JP2010275400A - 熱可塑性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱可塑性樹脂(ポリプロピレン系樹脂、特にポリプロピレン系樹脂と酸変性ポリプロピレン系樹脂との併用等)及び植物繊維(ケナフ繊維等)を含有し、合計を100質量%とした場合に、植物繊維が50〜95質量%である熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、原料繊維を裁断する裁断工程と、熱可塑性樹脂と裁断繊維とを混練し、混合する混合工程と、を備え、裁断繊維は、裁断装置が有する目開き0.5〜2mmのスクリーンを通過し、且つ真直状である。
【選択図】図3
Description
1.熱可塑性樹脂及び植物繊維を含有し、該熱可塑性樹脂と該植物繊維との合計を100質量%とした場合に、該植物繊維は50〜95質量%である熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、原料繊維を裁断して裁断繊維とする裁断工程と、前記熱可塑性樹脂と該裁断繊維とを混練し、混合する混合工程と、を備え、前記裁断繊維は、裁断装置が有する目開き0.5〜2mmのスクリーンを通過し、且つ真直状であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
2.前記原料繊維は、ケナフ繊維である前記1.に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
3.前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂及び酸変性ポリプロピレン系樹脂である前記1.又は2.に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
4.前記ポリプロピレン系樹脂と前記酸変性ポリプロピレン系樹脂との合計を100質量%とした場合に、該酸変性ポリプロピレン系樹脂は1〜30質量%である前記3.に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
5.前記混合工程において得られた樹脂繊維混合物を粉砕して粉砕混合物とする粉砕工程を備える前記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
6.前記粉砕混合物を押し固めてペレット化するペレット化工程を備える前記5.に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
7.前記混練、混合に用いる混合装置は、前記混合がなされる混合室及び該混合室内に配設された混合羽根を備え、前記混合室内で、前記混合羽根の回転により昇温して溶融した前記熱可塑性樹脂と、前記裁断繊維とが混練され、混合される前記1.乃至6.のうちのいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
また、原料繊維が、ケナフ繊維である場合は、成長速度が極めて大きい一年草であり、優れた二酸化炭素吸収性を有するケナフを用いることにより、大気中の二酸化炭素量の削減、及び植物資源の有効利用等に貢献することができる。
更に、熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン系樹脂及び酸変性ポリプロピレン系樹脂である場合は、より高い流動性を有する熱可塑性樹脂組成物とすることができ、且つ優れた機械的特性を有する成形体とすることができる。
また、ポリプロピレン系樹脂と酸変性ポリプロピレン系樹脂との合計を100質量%とした場合に、酸変性ポリプロピレン系樹脂が1〜30質量%である場合は、酸変性樹脂を併用することによる作用効果が十分に奏され、特に高い流動性を有する熱可塑性樹脂組成物とすることができ、且つ優れた機械的特性を有する成形体とすることができる。
更に、混合工程において得られた樹脂繊維混合物を粉砕して粉砕混合物とする粉砕工程を備える場合は、射出成形等の原料として粉砕混合物をそのまま、又はペレット化して用いることができ、いずれにしても塊状の樹脂繊維混合物と比べて取り扱い易く、成形体を容易に製造することができる。
また、粉砕混合物を押し固めてペレット化するペレット化工程を備える場合は、加熱せずにペレット化することができるため、熱可塑性樹脂の熱劣化が抑えられ、ペレットであるため取り扱い易く、射出成形機等に、より容易に、且つより均一に供給することができ、成形体の機械的特性をより向上させることができる。
更に、混練、混合に用いる混合装置は、混合がなされる混合室及び混合室内に配設された混合羽根を備え、混合室内で、混合羽根の回転により昇温して溶融した熱可塑性樹脂と、裁断繊維とが混練され、混合される場合は、外部からの加熱を必要とすることなく短時間で効率よく混合することができ、コストを低減させることができる。
[1]熱可塑性樹脂組成物の製造方法
熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂及び植物繊維を含有し、熱可塑性樹脂と植物繊維との合計を100質量%とした場合に、植物繊維が50〜95質量%であり、原料繊維を裁断して裁断繊維とする裁断工程と、熱可塑性樹脂と裁断繊維とを混練し、混合する混合工程と、を備える方法により製造することができ、裁断繊維は、裁断装置が有する目開き0.5〜2mmのスクリーンを通過し、且つ真直状である。
(a)熱可塑性樹脂
前記「熱可塑性樹脂」は、混合工程で裁断繊維と混合される樹脂である。この熱可塑性樹脂は特に限定されず、各種の熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエステル樹脂、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール及びABS樹脂等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン及びポリブチレンサクシネート等を用いることもできる。これらのうちでは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィンが好ましく、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、特にエチレン−プロピレンブロック共重合体がより好ましい。熱可塑性樹脂は2種以上を併用してもよいが、1種のみ用いられることが多い。
尚、酸価はJIS K0070により測定することができる。
尚、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定することができる。
前記「原料繊維」は、植物に由来する繊維である。この原料繊維としては、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、針葉樹(杉、檜等)、広葉樹及び綿花などの各種の植物が有する繊維が挙げられる。この原料繊維は1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのうちでは、成長が極めて早い一年草であり、優れた二酸化炭素吸収性を有し、大気中の二酸化炭素量の削減、森林資源の有効利用等に貢献することができるケナフが有する繊維が好ましい。また、植物のうちの用いる部位は特に限定されず、非木質部、木質部、葉部、茎部及び根部等の植物を構成するいずれの部位であってもよい。更に、特定部位のみを用いてもよいし、2箇所以上の異なる部位を併用してもよい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、原料繊維を裁断装置により裁断して裁断繊維とする裁断工程と、この裁断繊維と熱可塑性樹脂とを、混合装置により混練し、混合する混合工程とを備える。また、混合工程において得られた樹脂繊維混合物は塊状であるため、粉砕工程において粉砕し、粉砕混合物として用いることが好ましい。更に、この粉砕混合物は、そのまま成形体の原料として用いてもよいが、ペレット化装置により所定の形状及び寸法を有するペレットとし、このペレットを成形体の原料として用いてもよい。
前記「裁断工程」は、原料繊維を裁断して所定長さの裁断繊維とする工程である。
裁断工程において用いられる装置は特に限定されず、原料繊維を所定長さに効率よく裁断することができればよい。この裁断装置としては、例えば、図1、2に記載された裁断装置を用いることができる。
尚、裁断繊維をペレット化する場合、その方法は特に限定されず、後記の熱可塑性樹脂組成物のペレット化と同様にして実施することができ、同様に、ローラーディスクダイ式成形機を用いることが特に好ましい。
前記「混合工程」は、熱可塑性樹脂と裁断繊維とを混練し、混合する工程である。
この混合工程では、押出タイプの混練、混合機を除いた混合装置が用いられる。この混合装置は特に限定されないが、熱可塑性樹脂に多量の裁断繊維を混合させることができればよく、例えば、図5、6に記載された混合装置を用いることができる。この特定の混合装置を用いた場合、より高い流動性を有する熱可塑性樹脂組成物をより容易に製造することができる。
粉砕工程を備える場合、粉砕装置は特に限定されず、塊状の樹脂繊維混合物を効率よく粉砕することができればよい。このような装置としては、樹脂組成物の粉砕に一般に用いられる粉砕装置を使用することができる。例えば、株式会社ホーライ製の粉砕効率が高いZシリーズの粉砕機等を用いることができる。また、粉砕混合物の粒子の形状及び粒径も特に限定されず、整粒等の操作は特に必要とすることなく、成形体の原料として用いることができる。粒径(最大寸法)は1〜10mm、特に3〜8mmであることが好ましく、粒径が1〜10mmであれば、取り扱い易く、射出成形機等の成形機への供給も容易である。
ペレット化工程を備える場合、混合工程で製造され、粉砕されてなる粉砕混合物をペレット化装置に供給してペレット化する。これは、本発明の方法により製造された熱可塑性樹脂組成物は、その後、射出形成等の成形に供することができるが、その際、熱可塑性樹脂組成物がペレット化されていることにより成形が容易になり好ましいためである。このペレット化に用いる装置は特に限定されず、粉砕混合物を効率よくペレット化することができればよい。このような装置としては、樹脂組成物のペレット化に一般に用いられるペレット化装置を使用することができる。また、粉砕混合物を押出機等に供給し、溶融混練し、押し出してペレット化することもできる。
このローラーディスクダイ式成形機40では、上記の構成に加え、プレスローラ42の表面に凹凸421が設けられていることがより好ましい。また、主回転軸43の回転に伴って回転する切断用ブレード45を備えていることがより好ましい。
本発明の方法により製造された熱可塑性樹脂組成物(混合後の塊状のままでは使用し難いため、通常、粉砕され、又は粉砕され、且つペレット化されて用いられる。)は、射出成形、押出成形、圧縮成形等の各種の成形方法により成形体とすることができる。この熱可塑性樹脂組成物は、多量の植物繊維を含有しているにもかかわらず、優れた流動性を有するため、特に十分な流動性を必要とする射出成形に用いることもできる。また、この射出成形時、熱可塑性樹脂組成物がペレット化されておれば、計量時間及び射出時間等を短縮することができ、その結果、成形サイクルが短縮されて成形効率を向上させることができる。更に、射出成形等の各種の成形に用いる装置及び成形条件等は特に限定されず、熱可塑性樹脂の種類、及び成形体の形状、用途等により適宜選択し、設定すればよい。
[1]熱可塑性樹脂組成物の製造
実施例1
(1)裁断繊維の作製
原料繊維であるケナフ繊維(インドネシア産、ロープ状)を裁断装置(有限会社吉工製、型式「RC250」)により裁断し、目開き2mmのスクリーンを通過させ、繊維長1〜2mmの裁断繊維として回収した。この裁断繊維は屈曲部を有さず、真直状であった。
前記(1)で作製した裁断繊維360gと、ポリプロピレン(日本ポリプロ社製、商品名「ノバテックNBC03HR」)225gと、酸変性ポリプロピレン(三菱化学社製、商品名「P908」、無水マレイン酸変性ポリプロピレン)15g[裁断繊維、ポリプロピレン及び酸変性ポリプロピレンの質量割合(合計量を100質量%とする。)は、裁断繊維が60質量%、ポリプロピレンが37.5質量%、酸変性ポリプロピレンが2.5質量%になる。]と、を図5の混合装置1(WO2004−076044号に記載された装置)の材料供給室13に投入し、その後、容量5リットルの混合室3に移送し、混合羽根(図6の10a〜10f)を回転数1750rpmで回転させ、混練し、混合した。そして、混合羽根にかかる負荷(トルク)が上昇し、最大値に達して4秒経過後を終点として混合を停止し、混合物(粉砕及びペレット化前の熱可塑性樹脂組成物)を混合装置1から排出させた。
前記(2)で製造した塊状の熱可塑性樹脂組成物を、粉砕機(ホーライ社製、形式「Z10−420」)により最大寸法5mm程度に粉砕し、その後、粉砕物を、ローラーディスクダイ式成形機[菊川鉄工所製、形式「KP280」、貫通孔径4.2mm、厚さ25mmのダイを使用]に、フィーダー周波数20Hzで投入し、直径約4mm、且つ長さ約5mmの円柱状のペレットとし、次いで、このペレットをオーブンにて100℃で24時間乾燥させ、熱可塑性樹脂組成物のペレットを得た。
目開き1mmのスクリーンを備える裁断装置を用いた他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。裁断繊維の繊維長は0.5〜1mmであった。この裁断繊維は屈曲部を有さず、真直状であった。
実施例3
目開き0.5mmのスクリーンを備える裁断装置を用いた他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。裁断繊維の繊維長は0.2〜0.5mmであった。この裁断繊維は屈曲部を有さず、真直状であった。
実施例1において得られた裁断繊維を、ローラーディスクダイ式成形機[菊川鉄工所製、形式「KP280」、貫通孔径6.2mm、厚さ28mmのダイを使用]に、フィーダー周波数40Hzで投入し、予め、直径約6mm、且つ長さ約10mmの円柱状のペレットとし、その後、熱可塑性樹脂と混練、混合した他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。
実施例5
実施例2において得られた裁断繊維を、実施例4と同様にしてペレット化した他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。
実施例6
実施例3において得られた裁断繊維を、実施例4と同様にしてペレット化した他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。
裁断機(有限会社吉工製、型式「RC250」)に代えて粉砕機(株式会社ホーライ製、型式「Z10−420」)を使用して原料繊維を粉砕し、目開き6mmのスクリーンを通過させ、粉砕繊維(繊維長は4〜6mmであり、屈曲部を有し、真直状ではない。)として回収し、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造しようとしたが、繊維の嵩が大きいため、混練、混合することができず、熱可塑性樹脂組成物を製造することができなかった。
比較例2
比較例1と同様にして得られた粉砕繊維を、実施例4と同様にしてペレット化した他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を製造し、ペレット化した。
以上、実施例1〜6及び比較例1〜2における裁断繊維(粉砕繊維)の製造に用いた裁断装置(粉砕装置)が有するスクリーンの目開き、裁断繊維の形態、裁断繊維のペレット化の有無、及びトルク値がピークに到達してから排出するまでの時間(比較例1は除く。)を表1に記載する。
前記[1]で得られた実施例1〜6及び比較例2の熱可塑性樹脂組成物のペレットを、オーブンにて100℃で5時間乾燥させ、その後、射出成形機(住友重機械工業社製、型式「SE100DU」)により、シリンダー温度190℃、型温度40℃の条件で射出成形し、長さ110mm、幅10mm、厚さ4mmの試験片を作製し、次いで、ISO178に準拠して曲げ試験を実施し、曲げ弾性率を求めた。また、バーフロー金型を用いて同様にして射出成形し、流動長(バーフロー長)を評価した。これらの結果を表1に併記する。
Claims (7)
- 熱可塑性樹脂及び植物繊維を含有し、該熱可塑性樹脂と該植物繊維との合計を100質量%とした場合に、該植物繊維は50〜95質量%である熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、
原料繊維を裁断して裁断繊維とする裁断工程と、前記熱可塑性樹脂と該裁断繊維とを混練し、混合する混合工程と、を備え、
前記裁断繊維は、裁断装置が有する目開き0.5〜2mmのスクリーンを通過し、且つ真直状であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 - 前記原料繊維は、ケナフ繊維である請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂及び酸変性ポリプロピレン系樹脂である請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
- 前記ポリプロピレン系樹脂と前記酸変性ポリプロピレン系樹脂との合計を100質量%とした場合に、該酸変性ポリプロピレン系樹脂は1〜30質量%である請求項3に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
- 前記混合工程において得られた樹脂繊維混合物を粉砕して粉砕混合物とする粉砕工程を備える請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
- 前記粉砕混合物を押し固めてペレット化するペレット化工程を備える請求項5に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
- 前記混練、混合に用いる混合装置は、前記混合がなされる混合室及び該混合室内に配設された混合羽根を備え、
前記混合室内で、前記混合羽根の回転により昇温して溶融した前記熱可塑性樹脂と、前記裁断繊維とが混練され、混合される請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
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