JP2015186916A - 複層樹脂成形品の製造方法と複層樹脂成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の複層樹脂成形品の製造方法は、バイオマス材料と熱可塑性樹脂とを混練してバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得る工程、前記バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を金型1で成形して一次成形品5を得る工程、そして一次成形品5を金型1に残した状態でその表面に熱硬化性樹脂材料6を供給して、熱硬化性樹脂材料6を成形する工程を含む。
【選択図】図1
Description
(a)バイオマス材料と熱可塑性樹脂とを混練してバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得る工程、
(b)前記バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を金型で成形して一次成形品を得る工程、および
(c)前記一次成形品を金型に収納した状態でその表面に熱硬化性樹脂材料を供給して、熱硬化性樹脂材料を成形する工程
を含むことを特徴とする。
前記の混練の工程(a)で用いられるバイオマス材料としては、例えば、木材、竹、麻類、草本類、農産物等の植物材料やこれらの廃棄物、残渣物(皮、葉、茎、実)等、前記植物材料を加工して得られる粉体、繊維等が挙げられる。木材としては、例えば、スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹、ブナ、ナラ、カバ等の広葉樹等の各種のものを加工して得られる粉体、繊維が挙げられる。麻類としては、例えば、ジュート、ケナフ、亜麻、ヘンプ、ラミー、サイザル等を加工して得られる粉体、繊維が挙げられる。
本実施形態で用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、アクリル(PMMA)、ABS樹脂、ASA樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂については、所要の目的や用途、特性に応じて、選択することができる。例えば、複層樹脂成形品におけるバイオマス含有熱可塑性樹脂材料層と熱硬化性樹脂材料層との密着性を高める観点からは、熱硬化性樹脂材料の加熱成形時に少なくとも一部が溶解もしくは軟化され得るものが好ましい。なお、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂材料の品種の組み合わせによっては、複層樹脂成形品におけるバイオマス含有熱可塑性樹脂材料層と熱硬化性樹脂材料層との間で剥離を生じやすくなる場合があるので考慮して選択するのが好ましい。
本実施形態で用いられる熱硬化性樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂材料については、所要の目的や用途、特性に応じて、選択することができる。なお、熱硬化性樹脂材料としては、熱可塑性樹脂の融点より低い温度で硬化可能な樹脂を用いる。
本実施形態で用いられるバイオマス含有熱可塑性樹脂材料は、バイオマス材料と熱可塑性樹脂とを混練して得ることができる。具体的には、混練機に、バイオマス材料と熱可塑性樹脂とを投入し、熱可塑性樹脂の熱溶融温度以上の温度、より好ましくはバイオマス材料の熱分解温度以上の温度でせん断力を加えて混練する。すると、バイオマス材料と熱可塑性樹脂と混練機のブレードとの間にせん断摩擦が生じ、内部発熱が誘起される。特にバイオマス材料の熱分解温度以上の温度でバイオマス材料と熱可塑性樹脂とを混練することによって、バイオマス材料を熱変性によって疎水化させると、熱可塑性樹脂との相溶化向上効果または分散性向上効果をもたらすことができる。さらには、バイオマス材料を可塑化させて流動性をもたらす効果を生じさせることができる。その結果、バイオマス材料と熱可塑性樹脂との一体化・複合化を効率的に進めることができる。
本実施形態の複層樹脂成形品の製造方法においては、前記工程(b)として、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を金型で成形して一次成形品を得る。金型としては、フラット型、サーキュラ型等、一般に公知のものをはじめ各種のものを用いることができる。また、成形方法としては、注型成形、射出成形、ブロー成形等、一般に公知である各種の成形方法を適用することができる。
[バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の作製]
木粉(100メッシュアンダー)、ポリプロピレン(バージンPP、MFR60)、および相溶化剤「ユーメックス1010(三洋化成工業(株)製)」をそれぞれ65部、35部、2部の割合で、ラボプラストミル(東洋精機製作所製)に投入した。噛合型同方向回転ブレードを用いて回転数を150rpmで混練し、せん断摩擦による内部発熱によって混練物の温度が225℃まで上昇したところで空冷を開始した。その後、混練物の温度を220℃に保持しながら25分間混練することにより、ペレット状のバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得た。
[バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形]
シリンダー温度を190℃に加熱した卓上手動式射出成形機(東洋精機製作所製)を用いて、上記のバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を、下型100℃上型100℃に調節した平板形状(100mm×100mm×t3mm)の金型に射出成形することにより、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品を得た。
[熱硬化性樹脂材料の調製]
アクリル樹脂ペレット「VH000(三菱レイヨン(株)製)」100部をメチルメタクリレート「MMA(三菱ガス化学(株)製)」300部で溶解させた。この溶液に、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート「NKエステル1G(新中村化学工業(株)製)4部、硬化剤としてアルキルパーエステル「トリゴノックス121−50E(化薬アクゾ(株)製)」1.6部、および溶融シリカ「F−HD05(キンセイマテック(株)製)(平均粒径:5μm)」600部を混合することにより、熱硬化性樹脂材料を得た。
[複層樹脂成形品の製造]
上記のバイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品を成形した金型を、一次成形品を残した状態で、t5mm、下型80℃上型95℃に調節した。この金型の上部空隙に、上記の熱硬化性樹脂材料をインサート成形し、成形物を金型内で20分間保持することにより、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料層(ベース層、厚み3mm)と熱硬化性樹脂材料層(表層、厚み2mm)とで構成された複層樹脂成形品を得た。
熱硬化性樹脂材料を作製する際に、溶融シリカを用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を作製する際に、実施例1で用いたポリプロピレンの代わりに熱可塑性アクリル樹脂ペレット「VH000(三菱レイヨン(株)製)」を用いたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を作製する際に、実施例1で用いた木粉(100メッシュアンダー)、ポリプロピレン(バージンPP、MFR60)、および相溶化剤「ユーメックス1010(三洋化成工業(株)製)」の割合を、それぞれ50部、50部、2.8部の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
[バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の作製]
実施例1で用いた木粉(100メッシュアンダー)、ポリプロピレン(市販品バージンPP、MFR60)、および相溶化剤「ユーメックス1010(三洋化成工業(株)製)」の割合を、それぞれ35部、65部、3.7部の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得た。
バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を作製する際に、実施例1で用いたラボプラストミルの噛合型同方向回転ブレードの代わりにローラー型ブレードを用いたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。なお、噛合型同方向回転ブレードとローラー型ブレードとでは、噛合型同方向回転ブレードの方が混練対象物により高いせん断力を加えられることが一般に知られている。
熱硬化性樹脂材料を作製する際に、長さ3.0mm_Eガラス繊維「CS3E−227(日東紡績(株)製)」をアクリル樹脂に対して0.5部含有させたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
熱硬化性樹脂材料を作製する際に、長さ0.3mm_Eガラス繊維「SS10−420(日東紡績(株)製)」をアクリル樹脂に対して0.5部含有させたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
熱硬化性樹脂材料を作製する際に、長さ13mm_Eガラス繊維「CS13−J917(日東紡績(株)製)」をアクリル樹脂に対して0.5部含有させたこと以外は、実施例1と同様にして複層樹脂成形品を得た。
[バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の作製]
実施例1と同様にして、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得た。
[バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形]
実施例1と同様にして、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品を得た。
[複層樹脂成形品の製造]
実施例1で用いた熱硬化性樹脂材料の代わりに熱可塑性アクリル樹脂ペレット「VH000(三菱レイヨン(株)製)」を用いた。上記のバイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品を成形した金型を、一次成形品を残した状態で、t5mm、下型80℃上型95℃に調節した。シリンダー温度を230℃に加熱した卓上手動式射出成形機(東洋精機製作所製)を用いて、この金型に、上記の熱可塑性アクリル樹脂ペレットをインサート成形し、成形物を金型内で20分間保持することにより、バイオマス含有熱可塑性樹脂材料層(ベース層、厚み3mm)と熱可塑性アクリル樹脂層(表層、厚み2mm)とで構成された複層樹脂成形品を得た。
熱硬化性樹脂材料を単独で成形した。具体的には、実施例1で成形した金型を、t5mm、下型80℃上型95℃に調節した。この金型の空隙に、実施例1と同様の熱硬化性樹脂材料を注入して20分間保持することにより、熱硬化性樹脂材料(厚み5mm)単独の樹脂成形品を得た。
バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品を作製する際の、金型への注入適正の評価を行った。射出成形機で容易に射出成形できたものは成形性が良好であるとして評価した。下記表1では、容易に射出成形できたものは○、やや注入に時間がかかったものは△とした。
各複層樹脂成形品の上に、200℃に加熱した空鍋を5分間放置した後、空鍋を取り去り目視により外観観察を行った。試験前後で外観に変化が認められないものは耐熱性が良好であるとして評価した。下記表1では、外観に変化が認められないものを○とした。
JIS K 5400の標準方法により、各成形品の表面鉛筆硬度を測定した。
各成形品を、ハンマーを用いて衝撃を加えた後、目視により外観観察を行った。複層樹脂成形品におけるバイオマス含有熱可塑性樹脂材料層と熱硬化性樹脂材料層との剥離が認められないものは破壊密着性が良好であるとして評価した。本評価を2回実施し、下記表1では、剥離が認められないものを○、一部に剥離が認められるものを△とした。
ASTM D790に準拠して弾性率を測定した。
各複層樹脂成形品の重量を、比較例2の樹脂成形品の重量を基準として評価した。
2 上型
3 下型
4 熱硬化性樹脂材料注入口
5 バイオマス含有熱可塑性樹脂材料の一次成形品
6 熱硬化性樹脂材料
7 バイオマス含有熱可塑性樹脂材料層(ベース層)
8 熱硬化性樹脂材料層(表層)
9 複層樹脂成形品
Claims (7)
- 次の工程;
(a)バイオマス材料と熱可塑性樹脂とを混練してバイオマス含有熱可塑性樹脂材料を得る工程、
(b)前記バイオマス含有熱可塑性樹脂材料を金型で成形して一次成形品を得る工程、および
(c)前記一次成形品を金型に収納した状態でその表面に熱硬化性樹脂材料を供給して、熱硬化性樹脂材料を成形する工程を含むことを特徴とする複層樹脂成形品の製造方法。 - 前記工程(a)で得るバイオマス含有熱可塑性樹脂材料中の熱可塑性樹脂の割合が30〜70wt%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の複層樹脂成形品の製造方法。
- 前記工程(a)では、バイオマス材料の熱分解温度以上の温度でせん断力を加えて混練することを特徴とする請求項1または2に記載の複層樹脂成形品の製造方法。
- 前記工程(c)では、熱可塑性樹脂の溶融温度未満から前記熱硬化性樹脂材料の硬化温度までの温度範囲内で成形することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の複層樹脂成形品の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂材料が、ガラス繊維を含有することを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の複層樹脂成形品の製造方法。
- 前記ガラス繊維の長さが、1.5〜6.0mmの範囲内であることを特徴とする請求項5に記載の複層樹脂成形品の製造方法。
- 請求項1から6のうちのいずれか一項に記載の複層樹脂成形品の製造方法によって製造されたことを特徴とする複層樹脂成形品。
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