JP5205026B2 - ウレタン樹脂成形体 - Google Patents

Description

本発明は、ウレタン樹脂成形体に関する。

従来から、車両のドアトリムやシートの背板等の芯材として、ウレタン樹脂成形体が使用されている。
従来のウレタン樹脂成形体ではガラス繊維を補強材として使用していた。成形方法としては、成形型にガラス繊維をマット状に敷き詰め、当該成形型にウレタン樹脂原料を流し込むことで混合させたり、ガラス繊維を細かくカットし短繊維としながらウレタン樹脂と混合して型に吹き付けたりした後、型締めして硬化成形させていた。

しかし、当該ウレタン樹脂原料は、石油由来のポリオール及び石油由来のイソシアネートを主に混合させて生成されており、このような石油由来のウレタン樹脂原料を用いて成形されたウレタン樹脂成形体は焼却時に大量の二酸化炭素が発生し、地球全体としての二酸化炭素量を増加させ地球温暖化の原因となるおそれがある。また、石油資源は有限でありいずれは枯渇するという問題があり、石油由来の原料を多く使用することは好ましくない。

また、補強材としてガラス繊維を使用すると、廃棄のために燃焼した場合に当該ガラス繊維が溶解し、燃焼炉の内壁に付着して炉を傷めて耐久性を低下させるという問題がある。
さらに当該ガラス繊維は、作業者の皮膚等を刺激し、ちくちく感を与えたりかぶれを生じさせる等の問題がある。

そこで、ウレタンフォームの表裏両面に熱硬化型接着剤により植物繊維を接着させたサンドウィッチ構造とした自動車内装材が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００１−４７５４４号公報

上記特許文献１に開示された技術では、ガラス繊維を用いず植物繊維を補強材として使用しているが、ウレタンフォームの表面に植物繊維を接着させただけなので十分な強度を確保することができないという問題がある。
上記特許文献１のようにサンドウィッチ構造としているのは、植物繊維とウレタン樹脂原料とが良好に混合できない等の問題があるためである。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、補強材として竹繊維を用いた場合にもウレタン樹脂原料を良好に混合させて成形でき、成形体の植物由来原料の使用度合い（植物度）及び強度を向上させることができるウレタン樹脂成形体を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のウレタン樹脂成形体では、ポリオール及びイソシアネートを含んでなるウレタン樹脂原料を補強材と一体化して成形されるウレタン樹脂成形体であって、前記ウレタン樹脂原料として、植物由来原料のポリオールを使用し、前記補強材として、ポリブチレンサクシネート樹脂からなる熱可塑性樹脂繊維を混合させた後、該熱可塑性樹脂繊維が溶融するように加熱するとともに圧力をかけてマット化させた竹繊維を使用し、成形体全体としての植物由来原料の使用度合いを５０ｗｔ％以上とすることを特徴としている。

請求項２のウレタン樹脂成形体では、請求項１において、前記ウレタン樹脂原料における植物由来原料の使用度合いを２０ｗｔ％以上とすることを特徴としている。
請求項３のウレタン樹脂成形体では、請求項１または２において、前記竹繊維は、平均直径３０〜５００μｍで、長さが２０〜２００ｍｍであることを特徴としている。
請求項４のウレタン樹脂成形体では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記熱可塑性樹脂繊維は、植物由来原料のものであることを特徴としている。

請求項５のウレタン樹脂成形体では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記熱可塑性樹脂繊維は、１７０℃以下で溶融するものであることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のウレタン樹脂成形体では、ウレタン樹脂原料として植物由来原料のポリオールを使用し、補強材としてポリブチレンサクシネート樹脂からなる熱可塑性樹脂繊維を混合させマット化させた竹繊維を使用する。
そのままではハンドリング困難でありウレタン樹脂原料とも混合し難い竹繊維を、ポリブチレンサクシネート樹脂からなる熱可塑性樹脂繊維を混合しマット化することで、ハンドリング性を向上させることができ、ウレタン樹脂原料との混合も良好にすることができる。

また、補強材として竹繊維を使用するとともに、ウレタン樹脂原料に植物由来原料のポリオールを使用することで、ウレタン樹脂成形体における植物由来原料の使用度合い（植物度）を向上させることができる。これにより、石油由来原料の使用を軽減し、焼却等による二酸化炭素量の増加を抑制することができる。そして、補強材が竹繊維であれば、燃焼炉を傷めることもない。

さらに、竹繊維は、従来より補強材として使用されていたガラス繊維や、木材やケナフ等の他の植物材料よりも補強材として十分な強度を有しており、当該ウレタン樹脂成形体の強度を十分に確保することができる。
そして、成形体全体としての植物度を５０ｗｔ％以上とすることで、石油由来原料の使用を半減させ、焼却時における二酸化炭素の発生を大幅に抑制させることができる。

このように請求項１のウレタン樹脂成形体によれば、補強材に竹繊維を用いた場合にも良好にウレタン樹脂原料と混合させて成形することができるとともに、成形体の植物度及び強度を向上させることができる。
請求項２のウレタン樹脂成形体によれば、ウレタン樹脂原料における植物由来原料の使用度合いを上げることで、より石油由来原料の使用を半減させ、焼却時における二酸化炭素の発生を大幅に抑制させることができる。

請求項３のウレタン樹脂成形体によれば、平均直径３０〜５００μｍで、長さが２０〜２００ｍｍの竹繊維を熱可塑性樹脂繊維と混合しマット化することで、より安定してマット化を行うことができ、ハンドリング性を向上させて、ウレタン樹脂原料との混合も良好にすることができる。
そして、このように２０〜２００ｍｍという比較的長い竹繊維を使用することで、ウレタン樹脂成形体の強度を大幅に向上させることができる。

請求項４のウレタン樹脂成形体によれば、熱可塑性樹脂繊維に植物由来原料のもの、例えばポリ乳酸樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂等、を使用することでウレタン樹脂成形体の植物度をより向上させることができる。
請求項５のウレタン樹脂成形体によれば、熱可塑性樹脂繊維は、１７０℃以下で溶融するものであるので、竹繊維に含まれるリグニンやヘミセルロースが水と高温で分解して臭い成分やＶＯＣ（揮発成分）が生成するのを極力抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るウレタン樹脂成形体の斜視断面図が示されている。
図１に示す平板状のウレタン樹脂成形体１は、補強材として竹繊維を用いたウレタン樹脂成形体である。
当該竹繊維は、機械的に粉砕して解繊したり、蒸煮または爆砕処理を施しローラー等で押し潰したり、水酸化ナトリウム等の強アルカリにより肉質を溶かしたり等して取り出されたものである。

そして、当該竹繊維は平均直径が３０〜５００μｍ、平均繊維長２０〜２００ｍｍの比較的長いものが使用されている。
また、当該竹繊維は、成形の際に、熱可塑性樹脂繊維が混合され加熱及び軽くプレスされマット化されたもの（竹マット）が使用されている。
当該熱可塑性樹脂繊維としては、例えばポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）（融点２５４℃）、ポリアミド６（ＰＡ６）（融点２２０℃）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）（融点２２４℃）、熱可塑性ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（融点２１６℃）等の汎用的な石油由来の繊維が使用可能である。なお、ポリプロピレン（ＰＰ）（融点１６５℃）はウレタン樹脂原料との接着性が悪く好ましくないことがわかっている。

また、当該熱可塑性樹脂繊維として、ポリ乳酸樹脂（融点１７０℃）、ポリブチレンサクシネート樹脂（ＰＢＳ）（融点１１０℃）、ポリトリメチレンテフタレート樹脂（融点２３０℃）、熱溶融セルロース樹脂、ポリヒドロキシアルカン酸樹脂等の植物由来の熱可塑性樹脂繊維も使用可能である。なお、当該熱可塑性樹脂繊維は、少なくとも竹繊維のセルロースが分解する２２０℃よりも低い温度で溶融するものを使用する。さらに、竹繊維のリグニンやヘミセルロースは、水分があり高温で分解した際に臭い成分やＶＯＣ（揮発成分）が発生するため、当該臭い成分やＶＯＣが極力発生しないよう１７０℃以下で溶融する熱可塑性樹脂繊維が好ましい。

ウレタン樹脂原料は、主にポリオールとイソシアネートとを混合したポリオールウレタン材が使用されている。
ポリオールはヒマシ油や大豆油等の植物由来のものが主として使用され、イソシアネートは石油由来のものが使用されている。ただし、当該ポリオールは、粘度調整、ウレタン樹脂成形体の機械的強度等の物性を考慮した場合、ウレタン樹脂原料中の植物度を最高でも４０％程度とすることが好ましいため、石油由来のポリオールも併せて使用する。

ここで、本発明に係るウレタン樹脂成形体１の具体的な成形方法の一例を挙げる。
図２を参照すると、本発明に係るウレタン樹脂成形体の成形方法の一例を表す工程図が示されている。
まず、工程Ｓ１において、例えば機械的な解繊により竹から竹繊維を取り出す。
続く、工程Ｓ２においては、フリースマシン、反毛機、カード機等の機械式混合機やエア式混合機（流動混合機）により上記工程Ｓ１にて取り出した竹繊維と熱可塑性樹脂繊維とを絡み合わせるように混合する。

工程Ｓ３においては、竹繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混合したものを加熱（例えば１３０〜１７０℃）することで熱可塑性樹脂繊維を溶融し、さらに軽く加圧する（例えば１kgf/cm²で圧縮することで、ハンドリングできる程度にマット化する。なお、当該工程Ｓ３では完全に加圧してボード化するものではなく、液状のウレタン樹脂原料が含浸可能なようにマット化するものである。

工程Ｓ４においては、マット状となった竹繊維を成形型にセットする。
一方、工程Ｓ５において、主に植物由来原料からなるポリオールと石油由来からなるイソシアネートとを混合しウレタン樹脂原料を生成する。当該ポリオール及びイソシアネート等の混合にはＲＩＭ成形機、２液混合機、ミキシングヘッド、及びスタチックミキサ（静的混合ミキサ）等が使用される。

そして、工程Ｓ６において、マット状の竹繊維がセットされている成形型に上記工程Ｓ５にて生成されたウレタン樹脂原料を流し込む。なお、成形型にウレタン樹脂原料をスプレーすることで供給しても構わない。
続く工程Ｓ７においては、成形型を型締めし、マット状の竹繊維とウレタン樹脂が一体化して数分で硬化する。

工程Ｓ８において、硬化した成形体を成形型から取り出す。
以上のように、本発明に係るウレタン樹脂成形体では、補強材として熱可塑性樹脂繊維を混合させマット化させた竹繊維を使用し、ウレタン樹脂原料として植物由来原料のポリオールを使用してウレタン樹脂成形体を成形している。
このように、熱可塑性樹脂繊維を混合しマット化することで、そのままではハンドリングが困難でありウレタン樹脂原料とも混合し難かった竹繊維のハンドリング性を向上させることができ、且つウレタン樹脂原料との混合も良好なものにすることができる。

また、補強材として竹繊維を使用するとともに、ウレタン樹脂原料に植物由来原料のポリオールを使用することで、ウレタン樹脂成形体における植物由来原料の使用度合い（植物度）を向上させることができる。さらに、熱可塑性樹脂繊維においても植物由来原料のものを使用すれば、ウレタン樹脂成形体の植物度をより向上させることができる。
こうして、ウレタン樹脂成形体の植物度を例えば５０ｗｔ％以上とすれば、石油由来原料の使用を半減させ、焼却等による二酸化炭素量の発生も大幅に抑制することができる。また、補強材が竹繊維であれば、燃焼炉を傷めることもない。

さらに、竹繊維は、従来より補強材として使用されていたガラス繊維や、木材やケナフ等の他の植物材料よりも補強材として十分な強度を有しており、当該ウレタン樹脂成形体の強度を確保することができる。特に竹繊維の長さを２０〜２００ｍｍと比較的長いものを使用していることで、ウレタン樹脂成形体の強度を大幅に向上させることができる。
以上のことから、本発明に係るウレタン樹脂成形体は、補強材に竹繊維を用いた場合にも良好にウレタン樹脂原料と混合させて成形することができ、成形体の植物度及び強度を向上させることができる。

実施例１
機械的に解繊して取り出した平均繊維長５５ｍｍ、平均繊維径１７５μｍの竹繊維と、繊維長１５ｍｍ、繊維径２．２dtexであって芯部がＰＥＴ（融点２５４℃）であり鞘部が融点１３０℃の低融点ＰＥＴであるＰＥＴ／低融点ＰＥＴ芯鞘繊維とを９０：１０（ｗｔ％）の割合で使用した。

当該竹繊維とＰＥＴ／低融点ＰＥＴ芯鞘繊維と絡み合わせ、その後１４０℃で加熱して低融点ＰＥＴ繊維を溶融させて、ローラにより軽くプレスしてマット化し成形型にセットした。
さらに、下記表１に詳しく示す主に植物由来のポリオールからなる主剤Ａ液とイソシアネートからなる硬化剤Ｂ液とを配合比Ａ／Ｂ＝１００／１００にてハンドミキシングにより混合したウレタン樹脂原料を成形型に流し込んだ。

ここでの実施例では、竹マットとウレタン樹脂原料との配合比は、３３：６７（ｗｔ％）とした。
そして、型締めし硬化させてウレタン樹脂成形体を成形した。
実施例２
上記実施例１と同じ竹繊維（平均繊維長５５ｍｍ、平均繊維径１７５μｍ）とＰＥＴ／低融点ＰＥＴ芯鞘繊維（繊維長１５ｍｍ、繊維径２．２dtex）とを９５：５（ｗｔ％）の割合で使用し、下記表１からなるウレタン樹脂原料を使用して上記実施例１と同様の成形方法でウレタン樹脂成形体を成形した。

ここでの実施例では、竹マットとウレタン樹脂原料との配合比は、３３：６７（ｗｔ％）とした。
実施例３
上記実施例１と同じ竹繊維（平均繊維長５５ｍｍ、平均繊維径１７５μｍ）と、繊維長１０ｍｍ、繊維径１５dtexのポリブチレンサクシネート樹脂（ＰＢＳ）繊維とを８０：２０（ｗｔ％）の割合で使用し、下記表１からなるウレタン樹脂原料を使用して上記実施例１と同様の成形方法で成形した。

ここでの実施例では、竹マットとウレタン樹脂原料との配合比は、３３：６７（ｗｔ％）とした。
実施例４
上記実施例３と同じ竹繊維（平均繊維長５５ｍｍ、平均繊維径１７５μｍ）とＰＢＳ繊維（繊維長１０ｍｍ、繊維径１５dtex）とを８０：２０（ｗｔ％）の割合で使用し、下記表２に示す主に植物由来及び石油由来のポリオールからなる主剤Ａ液とイソシアネートからなる硬化剤Ｂ液とを配合比Ａ／Ｂ＝１００／１００にてハンドミキシングで混合したウレタン樹脂原料を使用して上記実施例１と同様の成形方法で成形した。

ここでの実施例では、竹マットとウレタン樹脂原料との配合比は、４０：６０（ｗｔ％）とした。

比較例１
機械的に解繊して取り出した平均繊維長５５ｍｍ、平均繊維径１７５μｍの竹繊維を１００ｗｔ％、即ち熱可塑性樹脂繊維を混合せず竹繊維のみでマット化した。

しかし、竹繊維がうまく絡まず、かさばって体積を減らすことができず、工業的にマットとしてハンドリング不可能であった。そして、成形型にセットすることも困難であり、成形できなかった。
比較例２
従来のように、ガラス繊維と、下記表３に示す全て石油由来原料からなるウレタン樹脂原料とを７０：３０（ｗｔ％）の割合で使用してウレタン樹脂成形体を成形した。

上記実施例１乃至４のウレタン樹脂ボードについて、配合比や植物度のまとめを図３に示した。また、それぞれの実施例及び比較例の密度、曲げ特性、焼却時の問題や作業者への問題等を測定し、その結果を下記表４に示した。

当該表４に示すように、実施例１乃至４は全て全体としての植物度が５０％と高い植物度を有している上、曲げ強度及び曲げ弾性ともに比較例２よりも高く、曲げ特性も向上していた。

また、比較例１のように竹繊維のみでは成形不可能であったのに対し、実施例１乃至４のように竹繊維に熱可塑性樹脂繊維を混合させマット化させることで良好に成形できた上、図３や表４に示すように、植物度も高く、曲げ強度及び曲げ弾性率も高い、優れた性能のウレタン樹脂成形体を得ることができた。
これらのことから、実施例１乃至４のように熱可塑性樹脂繊維を混合しマット化させた竹繊維を用い、且つ植物由来のポリオールを用いて生成したウレタン樹脂原料を使用してウレタン樹脂成形体を成形することで、５０％以上の高い植物度を実現することができる上、従来よりも強度の優れたウレタン樹脂成形体を得ることができることがわかった。

また、実施例１乃至４は補強材として竹繊維を用いていることから、従来のようにガラス繊維を用いている比較例２のように焼却時にガラスが炉に付着する等の問題は発生しなかった。さらに、竹繊維であれば、ガラス繊維のような作業者へのちくちく感を与えることもなかった。
このことから、実施例１乃至４のように補強材として竹繊維を用いることで、燃焼炉を傷めることもなく、成形時の作業性も向上させることができるということがわかった。

以上で本発明に係る合成板の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態におけるウレタン樹脂成形体１は平板状をなしているが、当該ウレタン樹脂成形体の形状はこれに限られるものではなく、例えば３次元形状であっても構わない。

本発明に係るウレタン樹脂成形体の一例の斜視図である。 本発明に係るウレタン樹脂成形体の成形方法の一例を表す工程図である。 実施例１乃至４のウレタン樹脂ボードについて、配合比や植物度をまとめた表である。

符号の説明

１ ウレタン樹脂成形体

Claims (5)

1. ポリオール及びイソシアネートを含んでなるウレタン樹脂原料を補強材と一体化して成形されるウレタン樹脂成形体であって、
   前記ウレタン樹脂原料として、植物由来原料のポリオールを使用し、
   前記補強材として、ポリブチレンサクシネート樹脂からなる熱可塑性樹脂繊維を混合させた後、該熱可塑性樹脂繊維が溶融するように加熱するとともに圧力をかけてマット化させた竹繊維を使用し、
   成形体全体としての植物由来原料の使用度合いを５０ｗｔ％以上とすることを特徴とするウレタン樹脂成形体。
2. 前記ウレタン樹脂原料における植物由来原料の使用度合いを２０ｗｔ％以上とすることを特徴とする請求項１に記載のウレタン樹脂成形体。
3. 前記竹繊維は、平均直径３０〜５００μｍで、長さが２０〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のウレタン樹脂成形体。
4. 前記熱可塑性樹脂繊維は、植物由来原料のものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のウレタン樹脂成形体。
5. 前記熱可塑性樹脂繊維は、１７０℃以下で溶融するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のウレタン樹脂成形体。

Images