JPH0673231A - プラスチック改質材及びその製造法 - Google Patents

プラスチック改質材及びその製造法

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JPH0673231A
JPH0673231A JP24888692A JP24888692A JPH0673231A JP H0673231 A JPH0673231 A JP H0673231A JP 24888692 A JP24888692 A JP 24888692A JP 24888692 A JP24888692 A JP 24888692A JP H0673231 A JPH0673231 A JP H0673231A
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沢 寿 也 大
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野 塚 克 己 小
Katsumi Matsui
井 克 己 松
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、プラスチック混練前の植物繊
維間結合を阻止し、かつプラスチック混練時の植物繊維
の分散を促進させる添加剤を含有せしめて引張強度、曲
げ強度、曲げ弾性、熱変形温度などのプラスチックの各
種物性を向上させるプラスチック改質材を提供すること
にある。 【構成】本発明はプラスチック混練前の植物繊維間結合
を阻止し、かつプラスチック混練時の植物繊維の分散を
促進させる添加剤を、植物繊維に対し2〜30重量%含
有した植物繊維からなるペレット乃至塊状の粒体が長径
で30mm以下であることを特徴とするプラスチック改質
材である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は植物繊維からなるプラス
チック改質材とその製造法に関し、特にプラスチック成
形用ペレットの改質に際し、植物繊維を混練するときに
供給するマスタ−バッチおよびその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にプラスチックの改質や増量を目的
として繊維をプラスチックに混合することは公知であ
る。最近はエコロジィ−の関係で古紙パルプとの混合が
検討されている。 プラスチックの改質や増量を目的と
して繊維をプラスチックに混合する場合の方法として、
従来は乾式で粉砕した古紙を、混練して軟化状態にある
プラスチック中に練込んでいるのが実情である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
例えば古紙パルプを原料とする場合、その紙粉を単なる
充填剤として利用する以外は下記の問題があり未だ工業
的生産技術は定着していないのが実情である。 (1) 粉砕した古紙が著しく嵩だかのため、そのハン
ドリングが困難を極め、生産性に決定的な障害となって
いる。 (2) 古紙に不可避なホッチキス針、クリップ、リン
グ、ファスナ−などの金属製の異物と粉砕機の粉砕刃と
の接触で発生する火花が、粉砕された紙粉の火種となり
易く、火災の危険が常に大きい。 (3) 乾式の粉砕では繊維の損傷なしに単繊維状に古
紙を解繊することは不可能で、繊維は結束状態で切断さ
れて粉末状となり、繊維としての改質効果は激減する。 (4) 古紙と一緒に粉砕された金属製の異物を、効率
よく乾燥状態の原料から分離・除去することは非常に困
難で、工業的に効率よく確実に除去することは不可能で
ある。 (5) 繊維の長さを温存して、乾式の粉砕を紙片状態
で止め、樹脂に混練しても更に解繊するためには長時間
を要し、樹脂の溶融温度では繊維は絶対乾燥(絶乾)状
態で一層繊維間結合は強固に角質化して脆くなり、繊維
は高温・高剪断の負荷のもとで熱劣化を受けつつ短繊維
化して結局は前記(3)と同様に紙粉化してしまう。
【0004】
【課題を解決するための手段】古紙は既に成紙であり、
成紙は繊維間結合が水素結合で形成されており、乾燥乃
至脱水によってこの結合は一層強固になる。そこで、繊
維にできるだけ機械的なダメ−ジを与えないで、個々の
単繊維に分離、解繊するための手段としては、古紙を充
分な水で湿潤させ、繊維を膨潤させつつ必要最小限度の
機械的撹拌で解繊しなくてはならない。このように古紙
の湿潤状態での解繊にあっては、金属製の異物は解繊中
の撹拌翼に接触しても水中であるので火花による火災の
危険は全くない。さらに解繊された古紙の懸濁液中にお
いては、金属製異物は比重差による沈降、遠心力による
分離やスリット、メッシュによるスクリ−ニング(scre
ening)で容易に、しかも確実に分離除去することができ
る。また、解繊された古紙の懸濁液においては繊維は均
一に分散、浮遊しているので、目的に応じて複数種類の
古紙を混合することができ、また助剤、添加剤の添加は
最小限度の撹拌で容易に均一におこなわれる。このよう
に本発明は従来、合成樹脂およびその加工技術の分野で
は忌避されていた水を逆に活用して、常識を覆した全く
異質である製紙技術的発想からプラスチック改質材に改
善を加え、具体的には下記の如くこの課題の解決を試み
た。
【0005】(1) 古紙などの単一または複数種類を
組み合わせたパルプ原料をパルパ−で充分離解して水懸
濁液とする。この時、難離解性の原料の場合はパルパ−
よりも強い剪断力が要求されるのでニ−ダ−を利用する
が60%以上の水の存在下で行うことが肝要である。水
分が60%に満たない場合は、動力エネルギ−の消費が
多くなる上に離解効率も悪く、過少の水分のために繊維
の機械的損傷の危険さえある。 (2) この離解原料は必要に応じて希釈してセントリ
−・クリ−ナ−(遠心分離機)にかけて重量異物を除去
する。 (3) さらに粗大な異物はスクリ−ニングで除去す
る。 (4) (2)、(3)の除塵をへて精選されたパルプ
懸濁液に対して、パルプが乾燥しても再び強固な繊維間
結合ができず、かつプラスチック成形用ペレットとの混
練時は繊維の分散を促進させるための添加剤を加え混合
する。
【0006】この添加剤の必要条件は次の通りである。 (1) 繊維間隙に介在して繊維が乾燥するとき繊維間の
水素結合を充分妨げ得るもの。 (2) パルプ繊維をペレットに造粒するとき、その成形
の妨げにならないもの。 (3) 完成されたパルプマスタ−が樹脂と混練されると
き、その温度条件と剪断応力で短時間に、個々の単繊維
状が樹脂中へ均一に分散することを促すことができるも
の。 また、添加剤の添加量は、植物繊維を60%以上の水の
存在下で、粒径830μm 以下の微粒子、繊維径50μ
m 以下の微細繊維、200℃以下の被膜溶融温度または
軟化温度を有する液状物、沸点が200℃以上の可塑剤
またはセルロ−ス疎水化剤のうちの少なくとも1種類を
合計で植物繊維に対し2〜30重量%を添加する。
【0007】この場合、添加剤として微粒子を用いると
きは、その粒径が830μを超えるときは、繊維間隙に
介在して繊維間の水素結合を妨げるに充分な間隔を得る
ことはできるが、その添加量当たりの効率が低くなり、
添加量を増加するとその品質的影響が無視できなくな
る。添加剤として微細繊維の50μを超える繊維径を使
用する場合もこれと同じことがいえる。添加剤として使
用するラテックスの樹脂被膜の軟化温度が200℃を超
えるときは、その温度以上の混練温度で植物繊維を樹脂
に練り込まねば繊維は充分分散しない。しかし、一般に
植物繊維の混練時の熱劣化を配慮すると、その上限温度
が200℃なので実用的ではないのである。添加剤とし
て使用する可塑剤の沸点が200℃を下回る時は、同様
の理由で200℃以下の混練温度で可塑剤は沸騰してし
まうので実用的ではないのである。尚、上記言及した如
く、それぞれに特定した添加剤の添加量の下限未満では
繊維の結束が多くなり、射出成形時のノズルにそれが詰
まり、成形不能か、金型に充分原料が供給されずショ−
ト・ショットを生じ、逆に上限を超える場合は各種の強
度が半減して使用に供し得なかったことより、経験的に
得られた適性範囲である。
【0008】粒径830μm 以下の微粒子は、無機物非
金属では炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アルミ
ナ、カオリン、シリカ、マイカ、亜鉛華、亜鉛白、酸化
チタン、カ−ボンブラック、弁柄が使用される。金属で
は鉄粉、ニッケル粉、銅粉、アルミニウム粉が使用され
る。有機物樹脂ではポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、アクリルスチレン、ポリアミド、ポリエス
テル、エポキシ、セルロ−ス誘導体が使用される。繊維
径50μm 以下の微細繊維は、ガラス、カ−ボン、ロッ
クウ−ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミ
ド、ポリエステル、セルロ−ス誘導体が使用される。2
00℃以下の被膜溶融温度または軟化温度を有する液状
物は、ワックスエマルジョン、ラテックス、C18以下の
脂肪酸またはその金属塩が使用される。沸点が200℃
以上の可塑剤またはセルロ−ス疎水化剤は、芳香族・脂
肪族のエステルまたはアルキルケテンダイマ−(AK
D)、アルケニル琥珀酸無水物(ASA)、無水ステア
リン酸、アルキル・酸クロライド、イソシアネ−ト、Z
r錯化合物、Cr錯化合物が使用される。
【0009】
【作用】植物繊維はセルロ−ス繊維によって構成されて
おり、セルロ−ス繊維は代表的な親水性高分子物質であ
る。その親水性はセルロ−ス分子の水酸基に起因するも
ので、この水酸基は繊維内および繊維間隙において水素
結合を形成している。この水素結合は各O−H基のH原
子が近接する他のO−H基のO原子に引き付けられるた
めにO−H…と表されるような結合を形成し、共有結合
の要素も有してO−H…OとO…H−Oのような二つの
極限構造間の量子力学的共鳴によって結合が形成される
と考えられているものである。セルロ−ス繊維におい
て、この水素結合は繊維内の他のセルロ−ス分子のOH
でも、隣接する繊維表面同志のOHでも、また近接する
水分子のOHでも同様に結合を形成することができる。
【0010】一般にセルロ−ス繊維に於いては、繊維内
の結晶領域で分子間水素結合を形成し、結晶間隙の非晶
領域では水分子を介した水素結合を形成している。ミセ
ル、ミクロフィブリル、フィブリル、ラメラ、そして単
繊維、というような繊維の各構成単位の間隙において
も、各構成単位表面のセルロ−ス分子のOHは吸湿状態
に応じた水の多分子層を介して水素結合を形成してい
る。繊維の膨潤状態ではより多くの水の多分子層を構成
単位間隙に介在させて結合するので、繊維は運動の自由
度を得て柔軟になる。逆に乾燥状態では介在する水を失
い構成単位間隙は狭くなり、運動の自由度を失い剛直に
なる。更に強い脱水条件に曝される時は、隣接する二つ
のOHから一分子のH2 Oが脱水されて−O−なるエ−
テル結合を形成する可能性がある。エ−テル結合は水素
結合より強い結合であり、最早、再び水分子の侵入によ
って結合が緩和されることはなく、不可逆的で堅固な結
着を完成する。この場合、単繊維自体も高い抗張力を得
る反面、一層自由度を失い脆くなる。
【0011】成紙においてその製造工程において製品強
度を発現させている、水素結合を主体とした繊維間結合
は完成されている。従って前述の如く、その水素結合は
乾燥、脱水によって一層強固になる反面、吸水、湿潤に
よって繊維間隙に水の多分子層を形成してその結合力を
容易に弛暖するものである。従来技術における樹脂との
混練状態は、成紙である古紙には乾燥および脱水が条件
である。その水素結合は介在する水を失い、繊維同志の
結束は強固になる。混練する樹脂の溶融、軟化温度は一
般に100℃を超えることからすると、脱水条件でもあ
りうる。この条件では繊維のOH同志の水素結合から、
さらに強固にして自由度の乏しいエ−テル結合を形成す
るに至る。その結果、繊維の結束は固くて脆く、強いて
この結束を解こうとすれば、熱劣化を受けつつある繊維
は止む無く脆く粉砕を余儀なくされる。
【0012】これに反し本発明は、先ず従来技術が忌避
する水を充分使って、上記の作用に基づき繊維間結合を
弛めつつ、繊維に機械的損傷を与えることのない必要最
低限度の水力学的剪断力で『完全に単繊維に分散』させ
ることを前提条件とし、次いでそれが完成品に至る間の
乾燥工程においも再び水素結合を形成することなく、し
かも樹脂と混練されるときには樹脂の中に『単繊維とし
て容易に分散する』方法を提供しているのである。解繊
された古紙繊維が後続する乾燥工程で再び水素結合によ
る結束を形成させないためには、原理的には各繊維表面
のOH基を封鎖しなければならず、化学的に疎水基の架
橋反応という分子レベル、物理的にエマルジョンによる
コロイド粒子レベル、同様に填料、顔料などの粉体粒子
レベルなど、目的に応じて各種の添加剤が選ばれる。い
ずれも繊維表面の繊維間結合に活性なOHを効果的に化
学的乃至物理的に封鎖しつつ、各セルロ−スOH基間に
安定的に介在できることが肝要で、水素結合を妨げ、同
時に混練される繊維に樹脂中への分散を促進させ、しか
もペレットに圧縮造粒するときの成形の妨げにならぬも
のに限定されるものである。
【0013】具体的にこの前提条件を満たすものとして
本発明では、添加剤として、物理的作用のものと化学的
作用のものとに大別し、前者の微粒子、即ち『点』とし
て使用し、微細繊維、即ち一次元の『線』として使用
し、被膜、即ち二次元の『面』として使用し、さらに液
体、即ち三次元の『立体』として使用し、繊維の活性面
を封鎖する物理的方法と、直接効果的にOHに化学的反
応による化学的方法をそれぞれ特定しているのである。
原理的には、物理的、化学的にOH基間に水素結合し難
いものを定着させ、それによってOH間に距離を作るこ
とである。この距離があれば添加剤のような介在する物
が無くとも、即ち空隙があればこの水素結合を妨げるこ
とはできる。事実、紙粉乃至綿状の繊維は上記の添加剤
を使用しなくとも、比較的容易に樹脂中に分散すること
はできる。しかし、著しく嵩高で軽いため、ハンドリン
グが困難であるのみならず、混練時に粘稠な樹脂の中に
容易に混入できず、所定仕込み量を練り込むためには数
回に分けて強制的に押し込むか、時間をかけて練り込む
しかない。その結果、多かれ少なかれ仕込み初めと仕込
み終りとのタイム・ラグは避けられず、繊維の熱履歴に
差を生じ製品品質のバラツキが避けられなくなる。
【0014】従って本発明が、その対策として繊維が長
径で30mm以下のペレット乃至塊状の形態を有すること
を特定していることは重要である。その長径を30mm以
下に限定したのは、それを超える時は、混練に比較的時
間がかかる。またホッパ−でブリッジを形成し易くな
り、計量精度が悪くなるなどの問題を生じることを経験
的に得ているからである。本発明のプラスチック改質材
は、再び水中で撹拌すれば懸濁状態に離解する特徴を持
っている。この再離解性は処方の変更や作り直しが繊維
にダメ−ジを与えることなく容易に行えるので、原料の
無駄がなく便利である。このようにして得られた繊維改
質材は、従来法の樹脂との混練で繊維が損傷して短繊維
化することなく、原料の繊維長としてその改質効果を発
揮することができるのである。
【0015】
【実施例】
実施例1 パルプ濃度3%(水分97%)に相当す量の新聞古紙を
パルパ−に仕込み十分離解した。離解したパルプスラリ
−に、対パルプ3wt%のカチオン性高級脂肪酸エマルジ
ョン、10wt%のカ−ボンブラック(平均粒径0.1
μ)を添加して均一に混合した。この配合原料を高濃度
クリ−ナ−、ラモ−スクリ−ンを通して除塵し、次いで
傾斜エキストラクタ−、スクリュ−プレスと2段の脱水
工程を経て、20〜25%に水分調整した。これを不二
パウダル社製デスクペレッタ−F−60N型で直径5m
m、長さ5mmのペレットに造粒した。
【0016】実施例2 段屑(段ボ−ル古紙)を、実施例1と同様に離解し、解
繊したパルプスラリ−に、10〜15μのポリエチレン
微粉末を対パルプ5wt%を添加し、更にその定着剤とし
て両性ラテックス(融点は約150℃)を対パルプ3wt
%添加し、充分撹拌混合した。この配合原料を、実施例
1と同様に、除塵、造粒して直径5mmのペレットに造粒
した。
【0017】実施例3 上質紙古紙の脱インキパルプを、実施例1と同様に離解
し、解繊したパルプスラリ−に、対パルプ、アルケニル
琥珀酸無水物(ASA)2wt%、平均粒径0.5μのタ
ルク10wt%を添加し、均一に混合し、実施例1と同様
に除塵、脱水、水分調整を経て造粒した。そのペレット
は直径5mm、長さ5mmであった。
【0018】ポリプロピレン50部に対して、実施例
1.2.3.で得たペレットを50部を森山製作所社製
MS式加圧ニ−ダ−DS55−100型で混練し、射出
成形してテストピ−スを作り下記の表1のデ−タを得
た。尚、比較に供した従来法のサンプルは、乾式粉砕で
は最も効率がよいとされている、Turbo−mil
l:タ−ボミル(タ−ボ工業社製)で新聞古紙を粉砕
し、上記同様MS式加圧ニ−ダ−でPPと混練して得た
ペレットをテストピ−スに射出成形して供試した。
【0019】本発明の改質材はペレット状で所定の仕込
み量が一回で仕込めたのに対し、従来例の新聞古紙の粉
砕物は軽くて嵩高のため、まず所定量の計量が困難で、
しかも一回で仕込めず、仕込むのに加圧を繰り返し、数
回に分けて仕込み作業をしなければならなかった。その
ため必然的に混練時間が必要以上にかかり、2〜3倍混
練時間を延長しなくてはならなかった。従って従来例の
ものは仕込みの初めと終わりでは大幅に条件が異なり、
品質保証に不安が残った。
【0020】下記表1のデ−タの如く、本発明による実
施例がベ−スレジンのPPはもとより従来法のそれと比
較して、殆ど全ての物性項目において優れていることが
明らかである。従来法のタ−ボミルで粉砕した古紙の混
練は数十分継続しても分散不良の結束繊維の斑点が残
り、終局的には焦臭を発生するに至る。これに対して本
発明によれば数分の混練で均一な分散が完了するので、
繊維に対する機械的、熱的負荷は最小限に止め得た。
【0021】
【表1】
【0022】尚、各添加剤の添加量の特定せる範囲を超
えた場合の比較例を下記表2に纒めた。
【表2】 本発明で上表の如く改質されたプラスチック製品は、燃
焼カロリ−が6000〜6500cal/gで生のプラ
スチックのそれよりも著しく低かった。
【0023】
【発明の効果】本発明に係るプラスチック改質材は上記
の説明から判るように、プラスチック混練前の植物繊維
間結合を阻止し、かつプラスチック混練時の植物繊維の
分散を促進させる添加剤を、植物繊維に対し2〜30重
量%含有した植物繊維からなるペレット乃至塊状の粒体
が長径で30mm以下に形成したので、植物繊維自体の機
械的損傷がなく、プラスチック混練前は上記添加剤によ
って植物繊維間結合が阻止され、プラスチック混練時は
樹脂中に上記添加剤によって植物繊維が均一に分散され
ることとなり、引張強度、曲げ強度、曲げ弾性、熱変形
温度などのプラスチックの各種物性を向上させることが
できる。
【0024】また、本発明のプラスチック改質材は、再
び水中で撹拌すれば懸濁状態に離解することができる結
果、この再離解性は処方の変更や作り直しが繊維にダメ
−ジを与えることなく容易に行えることとなり、原料を
無駄なく有効に使うことができるという便利さがある。
さらにまた、本発明に係るプラスチック改質材の製造法
は、植物繊維を60%以上の水の存在下で、粒径830
μm 以下の微粒子、繊維径50μm 以下の微細繊維、2
00℃以下の被膜溶融温度または軟化温度を有する液状
物、沸点が200℃以上の可塑剤またはセルロ−ス疎水
化剤のうちの少なくとも1種類を合計で植物繊維に対し
2〜30重量%添加し、単繊維に分散し、除塵、混合
し、次いで脱水し、造粒してなるものであるから、古紙
等を使用して解繊する場合にも金属製の異物の除去が容
易であり、火災等の発生もなく、動力エネルギ−の消費
も少なく、解繊効率も良好であり、かつ樹脂と植物繊維
からなる粒状体との混練に際しても樹脂中に繊維を円
滑、迅速に均一分散させることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック混練前の植物繊維間結合を
    阻止し、かつプラスチック混練時の植物繊維の分散を促
    進させる添加剤を、植物繊維に対し2〜30重量%含有
    した植物繊維からなるペレット乃至塊状の粒体が長径で
    30mm以下であることを特徴とするプラスチック改質
    材。
  2. 【請求項2】 プラスチック混練前の植物繊維間結合を
    阻止し、かつプラスチック混練時の植物繊維の分散を促
    進させる添加剤は、粒径830μm 以下の微粒子、繊維
    径50μm 以下の微細繊維、200℃以下の被膜溶融温
    度または軟化温度を有する液状物、沸点が200℃以上
    の可塑剤またはセルロ−ス疎水化剤のうちの少なくとも
    1種類であることを特徴とする請求項1記載のプラスチ
    ック改質材。
  3. 【請求項3】 粒径830μm 以下の微粒子は、無機物
    非金属では炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アル
    ミナ、カオリン、シリカ、マイカ、亜鉛華、亜鉛白、酸
    化チタン、カ−ボンブラック、弁柄、金属では鉄粉、ニ
    ッケル粉、銅粉、アルミニウム粉、有機物樹脂ではポリ
    エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリルス
    チレン、ポリアミド、ポリエステル、エポキシ、セルロ
    −ス誘導体であり、繊維径50μm 以下の微細繊維は、
    ガラス、カ−ボン、ロックウ−ル、ポリエチレン、ポリ
    プロピレン、ポリアミド、ポリエステル、セルロ−ス誘
    導体であり、200℃以下の被膜溶融温度または軟化温
    度を有する液状物は、ワックスエマルジョン、ラテック
    ス、C18以下の脂肪酸またはその金属塩であり、沸点が
    200℃以上の可塑剤またはセルロ−ス疎水化剤は、芳
    香族・脂肪族のエステルまたはアルキルケテンダイマ−
    (AKD)、アルケニル琥珀酸無水物(ASA)、無水
    ステアリン酸、アルキル・酸クロライド、イソシアネ−
    ト、Zr錯化合物、Cr錯化合物あることを特徴とする
    請求項1又は2記載のプラスチック改質材。
  4. 【請求項4】 水中で離解、分散することができる、植
    物繊維からなるペレット乃至塊状の粒体あることを特徴
    とする請求項1、2又は3記載のプラスチック改質材。
  5. 【請求項5】 植物繊維を60%以上の水の存在下で、
    粒径830μm 以下の微粒子、繊維径50μm 以下の微
    細繊維、200℃以下の被膜溶融温度または軟化温度を
    有する液状物、沸点が200℃以上の可塑剤またはセル
    ロ−ス疎水化剤のうちの少なくとも1種類を合計で植物
    繊維に対し2〜30重量%添加し、単繊維に分散し、除
    塵、混合し、次いで脱水し、造粒してなることを特徴と
    するプラスチック改質材の製造法。
  6. 【請求項6】 粒径830μm 以下の微粒子は、無機物
    非金属では炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アル
    ミナ、カオリン、シリカ、マイカ、亜鉛華、亜鉛白、酸
    化チタン、カ−ボンブラック、弁柄、金属では鉄粉、ニ
    ッケル粉、銅粉、アルミニウム粉、有機物樹脂ではポリ
    エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリルス
    チレン、ポリアミド、ポリエステル、エポキシ、セルロ
    −ス誘導体であり、繊維径50μm 以下の微細繊維は、
    ガラス、カ−ボン、ロックウ−ル、ポリエチレン、ポリ
    プロピレン、ポリアミド、ポリエステル、セルロ−ス誘
    導体であり、200℃以下の被膜溶融温度または軟化温
    度を有する液状物は、ワックスエマルジョン、ラテック
    ス、C18以下の脂肪酸またはその金属塩であり、沸点が
    200℃以上の可塑剤またはセルロ−ス疎水化剤は、芳
    香族・脂肪族のエステルまたはアルキルケテンダイマ−
    (AKD)、アルケニル琥珀酸無水物(ASA)、無水
    ステアリン酸、アルキル・酸クロライド、イソシアネ−
    ト、Zr錯化合物、Cr錯化合物あることを特徴とする
    請求項5記載のプラスチック改質材の製造法。
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