JP2015516895A - バイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、紙粉末、及びプラスチック樹脂を含むペレットを射出して形成されることを特徴とするバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品及びその製造方法に関するものである。本発明を通じ、自動車内装材の要求物性を満たすバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品を提供する。

Description

本発明は、自動車内装材用プラスチック成形品及びその製造方法に関するものであって、より詳しくは、自動車内装材用プラスチックに使用可能な物性を有するバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品及びその製造方法に関するものである。

世界的にプラスチック産業は、優れた性能と機能を有する無数の高分子素材の開発により発展を重ねており、１億トン以上が合成され使用されている。かかる莫大な使用量により、プラスチックの廃棄量も幾何級数的に増加する傾向にある。

しかし、一般的なプラスチックは、安定した分子構造を有するため、連結環の切断が難しく、切断されても再結合を行うので、分解するためには約３００〜４００年を要する。従って、土壌汚染、埋立地不足等の問題が深刻になっている。

また、プラスチックを焼却する場合、有毒ガス及び二酸化炭素の発生により、大気汚染は勿論のこと、地球温暖化現象を加速化させる役割を果たす。
上記のような問題があるにもかかわらず、自動車の内装材としては依然としてプラスチックが使用されており、２０１０年の総自動車生産量が約５７００万台であることに鑑みると、極めて大量のプラスチックが自動車内装材に使用されていることが分かる。

そこで、「ポリオレフィン−植物性繊維系成形用樹脂組成物（特許文献１）」、及び「押出射出成形用生分解性樹脂組成物（特許文献２）」等には、生分解性プラスチック、バイオベースプラスチック等環境に優しいプラスチックについて記述している。

しかし、変性澱粉等で製造された場合、引張、伸長等において物性が弱いという欠点があり、実際に使用する際には、高温高圧状態において可塑化反応による熱可塑性澱粉（Ｔｈｅｏｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｒｃｈ）または澱粉発酵及び重合工程によるポリ乳酸（ＰＬＡ）加工をして使用しているが、これもまた自動車内装材の要求物性を満たさないため、サンプルの製作は可能であるが、量産の適用は難しいのが現実である。

大韓民国特許第１９９６−０００８１１７号明細書 大韓民国特許第１０−０４４３２７５号明細書

前記のような従来の問題点を解決するため、本発明は、自動車内装材として使用できるように要求物性を満たすバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、紙粉末、及びプラスチック樹脂を含むペレットを射出して形成されることを特徴とする、バイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品を提供する。

また、前記ペレットは、植物体の粉末をさらに含むことが好ましい。
さらに、前記ペレットの総重量に対して前記紙粉末は、５〜５０ｗｔ％、及び前記プラスチック樹脂は５０〜９５ｗｔ％であることが好ましい。

また、前記ペレットの総重量に対して前記紙粉末は、５〜４５ｗｔ％、前記植物体粉末は５〜２０ｗｔ％、及び前記プラスチック樹脂は、４５〜７５ｗｔ％であることが好ましい。

さらに、前記植物体粉末の植物体は、トウモロコシ、竹、及びもみ殻からなる群れから選択されるいずれか一つ以上を含むことが好ましい。
さらに、前記プラスチック樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート−アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＰＣ−ＡＢＳ）、ＰＡ６（ポリアミド）及びＰＡ６６（ポリアミド）のいずれか一つ以上を含むことが好ましい。

また、前記ペレットは、有機酸及び過酸化物をさらに含むことが好ましい。
さらに、前記ペレットは、グラフト結合剤をさらに含み、前記ペレットの総重量に対して前記グラフト結合剤は、０．５〜２ｗｔ％であることが好ましい。

前記課題を解決するために、本発明は、（ａ）紙を粉砕した後に、乾燥して紙粉末を製造する工程と、（ｂ）植物体を粉砕した後に、乾燥して植物体粉末を製造する工程と、（ｃ）前記紙粉末及び前記植物体粉末を混合してバイオマス粉末を形成する工程と、（ｄ）前記バイオマス粉末にワックスをコーティングする工程と、（ｅ）前記ワックスがコーティングされたバイオマス粉末にプラスチック樹脂、有機酸、及び過酸化物を混合して混合物を形成する工程と、（ｆ）前記混合物をプラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合が行われるようにしてプラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合組成物を形成する工程と、（ｇ）前記プラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合組成物をペレットを用いて製造する工程とを含むことを特徴とするバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品の製造方法を提供する。

また、前記紙粉末は、１００〜４００メッシュであることが好ましい。
さらに、前記植物体粉末は１００〜３００メッシュであることが好ましい。

前述のように、バイオマスペレットによって形成された自動車内装材用プラスチックは、自動車内装材用プラスチックとして利用できるように、自動車内装材に必要とされる要求物性を満たすものであり、２０〜３０年の耐久期間を有する。

また、バイオマスペレットを用いてリサイクルが容易であり、二酸化炭素を低減させることに優れ、廃棄後に生分解性が高いという特徴を有する。

以下では、本発明によるバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品について詳しく説明する。
本発明によるバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品は、紙粉末及びプラスチック樹脂を含むペレットを射出して形成される。

前記紙粉末の含量は、５〜５０ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。
前記プラスチック樹脂は、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート−アクリロニトリルブタジエンスチレン、ＰＡ６（ポリアミド）及びＰＡ６６（ポリアミド）のいずれか一つ以上のものであり、前記プラスチック樹脂の含量は、前記ペレットの総重量に対して５０ｗｔ％〜９５ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。

本発明によるバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品は、紙粉末、植物体粉末及びプラスチック樹脂を含むペレットを射出して形成される。
前記紙粉末の含量は、前記ペレットの総重量に対して１０〜３５ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。

前記植物体粉末の植物体は、トウモロコシ、竹、及びもみ殻のいずれか一つ以上のものであり、前記植物体粉末の含量は、前記ペレットの総重量に対して５〜３５ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。

前記プラスチック樹脂は、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート−アクリロニトリルブタジエンスチレン、ＰＡ６（ポリアミド）及びＰＡ６６（ポリアミド）のいずれか一つ以上のものであり、前記プラスチック樹脂の含量は、前記ペレットの総重量に対して４５ｗｔ％〜７５ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。

好ましくは、バイオマスペレットは、有機酸及び過酸化物をさらに含む。
前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸を含む群から選ばれたいずれか一つ以上であり、前記有機酸の含量は、前記ペレットの総重量に対して０．２〜５ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。

前記過酸化物の含量は、前記ペレットの総重量に対して０．０１〜５．０ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。
好ましくは、バイオマスペレットは、グラフト結合剤をさらに含む。

前記グラフト結合剤の含量は、前記ペレットの総重量に対して０．５〜２ｗｔ％であることが好ましいが、これに制限されるものではない。
製造方法の説明
以下では、本発明によるバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック組成物及びこれを用いたプラスチック成形品の製造方法について詳しく説明する。

工程（ａ）は、紙を粉砕した後乾燥して紙粉末を製造する工程である。紙は、１００〜４００メッシュ程度になるように微粒子粉末で粉砕されることが好ましい。１００メッシュ未満の場合は、粒子サイズが大きすぎて、ペレットを生産するときに流動性が悪いため生産性が落ち、表面が粗くなり、フィルム等の最終製品の品質が悪くなり、製品の強度及び伸率が悪くなる。また、４００メッシュを超えると、粉砕工程の時間が長くなりすぎて、全体的な生産性の低下及び原価上昇による価格競争力が問題になるためである。

次に、工程（ｂ）は、植物体を粉砕した後に乾燥し、植物体の粉末を製造する工程である。植物体もまた、１００〜３００メッシュ程度になるように微粒子粉末で粉砕されることが好ましい。その理由は、紙粉末と同様に、１００メッシュ未満の場合は、粒子サイズが大きすぎて、ペレットの生産時の流動性が悪いため生産性が落ち、表面が粗くなり、フィルム等最終製品の品質が悪くなり、製品の強度及び伸率が低くなる。また、３００メッシュを超えると、粉砕工程の時間が長すぎて、全体的な生産性の低下及び原価上昇による価格競争力が問題となる。

工程（ｃ）は、工程（ａ）で製造された紙粉末及び工程（ｂ）で製造された植物体の粉末を混合し、バイオマス粉末を形成する工程である。
工程（ｄ）では、工程（ｃ）で形成されたバイオマス粉末にワックスをコーティングする。工程（ａ）及び工程（ｂ）を経て乾燥されたバイオマス粉末にワックスを投入し、高速攪拌してコーティングされたバイオマス粉末を形成する。ここで、高速攪拌による自己発熱でワックスが自然に溶け、植物体の粉末の表面にコーティングされることになる。コーティングされた植物体の粉末は、水分の再吸収が防ぐ。

ワックスは、低分子量でありながらも融点が低いというメリットがあり、押出機を用いて添加剤を製造するとき、滑剤の補助剤としての機能も共に果たすことができ、低分子物質で生分解可能であるという利点もある。

工程（ｅ）では、工程（ｄ）で形成されたコーティングされたバイオマス粉末にバインダーの役割を果たすプラスチック樹脂、有機酸及び過酸化物を混合し、混合物を形成する。

過酸化物は、プラスチック樹脂の鎖を化学的に切断する役割を果たす。
有機酸は、過酸化物が切断したプラスチック樹脂の末端基にバイオマス粉末を結合させるための中間体及び酸化分解剤として機能する。

工程（ｅ）では、バイオマス粉末、プラスチック樹脂、有機酸及び過酸化物以外に、グラフト結合剤がさらに投入されてもよい。
グラフト結合剤は、投入されてプラスチック樹脂とバイオマスのグラフト結合を助ける役割を果たす。

工程（ｆ）では、工程（ｅ）で形成された混合物を押出機で１００〜３００℃の温度でスクリュー回転によって反応させ、プラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合を引き起こし、プラスチック樹脂−バイオマスのグラフト組成物を形成する。

反応温度が１００℃未満の場合は、添加した原料が溶けないので、反応を起こすことができず、反応温度が３００℃を超える場合は、炭化が起こったり、プラスチック樹脂が水のように溶け出し、ペレットの製造が不可能である。

（ｇ）工程では、工程（ｆ）で形成されたプラスチック樹脂−バイオマスのグラフト組成物を吐出口を通じて吐出させ、吐出されたストランドをベルトコンベアにより移送すると共に、送風乾燥した後、カットまたはダイフェースホットカット（Ｄｉｅ−ｆａｃｅ ｈｏｔ−ｃｕｔｔｉｎｇ）方法でペレットを製造する。

前記過程を経たバイオマスペレットを射出成形して、自動車内装材用プラスチック成形品を製造してもよい。
対照区
ポリプロピレン８０．０ｗｔ％、及びタルク（２０．０％）を含むプラスチック樹脂である。

（実施例１）
３００メッシュで粉砕された紙粉末４６．８ｗｔ％にポリプロピレン４９ｗｔ％、ステアリン酸カルシウム１．０ｗｔ％、酸化防止剤０．２ｗｔ％、及び酸化チタン３．０ｗｔ％を投入して製造されたペレットを射出成形して自動車内装材用プラスチック成形品を製造した。

（実施例２）
３００メッシュの紙粉末３０．０ｗｔ％にポリプロピレン６３．３ｗｔ％、ステアリン酸カルシウム１．０ｗｔ％、酸化防止剤０．２ｗｔ％、酸化チタン３．０ｗｔ％、及びグラフト結合剤（ＧＢ−ＭＡ）２．５ｗｔ％を投入して製造されたペレットを射出成形して自動車内装材用プラスチック成形品を製造した。

（実施例３）
３００メッシュの紙粉末３０．０ｗｔ％にポリプロピレン５３．３ｗｔ％、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）１０．０ｗｔ％、ステアリン酸カルシウム１．０ｗｔ％、酸化防止剤０．２ｗｔ％、酸化チタン３．０ｗｔ％、及びグラフト結合剤２．５ｗｔ％を投入して製造されたペレットを射出成形して自動車内装材用プラスチック成形品を製造した。

（実施例４）
３００メッシュの紙粉末２５．０ｗｔ％及びトウモロコシ外皮粉末５．０ｗｔ％に、ポリプロピレン６３．３ｗｔ％、ステアリン酸カルシウム１．０ｗｔ％、酸化防止剤０．２ｗｔ％、酸化チタン３．０ｗｔ％、及びグラフト結合剤２．５ｗｔ％を投入して製造されたペレットを射出成形して自動車内装材用プラスチック成形品を製造した。

（実施例５）
３００メッシュの紙粉末２０．０ｗｔ％及びトウモロコシ外皮粉末１０．０ｗｔ％に、ポリプロピレン６３．３ｗｔ％、ステアリン酸カルシウム１．０ｗｔ％、酸化防止剤０．２ｗｔ％、酸化チタン３．０ｗｔ％、及びグラフト結合剤２．５ｗｔ％を投入して製造されたペレットを射出成形し、自動車内装材用プラスチック成形品を製造した。

（実験例１）
前記対照区及び前記実施例１〜５で製造された自動車内装材用プラスチック成形品に対して、ＩＳＯ１７８の方法に従って屈曲弾性率を測定した。

（実験例２）
前記対照区及び前記実施例１〜５で製造された自動車内装材用プラスチック成形品に対して、ＩＳＯ１７８の方法に従って屈曲強度を測定した。

（実験例３）
前記対照区及び前記実施例１〜５で製造された自動車内装材用プラスチック成形品に対して、ＩＳＯ５２７−１の方法に従って引張強度を測定した。

前記した実験例１〜３の結果を下記表１に整理した。

本発明によるバイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品は、紙粉末が含まれた実施例１〜３と、紙粉末、及び植物体の粉末（トウモロコシ外皮）が含まれた実施例４、５に分けられ、表１から分かるように、実施例１〜５の全てで対照区であるポリプロピレンと類似する、またはより優れた屈曲弾性率、屈曲強度、及び引張強度を有することが分かる。

以上のように本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、前述した特定の実施例に限定されない。即ち、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、添付された特許請求範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、本発明に対する多数の変更及び修正が可能であり、そのような全ての適切な変更及び修正の均等物も、本発明の範囲に属するものと見なされなければならない。

Claims (11)

1. 紙粉末、及びプラスチック樹脂を含むペレットを射出して形成されることを特徴とする、
   バイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品。
2. 前記ペレットが、植物体粉末をさらに含むことを特徴とする、
   請求項１に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
3. 前記ペレットの総重量に対して前記紙粉末、５〜５０ｗｔ％、及び前記プラスチック樹脂５０〜９５ｗｔ％を含むことを特徴とする、
   請求項１に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
4. 前記ペレットの総重量に対して前記紙粉末５〜４５ｗｔ％、前記植物体粉末５〜２０ｗｔ％、及び前記プラスチック樹脂４５〜７５ｗｔ％を含むことを特徴とする、
   請求項２に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
5. 前記植物体粉末の植物体が、
   トウモロコシ、竹、及びもみ殻からなる群から選択されるいずれか一つ以上を含むことを特徴とする、
   請求項２に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
6. 前記プラスチック樹脂が、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート−アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＰＣ−ＡＢＳ）、ＰＡ６（ポリアミド）及びＰＡ６６（ポリアミド）のいずれか一つ以上を含むことを特徴とする、
   請求項１または２に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
7. 前記ペレットが、
   有機酸及び過酸化物をさらに含むことを特徴とする、
   請求項１または２に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
8. 前記ペレットが、
   グラフト結合剤をさらに含み、
   前記グラフト結合剤が、前記ペレットの総重量に対して０．５〜２ｗｔ％の量で含まれることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の自動車内装材用プラスチック成形品。
9. （ａ）紙を粉砕した後、乾燥して紙粉末を製造する工程と、
   （ｂ）植物体を粉砕した後、乾燥して植物体粉末を製造する工程と、
   （ｃ）前記紙粉末及び前記植物体粉末を混合してバイオマス粉末を形成する工程と、
   （ｄ）前記バイオマス粉末にワックスをコーティングする工程と、
   （ｅ）前記ワックスがコーティングされたバイオマス粉末にプラスチック樹脂、有機酸、及び過酸化物を混合して混合物を形成する工程と、
   （ｆ）前記混合物をプラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合が行われるようにすることによって、プラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合組成物を形成する工程と、
   （ｇ）前記プラスチック樹脂−バイオマスのグラフト結合組成物をペレットに製造する工程と
   を含むことを特徴とする、
   バイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品の製造方法。
10. 前記紙粉末は、１００〜４００メッシュであることを特徴とする、
    請求項９に記載の自動車内装材用プラスチック成形品の製造方法。
11. 前記植物体粉末は１００〜３００メッシュであることを特徴とする、
    請求項９に記載の自動車内装材用プラスチック成形品の製造方法。