JP2024038913A - Composite material containing biomass-derived resin as base material, structural member and recycling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料、それを用いた構造部材、および、そのリサイクル方法に関する。 The present invention relates to a composite material using a biomass-derived resin as a base material, a structural member using the same, and a method for recycling the same.
バイオマス由来樹脂は、資源植物、生物系廃棄物等のバイオマスを原料として製造されている。バイオマス由来樹脂は、燃焼してもCO2排出量の増大に寄与しないため、カーボンニュートラルに貢献する材料として注目されている。バイオマス由来樹脂としては、乳酸発酵を利用したポリ乳酸、ヒマシ油を原料としたポリアミド11、グルタミン酸由来の2-ピロリドンを原料としたポリアミド4等が知られている。 Biomass-derived resins are manufactured using biomass such as resource plants and biological wastes as raw materials. Biomass-derived resins do not contribute to an increase in CO 2 emissions even when burned, so they are attracting attention as materials that contribute to carbon neutrality. Known biomass-derived resins include polylactic acid using lactic acid fermentation, polyamide 11 made from castor oil, and polyamide 4 made from 2-pyrrolidone derived from glutamic acid.
バイオマス由来樹脂は、CO2排出量が少なく、環境適合性が高い材料であるが、強度や剛性に課題を抱えている。樹脂材料を構造部材として用いる場合、設計上では、比例限度が重要視される。しかし、バイオマス由来樹脂は、比例限度が小さいという欠点がある。そのため、現在のところ、バイオマス由来樹脂の用途は、プラスチック製食器、包装フィルム、パソコンの外装材や補強材等に限られている。 Biomass-derived resins are materials with low CO 2 emissions and high environmental compatibility, but they have problems with strength and rigidity. When using resin materials as structural members, proportionality limits are important in design. However, biomass-derived resins have the disadvantage of having a small proportionality limit. Therefore, at present, the uses of biomass-derived resins are limited to plastic tableware, packaging films, and exterior materials and reinforcing materials for personal computers.
従来、樹脂材料の機械的特性を向上させる方法としては、フィラ(充填材)を配合する方法が知られている。 Conventionally, as a method of improving the mechanical properties of a resin material, a method of adding a filler (filler) is known.
特許文献1には、機械的特性、耐熱性、ゲート切れ性、摺動特性に優れる半芳香族ポリアミド樹脂組成物が記載されている。半芳香族ポリアミド樹脂組成物には、シリカおよびガラスビーズからなる群より選択される一種以上の球状無機充填材、並びに、粒子状無機充填材および繊維状無機充填材からなる群より選択される一種以上の無機充填材が配合されている。 Patent Document 1 describes a semi-aromatic polyamide resin composition that has excellent mechanical properties, heat resistance, gate cutting properties, and sliding properties. The semi-aromatic polyamide resin composition includes one or more spherical inorganic fillers selected from the group consisting of silica and glass beads, and one selected from the group consisting of particulate inorganic fillers and fibrous inorganic fillers. The above inorganic fillers are blended.
バイオマス由来樹脂は、構造部材等の用途に利用する観点から、比例限界強度の向上が求められている。一般的な構造部材に用いられる樹脂材料については、掃除機等の家電製品の筐体に代表されるように、ポリプロピレンに相当する以上の比例限度が望まれる。しかし、特許文献1のように、単にフィラの粒子形態や分散構造を調整しても、バイオマス由来樹脂の比例限度を十分に大きくすることは困難である。 Biomass-derived resins are required to have improved proportional limit strength from the viewpoint of use in structural members and the like. For resin materials used in general structural members, as typified by the housings of home appliances such as vacuum cleaners, a proportional limit higher than that of polypropylene is desired. However, as in Patent Document 1, it is difficult to sufficiently increase the proportionality limit of the biomass-derived resin even if the filler particle form and dispersion structure are simply adjusted.
従来のように、フィラの粒子レベルで比例限界強度の向上を図る方法では、一般的な構造部材に要求される比例限度が得られないという課題がある。特に、バイオマス由来樹脂は、使用後にケミカルリサイクルによって再利用される場合がある。再生材であるバイオマス由来樹脂は、紫外線劣化、熱劣化等で分子量が低下しており、比例限度も大きく低下している。このような再生材にも適用可能な比例限界強度を向上させる手段が求められている。 The conventional method of improving the proportional limit strength at the filler particle level has the problem that the proportional limit required for general structural members cannot be obtained. In particular, biomass-derived resins may be reused by chemical recycling after use. The molecular weight of biomass-derived resin, which is a recycled material, has decreased due to UV deterioration, thermal deterioration, etc., and the proportionality limit has also decreased significantly. There is a need for a means to improve the proportional limit strength that can be applied to such recycled materials as well.
そこで、本発明は、バイオマス由来樹脂を母材とした比例限界強度の高い複合材料、それを用いた構造部材、および、そのリサイクル方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a composite material with high proportional limit strength using a biomass-derived resin as a base material, a structural member using the same, and a method for recycling the same.
上記の課題を解決するため、本発明に係る複合材料は、バイオマス由来樹脂を母材として添加剤を含有する複合材料であって、前記母材の分子鎖上に配列した官能基の間隔と、前記添加剤の構造上に配列した前記官能基と相互作用を形成する原子の間隔との相対差が3%以下である。 In order to solve the above-mentioned problems, the composite material according to the present invention is a composite material containing a biomass-derived resin as a base material and an additive, the distance between the functional groups arranged on the molecular chain of the base material, A relative difference between the distance between the functional groups arranged on the structure of the additive and the atoms forming an interaction is 3% or less.
また、本発明に係る構造部材は、バイオマス由来樹脂を母材として添加剤を含有する複合材料で形成された構造部材であって、前記母材の分子鎖上に配列した官能基の間隔と、前記添加剤の構造上に配列した前記官能基と相互作用を形成する原子の間隔との相対差が3%以下である。 Further, the structural member according to the present invention is a structural member formed of a composite material containing a biomass-derived resin as a base material and an additive, and the distance between the functional groups arranged on the molecular chain of the base material, A relative difference between the distance between the functional groups arranged on the structure of the additive and the atoms forming an interaction is 3% or less.
また、本発明に係る複合材料のリサイクル方法は、バイオマス由来樹脂を母材として添加剤を含有する複合材料のリサイクル方法であって、前記母材は、使用後のポリ乳酸を再生した再生材ポリ乳酸であり、前記添加剤は、3,3’-ジチオジプロピオン酸を含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上22wt%以下であり、使用後の前記複合材料を還元性溶液に浸漬させて前記添加剤を分解する工程を含む。
Further, the method for recycling a composite material according to the present invention is a method for recycling a composite material containing additives using a biomass-derived resin as a base material, wherein the base material is a recycled material made from recycled polylactic acid. lactic acid, and the additive includes 3,3′-dithiodipropionic acid;
The concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 22 wt% or less, and the method includes a step of immersing the used composite material in a reducing solution to decompose the additive.
本発明によれば、バイオマス由来樹脂を母材とした比例限界強度の高い複合材料、それを用いた構造部材、および、そのリサイクル方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a composite material with high proportional limit strength using a biomass-derived resin as a base material, a structural member using the same, and a method for recycling the same.
以下、本発明の一実施形態に係る複合材料、それを用いた構造部材、および、複合材料のリサイクル方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, a composite material, a structural member using the same, and a method for recycling the composite material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each of the following figures, common components are given the same reference numerals and redundant explanations will be omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る複合材料を模式的に示す断面図である。図1において、符号10は複合材料、符号1はバイオマス由来樹脂である母材、符号2は添加剤、符号3は母材と添加剤との界面を示す。
図1に示すように、本実施形態に係る複合材料10は、バイオマス由来樹脂である母材1と、母材1中に分散された添加剤2と、を少なくとも含む。添加剤2としては、原子レベルでバイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す所定の添加剤を含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a composite material according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the reference numeral 10 indicates a composite material, the reference numeral 1 indicates a base material which is a biomass-derived resin, the reference numeral 2 indicates an additive, and the reference numeral 3 indicates an interface between the base material and the additive.
As shown in FIG. 1, the composite material 10 according to the present embodiment includes at least a base material 1 that is a biomass-derived resin and an additive 2 dispersed in the base material 1. The additive 2 includes a predetermined additive that has the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin at the atomic level.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の機械的強度、特に、比例限界強度(比例限度)を向上させるためには、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を含有させて、原子レベルで分子鎖同士の密着強度を向上させることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research, the present inventors have found that in order to improve the mechanical strength of composite materials using biomass-derived resin as a base material, especially the proportional limit strength (proportional limit), it is necessary to The present inventors have discovered that it is effective to improve the adhesion strength between molecular chains at the atomic level by including an additive that has the effect of aligning the molecules, and have completed the present invention.
また、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤としては、バイオマス由来樹脂である母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が3%以下であるものが有効であることを見出した。 In addition, additives that have the effect of aligning the molecular chains of biomass-derived resins include the spacing of characteristic functional groups arranged on the molecular chains of the base material, which is biomass-derived resin, and the characteristic atoms arranged in the structure of the additive. It has been found that a relative difference from the interval of 3% or less is effective.
特徴官能基とは、バイオマス由来樹脂が有する官能基であって、添加剤を構成する所定の原子と強い相互作用を形成可能である特徴的な官能基を意味する。特徴原子とは、添加剤を構成する原子であって、バイオマス由来樹脂が有する所定の官能基と強い相互作用を形成可能である特徴的な原子を意味する。 The characteristic functional group is a functional group possessed by the biomass-derived resin, and means a characteristic functional group capable of forming a strong interaction with a predetermined atom constituting the additive. The characteristic atom is an atom constituting the additive and is a characteristic atom that can form a strong interaction with a predetermined functional group that the biomass-derived resin has.
特徴官能基および特徴原子は、他の官能基や原子よりも強い相互作用を形成する部位であり、好ましくは分子内で最も強い相互作用を形成する部位である。相互作用としては、見かけ上で原子同士を吸着する作用であって、電子状態やエネルギ状態に基づく、静電的相互作用、永久双極子相互作用、誘起双極子相互作用、電荷移動相互作用等の分子間相互作用や、分子内の他の部位が生じる斥力や反発力による複合的な作用が挙げられる。 The characteristic functional group and characteristic atom are sites that form stronger interactions than other functional groups and atoms, and are preferably sites that form the strongest interactions within the molecule. Interactions are the apparent adsorption of atoms to each other, and include electrostatic interactions, permanent dipole interactions, induced dipole interactions, charge transfer interactions, etc. based on electronic states and energy states. Examples include complex effects due to intermolecular interactions and repulsive and repulsive forces generated by other sites within the molecule.
このような添加剤を添加すると、母材1の分子鎖上の特徴官能基と、添加剤2の結晶構造上や分子構造上の特徴原子とが、強い相互作用を形成して、互いに近接した位置に配列できる。母材1を構成する分子鎖と添加剤2とは、複数の特徴官能基と複数の特徴原子とが互いに近接した位置に周期的に配列することによって、電子状態上やエネルギ状態上で安定な高い密着強度で互いに密着できる。 When such an additive is added, the characteristic functional groups on the molecular chain of the base material 1 and the characteristic atoms in the crystal structure or molecular structure of the additive 2 form a strong interaction and become close to each other. Can be arranged in position. The molecular chains constituting the base material 1 and the additive 2 are stable in terms of electronic and energy states by periodically arranging a plurality of characteristic functional groups and a plurality of characteristic atoms in close proximity to each other. Can adhere to each other with high adhesion strength.
その結果、母材1と添加剤2との界面3では、添加剤2の結晶構造や分子構造に対して、母材1を構成する分子鎖が適切な配向およびコンフォメーションで整列した状態となる。添加剤2に対して整列した分子鎖に対しては、別の分子鎖が適切な配向およびコンフォメーションで整列した状態となる。 As a result, at the interface 3 between the base material 1 and the additive 2, the molecular chains constituting the base material 1 are aligned in an appropriate orientation and conformation with respect to the crystal structure and molecular structure of the additive 2. . For the molecular chains aligned with additive 2, other molecular chains are aligned with appropriate orientation and conformation.
そのため、所定の添加剤2による作用は、母材1と添加剤2との界面3だけではなく、界面3から離れた領域にも及ぶ。所定の添加剤2を起点として、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用が広範囲に得られる。分子鎖同士を整列させると、分子鎖同士の密着強度が向上するため、複合材料10の比例限界強度を向上させることができる。 Therefore, the action of the predetermined additive 2 extends not only to the interface 3 between the base material 1 and the additive 2, but also to areas distant from the interface 3. Using the predetermined additive 2 as a starting point, the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin can be obtained over a wide range of areas. When the molecular chains are aligned, the adhesion strength between the molecular chains is improved, so that the proportional limit strength of the composite material 10 can be improved.
母材1を形成するバイオマス由来樹脂としては、バイオマスを原料とする限り、適宜の樹脂を用いることができる。バイオマス由来樹脂は、原料の一部としてバイオマスが用いられる限り、原料の一部として化石燃料由来の原料が用いられてもよい。例えば、バイオマス由来の単量体が重合した重合体の他、バイオマス由来の単量体と化石燃料由来の単量体とが共重合した共重合体等も用いることができる。 As the biomass-derived resin forming the base material 1, any appropriate resin can be used as long as biomass is used as the raw material. For the biomass-derived resin, as long as biomass is used as a part of the raw material, a fossil fuel-derived raw material may be used as a part of the raw material. For example, in addition to a polymer obtained by polymerizing a biomass-derived monomer, a copolymer obtained by copolymerizing a biomass-derived monomer and a fossil fuel-derived monomer can also be used.
バイオマスとしては、資源植物、生物系廃棄物等が挙げられる。バイオマスの具体例としては、トウモロコシ、サトウキビ、テンサイ、木材や、おが屑等の植物破砕物や、稲わら、麦わら、もみ殻、椰子殻、ふすま等の植物分離物や、バガス等の植物抽出物残滓や、食品加工副産物、食品廃棄物、油脂廃棄物、古紙廃棄物、衣類廃棄物、耕作廃棄物、家畜たい肥等が挙げられる。 Examples of biomass include resource plants and biological waste. Specific examples of biomass include crushed plant materials such as corn, sugarcane, sugar beet, wood, and sawdust; plant isolates such as rice straw, wheat straw, rice husks, coconut husks, and bran; and plant extract residues such as bagasse. Examples include food processing by-products, food waste, oil and fat waste, used paper waste, clothing waste, cultivation waste, and livestock compost.
母材1を形成するバイオマス由来樹脂としては、生分解性を示す生分解性樹脂を用いてもよいし、生分解性を示さない非生分解性樹脂を用いてもよい。非生分解性樹脂を用いると、複合材料10の使用後に焼却処分等が不要になるため、使用後の環境影響を低減できる。また、生分解による再生が可能になるため、複合材料10の資源再利用性を高めることができる。 As the biomass-derived resin forming the base material 1, a biodegradable resin that exhibits biodegradability may be used, or a non-biodegradable resin that does not exhibit biodegradability may be used. When a non-biodegradable resin is used, there is no need to incinerate or dispose of the composite material 10 after use, so the environmental impact after use can be reduced. Moreover, since regeneration through biodegradation becomes possible, the resource reusability of the composite material 10 can be improved.
生分解性樹脂の具体例としては、ポリ乳酸(PLA)、ポリアミド4(PA4)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)等が挙げられる。ポリヒドロキシアルカン酸としては、ポリ-3-ヒドロキシブタン酸(PHB)、炭素数4~16のポリヒドロキシアルカン酸等が挙げられる。 Specific examples of biodegradable resins include polylactic acid (PLA), polyamide 4 (PA4), polyglycolic acid (PGA), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene succinate (PBS), and polyhydroxyalkanoic acid ( PHA), etc. Examples of the polyhydroxyalkanoic acid include poly-3-hydroxybutanoic acid (PHB) and polyhydroxyalkanoic acid having 4 to 16 carbon atoms.
非生分解性樹脂の具体例としては、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド1010(PA1010)、ポリアミド1012(PA1012)、ポリアミド410(PA410)、ポリアミド510(PA510)、ポリアミド610(PA610)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンフラノエート(PEF)、ポリエステル(PEs)、ポリウレタン(PU)、ポリカーボネート(PC)等が挙げられる。 Specific examples of non-biodegradable resins include polyamide 11 (PA11), polyamide 1010 (PA1010), polyamide 1012 (PA1012), polyamide 410 (PA410), polyamide 510 (PA510), polyamide 610 (PA610), polyethylene (PE ), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene furanoate (PEF), polyester (PEs), polyurethane (PU), polycarbonate (PC), and the like.
添加剤2としては、原子レベルでバイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤であって、バイオマス由来樹脂である母材1の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤2の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が3%以下となるものを用いる。相対差とは、相対的に長い間隔長と相対的に短い間隔長との差分と、相対的に短い間隔長との比((長い間隔長-短い間隔長)/短い間隔長)[%]を意味する。 Additive 2 is an additive that has the effect of aligning the molecular chains of biomass-derived resin at the atomic level, and is an additive that has the effect of aligning the molecular chains of biomass-derived resin at the atomic level. A material having a relative difference of 3% or less with the spacing between characteristic atoms arranged on the structure of Agent 2 is used. The relative difference is the difference between the relatively long interval length and the relatively short interval length, and the ratio of the relatively short interval length ((long interval length - short interval length)/short interval length) [%] means.
すなわち、母材1と添加剤2との組み合わせとしては、バイオマス由来樹脂が有する特徴官能基と添加剤2を構成する特徴原子とが、相対的に強い相互作用を形成する組み合わせを用いる。また、このような組み合わせにおいて、特徴官能基の間隔と特徴原子の間隔とが近似しており、特徴官能基と特徴原子とが互い近接した位置に規則的に配列する組み合わせを用いる。 That is, as a combination of the base material 1 and the additive 2, a combination in which the characteristic functional group of the biomass-derived resin and the characteristic atoms constituting the additive 2 form a relatively strong interaction is used. Further, in such a combination, a combination is used in which the spacing between the characteristic functional groups and the spacing between the characteristic atoms are similar, and the characteristic functional groups and the characteristic atoms are regularly arranged in positions close to each other.
添加剤2としては、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。添加剤2を構成する特徴原子は、無機化合物の結晶構造上に配列した原子であってもよいし、無機化合物の分子構造上に配列した原子であってもよいし、有機化合物の分子構造上に配列した原子であってもよい。 As the additive 2, an inorganic compound or an organic compound may be used. The characteristic atoms constituting the additive 2 may be atoms arranged on the crystal structure of an inorganic compound, atoms arranged on the molecular structure of an inorganic compound, or atoms arranged on the molecular structure of an organic compound. The atoms may be arranged as follows.
添加剤2として有機化合物を用いる場合、特徴原子は、添加剤2である有機化合物の分子上に少なくとも二つあればよい。添加剤2としては、多数の特徴原子を有する高分子有機化合物を用いてもよいし、少数の特徴原子を有する低分子有機化合物を用いてもよい。低分子有機化合物を用いる場合、一つのバイオマス由来樹脂の分子鎖に対して、複数の添加剤2の分子を対応させることができる。 When an organic compound is used as the additive 2, there may be at least two characteristic atoms on the molecule of the organic compound that is the additive 2. As the additive 2, a high molecular weight organic compound having a large number of characteristic atoms may be used, or a low molecular weight organic compound having a small number of characteristic atoms may be used. When using a low-molecular-weight organic compound, a plurality of molecules of the additive 2 can be made to correspond to one molecular chain of the biomass-derived resin.
特徴原子と相互作用を形成する特徴官能基は、バイオマス由来樹脂の分子鎖上に少なくとも一種あればよい。換言すると、添加剤2としては、バイオマス由来樹脂を構成する単量体上の少なくとも一種の官能基に対して、他の官能基や部位に対するよりも強い相互作用を形成可能な特徴原子を有していればよい。但し、このような特徴原子が規則的に配列し、特徴原子の間隔が特徴官能基の間隔と適合する必要がある。 At least one characteristic functional group that forms an interaction with a characteristic atom may be present on the molecular chain of the biomass-derived resin. In other words, the additive 2 has a characteristic atom that can form a stronger interaction with at least one functional group on the monomer constituting the biomass-derived resin than with other functional groups or sites. All you have to do is stay there. However, it is necessary that such characteristic atoms are arranged regularly and the intervals between the characteristic atoms match the intervals between the characteristic functional groups.
バイオマス由来樹脂が有する特徴官能基の具体例としては、カルボニル基、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ベンゼン環、フラン環、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特徴官能基は、添加剤2を構成する特徴原子との相互作用を適切に形成する観点から、バイオマス由来樹脂の側鎖に存在することが好ましい。 Specific examples of characteristic functional groups possessed by biomass-derived resins include carbonyl groups, amino groups, hydroxy groups, carboxy groups, benzene rings, furan rings, amide bonds, ester bonds, urethane bonds, etc., but are not limited to these. It's not something you can do. The characteristic functional group is preferably present in the side chain of the biomass-derived resin from the viewpoint of appropriately forming an interaction with the characteristic atoms constituting the additive 2.
複合材料10は、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤2に加え、他の添加剤が添加されてもよい。他の添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定化剤、光安定化材、加水分解防止剤、可塑剤、増粘剤、減粘剤、難燃剤、滑剤、離型剤、導電剤、帯電防止剤、絶縁剤、断熱材、発泡剤、熱伝導剤、顔料、染料、蛍光剤、抗菌剤、防黴剤等が挙げられる。 In addition to the additive 2 that acts to align the molecular chains of the biomass-derived resin, other additives may be added to the composite material 10. Other additives include antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, light stabilizers, hydrolysis inhibitors, plasticizers, thickeners, thinners, flame retardants, lubricants, mold release agents, Examples include conductive agents, antistatic agents, insulating agents, heat insulating materials, foaming agents, thermal conductive agents, pigments, dyes, fluorescent agents, antibacterial agents, and antifungal agents.
複合材料10は、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤2に加え、一般的なフィラが添加されてもよいし、一般的なフィラが添加されなくてもよい。一般的なフィラとしては、強度、剛性等を向上させる強化剤や、充填材等が挙げられる。一般的なフィラの具体例としては、シリカ、タルク、マイカ、クレー、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、カーボン、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が挙げられる。 In addition to the additive 2 that has the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin, the composite material 10 may contain a general filler or may not contain a general filler. Typical fillers include reinforcing agents and fillers that improve strength, rigidity, etc. Specific examples of common fillers include silica, talc, mica, clay, calcium carbonate, potassium titanate, carbon, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and the like.
本実施形態に係る複合材料10において、好ましい母材1と添加剤2との組み合わせや、好ましい添加剤2の濃度は、次の(1)~(3)のとおりである。 In the composite material 10 according to the present embodiment, preferred combinations of the base material 1 and additive 2 and preferred concentrations of the additive 2 are as shown in (1) to (3) below.
(1)母材1は、ポリ乳酸(PLA)(-[O-CH(CH3)-C(=O)]n-)である。添加剤2は、3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)、および、酸化ガリウム(III)(Ga2O3)から選択される少なくとも一つを含む。母材1に対する添加剤2の濃度は、3wt%以上22wt%以下である。3,3’-ジチオジプロピオン酸は、単分子として添加される。 (1) Base material 1 is polylactic acid (PLA) (-[O-CH(CH 3 )-C(=O)] n -). Additive 2 contains at least one selected from 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA) and gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ). The concentration of additive 2 with respect to base material 1 is 3 wt% or more and 22 wt% or less. 3,3'-dithiodipropionic acid is added as a single molecule.
(2)母材1は、ポリアミド11(PA11)(-[NH-(CH2)10-C(=O)]n-)である。添加剤2は、イットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を含む。母材1に対する添加剤2の濃度は、5wt%以上38wt%以下である。イットリア安定化ハフニアは、好ましくはイットリアの濃度が5wt%以上10wt%以下である。 (2) Base material 1 is polyamide 11 (PA11) (-[NH-(CH 2 ) 10 -C(=O)] n -). Additive 2 includes yttria stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ). The concentration of additive 2 with respect to base material 1 is 5 wt% or more and 38 wt% or less. The yttria-stabilized hafnia preferably has an yttria concentration of 5 wt% or more and 10 wt% or less.
(3)母材1は、ポリアミド4(PA4)(-[NH-(CH2)3-C(=O)]n-)であり、添加剤2は、酸化カリウムを含有する酸化ナトリウムである酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を含む。母材1に対する添加剤2の濃度は、3wt%以上38wt%以下である。酸化ナトリウムカリウムは、好ましくは酸化カリウムの濃度が2wt%以上5wt%以下である。 (3) Base material 1 is polyamide 4 (PA4) (-[NH-(CH 2 ) 3 -C(=O)] n -), and additive 2 is sodium oxide containing potassium oxide. Contains sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O). The concentration of additive 2 with respect to base material 1 is 3 wt% or more and 38 wt% or less. The sodium potassium oxide preferably has a potassium oxide concentration of 2 wt% or more and 5 wt% or less.
前記の(1)~(3)の組み合わせによると、バイオマス由来樹脂である母材1の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤2の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が3%以下となる。特徴官能基と特徴原子とが互い対応する位置に規則的に配列するため、母材1と添加剤2との界面3において、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用が得られる。また、界面3から離れた領域においても、界面3に整列した分子鎖を起点として、他の分子鎖を整列させる作用が得られる。母相1の広範囲にわたって分子鎖同士の密着強度が向上するため、複合材料10の比例限界強度を向上させることができる。 According to the combination of (1) to (3) above, the distance between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material 1, which is a biomass-derived resin, and the distance between the characteristic atoms arranged on the structure of the additive 2. The relative difference is 3% or less. Since the characteristic functional groups and characteristic atoms are regularly arranged in corresponding positions, an effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin at the interface 3 between the base material 1 and the additive 2 can be obtained. Further, even in a region away from the interface 3, the effect of aligning other molecular chains using the molecular chains aligned at the interface 3 as a starting point can be obtained. Since the adhesion strength between molecular chains is improved over a wide range of the matrix 1, the proportional limit strength of the composite material 10 can be improved.
次に、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料を作製し、添加剤による作用を確認した結果を示す。 Next, we will show the results of producing a composite material using biomass-derived resin as a base material and confirming the effects of additives.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料は、バイオマス由来樹脂で形成されたペレットと、添加剤のパウダとを混合し、得られた混合物を溶融および混錬して作製した。混合物の溶融および混錬は、同方向回転二軸押出機(コペリオン社製)を用いて行った。混錬温度は、170℃とした。スクリュ回転速度は、150rpm、吐出量は、20kg/hとした。押出圧力は、0.5~0.9MPaとして、押し出したストランドを水冷した。 A composite material using biomass-derived resin as a base material was produced by mixing pellets formed from biomass-derived resin and additive powder, and melting and kneading the resulting mixture. The mixture was melted and kneaded using a co-rotating twin-screw extruder (manufactured by Coperion). The kneading temperature was 170°C. The screw rotation speed was 150 rpm, and the discharge amount was 20 kg/h. The extrusion pressure was 0.5 to 0.9 MPa, and the extruded strand was water-cooled.
複合材料は、所定の試験片に成形した後に、引張試験に供して応力ひずみ特性を測定した。試験片は、JIS K7139:2019 プラスチック-試験片に準拠して、多目的試験片であるタイプA1とした。試験片の厚さは、4mmとした。試験片は、複合材料を用いて射出成形した後、110℃で4時間のアニーリングを施した。添加剤の粒子径や種類を変えて試験片を作製し、引張試験で測定された応力ひずみ特性に基づいて、複合材料毎の比例限界強度(比例限度)を求めた。 After the composite material was molded into a predetermined test piece, it was subjected to a tensile test to measure stress-strain characteristics. The test piece was Type A1, which is a multipurpose test piece, in accordance with JIS K7139:2019 Plastic Test Piece. The thickness of the test piece was 4 mm. The test piece was injection molded using a composite material and then annealed at 110° C. for 4 hours. Test pieces were prepared with different particle sizes and types of additives, and the proportional limit strength (proportional limit) of each composite material was determined based on the stress-strain characteristics measured in a tensile test.
図2は、添加剤の粒子径を変えて測定した複合材料の応力ひずみ曲線を示す図である。図2には、母材としてポリ乳酸(PLA)、添加剤として酸化ガリウム(III)(Ga2O3)を用いて、添加剤の粒子径を変えて測定した結果を示す。図中の曲線は、上から順に、平均粒子径が3nmの場合、5nmの場合、8nmの場合、10nmの場合、添加剤を添加していない場合である。 FIG. 2 is a diagram showing stress-strain curves of composite materials measured with varying particle sizes of additives. FIG. 2 shows the results of measurement using polylactic acid (PLA) as the base material and gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ) as the additive, and varying the particle size of the additive. The curves in the figure, from top to bottom, are for cases where the average particle size is 3 nm, 5 nm, 8 nm, 10 nm, and no additives.
図2に示すように、複合材料の応力ひずみ曲線は、原点から直線的に立ち上がる。応力とひずみとの線形的関係が保たれる範囲の応力の限界が、比例限度である。比例限度を超えてひずみを大きくすると、弾性限度に到達する。弾性限度を超えてひずみを大きくすると、塑性変形を生じて応力による損傷が残った状態となる。 As shown in FIG. 2, the stress-strain curve of the composite material rises linearly from the origin. The limit of stress within the range where the linear relationship between stress and strain is maintained is the proportional limit. When the strain is increased beyond the proportional limit, the elastic limit is reached. If the strain is increased beyond the elastic limit, plastic deformation occurs and stress-induced damage remains.
一般に、構造部材等の設計上では、材料の比例限界強度が大きいことが望まれる。設計上では、引張強度等よりも、比例限界強度が重視される。比例限界強度が大きいほど、応力による損傷が起こり難い材料であり、実用上で要求される機械的強度を備えた材料であるといえる。 Generally, when designing structural members, etc., it is desired that the proportional limit strength of the material be large. In design, proportional limit strength is more important than tensile strength or the like. The larger the proportional limit strength, the less likely the material will be damaged by stress, and it can be said that the material has the mechanical strength required for practical use.
図2に示すように、添加剤の粒子径が小さいほど、比例限界強度が向上する傾向がある。但し、添加剤の微粒子化による作用は、主に表面積の拡大に因る。表面積の拡大に因る作用は、粒子径が小さくなると頭打ちとなる。添加剤を過度に微粒子化すると、結晶性が悪化して、粒子径のバラつきが大きくなり、製品上で問題を生じるからである。 As shown in FIG. 2, the smaller the particle size of the additive, the more the proportional limit strength tends to improve. However, the effect of making the additive into fine particles is mainly due to the expansion of the surface area. The effect due to the increase in surface area reaches a plateau as the particle size becomes smaller. This is because if the additive is made into fine particles too much, the crystallinity deteriorates and the variation in particle size increases, causing problems in the product.
そのため、粒子レベルで比例限界強度の向上を図る方法では、作用上の限界があり、一般的な構造部材に要求される比例限度が得られないという問題がある。バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の比例限界強度を向上させるためには、母材を構成する分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を配合して、原子レベルで分子鎖同士の密着強度を向上させることが有効である。 Therefore, the method of improving the proportional limit strength at the particle level has operational limits, and there is a problem that the proportional limit required for general structural members cannot be obtained. In order to improve the proportional limit strength of composite materials that use biomass-derived resin as a base material, additives that have the effect of aligning the molecular chains that make up the base material are added to improve the adhesion strength between molecular chains at the atomic level. It is effective to improve
図3は、複合材料の比例限界強度と添加剤の粒子径との関係の解析結果を示す図である。図3には、母材としてポリ乳酸(PLA)を用いて、添加剤の種類を変えて測定した結果を示す。添加剤の濃度は、いずれも、10wt%である。 FIG. 3 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the particle size of the additive. FIG. 3 shows the results of measurements using polylactic acid (PLA) as the base material and varying the types of additives. The concentration of the additives in each case was 10 wt%.
図中の点線は、3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)を添加した結果である。図中の実線は、酸化ガリウム(III)(Ga2O3)を添加した結果である。図中の二点鎖線は、シリカ(SiO2)を添加した結果である。図中の一点鎖線は、添加剤を添加していない場合の結果である。図中の破線は、乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸との共重合体(p[PLA-DTDPA])を添加した結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA). The solid line in the figure is the result of adding gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ). The two-dot chain line in the figure is the result of adding silica (SiO 2 ). The dashed-dotted line in the figure is the result when no additive was added. The broken line in the figure is the result of adding a copolymer of lactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid (p[PLA-DTDPA]).
図3に示すように、添加剤を添加していない場合と比較して、3,3’-ジチオジプロピオン酸を添加した場合や、酸化ガリウム(III)を添加した場合、比例限界強度が大きく向上した。比例限界強度は、酸化ガリウム(III)を添加した場合よりも、3,3’-ジチオジプロピオン酸を添加した場合に大きくなった。 As shown in Figure 3, the proportional limit strength is greater when 3,3'-dithiodipropionic acid is added and when gallium (III) oxide is added than when no additive is added. Improved. The proportional limit strength was greater when 3,3'-dithiodipropionic acid was added than when gallium (III) oxide was added.
3,3’-ジチオジプロピオン酸を添加した場合や、酸化ガリウム(III)を添加した場合、比例限界強度は、添加剤の粒子径に依存する結果となった。添加剤の粒子径が小さいほど、比例限界強度が向上した。比例限界強度は、粒子径が3nmの場合、約100%(約2倍)向上し、粒子径が8nmの場合、約18%向上した。 When 3,3'-dithiodipropionic acid was added or when gallium (III) oxide was added, the proportional limit strength depended on the particle size of the additive. The smaller the particle size of the additive, the better the proportional limit strength. The proportional limit strength improved by about 100% (about twice) when the particle size was 3 nm, and by about 18% when the particle size was 8 nm.
一方、シリカを添加した場合や、乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸との共重合体を添加した場合、比例限界強度が5%未満しか向上せず、比例限界強度を向上させる効果が小さいことが分かった。 On the other hand, when silica is added or when a copolymer of lactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid is added, the proportional limit strength increases by less than 5%, and the effect of improving the proportional limit strength is It turned out to be small.
図4は、複合材料の比例限界強度と添加剤の粒子径との関係の解析結果を示す図である。図4には、母材としてポリアミド11(PA11)を用いて、添加剤の種類を変えて測定した結果を示す。添加剤の濃度は、いずれも、10wt%である。 FIG. 4 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the particle size of the additive. FIG. 4 shows the results of measurements using polyamide 11 (PA11) as the base material and varying the types of additives. The concentration of the additives in each case was 10 wt%.
図中の点線は、イットリアの濃度が8wt%であるイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を添加した結果である。図中の実線は、イットリアの濃度が5wt%であるイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を添加した結果である。図中の二点鎖線は、シリカ(SiO2)を添加した結果である。図中の一点鎖線は、添加剤を添加していない場合の結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) with an yttria concentration of 8 wt%. The solid line in the figure is the result of adding yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) with an yttria concentration of 5 wt%. The two-dot chain line in the figure is the result of adding silica (SiO 2 ). The dashed-dotted line in the figure is the result when no additive was added.
図4に示すように、添加剤を添加していない場合と比較して、イットリア安定化ハフニアを添加した場合、比例限界強度が大きく向上した。比例限界強度は、イットリアの濃度が5wt%である場合よりも、イットリアの濃度が8wt%である場合に大きくなった。 As shown in FIG. 4, when yttria-stabilized hafnia was added, the proportional limit strength was greatly improved compared to when no additive was added. The proportional critical strength was greater when the yttria concentration was 8 wt% than when the yttria concentration was 5 wt%.
イットリア安定化ハフニアを添加した場合、比例限界強度は、添加剤の粒子径に依存する結果となった。添加剤の粒子径が小さいほど、比例限界強度が向上した。比例限界強度は、粒子径が3nmの場合、約50%(約1.5倍)向上し、粒子径が8nmの場合、約21%向上した。 When yttria-stabilized hafnia was added, the proportional critical strength resulted in dependence on the particle size of the additive. The smaller the particle size of the additive, the better the proportional limit strength. The proportional limit strength improved by about 50% (about 1.5 times) when the particle size was 3 nm, and by about 21% when the particle size was 8 nm.
一方、シリカを添加した場合、比例限界強度が5%未満しか向上せず、比例限界強度を向上させる効果が小さいことが分かった。なお、イットリアの濃度が5wt%未満である場合や、イットリアの濃度が10wt%を超える場合、比例限界強度が7%程度しか向上しなかった。イットリア安定化ハフニアのイットリアの濃度は、5wt%以上10wt%以下が好ましいといえる。 On the other hand, when silica was added, the proportional limit strength was improved by less than 5%, and it was found that the effect of improving the proportional limit strength was small. Note that when the concentration of yttria was less than 5 wt% or when the concentration of yttria exceeded 10 wt%, the proportional limit strength was improved by only about 7%. It can be said that the concentration of yttria in the yttria-stabilized hafnia is preferably 5 wt% or more and 10 wt% or less.
図5は、複合材料の比例限界強度と添加剤の粒子径との関係の解析結果を示す図である。図5には、母材としてポリアミド4(PA4)を用いて、添加剤の種類を変えて測定した結果を示す。添加剤の濃度は、いずれも、10wt%である。 FIG. 5 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the particle size of the additive. FIG. 5 shows the results of measurements using polyamide 4 (PA4) as the base material and varying the types of additives. The concentration of the additives in each case was 10 wt%.
図中の点線は、酸化カリウムの濃度が3wt%である酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を添加した結果である。図中の実線は、酸化カリウムの濃度が2wt%である酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を添加した結果である。図中の二点鎖線は、シリカ(SiO2)を添加した結果である。図中の一点鎖線は、添加剤を添加していない場合の結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) whose concentration of potassium oxide is 3 wt %. The solid line in the figure is the result of adding sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) with a potassium oxide concentration of 2 wt%. The two-dot chain line in the figure is the result of adding silica (SiO 2 ). The dashed-dotted line in the figure is the result when no additive was added.
図5に示すように、添加剤を添加していない場合と比較して、酸化ナトリウムカリウムを添加した場合、比例限界強度が大きく向上した。比例限界強度は、酸化カリウムの濃度が2wt%である場合よりも、酸化カリウムの濃度が3wt%である場合に大きくなった。 As shown in FIG. 5, when sodium potassium oxide was added, the proportional limit strength was greatly improved compared to when no additive was added. The proportional critical strength was greater when the potassium oxide concentration was 3 wt% than when the potassium oxide concentration was 2 wt%.
酸化ナトリウムカリウムを添加した場合、比例限界強度は、添加剤の粒子径に依存する結果となった。添加剤の粒子径が小さいほど、比例限界強度が向上した。比例限界強度は、粒子径が3nmの場合、約150%(約2.5倍)向上し、粒子径が8nmの場合、約40%向上した。 When sodium potassium oxide was added, the proportional critical strength depended on the particle size of the additive. The smaller the particle size of the additive, the better the proportional limit strength. The proportional limit strength was improved by about 150% (about 2.5 times) when the particle size was 3 nm, and about 40% when the particle size was 8 nm.
一方、シリカを添加した場合、比例限界強度が5%未満しか向上せず、比例限界強度を向上させる効果が小さいことが分かった。なお、酸化カリウムの濃度が2wt%未満である場合や、酸化カリウムの濃度が5wt%を超える場合、比例限界強度が6%程度しか向上しなかった。よって、酸化ナトリウムカリウムの酸化カリウムの濃度は、2wt%以上5wt%以下が好ましいといえる。 On the other hand, when silica was added, the proportional limit strength was improved by less than 5%, and it was found that the effect of improving the proportional limit strength was small. Note that when the concentration of potassium oxide was less than 2 wt% or when the concentration of potassium oxide exceeded 5 wt%, the proportional limit strength was improved by only about 6%. Therefore, it can be said that the concentration of potassium oxide in the sodium potassium oxide is preferably 2 wt% or more and 5 wt% or less.
次に、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料における添加剤の作用の濃度依存性を確認した結果を示す。 Next, we will show the results of confirming the concentration dependence of the action of additives in composite materials using biomass-derived resin as a base material.
図6は、複合材料の比例限界強度と添加剤の濃度との関係の解析結果を示す図である。図6には、母材としてポリ乳酸(PLA)、添加剤として3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)、または、酸化ガリウム(III)(Ga2O3)を用いて、添加剤の濃度を変えて測定した結果を示す。添加剤の平均粒子径は、いずれも、3nmである。 FIG. 6 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the concentration of the additive. In Figure 6, polylactic acid (PLA) is used as the base material and 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA) or gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ) is used as the additive. The results of measurements at different concentrations are shown. The average particle diameter of all additives is 3 nm.
図中の点線は、3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)を添加した結果である。図中の実線は、酸化ガリウム(III)(Ga2O3)を添加した結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA). The solid line in the figure is the result of adding gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ).
図6に示すように、3,3’-ジチオジプロピオン酸を添加した場合や、酸化ガリウム(III)を添加した場合、母材に対する添加剤の濃度が3wt%以上22wt%以下である場合に、比例限界強度を向上させる効果が大きくなった。添加剤の濃度が3wt%未満である場合や、添加剤の濃度が22wt%を超える場合、比例限界強度が顕著に小さくなった。 As shown in Figure 6, when 3,3'-dithiodipropionic acid is added, when gallium (III) oxide is added, and when the concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 22 wt% or less, , the effect of improving the proportional limit strength became greater. When the concentration of the additive was less than 3 wt% or when the concentration of the additive exceeded 22 wt%, the proportional critical strength was significantly reduced.
図7は、複合材料の比例限界強度と添加剤の濃度との関係の解析結果を示す図である。図7には、母材としてポリアミド11(PA11)、添加剤としてイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を用いて、添加剤の濃度を変えて測定した結果を示す。添加剤の平均粒子径は、いずれも、3nmである。 FIG. 7 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the concentration of the additive. FIG. 7 shows the results of measurement using polyamide 11 (PA11) as the base material and yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) as the additive, with varying concentrations of the additive. The average particle diameter of all additives is 3 nm.
図中の点線は、イットリアの濃度が8wt%であるイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を添加した結果である。図中の実線は、イットリアの濃度が5wt%であるイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を添加した結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) with an yttria concentration of 8 wt%. The solid line in the figure is the result of adding yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) with an yttria concentration of 5 wt%.
図7に示すように、イットリア安定化ハフニアを添加した場合、母材に対する添加剤の濃度が5wt%以上38wt%以下である場合に、比例限界強度を向上させる効果が大きくなった。添加剤の濃度が5wt%未満である場合や、添加剤の濃度が38wt%を超える場合、比例限界強度が顕著に小さくなった。 As shown in FIG. 7, when yttria-stabilized hafnia was added, the effect of improving the proportional limit strength became greater when the concentration of the additive with respect to the base material was 5 wt% or more and 38 wt% or less. When the concentration of the additive was less than 5 wt% or when the concentration of the additive exceeded 38 wt%, the proportional critical strength was significantly reduced.
図8は、複合材料の比例限界強度と添加剤の濃度との関係の解析結果を示す図である。図8には、母材としてポリアミド4(PA4)、添加剤として酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を用いて、添加剤の濃度を変えて測定した結果を示す。添加剤の平均粒子径は、いずれも、3nmである。 FIG. 8 is a diagram showing the analysis results of the relationship between the proportional limit strength of the composite material and the concentration of the additive. FIG. 8 shows the results of measurement using polyamide 4 (PA4) as the base material and sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) as the additive, with varying concentrations of the additive. The average particle diameter of all additives is 3 nm.
図中の点線は、酸化カリウムの濃度が3wt%である酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を添加した結果である。図中の実線は、酸化カリウムの濃度が2wt%である酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を添加した結果である。 The dotted line in the figure is the result of adding sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) whose concentration of potassium oxide is 3 wt%. The solid line in the figure is the result of adding sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) whose concentration of potassium oxide is 2 wt%.
図8に示すように、酸化ナトリウムカリウムを添加した場合、母材に対する添加剤の濃度が3wt%以上38wt%以下である場合に、比例限界強度を向上させる効果が大きくなった。添加剤の濃度が3wt%未満である場合や、添加剤の濃度が38wt%を超える場合、比例限界強度が顕著に小さくなった。 As shown in FIG. 8, when sodium potassium oxide was added, the effect of improving the proportional limit strength became greater when the concentration of the additive with respect to the base material was 3 wt% or more and 38 wt% or less. When the concentration of the additive was less than 3 wt% or when the concentration of the additive exceeded 38 wt%, the proportional critical strength was significantly reduced.
図6、図7および図8において、母材に対する添加剤の濃度が下限値よりも低い場合には、比例限界強度を向上させる作用が十分に得られなかった。下限値未満であると、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用の起点が少なすぎて、母材と添加剤との界面から離れた領域に作用が及ばず、バイオマス由来樹脂の分子鎖が乱雑化して比例限界強度が向上しなかったと考えられる。 In FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8, when the concentration of the additive to the base material was lower than the lower limit, the effect of improving the proportional limit strength was not sufficiently obtained. If it is less than the lower limit, there are too few starting points for the action of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin, and the action does not reach areas far from the interface between the base material and the additive, resulting in disordered molecular chains of the biomass-derived resin. It is thought that the proportional limit strength did not improve due to the
一方、母材に対する添加剤の濃度が上限値よりも高い場合にも、比例限界強度を向上させる作用が十分に得られなかった。上限値を超えると、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用の起点が多すぎて、作用同士が相互に干渉し合い、バイオマス由来樹脂の分子鎖が乱雑化して比例限界強度が向上しなかったと考えられる。 On the other hand, even when the concentration of the additive with respect to the base material was higher than the upper limit, the effect of improving the proportional limit strength could not be sufficiently obtained. If the upper limit is exceeded, there are too many starting points for the action that aligns the molecular chains of the biomass-derived resin, and the actions interfere with each other, causing the molecular chains of the biomass-derived resin to become disordered and the proportional limit strength not improving. Conceivable.
これに対し、母材に対する添加剤の濃度が下限値以上、且つ、上限値以下であると、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用の起点が適切に分散できる。母材と添加剤との界面から離れた領域に対して、起点からの作用が独立的に及ぶため、母材の広範囲にわたって適切な作用を得ることができる。そのため、添加量が適切でない場合と比較して、比例限界強度を向上させる高い効果を得ることができる。 On the other hand, when the concentration of the additive with respect to the base material is equal to or higher than the lower limit and equal to or lower than the upper limit, the origin of the action of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin can be appropriately dispersed. Since the action from the starting point is independently applied to regions away from the interface between the base material and the additive, an appropriate action can be obtained over a wide range of the base material. Therefore, compared to the case where the addition amount is not appropriate, a high effect of improving the proportional limit strength can be obtained.
次に、添加剤の母材に対する作用機序を確認するために、添加剤を配合していない母材の原子配列と、添加剤を配合した母材の原子配列とを比較した結果を示す。 Next, in order to confirm the mechanism of action of the additive on the base material, the results of comparing the atomic arrangement of the base material without the additive and the atomic arrangement of the base material with the additive blended are shown.
原子配列の解析は、非特許文献1(R. Car, M. Parrinello (1985). Unified Approach for Molecular Dynamics and Density-Functional Theory. PHYSICAL REVIEW LETTERS. VOLUME 55, NUMBER 22, 2471-2474)に記載されているように、密度汎関数理論(Density Functional Theory:DFT)を組み合わせた分子動力学シミュレーションで行った。 Analysis of atomic arrangement is described in Non-Patent Document 1 (R. Car, M. Parrinello (1985). Unified Approach for Molecular Dynamics and Density-Functional Theory. PHYSICAL REVIEW LETTERS. VOLUME 55, NUMBER 22, 2471-2474). As shown in the figure, this was done using molecular dynamics simulations combined with density functional theory (DFT).
DFTを組み合わせた分子動力学シミュレーションでは、対象物質の構造を電子密度の汎関数で表し、各時刻における各構成原子の座標を、運動方程式から求めた分子軌道やエネルギによって算出できる。汎関数を選択することも可能であり、電子状態やエネルギ状態に基づく分子間相互作用を高精度に反映させることができる。 In a molecular dynamics simulation that combines DFT, the structure of the target substance is expressed as a functional of electron density, and the coordinates of each constituent atom at each time can be calculated using the molecular orbital and energy obtained from the equation of motion. It is also possible to select a functional function, and intermolecular interactions based on electronic states and energy states can be reflected with high precision.
図9は、添加剤を添加していない母材の原子配列の解析結果を示す図である。図9には、母材としてポリ乳酸(PLA)を用いた結果を示す。黒色の原子は炭素原子、灰色の原子は酸素原子、白色の原子は水素原子である。 FIG. 9 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which no additives have been added. FIG. 9 shows the results using polylactic acid (PLA) as the base material. Black atoms are carbon atoms, gray atoms are oxygen atoms, and white atoms are hydrogen atoms.
図10は、添加剤を添加していない母材の原子配列の解析結果を示す図である。図10には、母材としてポリアミド11(PA11)を用いた結果を示す。灰色の小原子は炭素原子、黒色の小原子は窒素原子、黒色の大原子は酸素原子である。水素原子については、図示を省略している。 FIG. 10 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which no additives have been added. FIG. 10 shows the results using polyamide 11 (PA11) as the base material. Small gray atoms are carbon atoms, small black atoms are nitrogen atoms, and large black atoms are oxygen atoms. The illustration of hydrogen atoms is omitted.
図11は、添加剤を添加していない母材の原子配列の解析結果を示す図である。図11には、母材としてポリアミド4(PA4)を用いた結果を示す。灰色の小原子は炭素原子、黒色の原子は窒素原子、白色の大原子は酸素原子、黒色の小原子は水素原子である。 FIG. 11 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which no additives have been added. FIG. 11 shows the results using polyamide 4 (PA4) as the base material. Small gray atoms are carbon atoms, black atoms are nitrogen atoms, large white atoms are oxygen atoms, and small black atoms are hydrogen atoms.
図9、図10および図11に示すように、分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を添加していない母材は、結晶化状態であっても規則性に乏しく、分子鎖の配向や、分子鎖のコンフォメーションや、分子鎖同士の間隔が、全体としてバラついた状態である。分子間の密着強度が弱く、一般的な構造部材に要求される比例限界強度が得られ難い状態である。 As shown in FIGS. 9, 10, and 11, the base material to which no additives that have the effect of aligning molecular chains are added lacks regularity even in the crystallized state, and the orientation of the molecular chains and The conformation of the molecular chains and the spacing between the molecular chains vary as a whole. The adhesion strength between molecules is weak, making it difficult to obtain the proportional limit strength required for general structural members.
図12は、添加剤を添加した母材の原子配列の解析結果を示す図である。図12には、母材としてポリ乳酸(PLA)、添加剤として3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)を用いた結果を示す。図12の左図は、母材と添加剤との界面を横から見た図であり、右図は、母材と添加剤との界面を上から見た図である。下図は、3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)の分子構造を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which additives have been added. FIG. 12 shows the results using polylactic acid (PLA) as the base material and 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA) as the additive. The left view of FIG. 12 is a side view of the interface between the base material and the additive, and the right view is a top view of the interface between the base material and the additive. The figure below shows the molecular structure of 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA).
図12に示すように、ポリ乳酸は、特徴官能基としてカルボニル基を有している。カルボニル基は、ポリ乳酸の分子鎖中で最も分極が大きい官能基である。ポリ乳酸は、最近接のカルボニル基同士がトランス側に位置する直鎖状に延びたコンフォメーションをとることができる。ポリ乳酸の第2近接のカルボニル基を構成する炭素原子同士の間隔は、約0.717nmとなる。 As shown in FIG. 12, polylactic acid has a carbonyl group as a characteristic functional group. The carbonyl group is the most polarized functional group in the molecular chain of polylactic acid. Polylactic acid can take a linearly extending conformation in which the carbonyl groups closest to each other are located on the trans side. The distance between the carbon atoms constituting the second neighboring carbonyl group of polylactic acid is approximately 0.717 nm.
一方、3,3’-ジチオジプロピオン酸は、ポリ乳酸のカルボニル基と相互作用を形成可能な特徴原子として、カルボニル基の酸素原子を有している。3,3’-ジチオジプロピオン酸のカルボニル基を構成する酸素原子同士の間隔は、約0.717nmである。 On the other hand, 3,3'-dithiodipropionic acid has the oxygen atom of the carbonyl group as a characteristic atom capable of forming an interaction with the carbonyl group of polylactic acid. The distance between the oxygen atoms constituting the carbonyl group of 3,3'-dithiodipropionic acid is about 0.717 nm.
このような組み合わせであると、母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が小さくなる。ポリ乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸との界面に、特徴官能基が周期的に配列して、格子整合の界面が形成される。ポリ乳酸のカルボニル基を構成する炭素原子と、3,3’-ジチオジプロピオン酸のカルボニル基を構成する酸素原子とが、互いに近接した位置で安定化することが分かる。 With such a combination, the relative difference between the spacing between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the characteristic atoms arranged on the structure of the additive becomes small. At the interface between polylactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid, characteristic functional groups are arranged periodically to form a lattice-matched interface. It can be seen that the carbon atoms constituting the carbonyl group of polylactic acid and the oxygen atoms constituting the carbonyl group of 3,3'-dithiodipropionic acid are stabilized at positions close to each other.
また、ポリ乳酸の分子鎖同士についても、添加剤を添加していない場合と比較して、規則的な原子配列が形成されている。ポリ乳酸に3,3’-ジチオジプロピオン酸を添加すると、ポリ乳酸の分子鎖の配向や、分子鎖のコンフォメーションや、分子鎖同士の間隔が、規則的に整列することが分かる。 Further, the molecular chains of polylactic acid also form a regular atomic arrangement compared to the case where no additives are added. It can be seen that when 3,3'-dithiodipropionic acid is added to polylactic acid, the orientation of the molecular chains of polylactic acid, the conformation of the molecular chains, and the spacing between the molecular chains become regularly aligned.
一方、図3に示すように、添加剤として乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸との共重合体を用いた場合、比例限界強度を向上させる効果は小さい。乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸との共重合体の場合、乳酸と3,3’-ジチオジプロピオン酸とのエステル結合が、外側に突出して母材を構成する分子鎖と接触するため、ポリ乳酸の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when a copolymer of lactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid is used as an additive, the effect of improving the proportional limit strength is small. In the case of a copolymer of lactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid, the ester bond between lactic acid and 3,3'-dithiodipropionic acid protrudes outward and comes into contact with the molecular chains that constitute the base material. Therefore, the effect of aligning the molecular chains of polylactic acid becomes weaker.
図13は、添加剤を添加した母材の原子配列の解析結果を示す図である。図13には、母材としてポリ乳酸(PLA)、添加剤として酸化ガリウム(III)(Ga2O3)を用いた結果を示す。図13の左図は、母材と添加剤との界面を横から見た図であり、右図は、母材と添加剤との界面を上から見た図である。 FIG. 13 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which additives have been added. FIG. 13 shows the results using polylactic acid (PLA) as the base material and gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ) as the additive. The left figure in FIG. 13 is a side view of the interface between the base material and the additive, and the right figure is a top view of the interface between the base material and the additive.
図13に示すように、ポリ乳酸は、特徴官能基としてカルボニル基を有している。カルボニル基は、ポリ乳酸の分子鎖中で最も分極が大きい官能基である。ポリ乳酸は、最近接のカルボニル基同士がトランス側に位置する直鎖状に延びたコンフォメーションをとることができる。ポリ乳酸の第2近接のカルボニル基を構成する炭素原子同士の間隔は、約0.717nmとなる。 As shown in FIG. 13, polylactic acid has a carbonyl group as a characteristic functional group. The carbonyl group is the most polarized functional group in the molecular chain of polylactic acid. Polylactic acid can take a linearly extending conformation in which the carbonyl groups closest to each other are located on the trans side. The distance between the carbon atoms constituting the second neighboring carbonyl group of polylactic acid is approximately 0.717 nm.
一方、酸化ガリウム(III)は、ポリ乳酸のカルボニル基と相互作用を形成可能な特徴原子として、ガリウム原子を有している。β-酸化ガリウム(III)の結晶格子中の同一結晶面内における第3近接のガリウム原子同士の間隔は、約0.717nmである。 On the other hand, gallium oxide (III) has a gallium atom as a characteristic atom that can interact with the carbonyl group of polylactic acid. The distance between the third nearest neighbor gallium atoms in the same crystal plane in the crystal lattice of β-gallium oxide (III) is approximately 0.717 nm.
このような組み合わせであると、母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が小さくなる。ポリ乳酸と酸化ガリウム(III)との界面に、特徴官能基が周期的に配列して、格子整合の界面が形成される。ポリ乳酸のカルボニル基を構成する酸素原子と、酸化ガリウム(III)のガリウム原子とが、互いに近接した位置で安定化することが分かる。 With such a combination, the relative difference between the spacing between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the characteristic atoms arranged on the structure of the additive becomes small. Characteristic functional groups are arranged periodically at the interface between polylactic acid and gallium (III) oxide, forming a lattice-matched interface. It can be seen that the oxygen atoms constituting the carbonyl group of polylactic acid and the gallium atoms of gallium (III) oxide are stabilized at positions close to each other.
また、ポリ乳酸の分子鎖同士についても、添加剤を添加していない場合と比較して、規則的な原子配列が形成されている。ポリ乳酸に酸化ガリウム(III)を添加すると、ポリ乳酸の分子鎖の配向や、分子鎖のコンフォメーションや、分子鎖同士の間隔が、規則的に整列することが分かる。 Further, the molecular chains of polylactic acid also form a regular atomic arrangement compared to the case where no additives are added. It can be seen that when gallium (III) oxide is added to polylactic acid, the orientation of the polylactic acid molecular chains, the conformation of the molecular chains, and the spacing between the molecular chains become regularly aligned.
一方、図3に示すように、添加剤としてシリカを用いた場合、比例限界強度を向上させる効果は小さい。シリカの場合、最近接のケイ素原子同士の間隔が約0.306nm、第2近接のケイ素原子同士の間隔が約0.612nmとなる。ポリ乳酸の第2近接のカルボニル基を構成する炭素原子同士の間隔である約0.717nmと、シリカの第2近接のケイ素原子同士の間隔である約0.612nmとの相対差は約17%となる。相対差が大きいため、ポリ乳酸の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when silica is used as an additive, the effect of improving the proportional limit strength is small. In the case of silica, the distance between the closest silicon atoms is about 0.306 nm, and the distance between the second closest silicon atoms is about 0.612 nm. The relative difference between about 0.717 nm, which is the spacing between the carbon atoms constituting the second neighboring carbonyl group of polylactic acid, and about 0.612 nm, which is the spacing between the second neighboring silicon atoms of silica, is about 17%. becomes. Since the relative difference is large, the effect of aligning the molecular chains of polylactic acid becomes weak.
図14は、添加剤を添加した母材の原子配列の解析結果を示す図である。図14には、母材としてポリアミド11(PA11)、添加剤としてイットリアの濃度が8wt%であるイットリア安定化ハフニア(HfO3+Y2O3)を用いた結果を示す。図14の左図は、母材と添加剤との界面を横から見た図であり、右図は、母材と添加剤との界面を下から見た図である。 FIG. 14 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which additives have been added. FIG. 14 shows the results using polyamide 11 (PA11) as the base material and yttria-stabilized hafnia (HfO 3 +Y 2 O 3 ) with an yttria concentration of 8 wt% as the additive. The left figure in FIG. 14 is a side view of the interface between the base material and the additive, and the right figure is a bottom view of the interface between the base material and the additive.
図14に示すように、ポリアミド11は、特徴官能基としてアミド結合のカルボニル基を有している。カルボニル基は、ポリアミド11の分子鎖中で最も分極が大きい官能基である。ポリアミド11は、直鎖状に延びたコンフォメーションをとることができる。ポリアミド11の最近接のカルボニル基を構成する酸素原子同士の間隔は、約1.456nmとなる。 As shown in FIG. 14, polyamide 11 has an amide bond carbonyl group as a characteristic functional group. The carbonyl group is the functional group with the highest polarization in the molecular chain of polyamide 11. Polyamide 11 can take a linearly extended conformation. The distance between oxygen atoms constituting the closest carbonyl groups of polyamide 11 is approximately 1.456 nm.
一方、イットリア安定化ハフニアは、ポリアミド11のカルボニル基と相互作用を形成可能な特徴原子として、ハフニウム原子やイットリウム原子を有している。ハフニウム原子やイットリウム原子は、結晶格子中において、酸素原子を介して六員環を形成している。立方晶系のイットリア安定化ハフニアの結晶格子中の六員環の4個分の間隔は、約1.456nmである。 On the other hand, yttria-stabilized hafnia has a hafnium atom and a yttrium atom as characteristic atoms capable of forming an interaction with the carbonyl group of polyamide 11. Hafnium atoms and yttrium atoms form six-membered rings via oxygen atoms in the crystal lattice. The spacing between four six-membered rings in the crystal lattice of cubic yttria-stabilized hafnia is approximately 1.456 nm.
このような組み合わせであると、母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が小さくなる。ポリアミド11とイットリア安定化ハフニアとの界面に、特徴官能基が周期的に配列して、格子整合の界面が形成される。ポリアミド11のカルボニル基を構成する酸素原子と、イットリア安定化ハフニアのハフニウム原子やイットリウム原子とが、互いに近接した位置で安定化することが分かる。 With such a combination, the relative difference between the spacing between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the characteristic atoms arranged on the structure of the additive becomes small. At the interface between polyamide 11 and yttria-stabilized hafnia, characteristic functional groups are arranged periodically to form a lattice-matched interface. It can be seen that the oxygen atoms constituting the carbonyl group of polyamide 11 and the hafnium atoms and yttrium atoms of yttria-stabilized hafnia are stabilized at positions close to each other.
また、ポリアミド11の分子鎖同士についても、添加剤を添加していない場合と比較して、規則的な原子配列が形成されている。ポリアミド11にイットリア安定化ハフニアを添加すると、ポリアミド11の分子鎖の配向や、分子鎖のコンフォメーションや、分子鎖同士の間隔が、規則的に整列することが分かる。 Further, the molecular chains of polyamide 11 also form a regular atomic arrangement compared to the case where no additive is added. It can be seen that when yttria-stabilized hafnia is added to polyamide 11, the orientation of the molecular chains of polyamide 11, the conformation of the molecular chains, and the spacing between the molecular chains become regularly aligned.
一方、図4に示すように、添加剤としてシリカを用いた場合、比例限界強度を向上させる効果は小さい。シリカの場合、結晶格子中の六員環の5個分の間隔は、約1.530nmとなる。ポリアミド11の最近接のカルボニル基を構成する酸素原子同士の間隔である約1.456nmと、シリカの結晶格子中の六員環の5個分の間隔である約1.530nmとの相対差は約5%となる。相対差が大きいため、ポリアミド11の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, when silica is used as an additive, the effect of improving the proportional limit strength is small. In the case of silica, the distance between five six-membered rings in the crystal lattice is approximately 1.530 nm. The relative difference between approximately 1.456 nm, which is the distance between oxygen atoms constituting the nearest carbonyl group of polyamide 11, and approximately 1.530 nm, which is the distance between five six-membered rings in the crystal lattice of silica, is Approximately 5%. Since the relative difference is large, the effect of aligning the molecular chains of polyamide 11 becomes weak.
また、イットリア安定化ハフニアは、イットリアの濃度が5wt%未満の場合や、イットリアの濃度が10wt%を超える場合、結晶格子中の六員環の4個分の間隔が、約1.456nmとは大きく異なる。このような場合、ポリアミド11とイットリア安定化ハフニアとの界面が格子整合とならないため、ポリアミド11の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 In addition, in yttria-stabilized hafnia, when the concentration of yttria is less than 5 wt% or when the concentration of yttria exceeds 10 wt%, the distance between four six-membered rings in the crystal lattice is approximately 1.456 nm. to differ greatly. In such a case, the interface between polyamide 11 and yttria-stabilized hafnia does not achieve lattice matching, so the effect of aligning the molecular chains of polyamide 11 becomes weak.
図15は、添加剤を添加した母材の原子配列の解析結果を示す図である。図15には、母材としてポリアミド4(PA4)、添加剤として酸化カリウムの濃度が3wt%である酸化ナトリウムカリウム(Na2O+K2O)を用いた結果を示す。図15の左図は、母材と添加剤との界面を横から見た図であり、右図は、母材と添加剤との界面を上から見た図である。 FIG. 15 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which additives have been added. FIG. 15 shows the results using polyamide 4 (PA4) as the base material and sodium potassium oxide (Na 2 O + K 2 O) with a potassium oxide concentration of 3 wt % as the additive. The left figure in FIG. 15 is a side view of the interface between the base material and the additive, and the right figure is a top view of the interface between the base material and the additive.
図15に示すように、ポリアミド4は、特徴官能基としてアミド結合のカルボニル基を有している。カルボニル基は、ポリアミド4の分子鎖中で最も分極が大きい官能基である。ポリアミド4は、直鎖状に延びたコンフォメーションをとることができる。ポリアミド4の最近接のカルボニル基を構成する酸素原子同士の間隔は、約0.581nmとなる。 As shown in FIG. 15, polyamide 4 has an amide-bonded carbonyl group as a characteristic functional group. The carbonyl group is the functional group with the highest polarization in the molecular chain of polyamide 4. Polyamide 4 can take a linearly extended conformation. The distance between the oxygen atoms constituting the closest carbonyl groups of polyamide 4 is approximately 0.581 nm.
一方、酸化ナトリウムカリウムは、ポリアミド4のカルボニル基と相互作用を形成可能な特徴原子として、ナトリウム原子やカリウム原子を有している。ナトリウム原子やカリウム原子は、結晶格子中において、酸素原子を介して四員環を形成している。立方晶系の酸化ナトリウムカリウムの結晶格子中の四員環の1個分の間隔は、約0.581nmである。 On the other hand, sodium potassium oxide has a sodium atom and a potassium atom as characteristic atoms capable of forming an interaction with the carbonyl group of polyamide 4. Sodium atoms and potassium atoms form four-membered rings via oxygen atoms in the crystal lattice. The distance between one four-membered ring in the crystal lattice of cubic sodium potassium oxide is approximately 0.581 nm.
このような組み合わせであると、母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が小さくなる。ポリアミド4と酸化ナトリウムカリウムとの界面に、特徴官能基が周期的に配列して、格子整合の界面が形成される。ポリアミド4のカルボニル基を構成する酸素原子と、酸化ナトリウムカリウムのナトリウム原子やカリウム原子とが、互いに近接した位置で安定化することが分かる。 With such a combination, the relative difference between the spacing between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the characteristic atoms arranged on the structure of the additive becomes small. At the interface between polyamide 4 and sodium potassium oxide, characteristic functional groups are arranged periodically to form a lattice-matched interface. It can be seen that the oxygen atoms constituting the carbonyl group of polyamide 4 and the sodium atoms and potassium atoms of sodium potassium oxide are stabilized at positions close to each other.
また、ポリアミド4の分子鎖同士についても、添加剤を添加していない場合と比較して、規則的な原子配列が形成されている。ポリアミド4に酸化ナトリウムカリウムを添加すると、ポリアミド4の分子鎖の配向や、分子鎖のコンフォメーションや、分子鎖同士の間隔が、規則的に整列することが分かる。 Further, the molecular chains of polyamide 4 also form a regular atomic arrangement compared to the case where no additive is added. It can be seen that when sodium potassium oxide is added to polyamide 4, the orientation of the molecular chains of polyamide 4, the conformation of the molecular chains, and the spacing between the molecular chains become regularly aligned.
一方、図5に示すように、添加剤としてシリカを用いた場合、比例限界強度を向上させる効果は小さい。シリカの場合、結晶格子中の六員環の2個分の間隔は、約0.612nmとなる。ポリアミド4の最近接のカルボニル基を構成する酸素原子同士の間隔である約0.581nmと、シリカの結晶格子中の六員環の2個分の間隔である約0.612nmとの相対差は約5%となる。相対差が大きいため、ポリアミド11の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when silica is used as an additive, the effect of improving the proportional limit strength is small. In the case of silica, the distance between two six-membered rings in the crystal lattice is approximately 0.612 nm. The relative difference between approximately 0.581 nm, which is the distance between oxygen atoms constituting the nearest carbonyl group of polyamide 4, and approximately 0.612 nm, which is the distance between two six-membered rings in the crystal lattice of silica, is Approximately 5%. Since the relative difference is large, the effect of aligning the molecular chains of polyamide 11 becomes weak.
また、酸化ナトリウムカリウムは、酸化カリウムの濃度が2wt%未満の場合や、酸化カリウムの濃度が5wt%を超える場合、結晶格子中の四員環の1個分の間隔が、約0.581nmとは大きく異なる。このような場合、ポリアミド4と酸化ナトリウムカリウムとの界面が格子整合とならないため、ポリアミド4の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。 In addition, in sodium potassium oxide, when the concentration of potassium oxide is less than 2 wt% or when the concentration of potassium oxide exceeds 5 wt%, the distance between one four-membered ring in the crystal lattice is approximately 0.581 nm. are very different. In such a case, the interface between polyamide 4 and sodium potassium oxide does not achieve lattice matching, so the effect of aligning the molecular chains of polyamide 4 becomes weak.
図16は、添加剤を添加した母材の原子配列の解析結果を示す図である。図16には、母材としてポリアミド11(PA11)、添加剤としてシリカ(SiO2)を用いた結果を示す。図16の左図は、母材と添加剤との界面を横から見た図であり、右図は、母材と添加剤との界面を下から見た図である。 FIG. 16 is a diagram showing the analysis results of the atomic arrangement of the base material to which additives have been added. FIG. 16 shows the results using polyamide 11 (PA11) as the base material and silica (SiO 2 ) as the additive. The left figure in FIG. 16 is a side view of the interface between the base material and the additive, and the right figure is a bottom view of the interface between the base material and the additive.
図16に示すように、添加剤としてシリカを用いた場合、ポリアミド11の最近接のカルボニル基同士の間隔と、シリカの結晶格子中の六員環の間隔との相対差が大きいため、ポリアミド11の分子鎖を整列させる作用は弱くなる。シリカを添加した場合のポリアミド11の分子鎖同士の間隔は、イットリア安定化ハフニアを添加した場合(図14参照)と比較して、広い箇所や狭い箇所が混在して不均一になる。母材と添加剤との界面から離れた領域においても、母材の原子配列が乱れるため、比例限界強度を向上させる効果が小さくなる。 As shown in FIG. 16, when silica is used as an additive, there is a large relative difference between the spacing between the nearest carbonyl groups of polyamide 11 and the spacing of six-membered rings in the crystal lattice of silica. The effect of aligning molecular chains becomes weaker. When silica is added, the spacing between the molecular chains of polyamide 11 becomes non-uniform, with a mixture of wide and narrow areas, compared to when yttria-stabilized hafnia is added (see FIG. 14). Even in a region away from the interface between the base material and the additive, the atomic arrangement of the base material is disturbed, so the effect of improving the proportional limit strength is reduced.
以上のとおり、分子鎖を整列させる作用を持つ添加剤を添加する場合、バイオマス由来樹脂である母材の分子鎖上に配列した特徴官能基の間隔と、添加剤の構造上に配列した特徴原子の間隔との相対差が3%以下であると、分子鎖を整列させる作用が広範囲に得られるため、複合材料の比例限界強度を大きく向上させることができる。一方、相対差が3%を超えると、分子鎖を整列させる作用が弱くなり、比例限界強度を向上させる効果が小さくなるといえる。 As described above, when adding an additive that has the effect of aligning molecular chains, the spacing between the characteristic functional groups arranged on the molecular chain of the base material, which is a biomass-derived resin, and the characteristic atoms arranged on the structure of the additive are determined. When the relative difference with the spacing is 3% or less, the effect of aligning the molecular chains can be obtained over a wide range, so that the proportional limit strength of the composite material can be greatly improved. On the other hand, when the relative difference exceeds 3%, the effect of aligning the molecular chains becomes weaker, and the effect of improving the proportional limit strength becomes smaller.
次に、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の他の形態について説明する。 Next, other forms of composite materials using biomass-derived resin as a base material will be explained.
本実施形態に係る複合材料10において、母材1を構成するバイオマス由来樹脂としては、使用後のバイオマス由来樹脂を再生した再生材を用いることもできる。添加剤としては、原子レベルでバイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を再生材に配合する。 In the composite material 10 according to the present embodiment, as the biomass-derived resin constituting the base material 1, a recycled material obtained by regenerating a used biomass-derived resin can also be used. As additives, additives that have the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin at the atomic level are added to the recycled material.
バイオマス由来樹脂は、各種の用途で使用した後に、ケミカルリサイクルによって再生できる。使用後の樹脂を回収し、不純物を除去する工程、樹脂を粉砕する工程、樹脂を洗浄する工程等を行う。そして、必要に応じて、樹脂を溶解する工程、樹脂成分を比重分離する工程等を行った後、樹脂フレークや分離されたモノマを、母材1を形成する再生材の原料として再利用する。 Biomass-derived resins can be regenerated through chemical recycling after being used for various purposes. The used resin is collected, and a process of removing impurities, a process of crushing the resin, a process of washing the resin, etc. are performed. Then, if necessary, after performing a step of melting the resin, a step of separating the resin components by specific gravity, etc., the resin flakes and separated monomers are reused as raw materials for the recycled material forming the base material 1.
母材1を構成するバイオマス由来樹脂として再生材を用いる場合、好ましい母材1と添加剤2との組み合わせや、好ましい添加剤2の濃度は、前記の(1)~(3)と同様である。母材1として、使用後のポリ乳酸を再生した再生材ポリ乳酸や、使用後のポリアミド11を再生した再生材ポリアミド11や、使用後のポリアミド4を再生した再生材ポリアミド4を用いることができる。 When using a recycled material as the biomass-derived resin constituting the base material 1, the preferred combination of the base material 1 and the additive 2 and the preferred concentration of the additive 2 are the same as in (1) to (3) above. . As the base material 1, recycled polylactic acid obtained by regenerating used polylactic acid, recycled polyamide 11 obtained by recycling used polyamide 11, and recycled polyamide 4 obtained by recycling used polyamide 4 can be used. .
一般に、バイオマス由来樹脂は、紫外線、熱、水分、アルカリ等の影響を受けると、高分子である分子鎖が分解する。一般的な用途で使用されたバイオマス由来樹脂は、紫外線劣化、熱劣化、加水分解、リサイクル時のアルカリ洗浄等によって、分子量が10~50%に小さくなる。このような樹脂を使用後に再生して再使用する場合、比例限界強度も10~50%に小さくなってしまう。 In general, when biomass-derived resins are affected by ultraviolet rays, heat, moisture, alkali, etc., the molecular chains, which are polymers, decompose. Biomass-derived resins used for general purposes have molecular weights reduced to 10-50% due to UV deterioration, thermal deterioration, hydrolysis, alkaline washing during recycling, etc. When such a resin is recycled and reused after use, the proportional limit strength also decreases to 10 to 50%.
これに対し、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を再生材に配合すると、比例限界強度を15~150%程度向上させることができる。添加剤による作用は、母材と添加剤との界面から離れた領域にも及ぶため、分子量が小さくなった再生材を用いる場合に、短い分子鎖同士を整列させることができる点で有効である。添加剤を配合する場合、回収したバイオマス由来樹脂の再重合を行うこともできるし、バイオマス由来樹脂の再重合を行わないこともできる。 On the other hand, if an additive that has the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin is added to the recycled material, the proportional limit strength can be improved by about 15 to 150%. The effect of additives extends to areas distant from the interface between the base material and additive, so it is effective in aligning short molecular chains when using recycled materials with reduced molecular weight. . When blending additives, the recovered biomass-derived resin can be repolymerized, or the biomass-derived resin can not be repolymerized.
次に、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の製造方法や、複合材料の用途について説明する。 Next, a method for manufacturing a composite material using biomass-derived resin as a base material and uses of the composite material will be explained.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料は、バイオマス由来樹脂と添加剤を混合し、得られた混合物を溶融および混錬し、得られた樹脂組成物を任意の形状に樹脂成形することによって製造できる。添加剤としては、原子レベルでバイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤を少なくとも用いる。 Composite materials using biomass-derived resin as a base material are manufactured by mixing biomass-derived resin and additives, melting and kneading the resulting mixture, and molding the resulting resin composition into any shape. can. As the additive, at least an additive that has the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin at the atomic level is used.
バイオマス由来樹脂は、ペレット、パウダ、グラニュール、液体、流動体等の適宜の原料形態で用意できる。バイオマス由来樹脂としては、新規に合成された合成品を用いてもよいし、使用後のバイオマス由来樹脂を再生した再生材を用いてもよい。 The biomass-derived resin can be prepared in an appropriate raw material form such as pellets, powder, granules, liquid, or fluid. As the biomass-derived resin, a newly synthesized synthetic product may be used, or a recycled material obtained by regenerating a used biomass-derived resin may be used.
添加剤は、バイオマス由来樹脂に対して、単体として混合してもよいし、マスターバッチとして混合してもよい。マスターバッチは、バイオマス由来樹脂に添加剤を予め添加することによって、高濃度の添加剤を含有するペレット等として用意できる。マスターバッチを用いると、添加剤の取り扱いや、添加剤の配合量の調整を容易に行うことができる。 The additive may be mixed with the biomass-derived resin as a single substance or as a masterbatch. A masterbatch can be prepared as a pellet or the like containing a high concentration of an additive by adding the additive to the biomass-derived resin in advance. Using a masterbatch makes it easy to handle additives and adjust the amount of additives mixed.
樹脂組成物の混錬は、バンバリーミキサ、加圧ニーダ等の回分式密閉型混練機や、ロール型混練機、ロータ型混練機等の開放型混錬機や、一軸スクリュ押出機、二軸スクリュ押出機等の各種の装置を用いて行うことができる。樹脂組成物の造粒は、押出式造粒機、ディスクダイ式造粒機、ローラ式造粒機等の各種の装置を用いて行うことができる。 The resin composition can be kneaded using a batch type closed kneader such as a Banbury mixer or a pressure kneader, an open kneader such as a roll kneader or a rotor kneader, a single screw extruder, or a twin screw extruder. This can be carried out using various devices such as an extruder. Granulation of the resin composition can be performed using various devices such as an extrusion type granulator, a disk die type granulator, and a roller type granulator.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料は、複合材料の用途に応じて、任意の形状に成形できる。複合材料の成形方法としては、押出成形、射出成形、ブロー成形、圧縮成形、積層造形等の適宜の方法を用いることができる。 A composite material using a biomass-derived resin as a base material can be molded into any shape depending on the use of the composite material. As a method for molding the composite material, appropriate methods such as extrusion molding, injection molding, blow molding, compression molding, and layered manufacturing can be used.
積層造形の方法としては、フィラメント状の樹脂を用いる熱溶解積層法(Fused Deposition Modeling:FDM)や、粉末状の樹脂を用いてレーザによる溶解を行うレーザ粉末積層法等を用いることができる。レーザ粉末積層法の原料としては、添加剤が予め配合されたバイオマス由来樹脂の粉末を用いてもよいし、バイオマス由来樹脂の粉末と添加剤の粉末との組み合わせを用いてもよい。 As a method for additive manufacturing, a fused deposition modeling (FDM) method using filament-like resin, a laser powder deposition method using laser melting using powdered resin, etc. can be used. As a raw material for the laser powder deposition method, a biomass-derived resin powder mixed with an additive in advance may be used, or a combination of a biomass-derived resin powder and an additive powder may be used.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料は、適宜の用途に用いることができる。複合材料の用途の具体例としては、掃除機、洗濯機、エアコン、炊飯器、テレビ、パソコン、電話機、コピー機、FAX、シュレッダ等の電気機器を構成する構造部材や、プラスチック製の食器、容器、袋、衣類、寝具、家具、文具、玩具や、自動車用の内装材、部品や、包装フィルム、フィルム基材、人工芝等が挙げられる。 Composite materials using biomass-derived resin as a base material can be used for appropriate purposes. Specific examples of uses for composite materials include structural members that make up electrical equipment such as vacuum cleaners, washing machines, air conditioners, rice cookers, televisions, computers, telephones, copy machines, fax machines, and shredders, as well as plastic tableware and containers. , bags, clothing, bedding, furniture, stationery, toys, interior materials and parts for automobiles, packaging films, film base materials, artificial turf, etc.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の用途としては、高い機械的強度、特に、比例限度が要求される用途が好ましく、各種の製品を構成する構造部材がより好ましい。構造部材は、バイオマス由来樹脂を母材として添加剤を含有する複合材料で形成される。構造部材としては、製品を構成する外装材、補強材、骨格材等が挙げられる。 Composite materials using biomass-derived resin as a base material are preferably used for applications that require high mechanical strength, especially proportionality limits, and more preferably for structural members constituting various products. The structural member is formed of a composite material that uses biomass-derived resin as a base material and contains additives. Examples of structural members include exterior materials, reinforcing materials, and framework materials that constitute the product.
バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料の用途としては、特に、曲げ形状に成型または曲げ加工された曲げ部を有する構造部材が好ましい。曲げ形状としては、板材、線材、棒材等で形成される形状であって、屈曲形状、湾曲形状等がある。曲げ形状に成形された曲げ部は、応力が集中し易い箇所となる。このような曲げ部に複合材料を用いると、高い比例限界強度が得られるため、永久変形の発生を原子レベルで抑制できる。 For applications of composite materials using biomass-derived resin as a base material, structural members having bent portions formed or bent into a bent shape are particularly preferred. The bent shape is a shape formed of a plate material, wire rod, bar material, etc., and includes a bent shape, a curved shape, and the like. The bent portion formed into a bent shape becomes a location where stress tends to concentrate. When a composite material is used for such a bending part, a high proportional limit strength can be obtained, so that the occurrence of permanent deformation can be suppressed at the atomic level.
次に、バイオマス由来樹脂を母材とした複合材料のリサイクル方法について、図を参照しながら説明する。 Next, a method for recycling a composite material using biomass-derived resin as a base material will be explained with reference to the drawings.
図17は、本発明の実施形態に係る複合材料のリサイクル方法を示す図である。
図17に示すように、本実施形態に係る複合材料10は、バイオマス由来樹脂の分子鎖を整列させる作用を示す添加剤として3,3’-ジチオジプロピオン酸(DTDPA)を用いる場合、還元性溶液4に浸漬させて添加剤を分解する工程を含む方法によってリサイクルすることができる。
FIG. 17 is a diagram showing a method for recycling a composite material according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 17, the composite material 10 according to the present embodiment has a reducing property when 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDPA) is used as an additive that has the effect of aligning the molecular chains of the biomass-derived resin. It can be recycled by a method including a step of immersing it in solution 4 to decompose the additive.
図17において、還元性溶液4は、処理容器5に用意されている。還元性溶液4としては、強還元剤を含む溶液を用いることができる。強還元剤としては、還元型グルタチオン(GSH)、ジチオトレイトール、2-メルカプトエタノール等を用いることができる。還元性溶液4の溶媒としては、Tris緩衝液等を用いることができる。還元性溶液4のpHは、好ましくはpH7以上、より好ましくはpH8以上、更に好ましくはpH8.5以上である。 In FIG. 17, a reducing solution 4 is prepared in a processing container 5. As the reducing solution 4, a solution containing a strong reducing agent can be used. As the strong reducing agent, reduced glutathione (GSH), dithiothreitol, 2-mercaptoethanol, etc. can be used. As a solvent for the reducing solution 4, a Tris buffer or the like can be used. The pH of the reducing solution 4 is preferably pH 7 or higher, more preferably pH 8 or higher, and still more preferably pH 8.5 or higher.
本実施形態に係る複合材料のリサイクル方法は、使用後の複合材料を回収する工程、複合材料に混在する不純物を除去する工程、複合材料を粉砕する工程、複合材料を洗浄する工程、複合材料を溶解する工程等を含む。複合材料を溶解する工程の後に、必要に応じて、複合材料に含まれる成分を比重分離する工程等を行うことができる。 The method for recycling composite materials according to this embodiment includes a step of recovering the used composite material, a step of removing impurities mixed in the composite material, a step of crushing the composite material, a step of washing the composite material, and a step of cleaning the composite material. Including the process of dissolving. After the step of dissolving the composite material, a step of separating the components contained in the composite material by specific gravity or the like can be performed as necessary.
本実施形態に係る複合材料のリサイクル方法では、複合材料を溶解する工程において、使用後の複合材料10を還元性溶液4に浸漬させて添加剤を分解する処理を行う。図17に示すように、複合材料10を還元性溶液4に浸漬させてDTDPAを分解する。複合材料を溶解する工程では、DTDPAの分解に加え、母相1を構成するバイオマス由来樹脂の分解を行うこともできる。 In the composite material recycling method according to the present embodiment, in the step of dissolving the composite material, the used composite material 10 is immersed in the reducing solution 4 to decompose the additives. As shown in FIG. 17, the composite material 10 is immersed in a reducing solution 4 to decompose DTDPA. In the step of dissolving the composite material, in addition to decomposing DTDPA, the biomass-derived resin constituting the matrix 1 can also be decomposed.
このようなリサイクル方法によると、複合材料10を還元性溶液4に浸漬させるため、添加剤2であるDTDPAが、ジスルフィド結合の還元によって分解される。そのため、複合材料10をリサイクルする際に、母相1に添加されているDTDPAの分離が容易になる。高純度のバイオマス由来樹脂を効率的に回収することが可能になるため、使用後のバイオマス由来樹脂を有用な再生材とすることができる。 According to such a recycling method, since the composite material 10 is immersed in the reducing solution 4, the additive 2, DTDPA, is decomposed by reduction of disulfide bonds. Therefore, when recycling the composite material 10, the DTDPA added to the matrix 1 can be easily separated. Since it becomes possible to efficiently recover high-purity biomass-derived resin, the used biomass-derived resin can be used as a useful recycled material.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications without departing from the technical scope. For example, the embodiments described above are not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of a certain embodiment with another configuration, or to add another configuration to the configuration of a certain embodiment. Furthermore, it is also possible to add other configurations, delete configurations, and replace configurations of some of the configurations of a certain embodiment.
10 複合材料
1 母材(バイオマス由来樹脂)
2 添加剤
3 界面
4 還元性溶液
5 処理容器
10 Composite material 1 Base material (biomass-derived resin)
2 Additive 3 Interface 4 Reducing solution 5 Processing container
Claims (12)
前記母材の分子鎖上に配列した官能基の間隔と、前記添加剤の構造上に配列した前記官能基と相互作用を形成する原子の間隔との相対差が3%以下である複合材料。 A composite material containing a biomass-derived resin as a base material and an additive,
A composite material in which the relative difference between the spacing between the functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the atoms forming interactions with the functional groups arranged on the structure of the additive is 3% or less.
前記母材は、ポリ乳酸であり、
前記添加剤は、3,3’-ジチオジプロピオン酸、および、酸化ガリウム(III)から選択される少なくとも一つを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上22wt%以下である複合材料。 The composite material according to claim 1,
The base material is polylactic acid,
The additive includes at least one selected from 3,3'-dithiodipropionic acid and gallium (III) oxide,
A composite material in which the concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 22 wt% or less.
前記ポリ乳酸は、使用後のポリ乳酸を再生した再生材ポリ乳酸である複合材料。 The composite material according to claim 2,
The polylactic acid is a composite material that is recycled polylactic acid obtained by regenerating used polylactic acid.
前記母材は、ポリアミド11であり、
前記添加剤は、イットリアの濃度が5wt%以上10wt%以下であるイットリア安定化ハフニアを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が5wt%以上38wt%以下である複合材料。 The composite material according to claim 1,
The base material is polyamide 11,
The additive includes yttria-stabilized hafnia in which the concentration of yttria is 5 wt% or more and 10 wt% or less,
A composite material in which the concentration of the additive with respect to the base material is 5 wt% or more and 38 wt% or less.
前記ポリアミド11は、使用後のポリアミド11を再生した再生材ポリアミド11である複合材料。 The composite material according to claim 4,
The polyamide 11 is a composite material that is a recycled material polyamide 11 obtained by recycling polyamide 11 after use.
前記母材は、ポリアミド4であり、
前記添加剤は、酸化カリウムの濃度が2wt%以上5wt%以下である酸化ナトリウムカリウムを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上38wt%以下である複合材料。 The composite material according to claim 1,
The base material is polyamide 4,
The additive contains sodium potassium oxide whose concentration of potassium oxide is 2 wt% or more and 5 wt% or less,
A composite material in which the concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 38 wt% or less.
前記ポリアミド4は、使用後のポリアミド4を再生した再生材ポリアミド4である複合材料。 The composite material according to claim 6,
The polyamide 4 is a composite material that is a recycled polyamide 4 obtained by recycling used polyamide 4.
前記母材の分子鎖上に配列した官能基の間隔と、前記添加剤の構造上に配列した前記官能基と相互作用を形成する原子の間隔との相対差が3%以下である構造部材。 A structural member formed of a composite material containing a biomass-derived resin as a base material and an additive,
A structural member wherein the relative difference between the spacing between the functional groups arranged on the molecular chain of the base material and the spacing between the atoms forming interactions with the functional groups arranged on the structure of the additive is 3% or less.
前記母材は、ポリ乳酸であり、
前記添加剤は、3,3’-ジチオジプロピオン酸、および、酸化ガリウム(III)から選択される少なくとも一つを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上22wt%以下であり、
前記構造部材は、曲げ形状に成型または曲げ加工された曲げ部を有する構造部材。 The structural member according to claim 8,
The base material is polylactic acid,
The additive includes at least one selected from 3,3'-dithiodipropionic acid and gallium (III) oxide,
The concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 22 wt% or less,
The structural member has a bent portion formed or bent into a bent shape.
前記母材は、ポリアミド11であり、
前記添加剤は、イットリアの濃度が5wt%以上10wt%以下であるイットリア安定化ハフニアを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が5wt%以上38wt%以下であり、
前記構造部材は、曲げ形状に成型または曲げ加工された曲げ部を有する構造部材。 The structural member according to claim 8,
The base material is polyamide 11,
The additive includes yttria-stabilized hafnia in which the concentration of yttria is 5 wt% or more and 10 wt% or less,
The concentration of the additive with respect to the base material is 5 wt% or more and 38 wt% or less,
The structural member has a bent portion formed or bent into a bent shape.
前記母材は、ポリアミド4であり、
前記添加剤は、酸化カリウムの濃度が2wt%以上5wt%以下である酸化ナトリウムカリウムを含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上38wt%以下であり、
前記構造部材は、曲げ形状に成型または曲げ加工された曲げ部を有する構造部材。 The structural member according to claim 8,
The base material is polyamide 4,
The additive contains sodium potassium oxide whose concentration of potassium oxide is 2 wt% or more and 5 wt% or less,
The concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 38 wt% or less,
The structural member has a bent portion formed or bent into a bent shape.
前記母材は、使用後のポリ乳酸を再生した再生材ポリ乳酸であり、
前記添加剤は、3,3’-ジチオジプロピオン酸を含み、
前記母材に対する前記添加剤の濃度が3wt%以上22wt%以下であり、
使用後の前記複合材料を還元剤を含む溶液に浸漬させて前記添加剤を分解する工程を含む複合材料のリサイクル方法。 A method for recycling a composite material containing a biomass-derived resin as a base material and an additive, the method comprising:
The base material is recycled polylactic acid obtained by regenerating used polylactic acid,
The additive includes 3,3'-dithiodipropionic acid,
The concentration of the additive with respect to the base material is 3 wt% or more and 22 wt% or less,
A method for recycling a composite material, comprising the step of immersing the used composite material in a solution containing a reducing agent to decompose the additive.
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