JP6035854B2 - 生分解性樹脂複合材組成物 - Google Patents

Description

本発明は、生分解性樹脂に古紙を配合した複合材組成物に関し、特に大量の古紙が配合された生分解性樹脂複合材の加工性、古紙の分散性が著しく改良された組成物を提供するものである。

近年環境保全の観点から生分解性樹脂の開発が積極的に行なわれているが、生分解性樹脂は一般にそれ自体の機械的強度、耐熱性、成形加工性が悪く、物性の向上と経済性の改善は極めて重要である。
物性改良と経済性向上のために、植物繊維や、タルク、マイカ、炭酸カルシウム等の無機フィラーの充填材料を生分解性樹脂に配合した生分解性樹脂複合材組成物の開発が鋭意行なわれて来ている。

生分解性樹脂に、古紙等のセルロース繊維を配合して、生分解性樹脂の耐衝撃性、剛性等の機械強度や耐熱性、寸法安定性等の物理特性を補強し、併せて生分解性の向上と経済性効果を向上させる複合材の検討も行なわれている。
しかし、生分解性樹脂にリグニンやデンプンを含有しない古紙を配合材として添加すると、複合材組成物の流動性が低下し、成形加工性を著しく低下させるとともに、複合材組成物を脆くし、表面外観の均一性、平滑性を損なう問題が生じている。

特に大量の古紙が配合された場合、古紙表面の特性の影響が大きく、極性の大きい古紙表面をマトリックスとなる生分解性樹脂に如何に親和性を保たせるかが重要であり、複合材組成物の機械強度にはマトリックスと古紙表面の接着力の寄与が大きく、古紙表面とマトリックスを接合する様なカップリング剤の使用が好ましい場合もある。
更に、多量に古紙を配合した成形品は脆くなる傾向が有る。また、ともすれば成型品の外周に古紙が集中し易く、精密加工が困難になったり、成形品の表面に古紙の粒子が現れて成形品の表面状態もしくは外観を著しく損なったり、光沢が損なわれたりする。

生分解性樹脂複合材組成物の上記問題を解決するために、架橋材や滑材等の添加剤の併用が必要とされており、従来このような目的のために、イソシアネート系樹脂や有機パーオキサイド等の架橋剤やシラン、チタネート、アルミネート等のカップリング剤の検討も試みられて来ている。
特許文献１には生分解性樹脂と植物繊維にシランカップリング剤を配合する複合剤が試みられている。特許文献２にはポリ乳酸と天然繊維にシランカップリング剤を配合する技術が、特許文献３には熱可塑性樹脂と澱粉質系材料にチタネート、シラン、アルミネート系のカップリング剤を配合する材料の開発が試みられて来ている。
しかしながらこれらの従来一般に使用されるカップリング剤は、チタン、シリコン、アルミ等の金属原子上に有機官能基とアルコキシ基のような加水分解基を有しており、有機官能基がマトリックスと相溶化し、加水分解基が加水分解して添加剤表面と化学結合して複合剤組成物をカップリングさせるものであるが、加水分解基は反応速度の関係から炭素数が１〜３のものが利用されており、反応物のアルコール等を除去するための加熱処理を要するなど、加工性に改良の余地がまだ有るのが現状である。
特開２００８−２０８１９４号 特開２００８−１５０５９９号 特開２００４−００２６１３号

本発明の目的は、古紙が配合された生分解性樹脂複合材組成物、特に大量の古紙粉が配合された生分解性樹脂複合材組成物にみられる上記のような種々の欠点を解消することにある。

本発明者らは、生分解性樹脂に古紙が配合された樹脂複合材において、粒径が３〜０．０１ｍｍの古紙が３０〜６０重量％と
一般式


（ここで、Ｒは炭素数１２〜２２のアルキル基またはアルケニル基、ｍは０または１〜１０の整数を示す。）
で表される有機チタネートが０．１〜５重量％配合された生分解性樹脂複合材組成物が、上記の欠点を解消することが可能であることを発見し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、生分解性樹脂に粒径が３〜０．０１ｍｍの古紙を３０〜６０重量％、更に特殊な有機チタネートを０．１〜５重量％配合したことを特徴とする生分解性樹脂複合剤組成物に関する。

本発明によれば、耐衝撃性、剛性等の機械強度や耐熱性、寸法安定性等の物理特性を補強し、強靭で成形加工性に富み、表面性状の良い品質の優れた生分解性樹脂複合剤組成物を提供出来る。

本発明でいう生分解性樹脂とは、特に制限は無く、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリブチレンサクシネート、ポリビニルアルコール等が適用される。特にポリ乳酸が好適に適用できる。

本発明において、生分解性樹脂へ古紙が配合される。本発明の古紙は製紙原料として回収された紙及び紙製品を粗粉砕し、必要に応じて乾燥し、及び／又は金属等の夾雑物を選別し、粒径が３〜０．０１ｍｍに精密粉砕した紙粉が３０〜６０重量％配合される。
粒径が３ｍｍを超える紙粉では成形品の表面平滑性や外観に不良を生じ易く、０．０１ｍｍより微細化すると凝集して分散性が悪くなる傾向がある。
古紙の配合量が６０重量％を超えると成形性が悪くなり、カップリング剤の配合量を増す必要が生じ、機械的強度が低下する傾向がある。３０重量％より低い配合量では生分解性や経済性の向上効果が阻害されるため好ましくない。

本発明の組成物において、流動性を改良し、成形加工性、作業性を向上させ、更に古紙の分散性を向上させる効果のある前記一般式で示された有機チタネートとは、Ｒの炭素数が１２〜２２のアルキル基またはアルケニル基であり、例えばテトララウリルチタネート、テトラミリスチルチタネート、テトラセチルチタネート、テトラステアリルチタネート、テトラベヘニルチタネート、テトラオレイルチタネート、テトラリノレルチタネート等が挙げられるが、テトラステアリルチタネートが好適に用いられる。
一般式のｍが１〜１０の縮合物であってもさしつかえない。
これらの前記一般式で表される有機チタネートの配合量としては、０．１〜１０重量％の範囲で適宜用いられるが、特に１〜５重量％が好ましい。
０．１重量％より少ない場合は、配合した所期の目的が達成されず、一方１０重量％を超えて配合しても特別な効果も発揮されず、経済的な制約から自ずと決められる。

本発明の組成物を製造するには、上記の古紙と有機チタネートを生分解性樹脂に配合するに当り、古紙と有機チタネートとを混合した後、生分解性樹脂に配合するのが好ましいが、それ以外に古紙と有機チタネートと生分解性樹脂の３種を同時に混合してもさしつかえない。
混合は従来の混合方式が適用され、ドライブレンドした後、一軸又は二軸の押出機で混練成形（ペレット化）して所望の押出成形機または射出成形機に供するか、または直接押出成形、または射出成形機で混練成形することができる。

本発明の複合材組成物を使用して射出成形や押出成形し、各種の成形製品を製造するにあたって、成形性を向上させるために一般に使用されるイソシアネート系樹脂や有機パーオキサイド等の架橋剤や、脂肪酸、脂肪酸アマイド、脂肪酸金属塩、高級アルコール等の滑剤を本発明の複合材組成物に添加することができる。

次に実施例によって更に詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
新聞古紙を（株）御池鐵工所製のロータリーカッターＭＲＣ−３０５０で５〜１０ｍｍに粗粉砕し、ターボミルＭＴＭ−６００で平均粒径１ｍｍ±０．５ｍｍに微粉砕した古紙粉の１００部に対して、三菱ガス化学（株）製テトラステアリルチタネート５部をヘンシェルミキサー（日本コークス工業製ＦＭ−１５０）で混合した配合物５５重量％と、ポリ乳酸（ユニチカ製「テラマックＰＬ−０１」）ペレットをターボミルで平均粒径１ｍｍ±０．５ｍｍに微粉砕して得たポリ乳酸粉４５重量％とをヘンシェルミキサーで混合した。ミキサーからの混合物を（株）モリヤマ製二軸押出成形機２ＴＲ−５０で押出成形し、直径２ｍｍ、長さ３ｍｍのペレットを得た。
このペレットを用い、日精樹脂工業製射出成形機ＰＳ４０で、シリンダー温度２００℃で射出し、強度および流動性の測定を行った。８０ｍｍ＊１０ｍｍ＊４ｍｍの試験片を製作し、この試験片を用い、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ＴＤにより引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率を測定した。東洋精機製アイゾット衝撃試験機を用い、アイゾット衝撃値を測定した。更に流動性を測定するためスパイラルフロー金型を用い、射出圧１００ＭＰａで巾１０ｍｍ＊厚み２ｍｍの流動長（ｃｍ）を測定した。
各物性値の測定結果を第１表に記載した。

実施例２
テトラステアリルチタネートの混合量を１０部とした以外は実施例１と同様にして製作したポリ乳酸と古紙から成る配合物のペレットを用い、実施例１と同様の方法で流動性および強度の物性値を測定した。
その結果を第１表に記載した。

比較例１
実施例１と同様に粉砕した古紙粉の５５重量％と、実施例１のポリ乳酸４５重量％とを混合し、実施例１と同様の方法でペレットと試験片を作成し、物性値を測定した。
その結果を第１表に記載した。

第１表

実施例３
実施例１と同様の装置を用いて、古紙を５〜１０ｍｍに粗粉砕し、微粉砕機で平均粒径１ｍｍ±０．５ｍｍに粉砕し、更に平均粒径０．５ｍｍ±０．０５ｍｍに微粉砕した古紙粉の１００部に対して、テトラステアリルチタネート５部を混合した配合物５５重量％と、ポリブチレンサクシネート（三菱化学製「ＧＳＰｌａ」）を４５重量％とを混合し、実施例１と同様に二軸押出成形機で押出成形し、直径２ｍｍ、長さ３ｍｍのペレットを得た。このペレットを用い、実施例１と同様の方法で試験片を製作し、物性値を測定した。結果を第２表に記載した。

比較例２
実施例２と同様の粉砕した古紙粉の５５重量％と、ポリブチレンサクシネート４５重量％とを用いて混合し、実施例２と同様の方法で製作したペレットと試験片を作成し、物性値を測定した。その結果を第２表に記載した。

第２表

Claims (1)

1. 生分解性樹脂に古紙が配合された樹脂複合材において、粒径が３〜０．５ｍｍの古紙が３０〜６０重量％と
   一般式
   
   （ここで、Ｒは炭素数１２〜２２のアルキル基またはアルケニル基、ｍは０または１〜１０の整数を示す。）
   で表される有機チタネートが０．１〜５重量％配合されており、無機充填剤を含有しないことを特徴とする、生分解性樹脂複合材組成物。