JP2013139100A - バガスの処理方法及び当該処理後のバガスを含む成形材料並びに成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】バガスを合成樹脂の補強材として用いる場合に有利に採用され得るバガスの処理方法であって、当該処理後のバガスを合成樹脂の補強材として含む成形材料より得られる成形体が優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮する方法を、提供すること
。
【解決手段】
バガスを、３−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ基系シランカップリング剤、又は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリル基系シランカップリング剤を用いて、処理する。
【選択図】なし

Description

本発明は、バガスの処理方法及び当該処理後のバガスを含む成形材料並びに成形体に関するものである。

サトウキビの茎を細かく裂き、含まれている糖汁を圧搾機で搾り出した後の圧搾かすであるバガスは、製糖工場において大量に排出される。バガスは、合板や漆器の材料等として、或いは肥料、飼料等として、使用される場合があるものの、排出されるバガスの多くは、製糖工場においてボイラの燃料として使用されているのが現状である。

ここで、バガスは、ケナフ、竹、麻等の植物繊維と同様に、汎用樹脂と比較して高い弾性率を有しており、強靱である。また、ガラス繊維等と比較して比重が小さく、更には、非常に安価である。このため、近年、バガスを合成樹脂の補強材として使用することについて、種々の提案が為されている。

例えば、特許文献１（特開平６−２８７３２１号公報）においては、熱硬化性樹脂、ガラス繊維、バガスより主としてなり、前記熱硬化性樹脂とバガスとの重量割合がバガス１に対して熱硬化性樹脂が２倍以上、望ましくは約３倍であることを特徴とするバガスを用いた繊維強化プラスチック材が、明らかにされている。

また、特許文献２（特開２０１０−１８６８３号公報）においては、ポリプロピレンに、長さが調整されたバガス繊維が配合された射出成形用バガス繊維強化ポリプロピレン樹脂材が、提案されている。

特開平６−２８７３２１号公報 特開２０１０−１８６８３号公報

このような状況の下、本発明者等は、合成樹脂にバガスを補強材として配合してなる成形材料、及び、かかる成形材料を用いて得られる成形体について、鋭意、研究を進めた。その結果、バガスに対して特定のシランカップリング剤によって処理を施し、かかる処理後のバガスを合成樹脂に配合して成形材料とし、更に、かかる成形材料を用いて成形体を作製すると、得られる成形体が、優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発現することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。即ち、本発明の解決すべき課題とするところは、バガスを合成樹脂の補強材として用いる場合に有利に採用され得るバガスの処理方法であって、当該処理後のバガスを合成樹脂の補強材として含む成形材料より得られる成形体が優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮する方法を、提供することにある。また、本発明は、かかる処理方法に従って処理が施されたバガスを含む成形材料、更には、かかる成形材料を用いて得られる成形体を提供することをも、その解決課題とするものである。

そして、本発明は、かかる課題を解決するために、アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いた処理工程を有するバガスの処理方法を、その要旨とするものである。

なお、本発明に従うバガスの処理方法において、好ましい第一の態様は、前記アミノ基系シランカップリング剤が３−アミノプロピルトリエトキシシランである。

また、本発明のバガスの処理方法において、好ましい第二の態様は、前記メタクリル基系シランカップリング剤が３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランである。

一方、本発明は、上述の如き各態様に係るバガスの処理方法の何れかに従って処理されたバガスが、合成樹脂に配合されてなる成形材料についても、その要旨とするものである。

さらに、本発明は、上記成形材料を用いて得られる成形体をも、その要旨とするものである。

このように、本発明に係るバガスの処理方法は、特定のシランカップリング剤（アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤）を用いた処理工程を有するところに、大きな技術的特徴が存するのである。即ち、特定のシランカップリング剤を用いてバガスを処理し、次いで、当該処理後のバガスと合成樹脂とを用いて成形材料を調製し、更に、かかる成形材料を用いて成形体を作製すると、得られた成形体は、本発明に係るシランカップリング剤による処理が施されていないバガスを用いた成形体と比較して、優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮するのである。従って、本発明に係るバガスの処理方法は、バガスを合成樹脂の補強材として用いる場合に有利に採用可能である。

特に、バガスを処理するシランカップリング剤として、アミノ基系シランカップリング剤たる３−アミノプロピルトリエトキシシランを、或いは、メタクリル基系シランカップリング剤たる３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの何れかを用いることによって、上述の如き効果をより有利に享受することが可能である。

ところで、本発明に従うバガスの処理方法は、種々のシランカップリング剤の中でも、特に、アミノ基系シランカップリング又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いた処理工程を有するところに、大きな技術的特徴が存するのである。以下、本明細書において、アミノ基系シランカップリング又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いた処理を「シランカップリング剤処理」と称する場合がある。

ここで、シランカップリング剤とは、加水分解基と有機官能基とを併せ持つ有機ケイ素化合物であり、アミノ基系シランカップリング剤とは、有機官能基としてアミノ基を有するものを、また、メタクリル基系シランカップリング剤とは有機官能基としてメタクリル基を有するものを、各々、意味する。本発明においては、アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤として従来より公知のものであれば、如何なるものであっても使用することが可能である。具体的に、アミノ基系シランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−（Ｎ−フェニル）アミノプロピルトリメトキシシラン等を、例示することが出来る。また、メタクリル基系シランカップリング剤としては、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等を、例示することが出来る。特に、本発明においては、アミノ基系シランカップリング剤としては３−アミノプロピルトリエトキシシランが、また、メタクリル基系シランカップリング剤としては３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが、それぞれ有利に用いられる。

本発明におけるアミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いた処理工程とは、具体的に、バガスとアミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤とを接触させることにより、それらのシランカップリング剤によってバガス（特に、そこに含まれるセルロース）を変性することを意味する。従って、バガスとシランカップリング剤とが効果的に接触可能な手法であれば、従来より公知の手法の何れをも採用可能であるが、有利には、アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤の水溶液を調製し、この水溶液中にバガスを浸漬せしめる手法が採用される。

そのような、アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤の水溶液を用いてバガスを処理する場合、シランカップリング剤水溶液としては、バガスの１００質量部に対して０．５〜１０質量部程度の割合においてシランカップリング剤を含むものが、使用される。シランカップリング剤の濃度が低すぎると、かかる処理による効果、具体的には、最終的に得られる成形体において機械的特性の向上が図られ得ないおそれがあり、その一方、シランカップリング剤の濃度が高すぎても、処理による効果の格別の向上は認められず、費用対効果の点から得策ではない。

また、メタクリル基系シランカップリング剤の水溶液については、ｐＨが２〜６の範囲内となるように調製されることが好ましい。このように水溶液のｐＨを調製することによって、本発明の効果を有利に享受することが出来る。尚、ｐＨの調製に際しては、酢酸等が有利に使用される。

そして、シランカップリング剤の濃度（及びｐＨ）が調製された、特定のシランカップリング剤の水溶液に対して、バガスを、５〜５０分間、浸漬せしめることにより、本発明に従うバガスのシランカップリング剤処理が効果的に実施されるのである。尚、シランカップリング剤水溶液に対するバガスの浸漬は、通常、室温下で行われる。

ところで、バガスは、サトウキビの茎を細かく裂き、含まれている糖汁を圧搾機で搾り出した後の圧搾かすであることから、合成樹脂の補強材として用いる場合には、上述の如きシランカップリング剤処理に加えて、有利には、以下の粉砕処理や脱糖処理が施される。

−粉砕処理−
製糖工場より排出されたバガスは、一般に、公知の各種粉砕機を用いて粉砕される。かかる粉砕は、例えば、粉砕後のバガスが、φ５メッシュを通過可能となるように、且つ、繊維長が５ｍｍ以下となるように、実施される。φ５メッシュを通過できない太さのバガスは、合成樹脂の補強材として用いると、最終的に得られる成形体において物性のバラツキを発生させるおそれがある。また、繊維長が５ｍｍを超えるバガスは、最終的に得られる成形体が優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮し得ないおそれがある。

−脱糖処理−
製糖工場より排出されたバガスには、未だに糖分が残留しており、そのような糖分が残留しているバガスを合成樹脂の補強材として使用すると、最終的に得られる成形体から強い臭いが発生するおそれがあり、また、成形金型を腐食させるおそれもある。それらを防止すべく、好ましくは、バガスに対して脱糖処理が施される。この脱糖処理は、かかる処理後のバガスの残留糖分が５質量％以下となるように実施することが好ましい。残留糖分が５質量％を超えるバガスは、最終的に得られる成形体から強い臭いが発生するおそれがあり、また、成形金型を汚染するおそれがあるからである。ここで、本明細書におけるバガスの残留糖分とは、以下の手順に従って測定されるものを意味する。
１）脱糖処理後の乾燥バガスを１０．０ｇ、所定の容器（例えばビーカー）に入れ、更 に、２００．０ｇの水を加える。
２）容器内の温度を温度計で確認しながら、容器内の水溶液（水＋バガス）が８０℃に なるまで加熱する。水溶液の温度が８０℃に達したら、１０分間、温度を保ちながら 水溶液をゆっくりと撹拌する。
３）撹拌後、水溶液を、漏斗及びろ紙を用いてろ過し、バガスを除去する一方で上澄み 液を抽出する。
４）抽出された上澄み液を、その全量が５．０ｇになるまで煮沸する。
５）かかる煮沸後の上澄み液を試料として用いて、市販の糖度計により、糖度を測定し 、得られた結果を残留糖分とする。

残留糖分が５質量％以下となるような脱糖処理の手法としては、例えば、２０〜１００℃の湯を用いて１〜６０分間、バガスを湯洗する手法を挙げることが出来る。

本発明に係るシランカップリング剤処理、及び、必要に応じてその他の処理が施されたバガスについては、合成樹脂に配合されて、成形材料として調製される。尚、成形材料におけるバガスの配合割合は、成形金型の腐食等を考慮して、好ましくは５０質量％以下とされる。

本発明に係る成形材料において、上記処理後のバガスが配合される合成樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を、例示することが出来る。

なお、本発明の成形材料に対しては、種々の添加剤を、その目的に応じて、本発明の目的を阻害しない量的割合において配合することは、勿論、可能である。

本発明の成形材料の調製は、例えば、以下の如くして行われる。即ち、シランカップリング剤処理が施されたバガス、及び合成樹脂を、バンバリーミキサーや二軸押出し混練機等に投入し、ペレット状に成形される。尚、ペレット状に成形するに際して、材料の混練温度としては、１６０〜２００℃、好ましくは１６０〜１８０℃程度の温度が設定される。

また、上述の如くして準備された、ペレット状の成形材料は、例えば、所望形状の金型がセットされた射出成形機に供給され、所定の射出温度の下、射出成形が実施されることにより、成形体とされる。尚、射出成形の際の射出温度は、バガスの熱分解が最小限に抑えられ、且つ、射出成形に適した材料の流動性を確保する観点から、１６０〜２００℃の範囲内の温度に設定されることが好ましい。

なお、本発明の成形体を作成するに際しては、射出成形に限定されるものではなく、また、成形材料も、ペレット状のものに限定されるものではない。例えば、シランカップリング剤処理が施されたバガス及び合成樹脂等を、直接、成形機に投入し、混練及び成形することも可能である。

以上のようにして得られた成形体にあっては、そこに含まれるバガスが、アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いて処理されたものであることから、それら特定のシランカップリング剤による処理が施されていないバガスを含む成形体と比較して、優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮するのである。このように優れた機械的特性を発揮することから、本発明に従う成形体は、自動車のエンジンカバーやアンダーカバー等の自動車用部品として、特に有利に用いられ得るのである。

以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には、上述の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。

先ず、本発明に従うシランカップリング剤処理に先立ち、バガスに対して以下の処理を施した。尚、以下の全ての処理が施されたバガスを、前処理済みバガスという。

−粉砕処理−
製糖工場より入手したバガスを、粉砕後のバガスがφ５メッシュを通過するように、且つ、繊維長が５ｍｍ以下となるように、市販の粉砕機を用いて粉砕した。

−脱糖処理−
粉砕処理後のバガスに対して脱糖処理を施した。かかる脱糖処理後のバガス（前処理済みバガス）の残留糖分は５質量％以下であった。

−実施例１−
前処理済みバガスの１００質量部に対して２．０質量部の割合において３−アミノプロピルトリエトキシシランを含有する、３−アミノプロピルトリエトキシシラン水溶液を調製した。この水溶液中に、別途準備した前処理済みバガスを１０分間、浸漬せしめることにより、バガスに対するシランカップリング剤処理を実施した。

上述のシランカップリング剤処理が施されたバガスと、ポリプロピレンとを用いて、ペレット状の成形材料を調製した。尚、各成分の配合割合は、バガス：４０質量％、ポリプロピレン：６０質量％とし、バンバリーミキサーを用いてペレット状とした。

得られたペレット状の成形材料を、射出成形機（東芝機械株式会社製、商品名：EC75N-2A）に投入し、後述する曲げ強度及び曲げ弾性率を測定するための試験片（ＩＳＯ ３１６７タイプＡ）を射出成形により作製した。尚、射出成形の際の条件は、樹脂温度：２００℃、金型温度：４０℃、平均射出速度：２００ｍｍ／ｓ、保圧時間：４０ｓとした。

得られた試験片（成形体）について、ＩＳＯ １７８に規定されている手法に従い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。測定結果を、下記表１に示す。

−実施例２−
３−アミノプロピルトリエトキシシラン水溶液に代えて、前処理済みバガスの１００質量部に対して２．０質量部の割合において３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを含む、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン水溶液を用いて、前処理済みバガスを処理したこと以外は実施例１と同様の手法に従い、試験片（成形体）を作製し、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。測定結果を、下記表１に示す。

−比較例−
３−アミノプロピルトリエトキシシランや３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランによる処理が何等施されていない前処理済みバガスを、そのまま成形材料に配合したこと以外は実施例１と同様の手法に従い、試験片（成形体）を作製し、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。測定結果を、下記表１に示す。

かかる表１の結果からも明らかなように、本発明に従うシランカップリング剤処理が施されたバガスを含む成形体にあっては、かかる処理が施されていないバガスを含む成形体と比較して、優れた機械的特性（曲げ強度及び曲げ弾性率）を発揮することが認められるのである。

Claims (5)

1. アミノ基系シランカップリング剤又はメタクリル基系シランカップリング剤を用いた処理工程を有するバガスの処理方法。
2. 前記アミノ基系シランカップリング剤が３−アミノプロピルトリエトキシシランである請求項１に記載のバガスの処理方法。
3. 前記メタクリル基系シランカップリング剤が３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランである請求項１に記載のバガスの処理方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の処理方法に従って処理されたバガスが、合成樹脂に配合されてなる成形材料。
5. 請求項４に記載の成形材料を用いて得られる成形体。