(57)【要約】【課題】これまでの植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料の耐熱性、機械的な強度を更に向上すると共に、混入時の困難な課題を改善して、植物耐炎繊維と生分解性樹脂からなる複合材料を提供する。【解決手段】繊維状にした植物を不活性雰囲気中で熱焼成することを特徴とする植物耐炎繊維と生分解性樹脂からなることを特徴としている。本発明においては、植物耐炎繊維を生分解性樹脂に混入し、複合材料にする。植物繊維を混入すると植物繊維の持つ水分で、生分解性樹脂が加水分解を起こして分子量が低下してしまうが、植物耐炎繊維であれば母材となる樹脂に悪影響を及ぼすことなく、通常行われているのと同じ方法で樹脂に混入しペレット状にできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維化した植物を加熱炉で熱焼成することを特徴とする植物耐炎繊維を樹脂に混入した複合材料。
【請求項２】
植物耐炎繊維が、不活性雰囲気の中で熱焼成して得られる請求項１記載の複合材料
【請求項３】
混入する樹脂が生分解性樹脂である請求項1又は2記載の複合材料
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維化した植物を不活性雰囲気の加熱炉において熱焼成することを特徴とする耐炎繊維と生分解性樹脂からなる複合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生分解性樹脂に天然繊維を強化繊維として加えることは、近年、環境問題がクローズアップされるようになってから多くなってきた。しかしほとんどの場合は、粉砕若しくは裁断した植物繊維をそのまま使用しているゆえに、期待されていたほどの耐熱性はなかった。
【０００３】
さらに竹は表面の構造上母材となる樹脂分をはじく性質を持っているため、乾燥するだけでは、樹脂との複合材料を作る際に分散が妨げられてしまい、うまく混入することができなかった。
【０００４】
樹脂に混入される強化繊維としては、一般にガラス繊維が使用されているが、生分解性樹脂のなかに混入すると、ガラス繊維だけが分解せずに残ってしまうことが問題となっていた。
【０００５】
ポリアクリルニトリルや石油石炭からとれるピッチを繊維化し、特殊な高温熱処理を施して炭化した炭素繊維若しくは耐炎繊維を生分解性樹脂に混入すると、機械的強度、耐熱性は飛躍的に向上するものの、分解しないうえ化石燃料を大量に消費することが懸念されていた。さらにこの炭素繊維若しくは耐炎繊維を使用して生分解性樹脂との複合材料を得る場合、コストと市場が必ずしも両立しないため、実用化が妨げられていた。
【０００６】
【特許文献１】特開2005-029601
【特許文献２】特開2005-035134
【特許文献３】特開2005-060556
【特許文献４】特開2005-105245
【特許文献５】特開2005-75836
【０００７】
これらの従来技術においては、粉砕若しくは裁断した繊維をそのまま使用している。ゆえに期待されていたほどの耐熱性がなかった。また植物繊維が吸湿しているため、母材となる生分解性樹脂が加水分解して、分子量の低下を招き、機械的強度が低下してしまうことが問題となっていた。加えて樹脂に混入する際、天然繊維が熱で焼けたり、焦げたりして概観が損なわれることがあった。
【０００８】
天然繊維を混入して樹脂の機械的な強度を向上させるためには、繊維の分散が良くなければならない。しかし植物繊維を定量的かつ一定量ずつ樹脂に混入することはこれまで非常に困難であった。さらにそれが要因となり、物性試験の結果にばらつきがでてしまい評価が難しかった。
【０００９】
文献5には竹を炭化する際の条件、炭化した竹繊維が混入された複合材料が、引っ張り強度、引張り弾性率等の機械的な強度を向上させることが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような複合材料に第1に、耐熱性を向上すること、第2に、混入時に母材の樹脂の加水分解による分子量の低下を防ぐことと共に、従来の植物繊維を使用した生分解性樹脂との複合材料よりも、繊維を生分解性樹脂へ混入をしやすくすること、第3に、機械的な強度を向上させること、第4に分散状態を良いものにすることに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による複合材料は、上記の課題を解決するために、繊維状にした植物を不活性雰囲気中で熱焼成することを特徴とする植物耐炎繊維と生分解性樹脂からなることを特徴としている。この複合材料は、粉砕若しくは裁断したケナフ、麻、ジュード、竹などの繊維の中の１種類以上の植物耐炎繊維と、生分解若しくは加水分解した後に生分解することを特徴としたポリ乳酸系、脂肪族ポリエステル系、芳香族ポリエステル系、でんぷん系、セルロース系の樹脂等の樹脂の中から１種類以上を母材とする。
【００１２】
本発明における複合材料は、植物耐炎繊維を樹脂に混入する。混入される植物耐炎繊維は植物繊維よりも耐熱性が優れている。ゆえに従来の植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料に比べて耐熱性が向上する。この複合材料は、混入する繊維が植物耐炎繊維であるので、これまでのように植物繊維を混入していたために起こる母材となる樹脂の加水分解、さらにそれが原因で生じる分子量の低下を防ぐことができる。ゆえに通常ガラス繊維などを混入する際に行われているのと同じ方法で樹脂に混入し、ペレット状にすることができる。さらにこの複合材料は従来の植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料に比べて、機械的な強度が向上する。それは植物耐炎繊維が植物繊維よりも機械的な強度が優れているためであり、植物耐炎繊維が混入された複合材料も同じように機械的な強度が向上する。加えてこの複合材料は、混入される植物耐炎繊維が植物繊維よりも分散しやすい特徴があるゆえに、これまでの植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料に比べて分散状態が良好となる。
【発明の効果】
【００１３】
この複合材料は、従来の植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料に比べて耐熱性が向上する。なぜなら混入される植物耐炎繊維が、植物繊維よりも、炭化しているゆえに耐熱性が優れているからである。通常の植物繊維は樹脂の融解温度である約２００℃の熱が加わると、焼けてしまったり、焦げてしまったりする。しかし使用する植物耐炎繊維は、不活性雰囲気中で３００℃ないしは７００℃にて熱焼成しているゆえに状態、形状、性質等の変化が起こらないのである。さらに樹脂との複合材料としたとき、母材となる生分解性樹脂の融解温度よりも分解温度が高いことから耐熱性が向上する。
【００１４】
また本発明における複合材料は、母材となる生分解性樹脂の加水分解、さらにそれに起因する分子量の低下を防ぐことができる。その理由は植物耐炎繊維の飽和水分率が通常の植物繊維よりも低いからである。また樹脂に混入する際、繊維が吸湿している水分率を通常の植物繊維よりも、効果的に低下させることができるからである。それは使用する繊維を炭化していることに由来しているが、乾燥を１００℃ないしは２００℃の温度条件で行っても繊維の性質等に変化及ぼすことなく、また繊維の外観を損なわずに速やかに乾燥し水分率を低下させることができるのである。ゆえに本発明での複合材料を作る際、樹脂に混入する工程を、これまでの植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料よりも平易に行うことができる。それは通常ガラス繊維などを混入する際に行われているのと同じ方法で樹脂に混入し、ペレット状にすることである。従来植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料をこの方法で造ると、植物繊維が保持している水分が母材となる生分解性樹脂を加水分解させたり、それが原因で機械的強度が低下したりして問題となっていた。しかしその原因である混入する繊維が保持している水分率を低下させ、母材に影響を及ぼさない程度に抑えることができる。また複合材料を作る際、植物繊維に柔軟性があるために、定量的に切り出して樹脂に混入することが困難であった。しかし植物耐炎繊維は、通常の植物繊維よりも硬くなるために、定量的に切り出し、樹脂に混入することが容易に行えるようになった。
【００１５】
さらにこの複合材料は、これまでの植物繊維と生分解性樹脂からなる複合材料よりも、機械的な強度が向上する。なぜなら使用する植物耐炎繊維が植物繊維よりも機械的な強度が優れているためであり、混入した複合材料も同じように機械的な強度が向上する。通常植物繊維は柔軟であるが、それを炭化することによって硬化させ、繊維の機械的な強度を上げることができるからである。ゆえに複合材料にしたときに機械的な強度が向上するのである。
【００１６】
加えてこの複合材料は、生分解性樹脂に混入されるガラス繊維、若しくは化石燃料から作られる炭素繊維若しくは耐炎繊維だけが分解せずに残ってしまうという問題を解決することができる。化石燃料から作られる炭素繊維若しくは耐炎繊維と生分解性樹脂からなる複合材料は、コストがかかるために実用化が妨げられていたが、この植物耐炎繊維を使用することにより原料が安価になること、生産が容易になるといったことからコストが下がり、実用化が可能になるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
複合材料に使用される植物耐炎繊維であるが、0.001μm〜100mm程度に粉砕若しくは裁断し繊維状にした植物をセラミック製の容器に入れ密閉し、加熱窯に収容して無酸素熱風を供給し酸素の濃度が0％から20％の雰囲気下で200〜900℃まで加熱し、1時間〜240時間温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
炭化した後に粉砕すると、細かくなりすぎて、繊維を作ることが難しくなることから、先に任意の長さに粉砕もしくは裁断することが望ましい。この方法により繊維自体の強度も保持することができる。
また粉砕若しくは裁断の程度により任意にその形状が変えられるので、様々な加工品に混ぜることができる耐炎繊維を製造できる。
【００１８】
上記の方法により製造されるケナフ、麻、ジュード、竹など中からの1種類以上の植物耐炎繊維と、生分解することを特徴としたポリ乳酸系、脂肪族ポリエステル系、芳香族ポリエステル系、でんぷん系、セルロース系の樹脂等の中から1種類以上の樹脂に混入し、複合材料にする。従来天然繊維と生分解性樹脂との複合材料には困難であったコンパウンドにより、生分解性樹脂に植物繊維を混入しペレット状にすることができる。
【実施例１】
【００１９】
長さ2mm程度に粉砕したケナフを、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉の中に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し約600℃まで加熱し、5時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例２】
【００２０】
2mm程度に裁断した竹を、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し600℃まで加熱し、5時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例３】
【００２１】
2mm程度に粉砕した藁を、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し600℃まで加熱し、4時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例４】
【００２２】
ケナフ、竹、藁を熱焼成した後に粉砕して繊維にしようとの方法も試みた。熱焼成した後に粉砕すると粉々になりすぎてうまくいかなかった。
【実施例５】
【００２３】
実施例1，2，3で得られた耐炎繊維を株式会社マックサイエンス社製示差天秤（TG−DTA）TAPS2000Sで、温度的な観点で見た、耐熱試験を行った。試験条件は次の通りである。室温から毎分20℃ずつ、500℃まで温度を上げてゆく。試験結果は表１の通りであった。単位は℃で、表1記載の温度は、各繊維の分解開始温度を指している。
〔表1〕：繊維の温度的な観点から見た耐熱試験結果
2007161827.tif 000002
【実施例６】
【００２４】
実施例1，2，3で得られた耐炎繊維を株式会社マックサイエンス社製示差天秤（TG−DTA）TAPS2000Sで、耐熱試験を行った。試験条件は次の通りである。室温から毎分50℃ずつ360℃まで温度を上げて、360℃を30分間保持する。雰囲気は活性ガスで、試験結果は表2の通りであった。粉砕若しくは裁断した熱焼成していない繊維はいずれもすぐに燃えてしまった。
〔表2〕：繊維の時間的な観点から見た耐熱試験結果
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【実施例７】
【００２５】
上記の方法で生産されたケナフ耐炎繊維を、生分解する特徴を持つ芳香族ポリエステルに以下の比率により混入した。なお物性、耐熱性を比較、評価することから生分解性を特徴とする芳香族ポリエステルにガラス繊維を混入したもの及び強化繊維を含まないサンプルを共に作った。なお表示数値は％である。
〔表3〕:生分解性芳香族ポリエステルと植物耐炎繊維からなる複合材料の組成表
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【００２６】
いずれの複合材料も、通常の樹脂への混入に使用される方法により行ったが、樹脂が加水分解してしまい混入できないとか、繊維が焦げたり、焼けたりするトラブルもなかった。分散もたいへん良い状態であった。