JP2020158606A - 木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物 - Google Patents

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Yasuo Nakajima
康雄 中島
健一 須山
Kenichi Suyama
健一 須山
佳宏 前田
Yoshihiro Maeda
佳宏 前田
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Abstract

【課題】耐衝撃性、および曲げ弾性率に優れる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を提供する。【解決手段】本発明の木粉含有樹脂組成物は、針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを溶融混練して粒状とした第一の樹脂粒(A)と、針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを溶融混練して粒状とした第二の樹脂粒(B)と、を更に溶融混練してなり、JIS K7171に準拠して測定した曲げ弾性率が2000MPa以上であり、JIS K7110に準拠して測定したシャルピー衝撃値が4.0kJ/m2以上である。【選択図】なし

Description

本発明は、軽量で機械的強度に優れる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物に関する。
木材、パルプ等のセルロース系材料は、軽量、高強度、高弾性率、低熱膨張率という優れた特性を有することから、樹脂等の補強材料として使用されている。セルロース系材料は親水性が高いため、ポリオレフィン樹脂等の疎水性の高い樹脂の補強材料として使用する場合、複合材料中のセルロース系材料の分散性が悪く、得られる複合材料の機械的強度は十分なものではない。
これに対し、セルロース系粉体とポリオレフィン系樹脂とを所定の割合で含有するセルロース系粉体含有複合樹脂成形体において、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性したポリオレフィン樹脂を配合することにより、成形体の耐衝撃性を向上する技術が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
また、解繊された古紙に、ポリプロピレンと変性ポリプロピレンを所定の割合で含浸させた複合樹脂組成物(例えば、特許文献4、参照)や、ポリオレフィン樹脂と、多塩基酸無水物でエステル化されたエステル化リグノセルロース系またはセルロース系物質と、変性ポリオレフィンとを含む、ポリオレフィン系樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献5および6、参照)。
特公昭59−30176号公報 特許第3500403号公報 特開平5−320367号公報 特許第3674150号公報 特開2005−200615号公報
特許文献1〜5では、樹脂組成物に、セルロース系材料とオレフィン系樹脂との界面の親和性を増す不飽和カルボン酸等で変性されたオレフィン樹脂を配合することにより、両者の結合強度を増強して、樹脂組成物の耐衝撃性を向上する。しかしながら、自動車部品等の強度が要求される分野で使用を考慮すると、十分なものではなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐衝撃性、および曲げ弾性率に優れる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を提供すること目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ポリプロピレンと針葉樹木粉からなる第一の樹脂粒と、ポリエチレンと針葉樹木粉と変性ポリエチレン樹脂とからなる第二の樹脂粒とを溶融混練してなる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物が、高い耐衝撃性と曲げ弾性とを実現しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを溶融混練して粒状とした第一の樹脂粒(A)と、針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを溶融混練して粒状とした第二の樹脂粒(B)と、からなり、JIS K7171に準拠して測定した曲げ弾性率が2000MPa以上であり、JIS K7110に準拠して測定したシャルピー衝撃値が4.0kJ/m以上である。
また、本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、上記発明において、前記第一の樹脂粒(A)は、前記ポリプロピレン(A2)100質量部に対し、前記針葉樹木粉(A2)を30〜50質量部の割合で含む。
また、本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、上記発明において、前記第二の樹脂粒(B)は、前記ポリエチレン(B2)と前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを、質量比80:20〜90:10の割合で含むとともに、前記ポリエチレン(B2)と前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、前記針葉樹木粉(B1)を30〜50質量部の割合で含む。
また、本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、上記発明において、前記木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、前記第一の樹脂粒(A)と前記第二の樹脂粒(B)とを、質量比70:30〜90:10の割合で含む。
また、本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、上記発明において、前記ポリエチレンは、高密度ポリエチレンである。
また、本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、上記発明において、前記木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、前記ポリプロピレン(A2)、前記ポリエチレン(B2)、および前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、前記針葉樹木粉(A1)および前記針葉樹木粉(B1)の合計が40〜50質量部である。
本発明によれば、耐衝撃性、および曲げ弾性率に優れる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得ることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態により本発明が限定されるものではない。
本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを溶融混練して粒状とした第一の樹脂粒(A)と、針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを溶融混練して粒状とした第二の樹脂粒(B)と、を更に溶融混練してなる。
[第一の樹脂粒(A)]
第一の樹脂粒(A)は、セルロース系材料として針葉樹木粉(A1)を使用する。針葉樹木粉(A1)は、針葉樹が粉砕されたものである。針葉樹木粉の原料としては、スギ、ヒノキ、スプルース、ベイツガ、マツ等が例示される。木粉の大きさとしては、50メッシュ〜100メッシュのものが、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の機械的強度の向上のために好ましい。
第一の樹脂粒(A)は、樹脂成分としてポリプロピレン(A2)を使用する。ポリプロピレン(A2)は、メルトフローレート(MFR)が、0.1〜400g/10分のものが好適である。メルトフローレートは、0.1〜50g/10分、0.4〜10g/分のものがさらに好適である。なお、本明細書におけるメルトフローレートは、JIS K7210に準拠して、190℃、2.16kg荷重下で測定したものである。
第一の樹脂粒(A)には、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、ガラス繊維等の無機系の充填材、ポリエステル、ポリアミド繊維等の有機系の充填材、難燃剤、安定剤、酸化防止剤、赤外線吸収剤、可塑剤、滑剤等の各種添加剤、染料、顔料等の着色剤を配合することができる。
第一の樹脂粒(A)は、ポリプロピレン(A2)100質量部に対し、針葉樹木粉(A1)を30〜50質量部の割合で含むことが好ましい。混合する第二の樹脂粒(B)中の針葉樹木粉(B1)の割合にもよるが、針葉樹木粉(A1)の割合が30質量部より小さい場合、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の機械強度が十分でない場合がある。また、針葉樹木粉(A1)の割合が50質量部より大きい場合、ポリプロピレン(A2)との溶融混練が不充分となることがある。
第一の樹脂粒(A)は、針葉樹木粉(A1)とポリプロピレン(A2)とを、溶融混練した後、ペレット等の粒状体としたものである。溶融混練に用いられる装置としては、ブレンダー、ニーダー、ミキシングロール、バンバリーミキサー、一軸または二軸の押出機を使用することができる。上記装置内に、フィーダー等により所定量の針葉樹木粉(A1)とポリプロピレン(A2)を投入し、ポリプロピレン(A2)が溶融し、針葉樹木粉(A1)が炭化しない温度、例えば、170〜200℃程度に加熱し、混練する。溶融混練後、ペレット状の第一の樹脂粒(A)が得られる。
[第二の樹脂粒(B)]
第二の樹脂粒(B)は、セルロース系材料として針葉樹木粉(B1)を使用する。針葉樹木粉(B1)は、針葉樹が粉砕されたものである。針葉樹木粉(B1)としては、第一の樹脂粒(A)の針葉樹木粉(A1)と同様の原料、大きさのものを例示することができる。針葉樹木粉(B1)は、針葉樹木粉(A1)と同一であっても、異なるものであってもよい。
第二の樹脂粒(B)は、樹脂成分としてポリエチレン(B2)を含む。ポリエチレン(B2)としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、直鎖状超低密度ポリエチレン等を例示することができる。中でも、配合した木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の耐衝撃性向上の観点では、高密度ポリエチレンが好ましい。
第二の樹脂粒(B)は、メルトフローレート(MFR)が、0.1〜400g/10分のものが好適である。メルトフローレートは、0.1〜50g/10分、0.4〜10g/分のものがさらに好適である。
第二の樹脂粒(B)は、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)を含む。ポリエチレン(B2)、およびポリプロピレン(A2)は、疎水性が高く、針葉樹木粉(A1)、(B1)の表面は、水酸基およびグリコシド結合を有する極性の高い表面である。したがって、針葉樹木粉(A1)、(B1)と、ポリエチレン(B2)、およびポリプロピレン(A2)との相溶性が低く、均一に分散することが困難である。本発明では、針葉樹木粉(A1)、(B1)と、ポリエチレン(B2)、およびポリプロピレン(A2)との相溶性を向上する目的で、第二の樹脂粒(B)は、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)を含む。
無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)は、メルトフローレート(MFR)が、0.1〜400g/10分のものが好適である。メルトフローレートは、0.1〜50g/10分、0.3〜15g/分のものがさらに好適である。
無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)は、無水マレイン酸由来の−C(=O)−O−C(=O)−結合の、針葉樹木粉(A1)、(B1)表面の水酸基との水素結合や双極子相互作用により、針葉樹木粉(A1)、(B1)との親和性、相溶性を向上する。一方、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)のポリエチレン由来部分は、ポリプロピレン(A2)、およびポリエチレン(B2)と同様に、疎水性が高く、構造も類似しているため、ポリプロピレン(A2)、およびポリエチレン(B2)との親和性が高い。無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)は、針葉樹木粉(A1)、(B1)と、ポリプロピレン(A2)、およびポリエチレン(B2)とを結びつける仲介役として機能する。
また、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)は、無水マレイン酸由来部分が、針葉樹木粉(A1)、(B1)の水酸基と容易にエステル結合するため、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)と針葉樹木粉(A1)、(B1)とが化学結合した、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得ることができる。
第二の樹脂粒(B)には、第一の樹脂粒(A)と同様の充填材、添加剤、着色剤を配合することができる。
第二の樹脂粒(B)は、ポリエチレン(B2)と無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを、質量比80:20〜90:10の割合で含むことが好ましい。無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)を上記の割合で配合することにより、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の機械特性を向上することができる。
また、第二の樹脂粒(B)は、ポリエチレン(B2)と無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、針葉樹木粉(B1)を30〜50質量部の割合で含むことが好ましい。混合する第一の樹脂粒(A)中の針葉樹木粉(A1)の割合にもよるが、針葉樹木粉(A1)の割合が30質量部より小さい場合、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の機械強度が十分でない場合がある。また、針葉樹木粉(B1)の割合が50質量部より大きい場合、ポリエチレン(B2)および無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)との溶融混練が不充分となることがある。
第二の樹脂粒(B)は、針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを、溶融混練した後、ペレット等の粒状体としたものである。溶融混練に用いられる装置としては、ブレンダー、ニーダー、ミキシングロール、バンバリーミキサー、一軸または二軸の押出機を使用することができる。上記装置内に、フィーダー等により所定量の針葉樹木粉(B1)とポリエチレン(B2)と無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを投入し、ポリエチレン(B2)および無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)が溶融し、針葉樹木粉(B1)が炭化しない温度、例えば、150〜180℃程度に加熱し、混練する。溶融混練後、ペレット状の第二の樹脂粒(B)が得られる。
[木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物]
本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、第一の樹脂粒(A)と第二の樹脂粒(B)と、からなり、JIS K7171に準拠して測定した曲げ弾性率が2000MPa以上であり、JIS K7110に準拠して測定したシャルピー衝撃値が4.0kJ/m以上である。
木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、第一の樹脂粒(A)と第二の樹脂粒(B)とを、質量比70:30〜90:10の割合で含むことが好ましい。第一の樹脂粒(A)と第二の樹脂粒(B)との配合割合を上記の範囲とすることにより、高い曲げ強度と高い耐衝撃性を両立することができる。
木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、ポリプロピレン(A2)、ポリエチレン(B2)、および無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、針葉樹木粉(A1)および針葉樹木粉(B1)の合計が40〜50質量部であることが好ましい。全樹脂量と針葉樹木粉との配合割合を上記の範囲とすることにより、高い曲げ強度を有するとともに、成形加工性に優れる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得ることができる。
本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物の製造方法は、
針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを溶融混練して粒状の第一の樹脂粒(A)を得る工程と、
針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを溶融混練して粒状とした第二の樹脂粒(B)を得る工程と、
前記第一の樹脂粒(A)と前記第二の樹脂粒(B)とを溶融混練する工程とを含み、
JIS K7171に準拠して測定した曲げ弾性率が2000MPa以上であり、
JIS K7110に準拠して測定したシャルピー衝撃値が4.0kJ/m以上である木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を製造する。
第一の樹脂粒(A)を得る工程と、第二の樹脂粒(B)を得る工程は、上述のとおりである。第一の樹脂粒(A)と前記第二の樹脂粒(B)とを溶融混練する工程は、ブレンダー、ニーダー、ミキシングロール、バンバリーミキサー、一軸または二軸の押出機等の装置を使用し、フィーダーにより所定量の第一の樹脂粒(A)と、第二の樹脂粒(B)とを、装置内に投入して行う。ポリプロピレン(A2)、ポリエチレン(B2)、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)が溶融し、針葉樹木粉(A1)、針葉樹木粉(B1)が炭化しない温度、例えば、170〜200℃程度に加熱し、混練することにより木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得ることができる。
本発明に係る木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、軽量であり、高い曲げ強度および高い耐衝撃性を両立するため、自動車等の車両材料、ロボット部品、義肢部材、家電材料OA機器、建築部材、排水設備、トイレタリ材料、各種タンク、コンテナ、シート、玩具、スポーツ用品等に使用することができる。特に、高い機械的強度が要求される車両材料として好適であり、ドアートリム、ピラー、パネル、コンソール、アームレスト、スペアタイヤカバー、ドアノブ等の内装部品、バンパー、スポイラー、フェンダー、アウターパネル等の外装部品に好適に使用することができる。
以下、本発明を実施例等に基づき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<使用材料>
(1)針葉樹木粉(A1)、(A2)
スギ材を粉砕した、平均粒径が100μmの木粉
(2)ポリプロピレン(A2)
MFR(230℃/2.16kgf)=30g/10分
(3)ポリエチエン(B2)
高密度ポリエチレン
MFR(190℃/2.16kgf)=5g/10分
密度=0.953g/cm
(4)無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)
MFR(190℃/2.16kgf)=12g/10分
<第一の樹脂粒(A)>
上記の針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを、ポリプロピレン(A2)100質量部に対し、針葉樹木粉(A1)43質量部となるように二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練した後、約2~5mmのペレット状の第一の樹脂粒(A)を得た。
<第二の樹脂粒(B)>
上記の針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポレチレン樹脂(B3)とを、針葉樹木粉(B1)43質量部、ポリエチレン(B2)95質量部、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)5質量部となるように二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練した後、約2~5mmのペレット状の第二の樹脂粒(B)を得た。
<第三の樹脂粒>
上記の針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)とを、針葉樹木粉(B1)43質量部、ポリエチレン(B2)100質量部となるように二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練した後、約2~5mmのペレット状の第三の樹脂粒を得た。
実施例1
第一の樹脂粒(A)を70質量部、第二の樹脂粒(B)を30質量部となるように、二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練して、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得た。得られた木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物から試験片を作製し、曲げ強度(JIS K7171)、およびシャルピー衝撃値(JIS K7110)を測定した。結果を表1に示す。
実施例2
第一の樹脂粒(A)を80質量部、第二の樹脂粒(B)を20質量部となるように、二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練して、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得た。得られた木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物から試験片を作製し、曲げ強度(JIS K7171)、およびシャルピー衝撃値(JIS K7110)を測定した。結果を表1に示す。
実施例3
第一の樹脂粒(A)を65質量部、第二の樹脂粒(B)を35質量部となるように、二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練して、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得た。得られた木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物から試験片を作製し、曲げ強度(JIS K7171)、およびシャルピー衝撃値(JIS K7110)を測定した。結果を表1に示す。
比較例1および比較例2
比較例1として、第一の樹脂粒(A)のみからなる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を使用し、比較例2として、第二の樹脂粒(B)のみからなる木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を使用した。得られた木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物から試験片を作製し、曲げ強度(JIS K7171)、およびシャルピー衝撃値(JIS K7110)を測定した。結果を表1に示す。
比較例3
第一の樹脂粒(A)を70質量部、第三の樹脂粒を30質量部となるように、二軸押出機のホッパーに供給し、溶融混練して、木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物を得た。得られた木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物から試験片を作製し、曲げ強度(JIS K7171)、およびシャルピー衝撃値(JIS K7110)を測定した。結果を表1に示す。
Figure 2020158606
表1に示すように、第一の樹脂粒(A)と、第二の樹脂粒(B)とからなる本発明の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、高い曲げ弾性率と、高い衝撃値とを両立することが確認された。ベース樹脂がポリプロピレン樹脂である第一の樹脂粒(A)のみからなる比較例1、ベース樹脂がポリエチレン樹脂である第二の樹脂(B)のみからなる比較例2とも、衝撃強度は4.0kJ/m未満であるのに対し、第一の樹脂粒(A)と第二の樹脂粒(B)とを溶融混練してなる実施例1および2の耐衝撃性が、4.0kJ/m以上となることは、従来技術からは推測できない効果である。

Claims (6)

  1. 針葉樹木粉(A1)と、ポリプロピレン(A2)とを溶融混練して粒状とした第一の樹脂粒(A)と、
    針葉樹木粉(B1)と、ポリエチレン(B2)と、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを溶融混練して粒状とした第二の樹脂粒(B)と、
    からなり、
    JIS K7171に準拠して測定した曲げ弾性率が2000MPa以上であり、
    JIS K7110に準拠して測定したシャルピー衝撃値が4.0kJ/m以上である木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
  2. 前記第一の樹脂粒(A)は、前記ポリプロピレン(A2)100質量部に対し、前記針葉樹木粉(A2)を30〜50質量部の割合で含む請求項1に記載の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
  3. 前記第二の樹脂粒(B)は、前記ポリエチレン(B2)と前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを、質量比80:20〜90:10の割合で含むとともに、前記ポリエチレン(B2)と前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、前記針葉樹木粉(B1)を30〜50質量部の割合で含む請求項1または2に記載の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
  4. 前記木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、前記第一の樹脂粒(A)と前記第二の樹脂粒(B)とを、質量比70:30〜90:10の割合で含む請求項1〜3のいずれか一つに記載の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
  5. 前記ポリエチレンは、高密度ポリエチレンである請求項1〜4のいずれか一つに記載の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
  6. 前記木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物は、前記ポリプロピレン(A2)、前記ポリエチレン(B2)、および前記無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(B3)とを合計した樹脂量100質量部に対し、前記針葉樹木粉(A1)および前記針葉樹木粉(B1)の合計が40〜50質量部である請求項1〜5のいずれか一つに記載の木粉含有ポリオレフィン樹脂組成物。
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JP2017528575A (ja) * 2014-09-17 2017-09-28 イメリーズ ミネラルズ リミテッド ポリマー組成物

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