JP7355634B2 - 樹脂組成物の製造方法、及び、成形体の製造方法 - Google Patents
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セルロース繊維を水などの分散媒中に分散させて繊維スラリーを調製する工程と、
繊維分散用樹脂を界面活性剤存在下で分散媒中に分散させて樹脂エマルションを調製する工程と、
当該繊維スラリーと当該樹脂エマルションとを混合して混合分散液とする工程と、
当該混合分散液から抄紙等によりコンポジットシート等の成形材料を得る工程と、
当該成形材料とポリエチレンとを溶融混練により混合する工程と
を含む製造方法によりセルロース繊維含有樹脂組成物を得ることが開示されている。
原料セルロース繊維にエチレン-アクリル酸共重合体アイオノマーのアセトン溶液を加え、その後アセトンを減圧留去してセルロース繊維を得る工程と、
このセルロース繊維と、脂肪族ポリエステル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、または、ポリカーボネート樹脂とを含む混合物を溶融混練する工程と
を含む製造方法により得られる樹脂組成物が具体的に開示されている。ここで、特許文献2には、マトリックス樹脂として、アミド系樹脂などの各種樹脂を用いうることも記載されている。
セルロース繊維を含むディスパージョン(A)と、
エチレン及び不飽和カルボン酸を共重合成分として含むエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体またはそのアイオノマー樹脂を含むディスパージョン(B)と、
を混合する工程を含む製造方法によって得られることが記載されている。また、特許文献3には、前記成形材料が、前記樹脂組成物のほかに熱可塑性樹脂を含んでいても良いことも記載されている。しかし、特許文献3には、前記樹脂組成物が、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体と、そのアイオノマー樹脂との両方を含んでいてもよいとの記載はない。また、特許文献3には、熱可塑性樹脂を含む成形材料は具体的な形では示されておらず、熱可塑性樹脂を含む成形材料を製造する際における、セルロース繊維と、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体またはそのアイオノマー樹脂と、熱可塑性樹脂とを加える順番が、得られる成形体の機械物性に与える影響についても何ら明らかにしていない。
[1]
ポリアミド(A)と、セルロース繊維(C)とを含む樹脂組成物の製造方法であって、
ポリアミド(A)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と、を含むマスターバッチ(M)を製造する工程(1)と、
セルロース繊維(C)と、前記工程(1)で得られたマスターバッチ(M)と、を含む樹脂組成物(X)を溶融混練により製造する工程(2)と、
を含む、樹脂組成物の製造方法。
前記マスターバッチ(M)において、
前記ポリアミド(A)と、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)との合計と
の質量比が10:90~90:10である、前記[1]に記載の樹脂組成物の製造方法。
前記マスターバッチ(M)において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と
の質量比が20:80~80:20である、前記[1]または[2]に記載の樹脂組成物の製造方法。
前記樹脂組成物(X)中の前記セルロース繊維(C)の含有量が1~30質量%である、前記[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
前記セルロース繊維(C)が乾燥セルロース繊維である、前記[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
前記ポリアミド(A)がポリアミド12である、前記[1]~[5]のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
前記工程(1)が、溶融混練によって行われる、前記[1]~[6]のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
前記[1]~[7]のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法で得られた樹脂組成物(X)を成形する工程(4)を含む、成形体の製造方法。
前記成形が射出成形によって行われる、前記[8]に記載の成形体の製造方法。
[樹脂組成物の製造方法]
本発明の樹脂組成物の製造方法は、ポリアミド(A)と、セルロース繊維(C)とを含む樹脂組成物の製造方法であり、具体的には、
ポリアミド(A)を含む特定のマスターバッチ(M)を製造する工程(1)と、
セルロース繊維(C)と、前記工程(1)で得られたマスターバッチ(M)と、を含む樹脂組成物(X)を溶融混練により製造する工程(2)と、
を含む。
本発明の製造方法に含まれる工程(1)は、
ポリアミド(A)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と、を含むマスターバッチ(M)を製造する工程である。
上記ポリアミド(A)は、アミド結合(-NH-CO-)を介して複数の単量体が重合されてなる鎖状骨格を有する重合体である。
ポリアミド(A)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)、及び、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)について説明する。
本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)は、透明性と入手のしやすさの点から、不飽和カルボン酸の共重合量が好ましくは1質量%以上35質量%以下であり、より好ましくは5質量%以上25質量%以下であり、特に好ましくは9質量%以上23質量%以下である。
上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)は、エチレンと不飽和カルボン酸の二元共重合体のみならず、他の単量体が任意に共重合された多元共重合体であってもよい。
また、本実施形態におけるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)は、カルボキシル基の一部または全部がアンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、1,3-ジメチルアミノシクロヘキサンなどのアミノ化合物で中和されていても良い。
本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)(以下、単に「アイオノマー(B2)」と呼ばれる場合がある。)は、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)のカルボキシル基の一部または全部が金属イオンで中和されたものである。つまり、本発明で用いられるアイオノマー(B2)は、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)に該当するエチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B2-0)と、これに含有される金属イオンとからなるものであり、当該エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B2-0)に対応するアニオンが、当該金属イオンとのイオン結合を介して互いに架橋してなる構造を有している。ここで、「エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B2-0)に対応するアニオン」とは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B2-0)が有するカルボキシル基の一部または全部が-COO-基に転換してなる構造を有するアニオンをいう。
本発明において、工程(1)で製造されるマスターバッチ(M)は、上記ポリアミド(A)と、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と、を含む。
上記ポリアミド(A)と、
上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と上記アイオノマー(B2)との合計と
の質量比は、10:90~90:10であることが好ましく、30:70~70:30であることがより好ましく、40:60~60:40であることがさらに好ましい。この質量比が前記の範囲であると、得られる樹脂組成物における物性と成形性とのバランスがよいため好ましい。
本発明の製造方法に含まれる工程(2)は、
セルロース繊維(C)と、上記工程(1)で得られたマスターバッチ(M)と、を含む樹脂組成物(X)を溶融混練により製造する工程である。
セルロース繊維(C)の種類は特に限定されないが、木材、竹などの植物、またはそれらを精製及び脱色して得られるパルプ、を機械的または化学的に解繊して得られるセルロースナノファイバー(CNF)であることが好ましい。CNFは、リグニンを含むリグノセルロースであってもよい。
セルロース繊維(C)は、平均繊維長が0.1μm以上3000μm以下であることが好ましい。上記平均繊維長が1μm以上であると、工程(2)で上記マスターバッチ(M)と溶融混練して得られる樹脂組成物(X)の弾性率や強度などの機械物性をより高めることができる。上記平均繊維長が3000μm以下であると、セルロース繊維(C)の凝集による分散性の低下を抑制することができる。上記観点から、セルロース繊維(C)の平均繊維長は、0.5μm以上2000μm以下であることがより好ましく、1μm以上1000μm以下であることがさらに好ましい。
工程(2)で製造される樹脂組成物(X)は、上記セルロース繊維(C)と、上記工程(1)で得られたマスターバッチ(M)とを含む。前記樹脂組成物(X)は、セルロース繊維(C)を1~30質量%含有することが好ましく、10~20質量%含有することがさらに好ましい。
ここで、前記相溶化剤は、各種樹脂用の相溶化剤として一般に用いられるものとすることができ、その例として、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂などの酸変性ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。上記樹脂組成物(X)が前記相溶化剤を含む場合、樹脂組成物(X)における前記相溶化剤の含有量は、3~10質量%とすることが好ましい。
上記樹脂組成物(X)が、前記「その他の成分」を含む場合、上記樹脂組成物(X)における「その他の成分」の割合は通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。
前記溶融混練は、従来公知の方法により行うことができ、例えば、射出成形機または二軸押出機などを用いて行うことができる。前記溶融混練を行う温度は、本発明で得られる樹脂組成物(X)が充分な衝撃強度を有することができる限り特に限定されないものの、上記セルロース繊維(C)の劣化を抑制する観点からは一定以下であることが好ましく、一方、十分な混練を行いうる観点からは一定以上であることが好ましい。これらを踏まえると、前記溶融混練を行う温度は、通常180~250℃、好ましくは180~220℃である。
本発明に係る樹脂組成物の製造方法は、上述した工程(1)及び上述した工程(2)を含む。ここで、本発明の製造方法は、上述した工程(1)と上述した工程(2)とからなるものであっても良く、あるいは、上述した工程(1)及び上述した工程(2)に加えて、さらに、上述した工程(1)でも上述した工程(2)でもないその他の工程(以下、「その他の工程」)をさらに含んでいても良い。
本発明で提供される成形体は、上記樹脂組成物の製造方法により得られる樹脂組成物(X)からなる。
ここで前記成形体は、上記樹脂組成物(X)を成形することにより得ることができる。言い換えると、本発明では、上記「樹脂組成物の製造方法」により得られる樹脂組成物(X)を成形する工程(4)を含む成形体の製造方法も提供されるといえる。
本発明の好適な態様の1つにおいて、前記工程(4)は、前記工程(3)によって得られるペレット状の樹脂組成物(X)を成形する工程(4a)の形で行われる。この態様においては、ペレット状の樹脂組成物(X)の成形を、樹脂の成形に一般に用いられる各種方法によって行うことができ、これにより成形体を得ることができる。
(原料)
下記実施例及び比較例で用いられた原料は、以下の通りである:
ポリアミド(A)
ポリアミド(A)として、宇部興産(株)製 12ナイロン UBESTA(登録商標)3012U(以下、「PA12」)を使用した。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)として、三井・ダウポリケミカル(株)製ニュクレル(登録商標)(以下、「エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1-1)」)を使用した。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)として、三井・ダウポリケミカル(株)製ハイミラン(登録商標)HM1706(イオンタイプ:Zn、MFR:0.9g/10分(190℃、2.16kg荷重))(以下、「アイオノマー(B2-1)」)を使用した。
セルロース繊維(C)として、モリマシナリー(株)製 乾燥セルロースナノファイバー セルフィムP(セルフィムは登録商標)を使用した。
相溶化剤として、三井化学(株)製、酸変性ポリプロピレンアドマー(登録商標)AT2606(MFR:220g/10min(230℃、2.16kg荷重)、密度900kg/m3)を使用した。
上記ポリアミド(PA12)と上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1-1)と上記アイオノマー(B2-1)とを、下記表1に示す割合で配合し、溶融混練を行い、マスターバッチMB1、MB2、及び、MB3をそれぞれ得た。ここで、前記溶融混練は、二軸押出機を用いて190℃にて行った。
(成形体の製造)
上記調製例1で得られたマスターバッチMB3 80質量%と、上記セルロース繊維 10質量%と、上記相溶化剤 10質量%とをドライブレンドした。得られる混合物を、射出成形機(株式会社日本製鋼所社製J100ADS-180U)のホッパーにフィードし、射出成形機内で、180℃で溶融混練して樹脂組成物とし、この樹脂組成物を金型に射出成形して成形体を得た。このとき、成形温度を180℃、金型温度を60℃、計量時のスクリュー回転数を50rpm、成形サイクルを約60sとした。また、得られた成形体は、ランナー付きISOダンベル試験片の形状を有している。
上記「成形体の製造」で得られた成形体につき、JIS K7111に記載の方法によりシャルピー衝撃強度の測定を行った。測定対象とする成形体として、上記「成形体の製造」で得られた成形体を切削加工してJIS K7111に記載のタイプ1試験片を得、このタイプ1試験片の中央にノッチ加工を施して得られるシングルノッチ試験片を用いた。
[実施例2及び比較例2~6]
ドライブレンドに供する原料の組成を下記表2に示したものに変更したことを除き、実施例1と同様に成形体の製造及び評価を行った。
なお、マスターバッチの粘度は、アイオノマー(B2-1)の含有量が多いほど高いため、MB3>MB2>MB1の関係にある。ここで、MB1であれば単独で射出成形可能であった(比較例2)が、MB2、MB3については単独での評価は不可だった。
Claims (9)
- ポリアミド(A)と、セルロース繊維(C)とを含む樹脂組成物の製造方法であって、
ポリアミド(A)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と、を含むマスターバッチ(M)を製造する工程(1)と、
セルロース繊維(C)と、前記工程(1)で得られたマスターバッチ(M)と、を含む樹脂組成物(X)を溶融混練により製造する工程(2)と、
を含む、樹脂組成物の製造方法。 - 前記マスターバッチ(M)において、
前記ポリアミド(A)と、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)との合計と
の質量比が10:90~90:10である、請求項1に記載の樹脂組成物の製造方法。 - 前記マスターバッチ(M)において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体(B1)と、
前記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー(B2)と
の質量比が20:80~80:20である、請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法。 - 前記樹脂組成物(X)中の前記セルロース繊維(C)の含有量が1~30質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記セルロース繊維(C)が乾燥セルロース繊維である、請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記ポリアミド(A)がポリアミド12である、請求項1~5のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記工程(1)が、溶融混練によって行われる、請求項1~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法で得られた樹脂組成物(X)を成形する工程(4)を含む、成形体の製造方法。
- 前記成形が射出成形によって行われる、請求項8に記載の成形体の製造方法。
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