(57)【要約】      （修正有）【課題】環境調和的なバイオ複合材料組成物を用いて自動車の内／外装材に適合した物性を有する自動車用内／外装材を提供。【解決手段】ポリプロピレン系樹脂６５〜８５重量％と、大豆タンパク質１０〜３０重量％と、硫酸亜鉛２〜１０重量％と、を含み、前記ポリプロピレン系樹脂は、メルトフローインデックス（ＭＩ値）が０．５乃至３０ｇ／１０分（ＡＳＴＭ規格Ｄ１２３８、２３０℃）であり、前記大豆タンパク質は、平均粒径が５〜５０μｍであることを特徴とするバイオ複合材料組成物、該組成物を含むシート、該シートを含む自動車用内／外装材、及び該シート製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリプロピレン系樹脂６５〜８５重量％と、大豆タンパク質１０〜３０重量％と、硫酸亜鉛２〜１０重量％と、を含み、全体を１００重量％とすることを特徴とするバイオ複合材料組成物。
【請求項２】
前記ポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレンホモポリマーと、ポリプロピレンブロックコポリマーと、ポリプロピレンランダムコポリマーと、の中から選ばれる少なくとも１種であり、メルトフローインデックス（ＭＩ値、ＡＳＴＭ規格  Ｄ１２３８、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ７２１０及びＪＩＳ  Ｋ６７６０）が０．５乃至３０ｇ／１０分、２３０℃であることを特徴とする請求項１記載のバイオ複合材料組成物。
【請求項３】
前記大豆タンパク質は、平均粒径が５〜５０μｍの粉体であることを特徴とする、請求項１記載のバイオ複合材料組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のバイオ複合材料組成物から製造することを特徴とするバイオ複合シート。
【請求項５】
請求項４記載のバイオ複合シートから製造することを特徴とする自動車用内装材。
【請求項６】
請求項４記載のバイオ複合シートから製造することを特徴とする自動車用外装材。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のバイオ複合材料組成物の原材料を混合する第１段階と、
前記バイオ複合材料組成物の原材料混合物を溶融圧出してペレットを製造する第２段階と、
前記ペレットを温度１５０〜２５０℃、圧力４５〜８０ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱プレス加工して、シートに成形する第３段階と、
前記シートを冷圧プレス加工してバイオ複合シートを製造する第４段階と、
を含むことを特徴とするバイオ複合シート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオ複合材料に係り、より詳しくは、自動車用のバイオ複合材料組成物、該組成物を含むバイオ複合シート、該バイオ複合シートを用いた自動車用内／外装材、及び該バイオ複合シート製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築用内装材や、自動車のドア、トランク、ボンネットなどの自動車用内／外装材としてメラミン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などが一般的に使用されてきた。これらの合成樹脂は、合成樹脂そのもので使用するか、若しくは合成樹脂と木材などの充填剤（例えば、木材チップやおが屑など）と結合剤とを配合して製造した複合樹脂材料、又は合成樹脂とタルクのような無機粒子を配合して製造した複合樹脂材料、に加工して使用される。形状としては、合成樹脂又は複合樹脂材料を加熱圧縮して、いわゆる合成樹脂シートとして使用することが多い。
【０００３】
このような合成樹脂シートは、製造過程において公害を引き起こすだけでなく、製造されたシートは使用後の再利用が困難であるため、廃棄処理が困難であり、環境調和的でないという問題がある。
【０００４】
従来の合成樹脂複合シートは、木材チップやおが屑などの木材廃棄物を利用する（例えば特許文献１を参照）。しかし、木材チップの需要量は木材廃棄物から供給される供給量はより多く、木材チップの確保のために大規模な伐採が行われるという問題が起きている。
伐採後に山林を復旧させるためには数十年の年月が必要とされるため、木材チップ採取のための伐採による森林破壊によって、森林資源の枯渇と、炭酸ガスの固定化をはじめとする自然浄化能力の著しい低下と、が起こっており、木材チップを得るための伐採が環境破壊や環境汚染などの環境問題を引き起している。
【０００５】
環境保全のために、従来の合成樹脂シートや合成樹脂複合シートに代る環境調和型の自動車内／外装材用素材の研究が活発に行われている。
【特許文献１】特許公報第３９７０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、環境調和的なバイオ複合体材料組成物及び該材料組成物を含むシート、を用いて自動車の内／外装材に適合した物性を有する自動車用内／外装材、及び該シート製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明のバイオ複合材料組成物は、ポリプロピレン系樹脂６５〜８５重量％と、大豆タンパク質１０〜３０重量％と、硫酸亜鉛２〜１０重量％と、を含み、全体を１００重量％とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のポリプロピレン系樹脂は、好ましくはポリプロピレンホモポリマーと、ポリプロピレンブロックコポリマーと、ポリプロピレンランダムコポリマーと、の中から選ばれる少なくとも１種であり、メルトフローインデックス（ＭＩ値、ＡＳＴＭ規格  Ｄ１２３８、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ７２１０及びＪＩＳ  Ｋ６７６０）が０．５乃至３０ｇ／１０分、２３０℃である。
【０００９】
また、本発明の大豆タンパク質は、好ましくは平均粒径が５〜５０μｍの粉体である。
更に本発明は、バイオ複合材料組成物から製造するバイオ複合シートと、バイオ複合シートから製造する自動車用内／外装材と、を含む。
【００１０】
また、本発明の製造方法は、バイオ複合材料組成物の原材料を混合する第１段階と、バイオ複合材料組成物の原材料混合物を溶融圧出してペレットを製造する第２段階と、ペレットを温度１５０〜２５０℃、圧力４５〜８０ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱プレス加工をしてシートを製造する第３段階と、シートを冷圧プレスで加工をしてバイオ複合シートを製造する第４段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバイオ複合材料組成物から製造したシート及び該シートから製造した自動車用内／外装材は非常に軽く、強度及びたわみ弾性が良く、成形性が良い。
本発明のバイオ複合シートの製造方法は、工程が単純であり、工程数が少なく、生産性が高く、大量生産が容易であるため、経済的な面での競争力が優れている。
バイオ複合材料組成物を製造する主材料のうちの一つである大豆タンパク質は世界中での栽培量が多く、成長速度及び環境適応力が優れていて、環境調和的な素材である。
本発明のバイオ複合シートは、使用後細かく切断し、熱プレス加工して別の用途のパネルなどに再利用することができるため、環境保全の面で環境調和的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を更に詳しく説明する。
最初に、本発明のバイオ複合材料組成物の各成分について説明する。
［ポリプロピレン系樹脂］
ポリプロピレン系樹脂は、原料が豊富で安価であり、製造法も簡単であるだけでなく、比重が小さくて（軽くて）強く、高い弾性力及び水を吸収しない性質があり、熱伝導性が低いため保温性を持ち、耐薬品が強く、熱可塑性を利用した加工が容易である。ポリプロピレン系樹脂はペレット形態で供給され、これを加工して使用することができる。
【００１３】
プロピレン単量体を重合すると，メチル基が、立体的に一方向にのみ出るアイソタクチックポリプロピレンと、交互に異なる方向に出るシンジオタクチックポリプロピレンと、無秩序な方向に出るアタクチックポリプロピレンとの三つの種類のポリマーがある。本発明でいうポリプロピレンは、アイソタクチックポリプロピレンとシンジオタクチックポリプロピレンとアタクチックポリプロピレンとの何れでもよい。
ポリプロピレンは分子配向性が強いので、プロピレンのホモポリマー（単独重合体）を低温で成形した場合は分子配向によって、成型品に反り、捻じれなどの変形が起こる可能性がある。
【００１４】
これを避けるために、近年、プロピレンと他のモノマー例えばエチレンとのコポリマー（共重合体）が開発され、広く用いられるようになった。ポリプロピレンと他の樹脂のコポリマーにはランダムコポリマーとブロックコポリマとがある。
本発明でいうポリプロピレン系樹脂は、プロピレンのみの重合体であるホモポリマー（単独重合体）と、他のモノマーとの共重合体であるコポリマーと、を包含する。
本発明でいうポリプロピレン系樹脂は、全プロピレン含有量が５〜１００％であり、他のモノマーとしてはエチレンを含むことが好ましい。
本発明に使用するポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンランダムコポリマー及びポリプロピレンブロックコポリマーの中から選択した少なくとも１種である。
より好ましくは、本発明に使用するポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレン−エチレンランダムコポリマー及びポリプロピレン−エチレンブロックコポリマーの中から選択した少なくとも１種である。
【００１５】
ポリプロピレン系樹脂を加熱成型加工するためにはメルトフローインデックス（ＭＩ値）が重要である。メルトフローインデックスは、米国材料試験協会が制定した規格（ＡＳＴＭ規格）であって、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ６７６０で定めた加熱シリンダーに樹脂を入れ、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に記載した方法によって、樹脂の種類によって予め定められている温度と圧力のもとに細孔から溶融材料を圧出し、１０分間に圧出された樹脂量を測定する。測定値は（ｇ数／１０分間、温度）によって表わされる。
【００１６】
本発明に使用するポリプロピレン系樹脂は、メルトフローインデックス（ＭＩ値）が０．５〜３０ｇ／１０分、２３０℃、好ましくは１．５〜２０ｇ／１０分、２３０℃であるものを使用する。ポリプロピレン系樹脂の溶融指数が０．５ｇ／１０分、２３０℃未満であるものを使用すると、溶融粘度が過度に上昇するため、複合材料の加工が困難になり、３０ｇ／１０分、２３０℃を超過するものを使用すると、期待する機械的物性の製品を得ることができないことがある。
【００１７】
本発明に使用するポリプロピレン系樹脂は、平均分子量が３００，０００〜５００，０００ｇ／ｍｏｌであるものを使用することが好ましい。平均分子量が３００，０００ｇ／ｍｏｌ未満のポリプロピレン系樹脂を使用する場合は最終複合材料の物性が低下することがあり、平均分子量が５００，０００ｇ／ｍｏｌを超過する場合は溶融圧出時に過度の負荷がかかるため複合材料の加工が困難になる。
【００１８】
本発明では、バイオ複合材料組成物の全体重量を１００重量％とした場合に、ポリプロピレン系樹脂を６５〜８５重量％使用する。更に好ましくは、７０〜８０重量％のポリプロピレン系樹脂を使用する。ポリプロピレン系樹脂の使用量が６５重量％未満の場合はポリプロピレン系樹脂の含量が不足して機械的強度が低下することがあり、８５重量％を超過する場合は、大豆タンパク質と硫酸亜鉛粒子との含有量が減少して所望する機械的物性を有するバイオ複合材料を製造することができないことがある。
【００１９】
［大豆タンパク質］
大豆タンパク質はポリプロピレン系樹脂の内部に分散し、物理強度を増加させる役割を有する。
大豆から大豆油を抽出した残油物を脱脂大豆フレーク（Ｄｅｆｆａｔｄ  Ｓｏｙ  Ｆｌａｋｅ）という。脱脂大豆フレークから大豆粉と大豆濃縮物（Ｓｏｙ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）と大豆タンパク質分離体（Ｓｏｙ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｉｓｏｌａｔｅ）との３種類の物質を得ることができる。
【００２０】
大豆濃縮物はタンパク質の含量が約６０％以上でありその他は炭水化物などで構成され、大豆タンパク質分離体のタンパク質の含量は９０％以上でありその他は炭水化物などで構成される。
【００２１】
本発明の大豆タンパク質は、本発明のバイオ複合材料組成物に所望の物理的性質を付与するものであれば何れでもよいが、例えば大豆濃縮物と大豆タンパク質分離体とを混合し平均粒径が５〜５０μｍとなるように粉砕したものを使用できる。更に好ましくは、大豆タンパク質は平均粒径が１０〜３０μｍとなるように粉砕したものを使用する。大豆タンパク質の平均粒径が５μｍ未満のものを使用すると、ポリプロピレン系樹脂内で凝集現象が発生して分散不良となり、バイオ複合材料組成物の物性が低下することがある。平均粒径が５０μｍを超過するとバイオ複合材料組成物の耐衝撃性が減少することがある。
本発明の大豆タンパク質の好ましい具体例として、平均粒径が２５μｍである大豆タンパク質（米国、プロテインテクノロジー社のＳｕｐｒｏ７６０（商品名））を挙げることができるが、本発明の大豆タンパク質はこれに限るものではない。
【００２２】
大豆タンパク質は本発明のバイオ複合材料組成物の全体重量に対して１０〜３０重量％使用する。更に詳しくは１５〜２５重量％を使用することが好ましい。大豆タンパク質の使用量が１０重量％未満である場合は機械的物性が低下することがあり、３０重量％を超過すると大豆タンパク質の含量が過剰になって製造コストが上昇する。
【００２３】
［硫酸亜鉛］
本発明の組成物質のうちの一つである硫酸亜鉛は、ポリプロピレン系樹脂に分散する大豆タンパク質を架橋する役割を有する。硫酸亜鉛はバイオ複合材料組成物の全体重量に対して２〜１０重量％、更に好ましくは３〜５重量％使用することができる。硫酸亜鉛が２重量％未満の場合は、ポリプロピレン系樹脂内に分散した大豆タンパク質の架橋性が低下するため衝撃強度が低下し、１０重量％を超過した場合は大豆タンパク質粒子間の過度な架橋により溶融圧出工程で機器負荷が大きくかかるため、複合材料の加工が困難になる。
【００２４】
［バイオ複合シートの製造方法］
以下に本発明のバイオ複合シート及び自動車用内／外装材を製造する方法について説明する。
本発明のバイオ複合シートの製造方法は、バイオ複合材料組成物の原材料を混合する第１段階と、混合した原材料を溶融圧出してペレットを製造する第２段階と、製造したペレットを熱プレス加工して、複合樹脂材料であるシートを製造する第３段階と、製造したシートを冷圧プレスで加工して自動車用内／外装材の形状を有するバイオ複合シートを製造する第４段階と、を含む。
【００２５】
第１段階は、本発明のバイオ複合材料組成物の材料は、全体を１００重量％とした場合に、ポリプロピレン系樹脂６５〜８５重量％、大豆タンパク質１０〜３０重量％及び硫酸亜鉛２〜１０重量％を含んでおり、これらの原材料を混合機（ブレンディングマシーンまたはホッパー）を利用して均一に混合して混合材料を製造する段階である。ここで、ポリプロピレン系樹脂と大豆タンパク質と硫酸亜鉛とは先に説明したものと同一のものを使用する。
【００２６】
第２段階は、当業界で使用される一般的な溶融圧出方法を使用して混合材料を溶融圧出をする段階である。使用する装置は特別に限定されないが、例えば二軸圧出機を使用し、溶融したバイオ複合材料組成物をペレットにして圧出する。
【００２７】
第３段階は、製造されたペレットを温度１５０〜２５０℃、圧力４５〜８０ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱プレス加工してシート状に成形加工する段階である。更に好ましくは５０〜７０ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱プレス加工してシート状に成形加工する。温度が１５０℃未満の場合は十分な熱供給が行われないため、成形が困難であり、２５０℃を超過すると大豆粒子が変性して臭いを発生することがある。また、圧力が４５ｋｇ／ｃｍ２未満の場合は複合材料内の緻密さが十分ではなく、８０ｋｇ／ｃｍ２を超過すると圧縮圧力が過度であるため、表面の平滑性が低下する。
【００２８】
第４段階は、第３段階で製造されたシートを冷圧プレス加工をして特定形態のバイオ複合シートを製造する段階である。第３段階で溶融圧縮成形したシートを急冷しながらプレス加工し、所望の形状を有し、組織が丈夫でち密で表面が滑らかなバイオ複合シートを製造する。
【００２９】
バイオ複合シートの厚さが１．５〜４．５ｍｍとなるように加工することが好ましい。更に好ましくは、２〜３ｍｍとなるように加工する。使用目的によっては、４．５ｍｍより厚く成形することができる。
【００３０】
前記のような方法で製造した本発明によるバイオ複合シートは、軽く、強度及びたわみ弾性が良く、安価であるので、ダッシュアウター（ｄａｓｈ  ｏｕｔｅｒ）、ダッシュインナー（ｄａｓｈ  ｉｎｎｅｒ）、フードサイレンス（ｈｏｏｄ  ｓｉｌｅｎｃｅ）、ドアパッド（ｄｏｏｒ  ｐａｄ）、ドアトリム（ｄｏｏｒ  ｔｒｉｍ）、ヘッドライナー（ｈｅａｄｌｉｎｅｒ）、パッケージトレー（ｐａｋａｇｅ  ｔｒａｙ）、トランクマット（ｔｒｕｎｋ  ｍａｔ）、リヤパッケージトレー（ｒｅａｒ  ｐａｃｋａｇｅ  ｔｒａｙ）のような自動車用内／外装材として使用するのに適している。
【００３１】
本発明によるバイオ複合材料組成物、これを利用したバイオ複合シートは、用途に応じて厚さと強度を変更して製造することによって、建築用内装材などの別の用途分野に使用することができる。
【００３２】
以下、本発明を実施例を挙げて更に具体的に説明する。しかし、下記の実施例により本発明の権利範囲が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３３】
［バイオ複合シートの製造］
（本発明品１〜４）
メルトフローインデックス（ＭＩ値）２０ｇ／１０分、２３０℃のポリプロピレンランダムコポリマー（Ｒ７２４Ｊ（商品名）と、ＧＳカルテックス精油社、韓国）と、平均粒子サイズが２５μｍである大豆タンパク質（Ｓｕｐｒｏ７６０（商品名）、プロテインテクノロジー社、米国）と、硫酸亜鉛（アルドリッチ社、米国）と、を表１に記載した組成比を持つように計量し、混合機を利用して均一に混合してバイオ複合材料組成物の原材料混合物を製造し、複合材料組成物の原料混合物を二軸圧出機に投入して２１０℃で溶融圧出してバイオ複合材料組成物のペレットを製造した。ペレットを２１０℃、６８ｋｇ／ｃｍ２で熱プレス加工してシートに成形し、シートを冷圧プレス加工して本発明品１〜４のバイオ複合シートを製造した。
【００３４】
（本発明品５〜８）
表１に記載した組成比を持つように、但し、本発明品５と本発明品６とはメルトフローインデックス８ｇ／１０分、２３０℃を有するポリプロピレンランダムコポリマーを使用し、本発明品７と本発明品８とは夫々平均粒径が１０μｍと４５μｍとである大豆タンパク質を使用し、本発明品１と同様の方法で本発明品５〜８のポリプロピレン／大豆−タンパク質バイオ複合シートを製造した。
【００３５】
（比較例１〜４）
表１に記載した組成比を持つように、但し、比較例３はメルトフローインデックス４０ｇ／１０分、２３０℃を有するポリプロピレンランダムコポリマーを用い、比較例４は平均粒径が６５μｍである大豆タンパク質を用いて、実施例１と同様の方法で比較例１〜４のバイオ複合シートを製造した。
【００３６】
【表１】
2010001444.tif 000002
【実施例２】
【００３７】
[物性測定実験]
本発明品１〜８及び比較例１〜４で製造したバイオ複合シートの機械的物性測定のために、各測定法に記載された試験片を射出成形によって成型し、前記各測定法に記載された測定法で物性を測定した。結果を表２に示す。
【００３８】
（引張特性の測定）
ＡＳＴＭ  Ｄ  ６３８の記載に従ってダンベル型の測定用試片を製作し、万能試験機を使用して引張強度を測定し、下式（１）を用いて引張強度を算出した。
【数１】
2010001444.tif 000003
【００３９】
（衝撃強度の測定方法）
ＡＳＴＭ  Ｄ  ２５６の記載に従ってくぼみ（ｎｏｔｃｈ）が形成された測定用試片を製作し、アイゾット衝撃機を使用して衝撃強度を測定した。
【００４０】
（屈曲弾性率の測定方法）
ＡＳＴＭ  Ｄ  ７９０の記載に従って測定用試片を製作し、万能試験機を使用して屈曲弾性率を測定した。
【００４１】
【表２】
2010001444.tif 000004
【００４２】
本発明品１〜８は、いずれも良好な引張特性、衝撃強度、屈曲弾性率を示し、強度及びたわみ弾性が良く、本発明品が自動車用内／外装材として適していることを示した。
更に詳細に本発明品１〜４の実験結果を比較検討すると、ポリプロピレン系樹脂の含有量が増加し、大豆タンパク質の含有量が減少することによって、引張強度が増加し、衝撃強度が減少する傾向があることが判明した。
本発明品５〜８の実験結果によると、メルトフローインデックスが低いポリプロピレン系樹脂を使用して製造した本発明品５と本発明品６とを比較すると、本発明品５は本発明品６より引張強度が少し高く両者の測定値にばらつきがみられたが、衝撃強度は同等であった。これをによって、ポリプロピレン系樹脂のメルトフローインデックスが引張強度と関連があることが推測される。  
【００４３】
本発明の組成比範囲を逸脱して製作した比較例１と比較例２の場合、引張強度、衝撃強度、屈曲弾性率の全ての測定値が本発明の本発明品１〜８の測定値より低い。メルトフローインデックスが本発明の範囲を超過する４０ｇ／１０分、２３０℃であるものを使用した比較例３の場合は、引張強度及び屈曲弾性率は本発明品と大差なかったが、衝撃強度が著しく低下した。平均粒子サイズが本発明の範囲（５〜５０μｍ）を超過した６５μｍである大豆タンパク質を使用した比較例４は、引張強度、衝撃強度、屈曲弾性率の全ての測定値が本発明品と比較して著しく低下した。
【実施例３】
【００４４】
[密度測定実験]
ＡＳＴＭ  Ｄ  ７９２の実験方法により、本発明品１〜８で製造した本発明のバイオ複合シートの密度を測定して下記表３に表した。
【表３】
2010001444.tif 000005
【００４５】
表３から分かるように、本発明のバイオ複合材料組成物で製造したバイオ複合シートは密度が１以下で非常に軽いことを確認することができた。
【００４６】
［製造例１］
実施例１で製造したポリプロピレン／大豆−タンパク質バイオ複合シートを利用してリヤパッケージトレーを製造し、製造したリヤパッケージトレーを図１に示した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】製造例１で製造したリヤパッケージトレーの写真である。
【図１】
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