JP2019199009A - Manufacturing method of bamboo powder composite resin, manufacturing method of bamboo powder resin mixed melt, bamboo powder resin mixed melt, and bamboo powder composite resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は竹粉複合樹脂の製造方法、竹粉樹脂混合溶融体の製造方法、竹粉樹脂混合溶融体及び竹粉複合樹脂に関する。詳しくは、多孔質微竹粉を高温・高圧溶融により樹脂と複合させた竹粉複合樹脂の製造方法、竹粉樹脂混合溶融体の製造方法、竹粉樹脂混合溶融体及び竹粉複合樹脂に関する。 The present invention relates to a method for producing a bamboo powder composite resin, a method for producing a bamboo powder resin mixed melt, a bamboo powder resin mixed melt, and a bamboo powder composite resin. Specifically, the present invention relates to a method for producing a bamboo powder composite resin in which porous fine bamboo powder is combined with a resin by high temperature and high pressure melting, a method for producing a bamboo powder resin mixed melt, a bamboo powder resin mixed melt, and a bamboo powder composite resin.
樹脂に木質系バイオマスを複合したセルロース系複合樹脂には、通称ウッドプラスチックと言われるウッドデッキ等がある。これは安価な製造方法を目標に、原料にリサイクルウッドとリサイクルプラスチックを使用したものである。木粉をプラスチックと複合するには、プラスチック側からみて、木粉は細かくかつ水分を含まない、例えば平均粒度数10μm以下、含水率5%以下が良いとされてきた。すなわち、粒度が大きい、水分が多い場合は木紛がプラスチックの中にうまく混入しない。その結果、木粉ではせいぜい30〜50%までしか含有されなかった。さらに、木粉を30〜50%複合した成形体を得るには、押し出し成形かプレス成形で成形される簡単な形状の製品に限られていた。木粉複合樹脂は木のように見える良さと樹脂の良さを兼ねる利点があるが、逆にそのどちらでもない弱点もある。このように、品質維持や生産性に問題を抱えている。
最近ではセルロースナノファイバー(CNF)にして、高強度・高弾性・低熱膨張性に注目した技術が大きく取り上げられているが、まだ実用化には程遠い状態である。
Cellulose-based composite resins in which woody biomass is combined with a resin include a wood deck or the like commonly referred to as wood plastic. This uses recycled wood and recycled plastics as raw materials with the goal of an inexpensive manufacturing method. In order to combine wood powder with plastic, it has been considered that the wood powder is fine and does not contain moisture, for example, an average particle size of 10 μm or less and a moisture content of 5% or less when viewed from the plastic side. That is, if the particle size is large and there is a lot of moisture, the wood powder does not mix well in the plastic. As a result, wood flour contained no more than 30-50%. Furthermore, in order to obtain a molded body in which 30 to 50% of wood powder is combined, it has been limited to products having a simple shape molded by extrusion molding or press molding. Wood powder composite resin has the advantage of combining the goodness of looking like wood with the goodness of resin, but conversely there are weaknesses that are neither of them. In this way, there are problems in quality maintenance and productivity.
Recently, cellulose nanofiber (CNF) has been widely taken up with a technology that focuses on high strength, high elasticity, and low thermal expansion, but it is still far from practical use.
竹のファイバーに着目すると、水蒸気で竹を粉砕し、糸状に分解し、細かく切断して樹脂に複合しようとする試みも数件あるが、実用化できたものはまだない。従来の樹脂製造技術による混錬装置で、100℃程度で樹脂を溶かして竹紛を混合しただけでは、竹の低純度での混錬ができるだけで、溶融一体化した複合樹脂になっていない。なお、竹本来の成分から抗菌性を発揮させるために抗菌性充填剤を入れている試みも見られる。 Focusing on bamboo fibers, there have been several attempts to grind bamboo with water vapor, break it into threads, cut it into fine pieces, and combine it with resin, but nothing has been put into practical use. By simply kneading the resin at about 100 ° C. and mixing the bamboo powder with a conventional kneading apparatus using a resin manufacturing technique, the bamboo can be kneaded at a low purity and is not a melt-integrated composite resin. In addition, an attempt has been made to put an antibacterial filler in order to exert antibacterial properties from the original components of bamboo.
他方で、竹材は日本国内に多く存在し、プラスチックに混入できれば繊維強化剤になる期待もあるが、平均粒度400μm以下の細粉化が困難であり、含水率も大きく35%以下にすることは困難なため、プラスチックと複合するのに大きな壁になっていた。 On the other hand, bamboo is abundant in Japan, and if it can be mixed into plastic, it can be expected to become a fiber reinforcing agent. However, it is difficult to make fine particles with an average particle size of 400 μm or less, and the water content is large and 35% or less Because it was difficult, it was a big wall to be combined with plastic.
ところで、発明者は特殊なフライス工具を有する特殊竹粉製造機を発明し、内部に維管束の多孔質を持つ竹を用いて、一次粉砕で平均粒度400μm、これを原料とした二次粉砕機による二次粉砕で平均粒度50μの竹粉を作成することにも成功した。当該フライス工具は、竹の端面を切削粉砕するもので、円筒状被切削物の端面の切削粉砕に好適である(特許文献1,2参照)。
By the way, the inventor invented a special bamboo powder manufacturing machine having a special milling tool, and used a bamboo having porous vascular bundle inside, a secondary pulverizer using an average particle size of 400 μm by primary pulverization as a raw material. We succeeded in producing bamboo powder with an average particle size of 50μ by secondary crushing. The milling tool cuts and crushes the end face of the bamboo, and is suitable for cutting and crushing the end face of the cylindrical workpiece (see
また、(株)エムアンドエフ・テクノロジー社製の混合粉砕装置を用いて、セルロース系材料とプラスチックバインダーを混合粉砕すると、混合容器内において上記材料が混合粉砕され、剪断、摩擦及び圧縮による発熱により、含水成分が脱水される。次に、混合粉砕時の衝突エネルギーにより、最終的に微粉粒となり、急激な温度上昇が起こる。そして、従来の技術における単純混合と異なり、混合容器内が一瞬のうちに高温高圧の状態となる。次に、細胞内腔や細胞間隙等の空隙中に存在する自由水と、細胞壁中に含まれている結合水が抜けた隙間に、木材においてセルロースに次いで多い割合のリグニンが媒介となりバインダーの熱可塑性樹脂(ポリプロピレンPP、ポリエチレンPE、生分解性樹脂など)が入り込み、単純混合では全く見られない木材を構成するセルロース等と均一にそして強い結合力を持って溶融し一体化する。すなわちリグニンは、3つのモノグリノールの重合体からなる3次元網目状構造をした天然高分子なので、バインダーの高分子との親和性によって、脱水状態のセルロース成分に溶融したバインダーが含浸されたと考えることが出来る(特許文献3参照)。すなわち、上記混合粉砕装置を用いると、セルロース系材料とプラスチックとの混合溶融が可能である。
そして、かかる混合粉砕装置を用いて、パルプ及びケナフについてセルロース複合樹脂が製造されている(特許文献4,5参照)。
In addition, when mixing and pulverizing the cellulosic material and the plastic binder using a mixing and pulverizing apparatus manufactured by M & F Technology Co., Ltd., the above material is mixed and pulverized in the mixing container, and heat is generated due to heat generated by shearing, friction and compression. Ingredients are dehydrated. Next, due to the collision energy at the time of mixing and pulverization, it finally becomes fine particles and a rapid temperature rise occurs. And unlike the simple mixing in the prior art, the inside of the mixing container is in a high temperature and high pressure state instantly. Next, the free water present in voids such as cell lumens and cell gaps, and the gap where the bound water contained in the cell walls has escaped, are lignin in the wood, followed by a large proportion of lignin. Plastic resin (polypropylene PP, polyethylene PE, biodegradable resin, etc.) enters and melts and integrates with cellulose, etc., which constitutes wood, which cannot be found by simple mixing, with a uniform and strong bonding force. In other words, lignin is a natural polymer with a three-dimensional network structure composed of three monoglycolic polymers, so that the dehydrated cellulose component is impregnated with the molten binder due to the affinity of the binder polymer. (See Patent Document 3). That is, when the above mixing and grinding apparatus is used, the cellulosic material and the plastic can be mixed and melted.
And the cellulose composite resin is manufactured about pulp and kenaf using this mixing and grinding apparatus (refer
そこで、発明者は、特殊なフライス工具を有する特殊竹粉製造機による微細竹粉の製造と、混合粉砕装置を用いたセルロース系材料とプラスチックとを混合溶融させる技術を用い、さらに、セルロース系材料として竹粉を用いることにより、上記壁を乗り越えて、強化プラスチックを形成できる可能性に想到した。
本発明は、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂、竹粉樹脂混合溶融体及びこれらの製造方法を提供すること、製造できる新な複合樹脂の範囲を拡大すること、そして、強度特性が良好でかつ再成形可能な成形体を提供することを目的とする。
Therefore, the inventor uses a technique for producing fine bamboo powder by a special bamboo powder production machine having a special milling tool, and mixing and melting a cellulosic material and a plastic using a mixing and pulverizing apparatus. As a result, the inventors have come up with the possibility of forming a reinforced plastic over the wall by using bamboo powder.
The present invention provides bamboo powder composite resin, bamboo powder resin mixed melt and bamboo powder resin mixed melt having a high content of cellulosic material using bamboo powder having a large particle size and a high water content, and a new method that can be produced. An object of the present invention is to expand the range of various composite resins and to provide a remoldable molded article having good strength characteristics.
本発明の第1の態様における竹粉複合樹脂の製造方法は、密閉型混合粉砕装置1の撹拌室3内で、樹脂粉末と竹粉を原料として、溶融混合して竹粉樹脂混合溶融体を製作し、竹粉樹脂混合溶融体を成形して竹粉複合樹脂を製造する竹粉複合樹脂の製造方法である。この製造方法では、例えば図8に示すように、竹粉は、平均粒度が1μm以上800μm以下に粉砕され(S001)、水分含水率が5〜40質量%の竹粉であり、溶融混合時(S005)の撹拌室3内の温度が150℃以上370℃以下、圧力が0.20MPa以上飽和水蒸気以下で、かつ、回転軸5の回転トルクが下降して極小値に達し、さらに上昇に転じた(S007)直後に回転を停止させて(S008)竹粉樹脂混合溶融体を製作する(S009)。その後、例えば図9に示すように、竹粉樹脂混合溶融体を粉砕し(S011)、成形して(S012)竹粉複合樹脂を製造する(S0013)。また、溶融混合が行われる密閉型混合粉砕装置1は、図4に示すように、複数の回転羽根10a〜10fが配設された回転軸5を有し、竹粉複合樹脂は、その撹拌室3内で、樹脂粉末と竹粉を原料として、回転軸5を回転させて溶融混合して製造される。
The method for producing a bamboo powder composite resin according to the first aspect of the present invention includes the steps of melting and mixing a resin powder and bamboo powder as raw materials in the stirring
ここにおいて、竹粉複合樹脂とは、竹紛と樹脂が混じり合い一体化したものをいうが、ここでは、高温・高圧で混合溶融されたものを竹粉樹脂混合溶融体、その後粉砕、成形されたものを竹粉複合樹脂と称して区別する。なお、混合溶融後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に混入されたものも竹粉樹脂混合溶融体に含まれ、成形後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に他の樹脂に混入されたものも竹粉複合樹脂に含まれる。
回転の停止後、竹粉樹脂混合溶融体として取り出すことが出来る。次に成型機の投入可能なサイズに粉砕して、プラスチック成型機にて成型されて、竹粉複合樹脂が製造される。竹粉樹脂混合溶融体は、各種成型機で成形される過程で再度溶融されて成形体としてのプラスチック製品になる。すなわち、混合粉砕装置から溶融体として取り出した竹粉樹脂混合溶融体にすることで、従来のバイオマス混練方式とは異なり、竹粉70%や60%という高比率のバイオマスを複合しながら、微小径ノズルから金型へ射出する射出成型機による成形が可能となり、他の成形も含め竹粉複合樹脂が生産される。また、直後とは、極小値を示してからの短時間の間を指し、少なくとも1秒から10分、より好ましくは1秒から2分、さらに好ましくは1秒から30秒が好ましい。
このように構成すると、内部に竹の維管束の多孔質を持ち、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂の製造方法を提供することができ、製造できる新たな複合樹脂の範囲を拡大することができる。
Here, the bamboo powder composite resin refers to a mixture of bamboo powder and resin that is integrated and integrated, but here, what is mixed and melted at high temperature and high pressure is a bamboo powder resin mixed melt, then pulverized and molded This is called bamboo powder composite resin. In addition, those that are heated, cooled, processed, deformed after mixing and melting, and those that are mixed in other resins are also included in the bamboo powder resin mixed melt, and those that are heated, cooled, processed, deformed after molding, other The resin mixed with other resins is also included in the bamboo powder composite resin.
After stopping the rotation, it can be taken out as a bamboo powder resin mixed melt. Next, it is pulverized to a size that can be put into a molding machine and molded by a plastic molding machine to produce a bamboo powder composite resin. The bamboo powder resin mixed melt is melted again in the process of being molded by various molding machines to become a plastic product as a molded body. That is, by making the bamboo powder resin mixed melt taken out as a melt from the mixing and grinding device, unlike the conventional biomass kneading method, while combining the high proportion of biomass such as 70% or 60% bamboo powder, Molding with an injection molding machine that injects from the nozzle to the mold becomes possible, and bamboo powder composite resin is produced including other moldings. Further, “immediately after” refers to a short period of time after the minimum value is shown, and is preferably at least 1 second to 10 minutes, more preferably 1 second to 2 minutes, and even more preferably 1 second to 30 seconds.
When configured in this way, a bamboo powder composite resin having a porous vascular bundle of bamboo, a large particle size and a high moisture content, and a high content of cellulosic material is provided. The range of new composite resins that can be manufactured can be expanded.
本発明の第2の態様における竹粉複合樹脂の製造方法は、第1の態様における竹粉複合樹脂の製造方法において、例えば図1、図2A及び図2Bに示すように、竹粉は、切れ刃であるチップ34が取り付けられる工具本体の端面35に、複数個のチップ34を放射状に並べて延びたチップ列を周方向に複数列備え、隣接する一対のチップ列のチップそれぞれが、回転中心軸からの径方向距離を交互に異にした千鳥状に配設されているフライス工具32を用いて粉砕された微細粉末であり、電子顕微鏡写真により竹維管束の多孔質構造が観測され、内部に103〜1011/gの乳酸菌が生育し、竹粉と樹脂の重量比が5:95〜95:5であることを特徴とする。
このように構成すると、竹粉複合樹脂の製造に適切な原料としての竹粉を提供できる。
The method for producing a bamboo powder composite resin according to the second aspect of the present invention is the same as the method for producing a bamboo powder composite resin according to the first aspect, as shown in FIGS. 1, 2A and 2B. A plurality of tip rows each having a plurality of
If comprised in this way, the bamboo powder as a raw material suitable for manufacture of a bamboo powder composite resin can be provided.
本発明の第3の態様における竹粉樹脂混合溶融体の製造方法は、第1の態様における竹粉複合樹脂の製造方法から、中間体としての竹粉樹脂混合溶融体を製造する工程を抽出したものであります。
このように構成すると、竹粉複合樹脂の成形に適切な材料としての竹粉樹脂混合溶融体を提供できる。
The manufacturing method of the bamboo powder resin mixed melt in the third aspect of the present invention extracts the process of manufacturing the bamboo powder resin mixed melt as an intermediate from the manufacturing method of the bamboo powder composite resin in the first aspect. It is a thing.
If comprised in this way, the bamboo powder resin mixed melt as a material suitable for shaping | molding of a bamboo powder composite resin can be provided.
本発明の第4の態様における竹粉樹脂混合溶融体の製造方法は、第2の態様における竹粉複合樹脂の製造方法から、中間体としての竹粉樹脂混合溶融体を製造する工程を抽出したものであります。 The manufacturing method of the bamboo powder resin mixed melt in the fourth aspect of the present invention extracts the process of manufacturing the bamboo powder resin mixed melt as an intermediate from the manufacturing method of the bamboo powder composite resin in the second aspect. It is a thing.
本発明の第5の態様における竹粉樹脂混合溶融体は、第3または第4の態様における竹粉樹脂混合溶融体の製造方法で製造されたことを特徴とするものであります。 The bamboo powder resin mixed melt in the fifth aspect of the present invention is characterized by being manufactured by the method for manufacturing a bamboo powder resin mixed melt in the third or fourth aspect.
本発明の第6の態様における竹粉複合樹脂は、第1または第2の態様における竹粉複合樹脂の製造方法で製造されたことを特徴とするものであります。
このように構成すると、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂を提供することができ、強度特性が良好でかつ再成形可能な成形体を提供することができる。
The bamboo powder composite resin according to the sixth aspect of the present invention is characterized by being manufactured by the method for producing a bamboo powder composite resin according to the first or second aspect.
When configured in this manner, bamboo powder having a large particle size and a high water content can be used to provide a bamboo powder composite resin having a high content of cellulosic material. The body can be provided.
本発明によれば、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂、竹粉樹脂混合溶融体及びこれらの製造方法を提供することができ、製造できる新たな複合樹脂の範囲を拡大することができ、そして、強度特性が良好でかつ再成形可能な成形体を提供することができる。 According to the present invention, bamboo powder having a large particle size and high moisture content, bamboo powder composite resin having a high content of cellulosic material, bamboo powder resin mixed melt, and methods for producing them can be provided. Thus, it is possible to expand the range of new composite resins that can be produced, and to provide a remoldable molded article having good strength characteristics.
本実施の形態では、複数の回転羽根が配設された回転軸を有する密閉型混合粉砕装置の攪拌室内で、樹脂粉末と竹粉を原料として、回転軸を回転させて溶融混合して竹粉複合樹脂を製造する竹粉複合樹脂の製造方法の例について説明する。また、原料として、特殊なフライス工具を備える特殊竹粉製造機により製造された微細竹粉を使用する例について説明する。 In the present embodiment, in a stirring chamber of a closed mixing and pulverizing apparatus having a rotating shaft provided with a plurality of rotating blades, the resin powder and bamboo powder are used as raw materials, and the rotating shaft is rotated and melt-mixed to obtain bamboo powder. The example of the manufacturing method of the bamboo powder composite resin which manufactures composite resin is demonstrated. Moreover, the example which uses the fine bamboo powder manufactured by the special bamboo powder manufacturing machine provided with a special milling tool as a raw material is demonstrated.
図1に本発明で使用する特殊竹粉製造機の例の模式図を示す。
本発明の竹粉複合樹脂の製造方法で用いる特殊竹粉製造機31は、乾式竹粉製造機に属する。孟宗竹又は真竹の外形8cm以上の竹(竹素材)Wの枝葉を落とし、良く洗浄して両端の外径を把握して位置決めし、右端のすり鉢状のフライス工具32の本体の端面35(33〜35は図2参照)に放射線状に超硬インサートチップ34を配置したカッター33を配し、これをカッター駆動部36で回転させて、左端から竹素材Wを回転させずにカッター33に向かって送り機構37で送り込みながら切削することで微細竹粉を作るものである(特許文献1,2参照)。竹素材Wは、支持手段38に支持され、スライド可能な基台39に搭載されてカッター33に向かって移動する。なお、本発明における竹粉は、これに限られない。また、生竹から粉砕した竹粉であれば特に制限されない。なお、Xは回転中心の軸線である。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a special bamboo powder production machine used in the present invention.
The special bamboo
図2A及び図2Bに特殊竹粉製造機が備えるフライス工具の例の模式図を示す。図2Aは回転中心軸を含む断面図、図2Bは正面図である。
フライス工具32は、切れ刃であるチップ34が取り付けられる工具本体の端面35に、複数個のチップ34を放射状に並べて、周方向に延びたチップ列を有するフライスカッター33を複数列備え、フライスカッター33は隣接する一対のチップ列のチップ34それぞれが、回転中心軸からの径方向距離を交互に異にした千鳥状に配設されている。本発明で用いる竹粉は、フライス工具32を用いて粉砕された微細粉末であり、水分含水率が5〜40質量%であり、電子顕微鏡写真により竹維管束の多孔質構造が観測され、内部に103〜1011/gの乳酸菌が生育し、竹粉と樹脂の重量比が5:95〜95:5である。なお、Yは竹素材Wの移動方向、Zはフライスカッターの回転方向である。
The schematic diagram of the example of the milling tool with which a special bamboo powder manufacturing machine is provided to FIG. 2A and FIG. 2B is shown. 2A is a cross-sectional view including a rotation center axis, and FIG. 2B is a front view.
The
図3に特殊竹粉製造機で製造した竹粉の電子顕微鏡写真の例を示す。
竹素材Wは中空円筒状で、竹稈の内部に軸方向に無数の竹維管束(水分・養分の通り道)の管が開いているところを、軸に直角に切削して製造した竹粉には内部に20μmの蜂の巣状の多孔質になっている。
竹粉の粉末粒度は1〜800μmで、内部には粉砕直後は103〜104程度の数の乳酸菌が生息している。これを袋で密閉し、約2週間寝かせて、発酵を促進させて、乳酸菌数を108〜1011もの数に増殖させている。
FIG. 3 shows an example of an electron micrograph of bamboo powder manufactured by a special bamboo powder manufacturing machine.
Bamboo material W is a hollow cylindrical shape. Bamboo powder is produced by cutting a number of bamboo vascular bundles (water and nutrient paths) in the axial direction inside the bamboo basket at right angles to the axis. Is porous with a honeycomb shape of 20 μm inside.
Bamboo powder has a powder particle size of 1 to 800 μm, and the inside thereof is inhabited by about 10 3 to 10 4 lactic acid bacteria immediately after pulverization. This is sealed with a bag and allowed to lie for about 2 weeks to promote fermentation, and the number of lactic acid bacteria is increased to 10 8 to 10 11 .
本発明で用いる竹粉は、天然竹粉の枝葉を除いた竹稈を特殊竹粉製造機で粉砕した多孔質保持の微細竹粉であることが好ましい。この竹粉は、その色・形状の均質性が高いため、成形体としたときに色相が均一になる上に、成形時、マスターバッチや顔料を混合して成形体を着色しても均一になる。 The bamboo powder used in the present invention is preferably a porous fine bamboo powder obtained by pulverizing a bamboo basket excluding branches and leaves of natural bamboo powder with a special bamboo powder manufacturing machine. This bamboo powder has a high homogeneity in color and shape, so the hue becomes uniform when formed into a molded body, and even when the molded body is colored by mixing a master batch or pigment during molding Become.
本発明で用いる竹粉は、特殊竹粉製造機により粉砕した竹粉である。目視でわかる糸状の繊維がなく、竹維管束の多孔質が保持されている粉末であればよい。竹粉の寸法は特に制限はないが、400μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましい。他の竹破砕機(通常チッパーやシュレッダーなどと称する)で製造した多孔質のない竹粉では樹脂成形時に物性強度が低下し、表面仕上げ品質が低下することがある。 The bamboo powder used in the present invention is bamboo powder pulverized by a special bamboo powder manufacturing machine. Any powder may be used as long as it does not have a thread-like fiber that can be visually observed, and retains the porosity of the bamboo vascular bundle. The size of the bamboo powder is not particularly limited, but is preferably 400 μm or less, and more preferably 200 μm or less. Bamboo powder without porosity produced by other bamboo crushers (usually referred to as a chipper or a shredder) may deteriorate the physical strength and reduce the surface finish quality during resin molding.
本発明で用いる竹粉は、水分含有率が5〜30質量%であるものが好ましい。セルロースの水分含有率がこの範囲にあると、溶融混合時間が短くなり、生産性が良好である。一方、水分含有率が5質量%未満であると、時間をかけても撹拌室内部の圧力が上がらないので水を補充投入することがある。
また、35質量%を超えた水分含有率とすると、竹粉の脱水に時間がかかるため、溶融時間が長くなり、竹粉が分解され易くなることがある。水分含有率は8〜35質量%がより好ましく、10〜25質量%がさらに好ましい。
The bamboo powder used in the present invention preferably has a water content of 5 to 30% by mass. When the moisture content of cellulose is in this range, the melt mixing time is shortened and the productivity is good. On the other hand, if the water content is less than 5% by mass, the pressure in the stirring chamber does not increase over time, so water may be replenished.
If the moisture content exceeds 35% by mass, it takes time to dehydrate the bamboo powder, so that the melting time becomes long and the bamboo powder may be easily decomposed. The moisture content is more preferably 8 to 35% by mass, and further preferably 10 to 25% by mass.
図4は本発明で用いる密閉型混合粉砕装置1の例の模式図である(特許文献3参照)。本発明で用いる密閉型混合粉砕装置1においては、機台ベース2上に横向に円筒形の撹拌室3と、材料投入部14およびらせん状羽根部材12が配設される材料供給室13が複数の脚部によって配置される。両端の脚部に配置された軸受4、4により回転軸5を水平に支持して、回転軸5が撹拌室3の中心と同軸的に貫挿配置され、回転軸の一端をプーリー6とVベルト7を介して駆動源としてのモーター8と回転連絡している。
FIG. 4 is a schematic view of an example of a closed type mixing and grinding
図5は複数の回転羽が配設された回転軸の例の模式図である。撹拌室3中を貫通して配置された回転軸5の外周には、例えば、計6枚の横断面形状矩形であるとともに、全体形状矩形の回転羽根10a〜10fが、回転軸5の円周方向の180度の角度間隔の部位における軸方向において対向して突設されている。そのうちの軸方向の両端部の回転羽根10aおよび10fは、図4の右側面から見た場合の時計回りに回転したとき、その前縁が撹拌室3の両端の垂直壁11、11の内面とほとんど隙間なく摺接するように回転軸5の外周に固着されている。また、中間部の4枚の回転羽根10b、10c、10d、10eは回転軸5の外周面に千鳥状に固着され、回転時の前縁が該撹拌室3の両端を向く方向に各々配置されている。
FIG. 5 is a schematic diagram of an example of a rotating shaft provided with a plurality of rotating blades. On the outer periphery of the
撹拌室3の両端の垂直壁11のモーター8側は、撹拌室3の一方の端壁に開設された撹拌室3の材料供給口であり、12は回転軸5の外周に形成されたらせん状の材料供給羽根部材であり、13は供給スクリューを包囲している材料供給室、14は材料供給室13の上方に設けられた材料投入部であり、材料投入部14には材料を投入した後溶融混合時に密閉性を保ち得る開閉自在のシャッター15が設けられている。
The motor 8 side of the
図6は水蒸気の解放機構20例の拡大模式図である。本発明で用いられる密閉型混合粉砕装置1には、回転軸5の両端に、水蒸気の解放機構20が設けられている。水蒸気の解放機構20を構成する回転軸の部分にはらせん状の溝22が切られており、回転軸5が回転したときに、外部から空気が撹拌室3内部に送り込まれるように右ネジ、あるいは左ネジの方向にらせん状の溝22が切られている。空気流入方向24(矢印)は外部から撹拌室内部へ送り込まれる空気の方向を示している。また、本発明において、溶融混合時、撹拌室3内部は非常な高圧力状態となるため、撹拌室内部の高圧力水蒸気は、水蒸気流出方向23(矢印)へ向かい外部に漏れ出ようとする。しかし、水蒸気の解放機構20において、回転軸5に切ってあるらせん状の溝22の最外周部と外壁部との隙間の距離がわずかであるため、この部分で、両者はぶつかり合い、いずれ均衡を保つようになる。
FIG. 6 is an enlarged schematic view of 20 examples of the water vapor release mechanism. The sealed mixing and grinding
回転羽根が配置された回転軸5は駆動源であるモーター8に連結されているが、本発明で用いる密閉型混合粉砕装置1においては、モーター8にかかる回転トルクを計測するトルクメーター(図示しない)が設置され、制御盤21(図4参照)にて回転トルクがモニターできる。本発明の竹粉複合樹脂の製造方法においては、該トルクメーターから計測される回転羽根10aないし10fが配設された回転軸5の回転トルクの変化を計測し、溶融混合の終了時点を判断する。
The
図7は回転トルクTの時間変化の例を示す図である。密閉型混合粉砕装置1内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じてモーター8の主軸にかかる回転トルクTが上昇して最大値M(時間tM)に達した後、低下して最小値I(時間tI)に達した後、一定時間tが経過したら、密閉型混合粉砕装置1の取出部17(図4参照)より混合粉砕、脱水され、樹脂が含浸された、竹粉と樹脂の混合溶融体を取り出す。回転トルクの計測値に応じた終了操作の措置は、初めて扱う素材のときには必須であるものの、同じ素材を定常的に用いる場合は、必ずしも毎回計測する必要はなく、実績より溶融混合の必要時間を決定しておき、その決められた溶融混合時間により終了時点を決めてもよい。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a temporal change in the rotational torque T. The rotational torque T applied to the main shaft of the motor 8 increases and reaches the maximum value M (time t M ) according to the mixing and pulverization and drying state of the material in the closed mixing and pulverizing
本発明における竹粉複合樹脂の製造方法において、竹粉と樹脂が、密閉型混合粉砕装置1の撹拌室3内で溶融混合される温度圧力条件は、温度範囲は150〜370℃であり、200〜370℃がより好ましく、250〜370℃がさらに好ましい、また、圧力範囲は0.20MPa〜溶融混合温度における飽和水蒸気圧であり、2.00MPa〜溶融混合温度における飽和水蒸気圧がより好ましい。本発明においては、水の超臨界状態である温度375℃、圧力22.00MPa条件よりわずかに温度または圧力、あるいは両者が低い水の亜臨界状態で溶融混合が行われるとより一層好ましい。
In the method for producing a bamboo powder composite resin in the present invention, the temperature and pressure conditions under which the bamboo powder and the resin are melted and mixed in the stirring
本発明における飽和水蒸気圧とは、溶融混合時において、溶融混合温度が一定であり、撹拌室の内部容積に変化がなければ、該撹拌室内部の水蒸気圧力は飽和水蒸気圧を超えることはない。 The saturated water vapor pressure in the present invention means that the water vapor pressure in the stirring chamber does not exceed the saturated water vapor pressure if the melt mixing temperature is constant during melt mixing and the internal volume of the stirring chamber does not change.
図8は本発明の竹粉樹脂混合溶融体の製造方法の手順の例を説明する図である。用意した竹粉は特殊竹粉製造機31により切削、粉砕し、粉砕された乳酸発酵微粉末を得る(S001)。次に、竹粉と樹脂を密閉型混合粉砕装置に投入する(S002)。竹粉と樹脂は、投入前にブレンダー等で予備混合しておいてもよいし、撹拌室3に順番に投入してもよい。予備混合なしに直接竹粉と樹脂を撹拌室3に投入する際は、撹拌室3内部の回転羽根10aないし10fを低速で回転させながら投入することが好ましい。竹粉と樹脂を撹拌室3に投入後、該撹拌室3を密閉状態にし、回転羽根10aないし10fを高速回転させる(S003)。竹粉と樹脂は強力な剪断力を受け、撹拌室3内部の温度は急上昇する。温度の急上昇に伴い、竹粉が含有している水分が蒸発し、水蒸気と化し、撹拌室3内部が水蒸気で充満され内部圧力が急激に上昇する(S004)。さらに、撹拌室3内部の温度が樹脂の軟化温度、溶融温度を超えることにより、樹脂の軟化あるいは溶融が開始し、竹粉と樹脂の溶融混合が開始する(S005)。
FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the procedure of the method for producing the bamboo powder resin mixed melt of the present invention. The prepared bamboo powder is cut and pulverized by the special bamboo
本発明の竹粉複合樹脂の製造方法においては、回転羽根10aないし10fが配設された回転軸5の回転トルクを計測する(S006)ことで、溶融混合の進行状況を把握し、溶融混合の停止を見極めることができる。すなわち、回転羽根10aないし10fの回転数の高まりとともに回転トルクが上昇するが、被混練物の温度の上昇に伴い、樹脂の熱溶融が開始するため、一度最大値に達した回転トルクは、該樹脂の熱溶融の進行とともに低下し続ける。このとき、竹粉と樹脂との溶融混合が始まっており、竹粉と樹脂との界面における相互作用力が増大することにより、回転トルクはいったん極小値を示した後に反転して再上昇を始める(S007)。本発明においては、回転トルクが再上昇し始めた直後に回転軸5の回転を停止する(S008)。本発明において、撹拌室3内の温度は、回転トルクが上昇→低下→上昇と変動している間も上昇を続けるが、溶融混合は、回転トルクの再上昇後、被混練物の熱分解温度に達する前に停止することが好ましい。回転停止後、取出部17を開放して、竹粉と樹脂との混合溶融体を取り出す(S009)。そして、空気中で冷却されて固化する。この混合溶融体は竹粉複合樹脂製造の必然の過程であり、後述する図9における(S011)で粉砕されたチップは言わば通常の樹脂原料のペレットに相当するものである。このように、高温・高圧で混合溶融されたものを竹粉樹脂混合溶融体という。なお、混合溶融後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に混入されたものも竹粉樹脂混合溶融体に含まれる。
In the method for producing a bamboo powder composite resin of the present invention, the rotational torque of the
溶融混合の際、竹粉と樹脂からなる被混練物は酸化分解から保護されている必要がある。特に、酸素による酸化の抑制は、被混練物の構造物性変化を抑制するために重要である。そのため、本発明の竹粉複合樹脂の製造方法においては、水蒸気の解放機構20において、水蒸気の流出入の均衡を保った状態、すなわち、撹拌室3内部から流出する水蒸気と外部から撹拌室内へ流入する空気とが解放機構20で釣り合い均衡状態を保つことにより、撹拌室3内部への空気の流入を防ぐようにすることが好ましい。本発明の製造方法においては、混合開始直後、撹拌室3内の圧力は急激に上昇し、その時点では、水蒸気の解放機構20において、水蒸気の流出入は均衡を保った状態にはなく、撹拌室3内部の水蒸気は解放機構より外部に流出する。この間、撹拌室内部の圧力は減少傾向を示し、最終的に均衡状態に達して、一定圧力を保持するようになる。また、本発明の製造方法においては、撹拌室3内部が水の亜臨界状態となることがある。水の亜臨界状態とは、水の超臨界点(温度375℃、圧力22.00MPa)よりも低い状態をいい、亜臨界水は酸化性が非常に強い。
At the time of melt mixing, the material to be kneaded made of bamboo powder and resin needs to be protected from oxidative decomposition. In particular, suppression of oxidation by oxygen is important for suppressing changes in the structural properties of the material to be kneaded. Therefore, in the method for producing the bamboo powder composite resin of the present invention, the
本発明の竹粉樹脂混合溶融体の製造方法においては、撹拌室の圧力を保持した状態で、回転トルクが極小値を示した直後、すなわち、極小値を示してから、少なくとも1秒から10分、より好ましくは1秒から2分、さらに好ましくは1秒から30秒、酸素の流入を防止し、竹粉と樹脂を酸素酸化や水和による分解から保護しながら溶融混合を行うことが好ましい。また、装置の強度の問題から、撹拌室内の圧力が23.00MPa付近より高いと、急激な圧力上昇に耐え切れず撹拌室そのものが破損する等のトラブルが発生する確率が高くなる。装置の強度を上げればよいが、そのための費用が非常にかかるため経済的に好ましくない。 In the method for producing a bamboo powder resin mixed melt according to the present invention, at least 1 second to 10 minutes immediately after the rotational torque exhibits the minimum value while maintaining the pressure in the stirring chamber, that is, after the minimum value is exhibited. More preferably, it is preferable to perform melt mixing while preventing inflow of oxygen and protecting bamboo powder and resin from decomposition due to oxygen oxidation or hydration for 1 second to 2 minutes, and more preferably 1 second to 30 seconds. Further, due to the problem of the strength of the apparatus, when the pressure in the stirring chamber is higher than around 23.00 MPa, there is a high probability that troubles such as failure of the rapid pressure rise and damage to the stirring chamber itself will occur. Although it is sufficient to increase the strength of the apparatus, the cost for that is very expensive, which is not economical.
図9は竹粉樹脂混合溶融体から竹粉複合樹脂への製造方法の手順の例を説明する図である。まず、粉砕機を用いて混合溶融体を粉砕する(S011)。次に、粉砕された混合溶融体を成形機に投入して成形する(S012)。この竹粉複合樹脂を使用すると、押し出し成形、プレス成形の他に、射出成形も可能である。このようにして、成形体を得ることができる(S013)。このように、竹粉樹脂混合溶融体から粉砕、成形されたものを竹粉複合樹脂という。なお、成形後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に他の樹脂に混入されたものも竹粉複合樹脂に含まれる。
密閉型混合粉砕装置において高濃度の竹粉を混合溶融体として製造し、粉砕ペレット化しておけば、これと通常の純粋樹脂ペレットと適切な割合で混合して、樹脂成型機に掛ければ竹粉複合濃度の異なる(濃度の低い)竹粉複合樹脂成形体を製造することが出来る。
かかる竹粉複合樹脂からなる成形体は、従来の木紛複合樹脂に比較して曲げ強度が高く、成形性も良いことから、食器、トレーに限られず、家具、建材、玩具に使用でき、乗り物、電子機器、電子部品、楽器、医療機器等への応用も期待される。
特に航空機の機体に多用され、乗用車にも用途拡大しつつある強化プラスチックに使用されている熱硬化性プラスチックの代替への期待が高まっており、強化プラスチック協会との連携で試作が始まる可能性が高まっている。実現すればコストダウンのみならず、熱可塑性プラスチックなのでリサイクルも可能となり、地球温暖化対策にも貢献できる。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the procedure of the manufacturing method from the bamboo powder resin mixed melt to the bamboo powder composite resin. First, the mixed melt is pulverized using a pulverizer (S011). Next, the pulverized mixed melt is put into a molding machine and molded (S012). When this bamboo powder composite resin is used, injection molding is possible in addition to extrusion molding and press molding. In this way, a molded body can be obtained (S013). Thus, what was grind | pulverized and shape | molded from the bamboo powder resin mixed melt is called bamboo powder composite resin. In addition, what was heated, cooled, processed, deformed after molding, and those mixed with other resins in other resins are also included in the bamboo powder composite resin.
If high-concentration bamboo powder is produced as a mixed melt in a closed-type mixing and pulverizing apparatus and pulverized into pellets, it is mixed with this and normal pure resin pellets at an appropriate ratio and then applied to a resin molding machine. Bamboo powder composite resin moldings with different composite concentrations (low concentrations) can be produced.
A molded body made of such bamboo powder composite resin has higher bending strength and better moldability than conventional wood powder composite resin, so it can be used not only for tableware and trays, but also for furniture, building materials and toys. Applications to electronic devices, electronic parts, musical instruments, medical devices, etc. are also expected.
In particular, there is an increasing expectation for replacement of thermosetting plastics used in reinforced plastics, which are widely used in aircraft fuselages and are also expanding in passenger cars. It is growing. If realized, it will not only reduce costs, but it can also be recycled because it is a thermoplastic, contributing to global warming countermeasures.
本発明において、竹粉複合樹脂は竹粉を複合する量次第で、曲げ強度・引張強度・耐熱性等で物性強度が1.5倍〜4倍に増す。従って従来添加剤により強度増加を図るために添加剤を入れていた場合は、竹粉による強度増により添加剤を減量することができる。また竹粉複合により衝撃性の低下が起きることがあり、この場合は竹粉と樹脂以外の各種添加剤を適宜加えることで、ゴム系のエラストマーを添加するか、竹粉量を増やすことなどで補うことができる。 In the present invention, the bamboo powder composite resin increases the physical strength by 1.5 times to 4 times in terms of bending strength, tensile strength, heat resistance, etc., depending on the amount of bamboo powder combined. Therefore, when an additive is added to increase the strength with a conventional additive, the additive can be reduced by increasing the strength with bamboo flour. In addition, impact resistance may decrease due to bamboo powder composite. In this case, by adding various additives other than bamboo powder and resin, adding rubber-based elastomer or increasing the amount of bamboo powder Can be supplemented.
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
本発明で用いる竹粉は、天然竹粉の枝葉を除いた竹稈を特殊竹粉製造機31で粉砕した多孔質保持の微細竹粉である。竹維管束の多孔質が保持されている粉末で平均粒度約300μmの竹粉である。含水率は約35%である。
かかる竹粉を樹脂(PE又はPP)粉末と共に密閉型混合粉砕装置1の撹拌室3に投入し、混合溶融して竹粉樹脂混合溶融体を得た。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these at all.
The bamboo powder used in the present invention is a porous bamboo powder obtained by pulverizing a bamboo basket obtained by removing the branches and leaves of natural bamboo powder with a special bamboo
Such bamboo powder was put together with resin (PE or PP) powder into the stirring
得られた竹粉樹脂混合溶融体を、破砕機を用いて25mm程度に破砕して竹粉樹脂混合溶融体ペレットを得た。得られた竹粉樹脂混合溶融体ペレット各を射出成形機に各々投入し、射出成形して板状の試験片を得た。そして、JIS規格に従って、各試験片の破断直前の最大荷重(曲げ弾性率)等を測定し、表1に併記した。 The obtained bamboo powder resin mixed melt was crushed to about 25 mm using a crusher to obtain bamboo powder resin mixed melt pellets. Each of the obtained bamboo powder resin mixed melt pellets was put into an injection molding machine and injection molded to obtain a plate-shaped test piece. And according to JIS specification, the maximum load (bending elastic modulus) etc. just before the fracture | rupture of each test piece were measured, and it described together in Table 1.
表1は竹粉複合による樹脂の物性強度増加の例を示す表である。
竹粉複合により、PP(ポリプロピレン)100%、竹粉60%−PP40%、竹粉70%−PP30%と竹粉含有率の増加とともに、MFR(マテリアルフロー)は低下するが、密度・引張降伏強さ・曲げ弾性率・曲げ強さは上昇しており、引張・曲げ強さは向上することがわかる。特に曲げ弾性率については、竹粉70%で4170MPaとPP100%に比して4倍以上になっている。また、竹粉含有率の増加とともに、衝撃強さ(デュロメータ硬さ)は低下するが、添加剤(エラストマー)の増加又は竹粉量の増加により復元する、表面硬さは軟化する、荷重たわみ温度は高くなる。
Table 1 is a table showing an example of increase in physical property strength of resin by bamboo powder composite.
Bamboo powder composites increase PPM (polypropylene) 100%, bamboo powder 60% -PP40%, bamboo powder 70% -PP30% and increase the bamboo powder content, but the MFR (material flow) decreases, but the density and tensile yield. It can be seen that the strength, flexural modulus, and flexural strength are increasing, and the tensile and flexural strength is improved. In particular, the bending elastic modulus of bamboo powder is 70%, which is 4170 MPa, which is more than four times that of PP100%. Also, as the bamboo powder content increases, the impact strength (durometer hardness) decreases, but it is restored by increasing the additive (elastomer) or increasing the amount of bamboo powder, the surface hardness is softened, the deflection temperature under load Becomes higher.
図10に竹粉複合樹脂の電子顕微鏡写真の例を示す。竹粉70%とPP30%を混合溶融させた複合樹脂の写真である。図右下のスケールの全長が50μmである。竹粉とPPを水の亜臨界状態で混合溶融させると、竹粉の多孔質の孔にPPが入り込み、常温に戻るときに固化する。これにより、樹脂単体としての力学特性と熱特性が向上する。熱特性については表1の荷重たわみ温度がPP100%では91℃であるが竹粉70%では149℃と大幅に向上していることで示されている。
すなわち、竹粉含有率の増加は曲げ強度を上げ、熱特性を向上させ、同時に抗菌性を発揮する。
FIG. 10 shows an example of an electron micrograph of the bamboo powder composite resin. It is a photograph of a composite resin in which 70% bamboo powder and 30% PP are mixed and melted. The total length of the scale at the lower right of the figure is 50 μm. When bamboo powder and PP are mixed and melted in a subcritical state of water, PP enters the porous pores of bamboo powder and solidifies when it returns to room temperature. As a result, the mechanical characteristics and thermal characteristics of the resin alone are improved. Regarding the thermal characteristics, the deflection temperature under load in Table 1 is 91 ° C. when PP is 100%, but is greatly improved to 149 ° C. when bamboo powder is 70%.
That is, increasing the bamboo powder content increases the bending strength, improves the thermal characteristics, and at the same time exhibits antibacterial properties.
図10に示すように、本実施例に係る竹粉複合樹脂では微細竹粉の多孔質部分まで熱可塑性のプラスチックが溶融浸潤されている。従来のFRP(炭素繊維強化プラスチック)では炭素繊維網にプラスチックを浸潤させるのはかなり困難であり、このため航空機のボデイに使用するシート状にするのも相当困難であると推測される。しかしながら、本実施例では溶融混合段階で既に微細竹粉にプラスチックが浸潤されており、射出成型可能なので、シート状にすることも容易と推測される。また、FRPは熱硬化性のエポキシ樹脂等を使用するので、リサイクルできないが、本実施例では熱可塑性樹脂を使用するのでリサイクル可能であり、環境省が地球温暖化ガス対策に推奨するリサイクル可能型バイオマスプラスチックの利用拡大に大いに寄与できる。
竹粉複合量が変わる都度、密閉型混合粉砕装置で竹粉樹脂混合溶融体を製造するよりも、竹粉濃度を70%以上でも可能な高濃度に混合溶融体を標準として製造し、これをマザーペレットとして、成型機にて成型時に樹脂をしかるべき量を添加して成形体の竹粉複合量の異なるものを得ることが出来る。
As shown in FIG. 10, in the bamboo powder composite resin according to the present embodiment, thermoplastic plastic is melted and infiltrated up to the porous portion of the fine bamboo powder. In conventional FRP (carbon fiber reinforced plastic), it is quite difficult to infiltrate the plastic into the carbon fiber network, and it is therefore considered that it is considerably difficult to form a sheet for use in an aircraft body. However, in the present embodiment, the plastic is already infiltrated into the fine bamboo powder in the melt mixing stage, and injection molding is possible. In addition, FRP uses thermosetting epoxy resin, etc., so it cannot be recycled, but in this example it can be recycled because it uses thermoplastic resin, and the recyclable type recommended by the Ministry of the Environment for measures against greenhouse gases. It can greatly contribute to the expansion of the use of biomass plastics.
Whenever the amount of bamboo powder compound changes, rather than producing a bamboo powder resin mixed melt with a closed-type mixing and grinding device, the mixed melt is produced as a standard at a high concentration that allows a bamboo powder concentration of 70% or more. As a mother pellet, an appropriate amount of resin can be added at the time of molding by a molding machine to obtain a compound having a different composite amount of bamboo powder.
本発明の竹粉樹脂混合溶融体を用いて、各種成形方法により成形体を製造することができる。成形方法としては、一般的な成形方法を用いることができ、特に制限されない。例えば、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法、回転成形法、中空成形法(ブロー成形法)、ダイ成形法、インフレーション成形法、カレンダー成形法等を挙げることができるが、これらの方法に制限されることはない。また、成形体の形状も特に制限されず、どのような形状のものを、どのような成形方法で製造してもよい。物性・品質等を総合的に判断して竹粉の複合量を判断することが重要である。 Using the bamboo powder resin mixed melt of the present invention, a molded body can be produced by various molding methods. As a molding method, a general molding method can be used and is not particularly limited. Examples include injection molding, extrusion molding, compression molding, rotational molding, hollow molding (blow molding), die molding, inflation molding, calendar molding, and the like. There is no limit. Further, the shape of the molded body is not particularly limited, and any shape may be produced by any molding method. It is important to judge the combined amount of bamboo powder by comprehensively judging physical properties and quality.
図11に竹粉複合樹脂からなる成形体40の写真の例を示す。
竹粉70%−PP30%において、図中の試験片のような複雑な形状でも、容易に射出成型可能である。
実施例の結果から、本製造方法により得られた竹粉樹脂混合溶融体である熱可塑性樹脂組成物は、射出成形により問題なく成形を行うことができ、優れた成形性を有していた。
FIG. 11 shows an example of a photograph of a molded
Bamboo powder 70% -PP30% can be easily injection-molded even with a complicated shape such as a test piece in the figure.
From the results of Examples, the thermoplastic resin composition, which is a bamboo powder resin mixed melt obtained by this production method, can be molded without any problem by injection molding, and has excellent moldability.
木材と樹脂との複合材料は、従来はウッドプラスチックとして世の中に知られていた。しかしながら、木材と樹脂の親和性は大きくなく、せいぜい木材の含有率は30〜50%止まりであった。また、溶融せず、混在しているだけなので、成形方法が単純なプレス成形や押し出し成形に限られ、射出成形はできなかった。 The composite material of wood and resin has been conventionally known as wood plastic. However, the affinity between the wood and the resin was not great, and the wood content was at most 30 to 50%. Further, since they are not melted and are mixed, the molding method is limited to simple press molding and extrusion molding, and injection molding cannot be performed.
ところが、竹材を用いると、60〜70%混入でき、さらに60〜70%においても射出成形が可能になる。また竹材は水分が35%と大きいが、混合溶融時に高温になり揮発するので問題ない。それどころか、水分がないと圧力が上がらないので、混合溶融に不利である。かえってある程度は水分を含んでいた方が良いのである。また、竹材を混入するとプラスチックの強度が上がる。高機能プラスチックとなる。さらに、竹材の含有率を多くすることができるので、新規・多様な、高機能プラスチックを開発できる可能性が広がった。また、EUでは生分解能を有する複合樹脂の開発が進んでいるが、ポリ乳酸と竹を組み合わせると、生分解能を維持でき、EUの規格にも適合できるようになり、望ましい方向にある。また、プラスチックについても、ポリエチレン、ポリプロピレンだけでなく、熱可塑性プラスチック全般に適用できる。また、本発明をバイオマスプラスチックに利用すると、一般社団法人日本有機資源協会、一般財団法人バイオインダストリアル協会のバイオマス資源の規格の範囲、製品の種類を拡大できる。また、射出成型が可能なので、多様な成形に適用でき、飛躍的に用途も拡大できる。そして、製品開発のコストアップを小さくできる。 However, when bamboo is used, 60 to 70% can be mixed, and injection molding is also possible at 60 to 70%. Bamboo has a high moisture content of 35%, but there is no problem because it becomes hot and volatilizes during mixing and melting. On the contrary, the pressure does not increase without water, which is disadvantageous for mixing and melting. On the contrary, it is better to have some moisture. Also, mixing bamboo will increase the strength of the plastic. High performance plastic. In addition, because the bamboo content can be increased, the possibility of developing new and diverse high-performance plastics has expanded. In addition, development of a composite resin having biodegradability is progressing in the EU, but when polylactic acid and bamboo are combined, the biodegradability can be maintained and the EU standard can be met, which is in a desirable direction. In addition, plastics can be applied not only to polyethylene and polypropylene but also to thermoplastics in general. In addition, when the present invention is used for biomass plastics, it is possible to expand the range of biomass resources standards and product types of the Japan Organic Resource Association and the Bioindustrial Association. Moreover, since injection molding is possible, it can be applied to various moldings, and the use can be greatly expanded. And the cost of product development can be reduced.
以上により、本発明によれば、内部に多孔質を持ち、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂、竹粉樹脂混合溶融体及びこれらの製造方法を提供することができる。また、製造できる新な複合樹脂の範囲を拡大することができ、そして、強度特性が良好でかつ再成形可能な成形体を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the bamboo powder composite resin, bamboo powder resin mixed melt having a high content of cellulosic material, using bamboo powder having a porous interior, a large particle size and a high water content, and These manufacturing methods can be provided. Moreover, the range of the new composite resin which can be manufactured can be expanded, and the molded object which has favorable intensity | strength characteristics and can be remolded can be provided.
本発明は、成形体の強度特性が良好でかつ再成形可能なセルロース複合樹脂に利用できる。また、建材や乗り物の材料として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a cellulose composite resin in which the molded article has good strength characteristics and can be reshaped. It can also be used as a building material or vehicle material.
1 密閉型混合粉砕装置
2 機台ベース
3 撹拌室
4 軸受
5 回転軸
6 プーリー
7 Vベルト
8 モーター
10a〜10f 回転羽根
11 撹拌室の垂直壁
12 らせん状羽根部材
13 材料供給室
14 材料投入部
15 シャッター
17 取出部
20 水蒸気の解放機構
21 制御盤
22 らせん状溝
23 水蒸気流出方向
24 空気流入方向
31 特殊竹粉製造機
32 フライス工具
33 フライスカッター
34 チップ
35 フライス工具本体の端面
36 カッター駆動部
37 竹素材送り機構
38 支持手段
39 基台
40 成形体
I 回転トルクの最小値
M 回転トルクの最大値
t 回転トルクが最小値に達した後の一定時間
tI 回転トルクが最小値のときの時間
tM 回転トルクが最大値のときの時間
T 回転トルク
W 竹素材
X 回転中心の軸線
Y 竹素材の移動方向
Z フライスカッターの回転方向
DESCRIPTION OF
ここにおいて、竹粉複合樹脂とは、竹紛と樹脂が混じり合い一体化したものをいうが、ここでは、高温・高圧で混合溶融されたものを竹粉樹脂混合溶融体、その後粉砕、成形されたものを竹粉複合樹脂と称して区別する。なお、混合溶融後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に混入されたものも竹粉樹脂混合溶融体に含まれ、成形後に加熱、冷却、加工、変形されたもの、他の樹脂に混入されたものも竹粉複合樹脂に含まれる。
回転の停止後、竹粉樹脂混合溶融体として取り出すことが出来る。次に成型機の投入可能なサイズに粉砕して、プラスチック成型機にて成型されて、竹粉複合樹脂が製造される。竹粉樹脂混合溶融体は、各種成型機で成形される過程で再度溶融されて成形体としてのプラスチック製品になる。すなわち、混合粉砕装置から溶融体として取り出した竹粉樹脂混合溶融体にすることで、従来のバイオマス混練方式とは異なり、竹粉70%や60%という高比率のバイオマスを複合しながら、微小径ノズルから金型へ射出する射出成型機による成形が可能となり、他の成形も含め竹粉複合樹脂が生産される。また、直後とは、極小値を示してからの短時間の間を指し、少なくとも1秒から10分、より好ましくは1秒から2分、さらに好ましくは1秒から30秒が好ましい。
このように構成すると、内部に竹の維管束の多孔質を持ち、粒度が大きくかつ水分含有率が高い竹粉を用い、セルロース系材料の含有率の高い竹粉複合樹脂の製造方法を提供することができ、製造できる新たな複合樹脂の範囲を拡大することができる。
Here, the bamboo powder composite resin refers to a mixture of bamboo powder and resin that is integrated and integrated, but here, what is mixed and melted at high temperature and high pressure is a bamboo powder resin mixed melt, then pulverized and molded This is called bamboo powder composite resin. In addition, those that are heated, cooled, processed, deformed after mixing and melting, and those that are mixed in other resins are also included in the bamboo powder resin mixed melt, and those that are heated, cooled, processed, deformed after molding, other Those mixed in the resin are also included in the bamboo powder composite resin.
After stopping the rotation, it can be taken out as a bamboo powder resin mixed melt. Next, it is pulverized to a size that can be put into a molding machine and molded by a plastic molding machine to produce a bamboo powder composite resin. The bamboo powder resin mixed melt is melted again in the process of being molded by various molding machines to become a plastic product as a molded body. That is, by making the bamboo powder resin mixed melt taken out as a melt from the mixing and grinding device, unlike the conventional biomass kneading method, while combining the high proportion of biomass such as 70% or 60% bamboo powder, Molding with an injection molding machine that injects from the nozzle to the mold becomes possible, and bamboo powder composite resin is produced including other moldings. Further, “immediately after” refers to a short period of time after the minimum value is shown, and is preferably at least 1 second to 10 minutes, more preferably 1 second to 2 minutes, and even more preferably 1 second to 30 seconds.
When configured in this way, a bamboo powder composite resin having a porous vascular bundle of bamboo, a large particle size and a high moisture content, and a high content of cellulosic material is provided. The range of new composite resins that can be manufactured can be expanded.
Claims (6)
前記竹粉は、平均粒度が1μm以上800μm以下に粉砕され、水分含水率が5〜40質量%の竹粉であり、前記溶融混合時の前記攪拌室内の温度が150℃以上370℃以下、圧力が0.20MPa以上飽和水蒸気以下で、かつ、前記回転軸の回転トルクが下降して極小値に達し、さらに上昇に転じた直後に前記回転を停止させて竹粉樹脂混合溶融体を製作し、さらに前記竹粉樹脂混合溶融体を粉砕し、成形して竹粉複合樹脂を製造することを特徴とする;
竹粉複合樹脂の製造方法。 In a sealed stirring chamber having a rotating shaft provided with a plurality of rotating blades, resin powder and bamboo powder are used as raw materials, the rotating shaft is rotated and melt mixed to produce a bamboo powder resin mixed melt, In the method for producing bamboo powder composite resin, wherein the bamboo powder resin mixed melt is molded to produce bamboo powder composite resin;
The bamboo powder is bamboo powder having an average particle size of 1 μm or more and 800 μm or less and a moisture content of 5 to 40% by mass, and the temperature in the stirring chamber during the melt mixing is 150 ° C. or more and 370 ° C. or less, pressure 0.20 MPa or more and saturated steam or less, and the rotational torque of the rotating shaft decreases to reach a minimum value, and immediately after the rotation starts to stop, the rotation is stopped to produce a bamboo powder resin mixed melt, Furthermore, the bamboo powder resin mixed melt is pulverized and molded to produce a bamboo powder composite resin;
A method for producing bamboo powder composite resin.
請求項1に記載の竹粉複合樹脂の製造方法。 The bamboo powder is provided with a plurality of rows of chips arranged in a radial direction on the end face of the tool body to which the chips that are cutting edges are attached, and each chip of a pair of adjacent chip rows is It is a fine powder pulverized using milling tools arranged in a staggered pattern with different radial distances from the rotation center axis, and the porous structure of the bamboo vascular bundle is observed by electron micrographs. 10 3 to 10 11 / g of lactic acid bacteria grow inside, and the weight ratio of the bamboo powder to the resin is 5:95 to 95: 5;
The method for producing a bamboo powder composite resin according to claim 1.
前記竹粉は、平均粒度が1μm以上800μm以下に粉砕され、水分含水率が5〜40質量%の竹粉であり、前記溶融混合時の前記攪拌室内の温度が150℃以上370℃以下、圧力が0.20MPa以上飽和水蒸気以下で、かつ、前記回転軸の回転トルクが下降して極小値に達し、さらに上昇に転じた直後に前記回転を停止させて竹粉樹脂混合溶融体を製作することを特徴とする;
竹粉樹脂混合溶融体の製造方法。 In a sealed stirring chamber having a rotating shaft provided with a plurality of rotating blades, resin powder and bamboo powder are used as raw materials, the rotating shaft is rotated and melt mixed to produce a bamboo powder resin mixed melt, In the method for producing bamboo powder composite resin, wherein the bamboo powder resin mixed melt is molded to produce bamboo powder composite resin;
The bamboo powder is bamboo powder having an average particle size of 1 μm or more and 800 μm or less and a moisture content of 5 to 40% by mass, and the temperature in the stirring chamber during the melt mixing is 150 ° C. or more and 370 ° C. or less, pressure Is 0.20 MPa or more and saturated water vapor or less, and the rotation torque of the rotating shaft decreases to reach a minimum value, and immediately after the rotation starts to increase, the rotation is stopped to produce a bamboo powder resin mixed melt. Characterized by:
A method for producing a bamboo powder resin mixed melt.
請求項3に記載の竹粉樹脂混合溶融体の製造方法。 The bamboo powder is provided with a plurality of rows of chips arranged in a radial direction on the end face of the tool body to which the chips that are cutting edges are attached, and each chip of a pair of adjacent chip rows is It is a fine powder pulverized using milling tools arranged in a staggered pattern with different radial distances from the rotation center axis, and the porous structure of the bamboo vascular bundle is observed by electron micrographs. 10 3 to 10 11 / g of lactic acid bacteria grow inside, and the weight ratio of the bamboo powder to the resin is 5:95 to 95: 5;
A method for producing a bamboo powder resin mixed melt according to claim 3.
竹粉樹脂混合溶融体。 It was manufactured by the method for manufacturing a bamboo powder resin mixed melt according to claim 3 or claim 4;
Bamboo powder resin mixed melt.
竹粉複合樹脂。
It was manufactured with the manufacturing method of the bamboo-powder composite resin of Claim 1 or Claim 2;
Bamboo powder composite resin.
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