(57)【要約】【課題】安価かつ容易に、植物繊維から不純物を除去することにより、不純物に起因したガスやにおいを低減することができる複合材の製造方法を提供する。【解決手段】複合材の製造方法は、植物から植物繊維を取り出す工程と、該取り出した植物繊維に含有する不純物が植物繊維間の摩擦熱により揮発するように、前記植物繊維を圧縮する工程と、該圧縮した植物繊維と高分子樹脂とを混合し、混合した混合物を成形することにより、前記植物繊維と前記高分子樹脂とを含む複合材を製造する工程とを少なくとも含む。【選択図】図１
2015150744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物から植物繊維を取り出す工程と、
該取り出した植物繊維に含有する不純物が植物繊維間の摩擦熱により揮発するように、前記植物繊維を圧縮する工程と、
該圧縮した植物繊維と高分子樹脂とを混合し、混合した混合物を成形することにより、前記植物繊維と前記高分子樹脂とを含む複合材を製造する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項２】
前記植物繊維を圧縮する工程において、前記植物繊維を粒状に加圧成形することを特徴とする請求項１に記載の複合材の製造方法。
【請求項３】
前記植物繊維を圧縮する工程において、前記植物繊維を加熱しながら圧縮することを特徴とする請求項１または２に記載の複合材の製造方法。
【請求項４】
前記高分子樹脂に、熱可塑性樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合材の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂に、粒状の熱可塑性樹脂を用い、前記植物繊維と前記粒状の熱可塑性樹脂とを混合することにより前記混合物を製造することを特徴とする請求項４に記載の複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物に由来した植物繊維と高分子樹脂からなる複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油資源枯渇の問題や炭酸ガス排出量増加に伴う地球温暖化といったエコロジーの観点より、植物繊維が幅広く利用され始めている。植物繊維の材料となる植物としては、例えば、サイザル、ジュート、ケナフ、ネピアグラスなどの植物が用いられることが多い。
【０００３】
このような植物は、靭皮に良質の繊維を多く含んでいるため繊維材料としては好適であり、木材由来のパルプ、樹脂成形体の充填材や木質成形体の木質原料の代替材料として利用されつつある。例えば、自動車などの車両の内装材の場合、この植物繊維は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を接着剤として複合化して用いられる。
【０００４】
ここで、植物繊維を熱可塑性樹脂や熱硬化性接着剤と複合化し、加熱処理する際に、植物繊維上に不純物（接着物質）が存在すると、不純物が揮発し、におい原因物質を発生したり、揮発時に発生するガスにより成形設備が汚れたり酸化したりすることがあった。
【０００５】
そこで、植物繊維に含有した不純物を除去すべく、例えば、植物から取り出した植物繊維をオゾン処理する方法などが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１６２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示すように、植物繊維をオゾン処理すれば、植物繊維に付着した変色、においの原因となるリグニン由来物等の不純物を除去することができるが、処理後のオゾンを排気処理しなければならない。
【０００８】
このような点を鑑みると、植物繊維に水蒸気処理を行うことにより、植物繊維に付着した不純物を除去することもできるが、水蒸気処理には大量の高温蒸気を要するため、エネルギーを消費することになる。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価かつ容易に、植物繊維から不純物を除去することにより、不純物が起因したガスやにおいを低減することができる複合材の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】
【００１０】
前記課題を鑑みて、本発明に係る複合材の製造方法は、植物から植物繊維を取り出す工程と、該取り出した植物繊維に含有する不純物が植物繊維間の摩擦熱により除去されるように、前記植物繊維を圧縮する工程と、該圧縮した植物繊維と高分子樹脂とを混合し、混合した混合物を成形することにより、前記植物繊維と前記高分子樹脂とを含む複合材を成形する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、植物繊維を圧縮（加圧）することにより、植物繊維同士が接触し、植物繊維に含有する不純物（揮発性不純物）が植物繊維間の摩擦熱により揮発する。これにより、植物繊維からガスやにおい成分となる不純物を取り除くことができる。
【００１２】
このような植物繊維と高分子樹脂とを混合した混合物を成形することにより、植物繊維と高分子樹脂とを構成材料として含む複合材を製造する際には、植物繊維から不純物が除去されているので、この不純物に起因した、におい、ガスまたは液体の発生を抑制することができる。これにより、欠陥等のないにおいが低減された複合材を得ることができる。また、加熱しながら混合物を製造する際には、植物繊維からガス等が発生しないので混合物の製造が容易となる。さらに、不純物に由来した物質が、成形を行う成形型などに付着することを抑制し、成形型設備のメンテナンス性を高め、長寿命化を図ることができる。
【００１３】
本発明でいう「混合物」とは、圧縮した植物繊維と高分子樹脂とが混合された状態のものをいい、例えば、これらが粒状の状態で混合しているもの、植物繊維に高分子樹脂が付着した状態で混合しているもの、等を挙げることができる。したがって、高分子樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、未硬化状態の熱硬化性樹脂と植物繊維とが混合されたものを混合物という。高分子樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、粒状の熱硬化性樹脂と植物繊維とが混合されたもの、または、熱可塑性樹脂を溶融させて植物繊維と共に混合（混練）したものをいう。
【００１４】
また、本発明でいう「複合材」とは、混合物から成形された、植物繊維と高分子樹脂とを含む成形体であり、植物繊維と高分子樹脂とからなる成形体であってもよく、これらを複合して成形することができるのであれば、その他の添加剤などがさらに添加されていてもよい。
【００１５】
ここで、植物繊維を圧縮する工程において、植物繊維に含有する不純物が植物繊維間の摩擦熱により揮発することができるのであれば、その圧縮方法は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記植物繊維を圧縮する工程において、前記植物繊維を粒状に加圧成形する。
【００１６】
この態様によれば、植物繊維を粒状に加圧成形するので、成形装置と植物繊維との摩擦熱も加味され、植物繊維に含有する不純物をさらに除去することができる。また、粒状の植物繊維に加圧成形することにより、成形前に比べて植物繊維のかさ密度を増加させ、植物繊維の運搬コストを低減することができる。さらに、混合物を製造するまたは複合材を成形する際に、高分子樹脂に粒状の植物繊維を均一に混合することができる。
【００１７】
さらに好ましい態様としては、前記植物繊維を圧縮する工程において、前記植物繊維を加熱しながら加圧する。この態様によれば、植物繊維を圧縮する工程において、植物繊維間の摩擦熱に加え、不純物自体に外部から熱を付与することができるので、より確実に、植物繊維に含有する不純物を揮発させることができる。
【００１８】
また、植物繊維に混合する高分子樹脂に、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれの樹脂を用いてもよいが、より好ましくは、熱可塑性樹脂を用いる。この態様によれば、高分子樹脂に熱可塑性樹脂を用いることにより、熱可塑性樹脂を溶融して植物繊維と混合して混合物とし、この混合物から複合材を成形型で成形することができる。この際に、溶融した熱可塑性樹脂は２００℃程度の高温になり、この熱によりこれまでの方法では、植物繊維に含有した不純物がガス化し、その一部が反応して液化することがあったが、本発明では、上述したように混合物を生成する前に、不純物が除去されているので、容易に混合物を製造することができる。
【００１９】
ここで、高分子樹脂に熱可塑性樹脂を用いた場合、成形時に熱可塑性樹脂を溶融し、これに植物繊維を混合（混練）し、混合物を製造してもよいが、より好ましい態様としては、前記熱可塑性樹脂に、粒状の熱可塑性樹脂を用い、前記植物繊維と前記粒状の熱可塑性樹脂と、を混合することにより前記混合物を製造する。この態様によれば、成形前に、前記粒状の熱可塑性樹脂と前記植物繊維とを均一に混合した混合物を製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、安価かつ容易に植物繊維から不純物を除去することにより、不純物に起因したガスやにおいを低減した複合材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る複合材の製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明に係る実施形態の複合材の製造方法を説明する。
まず、図１に示すように、ステップＳ１で植物から植物繊維を分離する（取り出す）。植物繊維（天然繊維）とは、植物由来の繊維を意味する。植物としては、例えばネピアグラス、ケナフ、サイザル、ジュート、ラミー、パイナップル、クラワ、バナナ等の草本類、並びにマツ、スギ等の針葉樹及びサクラ、ケヤキ、ブナ等の広葉樹等の木本類が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００２３】
このような植物繊維は、植物を例えば圧搾機で圧搾し繊維成分と液体成分とに分解することにより、植物から植物繊維を分離することができる。この他にも、レッティング処理により、植物繊維を植物から取り出してもよい。
【００２４】
ここで、得られた植物繊維を乾燥させ、これをさらに粉砕してもよい。植物繊維を粉砕することにより、粉砕された植物繊維の比表面積が増加し、後述するＳ２において、植物繊維同士の接触面積が増加し、繊維間の摩擦熱の発生をより促進させることができる。
【００２５】
このようにして得られた植物繊維には、リグニン由来物などの不純物が含有（付着）している。これまでの方法では、植物繊維に対して薬品処理、水蒸気処理、オゾン処理等を行うことにより、植物繊維に含有した不純物を除去していた。
【００２６】
しかしながら、薬品処理、オゾン処理の場合には、不純物除去後の廃液処理や排気処理を要することがある。水蒸気処理の場合には、これらの廃液処理は低減されるものの、不純物除去のために、熱源を要することになる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、ステップＳ２に示すように、植物から取り出した植物繊維に含有する不純物が植物繊維間の少なくとも摩擦熱により揮発するように、植物繊維を圧縮する。
【００２８】
より具体的には、ペレット成形機を用いて、植物繊維を粒状（ペレット状）に加圧成形する。ペレット成形機には、粒径に応じた複数の穴が形成されたダイス（成形型）が設けられており、このダイスに植物繊維を配置し、ダイスに対して鉄製のローラ等を回転させながら押し当てることにより、植物繊維同士が圧縮される。この際に、植物繊維同士が接触し、さらにペレット成形機のダイと植物繊維とも接触するので、これらの間に摩擦熱が発生し、植物繊維は、熱源なしに１００℃〜１５０℃程度に加熱される（発熱する）。
【００２９】
このような結果、植物繊維に含有する不純物が少なくとも植物繊維間の摩擦熱により揮発し、本実施形態の場合には、成形型との摩擦熱により、さらにこの不純物が揮発する。これにより、上述した除去方法で必要とされた廃液処理などを行うことなく、熱源を用いなくとも植物繊維からにおい成分となる不純物を取り除くことができる。
【００３０】
ここで、本実施形態では、熱源を用いずに、摩擦熱により植物繊維を加熱しこれに含有する不純物を除去したが、必要に応じて、成形型を加熱することにより、植物繊維を加熱してもよい。これにより、植物繊維に含有する不純物をさらに除去することができる。また、ペレット状の植物繊維に加圧成形することにより、成形前に比べて植物繊維のかさ密度を増加させ（成形前かさ密度：０．１〜０．２ｇ／ｃｍ３程度、成形後のかさ密度０．５ｇ／ｃｍ３程度）、植物繊維の運搬コストを低減することができる。
【００３１】
次に、ステップＳ３において、圧縮した植物繊維と高分子樹脂とを混合し、混合物を製造する。本実施形態では、高分子樹脂として、ペレット状（粒状）の熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂等を挙げることができる。
【００３２】
ここで、混合物を製造する際には、ステップＳ２で成形されたペレット状の植物繊維と、ペレット状の熱可塑性樹脂とを均一に混合し、その後熱可塑性樹脂を溶融し混練し、混練後植物繊維と熱可塑性樹脂とが混合された混合物を製造する。混合物をさらにペレット状に製造してもよい。
【００３３】
このように、ペレット状の熱可塑性樹脂を用いることにより、熱可塑性樹脂を溶融する前にこれらを均一に混合することができる。特に、本実施形態では、加圧成形（圧縮成形）により植物繊維をペレット状としたことにより、ペレット状の植物繊維の密度がペレット状の熱可塑性樹脂の密度に近づくため、これらを粒状の状態で均一に混合することができる。
【００３４】
ここで、熱可塑性樹脂を溶融する際には、熱可塑性樹脂は２００℃程度の高温となるが、植物繊維に含有する不純物は、ステップＳ２において植物繊維から既に除去されているので、混合物の製造時に、不純物がガス化すること、さらにガス化した不純物が樹脂または植物繊維と反応することによるその一部が液化することを抑制することができる。
【００３５】
次に、ステップ４において、植物繊維と高分子樹脂とを混合した混合物を射出成形することにより、この混合物から植物繊維と高分子樹脂とからなる複合材を製造する。本実施形態では、ペレット状の混合物を加熱して、高分子樹脂（熱可塑性樹脂）を溶融し、これを成形型内に射出成形する。本実施形態では射出成形により複合材を製造したが、押出し成形により複合材を製造してもよい。
【００３６】
上述した如く、ステップＳ２において、混合物（植物繊維）に含有する不純物は低減されているので、複合材を成形する際には、この不純物に起因したにおいを低減することができる。
【００３７】
さらに、射出成形時には、不純物が揮発することにより生成されるガスはほとんどなく、このガスが樹脂または植物繊維と反応して液化することはほとんどないので、成形型などにこれらが付着することを抑制し、成形型のメンテナンス性を高めることができる。さらに、付着する物質が酸性である場合には、この付着物により成形型が腐食するところ、本実施形態では、この付着する物質を抑制しているので成形型の長寿命化を図ることができる。
【実施例】
【００３８】
本発明を以下の実施例により説明する。
（実施例１）
ネピアグラスの茎を準備し、これを圧搾機で圧搾し、液体成分と繊維成分に分離し、繊維成分を流水で洗浄した。次に、繊維成分を乾燥して得られた植物繊維を１ｍｍサイズに粉砕し、紛体とした。次に、粉砕により製造された紛体から、ペレサイダーを用いて、ペレット状の植物繊維に成形した（加圧処理による成形）。この際、成形時における植物繊維間の摩擦熱、および、植物繊維とダイスとの摩擦熱により、成形時のダイスの温度は、１００℃〜１４０℃の範囲となっていた。このペレット状の植物繊維と高分子樹脂とを混合した混合物を成形して、複合材を製造した。
【００３９】
（比較例１）
実施例１と同じように、ネピアグラスの茎を準備し、これを圧搾機で圧搾し、液体成分と繊維成分に分離し、繊維成分を流水で洗浄した。次に、この繊維成分を乾燥して得られた植物繊維を１ｍｍサイズに粉砕し、粉末状の植物繊維（紛体）を得た。この植物繊維と高分子樹脂とを混合した混合物を成形して、複合材を製造した。
【００４０】
＜不純物量の測定試験＞
中間生成物である実施例１で用いたペレット状の植物繊維と、比較例１で用いた粉末状の植物繊維を、１４０℃で５時間加熱し、加熱から３時間後、５時間後の植物繊維の重量を測定し、初期の重量に対する加熱後の重量の減少率を算出した。この結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2015150744.tif 000003
【００４２】
＜結果１＞
表１の結果から、実施例１で用いた植物繊維の減少率は、比較例１のものに比べて、少なかった。これにより、実施例１では、植物繊維をペレット状に成形した際に、植物繊維に含有した揮発性の不純物が除去されたと考えられる。
【００４３】
（実施例２）
実施例１で用いたペレット状の植物繊維３０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（住友化学製  ＡＺ８６４以下Ａ種という）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物（コンパウンド）を作製した。この混合物から複合材を製造した。
【００４４】
（実施例３）
実施例１で用いたペレット状の植物繊維３０質量％と、実施例２とは異なるペレット状のポリプロピレン系樹脂（住友化学製  ＡＷ８６４以下Ｂ種という）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物（コンパウンド）を作製した。この混合物から複合材を製造した。
【００４５】
（比較例２）
比較例１で用いた粉末状の植物繊維３０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ａ種）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂と、を混練し混合物（コンパウンド）を作製した。この混合物から複合材を製造した。
【００４６】
（比較例３）
比較例１で用いた粉末状の植物繊維３０質量％と、実施例３に示すペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ｂ種）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物（コンパウンド）を作製した。この混合物から複合材を製造した。
【００４７】
中間生成物である実施例２、３で用いた混合物、比較例２、３で用いた混合物の製造結果と、得られた混合物の臭気濃度の測定結果を表２に示す。なお、臭気濃度は、臭気測定装置（島津製作所製：識別装置ＦＦ２０２０Ｓシステム）の測定値（臭気指数相当値）から、臭気を無臭空気で何倍に希釈したら無臭になるかを推定した値である。
【００４８】
【表２】
2015150744.tif 000004
【００４９】
＜結果２＞
表２に示すように、実施例２および３では、植物繊維は予め加圧処理による摩擦熱により、不純物が除去されたため、混合物（コンパウンド）を製造する際にはガス・メヤニ（付着物）の発生が抑制されたと考えられる。これにより、実施例２および３では、比較例２および３に比べて、混合物の歩留りが向上し、実施例２および３に係る混合物の臭気濃度は、比較例２および３のものに比べて低くなったと考えられる。
【００５０】
（実施例４）
ネピアグラスの茎を準備し、これを圧搾機で圧搾し、液体成分と繊維成分に分離し、繊維成分を１００℃に加熱した熱水で１時間洗浄した。次に、繊維成分を乾燥して得られた植物繊維を１ｍｍサイズに粉砕し、紛体とした。次に、粉砕により製造された紛体から、ペレサイダーを用いて、ペレット状の植物繊維に成形した（加圧処理による成形）。この際、成形時における植物繊維間の摩擦熱、および、植物繊維とダイスとの摩擦熱により、実施例１と同様にダイスの温度は、１００℃〜１４０℃の範囲となっていた。
【００５１】
得られたペレット状の植物繊維３０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ａ種）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物（コンパウンド）を作製し、この混合物から複合材を製造した。
【００５２】
（実施例５）
実施例４と同様に混合物（コンパウンド）を作製し、この混合物から複合材を製造した。実施例４と相違する点は、得られたペレット状の植物繊維４０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ａ種）６０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物を作製した点である。
【００５３】
（比較例４）
実施例４と同様に混合物（コンパウンド）を作製し、この混合物から複合材を製造した。実施例４と相違する点は、ペレット状に植物繊維を成形せずに、比較例１に示した粉末状の植物繊維４０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ａ種）７０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物を作製した点である。
【００５４】
（比較例５）
実施例５と同様に混合物（コンパウンド）を作製しようとした。比較例５では、ペレット状に植物繊維を成形せずに、比較例１に示した粉末状の植物繊維４０質量％と、ペレット状のポリプロピレン系樹脂（Ａ種）６０質量％とを混合した後、ポリプロピレン系樹脂を加熱して溶融し、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを混練し混合物を作製しようとしたが、これらの混合（混練）は困難であった。
【００５５】
表３は、中間生成物である実施例４、５で用いた混合物、比較例４、５で用いた混合物の製造結果である。
【００５６】
【表３】
2015150744.tif 000005
【００５７】
＜結果３＞
表３に示すように、実施例４および５では、植物繊維の加圧処理による摩擦熱により、植物繊維から不純物が除去されたため、混合物（コンパウンド）を製造する際にはガス・メヤニの発生が抑制され、植物繊維とポリプロピレン系樹脂とを容易に混合できると考えらえる。一方、比較例４の場合には、粉末状の植物繊維に不純物があったため、メヤニが発生し、比較例５の場合には、混合物（コンパウンド）を製造する際にガス・メヤニの発生により、混合物（コンパウンド）を製造することができなかったと考えられ、複合材も製造できないと考えられる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【図１】
2015150744.tif 000006