JP5542733B2 - 樹脂成形体，掃除機配管および掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、中空フィラと、それを用いた樹脂成形体，樹脂成形体で構成される掃除機配管に関する。

一般に、家電製品には、鋼板やガラス，樹脂等から成る多くの家電用部品が使用されている。特に樹脂は他の材料に比較して安価でしかも軽量であるため、家電製品の部位に応じて使用される。中でもポリプロピレンを代表とするポリオレフィン樹脂は、耐薬品性に優れ、高強度であることから家電用部品として多用されている。

ポリオレフィン樹脂は比重が０.９程度と各種の樹脂の中でも軽量の部類に入る。また、さらに軽量化を図る際には樹脂中にガラスバルーンやシラスバルーンなどの内部に空気が入った中空のフィラを加えることでさらなる軽量化を図ることができる。（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、例えば射出成型のように溶融状態にある樹脂材料に高圧が加わる手法で中空フィラを混合した樹脂材料を成型すると、中空フィラは破損を起こし易いと言う課題がある。破損した中空フィラは樹脂よりも重いガラスやセラミックスとして樹脂材料に含まれるため、軽量化を打ち消すと言う問題がある。

そこで、中空フィラにシランカップリング処理によってフィラの滑り性を改善する方法が開示されている。（例えば、特許文献２参照）また、中空フィラ表面にゴムなど軟質の樹脂を被覆する方法が開示されている。（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−８７８３１号公報 特開平４−２９８５５２号公報 特開平６−２２６７７１号公報

しかしながら、シランカップリングによる方法では滑りは改善するが中空フィラ自体の耐圧性が改善される訳ではないため、破損の防止効果は限定的であった。また、単純な樹脂被覆では被覆する樹脂と中空フィラが結合しているわけではないため、被覆樹脂がマトリックスの熱可塑性樹脂中に分散して効果が不十分であった。

本発明の目的は、掃除機配管などの軽量化，高強度に有効な中空フィラと、それを用いた樹脂成形体を提供することにある。

本発明の中空フィラは、中空部材と、中空部材表面に被覆され、下記式で表される化合物を含む第一の層と、第一の層を覆い、第一の層と結合した変性ポリオレフィンを含む第二の層と、を備えることを特徴とする。

（式中、ｎは０以上の整数、Ｘはアミノ基またはエポキシ基、Ｙは塩素または−ＯＲ（Ｒは水素またはアルキル鎖）で示される化合物。）

本発明によれば、化学結合によって固定された第二の層によって中空フィラの破損を防ぎ、ポリオレフィン樹脂と該中空フィラを含む樹脂成型体を軽量化することができる。さらに、ポリオレフィン樹脂と中空フィラの密着性が改善されるため、破壊時の中空部材表面における界面剥離を抑制し、その結果として樹脂成型体の強度を改善できる。

本発明の家電製品(掃除機)を示す模式図。 本発明の家電製品（掃除機）の部品を示す模式図。 本発明の樹脂成型体の断面図を示す模式図。 本発明の中空フィラの断面図を示す模式図。 （ａ）〜（ｃ）は、図４に示す中空フィラの製造工程を模式的に示す工程図。

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、まず、掃除機配管などに使用する樹脂成型体について説明した後に、樹脂成型体に使用する中空フィラについて説明する。

（家電製品及び樹脂成型体）
図２は図１に示す掃除機Ｌの一部をなす掃除機配管１であり、樹脂成型体１００からなる。掃除機Ｌにおいて吸口２と掃除機本体３を繋ぐ配管として機能する。この配管は、空気・ゴミを通す円筒形状である。

樹脂成型体１００は図３に示すように中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２からなる。

このポリオレフィン樹脂１０２としては、ポリプロピレン，ポリエチレン，シクロオレフィンポリマー及びこれらを含む共重合体などが代表例として挙げられる。

図４に示す中空フィラ１０１の中空部材１０４としては、内部に真空もしくは気体層１０３を有する無機中空粒子類を用いることができる。このような中空フィラの中空部材１０４としては、ガラスバルーン，シラスバルーン，セライト，中空ガラス繊維などがある。これらの粒子のうち、好ましい直径は１マイクロメートル以上１ミリメートル以下である。この範囲以下の大きさでは一般に比重（真比重）が大きくなるために成型体重量の軽量化効果が得がたい。また、この範囲以上の大きさでは成型体表面に目視で判別可能である明確な凹凸が生じるなど意匠性に課題が生じる。また、これらの粒子の真比重は０.０１以上１.０以下が好ましい。０.０１未満の比重では中空フィラ１０１としての強度が低く成型には適さず、１.０以上ではポリオレフィン樹脂１０２に対して比重が高くなるために比重の低減効果が得られなくなる。

図４に示す中空フィラ１０１の中空部材１０４の表面には第二の層１０６との化学結合を得るために第一の層１０５が形成される。この第一の層１０５は中空部材１０４の化学気相処理法，プラズマ気相処理法，紫外線照射法などによって中空部材１０４の表面を直接改質することでも得られるが、ガラスバルーンやシラスバルーンなどの中空部材を用いる場合にはシランカップリング剤，アルミネート，チタネート系表面処理剤など、より好ましくはシランカップリング剤を被覆することで形成される。各手法で第一の層１０５に導入する官能基としてはアミノ基，エポキシ基，カルボキシル基，無水酸基，アクリル基，メタクリル基，ビニル基，イソシアネート基などがあり、特に第二の層１０６に酸変性ポリオレフィンを用いる場合にはアミノ基やエポキシ基が好適である。

図４に示す中空フィラ１０１の第二の層１０６にはポリオレフィン樹脂１０２と親和性が高く、第一の層１０５との化学結合を得られる官能基を導入した変性ポリオレフィン樹脂が用いられる。例えばこのような官能基の導入方法としてはランダム重合，ブロック重合，グラフト重合などが挙げられる。導入される官能基には無水マレイン酸などの無水酸基，アミノ基，エポキシ基，水酸基，カルボキシル基，アクリル基，メタクリル基，ビニル基，イソシアネート基などがあり、先に示した第一の層１０５に合わせて選択する。特に無水マレイン酸の無水酸基を導入した無水マレイン酸変性ポリオレフィンを第二の層として用いるのが本構成では最も好ましく、それに合わせて第一の層１０５にはアミノ基，エポキシ基を用いるのが好適である。

中空フィラ１０１の形成方法を図５に示す。まず、中空フィラ１０１の中空部材１０４の表面に先に示した手法によって第一の層１０５を形成する（図５（ｂ））。さらに変性ポリオレフィン樹脂の溶液と中空部材１０４を混合することによって第一の層１０５と化学結合を形成した第二の層１０６を得る（図５（ｃ））。変性ポリオレフィン樹脂に溶解する溶剤としては２−ブタノン，ジメチルアセトアミド，トルエン，キシレン，酢酸メチル，酢酸エチル，酢酸ブチル，アセトン，メタノール，エタノール，２−プロパノール，ｎ−ブタノール，２−メチルプロパノール，４−ヒドロキシ−４−メチル−２−ペンタノン，エチレングリコール，メチルセロソルブ，エチルセロソルブ，ブチルセロソルブなどの有機溶剤から１以上を選択する。これらは中空フィラへの第二の層１０６の形成後にろ過や熱処理などの手法で除去することが好ましい。また、第二の層１０６と第一の層１０５の化学結合を促進するために、混合後に熱処理，光照射，電子線照射などを施しても良い。また、第二の層１０６の分量は中空部材１０４の１００重量部に対して１重量部から１０００重量部とすることが好ましい。この範囲以下では被覆量が不足して所定の効果が得られず、この範囲以上では中空フィラ１０１の比重が大きくなるために軽量化の効果が損なわれる課題が生じる。

本発明の中空フィラ１０１には、第一の層１０５と第二の層１０６の化学結合を促進する反応促進剤，熱安定性を高める酸化防止剤を第二の層１０６に予め添加することで適宜加えることができる。上記反応促進剤としては、第一の層１０５と第二の層１０６の材質に応じて適切に選択されるが、第一の層にアミノ基を含み、第二の層に無水マレイン酸変性ポリオレフィンを含む場合にはトリエチルアミンなどのアミン類を用いることが好ましく、第一の層にエポキシ基を含み、第二の層に無水マレイン酸変性ポリオレフィンを含む場合にはイミダゾール類を用いると良い。また、フェノール類などの酸化防止剤は中空フィラ１０１上の第二の層１０６の熱分解を防ぐことができるために第二の層１０６に加えることが好ましい。

中空フィラ１０１はポリオレフィン樹脂１０２と混合することで樹脂成型体１００とする。その混合方法としては熱混練法，プレス成型法，射出成型法などの樹脂成型に常用されるプロセスを用いることができる。また、中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２の混合と、樹脂成型体１００を得る成型工程を別に行っても良いし、押出成型や射出成型のように成型装置内に中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２を投入して混合と成型を同時に行っても良い。

本発明の樹脂成型体には中空フィラ１０１，ポリオレフィン樹脂１０２の他に対候剤，着色顔料，可塑剤，中空フィラ１０１以外の固形フィラを含んでも良い。

本実施形態によれば、従来の樹脂成型体（例えば、特許文献１から３参照）で得られた樹脂成型体と比較して、成型時の中空フィラ１０１の破損を抑制し、ポリオレフィン樹脂１０２と中空フィラ１０１の密着性を改善できる。このために、軽量性と強度に優れた中空フィラ１０１を含む樹脂成型体１００からなる掃除機配管１（家電用部品）、及びこの掃除機配管１を使用した掃除機Ｌ（家電製品）を得ることができる。ここで樹脂成型体の強度についてはＪＩＳ−Ｋ７１６２に準拠して行われる引張試験法において測定される引張強度が１４ＭＰａ以上であると掃除機配管１として要求される強度を満足することができ、好適である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。実施形態では、中空フィラ１０１を含む樹脂成型体１００からなる掃除機配管１、及びこの掃除機配管１を使用した掃除機Ｌについて説明したが、本発明が適用される家電製品及び家電用塗装部品はこれに限定されるものではない。少なくとも樹脂製の家電用塗装部品，具体的には、洗濯機，冷蔵庫，炊飯器，エアーコンディショナー，空気清浄機等の家電製品に使用される家電用塗装部品に適用することができる。本発明は、前記した掃除機Ｌのほか、軽量で断熱性に優れたプラスチック部品が望まれる洗濯機，乾燥機，冷蔵庫等の家電製品及びその他の家電用塗装部品に適用されることが好ましい。

〔実施例〕
次に、実施例を説明する。

（実施例１，２および比較例１，２）
本実施例では掃除機配管１を射出成形法により作製した。マトリックスとなる熱可塑性樹脂１０１には、ポリプロピレン（サンアロマー社製、商品名ＰＭ９７０Ｗ）を使用した。

中空フィラ１０２は表１に示す組成１，２，比較組成１，２に示す組成で調整した。ガラスバルーン（住友スリーエム、グラスバブルス Ｓ４２ＸＨＳ、真比重０.４２），シランカップリング剤（信越シリコーン、ＫＢＭ６０３：Ｎ−２−(アミノエチル)−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ＫＢＭ４０３：３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン），無水マレイン酸変性ポリオレフィン（日本製紙ケミカル、商品名アウローレン（登録商標）２００Ｓ），タフテックＨ１０３１（旭化成ケミカルズ、水添スチレンブタジエンゴム）、及びトリエチルアミン（和光純薬工業），イミダゾール２Ｅ４ＭＺ（四国化成工業），フェノール系酸化防止剤（エーピーアイコーポレーション、商品名ヨシノックス（登録商標）ＢＢ）を表１に示す配合量で含むものを使用した。

ここで、ＫＢＭ６０３は、下記式において、ｎ＝６，Ｘ＝アミノ基，Ｙ＝−ＯＣＨ₃で表される化合物である。また、ＫＢＭ４０３は、下記式において、ｎ＝５，Ｘ＝エポキシ基，Ｙ＝−ＯＣＨ₃で表される化合物である。

いずれの掃除機配管１も中空フィラ１０１への第一の層１０５の形成，第二の層１０６の形成，中空フィラ１０２と熱可塑性樹脂１０１の混合・成型の３つの工程で形成される。

まず、表１に示す各シランカップリング剤をトルエン４０重量部に溶解した処理液に、中空フィラの中空部材１０４（ガラスバルーン）を室温（２５℃）にて４時間浸漬、攪拌することで中空部材１０４に第一の層１０５を被覆した。処理後に真空ろ過で処理液を分離除去し、１００℃の防爆乾燥炉で３０分の熱処理を施すことで残存した処理液を除去すると共に、第一の層１０５と中空フィラの中空部材１０４との化学結合を形成した。

次に、実施例１，２、および比較例２における中空フィラへの第二の層１０６の形成には被覆樹脂（アウローレン２００Ｓ、若しくはタフテックＨ１０３１），反応を促進するためのトリエチルアミンあるいはイミダゾール、さらに酸化防止剤をトルエンに溶解した溶液と、前記のシランカップリング処理後の中空フィラ１０２を３０分混合して攪拌した。攪拌後の混合液を十分な排気雰囲気において室温で２時間乾燥した後に１００℃の防爆乾燥炉で３０分の熱処理を施すことで残存した処理液を除去すると共に、第一の層１０５と中空フィラの第二の層１０６との化学結合を形成し、中空フィラ１０１とした。なお、比較例１については第二の層１０６を形成しなかった。

そして、各実施例，比較例において得られた中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２（ポリプロピレン）を射出成型機（射出温度：２４０℃、射出圧力：２５ＭＰａ）によって成型することで、それぞれの組成の円筒状の掃除機配管１（長さ５００mm，直径５０mm，厚み３mm）を得た。得られた試験片に対してアルキメデス法によって比重を測定した。

（実施例３，４および比較例３，４）
本実施例では、樹脂成型体１００を射出成形法により作製した。マトリックスとなる熱可塑性樹脂１０１はポリプロピレン（サンアロマー社製、商品名ＰＭ９７０Ｗ）である。実施例３，４および比較例３，４において用いた中空フィラ１０２の組成と製法は実施例１，２，比較例１，２と同一である。本検討では得られた中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２の混合物を射出成型機（射出温度：２４０℃、射出圧力：２５ＭＰａ）によって成型することで、一辺１０mm，厚み０.５mmの板状の樹脂成型体１００（試験片）を得た。得られた試験片に対してレーザフラッシュ法（Ｎｅｔｚｓｃｈ社、ＬＦＡ４４７型）によって熱拡散率，ＤＳＣ法（ティー・エイ・インスツルメント社、Ｑ２００）によって比熱を測定し、実施例１，２，比較例１，２において求めた比重から熱伝導率を算出した。

（実施例５，６および比較例５，６）
本実施例では、樹脂成型体１００を射出成形法により作製した。マトリックスとなる熱可塑性樹脂１０１はポリプロピレン（サンアロマー社製、商品名ＰＭ９７０Ｗ）である。実施例５，６および比較例５，６において用いた中空フィラ１０２の組成と製法は実施例１，２，比較例１，２と同一である。本検討では得られた中空フィラ１０１とポリオレフィン樹脂１０２の混合物を射出成型機（射出温度：２４０℃、射出圧力：２５ＭＰａ）によって長さ１００mm，幅２０mm，厚み４mmのダンベル型の樹脂成型体１００（ＪＩＳ−Ｋ７１３９ Ａ１型試験片）を得た。得られた試験片に対してＪＩＳ−Ｋ７１６２に準拠して行われる引張試験法によって引張強度を求めた。また、引張試験後の破断面を走査電子顕微鏡（日立 Ｓ−４８００形）によって観察し、破断面に露出したガラスバルーンの表面に対してエネルギー分散型Ｘ線分析装置（堀場製作所 ＥＸ−３５０形）によって元素分析を行うことで炭素元素の分量を評価し、ガラスバルーン表面に残存した樹脂被覆量を比較した。

以上の実施例１から６，比較例１から６についてそれぞれの項目において示した方法にて、比重，熱伝導率，引張強度とラスバルーン表面における炭素の質量濃度を測定した。その結果をそれぞれの組成に対して整理した結果を表２に示す。

（評価結果）
実施例１，３（組成１）及び実施例２，４の（組成２）の樹脂組成物は、表１に示すように、比較例１，３（比較組成１）及び比較例２，４の（比較組成２）に示した樹脂組成物よりも比重が低減され、熱伝導率が低くなることが確認された。また、機械強度においても実施例５（組成１），実施例６（組成２）においては比較例５（比較組成１），比較例６（比較組成２）に比較すると、中空フィラの第一層(ガラスバルーン)表面における樹脂の界面剥離を防ぐことによって引張強度が改善されることが確認された。ＥＤＸで測定した炭素の質量濃度比較においては、実施例５（組成１），実施例６（組成２）においては、比較例５（比較組成１），比較例６（比較組成２）に対してガラスバルーン表面の炭素の質量濃度が高くなっており、ガラスバルーン表面により多い分量の被覆樹脂が残存していることが示された。

以上のように、本発明に係る中空フィラと熱可塑性樹脂から得られる樹脂組成物によって比重が低く、熱伝導率が軽減され、強度に優れた樹脂成型体が得られることが確認された。本実施例で開示する樹脂成型体からなる掃除機配管は軽量で必要な強度を有しており、掃除機の軽量化に寄与できる。

また、同じ材質の部材を洗濯機，乾燥機，冷蔵庫のプラスチック部品に適用することで、プラスチック部品の断熱化に寄与し、それぞれの製品において熱効率の改善に寄与できる。

１ 掃除機配管
２ 吸口
３ 掃除機本体
１００ 樹脂成型体
１０１ 中空フィラ
１０２ 熱可塑性樹脂
１０３ 真空もしくは気体層
１０４ 中空部材
１０５ （中空フィラの）第一の層
１０６ （中空フィラの）第二の層
Ｌ 掃除機

Claims (7)

1. 中空部材と、
   中空部材表面に被覆され、下記式で表される化合物を含む第一の層と、
   第一の層を覆い、第一の層と結合した無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂を含む第二の層と、を備える中空フィラが、前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂と異なるポリオレフィン樹脂中に分散していることを特徴とする樹脂成形体。
   （式中、ｎは０以上の整数、Ｘはアミノ基またはエポキシ基、Ｙは塩素または−ＯＲ（Ｒは水素またはアルキル鎖）で示される化合物。）
2. 請求項１において、第一の層の前記化合物がアミノ基またはエポキシ基を有するケイ素化合物であることを特徴とする樹脂成形体。
3. 請求項１または２において、前記ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする樹脂成形体。
4. 請求項３において、前記樹脂成形体の比重が０.８０以下であることを特徴とする樹脂成形体。
5. 請求項３または４において、前記引張強度が１４ＭＰａ以上（ＪＩＳ−Ｋ７１６２に準拠）であることを特徴とする樹脂成形体。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の樹脂成形体が、掃除機本体と吸い口とを繋ぐ掃除機配管であることを特徴とする掃除機配管。
7. 請求項６に記載の掃除機配管を備えたことを特徴とする掃除機。