JP6545145B2 - 複合樹脂成型体 - Google Patents

Description

本発明は、有機繊維状フィラーが良好に分散された複合樹脂成型体に関する。

汎用樹脂は、袋、各種包装、各種容器、シート類等の多様な生活用品の材料として、また、自動車部品、電気部品等の工業部品、及び日用品、雑貨用品等の材料としてよく利用されている。しかしながら、汎用樹脂の成型体は、機械的強度が不十分であること等の欠点を有している。そのため、汎用樹脂を強化する目的で、強化用繊維として繊維状フィラーである天然繊維やガラス繊維、炭素繊維などを汎用樹脂中に分散させることにより、汎用樹脂の機械的強度を向上させた複合樹脂成型体が用いられている。中でもセルロースなどの有機繊維状フィラーは、安価であり、かつ廃棄時の環境性にも優れていることから、強化用繊維として注目視されている。

一方、複合樹脂成型体には、溶融樹脂中に有機繊維状フィラーを分散させにくいという問題や、また有機繊維状フィラーが分散工程で変色することから、複合樹脂成型体が変色するという問題がある（以下、変色することを「濃色化」ともいう）。複合樹脂成型体は、濃色化すると、家電製品などの筐体部材としての見栄えが悪化することから、展開先が限定的となる問題がある。そこで、樹脂と繊維とを複合させた樹脂ペレットを作製する際に、特許文献１では、パルプを湿式工法で繊維を解繊、乾燥した後に、溶融樹脂と混合し、特定の分散剤を配合することにより繊維状フィラーを樹脂中に分散している。また特許文献２では、溶融樹脂に繊維状フィラーを混合する際に、短時間で繊維状フィラーを含浸することにより、複合樹脂の濃色化を抑制している。

特開２０１２-１０２３２４号公報 特開２００７-１２５７３９号公報

しかしながら、特許文献１では、湿式工法で解繊した繊維状フィラーは、解繊と同時に破断されることがあり、繊維長が短縮したために熱伝導性が低下することがあった。したがって、樹脂ペレットを作製する際や、樹脂ペレットを射出成型する際に、熱伝導性が低下した繊維状フィラーは、熱による劣化を受けやすく、濃色化することがあり、つまり射出成型品が濃色化することがあった。このように、樹脂中に有機繊維状フィラーを分散させた複合樹脂成型体においては、濃色化を抑制することは困難であった。
また特許文献２では、複合樹脂成型体の濃色化を抑制することはできるが、樹脂ペレット中に繊維状フィラーが分散されずに凝集塊として残存するために、樹脂ペレットは成型時の流動性が低下し、得られる複合樹脂成型体に外観不良が発生することがあった。
本発明は、上記従来のトレードオフの関係にある、成型体の濃色化と有機繊維状フィラーの分散の２つの課題を考慮して、有機繊維状フィラーの濃色化抑制と分散性向上とを同時に解決することが可能な複合樹脂成型体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討した結果、主剤樹脂と、特定量の有機繊維状フィラーと、分散剤とを溶融混練することにより、複合樹脂成型体中の有機繊維状フィラーは、炭化による濃色化が抑制され、分散性が向上することを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の要旨は、下記のとおりである。
［１］主剤樹脂、有機繊維状フィラーおよび分散剤を含有する溶融混練物からなる複合樹脂成型体であって、
前記有機繊維状フィラーは、セルロースが含まれたセルロース類であって、複合樹脂成型体における含有量が５質量％以上７０質量％以下であり、
有機繊維状フィラーの繊維径分布におけるＤ _９０ の繊維径が５μｍ以上であり、Ｄ _１０ の繊維径が５００ｎｍ以下であり、
主剤樹脂の明度（（Ｌ＊）１）と、複合樹脂成型体の明度（（Ｌ＊）２）との差の絶対値（｜（Ｌ＊）１−（Ｌ＊）２）｜）が１０以下であり、
主剤樹脂がポリプロピレンであり、
式（１）で表される、複合樹脂成型体中の炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔが０．１以下であることを特徴とする複合樹脂成型体。
Ｔ＝Ｐ_Ｃ／（Ｐ_Ｃ＋Ｐ_ＵＣ） （１）
（Ｐ_Ｃは、複合樹脂成型体の任意の箇所におけるＦＴ−ＩＲ法により分析したＩＲスペクトルにおけるカルボニル基由来のピーク高さであり、Ｐ_ＵＣは、同ＩＲスペクトルにおけるエーテル基由来のピーク高さである。）
［２］上記［１］記載の複合樹脂成型体を製造するための方法であって、主剤樹脂と有機繊維状フィラーと分散剤とを溶融混練した後に成型することを特徴とする複合樹脂成型体の製造方法。
［３］上記［１］に記載の複合樹脂成型体からなることを特徴とする筐体部材。

本発明によれば、有機繊維状フィラーの分散向上と濃色化抑制により、機械的強度に優れ、外観性に優れた複合樹脂成型体のペレットを実現することができる。また本発明の複合樹脂成型体のペレットを材料として成型した成型物は、濃色化していないことから、家電製品など広分野の筐体部材として有用であり、優れた特性をもった筐体部材を提供することができる。

本発明の複合樹脂成型体の断面模式図 本発明の複合樹脂成型体中に分散した有機繊維状フィラーの断面模式図 本発明の複合樹脂成型体の製造プロセスを例示するフロー図 本発明の複合樹脂成型体ペレットの代表的な模式図

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の複合樹脂成型体は、主剤樹脂、有機繊維状フィラーおよび分散剤を含有する溶融混練物からなるものであり、複合樹脂ペレット、複合樹脂ペレットから成形される成形体、それを使用した製品の外装部材や内装部材が該当する。複合樹脂成型体中の炭化した有機繊維状フィラーは特定の割合を有する。複合樹脂成型体は、図１の模式図に示すように、主剤樹脂１中に有機繊維状フィラー２が分散されており、一部の有機繊維状フィラー２は炭化した有機繊維状フィラー３として存在している。

本発明において、主剤樹脂１は、良好な成型性を確保するために、熱可塑性樹脂であることが好ましく、熱可塑性樹脂として、オレフィン系樹脂（環状オレフィン系樹脂を含む）、スチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、有機酸ビニルエステル系樹脂またはその誘導体、ビニルエーテル系樹脂、ハロゲン含有樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ポリスルホン系樹脂（ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど）、ポリフェニレンエーテル系樹脂（２，６−キシレノールの重合体など）、セルロース誘導体（セルロースエステル類、セルロースカーバメート類、セルロースエーテル類など）、シリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンなど）、ゴムまたはエラストマー（ポリブタジエン、ポリイソプレンなどのジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなど）などが挙げられる。上記の樹脂は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用することができる。
なお、主剤樹脂１は熱可塑性を有していれば上記の材料に限定されるものではない。

これらの熱可塑性樹脂のうち、主剤樹脂１は、比較的低融点であるオレフィン系樹脂であることが好ましい。オレフィン系樹脂としては、オレフィン系単量体の単独重合体の他、オレフィン系単量体の共重合体、オレフィン系単量体と他の共重合性単量体との共重合体が含まれる。
オレフィン系単量体としては、例えば、鎖状オレフィン類（エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテンなどのα−Ｃ２−２０オレフィンなど）、環状オレフィン類などが挙げられる。これらのオレフィン系単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。上記オレフィン系単量体のうち、エチレン、プロピレンなどの鎖状オレフィン類が好ましい。
他の共重合性単量体としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステル；（メタ）アクリル酸、アルキル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル系単量体；マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸またはその無水物；カルボン酸のビニルエステル（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど）など；ノルボルネン、シクロペンタジエンなどの環状オレフィン；およびブタジエン、イソプレンなどのジエン類などが挙げられる。これらの共重合性単量体は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
オレフィン系樹脂の具体例としては、ポリエチレン（低密度、中密度、高密度または線状低密度ポリエチレンなど）、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン−１などの三元共重合体などの鎖状オレフィン類（特にα−Ｃ２−４オレフィン）の共重合体などが挙げられる。

次に分散剤について説明する。
本発明の複合樹脂成型体は、有機繊維状フィラー２と主剤樹脂１との接着性、あるいは
主剤樹脂１中の有機繊維状フィラー２の分散性を向上させるなどの目的で、分散剤を含有
する。分散剤としては、各種のチタネート系カップリング剤、シランカップリング剤、不
飽和カルボン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、またはその無水物をグラフトした変性ポ
リオレフィン、脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルなどが挙げられる。上記シランカ
ップリング剤は、不飽和炭化水素系やエポキシ系のものが好ましい。分散剤の表面は、熱
硬化性もしくは熱可塑性のポリマー成分で処理され変性処理されても問題ない。
本発明の複合樹脂成型体における分散剤の含有量は、０．０１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以上５質量％以下であることがさらに好ましい。分散剤の含有量が、０．０１質量％未満であると、分散不良が発生し、一方、分散剤の含有量が２０質量％を超えると、複合樹脂成型体の強度が低下する。

次に有機繊維状フィラー２について説明する。
本発明の複合樹脂成型体は、機械的特性の向上や、線膨張係数の低下による寸法安定性などの効果を得るために、有機繊維状フィラー２を含有する。
有機繊維状フィラー２は、成型体内部まで均一に熱伝導性を付与することによって、樹脂の溶融混練時の剪断力による熱エネルギーが局所的に発生することを抑制し、有機繊維状フィラーの炭化による濃色化を抑えるために、主剤樹脂１よりも熱伝導率が高いことが好ましい。具体的には、パルプ、セルロース、セルロースナノファイバー、リグノセルロース、リグノセルロースナノファイバー、綿、絹、羊毛あるいは麻等の繊維状フィラー、ジュート繊維、レーヨンあるいはキュプラなどの再生繊維、アセテート、プロミックスなどの半合成繊維、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、アラミド、ポリオレフィンなどの合成繊維、さらにはそれらの表面及び末端に化学修飾した変性繊維などが挙げられる。またさらにこれらの中で、入手性、熱伝導率の高さ、線膨張係数の低さの観点から、パルプ、セルロース、セルロースナノファイバー、リグノセルロース、リグノセルロースナノファイバー、綿、麻、ジュート繊維、レーヨン、キュプラ、アセテートなどのように、組成としてセルロースが含まれているセルロース類が特に好ましく、これらからなる繊維状フィラーが混在していてもよい。

有機繊維状フィラー２の一部は、繊維径が短い、繊維長さが短い、または繊維同士の絡み方が少ないなどの理由によって、主剤樹脂１や他の有機繊維状フィラー２に熱エネルギーが移動しにくい３次元構造になる場合があり、局所的に有機繊維状フィラー２の温度が上昇することから、有機繊維状フィラー２の一部は、炭化反応が進行し、僅かに濃色化することがある。図１中に炭化した有機繊維状フィラー３を示す。

本発明の複合樹脂成型体の断面に現れる複数の有機繊維状フィラーにおいて、複合樹脂成型体中に分散している炭化した有機繊維状フィラーの割合（炭化度）Ｔは、ラマン分光法やフーリエ変換赤外線分光分析（ＦＴ−ＩＲ）法などの光学分析手法を用いて測定され得る。例えば、有機繊維状フィラーがセルロース類である場合、その炭化度Ｔは、複合樹脂成型体の任意の箇所におけるＦＴ−ＩＲ法により分析したＩＲスペクトルにおけるカルボニル基由来のピーク高さＰ_Ｃと、同ＩＲスペクトルにおけるエーテル基由来のピーク高さＰ_ＵＣとから、次式（１）で算出され得る。
Ｔ＝Ｐ_Ｃ／（Ｐ_Ｃ＋Ｐ_ＵＣ） （１）
セルロースは、炭化反応が進行することによって分解される。これにより、セルロースを構成するエーテル基（Ｃ−Ｏ−Ｃ）が減少し、ＩＲスペクトルにおけるエーテル基由来のピーク高さ（波数１０６０ｃｍ^−１付近）Ｐ_ＵＣが小さくなる。一方で、セルロースの炭化反応が進行するにつれて、カルボニル基が増加するため、ＩＲスペクトルにおけるカルボニル基由来のピーク高さＰ_Ｃは大きくなる。従って、上記式（１）により、セルロース類の炭化度Ｔを算出することができる。
あるいは、炭化した有機繊維状フィラーの面積の合計Ｓ_Ｃと、炭化していない有機繊維状フィラーの面積の合計Ｓ_ＵＣとから、炭化した有機繊維状フィラーの割合（Ｓ_Ｃ／（Ｓ_Ｃ＋Ｓ_ＵＣ））を炭化度Ｔとして算出することも可能である。
なお、上記分析手法において、視野角はおおよそ２００μｍ四方であることが好ましいが、巨視的に複合樹脂成型体中に分散された炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔを測定できれば上記の測定手段、視野角に限定されるものではない。
有機繊維状フィラーは、割合Ｔが１に近づくほど、炭化反応が進行しており、複合樹脂成型体は濃色化し、また割合Ｔが０に近づくほど、炭化反応が進行しておらず、複合樹脂成型体は濃色化していない。

本発明において、炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔは０．１以下であることが必要であり、０．０８以下であることが好ましく、０．０６以下であることがより好ましい。炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔが０．１より大きいと、局所的な有機繊維状フィラーの温度上昇によって生じた有機繊維状フィラーの炭化によって、樹脂ペレットが濃色化する。濃色化した樹脂ペレットの色は、目視では白色（透明）よりも認識されやすいため、白色ペレットとして射出成型の原材料に用いる場合の工業展開先が限定的となる問題がある。一方、炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔが０．１以下であると、有機繊維状フィラーの炭化がほとんど進行していないので、複合樹脂成型体の濃色化が抑制でき、白色ペレットとして射出成型の原材料に用いて、複合樹脂成型体を得ることが可能となる。

有機繊維状フィラーの断面の模式図を図２に示す。主剤樹脂１中に存在する直径５μｍ前後の有機繊維状フィラーの半径をｒ_０、断面中心からの距離をｒとした際に、有機繊維状フィラー断面において、断面中心からの距離ｒが半径ｒ_０の√２／２倍以上である部分を断面の周辺部と定義し、断面中心からの距離ｒが半径ｒ_０の√２／２倍未満である部分を断面の中心部と定義する。
式（２）で表される、炭化した周辺部の割合Ｔ_ＯＵＴと、式（３）で表される、炭化した中心部の割合Ｔ_ＩＮが、次式（４）を満足することが好ましい。
Ｔ_ＯＵＴ＝Ｓ_{ＯＵＴ−Ｃ}／（Ｓ_{ＯＵＴ−Ｃ}＋Ｓ_{ＯＵＴ−ＵＣ}） （２）
Ｔ_ＩＮ＝Ｓ_ＩＮ−Ｃ／（Ｓ_ＩＮ−Ｃ＋Ｓ_{ＩＮ−ＵＣ}） （３）
Ｔ_ＩＮ＜Ｔ_ＯＵＴ （４）
（Ｓ_{ＯＵＴ−Ｃ}は、複合樹脂成型体の断面に現れる複数の有機繊維状フィラーの断面において、炭化した周辺部の面積の合計であり、Ｓ_{ＯＵＴ−ＵＣ}は、炭化していない周辺部の面積の合計であり、Ｓ_ＩＮ−Ｃは、炭化した中心部の面積の合計であり、Ｓ_{ＩＮ−ＵＣ}は、炭化していない中心部の面積の合計である。）
この理由について以下に説明する。
すなわち、Ｔ_ＯＵＴがＴ_ＩＮよりも大きい場合は、有機繊維状フィラーは、表面の炭化が進行しても、中心部の炭化が進行していないので、機械的強度を確保することができる。一方、Ｔ_ＯＵＴがＴ_ＩＮよりも小さい場合は、有機繊維状フィラーは、中心部の炭化が進むことから、有機繊維状フィラー自体の機械的強度が低下する問題が発生する。よって有機繊維状フィラーの断面においては、炭化した周辺部の割合が、炭化した中心部の割合よりも大きいことが好ましい。

主剤樹脂１中に分散した有機繊維状フィラー２は、繊維径分布におけるＤ_１０の繊維径が５００ｎｍ以下であり、繊維径分布におけるＤ_９０の繊維径が５μｍ以上であることが好ましい。この理由について以下に説明する。
すなわち、主剤樹脂１の機械的強度を向上させるためには、有機繊維状フィラー２は、繊維径が細い状態で分散されていることが好ましく、Ｄ_１０の繊維径が５００ｎｍ以下であれば、主剤樹脂１中に分散される有機繊維状フィラー２の本数を増やすことができ、複合樹脂成型体の機械的強度向上させることができる。一方、Ｄ_１０の繊維径が５００ｎｍよりも大きいと、主剤樹脂１中に分散される有機繊維状フィラー２の本数が減少するために、複合樹脂成型体の機械的強度が低下する問題が発生する。
またＤ_９０の繊維径が５μｍ以上である有機繊維状フィラー２は、主剤樹脂１中において熱伝導性を確保することできるので、有機繊維状フィラー２の炭化を抑制することができる。一方、Ｄ_９０の繊維径が５μｍよりも小さい有機繊維状フィラー２は、主剤樹脂１中において局所的な発熱が起こる際に熱伝導性が低下するために、有機繊維状フィラー２の炭化が発生するという問題がある。よって、有機繊維状フィラーは、Ｄ_１０の繊維径が５００ｎｍ以下であり、Ｄ_９０の繊維径が５μｍ以上であることが好ましい。

本発明の複合樹脂成型体における有機繊維状フィラーの含有量は、５質量％以上７０質量％以下であることが必要であり、７．５質量％以上６０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上５０質量％以下であることがより好ましい。有機繊維状フィラーの含有量が５質量％未満であると、複合樹脂成型体は、機械的強度を確保することができず、また有機繊維状フィラーの含有量が７０質量％を超えると、溶融混練時の粘度が上がるために、主剤樹脂中の有機繊維状フィラーの分散性が低下し、また得られた複合樹脂成型体は、外見不良が発生するなどの問題がある。

本発明の複合樹脂成型体は、繊維状フィラーとして、上記有機繊維状フィラーを含有するが、有機繊維状フィラーの炭化による濃色化を抑えるため、成型体内部まで均一に熱伝導性を付与することができる、有機繊維状フィラー以外の繊維状フィラーを含有してもよい。有機繊維状フィラー以外の繊維状フィラーとしては、たとえば、カーボンファイバー（炭素繊維）、カーボンナノチューブ、塩基性硫酸マグネシウム繊維（マグネシウムオキシサルフェート繊維）、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、炭酸カルシウム繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、ワラストナイト、ゾノトライト、各種金属繊維などが挙げられ、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ガラス繊維が好ましい。

主剤樹脂１中に分散した有機繊維状フィラーの炭化を制御することより、複合樹脂成型体の明度（Ｌ値）を調整することができる。明度（Ｌ値）とは、Ｌａｂ表色系におけるＬ値により示される値であり、明度（Ｌ値）が高いほど淡色であり、Ｌ値が小さいほど濃色である。明度（Ｌ値）は色彩色差計などの測定器を用いて測定することができる。なお、本発明において、明度（Ｌ値）は、以下の方法に従って測定を行った。すなわち、主剤樹脂１と有機繊維状フィラーと分散剤とを溶融混練して作製した複合樹脂成型体の上に、色差計を当て、明度（Ｌ値）の測定を行った。主剤樹脂１の明度を（Ｌ^＊）１とし、主剤樹脂１と有機繊維状フィラーと分散剤によって構成された複合樹脂成型体の上記測定法における明度を（Ｌ^＊）２とした際に、（Ｌ^＊）１と（Ｌ^＊）２の差の絶対値ΔＬ（以下、色差と記述する）が１０以下であることが好ましい。色差がこの範囲内にあるとき、主剤樹脂１に対して複合樹脂成型体の色みがほとんど変化しないため、様々な部材に複合樹脂成型体を用いることが可能となる。色差が１０より大きい場合は、複合樹脂成型体が濃色化しているために、複合樹脂成型体の工業展開先が限定的となる問題がある。

次に、図３を用いて複合樹脂成型体の製造方法について説明する。
図３は本発明の複合樹脂成型体の製造プロセスを例示するフロー図である。
溶融混練処理装置内に、主剤樹脂、有機繊維状フィラーおよび分散剤が投入され、装置内で溶融混練されることで、主剤樹脂が溶融し、溶融された主剤樹脂に、有機繊維状フィラーと分散剤が分散される。また同時に装置の剪断作用により、有機繊維状フィラーの凝集塊の解繊が促進され、有機繊維状フィラーを主剤樹脂中にさらに細かく分散させることができる。

従来、有機繊維状フィラーとして、湿式分散などの前処理により事前に繊維を解繊したものが使用されている。しかし、有機繊維状フィラーは、前処理によりダメージが加わるために、繊維長が短くなる、または繊維中に部分的な欠損が生じることがある。よって、湿式分散などの前処理を行なった有機繊維状フィラーを含有する溶融樹脂は、有機繊維状フィラーによる熱伝導性が低下するので、加熱された有機繊維状フィラーは、局所的にその熱分解温度を超えるために、炭化が生じ、得られる複合樹脂成型体は濃色化する。

これに対して本発明の複合樹脂成型体の製造プロセスでは、有機繊維状フィラーの解繊処理、変性処理を目的とした湿式分散による前処理を行わずに、主剤樹脂や分散剤などと一緒に溶融混練処理（全乾式工法）を行う。この工法では、有機繊維状フィラーの湿式分散処理を行わないことにより有機繊維状フィラーへのダメージが軽減し、繊維径の太い有機繊維状フィラーが溶融樹脂中に存在して熱伝導率が低下しにくいために、溶融樹脂の温度上昇を抑制しやすくなる。よって有機繊維状フィラーの炭化が進行しにくくなるので、複合樹脂成型体ペレットの濃色化を抑制することができる。

溶融混練装置から押し出された溶融複合樹脂は、例えば水冷装置等の冷却工程を施した後に、ペレタイザー等の切断工程を経て、ペレットに作製される。本発明の製造方法により作製した複合樹脂成型体ペレット６の模式図を図４に示す。円柱状のペレット６の寸法は、射出成型機内における樹脂ペレット材料の投入性、流動性の観点から、高さＨは１〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜５ｍｍであることがより好ましい。同様に理由により、外径Ｄは１０ｍｍ以下であることが好ましく、２〜５ｍｍであることがより好ましい。なお、ペレット６の形状は円柱状に限定されるものではなく、曲面形状や球体形状を有した樹脂ペレットであってもよい。

複合樹脂成型体ペレットを射出成型することにより、複合樹脂成型体としての射出成型品を作製することができる。複合樹脂成型体ペレットは、上記のように、有機繊維状フィラーへのダメージが軽減され、繊維径の太い有機繊維状フィラーが存在し、射出成型品を作製する際において熱伝導性が低下しにくいため、濃色化が抑制された射出成型品を得ることができる。また複合樹脂成型体ペレットは、繊維径の細い繊維状フィラーも分散されているため、得られる射出成型品は機械的強度も有している。

以下、実施例および比較例について説明する。
複合樹脂成型体、有機繊維状フィラーの特性は下記の方法で測定、評価した。

（１）繊維径
得られたシートについて断面ＳＥＭ測定を行い、ポリプロピレン中に分散したパルプの繊維径分布を算出し、繊維径分布におけるＤ_９０の繊維径と、Ｄ_１０の繊維径を求めた。

（２）弾性率、機械強度
得られたパルプ分散ポリプロピレンシートをダンベル形状に打ち抜き、引張試験装置により弾性率を測定した。また機械強度評価として、弾性率が２．０ＧＰａより大きいものを良好と判断して「○」と評価し、そうでないものを「×」と評価した。

（３）炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔ
炭化した有機繊維状フィラーの炭化度の評価について記載する。フーリエ変換赤外線分光分析（ＦＴ−ＩＲ）法を用いて評価した（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 ｉＳ１０）。そして、前述した式（１）により、成形体の任意の箇所の炭化度Ｔを測定した。

（４）色差（ΔＬ）
得られたシートについて、色彩色差計を用いてＬ値（明度）を測定し、色差を算出した。まずシート表面に色彩色差計（株式会社コニカミノルタ製 ＣＭ−７００ｄ）を設置して明度（（Ｌ^＊）２）を測定し、主剤樹脂であるポリプロピレンのシートの明度（（Ｌ^＊）１）との差の絶対値を算出して、色差（ΔＬ）を求めた。濃色化抑制の評価として、色差（ΔＬ）が１０以下であるものを良好と判断して「○」と評価し、そうでないものを「×」と評価した。

（５）外観性
得られたシートについて外観を観察し、シート表面の凝集体や、樹脂とパルプとの色ムラが無ければ「○」と評価し、あれば「×」と評価した。

（実施例１）
以下の製造方法によって、パルプ分散ポリプロピレンペレットを製造した。
ポリプロピレン（株式会社プライムポリマー製 商品名Ｊ１０８Ｍ、熱伝導率０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ））と、有機繊維状フィラーとして綿状針葉樹パルプ（三菱製紙株式会社製 商品名ＮＢＫＰ Ｃｅｌｇａｒ、平均繊維径１μｍ、熱伝導率０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ））と、分散剤として無水マレイン酸変性ポリオレフィン（三洋化成工業株式会社製 商品名ユーメックス（登録商標））とを質量比で１００：１５：５となるよう秤量し、ドライブレンドした。その後、二軸混練機（株式会社クリモト鉄工所製、ＫＲＣニーダ）にて溶融混練分散し、パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製した。

作製したパルプ分散ポリプロピレンペレットをＳＵＳ板上へ配置し、ペレットの周りを２ｍｍ厚みのシムプレートで長方形型に囲み、その上にもう１枚のＳＵＳ板を配置し、温度２００℃の平板熱プレス機（株式会社井元製作所製 １１ＦＤ）に挟み、３ｔの荷重をかけてシート状の融液とした。
溶融したシート樹脂をＳＵＳ板に挟んだまま、鉄板の上に放置し、室温で放冷した。室温まで冷却させた後、樹脂シートを取り出し、２ｍｍ厚の樹脂シートを得た。
得られた樹脂シートを、二軸延伸機（株式会社井元製作所製 １１Ａ９）にて、１５０℃で逐次二軸延伸を行った。延伸倍率はそれぞれ３倍とした。上記の方法により、複合樹脂成型体としてパルプ繊維分散ポリプロピレンシートを得た。

得られたパルプ分散ポリプロピレンシートは、弾性率は２．６ＧＰａであり、一般的なパルプが分散されていないポリプロピレンシートに比べて、高強度化されていた。また得られたシートの色差（ΔＬ）は５であり、濃色化の抑制は良好と評価された。
シートに分散したパルプは、Ｄ_１０の繊維径が３ｎｍ、Ｄ_９０の繊維径が１４μｍであった。シートに分散した炭化したパルプの割合Ｔは０．０６であった。
得られたシートは、表面に凝集体が見られず、また樹脂とパルプとの色ムラがないものであった。

（実施例２〜４、比較例１〜３）
実施例２〜４、比較例１〜３では、パルプの含有量と分散剤の種類を表１に記載の含有量と種類に変更した以外は実施例１と同様にして、パルプ繊維分散ポリプロピレンシートを作製した。なお、実施例４においては、分散剤として不飽和炭化水素系シランカップリング剤（モメンティブ社製 商品名ＳＩＬＱＵＥＳＴ）を用いた。

（比較例４）
前処理（摩砕機などの物理的剪断力の付加や水と分散剤を用いた湿式分散による繊維の解繊化、変性化）により繊維の解繊が進んだパルプ繊維を用いた以外は、実施例１と同様にして、パルプ繊維分散ポリプロピレンシートを作製した。

（比較例５）
パルプ分散ポリプロピレンペレットを作製せずに、ポリプロピレンのペレットとパルプとをＳＵＳ板上へ配置した以外は、実施例１と同様にして、パルプを含浸させたシート状の融液を得た。その後、実施例１と同様の方法で繊維分散ポリプロピレンシートを作成した。

実施例１〜４および比較例１〜５の複合樹脂成型体の構成、製造条件、測定結果、評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、パルプの含有量が５質量％以上７０質量％以下であって、分散剤が無水マレイン酸変性ポリオレフィンである実施例１〜３の複合樹脂成型体、また分散剤がシランカップリング剤である実施例４の複合樹脂成型体は、弾性率が高く、濃色化されにくく、また表面に凝集体や樹脂とパルプとの色ムラは無く、見た目が均一であり、外観性は良好であった。

一方、パルプの含有量が３質量％である比較例１やパルプを含有しない比較例３では、繊維の炭化による樹脂シートの濃色化は認められなかったものの、主剤樹脂中の物理的骨格となるパルプの量が少ないかパルプが存在しないために、機械的強度を十分に上げることができず、その結果、弾性率が不足する問題が生じた。
パルプの含有量が８０質量％である比較例２では、樹脂シートの濃色化が認められ、また樹脂シート表面にパルプの凝集体が存在する外観不良が発生した。これは、パルプの添加量が多くなることによって溶融混練時の樹脂粘度が上昇し、剪断力による温度上昇が起こりやすくなることから、パルプ繊維の炭化が進行し、またパルプ含有量に対して樹脂含有量が十分でないために、パルプ繊維の一部が解繊されず、凝集体が樹脂シートに混入したと考えられる。

湿式分散によって前処理された解繊パルプを用いた比較例４では、樹脂シートの濃色化が認められた。これは、パルプの前処理によって、パルプは、繊維径が細くなりまたは繊維に物理的ダメージが加わり、熱伝導性が低下したために、溶融混練時に生じた発熱を十分に分散させることができず、パルプ繊維が炭化しやすくなったためと考えられる。なお、樹脂中に分散しているパルプのＤ_９０の繊維径は３μｍであり、実施例のそれと比較して小さかった。
含浸方法によってパルプを樹脂と混合した比較例５では、パルプのＤ_１０の繊維径は２５ｎｍであり、実施例のそれと比較して大きい値であった。これは、溶融混練によるパルプ繊維への剪断力がかからないため、繊維径の細いパルプ繊維量が少なくなったためと考えられる。よって、比較例５では、主剤樹脂中の物理的骨格となるパルプが少なくなったために、機械的強度を上げることができず、その結果、弾性率が不足する問題が生じた。

以上の評価から、主剤樹脂と、含有量が５質量％以上７０質量％以下であるパルプ繊維と、分散剤とを溶融混練することにより、濃色化が抑制され、機械強度、外観性に優れた複合樹脂成型体を作製ができることが分かった。

本発明の複合樹脂成型体は、樹脂成型体の機械的強度の強化を図り、同時に樹脂の濃色化を抑制することができ、家電・車載・航空用途等の筐体部品に用いる複合樹脂成型体として有用である。

１ 主剤樹脂
２ 有機繊維状フィラー
３ 炭化した有機繊維状フィラー
４ 有機繊維状フィラー断面の未炭化部
５ 有機繊維状フィラー断面の炭化部
６ 複合樹脂成型体ペレット

Claims (3)

1. 主剤樹脂、有機繊維状フィラーおよび分散剤を含有する溶融混練物からなる複合樹脂成型体であって、
   前記有機繊維状フィラーは、セルロースが含まれたセルロース類であって、複合樹脂成型体における含有量が５質量％以上７０質量％以下であり、
   有機繊維状フィラーの繊維径分布におけるＤ _９０ の繊維径が５μｍ以上であり、Ｄ _１０ の繊維径が５００ｎｍ以下であり、
   主剤樹脂の明度（（Ｌ＊）１）と、複合樹脂成型体の明度（（Ｌ＊）２）との差の絶対値（｜（Ｌ＊）１−（Ｌ＊）２）｜）が１０以下であり、
   主剤樹脂がポリプロピレンであり、
   式（１）で表される、複合樹脂成型体中の炭化した有機繊維状フィラーの割合Ｔが０．１以下であることを特徴とする複合樹脂成型体。
   Ｔ＝Ｐ_Ｃ／（Ｐ_Ｃ＋Ｐ_ＵＣ） （１）
   （Ｐ_Ｃは、複合樹脂成型体の任意の箇所におけるＦＴ−ＩＲ法により分析したＩＲスペクトルにおけるカルボニル基由来のピーク高さであり、Ｐ_ＵＣは、同ＩＲスペクトルにおけるエーテル基由来のピーク高さである。）
2. 請求項１記載の複合樹脂成型体を製造するための方法であって、主剤樹脂と有機繊維状フィラーと分散剤とを溶融混練した後に成型することを特徴とする複合樹脂成型体の製造方法。
3. 請求項１に記載の複合樹脂成型体からなることを特徴とする筐体部材。