JP2018095708A - 内装品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、植物繊維強化樹脂により製造されている内装品によるフォギング現象を効果的に抑制できるようにすることである。【解決手段】本発明は、木粉14と塩基性物質13とを混合させる混合工程と、木粉14に塩基性物質13を混合した混合木粉と、樹脂のペレットとを混練機に投入し、樹脂のペレットが熱溶融した状態で混練を行なう混練工程と、混練工程により得られた植物繊維強化樹脂のペレットを使用して内装品を成形する成形工程とを有する。【選択図】図2

Description

本発明は、植物繊維強化樹脂を材料とする内装品の製造方法に関する。
自動車等においては、炎天下で室内温度が高温になると、内装品、例えば、インストルメントパネルやシート等から揮発物が発生することがある。前記揮発物は、外気で冷えたガラスにより冷却されてガラスの室内側に付着し、ガラスを曇らせる原因となる(フォギング現象)。特許文献1に記載の技術では、フォギング現象を抑制するため、インストルメントパネル等の内装品の表皮材として使用される皮革材料をアルカリ性の水溶液に接触させることが行われている。これにより、皮革材料に含まれる揮発性の酸性物質が中和されて安定化することで、フォギング現象を抑制することができる。
特開2011−213956号公報
しかし、インストルメントパネル等の樹脂成形品の場合、上記したように、アルカリ性の水溶液に接触させても、前記水溶液が樹脂成形品に染み込むことがない。このため、例えば、樹脂成形品の内部に揮発性の酸性物質が存在している場合に、前記水溶液で樹脂成形品の内部の酸性物質と中和反応を行うのは困難である。したがって、インストルメントパネル等の樹脂成形品(内装品)によるフォギング現象を抑制することは難しい。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、植物繊維強化樹脂により製造されている内装品によるフォギング現象を効果的に抑制できるようにすることである。
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項1の発明は、木粉と塩基性物質とを混合させる混合工程と、前記木粉と塩基性物質との混合物と、樹脂とを混練機に投入し、前記樹脂が熱溶融した状態で混練を行なう混練工程と、前記混練工程により得られた植物繊維強化樹脂を使用して内装品を成形する成形工程とを有する。
本発明によると、混合工程で木粉と塩基性物質とを混合するため、木粉に含まれる揮発性物質である脂肪酸と塩基性物質とにより中和反応が起こる。これにより、木粉中の脂肪酸が金属石鹸に変化し、前記木粉に含まれる揮発性物質が減少する。したがって、混練工程により得られた植物繊維強化樹脂中の揮発性物質が減少し、成形工程により得られた内装品中の揮発性物質も減少する。この結果、植物繊維強化樹脂により製造されている内装品によるフォギング現象を効果的に抑制できる。
請求項2に係る発明によると、塩基性物質には、ナトリウムよりも原子量が重い金属の化合物が使用される。このため、木粉に含まれる脂肪酸と塩基性物質とによる中和反応により生じる金属石鹸の重量が大きくなる。したがって、前記中和反応により効率的に揮発性を防止できる。
請求項3に係る発明によると、塩基性物質は、その塩基性物質の飽和水溶液のpH値が9.5以上のものが使用される。このため、木粉に含まれる脂肪酸と塩基性物質との中和反応が速やかに行われる。
請求項4に係る発明によると、混練工程と成形工程間に加熱工程が設けられており、前記加熱工程では、前記木粉に含まれる揮発性物質が揮発する温度以上で、かつ前記樹脂が溶融する温度よりも低い温度で、前記植物繊維強化樹脂を加熱する。このため、木粉に含まれる脂肪酸が塩基性物質に中和されずに残留した場合でも、加熱工程で揮発させることにより植物繊維強化樹脂から脂肪酸等を除去できる。これにより、前記内装品によるフォギング現象をさらに抑制できる。また、加熱工程で臭い成分も揮発するため、付随効果としてこげ臭の低減も図ることができる。
請求項5に係る発明によると、木粉に対する塩基性物質の重量比率は、5パーセント以上に設定されている。これにより、木粉に含まれる脂肪酸を効率的に中和できるようになる。
本発明によると、植物繊維強化樹脂製の内装品によるフォギング現象を抑制できる。
本発明の実施形態1に係る内装品の製造方法(工程)を表わすブロック図である。 前記内装品の製造方法における混合工程を表す模式図である。 前記内装品の製造方法における混練工程を表す模式図である。 前記混練工程において使用される混練機の模式側面図である。 前記内装品の製造方法における加熱工程を表す模式図である。 前記内装品の製造方法における成形工程を表す模式図である。 前記内装品の製造方法における材料配合表である。
[実施形態1]
以下、図1から図7に基づいて本発明の実施形態1に係る内装品の製造方法について説明する。本実施形態に係る内装品は、自動車の車室内に設置される内装品であり、植物繊維強化樹脂を材料として製造されている。
<自動車用の内装品Wの製造方法概要について>
自動車用の内装品Wは、図1に示すように、混合工程と混練工程と加熱工程と成形工程とを経て製造される。混合工程は、図2に示すように、植物繊維強化樹脂18(図3参照)の材料となる木粉14に対して塩基性物質13(水酸化カルシウム)を混合し、木粉14に含まれる揮発性の脂肪酸を中和する工程である。混練工程は、図3に示すように、混合工程で得られた混合木粉15(木粉14+塩基性物質13)とポリプロピレン(PP)樹脂12とを混練機30(図4参照)で混練する工程である。加熱工程は、図5に示すように、混練工程で得られた植物繊維強化樹脂18のペレットを所定温度で加熱し、中和しきれずに残留している脂肪酸等の揮発性物質を揮発させて除去する工程である。成形工程は、図6に示すように、加熱工程後の植物繊維強化樹脂18のペレットを使用して射出成形機50により内装品Wを成形する工程である。即ち、混合木粉15が本発明の混合物に相当する。
<混合工程について>
混合工程では、例えば、混合装置20が使用される。混合装置20は、図2に示すように、混合容器22と、混合容器22内で水平回転する攪拌羽根24と、混合容器22に木粉14と塩基性物質13とをそれぞれ投入する投入部25,26とを備えている。ここで、木粉14としては、杉の間伐材の粉末で80メッシュのものが使用される。また、塩基性物質13としては、石灰、即ち、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉末が使用される。なお、水酸化カルシウムの飽和水溶液のpH値は12.4である。混合工程では、図7における材料配合表の実施例1に示すように、木粉14と水酸化カルシウムとの配合比率は、重量比率で20:1である。即ち、木粉14に対する水酸化カルシウムの重量比率は5パーセントとなる。混合工程では、木粉14に対する水酸化カルシウムが均一に混じり合うように、攪拌羽根24の回転数と回転時間とが設定されている。これにより、木粉14に含まれる揮発性の脂肪酸が水酸化カルシウムにより中和される。即ち、中和反応により、木粉14中の脂肪酸は金属石鹸と水とに変化して、揮発し難い状態になる。
<混練工程について>
混練工程では、混練機30が使用される。混練機30は、図3に示すように、混合工程で得られた混合木粉15(木粉14+塩基性物質13(水酸化カルシウム))とポリプロピレン(PP)樹脂12とを混練し、植物繊維強化樹脂18を得る装置である。ここで、ポリプロピレン(PP)(以下、樹脂12という)と前記混合木粉15との配合比率は、図7における材料配合表の実施例1に示すように、重量比率で80:20である。なお、混練工程においても、木粉14中の脂肪酸と水酸化カルシウムとの中和反応は継続して行われる。
混練機30は、図4に示すように、押出式の混練機であり、樹脂12を熱溶融させた状態で混合木粉15(木粉14+塩基性物質13(水酸化カルシウム))と混練して、植物繊維強化樹脂18を製造する機械である。混練機30は、混練機本体300と、混練機本体300から押出された植物繊維強化樹脂18の軟化棒状体18jを水冷する冷却槽33と、冷却後の軟化棒状体18jをペレットのサイズに切断するカッタ35とを備えている。
混練機本体300は、図4に示すように、一端側(左側)に入口部301e、他端側(右側)に出口部301pが設けられた円筒形のシリンダ部301と、そのシリンダ部301内に同軸に収納された螺旋状のスクリュー303とを備えている。そして、シリンダ部301の周囲には、シリンダ部301内を加熱するためのヒータ302が設けられている。また、シリンダ部301の下側には、そのシリンダ部301に沿って冷却装置304が設けられている。これにより、混練機本体300は、シリンダ部301内の温度が約200℃に制御される。
また、混練機本体300は、シリンダ部301の入口部301e側にモータ等を備える駆動装置305が設けられており、駆動装置305の減速機305wの出力軸(図示省略)がスクリュー303に同軸に連結されている。このため、駆動装置305が駆動されることで、スクリュー303がシリンダ部301内で軸心回りに回転し、混練が行なわれる。さらに、混練機本体300は、シリンダ部301の入口部301eに樹脂12のペレットと混合木粉15(木粉14+塩基性物質13(水酸化カルシウム))とを供給するホッパー307を備えている。
<加熱工程、及び成形工程について>
加熱工程は、上記したように、混練工程で得られた植物繊維強化樹脂18のペレットを所定温度で加熱し、中和しきれずに残留している脂肪酸等の揮発性物質を揮発させて除去する工程である。加熱工程では、例えば、加熱容器40が使用される。加熱容器40は、約140℃の温度で1〜5時間程度、植物繊維強化樹脂18のペレットを加熱できるように構成されている。これにより、植物繊維強化樹脂18中に中和しきれずに残留している脂肪酸等の揮発性物質が加熱容器40内で揮発して除去される。なお、樹脂12(PP)の溶融温度は約160℃であるため、植物繊維強化樹脂18のペレットが加熱容器40内で溶融することはない。成形工程では、加熱工程後の植物繊維強化樹脂18のペレットを使用して射出成形機50により内装品Wを成形する。
このように、前記混合工程で木粉14に含まれる揮発性の脂肪酸を中和し、さらに前記加熱工程で植物繊維強化樹脂18に残留した揮発性物質を揮発させて除去する。このため、植物繊維強化樹脂18を材料とする内装品W中には揮発性物質がほとんど存在しない。前記内装品Wのフォギング試験結果が、図7の実施例1の下段に記載されている。即ち、車室内の上限温度である90℃の雰囲気下で前記内装品Wのフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は99%であった(ほとんど曇りがなかった)。また、車室内の限界温度である100℃の雰囲気下で前記内装品Wのフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は91%であった。
次に、図7の比較例1〜3の説明を行う。比較例1はフォギング対策を行わなかった場合のフォギング試験結果を表している。比較例1の場合、混合工程は存在せず、木粉14と樹脂12とを重量比率20:80の割合で配合して混練した植物繊維強化樹脂18を使用して内装品Wを成形している。比較例1における内装品Wの場合、90℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は96%であった。また、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は79%であった。なお、加熱工程がある場合は、ガラスの反射率(光沢度)は80%で若干改善された。このように、比較例1(対策前)の場合、木粉14中の揮発性物質である脂肪酸がほとんど除去されていないため、上記した実施例1の場合と比較すると、フォギング試験結果は良くない。
比較例2の場合、混合工程を省略し、木粉14と水酸化カルシウム(実施例1の場合と同量)とを樹脂12と共に混練機30に投入して、植物繊維強化樹脂18を製造した場合である。ここで、木粉14等と樹脂12との配合割合は重量比率で20:80である。この方法により製造した植物繊維強化樹脂18を使用した内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は86%であった。このように、実施例1の場合と同量の水酸化カルシウムを使用しても、実施例1の場合と比較してフォギング試験結果は良くなかった。この原因は、混練機30の内部で木粉14と水酸化カルシウムとが効率的に混じり合わず、中和反応が効果的に行われなかったことが考えられる。
比較例3は、混合工程で木粉14に対して水酸化カルシウムの代わりに中性の塩化ナトリウム(NaCl(塩))を混合して混合木粉15を製造した場合である。ここで、混合木粉15における木粉14と塩化ナトリウムとの重量比率は20:5である。そして、混合木粉15と樹脂12とを20:80の割合で配合して混練した植物繊維強化樹脂18を使用して内装品Wを成形した。比較例3における内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は80%であり、上記した比較例1(対策前)と同じ結果になった。即ち、塩化ナトリウムは、木粉14中の脂肪酸等の除去には全く効果がなかったと考えられる。
<本実施形態に係る内装品Wの製造方法の長所について>
本実施形態に係る内装品Wの製造方法によると、混合工程で木粉14と塩基性物質13(水酸化カルシウム)とを混合するため、木粉14に含まれる揮発性物質である脂肪酸と塩基性物質13とにより中和反応が起こる。これにより、木粉14中の脂肪酸が金属石鹸に変化し、木粉14に含まれる揮発性物質が減少する。したがって、混練工程により得られた植物繊維強化樹脂18のペレット中の揮発性物質が減少し、成形工程により得られた内装品W中の揮発性物質も減少する。この結果、植物繊維強化樹脂18により製造されている内装品Wによるフォギング現象を効果的に抑制できる。
また、塩基性物質13には、ナトリウム(Na 原子番号11)よりも原子量が重い金属の化合物(カルシウム(Ca 原子番号20))が使用される。このため、木粉14に含まれる脂肪酸と塩基性物質13とによる中和反応により生じる金属石鹸の重量が大きくなる。したがって、前記中和反応により効率的に揮発性を防止できる。また、塩基性物質13として使用される水酸化カルシウムの飽和水溶液のpH値は12.5であるため、木粉14に含まれる脂肪酸と水酸化カルシウムとの中和反応が速やかに行われる。さらに、混練工程と成形工程間に加熱工程が設けられているため、木粉14に含まれる脂肪酸が塩基性物質13と中和されずに残留した場合でも、加熱工程で前記脂肪酸等が揮発して植物繊維強化樹脂18のペレットから除去される。また、加熱工程で臭い成分も揮発するため、付随効果としてこげ臭の低減も図ることができる。さらに、木粉14に対する水酸化カルシウムの重量比率は、5パーセント以上に設定されているため、木粉14に含まれる脂肪酸を効率的に中和できるようになる。
<変更例>
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態(図7の実施例1)では、混合工程における木粉14と水酸化カルシウムとの配合比率は、重量比率で20:1に設定する例を示した。しかし、図7の実施例2〜4に示すように、木粉14に対する水酸化カルシウムの配合比率を実施例1よりも増やすことが可能である。
例えば、実施例2の場合、木粉14と水酸化カルシウムとの配合比率は20:3に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。実施例2における内装品Wの場合、90℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は99%であった。また、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は91%であった。なお、加熱工程がある場合は、ガラスの反射率(光沢度)は95%で改善された。
実施例3の場合、木粉14と水酸化カルシウムとの配合比率は20:5に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。実施例3における内装品Wの場合、90℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果、ガラスの反射率(光沢度)は99%であった。また、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は91%であった。なお、加熱工程がある場合は、ガラスの反射率(光沢度)は92%であった。
実施例4の場合、木粉14と水酸化カルシウムとの配合比率は20:10に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。実施例4における内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は92%であった。なお、加熱工程がある場合は、ガラスの反射率(光沢度)は98%で大幅に改善された。
また、本実施形態では、混合工程で木粉14に対して塩基性物質13として水酸化カルシウムを混合する例を示した。しかし、塩基性物質13として水酸化カルシウムの代わりにウォラストナイトを使用することも可能である。ウォラストナイトは、二酸化ケイ素(SiO2)と酸化カルシウム(CaO)を主成分とする鉱物の粉末であり、飽和水溶液のpH値が9.5〜10.5である。
実施例5の場合、木粉14とウォラストナイトとの配合比率は20:3に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。実施例5における内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は89%であった。なお、加熱工程がある場合は、ガラスの反射率(光沢度)は96%で改善された。
実施例6の場合、木粉14とウォラストナイトとの配合比率は20:5に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。実施例6における内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は87%であった。
また、比較例4に示すように、塩基性物質13として水酸化カルシウムの代わりに飽和水溶液のpH値が12.3である水酸化バリウム(Ba(OH)2)を使用することも可能である。比較例4の場合、木粉14と水酸化バリウムとの配合比率は20:1に設定されている。なお、混合木粉15と樹脂12との配合比率は、実施例1の場合と同様に20:80に設定されている。比較例4における内装品Wの場合、100℃の雰囲気下でフォギング試験を行った結果(加熱工程省略)、ガラスの反射率(光沢度)は97%であった。バリウム(Ba)は原子番号が56の重金属であるため、木粉14に含まれる脂肪酸と反応して金属石鹸が生成される際、前記金属石鹸の質量が大きくなり、さらに揮発し難くなると考えられる。
また、本実施形態では、混合木粉15と樹脂12との配合比率を20:80に設定する例を示したが、前記配合比率を変えることも可能である。また、本実施形態では、樹脂12としてポリプロピレン(PP)を使用する例を示した。しかし、ポリプロピレン(PP)の代わりに、木粉(植物繊維)が熱分解しない約210℃以下で射出成形が可能な熱可塑性プラスチックのポリスチレン(PS)、ABS樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、AS樹脂(SAN)、ポリアセタール(POM)等を使用することも可能である。
12・・・・樹脂
13・・・・塩基性物質
14・・・・木粉
15・・・・混合木粉(混合物)
18・・・・植物繊維強化樹脂
30・・・・混練機
W・・・・・内装品

Claims (5)

  1. 木粉と塩基性物質とを混合させる混合工程と、
    前記木粉と塩基性物質との混合物と、樹脂とを混練機に投入し、前記樹脂が熱溶融した状態で混練を行なう混練工程と、
    前記混練工程により得られた植物繊維強化樹脂を使用して内装品を成形する成形工程と、
    を有する内装品の製造方法。
  2. 請求項1に記載された内装品の製造方法であって、
    前記塩基性物質には、ナトリウムよりも原子量が重い金属の化合物が使用される内装品の製造方法。
  3. 請求項1に記載された内装品の製造方法であって、
    前記塩基性物質は、その塩基性物質の飽和水溶液のpH値が9.5以上のものが使用される内装品の製造方法。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載された内装品の製造方法であって、
    前記混練工程と成形工程間に加熱工程が設けられており、
    前記加熱工程では、前記木粉に含まれる揮発性物質が揮発する温度以上で、かつ前記樹脂が溶融する温度よりも低い温度で、前記植物繊維強化樹脂を加熱する内装品の製造方法。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれかに記載された内装品の製造方法であって、
    前記木粉に対する塩基性物質の重量比率は、5パーセント以上に設定されている内装品の製造方法。
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