(57)【要約】【課題】軽量で、且つ機械的強度に優れ、加工性にも優れた木質合成樹脂成形体を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体とを５〜９０／９５〜１０の重量比で混合し、さらに発泡剤を加えた樹脂組成物を、中子体を有する成形ダイを用いて押出成形し、厚みが１ｍｍ以上で発泡倍率が１．０〜１．１の外層と、該外層に囲まれた発泡倍率が１．２〜２．５の内層とを有する二重構造の樹脂成形体とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を押出成形してなる木質合成樹脂成形体であって、
熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体との混合重量比が５〜９０／９５〜１０であり、
当該成形体が、厚み１ｍｍ以上で発泡倍率が１．０〜１．１の外層と、発泡倍率が１．２〜２．５の内層とを有することを特徴とする木質合成樹脂成形体。
【請求項２】
外層が内部に突出する内部リブを有する請求項１に記載の木質樹脂成形体。
【請求項３】
熱可塑性樹脂と植物系セルロース粉体の混合重量比が１０〜５０／９０〜５０である請求項１または２に記載の木質合成樹脂成形体。
【請求項４】
熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の木質合成樹脂成形体。
【請求項５】
ポリオレフィン系樹脂がポリエチレン系樹脂、またはポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項４記載の木質合成樹脂成形体。
【請求項６】
熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を中子体を内蔵する成形ダイを使用して押出成形することを特徴とする木質合成樹脂成形体の成形方法。
【請求項７】
中子体が、溶融した樹脂組成物の進行方向に直交する方向の断面積が、該溶融樹脂組成物の進行方向に沿って広がった後に狭くなる形状を有している請求項６記載の木質合成樹脂成形体の成形方法。
【請求項８】
中子体が、溶融した樹脂組成物の進行方向に平行な流路を有する筒状形状を有している請求項６または７に記載の木質合成樹脂成形体の成形方法。
【請求項９】
成形ダイが複数の中子体を内蔵する請求項６〜８のいずれかに記載の木質合成樹脂成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築用部材、日曜大工部品、テラス、バルコニーなどの用途に好適な、軽量で優れた機械的強度を有し、釘打ち、ネジ止め、鋸引きなどの加工性に優れ、好ましい木質感を有する木質合成樹脂成形体とその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、木材に代えて用いられる木質感を有する樹脂成形体として、木粉含有合成樹脂成形体の開発が種々行われており、塩化ビニル系樹脂及びポリオレフィン系樹脂と木粉からなる組成物を成形してなる樹脂成形体が知られている。例えば、特許文献１〜３に開示されている。しかし、これらの樹脂成形体は、重量が重いと言う欠点を有し、その点で天然木材に比べて劣っていた。
【０００３】
木粉含有合成樹脂成形体の軽量化の方法として、成形体を中空体にする方法と発泡体にする方法とが共に知られている。中空体の例としては、例えば特許文献４に開示されているが、中空体は内部に中空部を有するため、釘打ち、ボルト締めが制限され、また補強の無い部分に集中荷重がかかると陥没して破壊してしまうといった問題点があった。一方、木粉含有合成樹脂の発泡成形体としては、特許文献５及び６等で開示されており、中空体と同様軽量である。その上、中空体とは異なり中実体であるので、釘打ち、ボルト締めが制限されることはない。しかしながら、充分な軽量化を達成する為に発泡倍率を上げると、成形体の表層付近にまで発泡が及び、結果として機械的強度が低下してしまう。故に従来の発泡体では、強度と軽量化を両立できないという欠点が存在した。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−４８６０６号公報
【特許文献２】
特開平９−２８６８８０号公報
【特許文献３】
特開２０００−２７１９０９号公報
【特許文献４】
特許第２８７２５９０号号公報
【特許文献５】
特開２０００−３８４６７号公報
【特許文献６】
特開平１０−２３７２０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽量で優れた機械的強度を有し、更に鋸引き、釘打ち、ネジ止めなどの加工性に優れ、良好な木質感を有する木質合成樹脂成形体及びその成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性樹脂、植物セルロース系粉体及び有効量の発泡剤を含む樹脂組成物を、中子を内蔵する成形ダイを用いて押出成形することにより、非発泡もしくは超低発泡の外層と、該外層よりも高発泡の内層を有する合成樹脂成形体を得ることができ、外層及び内層の発泡倍率を特定し、外層を所定の厚さ以上とした該合成樹脂成形体が、鋸引き、釘打ち、ネジ止めなどの加工性が良好で、軽量で強度に優れることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００７】
即ち、本発明の第１は、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を押出成形してなる木質合成樹脂成形体であって、
熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体との混合重量比が５〜９０／９５〜１０であり、
当該成形体が、厚み１ｍｍ以上で発泡倍率が１．０〜１．１の外層と、発泡倍率が１．２〜２．５の内層とを有することを特徴とする木質合成樹脂成形体である。
【０００８】
また、本発明の第２は、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を中子体を内蔵する成形ダイを使用して押出成形することを特徴とする木質合成樹脂成形体の成形方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下具体的に説明する。
【００１０】
本発明の合成樹脂成形体は、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を、中子体を内蔵する成形ダイを用いて押出成形して得られ、外層が非発泡或いは超低発泡層からなり、該外層で囲まれた内層が該外層よりも高発泡層からなる二重構造を有している。
【００１１】
本発明において用いられる熱可塑性樹脂は、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチレン）樹脂など通常の熱可塑性樹脂を広く使用することができるが、釘打ち、鋸引き、ネジ止めなどの加工性が良好で、機械的強度も優れた合成木材を得るためにはポリオレフィン系樹脂が優れている。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリエチレンなどが使用できる。中でも、ポリエチレン系樹脂が釘打ち、ネジ止めなどの加工性と機械的強度の点で特に好ましい。ポリエチレン系樹脂としては、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレンと炭素数３〜１２のα−オレフィンとの共重合体、最近開発されている種々のメタロセン触媒などの新触媒を用いて重合したエチレン系重合体、及びそれらの混合物、それらとポリプロピレン、ポリスチレンなどの他の樹脂との混合物が使用できる。中でも１９０℃に於けるメルトインデックス値が３．０ｇ／１０分以下、更に好ましくは１．０ｇ／１０分である高粘度タイプの高密度ポリエチレンが、成形性、加工性、機械的強度のバランスがよく、特に好適である。尚、各種ポリエチレン系樹脂製品のリサイクルによって得られたポリエチレン系樹脂もコスト・性能バランスの良い材料として使用できる。
【００１２】
本発明に用いられる植物セルロース系粉体としてはいかなるものであってもよく、例えば木粉、パルプ粉、ケナフ粉、おが屑、ノコギリ屑、カンナ屑、木質繊維、籾殻、破砕チップ材、果実殻粉、古紙の粉砕物、竹の粉末、ビールの絞り粕、コーヒーの絞り粕、綿布の粉砕物等が挙げられ、これらを単独又は２種類以上組み合わせて用いることもできる。植物セルロース系粉体は目的とする用途によって適当に選択することができるが、機械的強度及び釘打ち、ネジ止めなどの加工性の点で木粉が好ましい。更に木粉の種類として、杉、檜、モミ、カエデ、蝦夷松（スプルース）、椴松、米松、ベイツガ、セコイア等が好適である。特に杉、檜、松等の針葉樹の木粉は市販されているので入手も容易であり、特に好適である。
【００１３】
また住宅解体時に生じる廃木材を粉砕してなる木粉を利用してもよく、その場合、廃棄物削減や環境対策としても有用である。
【００１４】
これらの植物セルロース系粉体は、おが屑、廃木材等を必要であれば乾式又は湿式粉砕または篩い分けにより粒径が０．１ｍｍ〜３ｍｍの粉粒としたものを用いるのが良い。植物セルロース系粉体の粒径が上記範囲より小さい場合はその取扱いにおいて粉立ちなどが起き易く、また粉砕や篩い分けに手間がかかりコスト高になる。また、粒径が上記範囲より大きい場合には、得られた成形体の機械的強度の点で好ましくない。植物セルロース系粉体の形状は、粒子状だけでなく、扁平な形状、異型形状、及びそれらの混合物でも良い。
【００１５】
本発明において、上記熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体の混合比率は重量比で熱可塑性樹脂／植物セルロース系粉体＝５〜９０／９５〜１０であり、好ましくは１０〜５０／９０〜５０である。熱可塑性樹脂に対して植物セルロース系粉体の含量が上記範囲より少ない場合には良好な木質感が得られず、釘打ち、ネジ止めなどの加工性も劣り、また、植物セルロース系粉体の含量が上記範囲より多い場合には成形性及び機械的強度が低下し、好ましくない。
【００１６】
また、本発明においては、上記熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体以外に充填材を添加することができ、その添加量は、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体の総量１００重量部当たり１〜２０重量部である。ここで用いられる充填材はタルク、炭酸カルシウムなどの粒子状無機充填材、ガラス繊維、カーボン繊維などの無機繊維状充填材、ポリエステル繊維などの有機繊維状充填材などである。これら充填材の配合により、植物セルロース系粉体の分散性、成形体表面状態の変化などの効果が期待できるが、充填材の配合量が多すぎると成形性及び機械的強度が低下して好ましくない。
【００１７】
本発明に用いられる発泡剤としては、熱分解型の有機系及び／又は無機系発泡剤を用いることができる。熱分解型有機系発泡剤としては、アゾジカルボンアミドなどのアゾ化合物、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミンなどのニトロソ化合物、ヒドラゾジカルボンアミドなどのヒドラジン誘導体等主に窒素ガスを発生する発泡剤が、熱分解型無機系発泡剤としては、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム等主に炭酸ガスを発生する発泡剤が用いられ、それらは単独或いは２種以上を組み合わせて使用することもできる。また、植物セルロース系粉体中に存在する水分も適度の発泡を形成させるために有効に用いることができる。
【００１８】
かかる発泡剤の使用量は、本発明の合成樹脂成形体を得るのに有効な量であればよく、発泡剤の種類、発泡時の条件などで変化するが、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．１〜３重量部程度である。
【００１９】
本発明においては、前記各成分の他に必要に応じて、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体との親和性を向上させるための添加剤、例えば無水カルボン酸基を側鎖に有する変性ポリオレフィン系の樹脂改質剤を使用すると、成形性の向上、機械的物性の向上が図られ好適である。また更に、必要に応じて、着色剤、滑剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤などの各種添加剤を加えることができる。
【００２０】
本発明の成形方法は、上記した、熱可塑性樹脂と植物セルロース系粉体と発泡剤とを少なくとも含む樹脂組成物を押出成形して樹脂成形体を得る。本発明では、成形前に樹脂組成物を調製してもよく、樹脂組成物の調製は熱可塑性樹脂、植物セルロース系粉体及び他の必要な成分を、ヘンシェルミキサーにて混合後、押出機、バンバリーミキサー、又はロールなどで固形化する方法で行うことができる。また、粉末状で混合された樹脂組成物を直接押出成形することによって本発明の木質合成樹脂成形体を成形することもできる。
【００２１】
本発明の木質合成樹脂成形体は、上記の樹脂組成物を押出成形加工することにより得られた外層の厚みが１ｍｍ以上、好ましくは３〜８ｍｍである。外層の厚みが、１ｍｍ未満であると充分な機械的強度が出せず、好適ではない。また、本発明においては、当該厚みの外層に、該外層より内側に突出する内部リブを有していても良い。これら外層及び内部リブは発泡倍率１．０〜１．１の非発泡又は超低発泡層である。外層及び内部リブの発泡倍率が１．１を超えると、強度上好ましくない。また、該外層及び内部リブで囲まれる内層は、発泡倍率１．２〜２．５の高発泡層である。当該範囲の内層と上記外層とを組み合わせることで、製品の軽量化、及びネジ加工や釘打ちのしやすさ等の加工性のバランスの良い合成樹脂成形体が得られる。内層の発泡倍率が１．５を超えると、強度が低下して好ましくなく、また、１．２未満では成形体の軽量化効果が小さく、好ましくない。内層の発泡倍率がさらに、内層の発泡倍率が１．２〜１．５であると成形と機械的強度、加工性のバランスがよく、好適である。
【００２２】
合成樹脂成形体の外層の厚み、及び外層と内層の発泡倍率のコントロールは、添加する発泡剤の種類及び量、押出成形加工時のシリンダー温度、金型温度、押出機のスクリュー回転数、引き取り機の引き取り速度、などの条件制御により可能である。
【００２３】
本発明の二層構造を有する合成樹脂成形体の成形は、押出成形時に中子体を内蔵した成形ダイを用いることで達成できる。中子体はトーピードとも呼ばれ、押出成形用の成形ダイの流路中に設置される部品である。
【００２４】
本発明において好ましい中子体を内蔵した成形ダイの代表的な断面図を図１を例示し、説明する。図中、１は押出機、２は溶融樹脂組成物、３は成形ダイ、４は成形ダイ３の前半部、５は中子体、６は成形ダイ３の後半部、７はヒーター、８は冷却管、１０は断熱部である。尚、図１、さらには後述する図２、図３において、中子体は不図示の領域において成形ダイ３に固定されているものである。
【００２５】
図１の構成において、押出機１より吐出された溶融樹脂組成物２は、成形ダイ３中に導入される。成形ダイ３の前半部４中には中子体５が設置されている。当該中子体５は、溶融した樹脂組成物の進行方向に直交する方向の断面積が、該進行方向に沿って広がる形状を有しているため、進行方向に進むに従って溶融樹脂組成物の流路が狭まる。成形ダイ３の後半部６に移ると、逆に中子体５の断面積は溶融樹脂組成物の進行方向に沿って狭くなるため、溶融樹脂組成物の流路が広がり、中子体５がなくなる地点より一定となる。このような中子体５を用いることは、厚みのある強固な外層を形成する上で好適である。また前半部４で流路を狭めていく形状にすることは、前半部４に於ける成形ダイ３内での溶融樹脂組成物の発泡を抑制し、結果、後半部６に於ける発泡をより効率良く行うと言う点で好適である。
【００２６】
また中子体５を、溶融樹脂組成物の進行方向に平行な流路を有する筒状形状とすると、更に効率良く高発泡部分が形成できる。当該中子体を用いた例を図２に例示する。中子体５中の穴９を通る溶融樹脂組成物は、冷却された成形ダイ３の内部表面に触れないため、より効率良く発泡できるものと推定できる。
【００２７】
また複数の中子体を成形ダイ内に設置する事で、内部リブを有する木質合成樹脂成形体を得ることができる。当該中子体を用いた例を図３に例示する。合成樹脂成形体内部に、外層と同様の非発泡又は超低発泡層である強固な内部リブを形成することは、剛性及び強度の面で非常に有益である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２９】
（実施例１〜３）
メルトインデックス（ＭＩ）が０．３５の高密度ポリエチレン（ＰＥ）を５０重量部、鉛筆製造時に発生する０．２ｍｍ〜５ｍｍの扁平形状の廃木粉を５０重量部、発泡剤としてアゾジカルボンアミドを０．３重量部、及び樹脂改質剤として「ユーメックス１０１０」（三洋化成工業社製）を０．５重量部を混合して得た樹脂組成物を、図１〜図３に示す中子体を内蔵した成形ダイを用いて押出成形することにより、断面が４０ｍｍ×９０ｍｍである合成樹脂成形体を得た。図１、図２の成形ダイを用いてなる合成樹脂成形体は超低発泡である外層と、該外層に囲まれた高発泡の内層を有する二重構造であり、図３の成形ダイを用いてなる合成樹脂成形体は超低発泡の外層と内部リブ、及び該外層及び内部リブに囲まれた高発泡の内層を有する二重構造であった。各成形体の特性を表１に示す。
【００３０】
（比較例１）
発泡剤を除いた以外は実施例１と同じ処方の樹脂組成物を用い、実施例１と同じ図１の成形ダイを用いて中空構造の合成樹脂成形体を得た。特性を表１に示す。
【００３１】
（比較例２）
図１の成形ダイから中子体を除いた以外は実施例１と同様にして合成樹脂成形体を得た。特性を表１に示す。
【００３２】
（合成樹脂成形体の評価方法）
ＰＥのＭＩ：ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８  で測定した。
【００３３】
成形体の比重：成形体の寸法及び重量測定より算出した。
【００３４】
発泡倍率：実施例の各成形体の外層及び内層より一部を切り出して試料とし、それぞれ比重計を用いて比重（Ａとする）を測定した。更に後述の比較例１の成形体も中実部を一部切り出して試料とし、同様に比重（Ｂとする）を測定した。比較例１の成形体の比重値を、実施例に於ける各比重の値で除したもの（Ｂ／Ａ）を発泡倍率とした。
【００３５】
曲げ強さ：各例の成形体を２点で支持（スパン間隔５０ｃｍ）し、その中央部に速度２０ｍｍ／分で荷重を加えて行き、破壊荷重を測定した。実施例１の破壊荷重を基準にし（１．０とし）、他を相対的に評価した。
【００３６】
釘打ち性：ハンマーで釘（太さ１．９ｍｍ、全長３２ｍｍ）を打ち込み、以下の様に評価した。
○：天然木材と類似に釘を打つことができた。くぎ抜きでの引き抜き強さも天然木材と類似していた。
△：○と×の中間。
×：引き抜き強さが低い。
【００３７】
ネジ止め性：ドライバーで成形体に、ステンレス皿木ネジ（寸法３．１×３２ｍｍ）をねじ込み、以下の様に評価した。
○：天然木材と類似にネジをねじ込むことができた。
△：○と×の中間。
×：ネジ強度が弱い。
【００３８】
【表１】
2004202956.tif 000002
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の合成樹脂成形体は、発泡倍率の異なる外層と内層との二重構造を有することから、軽量であると同時に機械的強さに優れ、釘打ち、ネジ止め等の加工性も良好であり、木材に代わる木質合成樹脂成形体として好ましく用いられる。また、該成形体は、本発明の成形方法により容易に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法に用いられる中子体を内蔵する成形ダイの一例を示す断面模式図である。
【図２】図１とは異なる形状の中子体を内蔵する成形ダイの一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明において、内部リブを有する合成樹脂成形体を成形するための、複数の中子体を内蔵する成形ダイの一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１  押出機
２  溶融樹脂組成物
３  成形ダイ
４  前半部
５  中子体
６  後半部
７  ヒーター
８  冷却管
９  穴
１０  断熱部
【図１】
2004202956.tif 000003
【図２】
2004202956.tif 000004
【図３】
2004202956.tif 000005