JPWO2008146370A1 - 植物材料を用いた圧縮成型品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石油系樹脂を使用しない、又は石油系樹脂の使用量が少なくてすみ、機械強度が高く、電子機器の筐体に好適な植物材料を用いた圧縮成型品及びその製造方法を提供する。【解決手段】まず、木又は竹を粉砕して平均粒径が５〜１００μｍの木粉を得る。次に、第１の金型１１に木粉を入れ、例えは温度が１６０℃、圧力が３０ＭＰａの条件で第１の圧縮成型工程を実施して、仮成型体１２を形成する。次に、仮成型体１２を難燃剤１３に浸漬して表面に難燃剤を含浸させた後、第２の金型１４に入れ、例えば温度が２００℃、圧力が１００ＭＰａの条件で第２の圧縮成型工程を実施する。このとき木粉からリグニンやヘミセルロース等の成分が析出し、接着剤として働いて粉砕物が相互に強固に結合して一体化され、所定の形状の圧縮成型品１５となる。【選択図】図２

Description

本発明は、主原料として木又は竹等の植物の粉砕物を用いた圧縮成型品及びその製造方法に関し、特に電子機器の筐体に好適な圧縮成型品及びその製造方法に関する。

近年、石油に代表される化石資源が大量消費されており、それらの化石資源の枯渇が危惧されている。また、化石資源の大量消費にともなって多量の二酸化炭素が発生しており、それが地球温暖化の原因になっていると指摘されている。現在、多くの製品に石油系樹脂が使用されているが、上記の問題に鑑みて、石油系樹脂に替えてポリ乳酸等の植物系樹脂を用いる動きが世界的に盛んになっている。

ポリ乳酸はトウモロコシ等の植物から作られ、廃棄後は土中の微生物により水と二酸化炭素に分解される。また、ポリ乳酸を焼却した場合も、水と二酸化酸素とが生成される。これらの二酸化炭素は光合成により植物に取り込まれ、植物の成長に使用される。このように、ポリ乳酸等の植物系樹脂は、環境にやさしい循環型の素材である。

近年、ノート型パソコン（ＰＣ）や携帯電話等の電子機器の筐体にもポリ乳酸等の植物系樹脂を使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、ポリ乳酸等の植物系樹脂は、一般的に曲げ強さ等の剛性は高いものの、アイゾット衝撃強度等の耐衝撃性が十分でなく、荷重たわみ温度等の耐熱性も低いため、単体で電子機器の筐体に用いることは困難である。そのため、植物系樹脂と石油系樹脂とを混合した樹脂を用いて電子機器の筐体を形成することが検討されている（例えば、特許文献２）。

その他、植物材料を用いた部材として、木質ボード（パーティクルボードとも呼ばれる）がある（例えば、特許文献３，４）。木質ボードは、木材を破砕したもの、木材を薄く紙状にしたもの、又は古紙等（以下、「破砕物等」という）に接着剤（結合剤）を含浸させて圧縮・積層したものであり、比較的硬くて剛性が高いという特徴がある。但し、木質ボードには、石油系の接着剤や溶剤が使用されており、その割合が３０％を超えるものもある。また、木質ボードは、原料の破砕物等の大きさのばらつきが大きく、精密な加工には不向きである。更に、ノート型パソコン等の電子機器の筐体にはＵＬ規格に規定される難燃性が要求されるため、木質ボードをそのまま電子機器の筐体に使用することは困難である。

上述したように、従来は、植物材料のみで強度が高くかつ加工精度が高い成型品を製造することは困難であり、植物材料を使用する場合も多くの石油系樹脂が必要であった。そのため、石油系樹脂を使用しない、又は石油系樹脂の使用量が少なくてすむ成型品及びその製造方法が要望されている。
特開２００１−２４４６４５号公報 特開２００６−１８２９９４号公報 特許第２８８８１５３号 特許第２５８０５２２号

本発明の目的は、石油系樹脂を使用しない、又は石油系樹脂の使用量が少なくてすみ、機械強度が高く、電子機器の筐体に好適な植物材料を用いた圧縮成型品及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、植物粉砕物と、前記植物粉砕物から析出させた接着成分とを有することを特徴とする圧縮成型品が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、植物を粉砕して植物粉砕物を得る工程と、前記植物粉砕物を加熱しながら圧力を加えることにより前記植物粉砕物由来の接着成分を析出させる加圧成型工程とを有することを特徴とする圧縮成型品の製造方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、植物を粉砕して植物粉砕物を得る工程と、前記植物粉砕物に圧力を加えて仮成型体とする第１の加圧成型工程と、前記仮成型体を、加熱しながら圧力を加え、前記植物粉砕物由来の接着成分を析出させる第２の加圧成型工程とを有することを特徴とする圧縮成型品の製造方法が提供される。

本発明においては、例えば木又は竹等の植物を粉砕して原料となる粉砕物とする。そして、この粉砕物を型に入れ、例えば１６０〜２５０℃の温度に加熱しながら３０ＭＰａ〜３００ＭＰａの圧力で圧縮して成型品を製造する。この圧縮工程において、粉砕物からリグニンやヘミセルロース等の成分が軟化した状態で析出し、これらの成分が天然の接着剤として働いて粉砕物が相互に強固に結合して一体化され、所定の形状の圧縮成型品が得られる。

このようにして製造した圧縮成型品は、石油系の接着剤等を含有せず、廃棄後は自然に戻り、環境を破壊することがない。また、軽量であるとともに機械的強度が高く、寸法精度も良好である。

なお、圧縮成型品の強度を向上させるために、粉砕物に無機物や植物性繊維を添加してもよい。また、必要に応じて、可塑剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、顔料、着色剤、帯電防止剤、香料、発泡剤、抗菌剤及び抗カビ剤を添加してもよく、石油系接着剤等を添加してもよい。

更に、難燃性とするために、粉砕物又は粉砕物を仮成型して得た仮成型体に難燃剤を含浸させ、その後加圧成型工程を実施してもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧縮成型品の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、第１の実施形態に係る圧縮成型品の製造方法を工程順に示す模式図である。 図３は、第１の本実施形態に係る圧縮成型品をノート型パソコンの筐体用部品（蓋部）に採用した例を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る圧縮成型品を携帯電話の筐体用部品に採用した例を示す図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧縮成型品の製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧縮成型品の製造方法を示すフローチャート、図２は同じくその製造方法を工程順に示す模式図である。

まず、原料として、木又は竹（以下、「木材等」という）を粉砕して、粒径（平均粒径）が例えば５〜１００μｍの粉砕物（以下、「木粉」ともいう）を得る（ステップＳ１１）。原料となる木や竹の種類は特に限定するのものではないが、杉（すぎ）、檜（ひのき）、ブナ、桐（きり）、欅（けやき）、楓（かえで）、桑（くわ）、楠（くすのき）、楢（なら）、楡（にれ）、竹の心材又は表皮等を使用することができる。また、複数種類の木材等の粉砕物を混合して使用してもよい。

電子機器の筐体を作成する場合、加工精度及び均一性を確保するために、上述したように木粉の平均粒径は５〜１００μｍとすることが好ましい。しかし、用途によってはこの範囲から外れる粒径としてもよい。

次に、図２（ａ）に示すように、木粉を第１の金型１１内に充填し、金型温度を例えば１００〜２５０℃、圧力を例えば３０ＭＰａ〜３００ＭＰａとして、第１の加圧成型工程を実施する（ステップＳ１２）。この第１の加工成型工程は木粉同士を緩く結合した状態に仮成型する工程であり、成型体として形状を維持できる程度の温度条件及び圧力条件で実施する。第１の加圧成型工程における温度条件及び圧力条件が高すぎると、次の難燃剤含浸工程で成型体に難燃剤を含浸させることができなくなるという問題が発生する。以下、第１の加圧成型工程で成型された成型体を仮成型体１２という。

次に、仮成型体１２を第１の金型１１から取り出し、その表面に難燃剤を含浸させる（ステップＳ１３）。この難燃剤含浸工程では、例えば図２（ｂ）に示すように、仮成型体１２を液状の難燃剤１３中に浸漬すればよい。また、難燃剤を加熱しその蒸気を仮成型体１２に接触させることにより、仮成型体１２の表面に難燃剤を含浸させてもよい。難燃剤は仮成型体１２の表面近傍で濃度が最も高くなるように浅く含浸させればよく、中心部まで難燃剤を浸透させる必要はない。

難燃剤としては、例えばホウ素系の水溶液を使用することができる。ホウ素系難燃剤には、例えばポリホウ酸ナトリウム（ホウ酸イオン重合体塩）及びホウ酸亜鉛等がある。ホウ素系以外の難燃剤としては、例えばリン酸エステル又はトリアジン化合物等の有機系難燃性がある。リン酸エステルとしては、例えば、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート又はポリリン酸アンモニウム等が使用できる。また、トリアジン化合物としては、例えば、メラミンシアヌレート、トリスイソシアヌレート等が使用できる。

次に、図２（ｃ）に示すように、表面に難燃剤を含浸させた仮成型体１２を第２の金型１４内に配置し、第１の加圧成型工程よりも高い条件で第２の加圧成型工程を実施する。第２の加圧成型工程における金型温度は例えば１６０〜２５０℃であり、成型圧力は例えば５０〜５００Ｐａである（ステップＳ１４）。

この第２の加圧成型工程では、仮成型体１２を構成する木粉からリグニンやヘミセルロース等の成分が軟化した状態で析出する。そして、これらの成分が天然の接着剤（バインダ）として働き、第２の金型１４内の木粉が相互に強固に結合して一体化され、所定の形状の圧縮成型品１５が得られる。この第２の加圧成型工程における金型温度及び成型圧力は原料として用いる木材等の種類や用途に応じて適宜決定すればよいが、上述したように木粉から接着剤となる成分が析出して金型内の木粉が一体化する温度及び圧力に設定することが必要である。

次いで、図２（ｄ）に示すように、第２の金型１４から圧縮成型品１５を取り出す。このようにして製造された圧縮成型品１５は機械的強度が高く、寸法精度も良好である。また、比重を１以下にすることも可能である。更に、原料として植物のみを使用しているため環境に対する負荷が小さい。更にまた、難燃剤を含むことにより燃えにくいという性質を有している。

なお、圧縮成型品１５の剛性をより一層向上させるために、原料となる木粉に無機材料、例えば炭素繊維、ガラス繊維、又はガラスフレーム、ガラスビーズ、タルク若しくはマイカ等のケイ酸塩等を添加してもよい。これらの無機材料に替えて、ケナフ又はマニラ麻等の植物系繊維を添加してもよい。また、必要に応じて原料となる木粉に、可塑剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、顔料、着色剤、帯電防止剤、香料、発泡剤、抗菌剤又は抗カビ剤等を添加してもよい。これらの添加剤の選択にあたっては、生物に対して無害であって燃焼により有毒ガスを発生しないなど、環境に対する負荷が小さいものを選択することが好ましい。

更に、必要に応じて、原料となる木粉に石油系の樹脂等を混合してもよい。但し、その場合は環境の負荷を考慮して、植物系材料の比率を２５％以上、より好ましくは５０％以上とするのがよい。

本実施形態によれば、木材加工時に出る廃材や大量発生している竹等を有効利用することができる。また、本実施形態によれば、植物材料のみ又は植物材料と少量の添加剤のみで圧縮成型品を製造できるので、圧縮成型品に木材の質感を残すことや、比重を１以下にすることが可能である。更に、本実施形態により作製された圧縮成型品は、機械的強度が高く、寸法精度が良好であり、軽量であるとともに難燃性を有するので、ノート型パソコンや携帯電話等の電子機器の筐体に好適である。図３に、本実施形態に係る圧縮成型品をノート型パソコンの筐体用部品（蓋部）に採用した例を示す。また、図４に、本実施形態に係る圧縮成型品を携帯電話の筐体用部品に採用した例を示す。

以下、本実施形態の方法により実際に圧縮成型品を製造し、その特性を調べた結果について説明する。

（試験片の作製）
まず、上述した方法により、アメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ：American Society for Testing and Material）の工業規格に規定されている曲げ試験片を作製した。すなわち、原料として、秋田杉を粉砕して平均粒径が約１０μｍの木粉を得た。この木粉を第１の金型内に充填し、三庄インダストリー社製の加熱プレス機を用いて、成型温度が１６０℃、成型圧力が３０ＭＰａ、プレス時間が３分間の条件で第１の加圧成型工程を実施し、仮成型体を得た。

次に、仮成型体を第１の金型から取り出し、ポリホウ酸ナトリウムの水溶液（難燃剤）に１０分間浸漬して、表面に難燃剤を含浸させた。その後、仮成型体を乾燥炉に入れて乾燥させた。

次いで、仮成型体を第２の金型に入れ、三庄インダストリー社製の加熱プレス機を用いて、成型温度が２００℃、成型圧力が１００ＭＰａ、プレス時間が３分間の条件で第２の加圧成型工程を実施した。これにより、サイズが１２．７ｍｍ×６４ｍｍ×３．２ｍｍのＡＳＴＭ曲げ試験片（圧縮成型品）を得た。

（曲げ強さの測定）
次に、上記の曲げ試験片を用いて、曲げ強さを測定した。具体的には、インストロン社製の万能試験機（INSTORON5581）を使用し、試験片の大きさ以外は日本工業規格（JIS K 7203）に準拠して、曲げ弾性率を測定した。なお、曲げ試験片は５個作成し、それらの試験片の曲げ弾性率をそれぞれ測定した後、曲げ弾性率測定の規格に沿って最大値及び最小値のものを除外して平均値を算出し、それを曲げ弾性率として採用した。

その結果、第１の実施形態により作製された試験片の曲げ弾性率は６ＧＰａであった。一般的に電子機器の筐体材料には３ＧＰａ〜６ＧＰａの曲げ弾性率が必要とされており、上記の試験から第１の実施形態により製造された圧縮成型品が電子機器の筐体に要求される曲げ弾性率を有することが確認された。

（難燃性の測定）
次に、ＵＬ９４規格の難燃性試験に基づき、第１の実施形態により作製された上記の試験片の難燃性を調べた。すなわち、試験片を垂直に支持し、その試験片の下端にガスバーナーの炎をあてて１０秒間保持し、その後ガスバーナーの炎を試験片から離した。 そして、炎が消えたときには直ちに試験片にガスバーナーの炎を１０秒間あてた。

ＵＬ９４規格では、１回目及び２回目の接炎後の有炎燃焼持続時間と、２回目の接炎後の有炎燃焼持続時間及び無炎燃焼持続時間の合計と、５個の試験片の有炎燃焼持続時間の合計と、燃焼滴下物（ドリップ）の有無とを調べ、その結果により等級（Ｖ−０，Ｖ−１，Ｖ−２）を決定する。

等級Ｖ−０は、１回目及び２回目の接炎後の有炎燃焼時間がいずれも１０秒以内であること、２回目の接炎後の有炎燃焼持続時間と無炎燃焼時間との合計が３０秒以内であること、５個の試験片の有炎燃焼時間の合計が５０秒以内であること、及び燃焼落下物がないことが要求される。

また、等級Ｖ−１は、１回目及び２回目の接炎後の有炎燃焼時間がいずれも３０秒以内であること、２回目の接炎後の有炎燃焼持続時間と無炎燃焼時間との合計が６０秒以内であること、５個の試験片の有炎燃焼時間の合計が２５０秒以内であること、及び燃焼滴下物がないことが要求される。

更に、等級Ｖ−２は、１回目及び２回目の接炎後の有炎燃焼時間がいずれも３０秒以内であること、２回目の接炎後の有炎燃焼持続時間と無炎燃焼時間との合計が６０秒以内であること、及び５個の試験片の有炎燃焼時間の合計が２５０秒以内であることが要求される。等級Ｖ−２では、燃焼滴下物が許容される。なお、試験片が燃え尽きたときは、等級Ｖ−０、Ｖ−１、Ｖ−２のいずれにも該当しない。

ＵＬ９４規格の難燃性試験を実施した結果、第１の実施形態により作製された試験片は、ガスバーバーの炎をあててもバーナーを離すと直ぐに炎が消え、燃焼滴下物が発生せず、Ｖ−０相当の難燃性を有することが確認された。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧縮成型品の製造方法を示すフローチャートである。

まず、原料となる木又は竹を粉砕して、平均粒径が約５００μｍの粉砕物を得る（ステップＳ２１）。

次に、粉砕物の表面に難燃剤を含浸させる（ステップＳ２２）。例えばホウ素系難燃剤の水溶液に粉砕物を浸漬して、粉砕物の表面に難燃剤を含浸させる。この場合、難燃剤は粉砕物の表面に浅く含浸させればよく、粉砕物を難燃剤に浸漬する時間は短時間でよい。

次いで、難燃剤を含浸させた粉砕物を金型に入れ、加圧成型工程を実施する（ステップＳ２３）。この加圧成型工程における金型温度は例えば１６０〜２５０℃とし、成型圧力は例えば５０〜５００Ｐａとする。この加圧成型工程においては、木又は竹の粉砕物から植物由来のリグニンやヘミセルロース等の成分が軟化した状態で析出し、これらの成分が接着剤として働いて金型内の粉砕物が一体化され、所定の形状の圧縮成型品が得られる。その後、金型から圧縮成型品を取り出す。このようにして、圧縮成型品が完成する。

なお、本実施形態では原料として木又は竹の粉砕物を使用するものとしたが、木又は竹の粉砕物に、炭素繊維、ガラス繊維、植物性繊維、可塑剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、顔料、着色剤、帯電防止剤、香料、発泡剤、抗菌剤又は抗カビ剤等を添加して原料としてもよい。

本実施形態により製造された圧縮成型品においても、原料として植物のみ又は植物と少量の添加剤のみを使用しているので、環境に対する負荷が小さい。また、本実施形態により製造された圧縮成型品は難燃剤を含んでいるので、燃えにくいという性質を有している。

なお、上記第１及び第２の実施形態ではいずれも植物粉砕物を型に入れて加圧成型して圧縮成型品を製造する場合について説明したが、所望の形状に近似の形状に切り出し又は削り出した木片を用い、この木片を加熱しながら圧縮してリグニンやヘミセルロース等の植物由来の接着成分を析出させ、製品となる圧縮成型品を製造してもよい。この場合、植物由来の接着成分により植物繊維同士が強固に接合され、強度が高い圧縮成型品を得ることができる。また、石油系の樹脂等が不要であり、環境に対する負荷が小さい。

Claims (20)

1. 植物粉砕物と、
   前記植物粉砕物から析出させた接着成分とを有することを特徴とする圧縮成型品。
2. 前記植物粉砕物は、木又は竹を粉砕したものであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮成型品。
3. 難燃剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮成型品。
4. 植物粉砕物と、
   前記植物粉砕物から析出させた接着成分とを有することを特徴とする電子機器。
5. 植物を粉砕して植物粉砕物を得る工程と、
   前記植物粉砕物を加熱しながら圧力を加えることにより前記植物粉砕物由来の接着成分を析出させる加圧成型工程と
   を有することを特徴とする圧縮成型品の製造方法。
6. 前記植物粉砕物は、木又は竹を粉砕したものであることを特徴とする請求項５に記載の圧縮成型品の製造方法。
7. 前記植物粉砕物に無機物又は植物繊維を添加することを特徴とする請求項５又は６に記載の圧縮成型品の製造方法。
8. 前記植物粉砕物に、可塑剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、顔料、着色剤、帯電防止剤、香料、発泡剤、抗菌剤及び抗カビ剤の少なくとも一種を添加することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
9. 前記植物粉砕物の平均粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
10. 前記加圧成型工程における温度を１６０℃以上、２５０℃以下とすることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
11. 前記加圧成型工程における成型圧力を５０Ｐａ以上、５００Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
12. 前記植物粉砕物に難燃剤を含浸させた後、前記加圧成型工程を実施することを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
13. 植物を粉砕して植物粉砕物を得る工程と、
    前記植物粉砕物に圧力を加えて仮成型体とする第１の加圧成型工程と、
    前記仮成型体を、加熱しながら圧力を加え、前記植物粉砕物由来の接着成分を析出させる第２の加圧成型工程と
    を有することを特徴とする圧縮成型品の製造方法。
14. 前記第１の加圧成型工程と前記第２の加圧成型工程との間に、前記仮成型体の表面に難燃剤を含浸させる難燃剤含浸工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮成型品の製造方法。
15. 前記植物粉砕物は、木又は竹を粉砕したものであることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の圧縮成型品の製造方法。
16. 前記第２の加圧成型工程における温度を１６０℃以上、２５０℃以下とすることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
17. 前記第２の加圧成型工程における成型圧力を５０Ｐａ以上、５００Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
18. 前記第２の加圧成型工程における加熱温度は、前記第１の加圧成型工程における温度よりも高いことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
19. 前記第２の加圧成型工程における圧力は、前記第１の加圧成型工程における圧力よりも高いことを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の圧縮成型品の製造方法。
20. 木片を所定の形状に加工する工程と、
    加工後の前記木片を加熱しながら圧力を加えることにより前記木片から植物由来の接着成分を析出させる加圧成型工程と
    を有することを特徴とする圧縮成型品の製造方法。
    

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