(57)【要約】【課題】引張強さ、曲げ強さなどの力学特性を向上させるとともに、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性を、植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂と同程度に改善し、バランスのとれた力学特性を有する熱可塑性樹脂と植物繊維との複合材を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンなどの成分を含有する植物繊維（竹などの繊維）、イソシアネート系樹脂を共に加えて加熱混練する。  前記熱可塑性樹脂は、生分解性樹脂であるとよい。この場合、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基のいずれかを官能基として有するとよい。  また前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なもの（例えばポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体）である場合には、この熱可塑性樹脂に、植物繊維、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物及び有機過酸化物を共に加えて加熱混練する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維１〜７０重量％、イソシアネート系樹脂０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなる複合材。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂が、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくともいずれかを官能基として有することを特徴とする請求項１に記載の複合材。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の複合材。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなることを特徴とする請求項１に記載の複合材。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする請求項４記載の複合材。
【請求項６】
セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
この製造した植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする請求項６記載の複合材の製造方法。
【請求項８】
前記熱可塑性樹脂が、あらかじめその一部を多塩基酸無水物により変性したもの及び／又はあらかじめ多塩基酸無水物により変性していないものであり、
この熱可塑性樹脂と共に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂を混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする請求項６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、熱可塑性樹脂に植物繊維を混ぜた複合材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の原料は主として石油であり、近年、化石燃料資源の枯渇、廃棄（焼却の際の有害物質及びＣＯ２の発生、埋め立てた場合に残存し続けるなど）といった環境問題の点から、改善が求められている。
そこで、竹、ケナフ、サトウキビ、木などの植物繊維を熱可塑性樹脂に混ぜた材料が提案されている。この材料は、植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂と比べ引張弾性率、曲げ弾性率は優れているが、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が劣り、用途が限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記欠点を解消し、引張強さ、曲げ強さなどの力学特性を向上させるとともに、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性を、植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂とほとんど遜色ないか、向上させて、バランスのとれた力学特性を有する熱可塑性樹脂と植物繊維との複合材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】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明者は鋭意研究の結果、熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維とイソシアネート系樹脂を共に加えて加熱混練すると、引張強さ、曲げ強さなどの力学特性がよく、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が従前の熱可塑性樹脂とほとんど遜色ない複合材が得られることを知見した。
また、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維と、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物を共に加えて加熱混練すると、引張強さ、曲げ強さなどの力学特性がよく、耐衝撃性などの力学特性が植物繊維を混ぜない熱可塑性樹脂とほとんど変わらない複合材が得られることを知見し本発明に至った。
【０００５】
すなわち請求項１の複合材は、熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維１〜７０重量％、イソシアネート系樹脂０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなる。
請求項２の複合材は、請求項１の熱可塑性樹脂が、水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくともいずれかを官能基として有することを特徴とする。
請求項３の複合材は、前記請求項１の熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂であることを特徴とする。
請求項４の複合材は、前記請求項１の熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなることを特徴とする。
請求項５の複合材は、前記請求項４の熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする。
請求項６の製造方法は、セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、この製造した植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
請求項７の製造方法は、前記請求項６の熱可塑性樹脂が、多塩基酸無水物により変性可能なものであり、この熱可塑性樹脂に、前記植物繊維及びイソシアネート系樹脂、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
請求項８の製造方法は、前記請求項６の熱可塑性樹脂が、あらかじめその一部を多塩基酸無水物により変性したもの及び／又はあらかじめ多塩基酸無水物により変性していないものであり、この熱可塑性樹脂と共に、前記請求項６の植物繊維及びイソシアネート系樹脂を混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
【０００６】
植物繊維の原料は竹、ケナフ、サトウキビ、木などいずれでもよく、これらの原料から公知の方法で製造する。得られた植物繊維のセルロース及びリグニンなどがイソシアネート系樹脂の作用により力学特性の向上に寄与するため、複合材の製造において従来行っていたリグニンなどの除去処理は原則不要である。
また、多塩基酸無水物、有機過酸化物の作用により、ポリオレフィン系又はポリスチレン系の熱可塑性樹脂と植物繊維の相溶性がよくなり、力学特性が向上するが、さらにイソシアネート系樹脂を加えると一層向上する。
また、植物繊維は、繊維くずや粉末状のものであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の複合材は、引張強さ、曲げ強さなどの力学特性が従前の複合材より格段に向上し、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂とほとんど遜色ない。
さらに、請求項２の複合材は、構成する植物繊維又は熱可塑性樹脂がイソシアネート系樹脂と反応し結合して、力学特性が向上すると思われる。
請求項３の複合材は、土壌に埋め立てると微生物により分解されるので、廃棄などの環境問題をより改善できる。
請求項４の複合材は、引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率などの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂より格段に向上し、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂よりそれぞれ同程度かやや低いが使用に際して問題ない程度であり、力学特性のバランスがよい。
また、請求項１〜５の複合材の耐衝撃性は、植物繊維を入れない熱可塑性樹脂とほとんど遜色なく、従前の熱可塑性樹脂では植物繊維を入れることにより耐衝撃性が大幅に低下するが、これを改善できる。
耐衝撃性を必要とするもの、例えば自動車の内装材やバンパ等の自動車部品に適している。
請求項７の製造方法では、植物繊維、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物を同時に入れ加熱混練するので、製造工程が簡単である。また、製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態について説明する。
まず、セルロース及びリグニンなどを含む植物原料から、リグニンなどの除去処理を施さず植物繊維を製造する。
この製造した植物繊維を繊維くず及び粉末状のものも含め、イソシアネート系樹脂及び熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ約１４０〜２５０℃に加熱しつつ混練し、複合材を得る。
さらにこの複合材を切断しペレット状にすると、射出成形、押出成形、その他の各種成形をする際に便利である。
【０００９】
植物繊維は、公知のいずれであってもよく、竹、ケナフ、サトウキビ、木などの繊維である。製造コストの低減という点からは、竹、ケナフ、サトウキビといった成長が早く大量に入手できるものを原料とする繊維がよい。
混合する植物繊維の量は１〜７０重量％である。
これより少ないと力学特性が改善されない。また資源の枯渇、廃棄といった環境問題に対応しない。これ以上多いと耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性が低下する。
植物繊維は、今まで使用されなかった繊維くずであってもよく、また粉末状であってもよい。
【００１０】
イソシアネート系樹脂は、０．０５〜８重量％混合する。これより少ないと、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性が改善されない。また、これ以上であっても、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性がほとんど改善されないか、かえって悪くなる。また複合材の原料コストが高くなる。
【００１１】
熱可塑性樹脂は、公知のもののいずれであってもよいが、環境の点からは、生分解性樹脂を使用するとよい。
また、イソシアネート系樹脂と反応しやすい水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の少なくともいずれかの官能基を有する熱可塑性樹脂を使用すると、前記官能基を有さない熱可塑性樹脂よりも引張り強さ、曲げ強さなどの力学特性が格段に向上する。
これは、イソシアネート系樹脂が植物繊維及び熱可塑性樹脂と反応し結合するためであると思われる。
なお、官能基に水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれも有しない熱可塑性樹脂であっても、イソシアネート系樹脂を加えることにより引張り強さ、曲げ強さなどの力学特性が向上する。イソシアネート系樹脂が、植物繊維と熱可塑性樹脂との接着性を良好にするためであると思われる。また、官能基に水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれも有しない熱可塑性樹脂を使用する場合には、イソシアネート系樹脂との結合の仲立ちをする材料を適宜加えたり、熱可塑性樹脂を一部変性させてもよい。
【００１２】
次に本発明の別の実施の形態について説明する。
まず、前記実施形態と同様に植物繊維を製造する。
この製造した植物繊維を繊維くず及び粉末状のものも含め、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物と共に入れ、約１４０〜２５０℃に加熱しつつ混練し、複合材を得る。
さらにこの複合材を前記実施形態と同様に切断しペレット状にすると、射出成形、押出成形、その他の各種成形をする際に便利である。
【００１３】
混合する植物繊維の量は１〜７０重量％である。
イソシアネート系樹脂、有機過酸化物は、それぞれ０．０５〜８重量％、多塩基酸無水物は０．０５〜３０重量％混合する。これより少ないと、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性が改善されない。また、これ以上であっても、耐衝撃性、引張り強さ及び曲げ強さなどの力学特性がほとんど改善されないか、かえって悪くなる。
【００１４】
熱可塑性樹脂は、多塩基酸無水物により変性可能なものであれば公知のいずれのものであってもよいが、汎用性、成形性、力学特性などの理由により、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂又はポリスチレン系熱可塑性樹脂がよい。また、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂及びポリスチレン系熱可塑性樹脂の共重合体であってもよい。
熱可塑性樹脂は、例えば、無水マレイン酸変成ポリプロピレンなどのあらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成したものであってもよい。また、あらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成した熱可塑性樹脂を使用する場合は、多塩基酸無水物、有機過酸化物を添加しなくてもよい。
また、あらかじめその一部を多塩基酸無水物で変成した熱可塑性樹脂は使用する樹脂全てでなく、その一部分であってもよい。
【実施例１】
【００１５】
下記の表１は、生分解性樹脂であるポリ乳酸樹脂に、イソシアネート系樹脂を０．５重量％混合すると共に、竹繊維の量を変えて１７５℃に加熱して３〜４分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ３ｍｍの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。また、表２は、生分解性樹脂であるポリ乳酸樹脂に、イソシアネート系樹脂を加えることなく、竹繊維の量を変えて１７５℃に加熱して３〜４分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ３ｍｍの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
表１：ポリ乳酸樹脂に、イソシアネート系樹脂を０．５重量％混合すると共に、竹繊維の量を変えて加熱混練してなる複合材（試験片）の力学特性
【表１】
2008163284.tif 000002
表２：ポリ乳酸樹脂に、竹繊維の量を変えて加熱混練してなる複合材（試験片）の力学特性
【表２】
2008163284.tif 000003
【００１６】
イソシアネート系樹脂を加えた複合材（表１）及びイソシアネート系樹脂を加えないもの（表２）は、いずれの場合も、竹繊維を加えることにより、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率が向上する。
イソシアネート系樹脂を加えた複合材は、イソシアネート系樹脂を加えない複合材より、引張強さ、曲げ強さなどのすべての測定項目の数値（力学特性）がよい。
イソシアネート系樹脂を加えない複合材（表２）は、竹繊維の添加量の増大に伴い引張破断伸び、シャルピー衝撃値が著しく低下する。
イソシアネート系樹脂を加えた複合材（表１）は、竹繊維の含有量の増大により引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率が向上する。また、引張破断伸び、シャルピー衝撃値は、竹繊維の含有量が２０重量％であっても、ポリ乳酸樹脂だけのもの（表２の竹繊維含有量０％のもの）とほとんど遜色がない。
【実施例２】
【００１７】
下記の表３は、ポリプロピレンに、イソシアネート系樹脂０．５重量％、無水マレイン酸１．０重量％、ジクミルパーオキシド０．５重量％と共に、竹繊維の量を変えて加え、１７５℃に加熱して３〜４分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ３ｍｍの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
また、表４は、ポリプロピレンに、無水マレイン酸１．０重量％、ジクミルパーオキシド０．５重量％と共に、竹繊維の量を変えて加え（イソシアネート系樹脂は添加しない）、１７５℃に加熱して３〜４分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ３ｍｍの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
表５は、ポリプロピレンに、竹繊維の量を変えて加え（イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシドは添加しない）、１７５℃に加熱して３〜４分混練し製造した複合材を、射出成形で厚さ３ｍｍの試験片に製造し、試験片の各種力学特性を測定した結果をまとめたものである。
表３：ポリプロピレンに、イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシドと共に、竹繊維の量を変えて加え加熱混練してなる複合材（試験片）の力学特性
【表３】
2008163284.tif 000004
表４：ポリプロピレンに、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシドと共に、竹繊維の量を変えて加え加熱混練してなる複合材（試験片）の力学特性
【表４】
2008163284.tif 000005
表５：ポリプロピレンに、竹繊維の量を変えて加え加熱混練してなる複合材（試験片）の力学特性
【表５】
2008163284.tif 000006
【００１８】
上記の表３〜５より以下のことが分かる。
ポリプロピレンに、イソシアネート系樹脂、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシド及び竹繊維を共に加えて加熱混練してなる複合材（表３）は、ポリプロピレンに、無水マレイン酸、ジクミルパーオキシド及び竹繊維を共に加え加熱混練してなる複合材（表４）及びポリプロピレンに竹繊維のみを加え加熱混練してなる複合材（表５）よりも、引張強さ、引張破断伸び、曲げ強さ及びシャルピー衝撃値が向上する。特に、表３の複合材のシャルピー衝撃値は、表５中の竹繊維を含まないもの（竹繊維含有量０％のもの）とほとんど遜色がない。
表３の複合材は、引張弾性率、曲げ弾性率が、表４の複合材及び表５の複合材よりもやや劣るが、上記のとおり他の力学特性は表４の複合材及び表５の複合材よりもよく、力学特性全体のバランスがよい。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月19日(2007.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維１〜７０重量％、イソシアネート系樹脂０．０５〜８重量％、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなる複合材。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項３】
セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
この製造した植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％、及び多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項４】
セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
また、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂を多塩基酸無水物により一部変性させ、
上記の植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％、及び上記熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする複合材の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
すなわち請求項１の複合材は、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂に、セルロース及びリグニンを含有する植物繊維１〜７０重量％、イソシアネート系樹脂０．０５〜８重量％、さらに多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％を共に加えて加熱混練してなる。
請求項２の複合材は、前記請求項１の熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂又はそれらの共重合体であることを特徴とする。
請求項３の製造方法は、セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
この製造した植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％、及び多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
請求項４の製造方法は、セルロース及びリグニンを含有する植物原料より植物繊維を製造し、
また、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂を多塩基酸無水物により一部変性させ、
上記の植物繊維１〜７０重量％を、０．０５〜８重量％のイソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物０．０５〜３０重量％、有機過酸化物０．０５〜８重量％、及び上記熱可塑性樹脂と共に混練機に入れ、加熱しながら混練することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１の複合材は、引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率などの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂より格段に向上し、耐衝撃性、引張破断伸びなどの力学特性が植物繊維を入れない熱可塑性樹脂よりそれぞれ同程度かやや低いが使用に際して問題ない程度であり、力学特性のバランスがよい。
また、請求項１、２の複合材の耐衝撃性は、植物繊維を入れない熱可塑性樹脂とほとんど遜色なく、従前の熱可塑性樹脂では植物繊維を入れることにより耐衝撃性が大幅に低下するが、これを改善できる。
耐衝撃性を必要とするもの、例えば自動車の内装材やバンパ等の自動車部品に適している。
請求項３、４の製造方法では、植物繊維、多塩基酸無水物により変性可能な熱可塑性樹脂、イソシアネート系樹脂、多塩基酸無水物、有機過酸化物を同時に入れ加熱混練するので、製造工程が簡単である。また、製造コストを低減できる。