JPH03224713A - ポリオレフィン―植物繊維系組成物の押出し成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し
成形方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂
を建材、産業資材等の用途に使用する際に、ポリオレフ
ィンに植物繊維を補強材や増量材等として配合して使用
することが行われている。

このようなポリオレフィン−植物繊維系組成物の成形方
法としては、一般的な圧縮成形法、トランスファー成形
法、射出成形法、押出し成形法等が採用されており、例
えば長尺製品を得る場合には、押出し成形法が採用され
ている。

押出し成形法は、スクリューを内蔵するシリンダー内で
加熱溶融しつつ混練されたポリオレフィン−植物繊維系
組成物を、所定の断面形状を有する成形ダイから押出し
、この成形ダイによって賦形された溶融状態の上記組成
物をサイジングダイを通過させ、冷却して所定の寸法形
状にサイジングし、目的とする成形品を得る方法である
。ここで、上記サイジングダイは、通常成形ダイから所
定の間隔（３ｃｍ〜２０ｃｍ）を設けて設置される。

ところで、上記ポリオレフィン−植物繊維系組成物から
得られた比較的に肉厚の中実異形成形品を建材、産業資
材等の用途に使用する場合、その比重が１．１６程度と
重いために、施工性やコストの面等から軽量化すること
が望まれている。そこで、成形品形状を中空異形とする
ことによって、見掛けの比重を０．６程度と軽量化する
とともに、薄肉化（肉厚１．　５ｍｍ〜２ｍｍ程度）す
ることが検討され、試みられている。

しかしながら、上述したように成形品形状を中空異形と
し薄肉化することによって、冷却速度が増大することや
ポリオレフィン−植物繊維系組成物自体が難成形性であ
ること等に起因して、成形上の各種問題が発生している
。

例えば、ポリオレフィン−植物繊維系組成物とサイジン
グダイ壁面との摩擦抵抗が増大し、均一な形状の成形品
が得られ難くなるとともに、成形品の表面がつや消し状
態となり、表面が滑らかで光沢のある成形品が得られな
いという問題がある。

そこで、成形材料としてのポリオレフィン−植物繊維系
組成物に、滑剤として一般的なステアリン酸カルシウム
やシリコーンオイルを添加することが考えられるが、ス
テアリン酸カルシウムによる成形性の改善はほとんど認
められない。また、シリコーンオイルについては、押出
し成形開始当初は均一で表面が滑らかな成形品が得られ
るものの、成形が進むにつれてシリコーンオイルが押出
し機のスクリューに付着して吐出ムラが発生し、さらに
は成形不能となるという問題がある。

また、ポリオレフィン−植物繊維系組成物自体の難成形
性に由来する問題としては、植物繊維が成形温度（２０
０℃付近）で分解して酸性ガスを生成し、この酸性ガス
や植物繊維に吸着している水分の蒸発によって気泡が多
発し、強度や剛性が低下するという問題がある。

以上、中空異形成形品を押出し成形する場合の問題点に
ついて述べてきたが、中空部はないが比較的に薄肉の異
形成形品を押出し成形する場合にも同様の問題が生ずる
。

従って本発明の目的は、ポリオレフィン−植物繊維系組
成物の中空異形成形品または中空部はないが比較的に薄
肉の異形成形品を製造する際に認められるサイジングダ
イ壁面との摩擦抵抗を抑制し、形状の均一性に優れ、か
つ表面が滑らかで光沢のある成形品を得ることができる
、ポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成形方法
を提供することにあり、また本発明の他の目的は、ポリ
オレフィン−植物繊維系組成物自体の難成形性に由来す
る気泡の発生を防止し、強度や剛性に優れた成形品を得
ることができる、ポリオレフィン−植物繊維系組成物の
押出し成形方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち本発明は、所定の断面形状の貫通孔を有する成
形ダイから、加熱溶融状態で混練されたポリオレフィン
−植物繊維系組成物を所要の形状に押出し、この形状に
賦形されたポリオレフィン−植物繊維系組成物を、前記
成形ダイと同軸上に設けられたサイジングダイを通過さ
せて冷却し、前記ポリオレフィン−植物繊維系組成物の
押出し成形品を成形するにあたり、成形材料となる前記
ポリオレフィン−植物繊維系組成物１００重量部にシリ
コーンゴム系ポリマーをシリコーン分換算で１重量部〜
３．５重量部の範囲で配合し、前記サイジングダイを前
記成形ダイと同軸上にこの成形ダイと接触させて配置し
、かつ前記サイジングダイの温度を８０℃〜１４０℃の
間の所定温度に制御しつつ前記形状に賦形されたポリオ
レフィン−植物繊維系組成物を冷却することを特徴とす
るものである。

本発明で用いられる成形材料は、主にポリオレフィンに
植物繊維を配合した組成物からなるものである。上記ポ
リオレフィンとしては、ポリエチレン、変性ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン等や、これら
の共重合体等が例示され、これらは単独であるいは２種
以上の混合物として用いられる。また、植物繊維として
は、木材パルプ、木粉、もみがら、リンター、リンター
パルプ、微細粉化された新聞紙、雑誌、ダンボールのよ
うな故紙等が例示され、これらも単独であるいは２種以
上の混合物として用いられる。これらポリオレフィンと
植物繊維との配合比率は、特に限定されるものではない
が、植物繊維を４０重量％〜６０重量％の範囲でポリオ
レフィンに配合することが好ましい。

また、本発明で用いられる成形材料は、上記ポリオレフ
ィンと植物繊維との組成物１００重量部に、シリコーン
ゴム系ポリマーがシリコーン分換算で１重量部〜３．５
重量部の範囲で配合されたものである。上記シリコーン
ゴム系ポリマーとしては、 で示され、ｎが６０００〜１４０００程度のジメチルポ
リシロキサン（例えば融点：　−４０℃、ガラス転移点
ニー１２３℃）が好適である。このようなシリコーンゴ
ム系ポリマーの配合量を、ポリオレフィン−植物繊維系
組成物１００重量部に対して、シリコーン分換算で１重
量部〜３．５重量部の範囲としたのは、配合量が１重量
部未満では潤滑性向上効果が充分に得られないために、
均一な形状の成形品を安定して押出すことができず、ま
た３、５重量部を超えると押出し速度の低下を招いてし
まうためである。

本発明のポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成
形方法では、通常の樹脂成形に用いられるホッパー、ス
クリュー、シリンダー、駆動装置、加熱ユニット等を備
えた、例えばスクリューの長さと径の比（Ｌ／Ｄ）が１
０〜３５、圧縮比（ＣＲ）が１．５〜４．０程度の押出
し機が用いられる。この押出し機の出口側には、得よう
とする成形品の外周形状に応じた断面形状の貫通孔を有
する成形ダイを設置する。なお、中空成形品を得ようと
する場合には、成形ダイの内部に、中空成形品の内周形
状に応じた外周形状を有する中芯を保持したブレーカ−
プレートが設置される。

また、上記押出し機は、成形ダイと連続して、かつ成形
ダイと同軸上にサイジングダイを接触設置して使用する
。これによって、押出し工程からサイジングダイによる
冷却工程まで加圧状態が維持され、植物繊維の分解によ
る酸性ガスの生成や植物繊維に吸着している水分の蒸発
が抑制され、高強度、高剛性の成形品が得られる。

本発明においては、まずシリコーンゴム系ポリマーを含
有するポリオレフィン−植物繊維系組成物を、上述した
ような押出し機のスクリューを内蔵したシリンダー内で
加熱溶融しつつ混練する。

上記シリンダー内や成形ダイにおけるポリオレフィン−
植物繊維系組成物の温度は、ポリオレフィンの種類や成
形品の寸法および形状等によって異なるが、一般的には
１８０°Ｃ〜２３０℃である。

その理由は、１８０℃未満ではポリオレフィン−植物繊
維系組成物が固化してしまい、２３０℃を超えるとポリ
オレフィンや植物繊維の劣化が起こるからである。

次に、上記溶融状態のポリオレフィン−植物繊維系組成
物を、成形ダイから連続して押出して、ポリオレフィン
−植物繊維系組成物を所要の形状に賦形し、続いてサイ
ジングダイを通過させて所定形状および寸法にサイジン
グし、所定形状例えば異形の成形品を得る。

ここで、上記成形ダイから押出されたポリオレフィン−
植物繊維系組成物は、８０℃〜１４０℃の間の所定温度
に制御されたサイジングダイにて冷却される。サイジン
グダイの温度を上記範囲に限定した理由は、以下の通り
である。すなわち、サイジングダイの温度が８０℃未満
では、ポリオレフィン−植物繊維系組成物の固化が急激
に進み、成形品とサイジングダイ壁面との摩擦抵抗が増
大し、成形品の均一性が低下するとともに、成形品表面
の滑らかさが失われてしまうからであり、さらには押出
し不能となってしまう。一方、１４０℃を超えると冷却
不足となり、溶融された組成物がサイジングダイ内で十
分に固化されないうちに押出され、成形品の表面から溶
融組成物が滲み出すなど、緻密、高強度、高剛性で、か
つ表面が滑らかで光沢のある成形品を得ることができな
くなる。

また、サイジングダイの温度を上記範囲内の所定温度に
制御する理由は、上述したように押出し速度と冷却速度
との調和を図ることによって、成形品表面とサイジング
ダイ壁面との摩擦抵抗を低下させるとともに、ポリオレ
フィン−植物繊維系組成物の加圧下での冷却を図るため
である。

本発明のポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成
形方法は、特に中空異形成形品の押出し成形に好適であ
るが、中空部はないが比較的に薄肉の異形成形品の押出
し成形にも好適である。

［作　用］ 本発明のポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成
形方法においては、成形材料中に所定量配合されたシリ
コーンゴム系ポリマーによる潤滑性向上効果と、サイジ
ングダイの温度を所定温度に制御することとによって、
成形品とサイジングダイ壁面との摩擦抵抗が低下し、成
形品の形状を均一に保ちつつ押出し成形することが可能
となり、さらに滑らかで光沢のある成形品表面が得られ
る。

また、上記サイジングダイの温度を制御することと、サ
イジングダイを成形ダイと接触させて設置することとに
より、押出し速度と冷却速度との調和をとりつつ、ポリ
オレフィン−植物繊維系組成物を加圧下で冷却すること
が可能となり、植物繊維の分解による酸性ガスの生成や
植物繊維に吸着している水分の蒸発が抑制され、緻密、
高強度、高剛性の成形品が得られる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
はこの実施例に限定されるものではない。

実施ρす１ 第１図にこの実施例で用いた押出し成形装置を示す。同
図において、１は成形材料を収容するシリンダーであり
、このシリンダー１の外周には、成形材料を加熱溶融す
るためのヒーター２が設置されている。また、シリンダ
ー１内には、投入された成形材料を混練しつつ、一方の
端部方向（成形ダイ方向）に導くスクリュー３が設置さ
れている。シリンダー１の他方の端部側には、成形材料
を供給するホッパー４が設置されており、これらにより
押出し機５が構成されている。

また、上記押出し機５におけるシリンダー１の一方の端
部には、この押出し機５を出た成形材料を所要形状に成
形する成形ダイ６が設置されている。この成形ダイ６の
シリンダー１と反対の側の端部には、成形ダイ６と同一
の断面形状を有するサイジングダイアが同軸上に設けら
れており、このサイジングダイアは、成形ダイ６の端部
と接触して配置されている。

上記成形ダイ６は、第２図にも示すように、中空成形品
の外周形状に応じた断面形状の貫通孔６ａを有しており
、かつその内部には中空成形品の中空部分の形状を保持
するための中芯８と、この中芯８を保持するブレーカ−
プレート９とが設置されている。また、上記中芯８はサ
イジングダイア内まで突出して設けられている。

また、サイジングダイアの内部には、温度調節用熱媒体
の入口１０ａおよび出口１０ｂを有するジャケット部１
０が設けられており、このジャケット部１０によってサ
イジングダイアの温度制御が行われ、このような温度制
御可能なジャケット部１０を有するサイジングダイアに
よって、成形ダイ６を出た成形材料が所定の中空形状を
保持することができる程度にまでサイジングされる。

上記構成の押出し成形装置を用いて、以下の手順により
ポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成形を行っ
た。

まず、ポリプロピレン樹脂・Ｊ１３０Ｇ（商品名、宇部
興産側製）３０重量％、前記ポリプロピレン樹脂の無水
マレイン酸変性物２０重量％、木材パルプ４５重量％お
よび水酸化マグネシウム５重量％からなるポリオレフィ
ン−植物繊維系組成物を溶融混練してペレット化した。

次いで、このペレット１００重量部にシリコーンゴム系
ポリマーベレット・ＢＹ２７−００１　（商品名、東し
・シリコーン■製、シリコーンポリマー含有量＝５０重
量％）をシリコーン分換算で３重量部添加し、トライブ
レンドして成形材料とした。

次に、上記成形材料をホッパー４よりシリンダー１内に
供給した。シリンダー１の口径は２０ｍｍとした。シリ
ンダー１内に供給された成形材料を、ヒーター２で加熱
溶融しつつスクリュー３により混練し、成形ダイ６に導
いた。スクリュー３としては、Ｌ／Ｄが２４で、ＣＲが
２．８のものを用い、スクリュー３の回転数は６０　ｒ
、ｐ、ｍ、に設定した。また、シリンダー１の温度は１
８０℃から２００℃の範囲で温度勾配をもたせた。

また、成形ダイ６としては、第２図に示したように、建
材の廻り縁周の断面形状を有するものを用い、また中芯
８は廻り縁に応じた形状を有するものを使用した。

次いで、スクリュー３によって混練しつつ成形ダイ６側
に導いた成形材料を、上記成形ダイ６を通して所定の中
空形状に成形した後、成形ダイ６と同軸上に成形ダイ６
に接触して設けられたサイジングダイアに導いた。この
サイジングダイアの温度は、熱媒循環式の温度調節機を
用いて１２０℃の一定温度に制御した。

上記サイジングダイアを出た押出し成形品（建材の廻り
縁）は、表面が滑らかな光沢を有し、その外周形状およ
び中空部分の形状は、はっきりと再現されていた。

次に、このようにして得た中空異形押出し成形品を長さ
１ｍで切断し、重量（単重）および線膨張係数を測定し
た。また、この中空異形押出し成形品から１２０ｍｍＸ
５ｍｍＸ７ｍｍの試験片を切り出し、密度、曲げ強度、
曲げ弾性率を測定した。これらの測定結果を第１表に示
す。また、第１表には上記実施例の押出し成形時におけ
る最大押出し速度も併せて示す。

比較例１ 実施例１において、サイジングダイアに温度調節機を設
けず、サイジングダイアに単に冷却水を通すことによっ
て、１０℃〜３０℃の温度範囲で成形材料を冷却した以
外は、実施例１と同様にして成形を行なった。

しかしながら、成形材料がサイジングダイア内に入った
直後に吐出圧が急激に上昇し、押出し機の許容圧力値を
越えたため、成形を中止した。従って、成形品は得られ
なかった。

比較例２ 実施例１において、成形材料中にシリコーンゴム系ポリ
マーベレットを添加しない以外は、実施例１と同様にし
て、中空異形品の押出し成形を行った。

その結果、実施例１と同一の温度条件では、成形品がサ
イジングダイア内でダイ壁面との摩擦抵抗によって止っ
てしまい、押出し不能となった。

また、サイジングダイアでの温度を１６０℃まで上げる
ことによって、押出しは可能となったが、得られた成形
品は充填不良の非常に脆いものでしかなかった。また、
この比較例２で得た押出し成形品についても、実施例１
と同様に各物性値を測定した。その結果も併せて第１表
に示す。

（以下余白） 第 １ 表 （注１）サンプルに歪みゲージを張り付け、室温（２３
℃）で零調整し、６３℃の恒温槽に入れて、平衡状態と
なった時の変位量を測定して、それを温度差で割って求
めた。

（以下余白） 第１表の結果から明らかなように、上記実施例１によっ
て得た中空押出し成形品は、比較例２によって得た中空
押出し成形品に比べ、密度、曲げ強度、曲げ弾性率、線
膨張係数の全ての点で優れており、建材、産業資材等と
して好適に使用されることが分る。これは、上記実施例
では、成形材料にシリコーンゴム系ポリマーペレットを
所定量添加するとともに、成形ダイ６を出た成形材料を
、一定の温度に制御したサイジングダイアにおいて冷却
しているため、サイジングダイア内において適度な滑り
性が付与されているとともに、適度な冷却速度が得られ
ているためである。

比較例３ 実施例１において、成形材料中へのシリコーンゴム系ポ
リマーペレットの添加に代えて、成形材料の表面を、成
形材料１００重量部に対してシリコーンオイル−８Ｈ２
００（商品名、東し・シリコーン■製、１００００ｃｓ
）１重量部で処理する以外は、実施例１と同様にして、
中空異形品の押出し成形を行った。

その結果、押出し成形開始直後は成形可能であったが、
徐々に吐出量が低下し、１時間後にはスクリュー３に成
形材料が食い込まなくなり、成形不能となった。

比較例４ 実施例１において、成形材料中にシリコーンゴム系ポリ
マーペレットに代えて、ステアリン酸カルシウムを１重
量部添加した以外は、実施例１と同様にして、中空品の
押出し成形を行った。

その結果、比較例２とほぼ同一の現象が見られ、ステア
リン酸カルシウム４の添加効果はまるで認められなかっ
た。

実施例２ シリコーンゴム系ポリマーペレット・ＢＹ２７−００１
をシリコーン分換算で２重量部添加した以外は、実施例
１と同様にして、中空押出し成形品を得た。得られた成
形品の外観、物性は、実施例１の成形品と殆んど差がな
く、優れたものであった。

比較例５ シリコーンゴム系ポリマーペレット・ＢＹ２７００１を
シリコーン分換算で、本発明の限定範囲外の４重量部添
加した以外は実施例１と同様にして、中空押出し成形品
を得た。本比較例においては、成形品は得られるが、押
出し速度が４ｃｍ／ｍｆｎ以下になるように吐出量を下
げないと押出し機の許容圧力値を越えてしまうという問
題が生じた。しかも得られた成形品の表面はやや粘着性
があり、光沢にも乏しかった。また得られた成形品の物
性値は曲げ弾性率が３．　　Ｉ　Ｘ　１０　’　ｋｇ／
ｃｒＩ、曲げ強度が５１０ｋｇ／ｃＪと実施例１の成形
品に比べて低かった。

実施例３ 略り字形の断面形状の貫通孔を有する成形ダイを用いた
以外は実施例１と同様に、押出し成形（押出し速度６．
４ｃｍ／ｗｉｎ　）　して、第３図（ａ）に示すように
略り字形で中空部のない比較的薄肉の異形成形品を得た
。得られた成形品の外観、物性は実施例１の成形品の外
観、物性と殆んど差がなく、優れていた。

さらに上と同様にして、第３図（ｂ）および（ｃ）に示
す断面形状の異形成形品を得た。得られた成形品は実施
例１の成形品の外観、物性と殆んど差がなく、優れてい
た。

比較例７ シリコーンゴム系ポリマーペレットを使用しなかった以
外は実施例３と同様にして第３図（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）に示す断面形状の異形成形品を押出し成形により
得ようとしたが、成形材料がサイジングダイ内でダイ壁
面との摩擦抵抗によって止ってしまい、押出し不能とな
った。従って成形品は得られなかった。

［発明の効果コ 以上の通り、本発明によれば、形状の均一性に優れ、か
つ表面が滑らかで光沢のあるポリオレフィン−植物繊維
系組成物の成形体を、押出し成形によって再現性よく得
ることが可能となった。この成形体は、緻密、高強度、
高剛性、低熱膨張係数を有する点で優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１，２で用いた押出し成形装置
の概略構成を示す図、第２図は実施例１゜２で用いた成
形ダイおよび中芯の断面形状を示す図、第３図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は実施例３で得られた成形品の断面形状
を示す図である。 １・・・・・・シリンダ、２・・・・・・ヒータ、３・
・・・・・スフ−リュー、４・・・・・・ホッパー、５
・・・・・・押出し機、６・・・・・・成形ダイ、６ａ
・・・・・・貫通孔、７・・・・・・サイジングダイ、
８・・・・・・中芯、９・・・・・・ブレーカ−プレー
ト、１０・・・・・・ジャケット部、１０ａ・・・・・
・熱媒体入口、１０ｂ・・・・・・熱媒体出口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の断面形状の貫通孔を有する成形ダイから、
   加熱溶融状態で混練されたポリオレフィン−植物繊維系
   組成物を所要の形状に押出し、この形状に賦形されたポ
   リオレフィン−植物繊維系組成物を、前記成形ダイと同
   軸上に設けられたサイジングダイを通過させて冷却し、
   前記ポリオレフィン−植物繊維系組成物の押出し成形品
   を成形するにあたり、成形材料となる前記ポリオレフィ
   ン−植物繊維系組成物１００重量部にシリコーンゴム系
   ポリマーをシリコーン分換算で１重量部〜３．５重量部
   の範囲で配合し、前記サイジングダイを前記成形ダイと
   同軸上にこの成形ダイと接触させて配置し、かつ前記サ
   イジングダイの温度を８０℃〜１４０℃の間の所定温度
   に制御しつつ前記形状に賦形されたポリオレフィン−植
   物繊維系組成物を冷却することを特徴とする、ポリオレ
   フィン−植物繊維系組成物の押出し成形方法。
2. （２）ポリオレフィン−植物繊維系組成物１００重量部
   にシリコーンゴム系ポリマーをシリコーン分換算で１重
   量部〜３．５重量部の範囲で配合してなる押出し成形用
   組成物。