(57)【要約】  【課題】  ゴムや樹脂などに対する充填材を製造する際に、製造時のエネルギー使用を少なくし、均一性、混和安定性を向上することを目的とする。  【解決手段】  乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の粉末樹脂を混合したことを特徴とする充填材組成物。天然パルプは製紙用のパルプであることが好ましく、例えば、新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙など、印刷古紙を解繊した天然パルプであることが好ましい。また、粉末樹脂はポリオレフィン系樹脂粉末、廃棄ゴム粉末などが使用可能である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の粉末樹脂を混合したことを特徴とする充填材組成物。
【請求項２】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の粉末樹脂を混合し、混合物を加熱したことを特徴とする請求項１に記載の充填材組成物。
【請求項３】
前記乾燥状態の粉末樹脂がポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１、２に記載の充填材組成物。
【請求項４】
前記乾燥状態の粉末樹脂が廃タイヤを粉砕した粉末状ゴムであることを特徴とする請求項１、２に記載の充填材組成物。
【請求項５】
前記乾燥状態の天然パルプが製紙用パルプであることを特徴とする請求項１、２に記載の充填材組成物。
【請求項６】
前記製紙用パルプが化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項５に記載の充填材組成物。
【請求項７】
前記天然パルプが上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、雑誌、段ボール、印刷古紙から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項６に記載の充填材組成物。
【請求項８】
印刷古紙が新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項７に記載の充填材組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂やゴム等のマトリックス材料への充填材組成物に関し、更に詳しくは、マトリックスとなる樹脂やゴム等との混和安定性に優れる充填材組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴムや樹脂等の強化方法として有機繊維や無機繊維を短く切断したものをマトリックスであるゴムや樹脂等に混合する方法が知られている。短繊維を配合することでゴムの弾性率や引き裂き強度等が向上し、タイヤ、ベルト、ホース等のゴム製品におけるゴムの使用量が削減でき、省資源や軽量化に効果的である。しかしながら、これらに配合される繊維材料は、短繊維強化用として新たに紡糸した繊維を繊維メーカーで切断されたものが通常用いられており、価格的には高いものとなってしまう（特許文献１）。
【０００３】
また、強化材として古紙あるいは古紙パルプ等を利用したものも知られている（特許文献２〜４）が、ゴム中へのセルロース繊維の分散が不十分であり、強度等の特性向上の効果も不十分であった。
【０００４】
植物繊維を充填材として添加混合することは、マトリックスとなるゴム、エラストマー、樹脂等の粘度特性を変化させ、安定性を付与するとともに、マトリックス間に構造体をつくることで強度補完するために有効である。また、安価な植物繊維として古紙を使用することは、環境面でリサイクルやリユースの志向に合致するものである。
しかし、単に植物繊維を樹脂に添加して混練しても、繊維と繊維の凝集力が、繊維と樹脂の分子間力よりも強いため、繊維の塊が混練後も残り、これが外観性能や物理的物性に悪影響を及ぼしていた。
【０００５】
繊維と樹脂の結合を強化させるため、本出願人は、特許文献５において、古紙パルプを離解した水性スラリーにラテックスを添加する方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２７７０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０４８５１号公報
【特許文献３】特開２００２−３７９２９号公報
【特許文献４】特開平１１−２１７４６６号公報
【特許文献５】特開２００９−９１３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献５の方法により、繊維とマトリックスとの結合力は改善されたが、水性スラリーから多量の水を除去する操作とエネルギーを必要とする点、パルプスラリーを絞るため、繊維と樹脂の混合組成物を乾燥する時点で塊ができ均一性、混和安定性といった点での課題が残っている。
本発明は、上記２点の課題を解決することを目的とする。すなわち、製造時のエネルギー使用を少なくし、均一性、混和安定性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、天然パルプ繊維をゴムや樹脂等のマトリックスに添加混合し、混和安定性を向上させるとともに、強度等を改善する手段を鋭意検討した。その結果、乾燥状態の繊維と乾燥状態の粉末樹脂を混合させた物を充填材とし、これをポリエチレンやゴムなどの樹脂に添加することより、混和安定性を向上させつつ、強度、弾性、耐摩耗性を改善することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の（１）〜（８）の８つの発明により構成される。
（１）  乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の粉末樹脂を混合したことを特徴とする充填材組成物。
（２）  乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の粉末樹脂を混合し、混合物を加熱したことを特徴とする（１）に記載の充填材組成物。
（３）前記乾燥状態の粉末樹脂がポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする（１）または（２）に記載の充填材組成物。
（４）前記乾燥状態の粉末樹脂が廃タイヤを粉砕した粉末状ゴムであることを特徴とする（１）または（２）に記載の充填材組成物。
（５）前記乾燥状態の天然パルプが製紙用パルプであることを特徴とする（１）または（２）に記載の充填材組成物。
（６）前記製紙用パルプが化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプから選択される少なくとも１種であることを特徴とする（５）に記載の充填材組成物。
（７）前記天然パルプが上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、雑誌、段ボール、印刷古紙から選択される少なくとも１種であることを特徴とする（６）に記載の充填材組成物。
（８）印刷古紙が新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙から選択される少なくとも１種であることを特徴とする（７）に記載の充填材組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、マトリックスと充填材との混和安定性を向上させつつ、強度、弾性、耐摩耗性に優れた充填材組成物を提供することが可能となる。また、製造における熱エネルギーが削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、最も代表的には、解繊処理を施した乾燥状態の古紙パルプと、粉末状のポリオレフィン樹脂を混合した繊維組成物である。さらに好ましくは、古紙パルプと粉末状ポリオレフィン樹脂の混合物を加熱し、粉末状ポリオレフィン樹脂を溶融し、古紙パルプ繊維表面を濡らす、あるいは付着させた繊維組成物である。さらに２番目の代表例は解繊処理を施した乾燥状態の古紙パルプと、粉末状のゴム樹脂を混合した繊維組成物である。さらに好ましくは、古紙パルプと粉末状ゴム樹脂の混合物を加熱し、ゴム樹脂を溶融し、古紙パルプ繊維表面を濡らす、あるいは付着させた繊維組成物である。以下には、主として古紙パルプと粉末状樹脂を利用する場合を例として説明する。
【００１２】
従来は、古紙パルプとゴムや樹脂やなどを、回転型ミキサーを装着した混練機で加熱混練していた。回転型ミキサー羽と混練機の内壁の隙間でシェアーをかけ、溶融樹脂と古紙パルプを混練していた。しかし、混練機内のシェアーは均一ではなく、回転しているミキサー羽から遠くなるに従いシェアーがかかりにくい状態である。したがって、混練機内壁部付近はシェアーがかからず、古紙パルプ繊維間の凝集力が優勢となり、古紙パルプ繊維は塊になりやすかった。
本発明者は、これを防止するには、古紙パルプ近傍には必ず樹脂が存在する環境が必要と考え、古紙パルプと粉末状樹脂を混合することを考え、本発明に至った。
一般的に天然パルプは、その表面がフィブリル化されている。フィブリル化とはパルプ繊維表面が毛羽立ちを起こしている状態で、これがパルプ繊維間の結合を強くしている。この表面の毛羽立ち部に粉末状の樹脂を内包させることにより、古紙パルプ近傍には必ず樹脂が存在する環境を与えることができる。
【００１３】
本発明において用いられる古紙としては、家庭または工場、事業場等から排出される新聞古紙、段ボール古紙、雑誌古紙等当業界公知のものを挙げることができる。具体的には、使用済みの新聞、書籍、雑誌、電話帳、カタログ類、上質紙、包装用箱、段ボール箱、上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、パルプモールド、紙製緩衝材、あるいは抄紙、印刷、製本、製箱、段ボール製造などの工場・事業場から排出される裁落、損紙等が挙げられる。なかでも、新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙等の印刷古紙が好ましい。
【００１４】
本発明においては、まず古紙の解繊処理を行う。該処理は、水分率２０％以下の乾燥状態の古紙を試用するのが良い。湿潤状態で行なっても良いが、異物等の混入の可能性が低い乾燥状態での処理が好ましい。
【００１５】
解繊に用いられる装置としては、例えば、ポケットグラインダー、チェーングラインダー、リンググラインダー等のグラインダー類、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、コニカル型リファイナー等のリファイナー類、ビーター等のその他叩解機類、ブレンダー、デフレーカー等の攪拌機類、デファイブレーター、デファイブライザー等の木材チップ解繊機、その他フラッファー等フラッシュ乾燥パルプ製造設備等が挙げられる。また、これらの中でも、加圧方式、スクリュー方式等のように強制的に原料供給できる機構を備えている装置は、解繊が連続的効率的に行えるので好ましい。また、これらは、一般的に湿潤繊維を処理する装置や乾燥繊維を処理する装置等、いろいろなタイプのものがあるが、乾湿に関わらず使用できれば適宜解繊処理装置として使用することができる。しかし、排水処理が容易な点で、全く水を使わないあるいは少量の水しか使わない乾式解繊が好ましい。湿式の場合には、解繊効率および後の脱水乾燥工程の負荷を抑えることができるという点で、固形分濃度が高い状態での解繊がより好ましい。
【００１６】
本発明において用いられる解繊された古紙パルプ繊維としては、繊維幅について特に制限はないが、平均繊維長は０．１〜５．０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ程度のものである。因みに、古紙パルプ繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、解繊に多大なエネルギーを要し、マトリックス樹脂等との絡み合いが少なくなり、最終製品となる素材の強度低下をきたすおそれがある。また、平均繊維長が５．０ｍｍを超えると、繊維同士の絡み合いが強くなり過ぎ、繊維が凝集し、その結果、マトリックス樹脂等との混和性が劣り、結果として最終製品となる素材の強度低下をきたすおそれがある。
解繊された古紙パルプ繊維をフィブリル化するには、解繊装置内にて古紙パルプ同士が擦れさせることが必要である。同じ繊維長でもフィブリル化有無で解繊された繊維同士の絡み合いが異なる。フィブリル化されると綿状のようになる。最適化されるように装置条件を調整する必要がある。
【００１７】
上記古紙由来のパルプ繊維は、使用される古紙として新聞古紙が好ましい。新聞古紙を使用すると平均繊維長が０．１〜５．０ｍｍの範囲内に入り易くなるとともに、新聞紙抄紙時に配合される機械パルプが、パルプ表面にアルキル基を有するために疎水性を有し易いことから、マトリックスとなるゴムや樹脂等に分散させ易くなるという利点を有する。
【００１８】
本発明において用いられる粉末状樹脂としては、各種の粉末状樹脂が使用される。特に価格の面から、ポリオレフィン系の粉末状樹脂、廃タイヤから得られる粉末状ゴム樹脂が好適に使用される。またさらには、トナー用樹脂なども好適に使用される。
乾燥繊維と混合する粉末樹脂の選定は、本発明で作成した充填材組成物を、どのようなマトリックス樹脂に充填するかにより決定するのが好ましい。例えば、本発明の充填材組成物をポリオレフィン樹脂に充填する場合、乾燥繊維に混合する粉末樹脂は、ポリオレフィン系の粉末樹脂を選定するのが良い。本発明の充填材組成物をアクリル樹脂に充填する場合、乾燥繊維に混合する粉末樹脂は、アクリル系の粉末樹脂を選定するのが良い。また、本発明の充填材組成物をゴム系樹脂に充填する場合、乾燥繊維に混合する樹脂は、粉末ゴム樹脂を選定するのが良い。本発明の充填材組成物を、どのマトリックス樹脂に充填するかにより、混合する粉末樹脂を決めるのが良い。
【００１９】
粉末樹脂としては各種樹脂の粉末が使用可能である。例えば、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン樹脂、各種ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、ポリエステル樹脂、各種ゴムなどを機械的に粉末化させた物や、塊状重合で合成したビーズ状の物も使用可能である。具体的には、市販の各種樹脂の粉末が使用可能である。ポリオレフィン粉末樹脂としては、ポリエチレン粉末樹脂（商品名：フローセン、住友精化製）、ポリプロピレン粉末樹脂（商品名：フロープレン、住友精化製）、エチレン酢酸ビニル粉末樹脂（商品名：フローバック、住友精化製）、が挙げられる。廃タイヤ粉末樹脂の具体商品としては、P-83、P-100、P-160（以上、株式会社新生ゴム製）などがある。
プラスチックやタイヤなどの廃棄物を粉砕する際に、微細な繊維状あるいはフレーク状に破砕する場合もあるが、これらも本明細書では粉末に含まれるものとする。
【００２０】
使用する粉末樹脂の粒径は特に制限は無いが、平均粒子径は１０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜５００μｍ程度である。因みに、平均粒子径が１０μｍ未満であると、作業性に問題を生じる。平均粒子径が１ｍｍ以上になると繊維表面フィブリル部への内包が困難となる。
【００２１】
天然パルプと粉末樹脂の混合比率は、天然パルプ１００質量部に対して、粉末樹脂５〜１００質量部、好ましくは１０〜７０質量部を混合するのが好ましい。粉末樹脂の配合量が５質量部未満であると、充填材組成物をマトリックスに添加混合した際、混和性が不十分となり、強度、弾性、耐摩耗性が不十分となるおそれがある。粉末樹脂が１００質量部を超えると、マトリックス樹脂等との混和性は、それ以上は改善されない。結果としてコストアップとなる可能性がある。
【００２２】
乾燥状態の天然パルプと粉末樹脂を混合する方法は、公知の方法で可能である。天然パルプと粉末樹脂が均一に混合できる方法であれば、いかなる方法や機器が使用可能である。具体的には手で何回も混ぜる方法、振動装置を利用して一定時間混合させる方法、天然パルプと粉末樹脂を別々にエアーで吹き上げて空気中で衝突させて混合する方法などが利用できる。
【００２３】
混合した天然パルプと粉末樹脂は嵩高で取り扱いにくい場合もある。この場合は、混合物を加熱し、粉末樹脂を溶解して天然パルプ表面を濡らす、あるいは付着させて嵩を低くしたほうが良い。加熱する方法は、例えば熱風乾燥、乾燥キルンを用いた加熱、赤外線加熱等、公知の方法を単独であるいは組み合わせて採用することができる。中でもアイロンのようなホットプレス加熱は嵩を低くすることが可能で有効であるが、表面のみの粉末樹脂が溶解し、内部に存在する粉末樹脂が溶けないことを注意する必要がある。
いずれにしても、粉末樹脂の一部または全部が融けてパルプに接着している状態とすることが好ましい。
【００２４】
本発明の充填材組成物を添加するマトリックス樹脂としては各種ゴム、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン樹脂、各種ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、ポリエステルなどの各種縮合系樹脂が使用可能である。環境の点からは、ポリ乳酸のような生分解性樹脂を使用するのが好ましい。
具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、カルボキシメチルセルロース、ポリテルペンなどが挙げられる。
【００２５】
本発明の充填材組成物は、上述のように古紙パルプ繊維に樹脂が複合化されているのでマトリックスであるゴム、エラストマー、その他の樹脂との混和性に極めて優れている。このため、マトリックスに充填材を配合された組成物は均一な混合状態となり、組成物の強度試験においてもクラックの発生がほとんどなく、優れた特性を示すものと考えられる。同様に、弾性、耐摩耗性も向上するものと考えられる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は勿論これらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、％は、全て質量％である。
【００２７】
（実施例１）
水分６質量％の新聞古紙を、パルプ粗砕機（商品名：「ＦＲ−１６０」、瑞光鉄工社製）を用いて粗砕後、パルプ粉砕機（商品名：「Ｐ−２７０」、瑞光鉄工社製）を用いて乾式で解繊し、古紙パルプ繊維を得た。得られた古紙パルプ繊維の長さ加重平均繊維長は１．２０ｍｍであった。この古紙パルプ１００質量部と粉末中密度ポリエチレン（試薬、アルドリッチ製）１５質量部を、手で充分に混合し、充填材組成物を得た。
得られた充填材組成物２０部を、を低密度ポリエチレン５５部（試薬、アルドリッチ社製）とマレイン酸変性ポリエチレン２５部（試薬、アルドリッチ社製）の混合物に充填し、ラボプラストミル（東洋精機製）で混練した。なお、混練温度は１８０℃、混練時間は１０分である。得られた混練物を１６０℃でプレス成型し、板状サンプルを作製した。
作製した板状サンプルを目視し、繊維の集合状態や凝集状態を観察した。結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例２）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、得られた充填材組成物をアイロンで加熱処理して毛布状態にした。毛布状充填材組成物を小片に粉砕し、最終の充填材組成物とした。
該小片の断面写真を観察したところ、粉末の表面が融けてパルプに接着していることが判明した。
【００２９】
（実施例３）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、粉末中密度ポリエチレンの代わりに粉末状ゴム（商品名：P-８３、株式会社新生ゴム製）を使用した。
【００３０】
（実施例４）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、粉末中密度ポリエチレンの代わりに粉末状ポリスチレン（試薬、アルドリッチ製）を使用した。
【００３１】
（実施例５）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、粉末中密度ポリエチレンの代わりに粉末状パラフィンワックス（商標：SP0145、日本製蝋製）を使用した。
【００３２】
（実施例６）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、古紙パルプの代わりに以下に説明する乾燥パルプを使用した。
水分５０質量％のクラフトパルプを、パルプ粗砕機（商品名：「ＦＲ−１６０」、瑞光鉄工社製）を用いて粗砕後、パルプ粉砕機（商品名：「Ｐ−２７０」、瑞光鉄工社製）を用いて解繊し、乾燥してパルプ繊維を得た。得られたパルプ繊維の長さ加重平均繊維長は１．６０ｍｍであった。
【００３３】
（実施例７）
実施例１と同じ操作を行ない、充填材組成物を得た。得られた充填材組成物２０部を、ポリ乳酸樹脂８０部（商標：TE２０００、ユニチカ製）に充填し、ラボプラストミル（東洋精機製）で混練した。なお、混練温度は１８０℃、混練時間は１０分である。得られた混練物を１６０℃でプレス成型し、板状サンプルを作製した。
作製した板状サンプルを目視し、繊維の集合状態や凝集状態を観察した。結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同じ操作を行なった。ただし、粉末中密度ポリエチレンは使用しなかった。
【００３５】
（比較例２）
実施例７同じ操作を行なった。ただし、粉末中密度ポリエチレンは使用しなかった。
【００３６】
【表１】
2011202020.tif 000002
【００３７】
表１から明らかなように、本発明の方法で得られた充填材組成物は、樹脂などのマトリックスとの混和性に極めて優れている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の充填材組成物は、軽量で、マトリックスであるゴム、エラストマー、樹脂等への混和安定性に優れるとともに、ひいては強度、弾性、耐摩耗性等の特性を向上させることができ、充填材組成物として極めて優れた特性を有するものである。