JP4068955B2 - Molded structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形構造体及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、適度な強度、硬度、剛性、弾性反発力、耐水性を有し、かつ適度な通気性と軽量性を有する、補強された成形構造体及びその製造方法に関する。
本発明の成形構造体は育苗床や育苗ポット、結束クリップ、植生マット、保温充填材、クッション材、フィルター材、建築用壁ボード材・天井材・壁紙、衝撃吸収部材、建設作業用部材、遊具、緩衝軽量ケース、車の内装材、耐切創ボード、突き刺し防止ボード等の用途として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、不織布や成形綿などの繊維構造体に対しその補強のために種々のバインダーが用いられている。合成樹脂系のバインダーを使用する際、原料を有機溶媒中に溶解又はエマルジョン化させて使用する場合には、その製造工程に大気中への揮発拡散する有機溶媒、あるいは排水中に溶存する有機溶媒も環境に対する負荷となっている。このような問題を回避するため、バインダーとして水溶性ポリビニルアルコールのみを用い、これを含浸・乾燥してバインダー化した繊維シートが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、かかる繊維シートは耐水性が低く、湿潤下や高湿度雰囲気下では強度保持性に問題があるため、主に水解性シートとして用いられるなど用途が大きく限定されるものであった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９９０９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の課題を解決し、優れた強度、硬度、剛性、弾性反発力、耐水性を有し、かつ適度な通気性を有する成形構造体を提供することを目的とする。また本発明は、該成形構造体の製造において有機溶媒を使用せず、環境対応型の成形構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、（１）短繊維と熱融着性バインダー短繊維から構成される構造体１００重量部に、α−オレフィンが１〜２０モル％共重合された変性ポリビニルアルコールを５重量部以上付着させてなる成形構造体、及び（２）短繊維と熱融着性バインダー短繊維とを混綿して得たウエブを加熱圧縮して熱融着性バインダー繊維を短繊維に融着させて構造体とした後に、α−オレフィンが１〜２０モル％共重合された変性ポリビニルアルコールの水溶液を前記構造体に含浸させ、その後脱水、乾燥することを特徴とする成形構造体の製造方法に関する発明である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の成形構造体は、まず短繊維と熱融着性バインダー短繊維とを所定量混合しつつ、通常のカーディング法等によりウエブ状の繊維集合体を得る。このウエブ状の繊維集合体は、数枚重ねることにより、加熱圧縮後の構造体の厚みや充填密度を調整することができる。熱融着性バインダー短繊維は最終製品の成形構造体の用途に応じて、種々の融点を有するものを用いることができる。
【０００７】
上記の熱融着性バインダー短繊維を含むウエブ状繊維集合体は、加熱圧縮により該バインダー繊維を融着させ、構造体とすることができる。目的とする強度、硬度、剛性、弾性反発力を有する成形用構造体を得るためには、単なる熱風等による熱処理による熱融着性バインダー短繊維の融着だけでなく、加圧しながらの圧縮加熱処理がより望ましい。
【０００８】
圧縮加熱処理の方法としては、例えば図１に示すように加熱板による圧縮法や、加熱ロールによる連続式の加熱圧縮工程を採用し、板状の成形構造体を得ることができる。また本発明においては、単に板状の成形体を得るだけでなく３次元的な立体成形構造体を得ることもできる。例えば図２に示すように、上下からの加熱圧縮に加え横方向からの加熱圧縮を組み合わせることにより、例えばＨ鋼のような立体成形構造体を作製したり、図３に示すように複数の凹面体を用いて加熱圧縮することにより球状の立体成形構造体を作製することができる。また、図４に示すようにコップ状の凸面、凹面をもつ加熱体を用いてコップ形状の立体成形構造体を作製することもできる。もちろん、本発明の成形構造体は、上記したような３次元形状に何ら限定されるものではない。
【０００９】
本発明において用いる短繊維及び熱融着性バインダー短繊維としては、本発明の成形構造体の用途に応じて、あらかじめ特定の機能を有している繊維を用いることができる。
例えば、短繊維としては、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維等が挙げられるが、これらのなかでも、ポリエステル繊維が好ましい。成形構造体が高強度、高耐切創性を必要とする用途に使用される場合は、短繊維としてポリアリレート系などの強度の高い液晶ポリエステル繊維を用いることができる。また、成形構造体全体で生分解性を必要とする用途のためには、短繊維および熱融着性バインダー短繊維ともに、生分解性繊維を用いることができる。更に、消臭機能を有する成形構造体を得るためには、消臭性能を有する短繊維を、抗菌性能を有する成形構造体を得るためには、抗菌性能を有する短繊維を用いることができる。成形構造体が使用後の廃棄を前提にする場合、環境負荷の低い生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスの発生しない繊維を用いることもできる。
【００１０】
本発明に用いることのできる生分解性繊維としては脂肪族ポリエステル繊維を用いることができる。脂肪族ポリエステルとしては、特に限定はなく、ポリエチレンアジペート、ポリ−３−ヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸等を用いることができるが、これらの中でも紡糸性の点から高重合度が得られるポリ乳酸を用いることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に用いる熱融着性バインダー短繊維は単一成分からなる熱融着繊維を使用してもよいし、熱処理により融着しない部分も含む２種類以上の樹脂成分からなるサイドバイサイド型、芯鞘型などの熱融着性複合繊維を使用してもよい。該熱融着性バインダー短繊維を構成する成分として、６ナイロン／ポリエチレン、ポリプロピレン／ポリエチレン、ポリプロピレン／エチレン−酢酸ビニル系共重合体、ポリエステル／ポリプロピレン、ポリエステル／ポリエチレン、６ナイロン／６６ナイロン、高密度ポリエステル／低密度ポリエステル等の組合せが例示できるがこれらに限定されるものではない。
【００１２】
次に、本発明に用いる変性ポリビニルアルコールについて説明する。
本発明に用いる変性ポリビニルアルコールは、α−オレフィンを１〜２０モル％、好ましくは５〜１５モル％共重合してなる変性ポリビニルアルコールである。かかる変性ポリビニルアルコールは、水溶性を有しながら生分解性を併せもつ特性を有しており、該成形構造体を目的の製品形状に成形したときに該成形構造体を補強する役割を果たすものである。
【００１３】
該変性ポリビニルアルコールの共重合単量体として用いるα−オレフィンの種類としては、特に限定はされず水溶性、生分解性、フィルム引張強度、フィルム破断伸度等の物性を考慮して適宜選択することが可能であるが、共重合性、水溶性、入手の容易性等の点から、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテンの炭素数４以下のα−オレフィン類、メチルビニルエーテル、ｎ−プロピルビニルエーテル、ｉ−プロピルビニルエーテル、ｎ−ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類が好ましい。
【００１４】
本発明に用いる変性ポリビニルアルコールのα−オレフィンの変性量は、１〜２０モル％、好ましくは５〜１５モル％である。変性量が１モル％未満では、水溶性は良好であるが、本発明の目的とする耐水性に乏しくなり、湿潤下あるいは、高湿度下での成形構造体の強度保持性に劣る。また、前記２０モル％を超える場合には水溶性に乏しくなり、製造工程にて所定の水溶液濃度を得られない場合があり、好ましくない。また、より良好な水溶性を得るためには、該変性ポリビニルアルコールの鹸化度が９８．０％以上のものが好ましく、９９．０％以上のものが特に好ましい。
【００１５】
また、変性ポリビニルアルコールの重合度は、２００以上とするのが好ましく、より好ましくは２３０〜５００である。変性ポリビニルアルコールの重合度を前記範囲とすることにより、変性ポリビニルアルコールのバインダーとしての接着強度は向上し、優れた強度、硬度、剛性、弾性反発力、耐水性を有する成形構造体が得られる。更に、より優れた強度および耐水性を有する成形構造体を得るためには、本発明に用いる変性ポリビニルアルコールを単独でフィルム形状にしたときに、該変性ポリビニルアルコールフィルムが温度２０℃で相対湿度８５％の比較的高湿度雰囲気下において、フィルム引張強度が４．０kg／mm２以上でかつ破断伸度が２００％以上の物性値を有するものであることが好ましい。なお、上記フィルム引張強度および破断伸度の測定は、下記の方法によりフィルムを作製し、測定することができる。
すなわち、変性ポリビニルアルコールの均一な４％水溶液を調製し、ポリエステルフィルム上に流延して室温で乾燥した後、ポリエステルフィルムから剥離することにより、厚さ４０μｍのフィルムを得る。得られたフィルムを２０℃、８５％ＲＨにてフィルムの水分が一定になるまで調湿した後、幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ（実測距離５０ｍｍ）のサンプルを切り出し、引取速度５００ｍｍ／ｍｉｎにて強伸度測定を行うことで測定することができる。
【００１６】
なお、本発明に用いる変性ポリビニルアルコールは、上記バインダーとしての機能を有するが、更に別途熱処理（例えば１２０℃、１０分間程度の処理）することにより結晶化度および架橋度が向上するに伴って、耐水性も向上し、フィルム引張強度も更に向上して接着強力が増加する点も特徴的である。
【００１７】
次に、本発明の成形構造体について説明する。
本発明の成形構造体は、変性ポリビニルアルコールの付着量が構造体１００重量部に５重量部以上、好ましくは５〜３０重量部とすることが重要である。
付着量が５重量％未満では、得られた成形構造体の強度が不足となる。付着量を前記５重量部以上とすることにより、目的とする強度、硬度、剛性、弾性反発力、耐水性を得ることが可能となる。付着量の上限は特に限定されないが、目的とする成形体の軽量性、通気度の確保のために、成形構造体１００重量部に３０重量部を超える付着量とすることは好ましくない。
尚、ここで付着とは成形構造体を形成する構造体の表面に変性ポリビニルアルコールが付着している状態をいうが、該構造体の内部に染み込んで含浸している状態のものも含む。
【００１８】
該変性ポリビニルアルコールは、あらかじめ水溶液中に所定の濃度に溶解しておき、加熱圧縮する際の成形体のバインダーとして用いることができる。その添加方法としては特に限定はされないが、該水溶液中に成形体を浸漬したのち脱水し、乾燥する手法や、該水溶液を噴霧して成形体表面に付着させ、適当な時間経過後に後脱水・乾燥する手法等を採用することができる。
【００１９】
変性ポリビニルアルコール水溶液の濃度は、構造体に対する変性ポリビニルアルコールの付着量により設定することができる。該水溶液の濃度が低濃度では、溶液粘度が比較的低いため構造体への浸透が容易である反面、脱水後の含水量が低く、低付着量となる傾向にある。一方、高濃度では、溶液粘度が比較的高いために、構造体への浸透速度が低くなるが、脱水後の含水率が高く、高付着量とすることができる。１回の含浸、脱水、乾燥にて目標付着量に達しない場合には、目標付着量を達成するために、複数回の再度、含浸、脱水、乾燥工程を実施してもよい。
【００２０】
さらに本発明の成形用構造体の通気度は、ＪＩＳ Ｌ１０９６のフラジール形法に準拠した測定で、１０ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以上の通気度を有することが好ましい。通気度が１０ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ未満の緻密な構造では、目的とする軽量性が得られないため、好ましくない。通気度は、用いる原料の繊維の種類、繊度、捲縮率等の諸物性、熱圧縮工程における温度、圧力条件および変性ポリビニルアルコールの付着量により調整できる。
【００２１】
本発明は原料として用いる短繊維の種類と熱融着性バインダー短繊維の種類、加熱圧縮加工による構造体の形状により、様々な用途への適用が可能である。以下に各用途における具体的な適用例を説明するが、本発明の成形構造体は、これらの用途に限られるものではない。
【００２２】
（育苗床・育苗ポット）
現在、塩化ビニル等で作製されている育苗床、育苗ポットは、その廃棄に手間とコストがかかっている。廃棄を前提とするこれらの用途には、短繊維として生分解性繊維あるいは燃焼時に有毒ガスの出ない繊維を用い、育苗床の凹凸の型にあわせ、あるいは育苗ポットの型にあわせて加熱成形を行い、本発明の変性ポリビニルアルコールによる補強を行った成形構造体を用いることができる。育苗期間は、注水等による変形がない耐水性が必要であるが、本発明の成形構造体は良好な耐水性により形状保持することができる。植え込み後は、生分解性繊維で作製した場合にはコンポスト処理等で生分解処理でき、また燃焼時に有毒ガスのでない繊維を用いた場合にはそのまま燃焼処理できる。また育苗の植物の根が、該成形体を通るように厚み・隙間を制御することにより、育苗床・育苗ポットそのままで植え込みを行い、苗の成長に合わせて土中で分解することもできる。
【００２３】
（ビル屋上緑化ケース・ビル壁面緑化ケース）
本発明の成形構造体はビル屋上の緑化、あるいはビル壁面の緑化のため、芝生等の植物を育成するケースとして用いることができる。適度な軽量性と強度を有するため、取り扱い性に優れ、また適度な通気度を有するために、排水性がよく根腐れを起こす懸念も少ない。また、耐水性に優れるため、長期間湿潤下にあっても強度劣化が遅く長期間の使用に耐える。なお、廃棄前提であれば、原料の短繊維として生分解性繊維を用いることにより、使用後は埋め立てあるいはコンポスト処理が可能である。
【００２４】
（植生マット）
本発明の成形構造体の原料となる短繊維として生分解性繊維を用いると、山林の工事後の斜面や、河川敷の緑化に用いる植生マットとして利用できる。植生マットは、植え付けた植物が根をはり、定着するまでは形状を保持する必要があるが、変性ポリビニルアルコールの良好な耐水性により長期間の形状存続が可能である。また、短繊維および変性ポリビニルアルコールともに生分解性を有するため最終的にすべて分解し、土中に残らないメリットもある。
【００２５】
（結束クリップ）
本発明の成形構造体の良好な強度、硬度、剛性、弾性反発力、耐水性を生かして、苗木を支柱に固定する結束クリップとして利用できる。バネとして利用できる適度な弾性反発力は、苗木を支柱に固定するのに十分の弾性回復力として利用でき、同時に、良好な耐水性も長期間野外にさらす環境下で有効である。また、原料の短繊維として生分解性繊維を用いることにより、成形構造体が生分解性を有し、使用後は埋め立てあるいはコンポスト処理が可能なものとしての利用も可能である。
【００２６】
（保温・保冷充填材）
本発明の成形構造体は、適度な通気性を有し、内部に多量の空気を含んでいるため、良好な保温性を有している。同時に適度な強度も有し、立体成形により自由な形状とすることができるため、各種の形状の保温・保冷充填材、例えばユニットバス、クーラーボックスの充填材として利用できる。また、廃棄を前提として、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることができる。
【００２７】
（クッション材）
本発明の成形構造体は、その良好な弾性反発性を利用して、クッション材としても有用である。弾性回復力に優れ、また所定の形状に立体成形できるため、へたりの少ないクッション材として利用できる。また、廃棄を前提として、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることができる。
【００２８】
（フィルター材）
本発明の成形構造体は、良好な通気度と、適度な強度を有するので、フィルター用途にも好適に利用できる。通気度は、用いる原料の繊維の種類、繊度、捲縮率等の諸物性、熱圧縮工程におけるの温度、圧力条件および変性ポリビニルアルコールの付着量により調整できる。また形状も必要に応じて立体成形でき、廃棄を前提として、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることができる。
【００２９】
（建築用壁ボード材、天井材、壁紙）
本発明の成形構造体は、その良好な強度、硬度、剛性を利用し、また所定のプリント柄を施した建築用の壁ボード材、天井材、壁紙として利用できる。高湿度時に結露する場合でも、その良好な耐水性により年間を通じて強度保持が可能である。また、その良好な通気性と変性ポリビニルアルコールの水分保持性を利用し、原料の短繊維として高度保水性繊維を用いることにより、高湿度時の水分吸収、低湿度時の水分放出機能を保有した、湿度コントロール壁ボード材、天井材、壁紙として利用できる。また、その高密度な繊維構造により、防音効果をもつ建築材料としても有効である。さらに、原料の短繊維として消臭性繊維を用いることにより、消臭機能をもつ建築材料とすることも可能である。また、別の利点として、従来の平面壁ボード材では必要であったコーナー部分の張り合わせが、所定のコーナー形状にあった本発明の成形構造体を用いることにより、不要となる点が挙げられる。また、特殊な音響室の内部の壁形状にあるような、複雑な曲面の壁についても、所定の形状の壁ボード材としての立体成形が可能である。
【００３０】
（衝撃吸収部材）
本発明の成形構造体の良好な剛性、弾性反発力を利用し衝撃吸収部材としての利用も可能である。各種の車、運搬車のバンパーや、各種の配管、ブランケット等の保護を目的とする衝撃吸収材として、また人体の接触・衝突時の衝撃吸収するための緩衝部材として、あるいは電気製品やわれもの等の梱包時に用いる緩衝部材として有効である。また、立体成形可能な利点を生かし、板バネ形状あるいはコイルバネ形状に成形し所定の衝撃吸収材としても利用できる。また、廃棄を前提として、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることもできる。
【００３１】
（建設作業用部材）
また、本発明の成形構造体の良好な強度、硬度、剛性、弾性反発力、および軽量性を生かし、建築作業用の足場や一時組み付け用の支柱としても利用できる。
現在、木製の板や支柱が利用されているが、重いため取り扱い性に難があり、軽量かつ適度な強度・硬度・剛性・弾性をもつ本発明の成形構造体は、その代替品として有効である。
【００３２】
（遊具）
本発明の成形構造体は、自由に立体成形でき、かつ良好な軽量性・剛性・弾性を利用して積み木等の遊具としても適用できる。遊具は、投げる、蹴る等による衝撃に耐える必要があるが、本発明の成形構造体は、良好な剛性、弾性を有するためこのような要求に対処できる。また良好な軽量性も、遊具としての取り扱い性の点で有効である。また通常の短繊維を原料として用いるなら、インクジェット印刷機等による着色、図柄のプリントが可能である。
【００３３】
（緩衝軽量ケース）
本発明の成形構造体の良好な剛性・弾性反発力・軽量性を利用し、薬品ケースやワインケースなどの緩衝軽量ケースを一体成形品として作製、利用することも可能である。この場合も、廃棄を前提として、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることもできる。
【００３４】
（車の内装材）
本発明の成形構造体は適度な軽量性と適度な強度を有することから車の内装材、クッションにも利用できる。近年の車部材の廃棄問題に対応し、原料の短繊維として生分解性繊維や、燃焼時に有毒ガスのでない繊維原料を用いることもできる。
【００３５】
（耐切創性ボード）
原料の短繊維として耐切創性の高いポリアリレート系の高強度液晶ポリエステル繊維を用いることにより、耐切創性を有する所定の形状の軽量ボードを作製することも可能である。該ボードを組み込んだ外衣は、防護衣として利用できる。
【００３６】
（突き刺し防止ボード）
本発明に用いる変性ポリビニルアルコールは樹脂として耐金属摩擦性が高く、該変性ポリビニルアルコールを付着させた本発明の成形構造体は、アイスピック等による付き刺しに対して、高い抵抗性を示す。本特性を生かした、突き刺し防止ボードを所定の形状で作製することも可能であり、該ボードを組み込んだ外衣は、防護服として利用できる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、本発明における各物性値は以下の方法により求めた。
【００３８】
・フィルム引張強度および破断伸度
変性ポリビニルアルコールの均一な４％水溶液を調製し、ポリエステルフィルム上に流延して室温で乾燥した後、ポリエステルフィルムから剥離することにより、厚さ４０μｍのフィルムを得た。得られたフィルムを２０℃、８５％ＲＨにてフィルムの水分が一定になるまで調湿した後、幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ（実測距離５０ｍｍ）のサンプルを切り出し、引取速度５００ｍｍ／ｍｉｎにて強伸度測定を行った。
【００３９】
・通気度
ＪＩＳ Ｌ１０９６のフラジール形法に準拠し測定した。
【００４０】
実施例１
ポリエステルステープル（１１ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ）および１２０℃にて溶融するポリエステル系熱融着性バインダーステープル（３．３ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ）とを、５５：４５の比率で混合し、通常のカーディング法にてウエブを得た。該ウエブを加熱板ではさみ、１４０℃×１０分の加熱圧縮処理を行い、厚さ５ｍｍの構造体を得た。得られた構造体を、エチレンが８．０モル共重合され、前記した測定法による２０℃，８５％ＲＨでのフィルム引張強度が４．７kg／mm２、破断伸度３０６％の物性を有する変性ポリビニルアルコール（重合度：３３０）の１０％水溶液を、構造体に含浸させ、脱水後に乾燥し、目付１０３０ｇ／ｍ２、通気度１２０ｃｃ／cm２・secのボード状の成形構造体を得た。得られた成形構造体は良好な強度と弾性を有しており、天井材、壁材、パッケージ用部材として好適に使用できるものであった。
【００４１】
実施例２
ポリ乳酸繊維ステープル（８ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ）と、１２０℃で溶融するポリ乳酸樹脂より製造したステープル（４．４ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ）のステープルとを、７０：３０の比率で混合し、通常のカーディング法にてウエブを得た。該ウエブを図４に示すようなポット型の加熱体ではさみ、１４０℃×１０分の加熱圧縮処理を行い、厚さ０．８ｍｍのポット形状の構造体を得た。得られた構造体を、エチレンが８．０モル％共重合され、前記した測定法による２０℃，８５％ＲＨでのフィルム引張強度が４．７kg／mm２、破断伸度３０６％の物性を有する変性ポリビニルアルコール（重合度３３０）の２０％水溶液を構造体に含浸させ、脱水後に乾燥し、目付１６０ｇ／ｍ２、通気度３６０ｃｃ／cm２・secのポット状の成形構造体を得た。得られた成形構造体は良好な強度と弾性を有し、その内部に水分を含む土を充填する際にもつぶれることなく形状保持可能であり、植生ポットとして好適に使用可能なものであった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、従来手法で得られる短繊維と熱融着性バインダー短繊維との繊維集合体からなる構造体に対し、水溶性かつ生分解性を有する変性ポリビニルアルコールをバインダーとして補強することにより、適度な強度、硬度、剛性、弾性反発力と、適度な通気性と軽量性さらに耐水性を併せもつ成形構造体を得ることができる。
本発明に用いる変性ポリビニルアルコールは、水溶性でありながら、バインダー化した後の熱処理手法も合わせて、耐水性良好なバインダーとして本発明の成形構造体の補強に寄与している。また、本発明の成形構造体は、有害となる有機溶媒を使用せず、また該ポリビニルアルコール自体が良好な生分解性を有するため、製造工程にて排出される廃液中の変性ポリビニルアルコールは活性汚泥等の微生物処理が可能であることから、環境対応型の製造工程にて得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ウエブを加熱圧縮板、または加熱圧縮ロールにて加熱圧縮を施し、板状の構造体を製造する工程図。
【図２】 ウエブを加熱圧縮板と凸状加熱体、または加熱圧縮ロールと回転式凸状加熱体にて加熱圧縮を施し、Ｈ鋼状の構造体を製造する工程図。
【図３】 ウエブを複数個の凹面を有する加熱体により加熱圧縮を施し、球状の構造体を製造する工程図。
【図４】 ウエブをコップ状加熱体により加熱圧縮を施し、コップ状の構造体を製造する工程図。
【符号の説明】
Ａ：成形前のウエブ状繊維集合体
Ｂ：加熱板または加熱ロール
Ｃ：加熱圧縮後の板状構造体
Ｄ：凸状加熱体または回転式凸状加熱体
Ｅ：加熱圧縮後のＨ鋼状立体構造体
Ｆ：凹面を有する加熱体
Ｇ：加熱圧縮後の球状の構造体
Ｈ：コップ形状の凸面を有する加熱体
Ｉ：コップ形状の凹面を有する加熱体
Ｊ：加熱圧縮後のコップ形状の構造体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molded structure and a method for producing the same, and more specifically, has an appropriate strength, hardness, rigidity, elastic repulsion, water resistance, and has an appropriate breathability and lightness. The present invention relates to a reinforced molded structure and a method for manufacturing the same.
The molded structure of the present invention includes a nursery bed, a seedling pot, a binding clip, a vegetation mat, a heat insulating filler, a cushion material, a filter material, a building wall board material / ceiling material / wallpaper, a shock absorbing member, a construction work member, a playground equipment, It is suitable for applications such as buffer lightweight cases, car interior materials, anti-cutting boards, and stab prevention boards.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various binders are used for reinforcing fiber structures such as nonwoven fabric and molded cotton. When using a synthetic resin binder, if the raw material is dissolved or emulsified in an organic solvent, the organic solvent that volatilizes and diffuses into the atmosphere during the production process or the organic solvent that dissolves in the waste water Has also become a burden on the environment. In order to avoid such a problem, a fiber sheet in which only water-soluble polyvinyl alcohol is used as a binder and impregnated and dried to form a binder has been proposed (see Patent Document 1).
However, such a fiber sheet has low water resistance and has a problem in strength retention in a wet or high-humidity atmosphere, so that its use is largely limited, such as being mainly used as a water-decomposable sheet.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-99090 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a molded structure having excellent strength, hardness, rigidity, elastic repulsion, water resistance, and appropriate air permeability. Another object of the present invention is to provide a method for producing an environmentally friendly molded structure without using an organic solvent in the production of the molded structure.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention includes (1) 5 parts by weight or more of a modified polyvinyl alcohol obtained by copolymerizing 1 to 20 mol% of α-olefin with 100 parts by weight of a structure composed of short fibers and heat-fusible binder short fibers. And (2) a structure obtained by heat-compressing a web obtained by blending a short fiber and a heat-fusible binder short fiber to fuse the heat-fusible binder fiber to the short fiber. In an invention relating to a method for producing a molded structure, the structure is impregnated with an aqueous solution of a modified polyvinyl alcohol copolymerized with 1 to 20 mol% of α-olefin, and then dehydrated and dried. is there.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The molded structure of the present invention first obtains a web-like fiber aggregate by a normal carding method or the like while mixing a predetermined amount of short fibers and heat-fusible binder short fibers. By stacking several web-like fiber assemblies, the thickness and packing density of the structure after heating and compression can be adjusted. As the heat-fusible binder short fibers, those having various melting points can be used depending on the use of the molded structure of the final product.
[0007]
The web-like fiber aggregate containing the above heat-fusible binder short fibers can be made into a structure by fusing the binder fibers by heat compression. In order to obtain a molding structure having the desired strength, hardness, rigidity, and elastic repulsion, not only fusion of the heat- fusible binder short fibers by heat treatment with hot air, but also compression heating while applying pressure. Processing is more desirable.
[0008]
As a compression heat treatment method, for example, as shown in FIG. 1, a compression method using a heating plate or a continuous heating compression process using a heating roll can be adopted to obtain a plate-like molded structure. In the present invention, not only a plate-like molded body but also a three-dimensional three-dimensional molded structure can be obtained. For example, as shown in FIG. 2, a three-dimensionally formed structure such as H steel can be produced by combining heat compression from the top and bottom in addition to heat compression from the top and bottom, or a plurality of concave surfaces as shown in FIG. A spherical three-dimensional molded structure can be produced by heating and compressing the body. Moreover, as shown in FIG. 4, a cup-shaped three-dimensionally molded structure can be produced using a heating body having a cup-shaped convex surface and a concave surface. Of course, the molded structure of the present invention is not limited to the three-dimensional shape as described above.
[0009]
As the short fiber and the heat-fusible binder short fiber used in the present invention, a fiber having a specific function in advance can be used according to the use of the molded structure of the present invention.
For example, examples of the short fiber include polyester fiber, polyolefin fiber, and polyamide fiber. Among these, polyester fiber is preferable. When the molded structure is used for an application requiring high strength and high cut resistance, a liquid crystal polyester fiber having high strength such as polyarylate can be used as the short fiber. For applications that require biodegradability throughout the molded structure, biodegradable fibers can be used for both the short fibers and the heat- fusible binder short fibers. Furthermore, in order to obtain a molded structure having a deodorizing function, short fibers having a deodorizing performance can be used, and in order to obtain a molded structure having an antibacterial performance, short fibers having an antibacterial performance can be used. When the molded structure is premised on disposal after use, biodegradable fibers having a low environmental load and fibers that do not generate toxic gas during combustion can be used.
[0010]
As the biodegradable fiber that can be used in the present invention, an aliphatic polyester fiber can be used. The aliphatic polyester is not particularly limited, and polyethylene adipate, poly-3-hydroxybutyrate, polybutylene succinate, polylactic acid, etc. can be used. Among these, a high degree of polymerization is obtained from the viewpoint of spinnability. It is preferable to use polylactic acid.
[0011]
In addition, the heat-fusible binder short fiber used in the present invention may be a heat-bonding fiber composed of a single component, or a side-by-side type composed of two or more resin components including a portion that is not fused by heat treatment, the heat-fusible composite fibers such as core-sheath type may be used. As a component constituting the heat-fusible binder short fiber, 6 nylon / polyethylene, polypropylene / polyethylene, polypropylene / ethylene-vinyl acetate copolymer, polyester / polypropylene, polyester / polyethylene, 6 nylon / 66 nylon, high density Examples thereof include, but are not limited to, a combination of polyester / low density polyester.
[0012]
Next, the modified polyvinyl alcohol used in the present invention will be described.
The modified polyvinyl alcohol used in the present invention is a modified polyvinyl alcohol obtained by copolymerizing an α-olefin with 1 to 20 mol%, preferably 5 to 15 mol%. Such modified polyvinyl alcohol has water-soluble and biodegradable characteristics, and plays a role of reinforcing the molded structure when the molded structure is molded into a desired product shape. It is.
[0013]
The type of α-olefin used as the copolymerized monomer of the modified polyvinyl alcohol is not particularly limited, and is appropriately selected in consideration of physical properties such as water solubility, biodegradability, film tensile strength, and film breaking elongation. However, from the viewpoints of copolymerizability, water solubility, availability, etc., ethylene, propylene, 1-butene, isobutene having 4 or less α-olefins, methyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether , Vinyl ethers such as i-propyl vinyl ether and n-butyl vinyl ether are preferred.
[0014]
The modified amount of the α-olefin of the modified polyvinyl alcohol used in the present invention is 1 to 20 mol%, preferably 5 to 15 mol%. When the modification amount is less than 1 mol%, the water solubility is good, but the water resistance aimed at by the present invention is poor, and the strength retention of the molded structure under wet or high humidity is poor. On the other hand, if it exceeds 20 mol%, the water solubility is poor, and a predetermined aqueous solution concentration may not be obtained in the production process, which is not preferable. In order to obtain better water solubility, the modified polyvinyl alcohol preferably has a saponification degree of 98.0% or more, particularly preferably 99.0% or more.
[0015]
Moreover, it is preferable that the polymerization degree of modified polyvinyl alcohol shall be 200 or more, More preferably, it is 230-500. By setting the polymerization degree of the modified polyvinyl alcohol within the above range, the adhesive strength as a binder of the modified polyvinyl alcohol is improved, and a molded structure having excellent strength, hardness, rigidity, elastic repulsion, and water resistance can be obtained. Furthermore, in order to obtain a molded structure having superior strength and water resistance, when the modified polyvinyl alcohol used in the present invention is made into a film shape alone, the modified polyvinyl alcohol film has a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 85. %, The film tensile strength is preferably 4.0 kg / mm 2 or more and the elongation at break is 200% or more. The film tensile strength and elongation at break can be measured by preparing a film by the following method.
That is, a uniform 4% aqueous solution of modified polyvinyl alcohol is prepared, cast on a polyester film, dried at room temperature, and then peeled from the polyester film to obtain a film having a thickness of 40 μm. The obtained film was conditioned at 20 ° C. and 85% RH until the moisture of the film became constant, and then a sample having a width of 10 mm × length of 150 mm (measured distance of 50 mm) was cut out and strong at a take-up speed of 500 mm / min. It can be measured by measuring the elongation.
[0016]
The modified polyvinyl alcohol used in the present invention has a function as the binder. However, as the degree of crystallinity and the degree of crosslinking are improved by further heat treatment (for example, treatment at 120 ° C. for about 10 minutes), It is also characterized by improved water resistance, further improved film tensile strength and increased adhesive strength.
[0017]
Next, the molded structure of the present invention will be described.
In the molded structure of the present invention, it is important that the amount of the modified polyvinyl alcohol is 5 parts by weight or more, preferably 5 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the structure.
When the adhesion amount is less than 5% by weight, the strength of the obtained molded structure is insufficient. By setting the adhesion amount to 5 parts by weight or more, it is possible to obtain the intended strength, hardness, rigidity, elastic repulsion, and water resistance. The upper limit of the adhesion amount is not particularly limited, but it is not preferable that the adhesion amount exceeds 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the molded structure in order to ensure the light weight and air permeability of the target molded body.
Here, the term “adhesion” refers to a state where the modified polyvinyl alcohol is adhered to the surface of the structure forming the molded structure, but also includes a state where the structure is soaked and impregnated.
[0018]
The modified polyvinyl alcohol can be previously dissolved in an aqueous solution at a predetermined concentration and used as a binder of a molded product when heated and compressed. The addition method is not particularly limited, but a method in which the molded body is immersed in the aqueous solution and then dehydrated and dried, or the aqueous solution is sprayed to adhere to the surface of the molded body. A drying method or the like can be employed.
[0019]
The density | concentration of modified polyvinyl alcohol aqueous solution can be set with the adhesion amount of modified polyvinyl alcohol with respect to a structure. When the concentration of the aqueous solution is low, the viscosity of the solution is relatively low, so that penetration into the structure is easy. However, the water content after dehydration is low, and the amount of adhesion tends to be low. On the other hand, at a high concentration, since the solution viscosity is relatively high, the penetration rate into the structure is low, but the water content after dehydration is high, and a high adhesion amount can be obtained. When the target adhesion amount is not reached by one impregnation, dehydration, and drying, the impregnation, dehydration, and drying steps may be repeated a plurality of times in order to achieve the target adhesion amount.
[0020]
Further, the air permeability of the molding structure of the present invention preferably has an air permeability of 10 cc / cm 2 · sec or more as measured according to the JIS L1096 fragile method. A dense structure having an air permeability of less than 10 cc / cm 2 · sec is not preferable because the desired lightness cannot be obtained. The air permeability can be adjusted by various physical properties such as the type of raw material fiber used, fineness, crimp ratio, temperature, pressure conditions in the heat compression step, and the amount of modified polyvinyl alcohol attached.
[0021]
The present invention can be applied to various uses depending on the types of short fibers used as raw materials, the types of heat-fusible binder short fibers, and the shape of the structure formed by heat compression. Specific application examples for each application will be described below, but the molded structure of the present invention is not limited to these applications.
[0022]
(Nurse nursery and nursery pot)
Currently, nursery beds and seedling pots made of vinyl chloride or the like are time-consuming and costly to dispose of. For these uses that are premised on disposal, biodegradable fibers or fibers that do not emit toxic gases when burned are used as short fibers, and they are molded according to the uneven mold of the nursery bed or according to the mold of the nursery pot. And a molded structure reinforced with the modified polyvinyl alcohol of the present invention can be used. The seedling raising period requires water resistance without deformation due to water injection or the like, but the molded structure of the present invention can retain its shape due to good water resistance. After implantation, when the biodegradable fiber is used, it can be biodegraded by composting or the like, and when a non-toxic fiber is used at the time of combustion, it can be burned as it is. In addition, by controlling the thickness and gap so that the seedling plant roots pass through the molded body, it can be planted as it is in the nursery bed and seedling pot and decomposed in the soil as the seedling grows.
[0023]
(Building rooftop greening case / Building wall greening case)
The molded structure of the present invention can be used as a case for growing plants such as lawns for greening a building roof or greening a building wall. Since it has moderate lightness and strength, it has excellent handleability, and since it has an appropriate air permeability, there is little fear of causing root rot with good drainage. In addition, since it is excellent in water resistance, its strength deterioration is slow even when it is wet for a long time, and it can withstand long-term use. In addition, if it is a premise of disposal, it can be landfilled or composted after use by using biodegradable fiber as a raw short fiber.
[0024]
(Vegetation mat)
When a biodegradable fiber is used as a short fiber which is a raw material of the molded structure of the present invention, it can be used as a vegetation mat used for slopes after construction of a forest or for greening a riverbed. The vegetation mat needs to retain its shape until the planted plant has rooted and settled, but it can maintain its shape for a long period of time due to the good water resistance of the modified polyvinyl alcohol. Further, since both short fibers and modified polyvinyl alcohol are biodegradable, there is also an advantage that they are all finally decomposed and do not remain in the soil.
[0025]
(Bundling clip)
Utilizing the good strength, hardness, rigidity, elastic repulsion force, and water resistance of the molded structure of the present invention, it can be used as a binding clip for fixing a seedling to a support. A moderate elastic repulsion force that can be used as a spring can be used as an elastic recovery force sufficient to fix the seedling to the support, and at the same time, it is effective in an environment where good water resistance is exposed to the field for a long time. Further, by using biodegradable fibers as raw short fibers, the molded structure has biodegradability, and can be used as a material that can be landfilled or composted after use.
[0026]
(Heat insulation / cold filler)
The molded structure of the present invention has an appropriate air permeability and contains a large amount of air inside, and thus has a good heat retaining property. At the same time, it has an appropriate strength and can be made into a free shape by three-dimensional molding, so that it can be used as a heat insulating / cooling filler of various shapes, for example, a unit bath or a cooler box. In addition, on the premise of disposal, biodegradable fibers as raw material short fibers or fiber raw materials that are free of toxic gas during combustion can be used.
[0027]
(Cushion material)
The molded structure of the present invention is also useful as a cushion material by utilizing its good elastic resilience. Since it is excellent in elastic recovery force and can be three-dimensionally molded into a predetermined shape, it can be used as a cushioning material with little sag. In addition, on the premise of disposal, biodegradable fibers as raw material short fibers or fiber raw materials that are free of toxic gas during combustion can be used.
[0028]
(Filter material)
Since the molded structure of the present invention has good air permeability and moderate strength, it can be suitably used for filter applications. The air permeability can be adjusted by various physical properties such as the type of raw material fiber used, fineness, crimp ratio, temperature in the heat compression step, pressure conditions, and the amount of modified polyvinyl alcohol attached. Also, the shape can be three-dimensionally shaped as required, and on the premise of disposal, biodegradable fibers can be used as raw material short fibers, or fiber raw materials that are free of toxic gases during combustion.
[0029]
(Building wall board materials, ceiling materials, wallpaper)
The molded structure of the present invention utilizes its good strength, hardness, and rigidity, and can be used as a building wall board material, ceiling material, and wallpaper having a predetermined printed pattern. Even when condensation occurs at high humidity, it is possible to maintain strength throughout the year due to its good water resistance. In addition, by utilizing its good breathability and moisture retention of the modified polyvinyl alcohol, and using highly water-retaining fibers as the short fiber of the raw material, possessed moisture absorption function at high humidity and moisture release function at low humidity Can be used as humidity control wall board material, ceiling material, wallpaper. In addition, its high-density fiber structure is effective as a building material having a soundproofing effect. Furthermore, it is also possible to obtain a building material having a deodorizing function by using a deodorizing fiber as a raw material short fiber. Another advantage is that the bonding of the corner portions, which was necessary in the conventional flat wall board material, becomes unnecessary by using the molded structure of the present invention having a predetermined corner shape. Also, a complex curved wall such as a wall shape inside a special acoustic chamber can be three-dimensionally formed as a wall board material having a predetermined shape.
[0030]
(Shock absorbing member)
The molded structure of the present invention can be used as an impact absorbing member by utilizing the good rigidity and elastic repulsion. As a shock absorber for protecting bumpers of various vehicles and transport vehicles, various pipes, blankets, etc., as a shock absorbing member for absorbing shocks when contacting or colliding with human bodies, or electrical products and waste It is effective as a buffer member used at the time of packing. Further, taking advantage of the ability to form three-dimensionally, it can be formed into a leaf spring shape or a coil spring shape and used as a predetermined shock absorbing material. Also, on the premise of disposal, biodegradable fibers as raw material short fibers or fiber raw materials that are free of toxic gas during combustion can be used.
[0031]
(Construction work materials)
Further, the molded structure of the present invention can be used as a scaffold for construction work or a column for temporary assembly by taking advantage of the good strength, hardness, rigidity, elastic repulsion force, and lightness.
Currently, wooden boards and columns are used, but they are heavy and difficult to handle, and the molded structure of the present invention, which is lightweight and has appropriate strength, hardness, rigidity, and elasticity, is effective as an alternative. is there.
[0032]
(Play equipment)
The molded structure of the present invention can be freely three-dimensionally molded, and can also be applied to play equipment such as building blocks using good lightness, rigidity and elasticity. The play equipment needs to withstand an impact caused by throwing, kicking, and the like, but the molded structure of the present invention has such a good rigidity and elasticity that it can cope with such a demand. Good lightness is also effective in terms of handling as a play equipment. Further, if ordinary short fibers are used as a raw material, coloring and pattern printing by an ink jet printer or the like are possible.
[0033]
(Buffered lightweight case)
By utilizing the good rigidity, elastic repulsion force, and lightness of the molded structure of the present invention, it is possible to produce and use a buffer lightweight case such as a chemical case or wine case as an integrally molded product. Also in this case, on the premise of disposal, biodegradable fibers as raw material short fibers or fiber raw materials that are free of toxic gas at the time of combustion can be used.
[0034]
(Car interior materials)
Since the molded structure of the present invention has an appropriate light weight and an appropriate strength, it can be used for an interior material and a cushion of a car. In response to the recent problem of discarding vehicle components, biodegradable fibers as raw material short fibers or fiber raw materials that are free of toxic gas during combustion can be used.
[0035]
(Cut-resistant board)
By using a polyarylate-based high-strength liquid crystal polyester fiber having high cut resistance as the raw short fiber, it is possible to produce a lightweight board having a predetermined shape having cut resistance. An outer garment incorporating the board can be used as a protective garment.
[0036]
(Puncture prevention board)
The modified polyvinyl alcohol used in the present invention has a high metal friction resistance as a resin, and the molded structure of the present invention to which the modified polyvinyl alcohol is adhered exhibits high resistance to sticking by an ice pick or the like. It is also possible to produce a stab prevention board that takes advantage of this characteristic in a predetermined shape, and an outer garment incorporating the board can be used as a protective garment.
[0037]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples at all. In addition, each physical property value in this invention was calculated | required with the following method.
[0038]
-Film tensile strength and breaking elongation modified A uniform 4% aqueous solution of polyvinyl alcohol is prepared, cast on a polyester film, dried at room temperature, and then peeled off from the polyester film to obtain a 40 μm thick film. It was. The obtained film was conditioned at 20 ° C. and 85% RH until the moisture of the film became constant, and then a sample having a width of 10 mm × length of 150 mm (measured distance of 50 mm) was cut out and strong at a take-up speed of 500 mm / min. Elongation measurement was performed.
[0039]
-Air permeability Measured according to the fragile form method of JIS L1096.
[0040]
Example 1
Polyester staples (11 dtex, cut length 51 mm) and polyester-based heat-fusible binder staples (3.3 dtex, cut length 51 mm) that melt at 120 ° C. are mixed at a ratio of 55:45, and the normal carding method I got a web. The web was sandwiched between heating plates and subjected to heat compression treatment at 140 ° C. for 10 minutes to obtain a structure having a thickness of 5 mm. The obtained structure is copolymerized with 8.0 mol of ethylene, and has the physical properties of film tensile strength at 20 ° C. and 85% RH of 4.7 kg / mm 2 and elongation at break of 306% according to the measurement method described above. A 10% aqueous solution of modified polyvinyl alcohol (polymerization degree: 330) was impregnated into the structure, dried after dehydration, and a board-like molded structure having a basis weight of 1030 g / m 2 and an air permeability of 120 cc / cm 2 · sec was obtained. . The obtained molded structure had good strength and elasticity, and could be suitably used as a ceiling material, a wall material, and a package member.
[0041]
Example 2
Polylactic acid fiber staples (8 dtex, cut length 51 mm) and staples (4.4 dtex, cut length 51 mm) produced from a polylactic acid resin that melts at 120 ° C. are mixed at a ratio of 70:30. A web was obtained by the carding method. The web was sandwiched between pot-shaped heating elements as shown in FIG. 4 and subjected to heat compression treatment at 140 ° C. for 10 minutes to obtain a pot-shaped structure having a thickness of 0.8 mm. The obtained structure was copolymerized with 8.0 mol% of ethylene, and had physical properties of a film tensile strength of 4.7 kg / mm 2 at 20 ° C. and 85% RH according to the measurement method described above, and a breaking elongation of 306%. The structure was impregnated with a 20% aqueous solution of modified polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 330, dried after dehydration, and a pot-shaped molded structure having a basis weight of 160 g / m 2 and an air permeability of 360 cc / cm 2 · sec was obtained. The obtained molded structure has good strength and elasticity, and can retain its shape without being crushed when filled with water-containing soil, and can be suitably used as a vegetation pot. .
[0042]
【The invention's effect】
The present invention reinforces a modified polyvinyl alcohol having a water-soluble and biodegradable binder as a binder with respect to a structure composed of a fiber assembly of short fibers and heat-fusible binder short fibers obtained by a conventional method. A molded structure having an appropriate strength, hardness, rigidity, elastic repulsion, appropriate air permeability, light weight and water resistance can be obtained.
The modified polyvinyl alcohol used in the present invention contributes to the reinforcement of the molded structure of the present invention as a binder having good water resistance in combination with a heat treatment method after being converted into a binder while being water-soluble. Further, the molded structure of the present invention does not use a harmful organic solvent, and the polyvinyl alcohol itself has good biodegradability, so that the modified polyvinyl alcohol in the waste liquid discharged in the production process is active. Since it can be treated with microorganisms such as sludge, it can be obtained in an environmentally friendly manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram for producing a plate-like structure by subjecting a web to heat compression using a heat compression plate or a heat compression roll.
FIG. 2 is a process diagram for producing an H-steel structure by subjecting a web to heat compression with a heat compression plate and a convex heating body, or a heating compression roll and a rotary convex heating body.
FIG. 3 is a process chart for producing a spherical structure by heating and compressing a web with a heating body having a plurality of concave surfaces.
FIG. 4 is a process diagram for producing a cup-shaped structure by heating and compressing a web with a cup-shaped heating body.
[Explanation of symbols]
A: Web-like fiber aggregate before molding B: Heating plate or heating roll C: Plate-like structure after heating and compression D: Convex heating body or rotary convex heating body E: H-steel solid after heat-compression Structure F: Heated body G having a concave surface G: Spherical structure after heat compression H: Heated body having a cup-shaped convex surface I: Heating body having a cup-shaped concave surface J: Cup-shaped structure after heat-compression
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