本実施形態に係る成形体は、本実施形態に係る木粉含有材料を含んで構成されている。
具体的には、本実施形態に係る成形体は、例えば、本実施形態に係る木粉含有材料を成形機により成形することにより得られる。
なお、成形機による成形方法は、例えば、射出成形、押し出し成形、ブロー成形、熱プレス成形、カレンダ成形、コーテイング成形、キャスト成形、ディッピング成形、真空成形、トランスファ成形などが挙げられる。
この際、シリンダ温度としては、170℃以上280℃以下とすることが望ましく、180℃以上270℃以下とすることがより望ましい。また、金型温度としては、40℃以上110℃以下とすることが望ましく、50℃以上110℃以下とすることがより望ましい。
図1の画像形成装置100は、本体装置110の前面にフロントカバー120a,120bを備えている。これらのフロントカバー120a,120bは、操作者が装置内を操作するよう開閉自在となっている。これにより、操作者は、トナーが消耗したときにトナーを補充したり、消耗したプロセスカートリッジを交換したり、装置内で紙詰まりが発生したときに詰まった用紙を取り除いたりする。図1には、フロントカバー120a,120bが開かれた状態の装置が示されている。
(木粉A)
木片チップ(富士鋼業製SPF7007にて粉砕)を圧力容器(ユニコントロールズ社製、TM10L)に入れ水蒸気存在下で飽和水蒸気圧下、150℃で加熱、3500Paまで加圧する。圧力容器を解放することで系を減圧し、木片チップを爆砕、爆砕木粉を得た。これを木粉Aとした。
なお、木粉Aの体積平均粒径は、後述する試験片を用い、既述した方法に従って測定したところ、4.85mmであった。以下、同様である。
220℃で加熱、15000Paまで加圧した以外は、木粉Aと同様にして爆砕木粉を得た。これを木粉Bとした。
木粉Aと同様にして測定したところ、木粉Bの体積平均粒径は1.25μmだった。
木片チップ(富士鋼業製SPF7007にて粉砕)を粉砕機(ウエノテックス社製、UCmini75)に入れ、室温、2時間の条件で機械的に粉砕し、木粉Cを得た。
木粉Aと同様にして測定したところ、木粉Cの体積平均粒径は2.25mmだった。
室温(22℃)、30分の条件に変更した以外は、木粉Cと同様にして木粉Dを得た。
木粉Aと同様にして測定したところ、木粉Dの体積平均粒径は5.58mmだった。
250℃、30000Paまで加圧した以外は、木粉Aと同様にして木粉Eを得た。
木粉Aと同様にして測定したところ、木粉Eの体積平均粒径は0.88μmだった。
(木粉含有材料の製造)
表1に示す組成(表1中の数値は質量部を示す)を混合し、2軸押し出し装置(東芝機械製。TEM3000)にて、表1に示すシリンダ温度で混練し、冷却、ペレタイズしてペレット状の木粉含有材料1〜23を得た。
但し、木粉含有材料1〜20については、簡易ニーダー(東洋精機社製、ラボプラストミル)により、先に、木粉と縮合リン酸エステルとを混合した後、この混合物と脂肪族ポリエステルとを2軸押し出し装置(東芝機械製。TEM3000)にて混合・混練した。
また、木粉含有材料21〜23については、表1に示す組成を、同時に2軸押し出し装置(東芝機械製。TEM3000)にて混合・混練した。
上記各得られた木粉含有材料を、射出成形機(日精樹脂工業製、NEX80)を用い、表2に示すシリンダ温度、金型温度で、成形体を作製した。
具体的には、成形体として、1)ISO多目的ダンベル試験片(試験部長さ100mm、幅10mm、厚み4mm)、2)D2試験片(長さ、幅60mm、厚み2mm)を作製した。
各例において、得られた木粉含有材料、成形体(試験片)について、以下の評価を行った。
木粉含有材料の流動性が確保され、木粉含有材料焼けや劣化が起こらず成形できたものについては成形性良好として「○良好」、木粉含有材料が流動しない、又は焼けや劣化が起こってしまうものについては成形性不良としてそれぞれ「×流不良」、「×焼け」と評価した。
ISO多目的ダンベル試験片を用い、ISO75の方法に準拠し、HDT測定装置(東洋精機社製、HDT6)にて、1.8MPaの荷重たわみ温度(℃)を測定し、耐熱性を評価した。
ISO多目的ダンベル試験片を用い、ISO178の方法に準拠し、インストロン(東洋精機社製、インストロンVR6)にて、曲げ試験を実施し、曲げ弾性率(MPa)と曲げ破断歪(%)を測定し、柔軟性を評価した。
D2試験片を28℃、90%RHの条件下で1000hr放置し、試験片の60mm4辺の寸法について、放置前後での試験片の4辺それぞれの寸法変化率を測定し、4辺の平均値を寸法変化率(%)として評価した。
−脂肪族ポリエステル−
・ポリ乳酸:「テラマックTE2000」ユニチカ社製
・ポリ乳酸:「3051D」ネイチャーワークス社製
・ポリヒドロキシブチレート:「バイオポール30」日本モンサント社製
・ポリブチレンサクシネート:「ビオノーレ#2000」昭和高分子社製
−縮合リン酸エステル類−
・「PX200」大八化学社製:構造式(1)で表される化合物
・「CR741」大八化学社製:構造式(2)で表される化合物
・「アデカスタブFP2200」アデカ社製(但し、含窒素系難燃剤)
−その他−
・ポリプロピレン:「ノバテックBC3L」日本ポリプロピレン
・マレイン酸変性ポリプロピレン「ユーメックスCA60」三洋化成社製
110 本体装置
120a、120b フロントカバー
136 用紙供給部
138 用紙排出部
142 プロセスカートリッジ
150、152 筐体
Claims (9)
- 体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、
脂肪族ポリエステルと、
縮合リン酸エステル類と、
を含む木粉含有材料。 - 前記木粉の含有量が、木粉含有材料の全量に対して30質量%以上90質量%以下であり、
前記脂肪族ポリエステルの含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上65質量%以下であり、
前記縮合リン酸エステル類の含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上40質量%以下である請求項1に記載の木粉含有材料。 - 前記脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、及びこれら2種以上の共重合体から選択される少なくとも1種である請求項1又は2に記載の木粉含有材料。
- 前記縮合リン酸エステル類が、下記構造式(1)で示される化合物、及び下記構造式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種である請求項1〜3のいずれか1項に記載の木粉含有材料。
- 体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と、
脂肪族ポリエステルと、
縮合リン酸エステル類と、
を含む成形体。 - 前記木粉の含有量が、木粉含有材料の全量に対して30質量%以上90質量%以下であり、
前記脂肪族ポリエステルの含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上65質量%以下であり、
前記縮合リン酸エステル類の含有量が、木粉含有材料の全量に対して5質量%以上40質量%以下である請求項5に記載の成形体。 - 前記脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、及びこれら2種以上の共重合体から選択される少なくとも1種である請求項5又は6に記載の成形体。
- 前記縮合リン酸エステル類が、下記構造式(1)で示される化合物、及び下記構造式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種である請求項5〜7のいずれか1項に記載の成形体。
- 体積平均粒径が1μm以上5mm以下の木粉と縮合リン酸エステルとを混合する工程と、
前記木粉及び前記縮合リン酸エステルの混合物と脂肪族ポリエステルとを混合する工程と、
有する木粉含有材料の製造方法。
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