JP3736260B2

JP3736260B2 - 有機繊維樹脂組成物及びその利用

Info

Publication number: JP3736260B2
Application number: JP2000046442A
Authority: JP
Inventors: 中野　　勝; 信幸内田
Original assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001234076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機繊維を補強材として用いた有機繊維樹脂組成物（マスターバッチ）及びその利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、剛性、強度及び耐曲げ破壊性を向上させるため、樹脂に強化用繊維等の補強材を配合する方法が用いられている。
有機繊維は無機繊維よりも靱性や可とう性等の物性が優れた成形品が得られること、また、一般のプラスチックにより近い材料である組み合わせ（熱可塑性樹脂と有機繊維）であるため、成形が容易でリサイクル可能な成形品が得られること等から、繊維強化樹脂成形品の補強材として用いられているが、有機繊維の比重が軽くて嵩高いため、無機繊維と異なり樹脂の混練が難しく、様々な混練方法が検討されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
遊離繊維の発生、樹脂との混練不良、有機繊維の折損等による樹脂強化能の低下等の問題は、予め有機繊維を樹脂で被覆した有機繊維被覆樹脂組成物を用いることによりほぼ解決できるようになった。しかし、この方法のように単に繊維束を樹脂で被覆しただけのものは繊維間に空気層が存在するため、これを用いて得られた成形品には、空気層の乱反射による白濁化、成形直後に気泡が抜けたことに起因する粗面化等の表面の外観不良や、良好な機械物性を得ることが出来ないという問題があった。これは無機繊維では生じない、柔軟性に富む有機繊維素材独特の問題であった。そのため、実用性のある新しい有機繊維樹脂成形品を得るための開発が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の第１の発明は、溶融粘度４Ｐａ・ｓ以下かつ分子量１０００以上である重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）を含浸した有機繊維１０〜９０重量％を含有する有機繊維樹脂組成物である。
【０００６】
第２の発明は、有機繊維がポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、アラミッド繊維、再生セルロ−ス繊維、綿繊維、麻繊維から選ばれる１種、又は２種以上である上記有機繊維樹脂組成物である。
【０００７】
第３の発明は、上記有機繊維樹脂組成物と熱可塑性樹脂（Ｂ）とからなる成形品である。
【０００８】
第４の発明は、熱可塑性樹脂（Ｂ）がポリオレフィン系樹脂である上記成形品である。
【０００９】
第５の発明は、熱可塑性樹脂（Ｂ）の融点又は軟化点が重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の融点又は軟化点以上であることを特徴とする上記成形品の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる有機繊維としてはポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、アラミッド繊維等の合成繊維、再生セルロ−ス繊維等の化学繊維及び綿、麻等の天然繊維等が挙げられ、これらから選ばれる１種、又は２種以上を用いることができる。
【００１１】
有機繊維の繊維径は４〜２０μｍが好ましい。４μｍ未満であると嵩高になり、また、溶融樹脂中での剪断力が弱くなる。２０μｍを超えると成形品の表面が平滑でなくなり好ましくない。
【００１２】
有機繊維は５０００〜１５０００本の束をひとつの単位として重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）を含浸した後、ペレット成形されて有機繊維樹脂組成物となる。有機繊維の束は有機繊維樹脂組成物の太さに影響するため、上記本数の範囲外では有機繊維樹脂組成物の径が細すぎたり太すぎたりして使い難い。
【００１３】
重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の有機繊維への含浸方法としては、例えば、加熱して低粘度にした重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）を有機繊維に含浸させる公知の方法等が挙げられる。この含浸工程により、有機繊維束を構成する繊維と繊維の間の空間は重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）で満たされるとともに、有機繊維は確実に一体化して離脱することなく保持され、その後の取り扱い性が良好になり作業性が向上する。
【００１４】
有機繊維は含浸前に開繊させることが好ましい。開繊により樹脂の含浸が短時間にスムーズに行われ、成形条件が多少変化しても高い含浸性が保持され、繊維を均一に分散かつ各繊維を囲むように樹脂が含浸するため繊維間に存在する空間が小さくなり、その数も減少し、良好な含浸状態が得られる。
【００１５】
有機繊維は無撚りの方が開繊処理がしやすいため、有機繊維に重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）が含浸されやすくなり好ましいが、撚りがかかっているものを用いることも出来る。また、有機繊維は含浸後に含浸装置のダイの出口で撚りを行ってもよい。ダイの中でほぐれたり短く切れてしまったりした繊維を巻き込んで撚ることにより、これらが原因で生じるオリフィスの目詰まりを防ぐとともに、含浸された樹脂が繊維の束の外側に浸み出して束を被覆することにより形状が整い、有機繊維を保護する効果がある。
【００１６】
尚、本発明で用いられる有機繊維は、その延伸性が失われない温度で重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）や熱可塑性樹脂（Ｂ）と加工されることが好ましい。
【００１７】
本発明で用いられる重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）は、溶融粘度が４Ｐａ・ｓ以下かつ分子量が１０００以上の樹脂である。溶融粘度が４Ｐａ・ｓを越えると含浸が困難となり、また、ＭＮが１０００未満ではペレット成形が困難となり好ましくない。尚、本発明における溶融粘度とは、ＪＩＳＫ６８６２に準拠して、試験温度２００℃にて測定されたものであり、分子量とは、ＨＰＬＣにて測定した数平均分子量（以下、ＭＮという）のことである。
【００１８】
重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）が含浸された有機繊維ストランドは、その後、機械的衝撃処理によりカットされペレット成形されて有機繊維樹脂組成物となる。このペレット成形の工程は有機繊維樹脂組成物の定量供給性のためには必要不可欠なものであり、ＭＮが１０００未満の樹脂ではペレット成形の衝撃に耐えられずにぐずぐずになりペレット形状が保持出来ない。尚、本発明でいう「ペレット」とは、直径又は一辺が２ｍｍ〜５ｍｍくらいの小さい球形、円柱形又は角柱等に造粒した成形用材料をいう。
【００１９】
重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の具体例としては、炭素数が２０〜４８の重合脂肪酸と短鎖二塩基酸とジアミンとを、（重合脂肪酸／短鎖二塩基酸）の重量比が０．２５〜５．２で、かつ全カルボキシル基に対し全アミノ基が実質的に当量になるように混合して重縮合させたものを示す。市販品としてはトーマイド１３１０、トーマイド１３５０（以上富士化成工業社製）等が挙げられる。
【００２０】
炭素数が２０〜４８の重合脂肪酸としては、不飽和脂肪酸、例えば炭素数が１０〜２４の二重結合又は三重結合を一個以上含有する一塩基性脂肪酸を重合して得た重合脂肪酸が用いられる。具体例としてはオレイン酸、リノール酸、エルカ酸等の二量体が挙げられる。
市販されている重合脂肪酸は、通常二量体化脂肪酸を主成分とし、他に原料の脂肪酸や三量体化脂肪酸を含有するが、二量体化脂肪酸含量が７０％以上、好ましくは９５％以上であり、かつ水素添加して不飽和度を下げたものが望ましく、例としてブリボール１００９、ブリボール１００４（以上ユニケマ社製）、エンボール１０１０（ヘンケル社製）等の市販品が挙げられる。
【００２１】
短鎖二塩基酸としてはアゼライン酸、セバシン酸及びこの両者の混合物が挙げられる。
【００２２】
ジアミンとしては、炭素数が２〜２０のジアミンが好ましく、具体的にはエチレンジアミン、１，４−アミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、ビス−（４，４’−アミノシクロヘキシル）メタン、メタキシリレンジアミンのようなジアミン類が挙げられる。
【００２３】
有機繊維樹脂組成物の製造の際、有機繊維樹脂組成物の機能を阻害しない範囲内で必要に応じて、上記成分以外に耐熱安定剤、耐候剤、滑剤、スリップ剤、難燃剤、核剤、顔料、染料等の添加剤を配合しても構わない。
【００２４】
本発明の有機繊維樹脂組成物はマスターバッチである。
マスターバッチとは、有機繊維を高濃度に含有し、成形品の成形時に希釈樹脂（未着色の熱可塑性樹脂）である熱可塑性樹脂（Ｂ）で有機繊維含有率を所望の濃度に希釈して成形品とされる有機繊維樹脂組成物をいう。
【００２５】
マスターバッチにおける重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の配合割合は１０〜２０重量％が望ましい。これらの範囲未満では有機繊維に含浸されるのに充分な量でないため有機繊維が一束にまとまらず、有機繊維樹脂組成物が成形できないおそれがある。また、これらの範囲を超えた量を含浸に用いても、その量に応じた効果が期待できないばかりか、相対的にマスターバッチにおける有機繊維の量が減少し、成形品の物性強化の効果が低減するおそれがある。
【００２６】
製造時における有機繊維の機械的損傷を抑えるため、マスターバッチと熱可塑性樹脂（Ｂ）とは予め溶融混練せず、成形品の加工時に直接射出成形機や押出成形機にそれぞれ投入され機内で初めて混合という製造工程を極力削減しているので、成形機内において熱可塑性樹脂（Ｂ）中に有機繊維が速やかにかつ均一に分散されることが必要とされる。よって、有機繊維束に含浸されている重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の融点又は軟化点は熱可塑性樹脂（Ｂ）の融点又は軟化点以下であることが好ましい。
【００２７】
本発明で用いられる熱可塑性樹脂（Ｂ）は、重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）と相溶性のあるものが用いられる。例えばオレフィン系樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、酸変性オレフィン樹脂等が挙げられ、スチレン系樹脂としては耐衝撃性ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体等、その他、ＰＢＴ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタ−ル樹脂等が挙げられる。これらは１種、又は２種類以上の併用ができる。
【００２８】
成形品における有機繊維の配合割合は、目的とする成形品の用途によっても異なるが、１０〜９０重量％、特に２０〜４０重量％が好ましい。１０重量％未満では成形品の機械特性が得られず、また９０重量％を超えると成形品に反り等の不良が発生するので好ましくない。
【００２９】
成形品における熱可塑性樹脂（Ｂ）への配合割合は５０〜８０重量％、特に７０〜８０重量％が好ましい。５０重量％未満では樹脂の流動性が悪くなって成形不良になり、８０重量％を超えると成形品の機械特性が得られず好ましくない。
【００３０】
また、本発明の有機繊維強化樹脂成形品の製造の際、成形品の機能を阻害しない範囲で必要に応じて耐熱安定剤、耐候剤、滑剤、スリップ剤、難燃剤、核剤、顔料、染料等の添加剤を配合しても構わない。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。尚、プレート成形品の機械物性試験（伸度）はＡＳＴＭＤ−６３８に準拠して行い、結果を表１に示した。
（実施例１）
加熱溶融した重合脂肪酸系ポリアミド樹脂（溶融粘度３．８Ｐａ・ｓ、ＭＮ３０００、軟化点１５４℃）４０重量％を含浸させたポリエステル繊維（繊維径１６μｍ、繊維束７０００本）６０重量％をストランド状にし、ペレタイザーにてカットして長さ７ｍｍのペレット状の有機繊維樹脂組成物を得た。
上記有機繊維樹脂組成物５０重量％とポリプロピレン（融点１６０℃）５０重量％とを配合し、東芝ＩＳ１００Ｆ１型射出成形機にて射出温度１９０℃、金型温度４０℃の条件でプレート成形した。
【００３２】
（比較例１）
有機繊維樹脂組成物を配合せずに、実施例１と同じポリプロピレンのみを実施例１と同様の条件でプレート成形した。
【００３３】
（比較例２）
ポリエステル繊維（繊維径１６μｍ、長さ７．５ｍｍ）６０重量％とポリエチレン４０重量％とを配合し、ヘンシェルミキサ−１５０Ｌ（三井三池化工機（株）製）に投入、ジャケット温度を１００℃に設定し高速回転で攪拌を行い、ポリエチレンが溶融した時点で攪拌を低速回転に変え、溶融混合した樹脂組成物を冷却用ミキサ−に入れ換えて充分冷却した後、粉砕機にて粉砕し、ペレット状の有機繊維樹脂組成物を得た。
上記有機繊維樹脂組成物を用い、実施例１と同様にプレート成形した。
【００３４】
（比較例３）
ポリエステル繊維（繊維径１６μｍ、繊維束７０００本）６０重量％を、実施例１と同じポリプロピレン４０重量％で被覆後、ストランド状にし、ペレタイザーにてカットして長さ７ｍｍのペレット状の有機繊維樹脂組成物を得た。
上記有機繊維樹脂組成物を用い、実施例１と同様にプレート成形した。
【００３５】
（比較例４）
加熱溶融した重合脂肪酸系ポリアミド樹脂（溶融粘度０．６３Ｐａ・ｓ、ＭＮ９８０）４０重量％を含浸させたポリエステル繊維（繊維径１６μｍ、繊維束７０００本）６０重量％をストランド状にし、ペレタイザーにてカットしたが、形が崩れてしまいペレット成形が出来なかった。成形品製造の際に配合するマスターバッチの定量性が得られないため、その後の実験は行わなかった。
【００３６】
（比較例５）
ポリアミド樹脂（ナイロン１２）４０重量％をポリエステル繊維（繊維径１６μｍ、繊維束７０００本）６０重量％に含浸させようとしたが、含浸できなかったため、その後の実験は行わなかった。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【発明の効果】
本発明で用いられる重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）は、有機繊維に含浸されやすく、かつペレット成形が良好であることから、（１）嵩高い有機繊維をコンパクトにまとめて比重を高くし単位体積あたりの有機繊維含有量を多くし、（２）有機繊維のまわりを熱可塑性樹脂（Ａ）で満たすことによって成形品の製造まで有機繊維を保護する役割を担い、（３）定量供給性が良好であるため、有機繊維の機械物性が良好な成形品の提供が可能となった。

Claims

溶融粘度４Ｐａ・ｓ以下かつ分子量１０００以上である重合脂肪酸系共重合ポリアミド樹脂（Ａ）を含浸した有機繊維１０〜９０重量％を含有する有機繊維樹脂組成物。
有機繊維がポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、アラミッド繊維、再生セルロ−ス繊維、綿繊維、麻繊維から選ばれる１種、又は２種以上である請求項１記載の有機繊維樹脂組成物。
請求項１又は２記載の有機繊維樹脂組成物と熱可塑性樹脂（Ｂ）とからなる成形品。
熱可塑性樹脂（Ｂ）がポリオレフィン系樹脂である請求項３に記載の成形品。
熱可塑性樹脂（Ｂ）の融点又は軟化点が重合脂肪酸系共重合ポリアミド（Ａ）の融点又は軟化点以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の成形品の製造方法。