JP6528670B2 - 成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バインダとなる樹脂と木質材料を含む成形品の製造方法に関する。

この種の成形品には、環境への配慮からセルロース系の木質材料が含まれており、車両外装品や車両内装品などの各種用途に用いられている。例えば特許文献１に開示の技術では、木質材料としての木粉と、バインダとなる熱可塑性樹脂とを加熱混練して円筒状のペレットを複数成形する。つぎに各ペレットを加熱して乾燥させ、これら乾燥した複数のペレットを成形材料に用いて所定形状の成形品を成形する。また特許文献２に開示の技術では、成形時においてヒノキチオールなどの香付成分を投入することで、香付成分に由来する良い匂い（万人受けする匂い）を成形品に付与することができる。

特開平１１−１００４６０号公報 特開２０１１−６６２８号公報

ところでこの種の成形品においては、木質材料に由来する匂いが発生することがあり、特に木質材料を加熱することで生じる不快な匂い（焦げ臭）が問題視されていた。すなわち成形時において木質成分が熱分解し、その反応物が、成形品の使用環境温度（常温〜１００℃）で揮発し、この揮発成分が焦げ臭として知覚される。この木質材料由来の不快な匂いは、木質材料中の代表成分であるリグニンの熱分解生成物（特に４-ビニル-２-メトキシフェノール）やヘミセルロースの熱分解生成物（特にフルフラール）等の有機物からなる揮発成分（以下、木質熱分解揮発成分とも呼ぶ）が元で生じるものであり、これら匂いの元となる揮発成分は、ペレットを単に乾燥させる（１００℃で加熱する）だけでは十分に除去されないものであった。もっとも問題となる揮発成分の少ない樹種から木質材料を得ることもできるが、そうすると樹種選択の自由度が狭まってしまう。また特許文献２のように香付成分を用いたとしても、不快な匂いに邪魔されてその効果が十分に発揮されなかった。本発明は上述の点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いをより低減することにある。

上記課題を解決するための手段として、第１発明の成形品の製造方法は、バインダとなる樹脂と木質材料とから複数のペレットを成形するコンパウンド工程と、複数のペレットから所定形状の成形品を成形する成形工程とを備える。この種の成形品においては、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いをより低減できることが望ましい。

そこで本発明においては、コンパウンド工程と成形工程の間に加熱工程が設けられるとともに、この加熱工程において、複数のペレットを、木質材料内の焦げ臭の元となる揮発成分が揮発可能な温度で且つ樹脂の融点未満の温度で加熱することとした。本発明では、加熱工程において、複数のペレットを、焦げ臭の元となる揮発成分が揮発可能な温度（例えば１００℃よりも高温）で加熱することにより、木質材料由来の不快な匂いの原因となる揮発成分を好適に除去することができる。このとき加熱温度の上限を、樹脂の溶融温度未満に設定することで、各ペレットの形状を極力維持しつつ加熱することができる。

第２発明の成形品の製造方法は、第１発明の成形品の製造方法において、成形工程において、複数のペレットと香付成分から成形品を成形する。本発明においては、不快な匂いが低減された成形品に対して香付成分によって良い匂いを付加することができる。

第３発明の成形品の製造方法は、第１発明又は第２発明の成形品の製造方法において、コンパウンド工程において、米松、米栂、ＮＺ松、桜、ゴム及び樫からなる群のうちの少なくとも一種の樹種から得られる木質材料を使用する。本発明では、特定の樹種から木質材料を得ることにより、成形品に対して木質材料由来の匂い（不快ではない匂い等）が過度に生じることを好適に回避することができる。

本発明に係る第１発明によれば、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いをより低減することができる。さらに第１発明によれば、成形品のＶＯＣ性能やフォギング性能をも同時に向上させることが期待できる。また第２発明によれば、木質材料由来の不快な匂いの代わりに良い匂いを成形品に好適に付加することができる。そして第３発明によれば、成形品に対して木質材料由来の匂いが過度に生じることを好適に回避することができる。

成形品の製造工程を示す図である。 コンパウンド工程に用いるペレット成形装置の概略図である。 成形工程に用いる成形装置の概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図３を参照して説明する。本実施例の成形品は、環境への配慮からセルロース系の木質材料が含まれており、車両外装品や車両内装品などの各種用途に用いることができる。この種の構成においては、幅広い樹種から得られた木質材料を使用しながらも、木質材料由来の不快な匂い（焦げ臭）を極力低減しつつ成形品を製造できることが望ましい。そこで本実施例においては、図１を参照して、後述するコンパウンド工程と加熱工程と成形工程をこの順で行うことにより、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いを低減することとした。以下、各工程について詳述する。

［木質材料］
ここで木質材料は、各種の樹種から得られるセルロース系材料であり、粉体や小片の状態で後述のコンパウンド工程に使用することができる。本実施例においては、後述する加熱工程によって不快な匂いを好適に除去できるため、幅広い樹種（匂いの弱い樹種、匂いの強い樹種、香料として使用できる樹種など）から木質材料を得ることができる。例えば匂いの弱い樹種として、米栂（学名Ｔｓｕｇａ Ｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ）などのマツ科ツガ族、米松などのマツ科トガサワラ族、樫などのブナ科コナラ族を例示できる。なおマツ科ツガ族として、ツガ（トガ）やコメツガも例示できる。また匂いの強い樹種として、ニュージーランド松（ＮＺ松：学名Ｐｉｎｕｓ ｒａｄｉａｔｅａ）などのマツ科マツ族、杉などのスギ科スギ族、ゴム（パラゴムノキ）などのトウダイグサ科パラゴムノキ族、リンゴなどのバラ科リンゴ族を例示できる。また香料として使用できる樹種として、桜やソメイヨシノなどのバラ科サクラ族、檜などのヒノキ科ヒノキ族を例示できる。なかでも米松、米栂、ＮＺ松、桜、ゴム（パラゴムノキ）及び樫からなる群のうちの少なくとも一種の樹種から得られる木質材料を用いることが好ましく、この種の木質材料は、成形品の状態において匂いの強度が比較的低く万人受けしやすい。さらに米栂や米松は、入手しやすく製造コストの低減に資することから木質材料に用いることが特に好ましい。

［樹脂］
バインダとなる樹脂は、隣り合う木質材料同士を結着（バインド）する成分であり、各種の熱可塑性樹脂を用いることができる。この種の熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（エチレン−２，６−ナフタレート）、ナイロン（ポリアミド）等のポリエステル樹脂、プロピレン−エチレン共重合体、ポリスチレン樹脂、芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する（メタ）アクリル酸アルキルエステルとの共重合体、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル樹脂を例示することができる。なお熱可塑性樹脂は単独で使用することができ、また２種以上を混合して使用することもできる。

［コンパウンド工程］
コンパウンド工程では、図２のペレット成形装置ＰＭＭを用いて、バインダとなる樹脂と木質材料から複数のペレットを成形する。ここで各ペレットの形状や寸法は、成形品の成形材料として使用可能である限り特に限定しない。典型的なペレットの形状として、略円筒状や角柱状などの柱状、略球形状等の粒状を例示でき、本実施例においては略円筒状のペレットを用いることができる。またペレット中の木質材料の含量は、バインダとなる樹脂にて結着されてペレット化可能である限り特に限定しない。典型的な木質材料と樹脂の含量比（重量比）は、２：９８〜８０：２０の範囲であり、１０：９０〜６０：４０の範囲に設定することが好ましい。ここで木質材料の含量比が２未満であると、成形品に木質材料を用いる意味がほぼなくなる。また木質材料の含量比を９８より大きくすると、樹脂の結着力が極端に低下してペレット化が困難となる。なお各ペレットには、樹脂と木質材料のほかに、各種の添加剤（難燃剤、顔料、フィラーなど）を添加することができる。

そしてペレット成形装置ＰＭＭは、図２を参照して、バインダとなる樹脂ＲＮと木質材料ＷＤを含むペレットＰＴを成形する装置である。本実施例のペレット成形装置ＰＭＭは、第一投入部２ｐと第二投入部４ｐを支持する基台部３ｐと、混練部６ｐと、冷却部８ｐと、裁断部１０ｐと、回収部１２ｐをこの順で備える。そして第一投入部２ｐから樹脂ＲＮを投入するとともに、第二投入部４ｐから木質材料ＷＤを投入して、これら樹脂ＲＮと木質材料ＷＤを混練部６ｐ内に送り込む。つぎに混練部６ｐにおいて、加熱により樹脂ＲＮを溶融させながら木質材料ＷＤと混練してペレット成形材料（符号省略）としたのち、このペレット成形材料を、混練部６ｐのノズルから冷却部８ｐに送出す。このペレット成形材料は、混練部６ｐのノズルから連続的に送出されて冷却部８ｐにて冷却されることにより、例えばノズル口の形状に倣った細長い円筒形状の基材（符号省略）となって裁断部１０ｐに送出される。そして裁断部１０ｐにて、円筒形状の基材を順次裁断して短筒状のペレットＰＴとし、これら複数のペレットＰＴを回収部１２ｐにて回収する。

［加熱工程］
加熱工程では、各ペレットを、木質材料内の焦げ臭の元となる揮発成分が揮発可能な温度で且つ樹脂の融点未満の温度で加熱する。この加熱工程を、コンパウンド工程と成形工程の間に設けることで、焦げ臭の元となる揮発成分（木質熱分解揮発成分）を各ペレットから揮発させて十分に除去することができる。すなわち各ペレットは、成形品に比して細分化されて表面積が広くされているため、速やかに加温されて内部の揮発成分を好適に外部に排出できる。ここで加熱工程は、換気機能を備える各種の加熱装置（図示省略）を用いて行うことができる。そして加熱工程においては、加熱装置内に複数のペレットを敷き詰めた状態（静置した状態）で加熱することができ、また攪拌機構にて各ペレットを攪拌しながら加熱することもできる。

そして加熱工程における加熱温度は、焦げ臭の元となる揮発成分が揮発可能な温度（典型的には１００℃よりも高温）に設定できる。特に焦げ臭の原因となる木質熱分解揮発成分除去の観点から、加熱温度を１２０℃以上に設定することが好ましく、１４０℃以上に設定することがさらに好ましい。そして加熱温度の上限を、樹脂の溶融温度未満に設定することで、各ペレットの形状を極力維持しつつ加熱することができる。また加熱工程における加熱時間は、焦げ臭の元となる揮発成分（木質熱分解揮発成分）が好適に除去できる限り特に限定しないが、典型的には３０分以上に設定でき、１時間以上に設定することが好ましい。ここで木質材料中の揮発成分が好適に除去された場合とは、後述する「成形品の臭気試験」において総合判定が（○）又は○と判定される場合のことを意味する。

［成形工程］
成形工程では、後述する成形装置ＭＭを用いて、複数のペレットから所定形状の成形品を成形する。ここで成形品の形状は、ボード状や棒状や方形状などの各種形状に設定することができ、使用が想定される車両外装品や車両内装品に応じて適宜設定される。例えば本実施例においては、車両内装品としてのドアトリムに用いることを想定して、図３に示すボード状の成形品ＭＧを成形することができる（なお図３では、便宜上、成形品ＭＧに斜線を付けて図示する）。

そして成形装置ＭＭは、図３を参照して、複数のペレットＰＴから所定形状の成形品ＭＧを成形する装置であり、射出部ＸＭと、成形品ＭＧを成形する金型ＹＭと、型締部ＺＭとをこの順で備える。ここで射出部ＸＭは、ペレットＰＴを溶融させて成形材料とする部位であり、モータ２ｘによって軸周りに回転する円筒状のスクリュー４ｘと、このスクリュー４ｘが挿設された円筒状のシリンダ６ｘと、シリンダ６ｘに連通するホッパ８ｘとを有する。シリンダ６ｘの金型側の端部は円錐状に引締められており、その先端に、後述する金型ＹＭに連通する射出口１４ｘが設けられ、さらにシリンダ６ｘの射出口１４ｘ側には逆流防止弁１２ｘが嵌装されている。またシリンダ６ｘの外周面にはヒーター１０ｘが配設されており、このヒーター１０ｘにて、シリンダ６ｘ内のペレットＰＴを加熱して溶融させることができる。また金型ＹＭは、固定型２ｙと、可動型４ｙと、キャビティ６ｙと、タイバー８ｙを有する。キャビティ６ｙは、成形品ＭＧの外形形状に倣った成形空間であり、型閉め状態の固定型２ｙと可動型４ｙの間に形成されている。また固定型２ｙと可動型４ｙは、これらの周囲に配置する棒状のタイバー８ｙに沿って離間方向に相対移動可能に配置されている。そして固定型２ｙには、射出部ＸＭから送られた成形材料をキャビティ６ｙ内に射出するスプルー３ｙ（通路）が設けられており、可動型４ｙには、後述する型締部ＺＭのエジェクタロッド３ｚが相対移動可能に挿設されている。また型締部ＺＭは、金型ＹＭを型閉じ状態とする部位であり、形成後の成形品ＭＧを取外すエジェクタ機構２ｚと、このエジェクタ機構２ｚに設けられたエジェクタロッド３ｚと、固定型２ｙに対して可動型４ｙを進退させるクロスヘッド４ｚが設けられている。

そして複数のペレットＰＴを、ホッパ８ｘからシリンダ６ｘ内に投入する。これら複数のペレットＰＴは、シリンダ６ｘ内で溶融されながらスクリュー４ｘで混練されて成形材料（図示省略）となり、この成形材料が、射出口１４ｘから金型ＹＭのキャビティ６ｙ内に射出されて所定形状の成形品ＭＧに成形される。そして金型ＹＭを型開きしたのち、所定形状に成形された成形品ＭＧを、エジェクタロッド３ｚを介して金型ＹＭから取出すことができる。

［香付成分］
本実施例においては、上述のコンパウンド工程と成形工程の少なくとも一つの工程に香付成分を投入することができる。ここで香付成分とは、各種の良い匂いを発する固体状又は液状の成分であり、動物系又は植物系の天然香料や合成香料を用いることができる。なかでも植物系の香料は、木質材料由来の良い匂いとなじみやすいことから香付成分として用いることが望ましい。この種の植物系の天然香料として、香料として使用できる樹種の粉体や小片、ヒノキオイルやローズオイルなどのエッセンシャルオイルを例示できる。また植物系の合成香料として、ベンズアルデヒド（杏の香り）、βフェニルエチルアルコール（ローズの香り）、アニスアルデヒド（甘い香り）、クマリンなどを例示できる。なお香料として使用できる樹種の粉体や小片を木質材料に使用する場合には、この木質材料そのものが香付成分として作用することとなる。

例えば本実施例においては、図３を参照して、成形工程において、香付成分を、各ペレットＰＴとともにホッパ８ｘに投入することにより、複数のペレットＰＴと香付成分から成形品ＭＧを成形する。このように最終工程にて香付成分を投入することで、香付成分中の匂いの元となる揮発成分の無駄な揮発や劣化が好適に抑えられて、同成分由来の良い匂いを成形品に好適に付与することができる。ここで成形品中の香付成分の含量は、香付成分に由来する匂いを成形品に付与できる限り特に限定しない。例えば木質材料及び樹脂を合わせた重量と香付成分の重量の比を９０：１０〜９９：１の範囲に設定することができる。

以上説明したとおり本実施例では、加熱工程において、ペレットの形状を極力維持しつつ、木質材料由来の不快な匂いの原因となる揮発成分を好適に除去することができる。このため本実施例の成形品は、上述のように木質材料由来の不快な匂い（焦げ臭）がほとんどしないことから各種の用途（特に車両内装品）に好適に使用できる。また本実施例では、不快な匂いが低減された成形品に対して香付成分によって良い匂いを付加することができる。そして本実施例では、米松、米栂、ＮＺ松、桜、ゴム及び樫からなる群のうちの少なくとも一種の樹種から木質材料を得ることにより、成形品に対して木質材料由来の匂い（不快ではない匂い）が過度に生じることを好適に回避することができる。このため本実施例によれば、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いをより低減することができる。さらに本実施例によれば、上述の効果に加えて、ＶＯＣ性能（揮発性有機化合物の低減効果）やフォギング性能（ガラス曇りの抑止効果）をも同時に向上させることが期待できる。

［試験例］
以下、本実施形態を試験例に基づいて説明するが、本発明は試験例に限定されない。そして下記の［表１］に、実施例１〜８の成形品に使用した樹脂と木質材料を示す。また下記の［表２］に、実施例９及び参考例１の成形品に使用した樹脂と木質材料を示す。また下記の［表３］に、実施例１〜９及び参考例１の臭気試験の結果を示し、下記の［表４］に、比較例１〜９の臭気試験の結果を示す。

［実施例１］
実施例１では、［表１］を参照して、バインダとなる樹脂としてポリプロピレン（融点１６５℃、住友化学社製、品番:ＡＺ８６４）を使用した。また木質材料として杉（ＴＡＢＦＢ‐ＷＤ１）の粉末を使用した。そしてコンパウンド工程において、図２のペレット成形装置を用いて、９０重量部の樹脂と１１重量部の木質材料から円筒状の複数のペレット（φ３ｍｍ、長さ３ｍｍ）を成形した。つぎに加熱装置（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製、型式ＤＲＫ６３３ＤＢ）を用いて、敷き詰めた状態の複数のペレットを１４０℃で１時間加熱した。そして成形工程において、図３の成形装置を用いて、複数のペレットから平板状の成形品（縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、重量３．６ｇ）を成形した。この平板状の成形品は、例えば車両内装品であるドアトリムに用いることができる。

［実施例２〜実施例８］
実施例２〜実施例８では、樹種の異なる木質材料を使用した点以外は実施例１と同一の条件及び手順で成形品を製造した。すなわち［表１］を参照して、実施例２では、木質材料として米松の粉末を使用した。実施例３では、木質材料として米栂の粉末を使用した。実施例４では、木質材料としてＮＺ松の粉末を使用した。実施例５では、木質材料として桜の粉末を使用した。実施例６では、木質材料としてゴムの粉末を使用した。実施例７では、木質材料としてカシ（樫）の粉末を使用した。実施例８では、木質材料としてリンゴの粉末を使用した。

［実施例９、参考例１］
実施例９では、木質材料として桜の粉末を使用した点以外は実施例１と同一の条件及び手順で成形品を製造した。また参考例１では、木質材料を成形工程で投入した点以外は実施例９と同一の条件及び手順で成形品を製造した。

［比較例１〜比較例９］
比較例１〜比較例８では、加熱工程を省略した点以外は対応する実施例と同一の条件及び手順で成形品を製造した。すなわち各比較例は、その番号が同一の実施例に対応しており、例えば比較例１は実施例１に対応し、比較例８は実施例８に対応する。そして比較例９では、コンパウンド工程後に複数のペレットを１００℃（乾燥条件）で１時間加熱した点以外は対応する実施例１と同一の条件及び手順で成形品を製造した。

［成形品の臭気試験］
各実施例、各比較例及び参考例の成形品の臭気強度と快・不快度を、日本建築学会基準「ＡＩＪＥＳ‐Ａ００７‐２０１０ 室内の臭気に関する臭気測定法マニュアル，ｐ.１６，２０１０.９」（社団法人日本建築学会）に基づいて測定した。ここで臭気強度は「においの強さ」を数値化したものであり、数値が多くなるほどにおいが強いことを示す。また快・不快度は、「快・不快の程度」を数値化したものであり、数値が多くなるほど快の程度が強いことを示す。そして臭気強度と快・不快度を総合的に判断して、車両内装品に好適に使用できると判定した場合に「○」、車両内装品に使用できると判定した場合に「（○）」、車両内装品に使用した場合には問題が生ずると判定した場合に「×」、車両内装品に使用できないと判定した場合に「××」とした。

［結果及び考察］
［表４］を参照して、各比較例の成形品は、車両内装品に使用できるものとできないものがあることがわかった。このことから本実施例の加熱工程を省略することで、木質材料として使用できる樹種の選択の自由度が狭まってしまうことがわかった。また比較例９の成形品は、焦げ臭が発生しており、車両内装品に使用できないものであった。このことからコンパウンド工程後に複数のペレットを１００℃（乾燥条件）で１時間加熱しただけでは不快な匂いを除去できないことがわかった。

そして［表３］を参照して、実施例１〜９の成形品は、いずれも焦げ臭の発生が好適に抑えられており、車両内装品に使用できることがわかった。このことは加熱工程を行うことにより、各木質材料中の焦げ臭の元となる揮発成分（木質熱分解揮発成分）を十分に除去できたためと考えられる。特に実施例２〜実施例７の成形品は臭気強度が比較的低い（いずれも臭気強度２以下である）ことが分かった。このことから米松、米栂、ＮＺ松、桜、ゴム（パラゴムノキ）及び樫からなる群のうちの少なくとも一種の樹種から得られる木質材料を用いることで、匂いの強度が比較的低く万人受けしやすい成形品を得られることがわかった。また実施例９と参考例１においては、［表３］を参照して、香付成分としての桜によって、香付成分に由来する匂いを成形品に好適に付与できることがわかった。特に参考例１から、加熱工程後の成形工程において香付成分を投入することにより、香付成分に由来する匂いを成形品に好適に付与できることが容易に推察された。この結果から各実施例において、加熱工程を行うことにより、木質材料として使用できる樹種選択の自由度をより広げつつ、木質材料由来の不快な匂いを低減できることがわかった。さらに本実施例によれば、上述の効果に加えて、ＶＯＣ性能やフォギング性能をも同時に向上させることができることが容易に推察された。

本実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の実施形態を取り得る。本実施形態では、車両内装品としてドアトリムを例示したが、本実施例の成形品は、インストルメントパネル、ピラーガーニッシュ、コンソール等の各種の車両内装品や車両外装品に使用することができる。

ＭＧ 成形品
ＰＴ ペレット
ＲＮ 樹脂
ＷＤ 木質材料
ＰＭＭ ペレット成形装置
２ｐ 第一投入部
４ｐ 第二投入部
６ｐ 混練部
８ｐ 冷却部
１０ｐ 裁断部
１２ｐ 回収部
ＭＭ 成形装置
ＸＭ 射出部
２ｘ モータ
４ｘ スクリュー
６ｘ シリンダ
８ｘ ホッパ
１０ｘ ヒーター
１２ｘ 逆流防止弁
１４ｘ 射出口
ＹＭ 金型
２ｙ 固定型
３ｙ スプルー
４ｙ 可動型
６ｙ キャビティ
８ｙ タイバー
ＺＭ 型締部
２ｚ エジェクタ機構
３ｚ エジェクタロッド
４ｚ クロスヘッド

Claims (3)

1. バインダとなる樹脂と木質材料とから複数のペレットを成形するコンパウンド工程と、前記複数のペレットから所定形状の成形品を成形する成形工程とを備えた成形品の製造方法において、
   前記コンパウンド工程と前記成形工程の間に加熱工程が設けられるとともに、前記加熱工程において、前記複数のペレットを、前記木質材料内の焦げ臭の元となる揮発成分が揮発可能な温度で且つ前記樹脂の融点未満の温度で加熱する成形品の製造方法。
2. 前記成形工程において、前記複数のペレットと香付成分から前記成形品を成形する請求項１に記載の成形品の製造方法。
3. 前記コンパウンド工程において、米松、米栂、ＮＺ松、桜、ゴム及び樫からなる群のうちの少なくとも一種の樹種から得られる前記木質材料を使用する請求項１又は２に記載の成形品の製造方法。