(57)【要約】【課題】生分解性を備える接着性材料を用いて積層成形体を製造する方法を提供する。【解決手段】細片状の成形材料と、結晶性ポリエステルとを含有する成形基材１２と、シート部材５とを、前記ポリエステルの溶融温度以上の温度で積層状態に加圧成形する工程と、前記ポリエステルを結晶化させる工程とを備える積層成形体の製造方法を提供する。この方法によれば、加圧成形工程で、成形基材１２とシート部材５との間にポリエステルを浸透させた後、結晶化工程でポリエステルを結晶化させることにより、シート部材５に密着した状態でポリエステルが結晶化する。これにより、結晶性ポリエステルによってシート部材５を基材に一体化させて積層成形体に成形することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細片状の成形材料および結晶性ポリエステルとを含有する成形基材と、シート部材とを、前記ポリエステルの溶融温度以上の温度で積層状態に加圧成形する工程と、
前記ポリエステルを結晶化させる工程と
を備える、積層成形体の製造方法。
【請求項２】
前記結晶化工程は、積層状の成形基材及びシート部材を前記ポリエステルの結晶化温度付近の温度に加温された成形型中に保持する、請求項１に記載の積層成形体の製造方法。
【請求項３】
前記成形基材は、無機フィラーを含有する、請求項１または２に記載の積層成形体の製造方法。
【請求項４】
前記シート部材は、熱可塑性部材であり、軟化状態で成形型に真空吸引した状態で、前記成形基材と積層状に配置する、請求項１から５のいずれかに記載の積層成形体の製造方法。
【請求項５】
細片状の成形材料及び結晶状態のポリエステルとを含有する基材と、
前記基材の一面に、前記結晶状態のポリエステルによって一体化されているシート部材と
を備える、積層成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、結晶性の接着性材料を用いた積層成形体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非石油系資源として注目されている木質材料、特に、ケナフ、サイザルなど草本類の木質材料は、生分解性を備える成形材料としての利用が進められている。これらの木質材料は、繊維状やチップ状に細片化した後、例えば、ポリプロピレンなどポリオレフィンやウレタンなどの接着材料を分散状態で添加してから、プレス成形等することによって、所望の形状の成形体に成形することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４８１９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これらの接着材料は、生分解性が低い。生分解性が良好な樹脂材料としては、ポリ乳酸、ポリ−３−ヒドロキシ酪酸エステル、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクタムなどの脂肪酸ポリエステルがある。これらは、有機溶媒に溶解させた溶剤として、あるいは水系分散体（ディスパージョン）などに調製して、木質材料中に分散状態で付与することができる。しかしながら、これらの脂肪酸ポリエステルと木質材料とを含有する基材に、ポリプロピレン製の表皮材を、溶着によって積層一体成形しようとすると、脂肪酸ポリエステルと表皮材とが馴染みにくく、基材と表皮材とを一体化できないことがある。
【０００５】
そこで、本発明では、生分解性を備える接着性材料によって積層一体化できる積層成形体を製造する方法を提供することを課題とする。
また、本発明では、生分解性を備える接着性材料によって積層一体化された積層成形体を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討したところ、良好な生分解性を備える接着性材料のうち、結晶性を有するポリエステル系樹脂の結晶構造を利用することにより、他のシート部材を一体化できることを見出し、以下の発明を完成するに至った。すなわち、本発明の成形体の製造方法は、細片状の成形材料および結晶性ポリエステルとを含有する成形基材と、シート部材とを、前記ポリエステルの溶融温度以上の温度で積層状態に加圧成形する工程と、前記ポリエステルを結晶化させる工程とを備えるものである。
この製造方法によれば、結晶性ポリエステルの溶融温度以上の温度で成形基材とシート部材とを積層状に配置して加圧成形することで、成形基材とシート部材との間にポリエステルを浸透させることができる。この状態で、ポリエステルを結晶化させることにより、ポリエステルは、シート部材に密着した状態で結晶化する。これにより、結晶性ポリエステルによってシート部材を基材に一体化できる。特に、成形基材は、細片状の材料を含有しておりその表面が凹凸形状になっているため、この形状に沿ってポリエステルが結晶化することで、シート部材との固着強度が高まる。
【０００７】
好ましくは、前記結晶化工程は、積層状の成形基材及びシート部材を前記ポリエステルの結晶化温度付近の温度に加温された成形型中に保持する。これにより、得られる成形体の形状を良好に保持した状態で、ポリエステルを結晶化させることができ、歩留まり良く積層成形体を製造できる。
なお、本明細書において結晶化温度付近とは、結晶化温度±２０℃の範囲である。
【０００８】
また、前記成形基材は、無機フィラーを含有していると、結晶性ポリエステルの結晶化温度が低下して、成形条件を緩やかにすることができる。また、得られる成形体の耐熱性や耐劣化性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明では、前記シート部材は熱可塑性部材であり、軟化状態で成形型に真空吸引した状態で、前記成形基材と積層状に配置する成形体の製造方法を提供する。
この方法では、シート部材を軟化状態で成形型に真空吸引することにより、シート部材にシボ模様などの立体意匠を付与することができる。
【００１０】
さらに、本発明では、細片状の成形材料及び結晶状態のポリエステルとを含有する基材と、前記基材の一面に、前記結晶状態のポリエステルによって一体化されているシート部材とを備える積層成形体を提供するものである。
この発明によれば、結晶性ポリエステルは、結晶状態であるため、シート部材をより安定に保持している。特に、基材が細片状の成形材料を含有しているため、基材の表面が凹凸状に形成されており、この凹凸によってシート部材との接触面積が増大されている。したがって、結晶状態のポリエステルによって、基材にシート部材が安定に積層一体化された積層成形体となっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施の形態に係わる積層成形体１を示す。積層成形体１は、車両のドアトリムであり、基材３と、基材３の表面に一体化されたシート部材５とを備えている。
【００１２】
基材３は、細片状の成形材料と、結晶性ポリエステルとを含有している。
細片状の成形材料は、チップ状、薄片状、繊維状などに形成されている合成樹脂材料や天然由来の材料である。天然由来の材料としては、獣毛など動物性の繊維材料の他、木本類や草本類を適当な大きさに破砕、切断などした材料や、繊維化した材料を利用することができる。好ましくは、例えば、ケナフやサイザルなどの一年草であり、例えば、ケナフ靭皮などの繊維材料が好ましい。
【００１３】
結晶性ポリエステルは、細片状の成形材料が溶融、破壊などされない温度範囲に溶融温度を備え、所定の温度での保持によって結晶化する種々のポリエステルである。好ましくは、結晶化度３０％以上のポリエステルであり、より好ましくは、３０％以上５０％以下の結晶化度を達成できるポリエステルである。また、これらの結晶化度を有する添加剤を有するポリエステルも好ましい。これにより、基材３の強度が良好となり、また、後述するシート部材５との接着性が良好となる。結晶性が良好なポリエステルとしては、脂肪族ポリエステルがある。
【００１４】
細片状の成形材料が天然由来の材料である場合、成形基材の生分解性を良好にするため、結晶性ポリエステルは、生分解性の高いポリエステルであることが、好ましい。生分解性ポリエステルは、微生物（菌類を含む）によって産生されたり合成されたりし、典型的には脂肪族ポリエステルである。例えば、微生物由来のポリ−３−ヒドロキシ酪酸エステル、ポリ乳酸や、合成によるポリカプロラクトン、ポリエチレンサクシネートやポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の二塩基酸ポリエステルなどを用いることができる。また、乳酸またはカプロラクトンと他のヒドロキシカルボン酸との共重合体を用いることができる。これらは単独であるいは複数を混合して用いられる。
【００１５】
基材３は、好ましくは、無機フィラーを含有する。無機フィラーにより、結晶性ポリエステルの結晶化速度を早くすることができる。言い換えれば、降温時、結晶性ポリエステルをより高い温度から結晶化させることができる。また、得られる成形体の剛性や耐熱性、耐加水分解性などを向上させることができる。無機フィラーは、特に限定されず、種々のものを使用できるが、例えば、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、合成ケイ酸、珪石粉などが好適である。結晶性ポリエステルとしてポリ乳酸を用いる場合は、タルクが好ましい。
【００１６】
成形基材中における細片状の成形材料と結晶性ポリエステルとの配合割合は、成形材料：ポリエステルの重量比が９５：５から５０：５０の範囲であることが好ましい。この範囲であると、結晶性ポリエステルによって細片状の成形材料どうしが良好に接着されるとともに、得られる成形体の重量の増大が抑制されている。また、材料コストの増加も抑制できる。より好ましくは、成形材料：ポリエステルの重量比は、９０：１０から７０：３０の範囲とされる。
【００１７】
また、結晶性ポリエステルと無機フィラーとの配合割合は、結晶性ポリエステル１００重量部に対して１〜３０重量部である。無機フィラーが１重量部より少ないと、好ましい程度の効果、特に結晶化速度が上昇しない（降温時の結晶化開始温度が高くならない）。一方、無機フィラーが３０重量部を超えると得られる成形体が脆くなりやすい。
【００１８】
シート部材５は、種々のシートであり、典型的には、表皮材や保護材などである。シート部材５は、加圧成形時に成形型に沿う柔軟性を有する部材とされ、好ましくは、熱によって軟化または溶融する部材とされる。具体的には、例えば、フィルム、不織布、織布、編布などである。また、発泡成形されたシートなどを備える多層シートや、植毛されているシート、あるいは、シボ等の凹凸模様を備えるシートでも良い。シート部材５は、綿、羊毛などの天然素材、合成樹脂材料やエラストマー材料、ゴム材料など種々の材質で構成できる。また、ポリエステルと相溶性を有しない材料、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィンでも良い。本実施形態のシート部材５は、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）よりなる表皮材７と、発泡成形されたポリオレフィン（ポリエチレンとポリプロピレンとの共重合体）よりなる発泡材９とで構成されている。
【００１９】
次に、積層成形体１を製造する一実施形態について説明する。なお、基材３に含有される細片状の成形材料はケナフ繊維材料であり、結晶性ポリエステルはポリ乳酸であるとする。
【００２０】
（成形基材の形成）
まず、ポリ乳酸（Ｌ体９５％以上）にタルクを１０重量部添加し、２００℃で、２軸押し出し機を用いて混合し、ペレットに形成する。そして、このペレットを繊維化してポリ乳酸繊維材料に形成する。
次に、所望の長さに切断されて粗く開繊したケナフ繊維材料とポリ乳酸繊維材料とを、７０：３０の割合で、公知の開繊方法で開繊して、所定の目付の集合体を形成する。開繊は、例えば、カード、フリース、エアレイなど公知の方法である。
【００２１】
集合体は、そのままでは各繊維がバラバラになりやすく、形状が保持されにくい。このため、好ましくは、集合体を加熱圧締や絡締して形状を安定化し、ハンドリングを向上させる。具体的には、ドラム圧縮やニードルパンチングなどをしてマット状に形成する。
また、好ましくは、この集合体を予備成形して成形基材１２（図２参照）とする。予備成形では、結晶性ポリエステルの溶融温度以上の温度（例えば、２１０℃）で集合体を加圧することで、板状の成形基材１２が得られる。
【００２２】
（加圧成形工程）
加圧成形工程では、成形基材１２を所定の形状に成形するとともに、シート部材５と成形基材１２とを積層状に配置して加圧成形する。
【００２３】
成形基材１２は、公知の形態で、成形型間に配置される。図２では、雄型２１の上に中間刃を備える支持部材２６で支持して所定の位置に配置している。成形基材１２は、典型的には、予め結晶性ポリエステルの溶融温度以上の温度（例えば２１０℃）まで加熱しておく。
【００２４】
また、シート部材５は、成形基材１２と同様、成形型間に種々の方法で配置できるが、好ましくは、図３に示すように、真空吸引して成形型面２４に沿わせる。真空吸着は、シート部材５を、予め加熱して成形型面２４に追従できる程度に軟化させ、次に、真空吸引用の成形型（雌型２３）のキャビティに配置して、吸引手段によって成形型面２４とシート部材５との間のエアを吸引する。
なお、成形型面２４にシボ模様形成用の凹凸形状を付与しておくことで、真空吸引によってシート部材５の表皮表面にシボ模様を転写することができる。加圧用の成形型でシボを転写することにより、加圧成形時にシボが潰れたり流れたりすることを回避できる。
【００２５】
加圧成形工程で用いられるプレス装置は、冷間プレスでも良いが、好ましくはホットプレスとされる。これにより、加圧成形時に成形型による冷却を抑制して良好な温度を保持でき、また加圧成形工程に後続して結晶化工程を連続的かつ効率よく進めることができる。
本実施形態では、ホットプレスを用い、図２に示す雄型２１及び図３に示す雌型２３の両方を約１００℃に加熱して、図４に示すように成形基材１２とシート部材５とを成形型２０で型締めする。成形基材１２を結晶性ポリエステルの溶融温度以上に予め加熱しておくため、型締めによってそのままポリエステルの溶融温度以上の温度で加圧成形できる。加圧成形により、成形基材１２は所定の形状となる。また、ポリ乳酸繊維材料は溶融状態となり、ケナフ繊維材料間や、シート部材５と成形基材１２との間などの隙間に浸透する。
【００２６】
（結晶化工程）
結晶化工程では、溶融または軟化状態の結晶性ポリエステルを結晶化させる。
結晶化では、結晶性ポリエステルが結晶化可能な温度で所定時間だけ成形基材１２及びシート部材５を積層状態に保持する。結晶化は、より高温で行われる加圧成形工程の後、所定の温度まで冷却して所定時間保持したり、所定の時間をかけてゆっくりと冷却したりすることで行うことができる。結晶化は、結晶性ポリエステルにおける結晶構造の存在割合が１０％を超えるように行うことが好ましく、結晶構造がより多いことが接着性の観点で好ましい。より好ましくは、ほぼ完全に進行させる。例えば、タルクを１０重量部含有するポリ乳酸では、ほぼ完全に結晶化することで、結晶化度が約５０％となる。
【００２７】
結晶化工程は、結晶化付近の温度の成形型内に成形体を保持することで行われることが、好ましい。成形型の温度は、具体的には、降温時、すなわち融解状態から結晶状態へ向かうときの結晶化温度±２０℃であることが好ましい。例えば、結晶性ポリエステルとして結晶化温度１０５℃のポリ乳酸を含む成形材料を成形する場合、成形型は８５℃〜１２５℃であることが好ましく、同じポリ乳酸を含有し、タルクが付与されて結晶化温度が１２５℃になっている成形材料を成形する場合、成形型は１０５〜１４５℃であることが好ましい。なお、成形性および熱による成形体の損傷などを考慮すると、１０５℃〜１２５℃が好ましい。
【００２８】
本実施形態では、型締めした成形型２０を１００℃に保った状態（図４の状態）で、成形基材１２およびシート部材５を約３０秒間保持することでポリ乳酸を結晶化させる。なお、成形基材１２およびシート部材５を約８０℃に保持して結晶化する場合、約５分間保持することで、ポリエステルをほぼ完全に結晶化させることができる。
【００２９】
結晶化工程後、所定の温度まで冷却し、また、適宜所定の形状に裁断などすることで、シート部材５が積層一体化された積層成形体を得ることができる。
【００３０】
この製造方法では、従来と同様に成形基材１２とシート部材５と積層状に配置して加圧成形した後、冷却時に温度を制御することによって結晶性ポリエステルを結晶化させることで、結晶性ポリエステルによってシート部材を一体化できる。結晶性ポリエステルの結晶構造を利用してシート部材５を固着することにより、このポリエステルとシート部材５との相溶性などを考慮することなく積層成形体を製造できる。
【００３１】
すなわち、結晶化工程では、軟化状態のシート部材５は、成形基材１２側の面が、成形基材１２の表面の細片状の成形材料による凹凸形状（粗面）に追従している。したがって、ポリ乳酸は、シート部材５側に突出して結晶化する。その後、積層成形体を冷却してシート部材５を固化することで、ポリエステルの結晶体がシート部材５に食い込んだ構造となり、シート部材５は基材３に一体化する。本実施形態のように、シート部材と成形基材とを加圧した状態で結晶化工程を行うことにより、結晶性ポリエステルをシート部材に浸入した状態に良好に結晶化できる。
また、ポリエステルを成形体の離型前に結晶化させることで、基材の離型性を向上させることができ、また、冷却時の変形を良好に低減できる。
【００３２】
また、シート部材５が基材３の構成成分であるポリエステルの結晶体によって一体化されている積層成形体１では、上記ポリエステルと相溶性を有しない熱可塑性、または熱軟化性のシート部材が良好に一体化されている。また、結晶化ポリエステルが結晶化していることにより、積層成形体１の、特に基材３の耐熱性が向上されている。無機フィラーが混合されている基材３では、耐熱性がより向上されている。
また、結晶性ポリエステルと相溶性を有しないシート部材５が積層された積層成形体１は、結晶性ポリエステルの結晶化温度以上に加熱することで、容易にシート部材５と基材３とを分離することができ、効率よく資源回収できる。
【００３３】
また、結晶性ポリエステルと細片状材料とが生分解性の高い材料、例えば、ポリエステルとしてポリ乳酸系ポリエステル、細片状の成形材料としてケナフ繊維材料が用いられている基材３は、良好な生分解性を有している。また、積層成形体１は、ポリエステルと相溶性を有しないポリプロピレン製の表皮材などが、生分解性のより低いバインダや接着剤を用いずに積層一体化されており、生分解性の低下が抑制されている。また、結晶化ポリエステルが結晶化しているため、加水分解性が低下しており、耐劣化性に優れる生分解性積層成形体となっている。無機フィラーが混合されている積層成形体では、耐劣化性がより向上されている。
【００３４】
なお、積層成形体１は、および上記実施形態によって製造される積層成形体は、ドアトリムに限定されず、ポリオレフィンやフェノール樹脂などのバインダを用いて成形されていた従来の積層成形体と同様の用途に用いることができる。例えば、車両の他の内装材や建築で利用される化粧板などに利用できる。また、生分解性の高い積層成形体は、土中に埋め込んだり屋外に劣化するまで放置される器材の一部または全体として好適に利用できることが期待される。
【００３５】
また、本発明にかかる成形体の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。結晶性ポリエステルは、液体状や粉状に調製し、細片状の成形材料に、塗布、吹き付け、含浸、注入など所望の方法によって付与しても良い。この方法では、好ましくは、細片状の成形材料の集合体または予備成形された集合体（成形基材）に結晶性ポリエステルを付与する。特に、結晶性ポリエステルを水系ディスパージョンに調製することにより、結晶性ポリエステルに適度な流動性を付与でき、より少ない結晶性ポリエステルで良好に積層成形体を製造することができる。
また、成形基材の成形方法は、特に限定されず、本実施形態の工程の１以上を省略したり、異なる工程を追加したりしても良いことはもちろんである。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
ケナフ繊維を開繊して得られるケナフ繊維材料と、ポリ乳酸（Ｌ体９５％以上）にタルク１０重量部を添加して２００℃にて混練し、ペレットに形成後、開繊したポリ乳酸繊維材料とを重量比７０：３０の割合で開繊装置で混合し、マット状に成形後、内部温度が２１０℃となるように加熱して圧縮し、成形基材を得た。
次に、ポリプロピレン製の表皮材とポリエチレンとポリプロピレンとの共重合体より成るポリオレフィンを発泡成形した発泡層とを備えるシート部材を約１５０℃に加熱し、約１００℃に加温した成形型の雌型に真空吸引した。
次に、成形基材を内部温度が２１０℃となるように加熱して、上記１００℃に加温した成形型に導入して、約３０秒間、型締めし、積層成形体を得た。この積層成形体の結晶化度をＤＳＣ（示差走査熱量計）によって測定したところ、ほぼ４０％であり、ほぼ１００％結晶化していた。
この積層成形体は板厚２．３ｍｍであった。
この積層体をＬ＝１５０ｍｍ、Ｗ＝５０ｍｍに切断し、オートグラフＡＧ−１（（株）島津製作所製）を用いて曲げ弾性率および曲げ強度を測定した。この結果を図５，６に示す。
【００３７】
（比較例１）
実施例１と同様の材料を用いて同様の方法により作成した成形基材と、同様の表皮材とを冷間プレスを用いて約３０秒間型締めし、積層成形体を得た。
この積層成形体の結晶化度を実施例１と同様に測定したところ、ポリエステルの結晶化度は１０％未満であった。
この積層成形体について、同様に、曲げ弾性率および曲げ強度を測定した。結果を図５，６に示す。
【００３８】
（比較例２）
ケナフ繊維を開繊して得られるケナフ繊維材料と、ポリプロピレンの繊維材料とを重量比７０：３０の割合で開繊装置で混合し、マット状に成形後、内部温度が２１０℃となるように加熱して圧縮し、成形基材を得た。
次に、実施例１と同様のシート部材を、同様の方法で真空吸引し、成形基材を内部温度が２１０℃となるように加熱して、冷間プレスを用いて約３０秒間、型締めし、積層成形体を得た。この積層体について、同様に、曲げ弾性率および曲げ強度を測定した。結果を図５，６に示す。
【００３９】
図５，６に示すように、曲げ弾性率および曲げ強度のいずれにおいても、２０〜８０℃の温度範囲では、実施例１は、比較例２よりも高い値を示した。このことから、結晶化しているポリエステルをバインダとするケナフ繊維ボードは、ポリプロピレンをバインダとする従来のケナフ繊維ボードを超える曲げ弾性率および曲げ強度を有していることが明らかとなった。また、実施例１は、ポリエステルがあまり結晶化していない比較例１と比較して、温度による曲げ強度および曲げ弾性率の変化が小さく、安定しており、また高温においても良好な曲げ弾性率および曲げ強度を有していることが明らかとなった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、生分解性を備える接着性材料によって積層一体化できる積層成形体を製造する方法を提供することにより、接着性材料による生分解性の阻害が抑制された積層成形体を得ることができる。
また、生分解性を備える接着性材料によって積層一体化された積層成形体を提供することにより、積層成形体の生分解性が接着性材料によって阻害されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層成形体の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】加圧成形型に成形基材を配置したようすを示す断面図である。
【図３】加圧成形型にシート部材を真空吸引したようすを示す断面図である。
【図４】加圧成形のようすを示す断面図である。
【図５】実施例及び比較例の曲げ弾性率を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例の曲げ強度を示すグラフである。
【符号の説明】
１  積層成形体
３  基材
５  シート部材
７  表皮材
９  発泡材
１２  成形基材
２０  成形型
２１  雄型
２３  雌型
２４  成形型面
２６  支持部材
【図１】
2004155056.tif 000003
【図２】
2004155056.tif 000004
【図３】
2004155056.tif 000005
【図４】
2004155056.tif 000006
【図５】
2004155056.tif 000007
【図６】
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