JP7442700B1 - 樹脂組成物及び樹脂シート - Google Patents
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Abstract
Description
[1]オレフィン系樹脂と、炭酸カルシウムと、を含有する樹脂組成物であって、
前記炭酸カルシウムの粒子が、体積頻度粒度分布測定において、
粒度分布(D90/D10)の値が1~5であり、かつ
平均粒子径(D50)が2~10μmであることを特徴とする、樹脂組成物。
前記炭酸カルシウムの粒子が、体積頻度粒度分布測定において、
粒度分布(D90/D10)の値が1~5であり、かつ
平均粒子径(D50)が2~10μmであることを特徴とする、
樹脂シート。
前記炭酸カルシウムの含有量が10~50質量%である、
上記[3]に記載の樹脂シート。
まず、本発明の樹脂組成物の構成を簡単に説明する。
本発明の樹脂組成物は、樹脂としてオレフィン系樹脂と、充填剤としての炭酸カルシウムを含有する。
CaO+CO2→CaCO3
オレフィン系樹脂は、樹脂組成物の主材料として用いられる。これにより、樹脂組成物を用いて形成される樹脂シートに耐水性、耐久性、軽量性、物理的強度など様々な利点を付与することができる。
樹脂組成物中へのオレフィン系樹脂の配合量は、物理的強度の観点から、下限として、40質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上が特に好ましい。
また、白色度及び耐候性の観点から、上限として、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、80質量%以下が特に好ましい。
本発明の樹脂組成物は、上記オレフィン系樹脂に加えて、白色度、及び耐候性の効果を阻害しない範囲で、その他の熱可塑性樹脂を含有していてもよい。他の熱可塑性樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン等の結晶性エチレン系樹脂、ポリメチル-1-ペンテン等の結晶性オレフィン系樹脂、アミド系樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらは2種以上混合して用いることもできる。
炭酸カルシウムは、充填剤として用いられ、樹脂組成物中に加えることで、白色度や耐候性を向上させるだけでなく、オレフィン系樹脂の配合量を減らすことができ、結果として環境負荷を低減できる。また、延伸樹脂シートを作成する場合は、炭酸カルシウムが核となって延伸時にボイドが形成され、更なる白色度および耐候性の向上が見込まれる。
本願の炭酸カルシウムは、特定の平均粒子径と、特定の粒度分布を有する。
また、粒度分布は色々な指標で表現される。本願では平均粒子径、粒度分布、分級精度、及び半値幅の指標を用いる。
副生炭酸カルシウムは、後述する製法により、重質炭酸カルシウムと比較して、粒径が小さく、粒度分布が狭く、白色度が高く、また、不純物が少ないという特性を有する。発明者等は、鋭意研究した結果、これらの特性が樹脂組成物及び樹脂シートから形成される樹脂シートに優れた外観性、及び耐候性を付与することを見出した。
副生炭酸カルシウムの製造方法は、カルシウム(Ca)含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法において、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程(カルシウム溶解手段)と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Si、Al、Mg、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程(分離手段)と、該分離工程(分離手段)を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び/又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を用いて、炭酸カルシウムを調製する炭酸カルシウム調製工程(炭酸カルシウム調製手段)とを備える製造方法である。ここで、カルシウムを溶解させるための塩酸水は、例えばバイポーラ膜電気透析法(BMED)により生成されることができる。また、炭酸カリウム及び/又は炭酸ナトリウムを含む水溶液はバイポーラ膜電気透析法により生成させるアルカリ溶液に二酸化炭素を接触させて生成されることができる。当該二酸化炭素は、例えば、火力発電設備などの燃焼排ガスや、セメント製造設備での排ガスに含まれている二酸化炭素を使用することができ、また、大気中の二酸化炭素を直接吸収させて利用することも可能である。
樹脂組成物中への炭酸カルシウムの配合量は、白色度、及び耐候性の観点から、下限として、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。また、耐候性及び強度の観点から、上限として、60質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。
本発明に係る炭酸カルシウムは、純度に関して、白色度、及び耐候性の観点から、下限として、95%以上であることが好ましく、97%以上であることがより好ましく、99%以上であることが更に好ましい。なお、上限としては、理論値としての100%以下である。
本発明に係る樹脂組成物は、白色度、及び耐候性の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて分散剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、ブロッキング防止剤、結晶核剤、滑剤等の公知の添加剤を配合してもよい。
〈〈白色度〉〉
白色度は、樹脂組成物及び後述する樹脂シートの外観の白色の程度を示す指標であり、上限の理論値は100であり、白色度が高い程、外観の審美性は増す。白色度は、測定装置(スガ試験機(株)製:SM-5)を用いて、JIS-L1015の規格に準拠して測定される。樹脂組成物は、以下の様にして測定を行うことができる。
(i)まず、15cm×15cmの外周、10cm×10cmの内部空洞、及び500μmの厚みを有し、カタカナのロの字の開口形状をした金属金型(以下、「スペーサー」と称することがある)を準備する。
(ii)次に、熱プレス機に間紙としてPETシート(下面に対応)を敷き、その上にスペーサーを配置し、スペーサ-内部の空洞に樹脂組成物のペレットを適量敷き詰める。(iii)その後、敷き詰めたペレットの上にPETシート(上面に対応)を被せ、最後に熱プレス機にて230℃、15MPaで1min挟み、厚み500μmの白色度測定用の無延伸シートを得る。
本発明に係る樹脂組成物は、従来公知の方法に従って製造することができる。
通常はポッパー等で予めオレフィン系樹脂と炭酸カルシウムを攪拌・混合し、次いでフィーダーを用いて押出機に供給して溶融混練することで、樹脂組成物を製造することができる。溶融混練後に、ダイスやダイ等を用いてペレット状や平板状に成形してもよい。
〈層構成〉
本発明に係る樹脂シートは、上記樹脂組成物から形成される。
本発明の樹脂シートは、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。樹脂シートが多層構造である場合、各層を構成する樹脂組成物は同一であっても、異なっていてもよい。樹脂シートが多層構造であって、各層を構成する樹脂組成物が異なる場合には、少なくとも一層が本発明に係る樹脂組成物を用いて形成された層であればよい。
本発明に係る樹脂シートは、無延伸シートであってもよく、延伸シートであってもよい。白色度、耐候性、コシ及び品質安定性の観点から、本発明に係る樹脂シートは延伸シートであることが好ましい。延伸シートの場合、その延伸軸数は一方向であっても、二方向以上であってもよいが、生産工程簡略化の観点から一軸延伸が好ましい。
〈〈厚み〉〉
樹脂シートの厚みは、JIS K7130:1999に準拠して測定した値である。樹脂シートが多層構造の場合には、複数の層全体として測定した値である。
本発明に係る樹脂シートの白色度は、樹脂組成物等に延伸処理を施して作製した延伸後の樹脂シートに対して測定する。延伸処理は、上述した通り、延伸軸数は一方向であっても、二方向以上であってもよい。
耐候性は、樹脂シートが、風雨、温度変化、太陽光等に対して、劣化や変質を生じにくい性質であり、本願発明の評価項目の1つである。耐候性は、後述する色差ΔE、及びヒビ割れに関する評価を樹脂シートに対して行うことにより判断する。
本発明において色差ΔEは、耐候性の特性値の1つとして用いられている。色差ΔEとは、樹脂シートの色相の変化を示す指標であり、この値が低いほど着色が少ないことを意味する。理論値の下限が0であり、着色が全く無いことを示す。
JIS-Z8730:2009に準拠して測定され、色彩色差計(機器名:カラーコンピューターSM-T、スガ試験機社製)を用いてC光源にて、加速劣化処理前後の試験片の 明度L*値、色座標a*値、b*値をそれぞれ求めて、下記式(1)によりΔEを求める。
式(1) ΔE = {(L* a-L* b)2+(a* a-a* b)2+(b* a-b* b)2}1/2
本発明においてヒビの評価は、耐候性の特性値の1つとして用いられている。ヒビは目視で確認し、実施例に記載の基準に従って評価を行う。
引張弾性率は、樹脂シートの使用時の強度やコシを表す指標であり、値が大きい程コシが強くハリのある樹脂シートとなる。引張弾性率は、JIS K 7162に準拠して求められる。実際の測定は、オリエンテック(株)製テンシロンにて、温度23℃、相対湿度50%の条件で、引張速度20mm/分で測定する。
樹脂シート断面において、ボイド(空孔)が占める面積の割合であり、値が大きい程ボイドが多いことを意味する。上記ボイド率(空孔率)は、電子顕微鏡で観察したフィルムの断面の一定領域において、空孔が占める面積の比率により求めることができる。
図1は、本発明に係る炭酸カルシウムを走査電子顕微鏡(SEM)により撮像した写真図である。図1において、左側は重質炭酸カルシウムの写真、右側は副生炭酸カルシウムの写真であり、下段は上段の拡大図である。上段の目盛りは50μm、下段の目盛りは10μmを示す。写真図から、副生炭酸カルシウムは、重質炭酸カルシウムと比較して明らかに粒径が小さく、粒子が整っており、粒度分布が狭いことが確認できる。また、
本発明で得られた炭酸カルシウムは、立方体状の形態を有している。また、生成される鉱物はすべてカルサイト(XRD(X’PertPro MPD、マルバーン・パナリティカル社製)を用いて測定される鉱物定性結果)であることが好ましい。
本発明に係る樹脂シートは、従来公知の種々の方法に従って製造することができる。例えば、本発明に係る樹脂組成物をシート状に溶融押出しして、無延伸の樹脂シートを成形することができる。必要に応じて、無延伸の樹脂シートを少なくとも一方向に延伸する、さらに、必要に応じてアニーリング処理(熱処理)し、続いて耳部をスリットすることにより、延伸した樹脂シート(「延伸シート」、又は「延伸樹脂シート」ということがある。)を得てもよい。
樹脂シートの延伸倍率は、特に制限されず、得られる樹脂シートの特性等を考慮して、適宜決定すればよい。縦1軸延伸時の延伸倍率は2~8倍の範囲であることが好ましく、3~7倍の範囲であることがより好ましく、4~6倍の範囲であることがさらに好ましい。また、横1軸延伸時の延伸倍率は2~12倍の範囲であることが好ましく、4~10倍の範囲であることがより好ましく、6~9倍の範囲であることがさらに好ましい。また、2軸方向に延伸する場合には、面積延伸倍率(縦倍率と横倍率の積)で、4~70倍の範囲であることが好ましく、10~60倍の範囲であることがより好ましく、20~50倍の範囲であることがさらに好ましい。樹脂シートが多層構造である場合、各層を構成する樹脂シートの延伸軸数、延伸倍率は同一であっても異なっていてもよい。
延伸後の樹脂シートには、熱処理を行うことが好ましい。熱処理の温度は、オレフィン系樹脂の融点より、1~15℃以上高い温度で行うことが好ましい。熱処理を行うことにより、オレフィン系樹脂の非晶部分の結晶化が促進されて延伸方向への熱収縮率が低減し、樹脂シートの寸法変化が少なくなる。熱処理の方法はロール加熱又は熱オーブンで行うのが一般的であるが、これらを組み合わせてもよい。
延伸後の樹脂シートには、表面処理を行ってもよい。表面処理を行うことにより、樹脂シートの二次加工適性を向上させることができる。表面処理としては、コロナ放電処理、フレーム処理等の酸化処理等が挙げられる。
本発明に係る樹脂シートの用途は特に限定されないが、例えば、屋外や店舗等で用いられるポスター、電飾ポスター、ラベル用紙、又はポップ等の用途に利用できる。また、樹脂シートに印刷を施す場合は、例えば、樹脂シート表面にインキ受理層を施してもよい。
本発明に係る樹脂組成物又は樹脂シートを用いることにより、環境資源を無駄遣いしないリサイクルシステムを構築することができる。例えば、本発明に係るリサイクルシステムは、本発明に係る樹脂組成物又は樹脂シートを使用した製品を、ユーザが廃棄して、その廃棄物がごみ処理場等で燃焼されて燃焼灰となった場合に、その燃焼灰から上述してきた手法により副生炭酸カルシウムを合成する手段と、その副生炭酸カルシウムを使用して、本発明に係る樹脂組成物又は樹脂シートを作製する手段を備えることができる。
レーザー回折散乱法による体積頻度粒度分布測定により、それぞれの実施例において使用する炭酸カルシウムの平均粒径(d50)、粒度分布(d90/d10)、粒度分布(d75/d25)、及び半値幅を測定した。結果を原料一覧である表1及び評価一覧である表2に併記する。
プロピレン単独重合体(商品名:ノバテックPP MA3、日本ポリプロピレン社製、MFR(230℃、2.16kg荷重):11g/10分)70質量部、及び炭酸カルシウム(セメント製造時に生じる廃棄物およびCO2から合成した副生炭酸カルシウム(平均粒径d50:4.5μm、粒度分布d90/d10:2.1、粒度分布d75/d25:1.4、半値幅3.1μm))30質量部を、スーパーミキサーで混合し、230℃に設定した2軸混練機にて溶融混練し、混練物をダイよりストランド状に押し出し、これを水槽中で冷却した後にペレタイザーでカットして、樹脂組成物を得た。
実施例2、及び3に関しては、実施例1から成分は変更せずに、配合量のみを表2に記載の値に変更して、実施例2、及び3の樹脂組成物及び樹脂シートを得た。
上記の実施例及び比較例より得られた樹脂組成物及び樹脂シートについて、下記の評価手法及び評価基準に従って物性評価を行った。
<<延伸前>>
樹脂組成物の白色度は、延伸前の樹脂シート(無延伸シート)を使用して、下記の条件で測定した。
(i)まず、15cm×15cmの外周、10cm×10cmの内部空洞、及び500μmの厚みを有し、カタカナのロの字の開口形状をした金属金型(スペーサー)を準備し、(ii)次に、熱プレス機に間紙としてPETシート(下面に対応)を敷き、その上にスペーサーを配置し、スペーサ-内部の空洞に樹脂組成物のペレットを適量敷き詰めた。(iii)その後、敷き詰めたペレットの上にPETシート(上面に対応)を被せ、最後に熱プレス機にて230℃、15MPaで1min挟み、厚み500μmの白色度測定用の無延伸シートを得た後、測定装置(スガ試験機(株)製:SM-5)を用いて、JIS-L1015の規格に準拠して測定を行った。
実施例1等で得た延伸後の樹脂シートを、測定装置(スガ試験機(株)製:SM-5)を用いて、JIS-L1015の規格に準拠して測定を行った。
〈〈延伸前〉〉
〇 90以上
△ 85以上
× 85未満
〈〈延伸後〉〉
◎ 95以上
〇 92以上
△ 88以上
× 88未満
耐候性の評価の前処理として、(i)測定用のサンプル(3cm×3cm)を作成し、(ii)サンプルに対して、メタルウェザーを用いて紫外線を80時間照射して劣化処理を実施した。その後、色差ΔE、及びヒビ割れに関する測定を行った。
式(1) ΔE = {(L* a-L* b)2+(a* a-a* b)2+(b* a-b* b)2}1/2
〇 1.0以下
△ 2.0以下
× 2.0超え
ヒビの目視による評価は、延伸後に前処理されたサンプルに対し、下記の基準に従って行った。
〇 ヒビなし
△ 軽微なヒビあり(肉眼で微かに確認できるレベル)
× ヒビあり(肉眼で容易に確認できるレベル)
引張弾性率は、JIS K 7162に準拠して求めた。測定には、オリエンテック(株)製テンシロンにて、温度23℃、相対湿度50%の条件で、引張速度20mm/分で測定した。
◎ 3600以上
〇 3300以上
△ 2800以上
× 2800未満
実施例1~3、及び比較例1、2の樹脂組成物及び樹脂シートの評価結果から、本願発明の樹脂組成物及び樹脂シートは、高い白色度、及び優れた耐候性を備えていた。また、樹脂シートに関して、均一なボイドが形成され、高強度性を有していた。
本発明に係る炭酸カルシウムは、高い白色度を有しているため樹脂組成物の白色度が高くなる。また、粒径のばらつきがほとんどない立方体状の形態を有しているため、樹脂組成物中で均一に配列されるため、均一なボイドが形成され、耐候性、強度の向上が見られた。
Claims (5)
- オレフィン系樹脂と、炭酸カルシウムと、を含有する樹脂組成物であって、
前記炭酸カルシウムの粒子が、体積頻度粒度分布測定において、
粒度分布(D90/D10)の値が1~5であり、かつ
平均粒子径(D50)が2~10μmであり、
前記炭酸カルシウムが、副生炭酸カルシウムであり、
前記炭酸カルシウム中のSiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、MgOの合計含有量が0.1%以下であり、
前記炭酸カルシウム中のNa 2 Oの含有量が0.1%以上2.0%以下であり、
前記樹脂組成物の白色度が、85以上であることを特徴とする、
樹脂組成物。 - オレフィン系樹脂と、炭酸カルシウムと、を含有する樹脂組成物から成る樹脂シートであって、
前記炭酸カルシウムの粒子が、体積頻度粒度分布測定において、
粒度分布(D90/D10)の値が1~5であり、かつ
平均粒子径(D50)が2~10μmであり、
前記炭酸カルシウムが、副生炭酸カルシウムであり、
前記炭酸カルシウム中のSiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、MgOの合計含有量が0.1%以下であり、
前記炭酸カルシウム中のNa 2 Oの含有量が0.1%以上2.0%以下であり、
前記樹脂シートの白色度が、90以上であることを特徴とする、
樹脂シート。 - 前記樹脂組成物における、前記オレフィン系樹脂の含有量が50~90質量%であり、かつ
前記炭酸カルシウムの含有量が10~50質量%である、
請求項2に記載の樹脂シート。 - 延伸シートである、請求項2に記載の樹脂シート。
- 色差ΔEが1.5以下である、請求項2に記載の樹脂シート。
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