JP2013189574A - 樹脂組成物および樹脂成形体 - Google Patents

樹脂組成物および樹脂成形体 Download PDF

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Abstract

【課題】金型への充填性に優れた樹脂組成物を提供する。
【解決手段】セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上である樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂組成物および樹脂成形体に関する。
従来、樹脂組成物としては種々のものが提供され、各種用途に使用されている。特に家電製品や自動車の各種部品、筐体等に使用されたり、また事務機器、電子電気機器の筐体などの部品にも熱可塑性樹脂が使用されている。
近年地球規模での環境問題に対して、植物由来の樹脂の利用は、温室効果ガス排出量の低減し得る材料として大きな期待が寄せられている。従来から知られている植物由来の樹脂の一つに、セルロースがある。セルロースは、従来、塗料としての用途や、繊維としての用途では広く利用されているが、セルロースの樹脂成形体への利用に際しては、まだ用いられている例は少ない。
例えば特許文献1には、ポリオレフィン、セルロース繊維および着色料を含む第1樹脂成形体と、前記ポリオレフィンを除く熱可塑性樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂および着色料を含む第2樹脂成形体とが接合された複合成形体であって、前記第2樹脂成形体に含まれるポリオレフィンを除く熱可塑性樹脂が、ポリカーボネートとする方法が開示されている。
特許文献2には、ミクロフィブリル化セルロースおよび樹脂を含有する混練物を成形してなる樹脂成形体であって、ミクロフィブリル化セルロースの含有量が成形体全体の4重量%以上15重量%以下であり、前記成形体の強度がミクロフィブリル化セルロースを含まないことを除いて同じ方法で成形された成形体の強度と比較した相対強度が1.10以上である樹脂成形体が開示されている。
特許文献3には、セルロース繊維と、マトリクス材料としての、脂環構造中に酸素原子を含有していてもよい脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構成単位を含有する脂環式ポリカーボネートとを含有する複合材料であって、線膨張係数が50ppm/K以下であるセルロース繊維複合材料であって、脂環式ポリカーボネートを130℃以上270℃以下の温度範囲で加熱溶融してセルロース繊維と一体化することにより、このセルロース繊維複合材料を製造する方法が開示されている。
特許文献4には、ゴム成分に平均繊維径がナノオーダのセルロースナノ繊維および分散剤を含み、その製造方法として、ゴムラテックスと水に分散させた上記繊維のスラリーとを混合した後、混合液を乾燥して水を除去して得る方法が開示されている。
特許文献5には、ポリカーボネート樹脂層とセルロース繊維層とを備える積層体において、セルロース繊維層の厚みに対して、ポリカーボネート樹脂層の厚みが1.4倍以上であるポリカーボネート樹脂/セルロース繊維積層体であって、セルロース繊維層とポリカーボネート樹脂層とを積層し、加熱融着してこのポリカーボネート樹脂/セルロース繊維積層体を製造する方法が開示されている。
特許文献6には、ミクロフィブリル化セルロースの懸濁液に、ミクロフィブリル化セルロースの水酸基との反応性基をシェル部に有するコアシェル型エラストマー粒子を分散させる工程と、このコアシェル型エラストマー粒子を分散したミクロフィブリル化セルロースの懸濁液から水分を除去する工程と、水分除去により得られたミクロフィブリル化セルロース/エラストマー混合物を加熱処理することにより、コアシェル型エラストマー粒子のシェル部の反応性基とミクロフィブリル化セルロースの水酸基との結合生成反応を進行させる工程と、加熱処理後のミクロフィブリル化セルロース/エラストマー混合物を樹脂と共に混練する工程とを含む方法が開示されている。
特許文献7には、特定の脂肪族アルキレングリコールの残基およびエーテルジオール残基を含んでなるポリカーボネートに、セルロースを添加して溶融混練する方法が開示されている。
特許文献8には、パルプおよび澱粉を主成分とした材料を射出成形金型において成形する射出成形装置であって、前記射出成形金型には前記材料を該射出成形金型のキャビティ内に導入するゲートが設けられ、更に、この射出成形金型にはセンサ部が該射出成形金型のキャビティ内に露出する状態でセンサ体が設けられた射出成形装置が開示されている。
特許文献9には、紙繊維と澱粉系結合剤と水とを含む紙繊維を主成分とする成形材料の調整方法であって、水を添加した紙繊維を攪拌して該紙繊維を解繊し、続いて、この解繊された紙繊維に澱粉系結合剤を添加し攪拌することで該澱粉系結合剤を該解繊された紙繊維に均一に分散せしめて糊化した澱粉系結合剤と該解繊された紙繊維とを結合せしめ、続いて、この紙繊維と澱粉系結合剤とが結合した状態で攪拌して粒状化させた後、該粒状化したものを攪拌して略同一固形形状に成形する方法が開示されている。
特許文献10には、(A)スチレン系樹脂20重量%以上97重量%以下、および(B)セルロース系物質80重量%以下3重量%以上〔ただし、(A)+(B)=100重量%〕を、剪断速度100(s−1)以上1,500(s−1)以下の混練り条件で溶融混練りする方法が開示されている。
特開2007−168163号公報 特開2008−024795号公報 特開2009−167296号公報 特開2009−191197号公報 特開2010−023275号公報 特開2010−031093号公報 特開2006−036954号公報 特開2007−137031号公報 特開2007−268750号公報 特開平10−147689号公報
本発明の目的は、金型への充填性に優れた樹脂組成物を提供することにある。
上記課題は、以下の本発明によって達成される。
即ち、請求項1に係る発明は、
セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上である樹脂組成物である。
請求項2に係る発明は、
前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒が、水と粘度調整剤とを含む請求項1に記載の樹脂組成物である。
請求項3に係る発明は、
前記セルロースとして、アスペクト比が50以上のセルロースをセルロース全量に対し10質量%以上含む請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物である。
請求項4に係る発明は、
前記セルロースと樹脂粒子との総量に対する前記セルロースの含有量が25質量%以上である請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の樹脂組成物である。
請求項5に係る発明は、
前記樹脂粒子としてポリカーボネートを含む請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の樹脂組成物である。
請求項6に係る発明は、
前記ポリカーボネートが結晶性ポリカーボネートである請求項5に記載の樹脂組成物である。
請求項7に係る発明は、
前記樹脂粒子の体積平均粒子径が、前記セルロースの長手方向の平均長さ以下である請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の樹脂組成物である。
請求項8に係る発明は、
請求項1に記載の樹脂組成物が成形されてなる樹脂成形体である。
請求項9に係る発明は、
請求項1に記載の樹脂組成物が射出成形されてなる請求項7に記載の樹脂成形体である。
請求項1に係る発明によれば、セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上であるとの要件を満たさない場合に比べ、金型への充填性に優れた樹脂組成物が提供される。
請求項2に係る発明によれば、セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒が水と粘度調整剤とを含むとの要件を満たさない場合に比べ、金型への充填性に優れた樹脂組成物が提供される。
請求項3に係る発明によれば、セルロースとして、アスペクト比が50以上のセルロースをセルロース全量に対し10質量%以上含まない場合に比べ、耐衝撃性に優れた樹脂成形体を形成し得る樹脂組成物が提供される。
請求項4に係る発明によれば、セルロースと樹脂粒子との総量に対するセルロースの含有量が25質量%未満である場合に比べ、耐衝撃性に優れた樹脂成形体を形成し得る樹脂組成物が提供される。
請求項5に係る発明によれば、樹脂粒子としてポリカーボネートを含まない場合に比べ、難燃性に優れた樹脂組成物が提供される。
請求項6に係る発明によれば、樹脂粒子として結晶性ポリカーボネートを含まない場合に比べ、難燃性に優れた樹脂組成物が提供される。
請求項7に係る発明によれば、樹脂粒子の体積平均粒子径が、前記セルロースの長手方向の平均長さを超える場合に比べ、耐衝撃性に優れた樹脂成形体を形成し得る樹脂組成物が提供される。
請求項8に係る発明によれば、セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上であるとの要件を満たす樹脂組成物を用いない場合に比べ、耐衝撃性に優れた樹脂成形体が提供される。
請求項9に係る発明によれば、射出成形によって成形されていない場合に比べ、寸法精度に優れた樹脂成形体が提供される。
本実施形態に係る樹脂成形体を備える電子・電気機器の部品の一例を示す模式図である。
以下、本発明の樹脂組成物および樹脂成形体の実施形態について説明する。
≪樹脂組成物≫
本実施形態に係る樹脂組成物は、セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒(以下単に「不溶溶媒」と称す)と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上である。
従来から、環境負荷の観点より天然素材系の材料であるセルロースと、他の樹脂とを混合して含有させた樹脂成形体を形成することが求められている。しかし、樹脂成形体中のセルロースの含有量を多くするほど溶融粘度が上昇して流動性が低下し、成形に用いる金型に充填する際に充填性が劣り、その結果射出成形等の方法によって成形し得ないことがあった。また、成形し得た場合でも耐衝撃性に劣ることがあった。
これに対し本実施形態では、セルロースと樹脂粒子とをこの両者を溶解しない不溶溶媒中に含んでおり、粘度が500Pa・s以上と高い樹脂組成物であっても、例えば金型等に充填する際に金型への充填性に優れ、射出成形等の方法によっても良好に形成し得る。また、得られた成形体は耐衝撃性に優れる。
これは、セルロースと樹脂粒子とが溶媒中に溶解しない状態で存在しているため、金型表面に対し粘着性が低減されて滑りの発生が起こり、そのため金型への充填性に優れ、その結果射出成形等の方法によっても良好に形成し得るものと推察される。
また、セルロースと樹脂粒子とが溶媒中に溶解しない状態で存在しているため、粘度を500Pa・s以上にすることにより濃度勾配が生じることが抑制され、セルロースが分散性良く存在していることからセルロース同士の絡み合いが良好に発生した状態で成形され、その結果耐衝撃性に優れるものと推察される。
即ち、樹脂組成物においてはセルロースの添加量が多くなるほど溶融粘度が高くなるが、本実施形態では樹脂組成物と金型表面間に滑りが起こるため金型等への充填性に優れ、射出成形等の方法によっても成形し得る。
尚、本明細書において「セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒」とは、1Lの溶媒に対してセルロースまたは樹脂粒子を100g添加し、60℃の状態で攪拌した場合でも5%以上が溶解しない溶媒をさす。
次いで、各成分について説明する。
−セルロース−
本実施形態におけるセルロースとは、多数のβ−グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然高分子化合物を指し、構成単位であるグルコースとは異なる性質を示す高分子化合物である。いわゆるベータグルカンの一種で、下記構造式(1)で表される繰り返し単位を有する。

本実施形態におけるセルロースとしては、パルプ、木材、コットン、麻、竹、綿、ケナフ、ヘンプ、ジュート、バナナ、ココナツ、海草、お茶葉等の植物繊維から分離した繊維、および銅アンモニアレーヨン、キュプラ、テンセル、レーヨンなどの再生繊維、海産動物であるホヤが産生する動物繊維から分離した繊維、または酢酸菌より産生させたバクテリアセルロース等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
・アスペクト比
本実施形態においては、セルロースとして、アスペクト比が50以上のセルロースを含有することが好ましく、更にはアスペクト比が100以上のセルロースを含有することがより好ましく、アスペクト比が500以上のセルロースを含有することが更に好ましい。
特にアスペクト比が上記範囲であるセルロースを含むことで、セルロース同士の絡み合いがより良好に形成されるため、耐衝撃性に優れた樹脂成型体が得られる。
尚、上記アスペクト比とは、繊維状のセルロースの長手方向(長辺)の長さと短手方向(短辺)の長さとの比(長軸長さ/短軸長さ)を意味する。
本実施形態においては以下の方法により、樹脂組成物中または樹脂成形体中に含まれるセルロースのアスペクト比が測定される。樹脂組成物または樹脂成形体を200℃でプレスして厚み500μm以下のフィルムを作製し、顕微鏡観察により1視野内の繊維状のセルロース50個を計測し3視野の平均を求めて算出される。
また、アスペクト比が上記範囲であるセルロースは、含有されるセルロース全量に対し10質量%以上含まれることが好ましく、更には15質量%以上含まれることがより好ましく、20質量%以上含まれることが更に好ましい。
特にアスペクト比が上記範囲であるセルロースを上記の比率で含有することで、セルロース同士の絡み合いが更に良好に形成されるため、耐衝撃性に優れた樹脂成型体が得られる。
上記セルロースの含有量としては、セルロースと樹脂粒子との総量に対して25質量%以上であることが好ましく、更には50質量%以上であることが好ましい。またその上限値としては、90質量%以下であることが好ましく、更に80質量%以下であることがより好ましい。
−樹脂粒子−
本実施形態における樹脂粒子としては、従来公知の樹脂が用いられる。具体的には、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアリーレン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリビニルアセタール、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールケトン、ポリエーテルニトリル、液晶樹脂、ポリベンズイミダゾール、ポリパラバン酸等が挙げられ、また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およ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の熱可塑性樹脂が挙げられる。
また、生分解性樹脂も好ましく用いられ、例えばポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリエチレンサクシネート、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース、デンプン変性樹脂、セルロース変性樹脂等が用いられる。
・ポリカーボネート
尚、樹脂粒子としては特にポリカーボネートが好適に用いられる。ポリカーボネートの溶融温度は一般的に高く、セルロースとポリカーボネートとを含む樹脂組成物を用いて例えば射出成形等の方法により成形する場合に、前記溶融温度にまで昇温するとセルロースは分解してしまう。しかし、本実施形態に係る樹脂組成物ではセルロースと樹脂粒子とをこの両者を溶解しない溶媒中に含むため、粘度が高いまま射出成形等の方法によって成形し得るものであり、つまりセルロースが分解しない温度での成形が行える。また、ポリカーボネートを含むことで難燃性や耐熱性に優れた樹脂成形体が得られる。
また、前記ポリカーボネートとしては結晶性ポリカーボネートがより好適に用いられる。結晶性のポリカーボネートは一般的に非晶性のものに比べ更に溶融温度が高く、セルロースと結晶性ポリカーボネートとを含む樹脂組成物を用い、該溶融温度にまで昇温して射出成形等の方法により成形すると、セルロースは分解してしまう。しかし、本実施形態に係る樹脂組成物によれば、セルロースが分解しない温度での成形が行え、且つ結晶性ポリカーボネートを含むことで難燃性や耐熱性に優れた樹脂成形体が得られる。
ポリカーボネートとしては、メルトボリュームフローレイト(MVR)が2cm/10min以上25cm/10min以下のものが好ましく、さらには5cm/10min以上20cm/10min以下のものが好ましい。
尚、上記メルトボリュームフローレイトはメルトインデックサF−F01((株)東洋精機製作所製)を用いて、ISO1133に従い300℃,荷重1.2kgfの条件で測定される。
ポリカーボネートは、1つまたは複数のモノマーの重縮合で得られ、少なくとも1つのカーボネート基(−O−(C=O)−O−)を有するポリマーであればよく、特に限定されないが、例えばビスフェノールA型ポリカーボネート、ビスフェノールS型ポリカーボネート、ビフェニル型ポリカーボネート等の、芳香族ポリカーボネートが望ましい。
また、上記ポリカーボネートは、ポリカーボネートの少なくとも1種と、スチレン系樹脂の少なくとも1種と、を組み合わせたアロイ樹脂として用いてもよい。
上記スチレン系樹脂としては、例えば、GPPS樹脂(一般ポリスチレン樹脂)、HIPS樹脂(耐衝撃性ポリスチレン)、SBR樹脂(スチレンブタジエンゴム)、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエンゴム−スチレン共重合体)、AES樹脂(アクリロニトリル−エチレンプロピレンゴム−スチレン共重合体)、AAS樹脂(アクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン共重合体)、MBS樹脂(メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム−スチレン共重合体)、AS樹脂(アクリロニトリル−スチレン共重合体)、MS樹脂(メタクリル酸メチル−スチレン共重合体)などが挙げられる。上記の中でも、HIPS樹脂、ABS樹脂、AS樹脂等が望ましい。
・粒子径
前記樹脂粒子の体積平均粒子径としては、0.01μm以上1000μm以下であることが好ましく、更には0.05μm以上500μm以下であることがより好ましい。
尚、樹脂粒子の体積平均粒子径は、前述のセルロースの長手方向の平均長さ以下(但しアスペクト比が50以上であるセルロースをセルロース全量に対し10質量%以上含有する場合にはアスペクト比が50以上であるセルロースにおける長手方向の平均長さ以下)であることが好ましく、更にはセルロースの長手方向の平均長さに対して90%以下の粒子径であることがより好ましく、60%以下の粒子径であることが更に好ましい。
樹脂粒子の体積平均粒子径がセルロースの長手方向の平均長さ以下であることにより、セルロースが樹脂組成物中において分散性良く存在し、セルロース同士の絡み合いがより良好に形成されるため、耐衝撃性に優れた樹脂成型体が得られる。
上記樹脂粒子の体積平均粒子径は、コールター法を用いたコールターマルチサイザーII型(コールター社製)を用いて測定される。具体的にはコールターマルチサイザーII型により、粒子径に応じてアパーチャー径が20μmから2000μmのアパーチャーを用いて、樹脂粒子の粒度分布を測定して算出される。尚、測定する粒子数は50000である。アパーチャー径と測定レンジの関係は以下の通りである。
(アパーチャー径(μm):測定レンジ(μm))
20μm:0.4μmから12μm
30μm:0.6μmから18μm
50μm:1.0μmから3.0μm
70μm:1.4μmから42μm
100μm:2.0μmから60μm
140μm:2.8μmから84μm
200μm:4.0μmから120μm
280μm:5.6μmから168μm
400μm:8.0μmから240μm
560μm:11.2μmから336μm
1000μm:20μmから600μm
2000μm:40μmから1200μm
−セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒−
本実施形態におけるセルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒(不溶溶媒)としては樹脂粒子の種類によって選択されるが、例えば水、メタノール、エタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノールなどのアルコール類や、これらの混合物等が挙げられ、これらの中でも特に水が好ましい。
また、本実施形態に係る樹脂組成物はその粘度が500Pa・s以上であり、上記に列挙した溶媒以外に別途粘度調整剤を添加することが好ましい。上記粘度調整剤としては用いる溶媒(不溶溶媒)によって混合または溶解する粘度調整剤より選択されるが、例えばポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリN−イソプロピルアクリルアミド、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレンアミン、ポリアリルアミン、でんぷん、アルギン酸(塩)、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(塩)が挙げられる。これらの中でも特にポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸(塩)、でんぷん、アルギン酸(塩)、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(塩)が好ましい。
尚、上記粘度調整剤は、最終的な樹脂組成物が求められる粘度となる量で用いられる。
・配合比
セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒(不溶溶媒/例えば、水や、水と粘度調整剤との混合溶媒等)に対する、セルロースと樹脂粒子との総含有量としては、30質量%以上90質量%以下であることが好ましく、50質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
−その他の成分−
・難燃剤
本実施形態に係る樹脂組成物は、さらに難燃剤を添加してもよい。
上記難燃剤としては、例えば、リン系、シリコーン系、含窒素系、硫酸系、無機水酸化物系等の難燃剤が用いられる。
上記リン系難燃剤としては、縮合リン酸エステル、リン酸メラミン、リン酸アンモニウム、リン酸アルミニウムなどが、上記シリコーン系難燃剤としては、ジメチルシロキサン、ナノシリカ、シリコーン変性ポリカーボネートなどが、上記含窒素系難燃剤としては、メラミン化合物、トリアジン化合物などが、上記硫酸系難燃剤としては、硫酸メラミン、硫酸グアニジンなどが、上記無機水酸化物系難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
これらの中でも、特に縮合リン酸エステルがポリカーボネートへの流動性付与および難燃効果の高さから好適に用いられる。
前記難燃剤の配合比としては、セルロースと樹脂粒子との合計100質量部に対し10質量部以上25質量部以下であることが好ましく、更には15質量部以上20質量部以下がより好ましい。
・他の成分
本実施形態に係る樹脂組成物は、効果を損なわない範囲で上記以外の他の成分を含んでもよい。該他の成分としては、例えば、ドリップ防止剤(例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE))、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、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。
上記他の成分の配合比は、樹脂組成物における固形分中0質量%以上10質量%以下であることが望ましく、0質量%以上5質量%以下であることがより望ましい。ここで、「0質量%」とは上記他の成分を含まない形態を意味する。
−樹脂組成物の製造方法−
本実施形態に係る樹脂組成物は、水や、水と粘度調整剤との混合溶媒等の不溶溶媒に対し、前述のセルロースや樹脂粒子、その他の成分を添加し混練することにより製造される。ここで、上記混練の手段としては公知の手段を用いられ、例えば、ベンチニーダー、双腕型ニーダー、二軸押出機、高速ミキサー、ホモジナイザー、ホモミキサー、遊星ボールミル等が挙げられる。
−樹脂組成物の粘度−
また、本実施形態に係る樹脂組成物はその粘度が500Pa・s以上であり、更には800Pa・s以上であることが好ましく、1000Pa・s以上であることがより好ましい。
上記範囲のごとく粘度が高い樹脂組成物であることにより、固液分離がなく、セルロース繊維と樹脂粒子とが溶媒中に溶解しない状態で存在し、濃度勾配が生じることが抑制され、セルロース繊維が分散性良く存在していることから絡み合いが良好に発生した状態で簡易に樹脂成形体が製造される。
尚、樹脂組成物の粘度は、回転平板型レオメーター(RDA2RHIOSシステム Ver.4.3.2,レオメトリックス・サイエンテイフィック・エフ・イー(株)製)を用いて測定される。測定は、試料をサンプルホルダーにセッティングし、測定温度25℃、周波数100rad/s、測定保証値の範囲内の検出トルクで行われる。
樹脂組成物の粘度は、用いる不溶溶媒の種類、不溶溶媒中に含まれる粘度調整剤の種類、粘度調整剤の量、セルロースのアスペクト比、樹脂粒子の粒子径、セルロースおよび樹脂粒子の含有量等の調整により制御される。
≪樹脂成形体≫
本実施形態に係る樹脂成形体は、前述の本実施形態に係る樹脂組成物が成形されてなる。尚、例えば射出成形、押し出し成形、熱プレス成形、カレンダ成形、トランスファ成形などの成形方法により本実施形態に係る樹脂組成物が成形され、中でも射出成形によって成形されてなることが好ましい。
前記射出成形は、熱硬化性樹脂用の射出成型機で行われ、また金型温度調整機、型内圧ガス抜き装置等の改良を行うことで、熱可塑性樹脂用である日精樹脂工業製NEX150、日精樹脂工業製NEX70000、東芝機械製SE50D等の市販の装置を用いて行ってもよい。
この際、シリンダ温度としては、20℃以上120℃以下とすることが望ましく、50℃以上100℃以下とすることがより望ましい。また、金型温度としては、不溶溶媒の沸点以上の温度で、樹脂粒子の軟化温度以上溶融温度以下が望ましい。具体的には100℃以上220℃以下とすることが望ましく、110℃以上200℃以下とすることがより望ましい。
本実施形態に係る樹脂成形体は、電子・電気機器、家電製品、容器、自動車内装材などの用途に好適に用いられる。より具体的には、家電製品や電子・電気機器などの筐体、各種部品など、ラッピングフィルム、CD−ROMやDVDなどの収納ケース、食器類、食品トレイ、飲料ボトル、薬品ラップ材などであり、中でも、電子・電気機器の部品に好適である。
図1は、本実施形態に係る成形体を備える電子・電気機器の部品の一例である画像形成装置を、前側から見た外観斜視図である。
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。
本体装置110の上面には、用紙サイズや部数等の画像形成に関わる諸条件が操作者からの操作によって入力される操作パネル130、および、読み取られる原稿が配置されるコピーガラス132が設けられている。また、本体装置110は、その上部に、コピーガラス132上に原稿を搬送する自動原稿搬送装置134を備えている。更に、本体装置110は、コピーガラス132上に配置された原稿画像を走査して、その原稿画像を表わす画像データを得る画像読取装置を備えている。この画像読取装置によって得られた画像データは、制御部を介して画像形成ユニットに送られる。なお、画像読取装置および制御部は、本体装置110の一部を構成する筐体150の内部に収容されている。また、画像形成ユニットは、着脱自在なプロセスカートリッジ142として筐体150に備えられている。プロセスカートリッジ142の着脱は、操作レバー144を回すことによって行われる。
本体装置110の筐体150には、トナー収容部146が取り付けられており、トナー供給口148からトナーが補充される。トナー収容部146に収容されたトナーは現像装置に供給されるようになっている。
一方、本体装置110の下部には、用紙収納カセット140a,140b,140cが備えられている。また、本体装置110には、一対のローラで構成される搬送ローラが装置内に複数個配列されることによって、用紙収納カセットの用紙が上部にある画像形成ユニットまで搬送される搬送経路が形成されている。なお、各用紙収納カセットの用紙は、搬送経路の端部近傍に配置された用紙取出し機構によって1枚ずつ取り出されて、搬送経路へと送り出される。また、本体装置110の側面には、手差しの用紙供給部136が備えられており、ここからも用紙が供給される。
画像形成ユニットによって画像が形成された用紙は、本体装置110の一部を構成する筐体152によって支持された相互に接触する2個の定着ロールの間に順次移送された後、本体装置110の外部に排紙される。本体装置110には、用紙供給部136が設けられている側と反対側に用紙排出部138が複数備えられており、これらの用紙排出部に画像形成後の用紙が排出される。
画像形成装置100において、例えば、フロントカバー120a,120b、プロセスカートリッジ142の外装、筐体150、および筐体152に、本実施形態に係る樹脂成形体が用いられている。
以下に実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。尚、以下において「部」は、特に断りのない限り質量基準である。
〔実施例1〕
−樹脂組成物の作製−
・セルロース繊維(回収コピー用紙解砕品、アスペクト比:50(長軸長さ1000μm、短軸長さ20μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート(非晶性PC)、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR11cm/10min) 40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
上記水とポリビニルアルコール(粘度調整剤)との混合溶媒(不溶溶媒)に、上記の成分を添加(固形分50質量%)し、5lの混合槽および2枚のスクリュー型羽根を備えるベンチニーダーを用いて回転数60rpmで20min混練を行い、樹脂組成物を作製した。
尚、得られた樹脂組成物の粘度は5400Pa・sであった。
−樹脂成形体の形成−
射出成型機(日精樹脂社製、商品名:NEX15)に金型温度調整機を取り付け、型内圧ガス抜きライン付専用金型を用い、シリンダ温度を80℃に設定して上記樹脂組成物を金型内に充填して形状を付与し、金型温度を180℃に設定して水分をキャビティー内で蒸発・乾燥させて定められた圧力を印加し試験片を作製した。
〔実施例2〕
・セルロース繊維(ダイセルファインケム社製、商品名:セリッシュKY−100G、アスペクト比(測定値):760(長軸長さ380μm、短軸長さ0.5μm))20部
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 30部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR:11cm/10min)
40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例3〕
・セルロース繊維(ダイセルファインケム社製、商品名:セリッシュKY−100G、アスペクト比:760(長軸長さ380μm、短軸長さ0.5μm)) 10部
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 40部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR:11cm/10min)
40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例4〕
・セルロース繊維(ダイセルファインケム社製、商品名:セリッシュKY−100G、アスペクト比:760(長軸長さ380μm、短軸長さ0.5μm)) 10部
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BWW40、アスペクト比:10(長軸長さ200μm、短軸長さ20μm)) 40部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR:11cm/10min)
40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例5〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR:11cm/10min)
40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例6〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BWW40、アスペクト比:10(長軸長さ200μm、短軸長さ20μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径105μm、MVR:11cm/10min)
40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例7〕
・セルロース繊維(回収コピー用紙解砕品、アスペクト比:50(長軸長さ1000μm、短軸長さ20μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性スチレン−ブタジエン共重合体(非晶性SB)、日本ゼオン(株)社製、商品名:Niplo LX433C、体積平均粒子径0.1μm) 40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例8〕
−樹脂組成物の作製−
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BWW40、アスペクト比:10(長軸長さ200μm、短軸長さ20μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(結晶性ポリカーボネート(結晶性PC)、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを結晶化および微粒子化し分級、体積平均粒子径75μm、MVR:11cm/10min) 40部
・ポリN−イソプルピルアクリルアミド(分子量Mw:7.5万) 10部
・メタノール 100部
尚、上記結晶化ポリカーボネートは、パンライトL−1225Y(帝人化成社製、非晶性ポリカーボネート)をN−メチルピロリドンに溶解し、メタノール中に攪拌分散することにより微粒子化および結晶化を行い、その粒子を分級して得た。結晶化は、示差走査型熱量計を用いて確認を行った。
−樹脂成形体の形成−
射出成型機(日精樹脂社製、商品名:NEX15)に金型温度調整機を取り付け、型内圧ガス抜きライン付専用金型を用い、シリンダ温度を60℃に設定して上記樹脂組成物を金型内に充填して形状を付与し、金型温度を180℃に設定してメタノールをキャビティー内で蒸発・乾燥させて定められた圧力を印加し試験片を作製した。
〔実施例9〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BWW40、アスペクト比:10(長軸長さ200μm、短軸長さ20μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(結晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを結晶化および微粒子化し分級、体積平均粒子径350μm、MVR:11cm/10min) 40部
・ポリビニルアルコール(和光純薬社製、重合度1500) 10部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例1に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
[評価試験]
・成形状態
以下の評価基準により成形された試験片の成形状態を評価した。
○:エッジまで充填されヒケがない
△:エッジまで充填されずにショートしている
×:射出成形機で成形し得なかった
・着色
セルロースの熱分解による着色の発生の有無を、試験片を目視することで評価した。
・フラットワイズ(耐衝撃性)
試験片を用い、以下の方法により耐衝撃性の指標であるフラットワイズ試験を行った。
厚さ2mm、幅13mmの短冊状サンプルをJIS K7111(2006年)に従ってデジタル衝撃試験機DG−UB型 ((株)東洋精機製作所製)を用いてフラットワイズ式にて測定を行った。
〔実施例10〕
−樹脂組成物の作製−
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 30部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート(非晶性PC)、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径28μm、MVR:11cm/10min) 53部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
・ポリアクリルアミド(東京化成社製、Mw60万から100万) 5部
・水 100部
上記水とポリアクリルアミド(粘度調整剤)との混合溶媒(不溶溶媒)に、上記の成分を添加(固形分50質量%)し、5lの混合槽および2枚のスクリュー型羽根を備えるベンチニーダーを用いて回転数60rpmで20min混練を行い、樹脂組成物を作製した。
−樹脂成形体の形成−
射出成型機(日精樹脂社製、商品名:NEX15)に金型温度調整機を取り付け、型内圧ガス抜きライン付専用金型を用い、シリンダ温度を80℃に設定して上記樹脂組成物を金型内に充填して形状を付与し、金型温度を180℃に設定して水分をキャビティー内で蒸発・乾燥させて定められた圧力を印加し試験片を作製した。
〔実施例11〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 30部
・熱可塑性樹脂(結晶性ポリカーボネート(結晶性PC)、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを結晶化および微粒子化し分級、体積平均粒子径28μm、MVR:11cm/10min) 53部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
・ポリアクリルアミド(東京化成社製、Mw60万から100万) 5部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例10に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
尚、上記結晶化ポリカーボネートは、パンライトL−1225Y(帝人化成社製、非晶性ポリカーボネート)をN−メチルピロリドンに溶解し、メタノール中に攪拌分散することにより微粒子化および結晶化を行い、その粒子を分級して得た。結晶化は、示差走査型熱量計を用いて確認を行った。
〔実施例12〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを粉砕、分級品、体積平均粒子径28μm、MVR:11cm/10min) 33部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
・ポリアクリルアミド(東京化成社製、Mw60万から100万) 5部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例10に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔実施例13〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(結晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Yを結晶化および微粒子化し分級、体積平均粒子径28μm、MVR:11cm/10min) 33部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
・ポリアクリルアミド(東京化成社製、Mw60万から100万) 5部
・水 100部
組成を上記の通り変更した以外は、実施例10に記載の方法により樹脂組成物を作製し、樹脂成形体(試験片)を形成した。
〔比較例1〕
−樹脂組成物の作製−
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 30部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Y、MVR:11cm/10min) 53部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
上記の成分を、2軸押し出し機を用いて250℃で溶融混練しペレット化した。この段階でセルロースの分解によると思われる焦げ臭と褐色の着色が起こった。
−樹脂成形体の形成−
射出成型機(日精樹脂社製、商品名:NEX15)を用い、シリンダ温度を250℃に設定して上記樹脂組成物を金型内に充填して形状を付与し、金型温度を80℃に設定して試験片を作製した。
〔比較例2〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 30部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Y、MVR:11cm/10min) 53部
上記の成分を、2軸押し出し機を用いて250℃で溶融混練しペレット化した。ペレット化したものをアセトンに浸漬攪拌してポリカーボネートの結晶化を行った。次に、以下の難燃剤をドライブレンドした。
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
次いで、比較例1に記載の方法により樹脂成形体(試験片)を形成しようとしたが、溶融粘度が高いため射出圧力が高くなり射出成形し得なかった。また計量搬送時のスクリューの異音が発生し、セルロース繊維の分解によると思われる焦げ臭の発生などがあった。
〔比較例3〕
・セルロース繊維(レッテンマイヤー社製、商品名:ARBOCEL BE600−30、アスペクト比:1.7(長軸長さ30μm、短軸長さ18μm)) 50部
・熱可塑性樹脂(非晶性ポリカーボネート、帝人化成社製、商品名:パンライトL−1225Y、MVR:11cm/10min) 33部
・難燃剤(リン系難燃剤、大八化学社製、PX200) 17部
組成を上記の通り変更した以外は、比較例1に記載の方法により樹脂組成物を作製した。
次いで、比較例1に記載の方法により樹脂成形体(試験片)を形成しようとしたが、溶融粘度が高いため射出圧力が高くなり射出成形し得なかった。また計量搬送時のスクリューの異音が発生し、セルロース繊維の分解によると思われる焦げ臭の発生などがあった。
−難燃性の評価(UL試験)−
UL−94におけるVテスト用UL試験片(厚さ2mm)を用いて、UL−94の垂直燃焼試験を行い、UL−94規格の判定基準に従って、難燃性が高い方から順にV−0、V−1、V−2、HBおよび燃焼(NG)の5つのランクで判定した。
100 画像形成装置
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)

  1. セルロースと、樹脂粒子と、前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒と、を含み、且つ粘度が500Pa・s以上である樹脂組成物。
  2. 前記セルロースおよび樹脂粒子を溶解しない溶媒が、水と粘度調整剤とを含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記セルロースとして、アスペクト比が50以上のセルロースをセルロース全量に対し10質量%以上含む請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記セルロースと樹脂粒子との総量に対する前記セルロースの含有量が25質量%以上である請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の樹脂組成物。
  5. 前記樹脂粒子としてポリカーボネートを含む請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の樹脂組成物。
  6. 前記ポリカーボネートが結晶性ポリカーボネートである請求項5に記載の樹脂組成物。
  7. 前記樹脂粒子の体積平均粒子径が、前記セルロースの長手方向の平均長さ以下である請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の樹脂組成物。
  8. 請求項1に記載の樹脂組成物が成形されてなる樹脂成形体。
  9. 請求項1に記載の樹脂組成物が射出成形されてなる請求項7に記載の樹脂成形体。
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