(57)【要約】【課題】熱硬化性樹脂を用いたモールド材の機械的特性を向上するためにガラス繊維などの繊維状補強材を添加することが一般的であったが、モールド材の流動性の低下による生産性低下や成形不良の発生などの課題があった。【解決手段】モールド材を、少なくとも不飽和ポリエステルおよび架橋性モノマーを含んだ熱硬化性樹脂と植物由来繊維とを含んだものとする。モールド材の流動性低下を抑制しながら、強度向上が可能となる。さらに、アルカリ性水溶液などによる浸漬処理により容易に分解処理可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも不飽和ポリエステルおよび架橋性モノマーを含んだ熱硬化性樹脂と植物由来繊維とを含んでいることを特徴とするモールド材。
【請求項２】
請求項１において、植物由来繊維が、樹皮や間伐材、剪定枝、建築廃材などから発生する木質系廃材、あるいはパーム椰子の椰子殻廃材や廃葉・廃幹由来の繊維から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするモールド材。
【請求項３】
請求項１または２において、モールド材中に占める植物由来繊維の割合が０．５〜２０ｗｔ％であることを特徴とするモールド材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、植物由来繊維が長さ１〜５ｍｍに調整されていることを特徴とするモールド材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載されたモールド材を用いて作成したモールド部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモールド材及びそのモールド材を用いたモールド部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹脂をモールド材として使用する場合、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムなどの無機充填材やガラス繊維などの補強材を添加して、増量、寸法安定化、収縮防止、強度向上、ひけ・そり防止、難燃化、コストダウンなどを図ることが一般的に行われている。
【０００３】
不飽和ポリエステル樹脂ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）としては、例えば、特許文献１で、集束剤を用いたガラス繊維の添加による高強度ＢＭＣ成形体を得る方法が開示されている。また特許文献２に、長さを調整した無機繊維と有機繊維を添加したＢＭＣにより、高強度でかつ外観、特にウエルドラインを改善できる成形材料が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２９３８２３公報
【特許文献２】特開２００１−２６１９２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガラス繊維を補強材として添加することは、強度向上を図るためには大変有効な方法であるが、硬化前のＢＭＣの流動性を低下させる傾向がある。そのため、流動性低下による成形不良の多発や成形自体が困難になることもあり、成形体強度向上と流動性低下のバランスを考慮して、ガラス繊維の添加量、形状、種類などを決定する必要があった。このことが原因で、十分な強度が得られなかったり、成形が長時間になり生産性の低下が起きることも考えられる。またガラス繊維は樹脂とのなじみが悪く、ガラス繊維に表面処理を施すことも必要となる場合が多い。さらに、ガラス繊維は皮膚に刺さりやすく、吸引すると悪影響もあるため、作業安全性の面からも問題がある。
【０００５】
一方、熱硬化性樹脂は、硬化反応によって複雑な橋架け化三次元構造となるため、一般的には不溶不融の樹脂であり、そのため分解・再生処理は困難であり、再利用し難い樹脂なのであるが、最近、廃棄物問題がクローズアップされるにつれ、様々な製品（建築物、自動車、電気製品等）の再利用が求められるようになってきた。
【０００６】
しかし樹脂の再生・再利用は、金属の場合と異なり、技術的にも確立していない点が多く、とりわけモールド成形体の再生・再利用は困難となっている。かかるモールド成形体は、構造材として使用されることが多く、たとえばモールドモータのモールド材や半導体封止材としての利用など、その内部に金属等を包含している場合が多いため、内部の有用な部品、材料を再生・再利用することも困難となっている。さらに、ＦＲＰ（繊維強化重合性不飽和単量体含有熱硬化性樹脂）、その材料であるＳＭＣ、ＢＭＣ等のリサイクル方法である、粉砕法、熱分解法、マイクロ波による分解法等は、専用の大がかりな装置が必要な上、多量のエネルギーを消費する場合もある。
【０００７】
さらに、地球環境保護の観点からは、廃棄物処理場の不足もあって、植物性廃棄物の再利用・リサイクルなども求められている。
たとえば、樹皮や間伐材、剪定枝、建築廃材などから発生する木質系廃材の再利用技術の開発が強く求められている。木質系廃材は、東南アジアなどで多く栽培されているパーム椰子の椰子殻廃材や廃葉・廃幹なども大量に発生するため、その利用方法の開発も望まれている。これらの廃材に含まれる植物由来の繊維状物質を利用することは今後さらに重要になってくると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、植物廃材などから取り出した繊維をＢＭＣの補強剤、特にガラス繊維の代用として用いることで、従来のＢＭＣと同等以上の強度を有し、かつ分解性を向上させたモールド材およびモールド部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のモールド材は、少なくとも不飽和ポリエステルおよび架橋性モノマーを含んだ熱硬化性樹脂と植物由来繊維とを含んだものとしたことを特徴とする。
【００１０】
植物由来繊維が、樹皮や間伐材、剪定枝、建築廃材などから発生する木質系廃材、あるいはパーム椰子の椰子殻廃材や廃葉・廃幹由来の繊維から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１１】
また、モールド材中に占める植物由来繊維の割合が０．５〜２０ｗｔ％であることが好ましい。植物由来繊維が長さ１〜５ｍｍに調整されていることも好ましい。
上記のモールド材を用いて作成したモールド部品も本発明に係る。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明のモールド材は、少なくとも不飽和ポリエステルおよび架橋性モノマーを含んだ熱硬化性樹脂と植物由来繊維とを含んでいることにより、成形体の強度を向上させることができ、また前記植物由来繊維を廃材から取り出すことで資源の有効利用も実現できる。
【００１３】
さらに、植物由来繊維を含む成形体は、水溶液の浸透性が向上するため、例えばアルカリ性溶液に浸漬することによって、植物由来繊維部分が分解・膨潤・軟化しやすくなり、所望時に容易に崩壊させることが可能になる。そのため、使用後廃棄物となった成形体をアルカリ性の水溶液で処理することで、減容化などの廃棄処理を容易にすることができる。また、アルカリ性の水溶液の浸透性向上により熱硬化性樹脂の骨格のポリエステル部分が加水分解しやすくなるため、樹脂の三次元構造を崩壊させる可能性も大きくなり、廃棄処理をより容易にすることができる。アルカリ性の水溶液の浸透性は、植物由来繊維の含有量を変更することによって調節できる。
【００１４】
また、上記モールド材を用いたモールド部品において、その内部に有価物を有しているもの、例えば鉄芯や巻線などを有しているモールドモータやモールドトランスなどは、廃棄時に、アルカリ性の水溶液に浸漬して液を浸透させることにより、モールド部分を膨潤・軟化させ、さらには崩壊・剥離させて、内部の有価物を取り出すことができることとなり、再利用が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明のモールド材において、熱硬化性樹脂を構成する不飽和ポリエステルとしては、主要原料として不飽和多塩基酸と飽和多塩基酸、グリコール類から構成されるあらゆる不飽和ポリエステルが使用できる。
【００１６】
不飽和多塩基酸としては、例えば、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が用いられる。飽和多塩基酸としては、例えば、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、テトラブロム無水フタル酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。
【００１７】
グリコール類としては、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジブロムネオペンチルグリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、水素化ビスフェノールＡ等が挙げられる。
【００１８】
架橋性モノマー、つまり架橋剤となる付加重合性モノマーとしては、スチレン、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、アクリル酸メチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等が挙げられる。これらのモノマーのうち、安価で架橋性も良好なスチレンが最も好ましい。
【００１９】
架橋性モノマーは、不飽和多塩基酸に対してモル比で１．３〜５倍添加することが好ましい。モル比１．３以下では未反応の不飽和多塩基酸が多くなり、成形体の強度等が低下し、モル比５以上では未反応のモノマーが多く残存する場合がある。
【００２０】
重合開始剤として、例えば、ｔ−ブチルパーオクエート、過酸化ベンゾイル、ｔ−ブチルパーベンゾエート、２，２，ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、３，３，５，トリメチル（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等を添加してもかまわない。
【００２１】
充填材として、少なくとも植物由来繊維を含んでいればよく、それ以外の充填材でも流動性や強度等を考慮して混入してもかまわない。
植物由来繊維は、樹皮や間伐材、剪定枝、建築廃材などから発生する木質系廃材、あるいはパーム椰子の椰子殻廃材や廃葉・廃幹由来の繊維から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２２】
その中でもパーム椰子の椰子殻廃材や廃葉・廃幹由来の繊維が好ましい。パーム椰子の椰子殻や廃葉・廃幹はそのままの状態で大部分が繊維状であるため、単純に粉砕するだけで、繊維状充填材として使用できる。
【００２３】
一般の木質系廃材は、粉砕してチップ状の充填材として使用することもできるが、繊維状ではないがゆえにモールド材の強度向上は困難なので、アルカリ処理などでセルロースを分離して繊維状充填材とする方が好ましい。
【００２４】
粉砕処理には、一般的な粉砕処理装置である破砕機や、カッターミル、ディスクミルなどを組み合わせて使用できる。粉砕のためには、水分含有率はできるだけ小さい方がよく、５０％以下が好ましい。そのため、廃材の種類によっては予め乾燥処理を施した方がよいものもある。
【００２５】
植物由来繊維を熱硬化性樹脂に混合するには、予め乾燥することが必要である。乾燥には、一般的によく使用される恒温乾燥機などが使用できる。
植物由来繊維は、長さ１〜５ｍｍに調整されていることが好ましい。短すぎるとモールド材の強度向上の効果が小さくなり、長すぎると流動性の低下やＢＭＣの混練が困難になるなどの問題が発生する。
【００２６】
モールド材中に占める植物由来繊維の割合は、０．５〜２０ｗｔ％であることが好ましい。１．０〜１５ｗｔ％がより好ましい。添加量が少なすぎると強度向上などの効果が小さく、添加量が多すぎると樹脂吸収量が多くなり、ＢＭＣの混練が困難になったり、流動性が低下したりする。
【００２７】
植物由来繊維の他に無機充填材を添加しても勿論かまわない。無機充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、珪酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラス球等が挙げられる。
【００２８】
さらに、補強材として、ポリアクリロニトリル系あるいはレーヨン系もしくはピッチ系の炭素繊維、ビニロン、ポリプロピレン、ポリエステル、アラミド繊維等の有機繊維を添加してもかまわない。場合によってはガラス繊維を併用してもかまわない。
【００２９】
低収縮剤として、例えば、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリジプロピレンアジペート、ポリジプロピレンイソフタレート等を添加してもかまわない。
着色剤として、一般的な染料や顔料を用いることができ、例えば、酸化鉄、酸化チタン、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、クロムバーミリオン、群青等の無機顔料やアゾ化合物、シアニンブルー、塩素化シアニンブルー、シアニングリーン等の有機顔料、インジゴレッド、オイルレッド等の染料やカーボンブラック等を添加してもかまわない。
【００３０】
増粘剤として、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、多価イソシアナート化合物等を添加してもかまわない。
離型剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等が使用できる。
【００３１】
本発明のモールド部品（モールド成形体）は、上述したモールド材を用いて、トランスファー成形機などにより成形される。モールド部品としては、例えばモータやトランスなどが挙げられる。
【００３２】
モールド成形体を分解する方法としては、例えば、２〜７Ｎの濃度のアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含むアルカリ性水溶液（以下、単に溶液という）に浸漬する。このことにより、植物由来繊維部分に溶液が浸透して、分解・膨潤・軟化などの作用を起こし、かつ不飽和ポリエステル樹脂骨格中のエステル部分も加水分解が促進されるため、容易に分解処理が行える。特に、上記濃度の溶液では、加水分解に十分な水酸イオンを与えるとともに、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の添加による粘度上昇もそれほど大きくならないため、モールド材への浸透性の低下は生じない。このため、短時間でモールド成形体を分解処理することができる。
【００３３】
アルカリ金属化合物あるいはアルカリ土類金属化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、ナトリウムエトキシド、カリウムブトキシド等が挙げられる。これらのアルカリ金属化合物あるいはアルカリ土類金属化合物の水溶液は、濃度が大きいほど水酸イオンが増えて、熱硬化性ポリエステル樹脂のエステル結合を攻撃し、加水分解を促進するが、ナトリウムイオンやカリウムイオン等も多くなるため溶液の粘度も高くなり、樹脂中への溶液の浸透性は低下する。そのため、十分な加水分解反応が起き、かつ液の浸透性も低下させないような濃度が好ましい。１０Ｎ以下が好ましく、特に２〜７Ｎがより好ましい。アルカリ金属化合物あるいはアルカリ土類金属化合物は、単一種類に限らず、複数種類含まれていてもよい。
【００３４】
上記の溶液の樹脂に対する浸透性を改善するために、親水性溶媒、例えば、メチルアルコールやエチルアルコールなどのアルコール類、アセトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアミン等を用いてもよい。
【００３５】
水の電気分解装置により生成したアルカリ性水溶液を分解処理に使用してもよい。その場合は、ｐＨ１１以上の水溶液を用いるのが好ましい。ｐＨ１１未満では、十分な加水分解反応が起きず、処理時間が長くなる可能性がある。水を電気分解する際に、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化ナトリウム、塩酸等を電解質として少量添加してもよい。特に、塩化ナトリウムや塩化カリウムが取扱い上好ましい。
【００３６】
処理温度は、当然高温の方がより大きな分解速度が得られるため、水の沸点以下（常圧では１００℃以下）の範囲内で加温してもよいが、アルコール類が含まれている場合はそれらの沸点以下が好ましい。
【００３７】
なお、分解方法は、上記アルカリ性水溶液に浸漬するだけでなく、酸処理や溶剤処理などでもかまわない。このような、液体が浸透して分解や膨潤などの作用を引き起こす分解方法であることが、本発明のモールド材やモールド部品の特徴が生かせるため好ましい。
【００３８】
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
不飽和ポリエステル樹脂として大日本インキ化学工業製ＰＢ２１０と、ポリスチレン系低収縮剤であるＰＢ９８７とを７：３の割合で混合したものを１００重量部とり、重合開始剤１．１ジブチルパーオキシ−３．３．５トリメチルシクロヘキサンを１重量部加えて攪拌混合して樹脂液組成物を得た。なお、上記不飽和ポリエステル樹脂および低収縮材は、架橋性モノマーであるスチレンを含んだものである。
【００４０】
植物由来繊維としてパーム椰子の廃幹を用いた。２００×３００×５０ｍｍの板状に切り出した廃幹を、φ１０ｍｍのスクリーンを付けた槇野産業製カッターミルＶＭ−２２で数ｍｍ程度に粗粉砕した。次に、その粗粉砕品を槇野産業製微粉砕機ＤＤ−２−３．７により、さらに粉砕を行った。なお、スクリーンはΦ３ｍｍを用いた。その結果、平均長さ約３ｍｍの繊維状充填材が得られた。
【００４１】
次に、他の充填剤である炭酸カルシウム２８重量部、水酸化アルミニウム４３重量部、離型剤であるステアリン酸亜鉛１．４重量部、着色剤である炭素粉末０．３重量部をニーダに移し、乾式混合を行った。約５分後、均一に混ざったこの乾式混合物に、上記樹脂液組成物２１．２重量部を徐々に加え、約１０分混練した。
【００４２】
最後に、上記繊維状充填材をモールド材全体に対して０〜２０重量部になるよう変化させて添加して、数種類の均一なペースト状のモールド材を得た。
比較例として、上記繊維状充填材の代わりに、長さ３ｍｍのガラス繊維をまんべんなく分散させながら、極力短時間で添加し、ガラス繊維が濡れて均一に分散したところで混練を終了して、比較用モールド材を得た。
【００４３】
得られたモールド材の流動性を測定した。測定方法は、スパイラル形状の溝を掘った金型（金型温度１４５℃）をトランスファー成形機に取り付け、成形圧力５ＭＰａ、硬化時間１２０ｓｅｃ、モールド材投入量５０ｇで成形を行い、中心部からのスパイラル長を読み取り、スパイラルフローとして流動性を評価した。
【００４４】
また、上記トランスファー成形機を用いて、長さ１２７ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、厚み３．２ｍｍの曲げ強度測定用成形体を作成した。成形条件は、金型温度１４５℃、成形圧力５ＭＰａである。
【００４５】
この成形体を島津製作所製オートグラフを用いて、テストスピード１０ｍｍ／ｍｉｎで曲げ強度を測定した。
結果をまとめて（表１）に示す。
【００４６】
【表１】
2008174629.tif 000002
表１からわかるように、植物由来繊維の添加は従来のガラス繊維添加に比べて、流動性の低下は抑制しながら、ほぼ同程度の曲げ強度の向上がみられた。これは、植物繊維が樹脂とのなじみがよいためと考えられる。
【００４７】
次に、上記曲げ強度測定用成形体を５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に８０℃で１０時間浸漬した後に切断して、液の浸透度を測定した。ここで、液の浸透度は、浸透した部分の色の変化から目視で評価した浸透度と、Ｘ線マイクロアナライザで測定したナトリウムの浸透度とが一致したため、目視評価で簡易的に行った。その結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2008174629.tif 000003
この結果より、ガラス繊維の代わりに植物由来繊維を添加すると、アルカリ性溶液の浸透度が大きくなることがわかる。また、液が浸透した部分は軟らかくなっていて、手で容易にぼろぼろに崩壊させることができた。
【００４９】
このような液の浸透による分解方法を用いることで、モールド成形体を容易に分解できるようになり、モールド内部に有価物がある場合は、その有価物を容易に取り出しリサイクルできる。
【実施例２】
【００５０】
板状の杉木材を実施例１と同様の粉砕機で数ｍｍ程度に粗粉砕した。この粉砕物を苛性ソーダの蒸解液に浸漬して、加温加圧することで繊維を分離し、洗浄、乾燥したものをモールド材の繊維状充填材として用いた。
【００５１】
この植物由来繊維を実施例１の繊維に変えて、他は同様の条件でモールド材を作成した。なお、植物由来繊維の添加量は１０ｗｔ％に調整した。
その結果、スパイラルフローは１７５ｃｍで、曲げ強度は４５．５ＭＰａであり、パーム椰子廃幹と同様に流動性低下を抑制しながら、強度向上が図れた。
【００５２】
また、実施例１と同条件で５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬処理すると、液は成形体に全浸透しており、手で容易にぼろぼろに崩壊させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
植物由来繊維を添加した本発明のモールド材は、従来のガラス繊維添加モールド材に比べて、流動性の低下を抑制しながら、成形体には同程度の強度向上を得ることができ、またアルカリ性水溶液などに浸漬処理することで容易に分解できるようになる。よって、モールドモータやモールドトランスなどに好適に利用でき、モールド内部の有価物のリサイクルも可能となる。