(57)【要約】【課題】押出成形、プレス成形のほか、射出成形も可能な木質系複合材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、残部熱可塑性合成樹脂とからなる木質系複合材料。木粉の粒径が１００μｍ以下であるので、押出成形、プレス成形のほか、射出成形も可能な材料を提供することができる。木粉の粒子が粗いと、水分子は表面張力の作用により、木粉中に浸透し、水を弾くことができない。木粉の粒子が１００μｍ以下であると、木粉の粒子と粒子の間に樹脂の粒子が入り、バインダーのように働く。これにより、水分子は木粉と樹脂の表面で止まり、水の浸入がない。無機物である滑石粉を含むことにより、木粉や熱可塑性合成樹脂材料が焦げたり燃えたりするのを防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、残部熱可塑性合成樹脂とからなる木質系複合材料。
【請求項２】
着色のための顔料を適量加えたことを特徴とする請求項１記載の木質系複合材料。
【請求項３】
前記木粉は、水楊木の粉である請求項１または２に記載の木質系複合材料。
【請求項４】
性状がペレット状である請求項１から３のいずれかの項に記載の木質系複合材料。
【請求項５】
粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下と、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、残部熱可塑性合成樹脂とを混練しながら加熱することにより、前記木粉を乾燥させながら、前記熱可塑性合成樹脂を溶融させ、ペレット状の木質系複合材料を得ることを特徴とする木質系複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木粉を５１質量％以上含む木質系の材料でありながら、押出成形および射出成形が可能な木質系複合材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木粉と熱可塑性合成樹脂材料とを混合して成形し、木質系成形品を製造することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、熱可塑性樹脂３０〜６０質量部を溶融し、かつ、５質量％以下の水分率を有する木粉４０〜７０質量部と混練して複合材料ペレットを作る方法において、木粉をコンパクターにより２軸押出機のサイドから供給し、２軸押出機中で熱可塑性樹脂および木粉を溶融混合し、混合物を押し出して複合材料チップを製造することが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、ペレット状に造粒された粉粒状または繊維状のセルロース系材料と、熱可塑性合成樹脂材料とを撹拌翼型混合機に投入して撹拌することで、熱可塑性合成樹脂材料を溶融させながらペレット状に造粒されたセルロース系材料を微粉状に粉砕し、微粉状に粉砕されたセルロース系材料を溶融状態の熱可塑性合成樹脂材料に混合するようにした木質系樹脂組成物の製造方法が開示されている。さらに、混合物の流動性を向上させる滑剤（例えば、ワックス、パラフィン、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸メチル）等を添加することについても記載されている。
【０００５】
特許文献３には、塩化ビニル系樹脂１００質量部と木粉１〜１００質量部よりなる塩化ビニル系樹脂組成物を、樹脂温度が１０５〜１３０℃、剪断応力が０．２×１０8〜５．０×１０8（ｄｙｎｅ／ｃｍ2）、混練時間（ｔ）が１〜２０（ｍｉｎ）の条件下で機械的に剪断破壊を行うことにより、木粉入り塩化ビニル樹脂を微粉末とした後、またはその微粉末をペレットとした後、成形する成形品の製造方法が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、樹脂と第一の有色顔料とが混合されペレット化された生地材ペレットと、磨砕処理が施され酸化チタンが表面に担持された含水率が４〜１０重量％のセルロース系微粉粒と樹脂と、前記第一の有色顔料とは異なる配合の第二の有色顔料とが混合されペレット化された木質様形成材ペレットとを混合し、該ペレット混合物を押出成形もしくは射出成形により所望形状に成形する木質様成形品の製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献５には、ＡＢＳ樹脂１００重量部に対して木粉５〜１００重量部、スチレン変性ポリエチレンワックス０．１〜３０重量部を配合した木質系ＡＢＳ樹脂組成物が開示されている。
【０００８】
特許文献６には、合成樹脂と繊維質材料と機能剤との三者が混合されて射出成形または押出成形され、前記繊維質材料に機能剤が含有された樹脂成形品が開示されており、合成樹脂として、ポリプロピレンまたはポリエチレン、繊維質材料として故紙、紙、離型紙、ラミネート紙および木粉の少なくとも１つ、機能剤として芳香剤、防虫剤、防腐剤、消臭剤その他の各種機能剤を用いることが記載されている。
【０００９】
特許文献７には、熱可塑性樹脂および木粉からなる混合物１００重量部に対し、ポリエステル樹脂が２〜１００重量部配合された樹脂組成物を射出成形する樹脂成形品の製法が開示されている。
【００１０】
特許文献８には、木粉等のセルロース系粉体とポリオレフィン系樹脂とを１０〜７０：９０〜３０の比率（重量比）で含有し、かつセルロース系材料が３〜６０メッシュのものと１００〜３００メッシュのものとを含んでいるセルロース系粉体含有複合樹脂成形体が開示されている。
【００１１】
特許文献９には、不純物を含む木質廃材から得られた木質廃材粉砕粉と、不純物を含む樹脂廃材から得られた樹脂廃材粉砕粉とを混練して、押出もしくは射出成形によって成形し、不純物が成形品全体に対して合計で２０重量％以下含まれている木質様成形品が開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１６６３５５号公報
【特許文献２】特開２０００−３４３５２９号公報
【特許文献３】特開平７−９４３８号公報
【特許文献４】特開平７−１９５４８４号公報
【特許文献５】特開２０００−７８８０号公報
【特許文献６】特開２０００−２６７３９号公報
【特許文献７】特開２００１−８１３３８号公報
【特許文献８】特開２００１−８８２２４号公報
【特許文献９】特開２００１−２７７３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、特許文献１〜３に開示されている木材基準に達する成形では、押出成形とプレス成形しかなく、射出成形は不可能とされていた。特許文献４〜９には、押出成形または射出成形で製造することについて記載されているが、射出成形は困難である。その理由は、木粉は１９０℃以上になると焦げて煙が出はじめ、２００℃を超えると炭化する。射出成形では、加熱筒の中の温度は２４０℃程度となり、通常では射出成形はできない。射出成形を成し遂げるには、高温に耐える木粉の加工が必要となり、細密な成形品を造り出すためには、木粉の粒子を１００μｍ以下にしなければならない。
【００１４】
そこで本発明は、押出成形、プレス成形のほか、射出成形も可能な木質系複合材料およびその製造方法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】
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明の第１の構成の木質系複合材料は、粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、残部熱可塑性合成樹脂（以下、単に「合成樹脂」または「樹脂」ということがある。）とからなる。
本発明の第２の構成の木質系複合材料は、第１の構成にさらに、着色のための顔料を適量加えたことを特徴とする。
本発明の第３の構成の木質系複合材料は、第１または第２の構成の木粉は、水楊木の粉であることを特徴とする。
本発明の第４の構成の木質系複合材料は、第１から第３の構成において、性状がペレット状であることを特徴とする。
本発明の第５の構成の木質系複合材料の製造方法は、粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下と、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、合成樹脂とを混練しながら加熱することにより、前記木粉を乾燥させながら、前記合成樹脂を溶融させ、ペレット状の木質系複合材料を得ることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、木質系複合材料として、廃棄の際に燃えるごみとして出せる規格である木粉を５１質量％含むものとする。木粉が７０質量％を超えると、残部である合成樹脂の比率が低くなり、木粉のつなぎが弱くなって強度が低下するので、好ましくない。木粉の粒径は、射出成形時にインジェクションノズルから金型に射出できるように１００μｍ以下とする。木粉の粒径が１００μｍを超えると、射出成形時の材料が湯道を通りにくくなり円滑に射出できなくなる。ここで、木粉の粒径には幅があるので、「１００μｍ以下」というのは、粒径の分布の中心値が１００μｍ以下ということを意味し、例えば「１００μｍ」のときに、１００μｍ近辺が６５％程度、８０〜１２０μｍの幅に９５％程度が含まれることを意味するものとする。
【００１７】
この木粉に、合成樹脂材料を混ぜるのであるが、加熱時の温度で木粉が焦げたり燃えたりしないように、滑石粉を５〜１５重量％混ぜる。滑石は、水酸化マグネシウムと珪酸塩からなる鉱物で、組成式はＨ2Ｍｇ3（ＳｉＯ3）4またはＭｇ3Ｓｉ4Ｏ10であり、鉱物の中で最も軟らかいものの一つである。これを粉末にして混ぜる。これは無機物であるので燃えず、木粉や合成樹脂材料が焦げたり燃えたりするのを防ぐ。また、押出成形時の金型に対する滑りがいいので、成形速度が速くなり、生産性が向上する。滑石粉が５質量％未満であると滑りが悪くなり、木粉や合成樹脂材料に対する焦げ抑止、燃焼防止機能が低くなり、１５質量％を超えると木粉に対するつなぎが弱くなって成形品の強度が低下するので好ましくない。
【００１８】
添加剤としては、変性低分子量ポリオレフィン系樹脂改質剤を用いることができる。この添加剤は、疎水性（非極性）のＰＰ（ポリプロピレン）部分と親水性（極性）の無水カルボン酸部分を有することから、一種の界面活性剤として機能する。この添加剤を合成樹脂材料としてのＰＰと混練した場合、ＰＰと添加剤のＰＰ部分とが相溶し、混合樹脂の表面に添加剤の極性部分が局在化する。この極性部分と木粉や顔料との親和性、密着性が向上する。添加剤が１質量％未満であると木粉や顔料との親和性、密着性が不足し、５質量％を超えると過多になるので好ましくない。
【００１９】
合成樹脂材料としては、ＰＰ、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）を用いることができ、新材（バージン材）でも廃棄プラスチックでもよい。
顔料は、木質系製品に着色するための材料である。
木粉としては、樹脂の少ない樹種、例えば水楊木（白楊木ともいう）を好適に使用することができる。
【００２０】
以上の原料を混合、加熱して、ペレット状の木質系複合材料を製造する。この木質系複合材料を用いて木質系成形物を製造するときには、汎用の押出成形機や射出成形機に前記のペレットを供給し、所定の温度に加熱してから、成形型に押出または射出して、木質系成形品を得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、粒径１００μｍ以下の木粉を５１質量％以上７０質量％以下、滑石粉を５質量％以上１５質量％以下と、滑りをよくするための添加剤を１〜５質量％と、残部合成樹脂とからなる木質系複合材料であるので、押出成形、プレス成形のほか、射出成形も可能な材料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】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明における高温に耐える木粉とするためには、微木粉（１００μｍ以下）を含み込む耐火性をもつ特殊な物体が必要となる。
特殊な物体とは、微木粉を包み込むために１０μｍ以下のパウダー状で、なおかつ耐火性と潤滑性を必要とする素材でなければならない。
耐火性、潤滑性をもつ微木粉に樹脂（ＰＰ，ＰＥ，ＰＳ，その他、廃棄プラスチックも利用可）をコンパウンドしたものがペレットとなる。
潤滑性がなければ押出成形機、射出成形機にとって原料が研磨材となり、加熱筒及び金型の摩耗が進み、損傷の原因となる。
【００２３】
そこで、これらの課題を解決する材料として、次のものを用いる。
１．木粉
通常の木粉の粒子は１５０〜２００μｍと粗く、水の表面張力の影響を受け吸水率が高く、冬場の氷点下では破裂し、また夏場の高温多湿下では膨張し扱いにくい。
これに対し、本発明の木粉は、粒径は１００μｍ以下とするが、１００μｍというときは１００μｍ±２０％程度の幅を持つものとする。また、含水率６％以内のものを用いる。これに適した樹種としては水楊木（白楊木）が挙げられる。これは、３年で直径４５〜６０ｃｍ、高さ４〜５ｍ育つ草科植物である。この水楊木は主に中国産で、建材としては使用不可のため、用途がなく、木材が輸出禁止になった場合でも、この材料は輸出可能である。色は白色である。
この木粉を５１質量％以上、含有するものとする。これは、廃棄物となった場合のことを想定し、燃やせるゴミとして出せる条件に適合させるようにしたのである。すなわち、木粉含有率５１質量％以上であれば焼却処分は承認されている。その分、環境に優しい素材といえる。
木粉の材料としては、水楊木のほか、麻やケナフなどの非木材、竹、古紙などを使用することができる。杉や松、檜も使用できるが、ヤニが多いため扱いにくく、また独特の臭いがあるので、用途が限られる。
【００２４】
２．滑石粉
滑石粉は、白度が９０〜１００（通常は９５〜９８）、平均粒度３〜８μｍ（通常は６．５μｍが中心値）、水分０．３％以下で、ＳｉＯ2６０％、Ｍｇ３５％以上、ＣａＯ０．５％以下、Ｆｅ2Ｏ3０．３％以下、Ａｌ2Ｏ3０．３％以下（質量％）
この滑石粉は軟らかく、特別な破砕工程を経なくても微粉化し易い。
【００２５】
３．熱可塑性合成樹脂材料
ＰＰ（Ｍｉ５０〜９０番）、ＰＥ、ＰＳ、ＡＢＳ等々が使用可能である。
ＰＰでは、ＰＰバージン樹脂、透明性のあるペレット、乳白色のペレット（再生ペレットもある）、ＰＰバージン樹脂に添加剤を入れた物である。
なお、バージン材のほかに、廃棄プラスチックが使用可能である。これにより、資源再利用、省コストを図ることができる。
【００２６】
４．添加剤
添加剤としては、変性低分子量ポリオレフィン系樹脂改質剤（商品名「ユーメックス」）を用いることができる。この添加剤は、疎水性（非極性）のＰＰ（ポリプロピレン）部分と親水性（極性）の無水カルボン酸部分を有することから、一種の界面活性剤として機能する。この添加剤を合成樹脂材料としてのＰＰと混練した場合、ＰＰと添加剤のＰＰ部分とが相溶し、混合樹脂の表面に添加剤の極性部分が局在化する。この極性部分と木粉や顔料との親和性、密着性が向上する。
【００２７】
木粉を混入した合成樹脂のペレットは通常燃えやすい（炭化する）。「木粉」を炭化温度以上で成形するのは不可能とされているが、滑石粉と添加剤を木粉と樹脂材料に加えることで、炭化することもなくペレットができる。
限られた範囲内での成形加工でも、もっとよい物と考えられるのが「１００μｍ以下の木粉」と「添加剤」および「滑石粉」の存在である。
【００２８】
５．顔料
カラー製品を作るために、適量の顔料を添加し、任意の色の木質系成形品を製造することができる。
【００２９】
本発明においては、木粉の粒径を１００μｍ以下としているが、木粉の粒子が２５０μｍであると、図１（ａ）に示すように、粒子が比較的粗いため、水分子は表面張力の作用により、木粉中に浸透し、水を弾くことができない。木粉の粒子が１００μｍであると、図１（ｂ）に示すように、木粉の粒子と粒子の間に樹脂の粒子が入り、バインダーのように働く。これにより、水分子は木粉と樹脂の表面で止まり、水の浸入がない。そのため、変形、膨張、曲がり等、通常の木製品のような欠点がほとんどなくなる。
本発明により製造された木質系複合材料を用いて成形した木質系製品は、成形後、表面を削って仕上げ加工をすることがあるが、木粉の粒径が２５０μｍであると、図２（ａ）に示すように削り代の分だけ削った後の表面は木粉の粒子が粗く出るが、木粉の粒径が１００μｍであると、図２（ｂ）に示すように削り代の分削った後の表面は緻密になり、製品の価値が向上する。また、木粉間が合成樹脂と添加剤と滑石粉によって結合しているので、従来の木製品よりも１０倍程度の強度となる。
【００３０】
製造方法（割合は質量％）
粒径１００μｍ以下の木粉を５１〜７０％、好ましくは５５％、ＰＰ（Ｍｉ８０番）を２５〜４０％、好ましくは３２％、滑石粉を５〜１５％、好ましくは１０％、添加物を１〜５％、好ましくは２％、顔料１％を配合し、２軸連続混練押出機に供給してペレット状の木質系複合材料を製造する。
なお、ＰＰは押出用であればＭｉ５番程度の硬いものが使用されるが、射出成形可能なように、柔らかなＭｉ５０〜９０番を用いている。ただし、この硬度は、成形方法や用途により、適当なものを選ぶことができ、これらの数値には限定されない。
【００３１】
図３は、本発明のペレット状の木質系複合材料を製造するための製造システムの例を示す説明図である。この製造システムは、合成樹脂材料を貯蔵する合成樹脂タンク１と、木粉を貯蔵する木粉タンク２と、滑石粉を貯蔵する滑石粉タンク３と、添加剤や顔料をそれぞれ貯蔵する複数の添加物タンク４とを備えている。合成樹脂タンク１、木粉タンク２、滑石粉タンク３に貯蔵された各材料は、所定割合で計量後、フィーダ５，６，７により第１ミキサー８に供給される。また、添加剤や顔料は、第２ミキサー９により所定割合で混合された後、第１ミキサー８に供給される。第１ミキサー８で混合された材料はノンブリッジタンク１０に供給され、さらにホッパースクリュー１１に送られて、２軸押出成形機１２に供給される。
【００３２】
この２軸押出成形機１２は、これに限定するものではないが、例えばＨＴＭ型２軸連続混練押出機を好適に使用することができる。これは、高速ロータ多列型（セグメント）２軸混練機と単軸押出機を同軸にドッキングしたものであり、高い混練性能と低温押出機能を備えており、ペレット状の木質系複合材料を製造することができる。２軸押出成形機１２では、前記の材料を所定割合で混練し、合成樹脂材料（ＰＰ，ＡＢＳ等）の軟化温度以下に加熱して、木粉と滑石分が合成樹脂によってよく結合された材料を製造する。
【００３３】
２軸押出成形機１２の排出側では、ホットカッター１３で棒状の混練物を所定の長さに切断し、ペレット状の材料を作る。このペレット状の材料は、乾燥機１４で乾燥され、選別機１５で所定の長さの材料を選別した後、ブロワー１６で空気搬送されて製品タンク１７に貯蔵される。
【００３４】
このようにして、ペレット状の木質系複合材料が製造される。このペレット状の木質系複合材料は、木質系製品を製造する際に、押出成形機、プレス成形機、射出成形機に供給する材料として用いる。
【００３５】
なお、図３において、１８は２軸押出成形機１２内で発生する粉塵を回収してノンブリッジタンク１０に戻すバグフィルタ、１９はバグフィルタ１８内の空気を吸引するブロワー、２０は２軸押出成形機１２内部を減圧する真空ポンプ、２１はホットカッター１３を動作させるポンプユニット、２２は製品タンク１７の開閉を操作するブロワー、２３はこのシステムを制御する制御盤である。
【００３６】
本発明の木質系複合材料の主たる特徴は、次の通りである。
ａ．ピンゲートでの成形＝複雑形状でも可能である。
ｂ．フィルムゲートでの成形＝周囲から均一な成形加工が可能である。
ｃ．薄肉成形も合成樹脂並に可能である。安い「木」であると感じさせ、安心と安全が発信できる新素材ＰＰ木粉入りペレットである。
ｄ．「木粉入りペレット」は１００μｍの木粉と滑らかな滑りを生み出す添加剤を用いており、従来のペレット（木粉１５０〜２００μｍ）は押出成型用、ブロー成型用には使えるが押出成形のスピードが遅いのに対し、新素材（１００μｍ以下木粉、添加剤入り）ペレットは従来の物より３〜４倍と速く射出成形（インジェクション）ができる。木で成形できないものでも、新素材では可能である。
ｅ．従来の物より形成速度が３〜４倍程度速くなる分、コストダウンできる。
ｆ．強度は木の１２倍となる。密度が高い分（１．１〜１．２）水に沈む。また、薄肉成形が可能である。
ｇ．通常の合成樹脂成型機がそのまま使え、「木」の製品が造れる。
ｈ．連続成型ができ、こげ臭も無く、煙も出ない。
ｉ．潤滑性をもっているため、離型剤が不要である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、家電製品、建築資材、園芸資材、事務機器、日用雑貨品、玩具類、車両部材等、各種の分野において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】木粉の粒径の大小による木粉の粒子と樹脂の組織を示す説明図である。
【図２】木粉の粒径の大小による木質系製品の表面の削り代の状態を示す説明図である。
【図３】本発明のペレット状の木質系複合材料を製造するための製造システムの例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  合成樹脂タンク
２  木粉タンク
３  滑石粉タンク
４  添加物タンク
５，６，７  フィーダ
８  第１ミキサー
９  第２ミキサー
１０  ノンブリッジタンク
１１  ホッパースクリュー
１２  ２軸押出成形機
１３  ホットカッター
１４  乾燥機
１５  選別機
１６  ブロワー
１７  製品タンク
１８  バグフィルタ
１９  ブロワー
２０  真空ポンプ
２１  ポンプユニット
２２  ブロワー
２３  制御盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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