(57)【要約】      （修正有）【課題】成形性および耐候性に優れ、かつより強度の高い熱可塑性複合体の製造方法及びその成型品を提供する。【解決手段】炭化物と熱可塑性ポリマーとを機械的に粉砕及び混合させることを特徴とする熱可塑性複合体の製造方法。またこの場合において、炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合、炭化物が５５重量部以上９５重量部以下の範囲で含まれていることが好ましい。また熱可塑性複合体における炭化物の６０重量％以上が粒度５μｍ以上３０μｍの範囲にあることも好ましい。また、炭化物が木質バイオマスを原料とし、比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であることも好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化物と熱可塑性ポリマーとを機械的に粉砕及び混合させることを特徴とする熱可塑性複合体の製造方法。
【請求項２】
前記炭化物と前記熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合、前記炭化物が５５重量部以上９５重量部以下の範囲で含まれる請求項１記載の熱可塑性複合体の製造方法。
【請求項３】
熱可塑性複合体における炭化物の６０重量％以上が粒度５μｍ以上３０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２項記載の熱可塑性複合体の製造方法。
【請求項４】
前記炭化物が木質バイオマスを原料とし、比表面積が３００ｍ２／ｇ以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱可塑性複合体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱可塑性複合体を加熱・成形することにより得られる成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形や押出成形に用いられる熱可塑性素材に関し、特に炭化物と熱可塑性ポリマーからなる熱可塑性を有する複合体およびこれを加熱成形することにより得られる成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性ポリマーの強度向上等を目的として、非熱可塑性素材を混合させた所謂複合材料が多方面で使用されている。廃棄された木質材料の再利用を図るべく、この木質材料とポリマーを混合させて作成した複合材料の成型品が建材等で実用化されているが木質材料の混合比率は５０重量％以下にとどまっていた。近年、地球温暖化防止のために石油由来素材である熱可塑性ポリマーの使用低減への要請が高まり、木質材料の混合比率を上げる技術が期待されている。
【０００３】
木質材料の混合比率を高める技術として下記特許文献１があり、木質材料である非熱可塑性セルロース系天然高分子物質からの熱可塑性複合体の製造技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０９９０６４号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たしかに、上記特許文献１に記載された技術では、木質材料の主成分である非熱可塑性セルロース系天然高分子物質と熱可塑性高分子の混合物を固体状態のまま乾式で機械的に粉砕することで混合物が熱可塑性を発現する複合体になるので、木質材料の混合比率が８０％以上の熱可塑性複合体製造が可能になるといった利点がある。しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、複合体中の木質材料は機械的に粉砕されただけなので、複合体を加熱成形する際に２００℃以上の高温になると木質材料の熱分解が起こり分解ガスにより成形が困難になるため低い温度での成形しかできないため成形条件が限定される。また、高木質材料含有率では光による木質材料の白化が複合材料表面全体で起こるため耐候性に劣り屋外での使用が困難である。さらに、木質材料自体の強度が高くないので、例えば工業用製品に適用しようとする場合には強度においても未だ改良の余地が残る。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、成形性および耐候性に優れ、かつより強度の高い熱可塑性複合体の製造方法及びその成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題について精意研究を重ねた結果、成型品生産のための成形条件制約が少なく、かつ耐候性、強度等に優れた炭化物と熱可塑性ポリマーからなる熱可塑性複合体を考案し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
即ち、本発明の一観点に係る熱可塑性複合体の製造方法は、炭化物と熱可塑性ポリマーとを機械的に粉砕及び混合させる。
【０００９】
なお、この観点において、炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合、炭化物が５５重量部以上９５重量部以下の範囲で含まれることが好ましい。
【００１０】
またこの観点において、熱可塑性複合体における炭化物の６０重量％以上が粒度５μｍ以上３０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１１】
またこの観点において、炭化物が木質バイオマスを原料とし、比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であることも好ましい。
【００１２】
また本発明の他の一観点に係る成型品は、上記観点に係る熱可塑性複合体を加熱・成形することにより得られるものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明により、成形性および耐候性に優れ、かつより強度の高い熱可塑性複合体の製造方法及びその成型品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の記載にのみ限定されるものではない。
【００１５】
本実施形態は、熱可塑性複合体の製造方法及びそれにより成型された成型品に関するものである。
【００１６】
（熱可塑性複合体の製造方法）
本実施形態に係る熱可塑性複合体の製造方法は、炭化物と熱可塑性ポリマーとを機械的に粉砕及び混合させることを特徴とする。
【００１７】
本実施形態において用いる炭化物は、限定されるわけではないが、木質バイオマスを原料とするものであることが好ましく、より好ましくは木炭である。特に、杉から製造された木炭は、後述する本実施形態において好ましい範囲の木炭となっている場合が多い。
【００１８】
本実施形態における熱可塑性複合体の製造方法において炭化物は、炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合、５５重量部以上９５重量部以下とすることが好ましく、７０重量部以上９５重量部以下とすることがより好ましい。５５重量部以上とすることで石油系熱可塑性ポリマー低減による地球温暖化防止効果が十分得られるだけでなく、環境変化に安定な炭化物の性能により優れた耐候性が可能となり、７５重量％以上とすることでこの効果がより顕著となる。また９５重量部以上では熱可塑性ポリマーによる炭化物の連結効果が低下し熱可塑性が劣化して、成型品を製造出来なくなるので好ましくない。
【００１９】
また本実施形態における熱可塑性複合体における炭化物は、炭化物の総重量に対して６０％以上が粒度５μｍ以上３０μｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは８０％以上である。このようにすることで炭化物と熱可塑性ポリマーとの連結効果が向上し、成形性が良好となる効果が期待できる。なおここで炭化物の粒径は、篩いによる分級法やレーザ折法粒度分布測定により求めることができるものであり、例えば堀場製作所社製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920を用いることで測定可能である。
【００２０】
また本実施形態における炭化物は、多孔質のものであることが好ましく、比表面積として、３００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。このような範囲にすることで熱可塑性ポリマーとの連結効果が向上し、成形性が良好となる効果が期待できる。比表面積はガス吸着法により測定できる。
【００２１】
本実施形態において用いる炭化物の炭化物が木質バイオマスを原料とするものである場合、特に木炭である場合には灰分の混入が生じる場合があるが、混入灰分量が多いと成形性を劣化させるので炭化物中の灰分混入は３５重量％以下にしておくことが好ましい。
【００２２】
本実施形態において用いる熱可塑性ポリマーは、炭化物の周囲にバインダーとして配置され、炭化物と相俟って連結して複合体として熱可塑性を発現するとともに強度をより高くすることができる。熱可塑性ポリマーとしては限定されるものではないがポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンアクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミドの１種または２種以上を有していることが好ましい。特に、結晶性を有するポリオレフィン樹脂であるポリプロピレン、ポリエチレンが安価で汎用性があり好ましい。
【００２３】
また本実施形態では、上記炭化物及び熱可塑性ポリマーのほか、熱可塑性複合体の成型品強度をより高めるものとして、相溶化剤を上記炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合に、０．１重量部以上１０重量部以下の範囲で含むことができる。相溶化剤としては、炭化物と熱可塑性ポリマーをより強固に連結させるもので、カルボン酸や水酸基などの極性基を持つポリオレフィンを用いることができる。
【００２４】
また本実施形態では、上記炭化物及び熱可塑性ポリマーのほか、熱可塑性複合体の柔軟性をより高めるものとして、可塑剤やエストラマーを上記炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合に、１重量部以上２０重量部以下の範囲で含むことができる。可塑剤としては、フタル酸エステルやリン酸エステルを、エストラマーとしては天然ゴム、合成ゴムを用いることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では上記炭化物及び熱可塑性ポリマーだけで構成することができるが、必要に応じて難燃剤を添加することが可能である。この分量としては炭化物と熱可塑性ポリマーの総重量を１００重量部とした場合、０．１重量部以上１０重量部以下とすることが好ましい。難燃剤としてはリン系化合物、臭素系化合物、酸化アンチモンを用いることができる。
【００２６】
以上、本実施形態係る熱可塑性複合体は、炭化物を含有したものであるため白化することが少なく耐候性に優れている。また、炭化物として木炭を使用する場合、微粒子化が容易で多孔質であるため、非常に滑らかな表面を有する成形品となるだけでなく強度もきわめて優れたものとなる。更に、木炭は化学的に安定であるので、長期放置した場合でも分解やガス等の発生等がないといった効果がある。
【００２７】
本実施形態において、用いる炭化物、熱可塑性ポリマーの量、状態は上記記載の範囲にあることが好ましい。機械的に粉砕及び混合する際の炭化物の形状は特に規定しないが塊状あるいは粉体状であることが好ましく、熱可塑性ポリマーの形状としては、ペレット状あるいは粉体状であることが取扱の観点から好ましい。
【００２８】
本実施形態における機械的に粉砕及び混合させる工程としては、限定されるわけではないが、例えば図１に示す特開平２００６−２６３７２７号公報に開示された装置を用いて製造することができる。
【００２９】
図１の装置では、チャンバー１内にモーター２によって高速回転する羽根３が設けられ、該チャンバー内に炭化物と熱可塑性ポリマーを装填後、羽根を高速で回転させることにより、炭化物と熱可塑性ポリマーを粉砕及び混合することができる。
【００３０】
（成型品）
本実施形態に係る成型品は、熱可塑性複合体を加熱成形させることを特徴の一つとする。加熱成形方法は特に限定しないが、熱可塑性複合体を可塑性が発現する温度まで加熱し、金型等に流し込み冷却して成型品を製造する射出成形法や押出成形法および熱プレス法を用いれば良い。
【実施例】
【００３１】
以下、上記実施形態において説明した熱可塑性複合体について実際に作成し、本発明の効果を確認した。以下に本発明を実施例によって詳しく説明するが、本発明はこれらの範囲に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
山武杉を原料とする木炭７０重量部と、熱可塑性ポリマーであるポリプロピレン（サンアロマー（株）製：ＰＭＡ２０Ｖ）３０重量部とを、図１で示した粉砕混合装置に投入し、モーター２により羽根３の先端速度が約３０ｍ／秒まで回転させることにより機械的に粉砕及び混合し熱可塑性複合体を製造した。
【００３３】
（比較例１）
山武杉のチップ７０重量部と、熱可塑性ポリマーであるポリプロピレン（サンアロマー（株）製：ＰＭＡ２０Ｖ）３０重量部とを、実施例１と同様の方法で機械的に粉砕及び混合し熱可塑性複合体を製造した。
【００３４】
実施例１および比較例１の熱可塑性複合体を、１軸射出成型機を用いてシリンダー温度１８０℃で図２に示すダンベル型試験片を射出成形し、成型時のガス発生有無を評価した。また、成型品を温水中に浸漬し成型品からの溶出物による温水の変色観察により溶出の有無を評価した。さらに、成形品をスーパーキセノンウェザーメーター（スガ試験機（株）製ＳＸ７５）を用い光放射照度１８０Ｗ／ｍ２で２００時間試験し、成形品の変色状況（白化）を明度変化△Ｌ値で評価した。さらに、３点式曲げ試験により曲げ強度を測定した。この結果を下記表１に示しておく。
【表１】
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【００３５】
実施例１と比較例１の評価結果を示した表１から分かるように、本発明の熱可塑性複合体は成型時のガス発生、成型品の溶出、光による白化がなく、かつ曲げ強度も高く成形性、安定性および強度に優れている。
【００３６】
（実施例２）
炭化物として杉炭、竹炭、籾殻炭を用い、熱可塑性ポリマーとしてポリプロピレン（サンアロマー（株）製：ＰＭＡ２０Ｖ）を用い、図１で示した粉砕混合装置に投入し、実施例１と同様の条件で熱可塑性複合体を製造、ダンベル試験片成型、曲げ強度試験を行った。また、図３に示すスパイラルフロー金型に熱可塑性複合体を射出し流動長により成型性を評価した。この結果を下記表２に示す。
【表２】
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【００３７】
実施例２の評価結果を示した表２から分かるように、本発明の熱可塑性複合体は曲げ強度および成形性に優れている。
【００３８】
この結果、炭化物と熱可塑性ポリマーとを機械的に粉砕及び混合させた熱可塑性複合体およびこの複合体により得られる成型品は耐候性、強度、成形性に優れた物となっていることが確認できた。また見た目はいずれも非常に滑らかであり、より微細な成型品としての応用も期待できる。
【００３９】
以上、本発明の効果について確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、木炭とポリマーとを含む成型品及びその製造方法として産業上の利用可能性があり、特に、成型品に関しては、日常生活用品をはじめとして、玩具、食器、文具などの日用雑貨用品、棒、板、やパイプ等の工業用品等、様々な用途に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】粉砕混合装置を示す概略図である。
【図２】ダンベル型試験片を示す図である。
【図３】スパイラルフロー金型を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…チャンバー、２…モーター、３…回転羽根 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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