JP4874348B2

JP4874348B2 - ポリプロピレン着色成形品及びポリプロピレン着色成形品の製造方法

Info

Publication number: JP4874348B2
Application number: JP2009024389A
Authority: JP
Inventors: 芳夫西本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP2010180313A

Description

この発明は、ポリプロピレン着色成形品及びポリプロピレン着色成形品の製造方法に関する。詳しくは、使用済み製品から回収して不純物の含有が認められる再生したポリプロピレンの成形品にアクリル樹脂などの塗料を表面被覆し、不純物を隠蔽する手段に関する。ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）とは、プロピレンを重合させたポリマーであり、プラスチックの分類を表す略号はＰＰである。

ポリプロピレンの成形品表面に塗装を行うことは、塗膜の密着に困難性を伴うため、顔料を用いた着色によって意匠性を確保している。しかし、再生ポリプロピレンには異物が残存して成形品表面に滞留するので、十分な意匠性の発揮が困難であることから、塗装を行うことによって表面に塗膜を積層して隠蔽することが有効となる。

従来、成形品表面に効率よく塗膜を積層する手段として、原料樹脂に液状塗料樹脂を混合させる手段が提案されている。提案されている手段は、原料樹脂に液状塗料樹脂を成形機内のスクリューやノズルまたは金型内のゲートの何れかで混合して射出成形するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、高粘度材と低粘度材を単純混合した材料を射出成形することにより、前記低粘度材が射出成形時に外壁面に移行することを利用した多層成形品の製造方法が開示され、塗膜形成の容易化が示唆されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、ポリプロピレンは塗料として表面光沢や剛性に優れた樹脂との密着力に劣ることから、容易に剥がれやすいという課題を克服する必要があった。

このため、パルプの繊維長が１ｍｍ以下の紙粉をプラスチックと混合したものを射出成形した成形品表面に意匠性を付与するために、絵付きフィルムを金型内面に載置した後、成形時の熱と圧力の付与によって貼り付ける手段が提案されている。本技術によれば、プラスチック成型物の表面がポーラスになって粗面化されるうえに、紙粉の一部が表面に露出するので、塗料などとの接着性が向上されるという特徴を有する、とされている（例えば、特許文献３参照）。

特開平０８−３９６１１号公報特開２００１−１４５９３６号公報特開平１０−１９５３０５号公報

しかしながら、上記特許文献３の手段によれば、表面に部分的に露出したパルプ繊維のみとの接着によって絵付きフィルムが保持されて成るので、成形品にかかる繰り返しの歪みによって剥離し易く、応力負荷のかかる部位への使用に適さないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、成形品表面に低粘度樹脂がアンカー効果を有して強固に密着した塗膜を形成するポリプロピレン着色成形品を提供することを目的とする。

この発明に係るポリプロピレン着色成形品は、ポリプロピレン、パルプ繊維、及び着色した低粘度樹脂を添加した混合物の射出成形品であって、表面に着色した低粘度樹脂の塗膜を形成して成るものである。

この発明に係るポリプロピレン着色成形品は、ポリプロピレンとパルプ繊維との混合物によって得られた高粘度樹脂成分に着色した低粘度樹脂を混合して得た成形材料を射出成形することによって、表面に樹脂塗膜を形成することができるので、塗装した成形品の製造を容易に行うことができる。さらに、ポリプロピレンと混合した塗膜を形成する低粘度樹脂が成形品表面にアンカー効果を備えて強固に密着した塗膜を形成するので、再生ポリプロピレンなどが含む不純物を隠蔽することができる。

実施の形態１を示す図で、成形材料を構成するパルプ繊維の含有率（パルプ含有率）、使用繊維の長さ（繊維長）、使用繊維の太さ（繊維径）、及び表面改質に供するシランカップリング剤添加の有無の影響について、前記条件を変更した成形材料を用いた試料について塗膜密着性と表面平滑性の評価結果を示す図。

実施の形態１．
先ず、本実施の形態の概要を説明する。各種製品から回収した再生ポリプロピレンは、残存した異物が成形品表面に露出するため、顔料による一般的な着色樹脂を使用した場合には、それら異物を十分に隠蔽できないため、意匠性を損なうことになる。しかし、隠蔽性に優れた塗装処理を施した場合には、ポリプロピレン成形品が殆どの塗料と密着性に劣ることから、剥離し易いという課題を有することになる。

本実施の形態は、塗装膜を形成するアクリル樹脂を、これと親和性に優れたパルプ繊維を成形品内に混合・充填したポリプロピレンを射出成形するものである。また、ポリプロピレンに低粘度のアクリル樹脂を混合したことにより、成形流動時に低粘度の塗料が表面に移行して金型との摩擦を低減する機構を利用し、成形品表面にパルプ繊維に固着して成形品表面に密着性の優れた塗膜を形成するものである。

パルプ繊維を混入したポリプロピレン複合体に任意に着色した低粘度のアクリル樹脂（低粘度樹脂）を混合した成形材の射出成形であって、流動時に低粘度の塗料が高圧下で流動する高粘度のポリプロピレン複合体から押し出されて金型の表面層部分に薄膜を形成しながら流動することによって、成形品表面に塗膜を形成することにより、成形品表面に塗膜を備えた成形品を得ることができる。

複合化に供したパルプ繊維の介在によってポリプロピレン成形品であっても、成形品の表面に塗膜を形成してもポリプロピレン繊維と強く接着することによって高い塗膜密着性が得られるうえ、成形品に混合したパルプ繊維のほか、混入した不純物の痕跡を隠蔽することができる。

また、パルプ繊維は直径が１０μｍ程度で柔軟である上、０．１〜数ｍｍの短繊維であることから、ポリプロピレン樹脂への分散が良好である。

また、パルプ繊維は、古紙を水中などで剪断応力を負荷するなどして解繊して得られた５ｍｍ以下の短繊維ものでも良く、ポリプロピレン複合体はリサイクル原料のみで構成され、製造を簡素化した素材で構成できる。

使用済み家電製品の回収部品から再生した再生ポリプロピレンとパルプ繊維の混合物を押出機に通してペレット化したものでＭＩ（メルトインデックス）が０．８のものに、低粘度（ＭＩ＝８．８）の着色したアクリル樹脂を混合して射出成形を行った。

ＭＩ（メルトインデックス）は、溶液状態にあるポリマーの流動性を示す最も普及している尺度の一つで、溶液指数ともいう。押出式プラストメーターで、一定圧力、一定温度の下に、規定の寸法をもつノズル（オリフィス）から流出する量を測定し、ｇ／１０ｍｉｎの単位で表わした粘度の代替指数である。

ここで用いるパルプ繊維は、廃棄されて油分などの非水溶性物質で汚濁されていない清浄な紙を１ｍｍ幅で裁断し、これを水中で解繊してパルプ繊維を回収したものである。成形材料（ペレット）は、パルプ繊維をシランカップリング剤（ＳＣ）の５％水溶液中（８％以下であればよい）に浸漬してシランカップリング剤による表面処理を施し、これに粉末状ポリプロピレンを加えて均一撹拌したスラリー液を濾過して回収した混合物を、筒状の金型内を加圧しながら通過させることによって脱水しながら棒状に押し出しながら適度な大きさに裁断するブリケットマシンを用いて造粒したものである。ただし、得られた造粒物には、過度に水分が含まれているので、射出成形には、これを十分に乾燥した状態で使用した。

ここで用いるシランカップリング剤としては、ビニル基などに反応性を呈する重合後に架橋構造を与えるビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系のほか、３−メタクリロポロピルトリメトキシシランなどのアクリル系のシランカップリング剤が好ましい。これらシランカップリング剤は中性の水に対する溶解性に劣ることから、酢酸やギ酸を添加してＰＨ＝４〜５に調整した水溶液とした。

また、射出成形条件は、樹脂温度がパルプ繊維を複合化したポリプロピレンの融点よりも僅かに高い１９５℃程度の低温で行い、アクリル系樹脂が低粘度で流動して金型表面に浮き出るようにスクリューの回転数と射出速度を上げ、射出圧を高くするなど、好適な外観意匠性を確保するように調整することが好ましい。

射出成形機のシリンダー内での混練は不完全な混合状態であることが好ましく、金型内に射出して金型内を流動する過程において両材料が容易に分離し、金型の壁面に低粘度のアクリル樹脂が移行して層状を成すように流動するので、成形品の表面に塗膜を形成することができた。

ただし、ポリプロピレンはアクリル樹脂との接着性に劣るので、成形品の表面に塗膜として配設したアクリル樹脂は容易に剥離することになる。しかし、本実施の形態の射出成形によって得られた成形品は、パルプ繊維をポリプロピレンに分散したので、前記パルプ繊維との親和性を確保しながらポリプロピレン成形品内部に連続層としてアクリル樹脂が残留するので、当該成形品表面に塗膜を形成することができた。

成形材料を構成するパルプ繊維の含有率（パルプ含有率）、使用繊維の長さ（繊維長）、使用繊維の太さ（繊維径）、及び表面改質に供するシランカップリング剤添加の有無の影響について、前記条件を変更した成形材料を用いた試料について、塗膜密着性と表面平滑性の評価を行い、その結果を図１に表記した。

図１は実施の形態１を示す図で、成形材料を構成するパルプ繊維の含有率（パルプ含有率）、使用繊維の長さ（繊維長）、使用繊維の太さ（繊維径）、及び表面改質に供するシランカップリング剤添加の有無の影響について、前記条件を変更した成形材料を用いた試料について塗膜密着性と表面平滑性の評価結果を示す図である。

本実施の形態による好適なパルプ含有率、繊維径、繊維長、シランカップリング剤添加に基づいて作製した試料の評価結果と、好適でない条件を備えた試料である。

比較例として、図１に示すような構成の比較例１〜比較例５の試料を作製した。

実施例として、図１に示すような構成の実施例１〜実施例３の試料を作製した。

また、塗膜密着性については、塗膜部分に１ｍｍ間隔で碁盤目状に設けた切込みの上に密着させたテープを、９０度上方に引きはがしたときに、表面から剥離せずに残存する升目の数で評価するテープ剥離試験によって評価した。また、表面平滑性は、目視と指触によって、明らかなざらつきを有すると判断したものを「劣る」と評価した。

図１の結果から、シランカップリング剤（ＳＣ）がパルプ繊維とアクリル樹脂およびポリプロピレンに高い親和性を付与して濡れ性を向上した結果、強固に接合するので、成形品上の塗膜は均質で強固な密着力を呈することになる。

また、ポリプロピレンの剛性や強度の向上、成型収縮の抑制を目的とするパルプ繊維の混合は、その含有量が増すとともに流動性の低下が顕著になり、成形品表面の平滑性も損なわれてくる。特に、３０μｍ以上の繊維径を有して剛直なもの（比較例３）や、繊維長が１０ｍｍを越えて（比較例４）繊維が絡んで玉状を成し易く、成形品表面に凸状の痕跡として現れるので、好ましくない。この為、細い繊維径（３０μｍ未満）で、１０ｍｍ未満の繊維長のものを用いることが好ましい。

また、パルプ繊維の含有量が１５ｗｔ％以下では、ポリプロピレンに分散量してアクリル樹脂と十分に接することができず、塗膜の密着に必要な表面積が不足するので、成形品における塗膜の十分な密着性確保が困難となる（比較例１）。

反面、パルプ繊維の含有量が６０ｗｔ％を超えると、成形時の粘度が過度に高くなって成形性を損なううえ、成形品表面にパルプ繊維が露出して平滑性を損なうことから、アクリル樹脂の高い光沢性と耐摩耗性を維持することが困難となるので好ましくない。パルプ繊維の含有量が６５ｗｔ％の比較例２の表面平滑性は劣る。

パルプ含有量が２０〜６０ｗｔ％、繊維長３〜８ｍｍ、繊維径２０〜２５ｍｍ、シランカップリング剤を添加した実施例１〜実施例３は、塗膜密着性及び表面平滑性がともに良好であった。

また、アクリル樹脂の射出成形時の温度における粘度は、ポリプロピレンとパルプ繊維との混合物の同温度における粘度の１／１０を超える（ＭＩの１０倍以下になる）と、成形品表面への移行が困難になり、成形品の異物などを隠蔽するのに十分な塗膜の形成が困難になるので、好ましくない。

アクリル樹脂の射出成形時の温度における粘度は、ポリプロピレンとパルプ繊維との混合物の同温度における粘度の１／１０以下が好ましい。

なお、ここで用いたパルプ繊維を複合化したポリプロピレンは、押出機やバンバリーミキサーなどを用い、好ましくは減圧下で両材料を混練してパルプ繊維を十分に分散させるようにすれば、繊維表面にポリプロピレンが密接して微細な気泡が残存して外観に生じる白化部分が排除できる。これは、低粘度の着色したアクリル樹脂が、射出成形時にポリプロピレンとパルプ繊維を複合化した混練物と過度な混合を抑止して流動過程における表面層への移行を促すことに加え、成形品表面の高い光沢と耐摩耗性を維持するうえで、肝要となる。

なお、低粘度樹脂としてポリプロピレンと相溶性を呈さずに、成形時の流動によって金型表面に移行し易く、塗膜の形成を容易とするアクリル樹脂を用いたが、これに代えて、ＰＢＴ樹脂などの他の低粘度な樹脂を用いても同様効果が得られるので、アクリル樹脂に限定されるものではない。

以上のように、この実施の形態に係るポリプロピレン着色成形品は、ポリプロピレン、パルプ繊維、及び着色した低粘度樹脂を添加した混合物の射出成形品であって、表面に着色した低粘度樹脂の塗膜を形成して成るので、塗装した成形品の製造を容易に行うことができる。さらに、ポリプロピレンと混合した塗膜を形成する低粘度樹脂が成形品表面にアンカー効果を備えて強固に密着した塗膜を形成するので、再生ポリプロピレンなどが含む不純物を隠蔽することができる。

また、パルプ繊維にシランカップリング剤による表面処理を施すことにより、シランカップリング剤がパルプ繊維とアクリル樹脂およびポリプロピレンに高い親和性を付与して濡れ性が向上して強固に接合するので、成形品上の塗膜は均質で強固な密着力を呈する。

また、パルプ繊維に古紙の回収品を解繊して得られた５ｍｍ以下の短繊維を用いることにより、再生ポリプロピレンと古紙の回収品を解繊して得られたパルプ繊維とのポリプロピレン複合体はリサイクル原料のみで構成され、製造を簡素化した素材で構成できる。

また、パルプ繊維を２０〜６０ｗｔ％の含有率とすることにより、塗膜密着性及び表面平滑性がともに良好となる。即ち、パルプ繊維の含有量が１５ｗｔ％以下では、ポリプロピレンに分散してアクリル樹脂と十分に接することができず、塗膜の密着に必要な表面積が不足するので、成形品における塗膜の十分な密着性確保が困難となる。反面、パルプ繊維の含有量が６０ｗｔ％を超えると、成形時の粘度が過度に高くなって成形性を損なううえ、成形品表面にパルプ繊維が露出して平滑性を損なうことから、アクリル樹脂の高い光沢性と耐摩耗性を維持することが困難となるので好ましくない。

また、着色した低粘度樹脂にアクリル樹脂を用い、ポリプロピレンに混合したことにより、成形流動時に低粘度の塗料が表面に移行して金型との摩擦を低減する機構を利用し、成形品表面にパルプ繊維に固着して成形品表面との密着性に優れた塗膜を形成することができる。

また、アクリル樹脂の射出成形時の温度における粘度は、ポリプロピレンとパルプ繊維との混合物の同温度における粘度の１／１０を超えると、成形品表面への移行が困難になり、成形品の異物などを隠蔽するのに十分な塗膜の形成が困難になるので、アクリル樹脂の射出成形時の温度における粘度は、ポリプロピレンとパルプ繊維との混合物の同温度における粘度の１／１０以下が好ましい。

また、ポリプロピレンにパルプ繊維を混練して均一混合したペレットと着色した低粘度樹脂とを混合し、これを射出成形することによって少なくとも表面が着色したポリプロピレン着色成形品を製造する場合、パルプ繊維は３０μｍ未満の直径で長さが１０ｍｍ以下のものを用いるのが好ましい。ポリプロピレンの剛性や強度の向上、成型収縮の抑制を目的とするパルプ繊維の混合は、その含有量が増すとともに流動性の低下が顕著になり、成形品表面の平滑性も損なわれてくる。特に、３０μｍ以上の繊維径を有して剛直なものや、繊維長が１０ｍｍを越えて繊維が絡んで玉状を成し易く、成形品表面に凸状の痕跡として現れるので、好ましくない。

また、ペレットが、パルプ繊維をシランカップリング剤の８％以下の水溶液中に浸漬、これに粉末状のポリプロピレンを加えて均一撹拌したスラリー液を濾過して回収した混合物を加圧して造粒したものであることにより、シランカップリング剤がパルプ繊維とアクリル樹脂およびポリプロピレンに高い親和性を付与して濡れ性が向上して強固に接合するので、成形品上の塗膜は均質で強固な密着力を呈する。

Claims

含有率が２０〜６０ｗｔ％であり、繊維長が３〜８ｍｍであり、繊維径が２０〜２５μｍであり、シランカップリング剤による表面処理が施されたパルプ繊維と、ポリプロピレンとの混合物に、所定の温度における粘度が前記所定の温度における前記混合物の粘度の１／１０以下である着色した樹脂を混合して、前記所定の温度で射出成型した射出成形品であって、表面に前記着色した樹脂の塗膜を形成して成ることを特徴とするポリプロピレン着色成形品。
前記パルプ繊維が、古紙の回収品を解繊して得られたものであることを特徴とする請求項１に記載のポリプロピレン着色成形品。
前記樹脂が、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリプロピレン着色成形品。
ポリプロピレンに、含有率が２０〜６０ｗｔ％であり、繊維長が３〜８ｍｍであり、繊維径が２０〜２５μｍであり、シランカップリング剤による表面処理が施されたパルプ繊維を混練して均一混合した混合物と、所定の温度における粘度が前記所定の温度における前記混合物の粘度の１／１０以下である着色した樹脂とを混合し、これを前記所定の温度で射出成形することによって少なくとも表面が着色したポリプロピレン着色成形品の製造方法。
前記混合物は、前記パルプ繊維をシランカップリング剤の８％以下の水溶液中に浸漬、これに粉末状の前記ポリプロピレンを加えて均一撹拌したスラリー液を濾過して回収した混合物を加圧して造粒したものであることを特徴とする請求項４に記載のポリプロピレン着色成形品の製造方法。
前記樹脂が、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項４又は５に記載のポリプロピレン着色成形品の製造方法。