JP2017002291A - 脂肪族ポリエステル粒子 - Google Patents
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Abstract
Description
特にリグノセルロース系材料として建築廃材や間伐材を用いることで、環境負荷を軽減することができ、低コストで製造することができることが知られている。
しかし、リグノセルロース系材料及び接着剤を使用した木質ボードは、大気中の水分によって、厚み方向の膨張が生じる(寸法安定性が悪くなる)といった問題や、吸水によって曲げ強度や耐剥離性が著しく低下するという問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的はリグノセルロース系材料、接着剤と共に木質ボードの原料に用いることで、乾燥・湿潤条件下での曲げ強度や剥離性に優
れ、吸水膨張率が低く、外観に優れた木質ボードを製造することが出来る、脂肪族ポリエステル粒子を提供することを課題とする。
[1] 平均粒子径が650μm以下であり、粒子径分布の値が1.3以上である脂肪族ポリエステル粒子。
[2] 分級粒子径が1500μm以下である、[1]に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[3] 融点が200℃以下である、[1]又は[2]に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[4] ジオール単位とジカルボン酸単位とを主たる構成単位として有する脂肪族ポリエステル樹脂を主成分とする[1]〜[3]のいずれか1つに記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[5] 脂肪族ポリエステル樹脂がポリブチレンサクシネートである、[4]に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[6] 脂肪族ポリエステル樹脂を粉砕することにより得られた、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[7] 脂肪族ポリエステル樹脂のガラス転移温度以下で粉砕することにより得られた、[6]に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[8] 脂肪族ポリエステル樹脂を粉砕後、分級を行うことで得られたものである、[6]又は[7]に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
[9] [1]〜[8]のいずれか1つに記載の脂肪族ポリエステル粒子、リグノセルロース系材料および、接着剤を含有する組成物。
[10] さらに、多糖類を含む、[9]に記載の組成物。
[11] 接着剤が有機イソシアネート系化合物である、[9]又は[10]に記載の組成物。
[12] [9]〜[11]のいずれか1つに記載の組成物を成形することで得られる木質ボード。
[13] [1]〜[8]のいずれか1つに記載の脂肪族ポリエステル粒子及びリグノセルロース系材料を含む木材・プラスチック複合材用組成物。
[14] [13]に記載の木材・プラスチック複合材用組成物を成形することで得られる木材・プラスチック複合材。
特に、本発明の脂肪族ポリエステル粒子、リグノセルロース系材料、イソシアネート系接着剤を原料として製造された木質ボードは、乾燥・湿潤環境下での曲げ強度、耐吸水膨張率及び外観に優れると共に、ホルムアルデヒドを含まないことから各種建材や、家具等に好ましく用いられる。
本発明において、脂肪族ポリエステル粒子、リグノセルロース系材料及び接着剤を含む
混合物を「組成物」、該組成物を成形してなる成形体を「木質ボード」と称する。
脂肪族ポリエステル樹脂は、脂肪族構造のモル比率が全体構造に対して最大比率となる樹脂であれば特に限定されず、例えば、脂肪族構造以外に、部分的に芳香族構造を有する脂肪族芳香族ポリエステルであってもよい。より具体的には、例えば、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を主成分としてなる脂肪族ポリエステル(全脂肪族ポリエステル);オキシカルボン酸(ヒドロキシカルボン酸)を主成分としてなる脂肪族ポリエステル;脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸を主成分としてなる脂肪族芳香族ポリエステル;およびそれらの混合物が挙げられる。これらの中で、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を主成分としてなる脂肪族ポリエステルが好ましい。
脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を主成分としてなる脂肪族ポリエステルは、下記式(1)で表される脂肪族ジオール単位および下記式(2)で表される脂肪族ジカルボン酸単位を含んでなる脂肪族ポリエステル樹脂である。
[式(1)中、R11は、鎖中に酸素原子を有していてもよい2価の鎖状脂肪族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
[式(2)中、R21は、直接結合を示すか、2価の鎖状脂肪族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
としては、1,4−ブタンジオールとコハク酸からなるポリブチレンサクシネート、1,4−ブタンジオール、アジピン酸、コハク酸からなるポリブチレンサクシネートアジペート等が挙げられる。
全脂肪族ジカルボン酸単位中のコハク酸由来の構造単位の割合は、通常50〜100モル%、好ましくは80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%である。
例えば、上記の脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとのエステル化反応および/またはエステル交換反応を行った後、減圧下での重縮合反応を行うといった溶融重合の一般的な方法や、有機溶媒を用いた公知の溶液加熱脱水縮合方法によっても製造することができる。経済性や製造工程の簡略性の観点から、無溶媒下で行う溶融重合で製造する方法が好ましい。
重量平均分子量は、下限が好ましくは10,000以上、より好ましくは20,000以上、さらに好ましくは50,000以上であり、上限が好ましくは1,000,000以下、より好ましくは500,000以下、さらに好ましくは400,000以下である。重量平均分子量を上記範囲とすることにより、成形性と機械強度の点において有利である。なお、本明細書において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレンを標準物質として測定した値である。
オキシカルボン酸を主成分としてなる脂肪族ポリエステルは、少なくとも一つ以上の脂肪族オキシカルボン酸単位を含んでなる脂肪族ポリエステルである。
D−乳酸のみ、または、L−乳酸のみを構造単位とするポリ乳酸樹脂は結晶性樹脂となり、融点が高く、耐熱性、機械的物性に優れる傾向にある。
ジオールとジカルボン酸を主成分とする脂肪族芳香族ポリエステル(以下、「脂肪族芳香族ポリエステル」と称することがある。)は、下記式(3)で表される脂肪族ジオ−ル単位、下記式(4)で表される脂肪族ジカルボン酸単位、及び、下記式(5)で表される芳香族ジカルボン酸単位を必須成分とするものである。更に、オキシカルボン酸単位を有していてもよい。
[式(3)中、R31は、鎖中に酸素原子を有していてもよい2価の鎖状脂肪族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
[式(4)中、R41は、直接結合を示すか、2価の鎖状脂肪族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
[式(5)中、R51は2価の芳香族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
特にテレフタル酸及び/又はテレフタル酸のメチルエステルか、テレフタル酸及び/又はテレフタル酸のメチルエステルとイソフタル酸及び/又はイソフタル酸のメチルエステルとを含有する混合物が好ましい。
<その他の添加剤>
本発明の脂肪族ポリエステル粒子は脂肪族ポリエステル樹脂からなり、平均粒子径が650μm以下、粒子径分布の値が1.3以上の粒子である。
本発明における平均粒子径とは、下記レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて下記の条件で粒子の全体積の累積分布を求めたとき、体積の累積分布が50%となる粒子径(D50)を意味する。
また、本発明における粒子径分布とは、平均粒子径と同様の測定方法で全体積の累積分布を求め、体積の累積分布が10%(D10)、50%(D50)、90%(D90)となる粒子径を下記式(6)に代入し計算された値である。
粒子径分布=(D90−D10)/D50 (6)
前処理 :ビーカーに試料と、分散剤を含有する水溶液とを加えた後、超音波にて2分間分散させ、これをサンプル液とする。
測定回数 :2回
粒子透過性:透過
粒子屈折率:1.60
溶媒 :水
溶媒屈折率:1.333
本発明のポリエステル粒子の平均粒子径が上記範囲内であるとリグノセルロース系材料中にポリエステル粒子が均一に拡散し、得られる木質ボードの湿潤時の機械物性が向上す
ると共に、吸水膨張性が低下する。
具体的には、分級粒子径(細粉側最大粒子径)が1500μm以下の脂肪族ポリエステル粒子が好ましく、より好ましくは1000μm以下、更に好ましくは800μm以下である。脂肪族ポリエステル中の分級粒子径が大きすぎると、木質ボード表面で生じるシミや着色等の外観不良の原因となる傾向にある。
本発明における分級粒子径(細粉側最大粒子径)とは、脂肪族ポリエステル粒子中の最大粒子径を意味し、具体的には脂肪族ポリエステル粒子をメッシュを用いて分級した場合、JIS−Z 8801−1に規定される該メッシュの目開き(基準寸法)の値が分級粒子径となる。
粒子径分布に加えて、規定の分級粒子径を有することが好ましい。
通常、リグノセルロース系材料は幅広い細孔径の細孔を多数有していることが知られている。本発明で規定するように粒子径分布の広い脂肪族ポリエステル粒子を用いることで、脂肪族ポリエステル粒子の粒子径に対応した細孔に均一に充填される。そして、その後の加熱加圧工程で細孔内の脂肪族ポリエステル粒子が溶融し、冷却固化した際にリグノセルロース系材料の構造を点接着によって固定することで、木質ボードの吸水による膨張や曲げ強度の低下を抑制したと考えられる。
また、平均粒子径の大きな脂肪族ポリエステル粒子は、リグノセルロース系材料の細孔に充填され難く、その結果得られた木質ボードは充分な曲げ強度が得られなかったと考えられる。
更に、粒子径の大きい脂肪族ポリエステル粒子は、リグノセルロース系材料及び接着剤との混合時(撹拌時)、重量差によって木質ボードの表面側に偏在し、加熱加圧工程時の熱によって変色することで、木質ボードの外観を悪化させたと考えられる。
本発明の脂肪族ポリエステル粒子の製造方法は公知の技術を用いて行うことができるが、例えば懸濁重合、乳化重合によって直接粒子を製造する方法、ポリエステル樹脂を粉砕加工する方法、ポリエステル樹脂を乳化剤及び分散媒と共に混合機に導入し、エマルジョン溶液を製造する方法等がある。また、上記方法によって粒子を製造する際に、粉砕後のポリエステル粒子にメッシュ等の分級設備を通すことで得られるポリエステル粒子の平均粒子径、粒子径分布、分級粒子径を制御することができる。
得られる脂肪族ポリエステル粒子中に乳化剤や重合開始剤等が残留していると、木質ボード製造時に接着剤との予期せぬ化学反応が生じる恐れがあることから、脂肪族ポリエステル樹脂を粉砕加工する方法が好ましく用いられる。
また、粉砕時の樹脂の溶融を防止する目的で、原料槽や粉砕機を液体窒素等の冷媒で冷却する方法、水を加えた湿式下での粉砕方法も好ましく用いられる。
できる傾向にある。
リグノセルロース系材料としては、従来の木質ボードに一般的に使用されているリグノセルロース系材料をいずれも好適に用いることができ、例えば、スギ、ヒノキ、ブナ、カシ、などの木質系材料(針葉樹・広葉樹)やケナフ、サイザル麻、イネ、サトウキビ、竹、ミツマタ、コウゾなどの草木類、さらには木綿、キワタ、カボックなどの種子毛繊維に由来する植物性の材料を挙げることができる。また、これらの処理品、誘導体、いわゆる、ナノファイバーセルロース、再生繊維(ビスコース)、半合成繊維(セルロースエステル)、等も使用可能である。なお、上記木質系材料には、間伐材、端材、樹皮、廃材や、おが屑、ワラ、パルプ、サトウキビのバガスなど加工によって生成する廃棄材料も含まれる。
リグノセルロース系材料は、得られる木質ボードの機械物性からスギ、ヒノキ、ブナ、カシなどの木質系材料が好ましく用いられる。
接着剤としては、従来の木質ボードに一般的に使用されている接着剤をいずれも好適に用いることができる。例えば、有機イソシアネート系接着剤、フェノール系接着剤、ユリヤ系接着剤、メラミン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、有機イソシアネート系接着剤、合成ゴム系接着剤、酢酸ビニル系接着剤などが挙げられる。得られる木質ボードの機械物性から、有機イソシアネート系接着剤、フェノール系接着剤、ユリヤ系接着剤、メラミン系接着剤が好ましく、近年の環境意識の高まりからホルムアルデヒドの放散を抑制した上で高い接着性が得られる有機イソシアネート系接着剤がより好ましい。
トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジ
イソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−又は2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアネートメチルカプロエートなどの脂肪族ジイソシアネート;
リジンエステルトリイソシアネート、1,4,8−トリイソシアネートオクタン、1,6,11−トリイソシアネートウンデカン、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアネートヘキサン、3,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアネート−5−イソシアネートメチルオクタンなどの脂肪族トリイソシアネート:
1,3−シクロペンテンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(以下、イソホロンジイソシアネートともいう)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−又は1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(以下、水添キシリレンジイソシアネートともいう)もしくはその混合物、ノルボルナンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネート;
1,3,5−トリイソシアネートシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルイソシアネートシクロヘキサン、2−(3−イソシアネートプロピル)−2,5−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタン、2−(3−イソシアネートプロピル)−2,6−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタン、3−(3−イソシアネートプロピル)−2,5−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタン、5−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタン、6−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタン、5−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ(2,2,1)−ヘプタン、6−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ(2,2,1)ヘプタンなどの脂環族トリイソシアネート:
1,3−又は1,4−キシリレンジイソシアネートもしくはその混合物、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,3−又は1,4−ビス(1−イソシアネート−1−メチルエチル)ベンゼン(以下、テトラメチルキシリレンジイソシアネートともいう)もしくはその混合物などの芳香族−脂肪族ジイソシアネート;
1,3,5−トリイソシアネートメチルベンゼンなどの芳香族−脂肪族トリイソシアネート:
m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、2,4−又は4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIともいう)もしくはその混合物、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート(以下、TDIともいう)もしくはその混合物、4,4’−トルイジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;
トリフェニルメタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアネートベンゼン、2,4,6−トリイソシアネートトルエンなどの芳香族トリイソシア
ネート;
4,4’−ジフェニルメタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネートなどの芳香族テトライソシアネート:
上記ポリイソシアネートのダイマー、トリマー、ビウレット、アロファネート、カルボジイミド、ウレトジオン、オキサジアジントリオン、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(以下、クルードMDIもしくはポリメリックMDIともいう)、及びクルードTDI:
上記ポリイソシアネートやポリイソシアネートの誘導体と、低分子量ポリオール又は低分子量ポリアミンとを、イソシアネート基が残存するように、すなわち、ポリイソシアネート又はその誘導体のイソシアネート基が、低分子量ポリオールの水酸基又は低分子量ポリアミンのアミノ基よりも過剰となる割合で反応させることによって得られるイソシアネートのポリオール変性体やポリアミン変性体:
本発明の組成物は、脂肪族ポリエステル粒子、リグノセルロース系材料、接着剤を含む。組成物を製造する際の各原料の使用量に特に制限はないが、以下の範囲とすることが好ましい。
組成物中の脂肪族ポリエステル粒子の含有量が上記上限よりも多いと、得られる木質ボードの機械強度が不足する;耐熱性が低下する;耐吸湿性が低下する;吸湿又は水濡れ時の樹脂の加水分解で木質ボードの強度が低下する;樹脂やオリゴマーの滲み出しで成形体の外観が悪化する;樹脂粒子の使用量が多く、相対的に安価なリグノセルロース系材料の使用量が少ないことから、材料コストが高くつき経済性を損ねる;といった問題が生じる傾向にある。一方、組成物中の脂肪族ポリエステル粒子の含有量が上記下限よりも少ないと、得られる木質ボードの強度が不足する傾向にある。
組成物中の接着剤の含有量が上記上限よりも多いと、接着性が高くなりすぎ、離型剤を用いても離型性が悪くなり、また、反応の過度の進行による木質ボードの脆化、未反応物による金型汚染などの問題が起こる傾向にある。組成物中の接着剤の含有量が上記下限よりも少ないと、接着剤を併用することによる木質ボードの強度向上の効果を十分に得ることができない場合がある。
用材料として適用する場合、表層、芯層、裏層のいずれにも適用することができるが、その際、各層における要求特性に応じて、接着剤の含有割合を上記の好適範囲内で適宜調整することが好ましい。
即ち、木質ボードの強度を確保した上で、軽量化を図る必要がある場合には、表層を形成するための組成物中の接着剤含有量は芯層を形成するための組成物中の接着剤含有量よりも多く、例えば1.1〜2.0重量倍程度とすると、表層を十分に硬化することが出来、高い曲げ強度を有する成型品を得ることが出来ることから、好ましい。
一方、表層及び裏層と芯層の層間剥離強度が重視される場合は、芯層を形成するための組成物中の接着剤含有量を表層や裏層を形成するための組成物中の接着剤含有量よりも多く、例えば1.1〜2.0重量倍程度とすると、一般的に熱が届きづらい芯層においても十分に硬化をさせることが出来、高いはく離強度を有する成型品を得ることが出来ることから、好ましい。
なお、各層を形成するための組成物を構成するリグノセルロース系材料、接着剤及び脂肪族ポリエステル粒子は異なるものであってもよいが、同一である方が、層間剥離強度の面で好ましい場合がある。
上記多糖類は未変性品、変性品どちらも使用できる。変性品多糖類に対して、化学的、物理的、生物学的等の変性方法を行ったものである。化学的変性を行った多糖類としては、炭水化物(多糖類)の構成単位の一部または全部をエステル化、エーテル化、酸化、還元、カップリング、脱水、加水分解、脱水素、ハロゲン化等の化学反応により変性した多糖類、特には、水酸基をエーテル化、エステル化反応によって変性した多糖類が好ましく用いられる。
また、物理的変性を行った多糖類は、多糖類の結晶化度を変化させ、物理的性質を変化させた多糖類である。また、生物学的変性を行った多糖類は、生物を用いて化学構造等を変化させた多糖類である。
一般にリグノセルロース系材料100重量部に対して含まれるその他の成分の総和は0.1〜30重量部である。
本発明の組成物がこれらのその他の成分を含有する場合、その含有量は、リグノセルロース系材料、脂肪族ポリエステル粒子及び接着剤の合計100重量部に対して通常10重量部以下、好ましくは5重量部以下、より好ましくは1重量部以下であることが好ましい。
本発明の組成物がこれらのその他の樹脂を含む場合、その含有量は、脂肪族ポリエステル粒子100重量部に対して10重量部以下であることが好ましく、含まないことが本発明の効果を確実に得る上で好ましい。
組成物中の含水量を調整する場合は、リグノセルロース系材料の含水量を調整してもよいし、組成物の製造時に水を添加してもよい。
リグノセルロース系材料と脂肪族ポリエステル粒子、接着剤及び必要に応じて用いられるその他の成分の組成物の調製法は、公知の方法であれば特に限定されないが、例えば、
攪拌混合、ポンプ混合、押出混合、容器回転混合、さらには、粉砕混合等を用いることができる。
本発明の木質ボードは、本発明の組成物を成形してなるものである。
その成形方法としては特に制限はないが、脂肪族ポリエステル粒子の軟化温度以上の温度において加圧成形する方法が好ましく用いられる。加熱方法は特に限定されず、高周波加熱、コンタクトヒータ、オーブンに投入しての加熱など適宜、選択することができる。加熱は、脂肪族ポリエステル粒子の分解を抑制するため、脂肪族ポリエステル粒子の軟化温度以上でより低い温度が好ましく、リグノセルロース系材料、接着剤、脂肪族ポリエステル粒子を含む組成物を加熱加圧成形する場合の温度は260℃以下が好ましい。加熱加圧成形する場合の温度が260℃を超えるとリグノセルロース系材料の熱劣化や脂肪族ポリエステル粒子の熱分解によって、製造される木質ボードの機械強度が十分に得られない傾向にある。加熱加圧成形時の圧力や加熱加圧時間は適宜選択することが出来るが、一般的には圧力は1〜15MPa程度、加熱加圧時間は1〜10分程度である。
加圧成形は、公知の方法でよいが、通常はプレス成形を用いる。プレス成形の条件は特に限定されないが、ホットプレスであると、脂肪族ポリエステル樹脂とリグノセルロース系材料が均一に溶融接着されることから好ましい。また、型枠に組成物を流し込み仮成形された成形材料(マット)を、脂肪族ポリエステル粒子の軟化温度以上のホットプレスによって本成形してもよい。また、特に仮成形体を形成せず、所定形状に集合した状態の組成物を脂肪族ポリエステル粒子の軟化温度以上に加熱して、予備的に圧縮などした後、更にプレス成形してもよい。
木質ボードとは、製材時の残廃材、建築解体材等から得られる木材小片、木質繊維等のリグノセルロース系材料を接着剤と混合した後に成形したものを意味する。一般に、木質ボードはリグノセルロース系材料とフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、尿素メラミン共縮合樹脂、イソシアネート系樹脂等の接着剤を混合した後に、加熱加圧成形を行うことによって製造される。木質ボードの具体的な例として、配向性ストランドボード(Oriented Strand Board)、パーティクルボード(Particle board)、中密度繊維板(Medium Density Fiberboard)等が挙げられ、木質ボードの種類に応じて、各種強度、接着剤の種類、ホルムアルデヒド放散量、難燃性等の基準が日本工業標準調査会のJISによって定められている。参考までにパーティクルボードの場合はJIS A 5908(1994)によって各種基準が設定されている。
本発明に係る木質ボードは、リグノセルロース系材料、接着剤、脂肪族ポリエステル粒子を原料に含むものであり、吸水性が低く、寸法安定性が良く、水分や湿気を吸収しても曲げ強度の低下が少ないため、屋根下地や床用下地及び壁面等に用いられる建築用部材、床材、家具用部材、キッチン用品や収納庫(クローゼット)等の住宅用設備部材として好適に使用できる。
木材・プラスチック複合材とは、リグノセルロース系材料及び熱可塑性プラスチックを主原料とし、公知のプラスチック成形の手法によって複合化したものを意味する。通常、製材時の残廃材、建築解体材等から得られる木材小片、木質繊維等のリグノセルロース系材料と熱可塑性プラスチックを混合した後、押出成形、射出成形、プレス成形等の公知のプラスチック成形手法によって製造される。近年、木材・プラスチック複合材の原料として、木質系の廃材及び廃プラスチックが注目されており、このようなリサイクル原料を用いた木材・プラスチック複合材について、日本工業標準調査会のJIS A5741(2012)によって各種基準が設定されている。
レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて粒子の全体積の累積分布を求め、体積の累積分布が50%となる粒子径(D50)を測定し、平均粒子径とした。
また、粒子径分布は平均粒子径と同様の測定方法で全体積の累積分布を求め、体積の累積分布が10%(D10)、50%(D50)、90%(D90)となる粒子径を、下記式(6)に代入し計算した。
粒子径分布=(D90−D10)/D50 (6)
前処理 :ビーカーに試料を入れ、分散剤を含有する水溶液を加えてなじませた後、超音波にて2分間分散させ、これをサンプル液とする。
測定回数 :2回
粒子透過性:透過
粒子屈折率:1.60
溶媒 :水
溶媒屈折率:1.333
(1)曲げ強度
(1−1)常態曲げ強度
成形した試料から幅40mm、長さ275mmに試験片を裁断し、スパン200mm、試験速度10mm/分で、曲げ強さ試験を行った。結果を曲げ強度として表示した。
(1−2)湿潤時曲げ強度
成形した試料から上記(1−1)と同様の方法で試験片を裁断した。次に試験片を70±3℃の温水中に2時間浸漬し、さらに常温水中に1時間浸漬した後、濡れたままの状態で上記(1−1)と同様に曲げ強度を測定した。
成形した試料から50mm角の試験片を裁断し、上下面をホットメルト接着剤にて治具に固定し、試験速度2mm/分で、ボードの剥離試験を行った。得られた破断点強度を面積で除した値を剥離強度とした。
成形した試料から50mm角の試験片を裁断した。この試験片の厚み(A0)を測定し、20℃の水面下3cmに24時間浸漬した後、再度試験片の厚み(A1)を測定し、元の試験片との厚みの差を%(=(A1−A0)/A0×100)で表した。上記吸水膨張率が低い程、年間を通しての寸法安定性に優れていることから木質ボードとして好ましい性質である。
ボードを作成後、表面から60cm離れて目視した時、汚れ,きず,異物の混入が確認出来たものは外観不良とした。それ以外は外観良好とした。
<リグノセルロース系材料>
パーティクルボード表層用木質チップ(含水率3%)(建築廃材:杉、ヒノキ等の混合材)
パーティクルボード芯層用木質チップ(含水率3%)(建築廃材:杉、ヒノキ等の混合材)
芳香族ジイソシアネート誘導体:ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、(三井化学製:コスモネートM−200)
<WAX>
パラフィンワックス(中京油脂社製:セロゾールP−203)
樹脂1:ポリブチレンサクシネート(PBS)(三菱化学(株)製「GS Pla」)、グレード:AZ71TN、融点:110℃、MFR:22g/10分)
樹脂2:ポリブチレンサクシネート(PBS)(三菱化学(株)製「GS Pla」、グレード:FZ71PN、融点:115℃、MFR:22g/10分)
樹脂3:ポリブチレンサクシネート(PBS)(昭和電工(株)製「ビオノーレ」)、グレード:1001、融点:115℃、MFR:1.3g/10分
樹脂4:ポリブチレンサクシネート(PBS)(Shandong Fuwin New
Material Co., Ltd製)、MFR:8.5g/10分
樹脂5:ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)(三菱化学(株)「GSPla」)、グレード:FD92WN、融点:84℃、MFR:4.0g/10分
樹脂6:ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBST)(BASF製「Ecoflex」)、融点:120℃、MFR:3.0g/10分
樹脂7:ポリ乳酸(PLA)(Nature Works LLC製「ingeo」)、グレード:4060D
澱粉1:タピオカ澱粉(EIAMHENG TAPIOCA STARCH INDUSTRY CO.,LTD.製)
澱粉2:小麦粉澱粉(中力粉、日清製粉社製)
融点:示差走査熱量計を用い、10mgのサンプルを流量50mL/分の窒素気流下で加熱溶融させた後、10℃/分の速度で0℃まで冷却し、引き続き10℃/分の速度で昇温する際の融解ピーク温度を融点とした。
MFR:JIS K7210に準拠し、190℃、2.16kg荷重条件下で測定した。
[製造例1]
樹脂1を液体窒素を流通させた凍結粉砕機(ホソカワミクロン株式会社製 リンレックスミルLX(登録商標))により脂肪族ポリエステル樹脂を−60℃以下で粉砕した後、得られた粒子を目開き850μmのメッシュで分級を行い脂肪族ポリエステル粒子1を製造した。製造条件及び得られた脂肪族ポリエステル粒子の物性を表1に示す。
樹脂1を粉砕温度を20〜40℃の間に制御したディスクミル(PALLMANN株式会社製)により脂肪族ポリエステル樹脂1を粉砕し、脂肪族ポリエステル粒子2を製造した。製造条件及び得られた脂肪族ポリエステル粒子の物性を表1に示す。
表1に示す製造条件で脂肪族ポリエステル粒子の製造を行った。尚、製造例4については、製造例1に比べて粉砕条件(時間、ミルの回転数等)が異なる。製造条件及び得られた脂肪族ポリエステル粒子の物性を表1に示す。
製造例13の脂肪族ポリエステル粒子を5段の篩を有するふるい振とう機にかけ、75μm未満の粒子A、75μm以上180μm未満の粒子B、180μm以上〜300μm未満の粒子C、300μm以上500μm未満の粒子D、500μm以上700μm未満の粒子Eに分級を行った。
上記粒子A:粒子B:粒子C:粒子D:粒子Eを2:1:1:1:1の体積割合で混合し、粒子12を製造した。
また、上記粒子Cを粒子14とした。得られた脂肪族ポリエステル粒子の物性を以下に示す。
製造例1で得られた脂肪族ポリエステル粒子1を1重量部、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート4重量部、表層用木質チップ95重量部、パラフィンワックス0.4重量部を混合し表層用組成物を得た。得られた表層用組成物の含水量が14重量%となるように加水を行った。
次に製造例1で得られた脂肪族ポリエステル粒子1を1.2重量部、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート4.8重量部、芯層用木質チップ94重量部、パラフィンワックス0.3重量部を混合し芯層用組成物を得た。得られた芯層用組成物の含水量が7重量%となるように加水を行った。
表層用組成物、芯層用組成物、表層用組成物の順に縦28cm、横26cmの型枠に流し込み、仮成形体(マット)を作製した。次に型枠を取り外した後、マットの両側に1.6cm角のスペーサ棒を設置し、温度210℃、圧力30kg/cm2(約3MPa)、時間3分で加熱加圧プレス成形を行い、厚さ約15mmの木質ボードを製造した。なおフォーミング比率(表層/芯層/表層)は20/60/20(重量%)とした。また木質ボードの密度は700kg/m3とした。
得られた木質ボードについて、JIS A 5908:2003(項目5.1、6.5〜6.8)に準じた各種評価を行い、結果を表2に示した。
脂肪族ポリエステル粒子1の代わりに製造例2で得られた脂肪族ポリエステル粒子2を用いた以外は実施例1と同様の条件で、木質ボードを製造した。得られた木質ボードについて、実施例1と同様の評価を行い結果を表2に示した。
脂肪族ポリエステル粒子1を用いなかった以外は実施例1と同様の条件で、木質ボードを製造した。得られた木質ボードについて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に
示した。
脂肪族ポリエステル粒子の種類、接着剤およびWAXを表3に記載の量とし、木質ボードの密度を800kg/m3とした以外は実施例1と同様の条件で木質ボードを製造した。得られた木質ボードについて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表3に示した。
する粒子径分布を有する脂肪族ポリエステル粒子を含む木質ボードは、粒子径分布の狭い脂肪族ポリエステル粒子を含む木質ボードに比べて高い常態曲げ強度、湿潤曲げ強度、剥離強度及び優れた耐吸水膨張性を有していることがわかった。
また、実施例2及び比較例2の評価結果から、粒子径分布が同程度であっても、平均粒子径が高い脂肪族ポリエステル粒子を含む木質ボードは、本発明が規定するポリエステル粒子を含む木質ボードに比べて、常態曲げ強度、湿潤曲げ強度、耐吸水膨張率が低く、更に得られた木質ボードには脂肪族ポリエステル粒子由来の着色が生じていることがわかった。
更に実施例3〜11に示された結果から、本発明の脂肪族ポリエステル粒子は原料となる脂肪族ポリエステルの種類に関わらず、原料として用いることで常態曲げ強度、湿潤曲げ強度、はく離強度、耐吸水膨張率に優れた木質ボードを製造することが出来ることがわかった。
脂肪族ポリエステル粒子の種類、澱粉、接着剤およびWAXを表4に記載の量とし、木質ボードの密度を680kg/m3とし、澱粉を脂肪族ポリエステル粒子と同時に添加した以外は実施例1と同様の条件で木質ボードを製造した。得られた木質ボードについて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表4に示した。
肪族ポリエステル粒子を含む木質ボードに、更に澱粉を含むことで、常態曲げ強度が向上すると共に、吸水膨張率を低下することがわかった。
Claims (14)
- 平均粒子径が650μm以下であり、粒子径分布の値が1.3以上である脂肪族ポリエステル粒子。
- 分級粒子径が1500μm以下である、請求項1に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 融点が200℃以下である、請求項1又は2に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- ジオール単位とジカルボン酸単位とを主たる構成単位として有する脂肪族ポリエステル樹脂を主成分とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 脂肪族ポリエステル樹脂がポリブチレンサクシネートである、請求項4に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 脂肪族ポリエステル樹脂を粉砕することにより得られた、請求項1〜5のいずれか1項に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 脂肪族ポリエステル樹脂のガラス転移温度以下で粉砕することにより得られた、請求項6に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 脂肪族ポリエステル樹脂を粉砕後、分級を行うことで得られたものである、請求項6又は7に記載の脂肪族ポリエステル粒子。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の脂肪族ポリエステル粒子、リグノセルロース系材料および、接着剤を含有する組成物。
- さらに、多糖類を含む、請求項9に記載の組成物。
- 接着剤が有機イソシアネート系化合物である、請求項9又は10に記載の組成物。
- 請求項9〜11のいずれか1項に記載の組成物を成形することで得られる木質ボード。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の脂肪族ポリエステル粒子及びリグノセルロース系材料を含む木材・プラスチック複合材用組成物。
- 請求項13に記載の木材・プラスチック複合材用組成物を成形することで得られる木材・プラスチック複合材。
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