(57)【要約】【課題】導電性を有する第三成分を添加することなく、また煩雑な製法を用いることなく、比較的簡易な方法で製造することができる高分子複合材料用帯電防止剤を提供する。【解決手段】高分子複合材料用帯電防止剤は、熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さず、３００〜４００℃の温度範囲にピークを有する竹粉末からなる。竹粉末は、長軸径が１０００μｍ以下の粉末を８０質量％以上含有し、または平均アスペクト比が５以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さず、３００〜４００℃の温度範囲にピークを有する竹粉末からなる高分子複合材料用帯電防止剤。
【請求項２】
前記竹粉末が、長軸径が１０００μｍ以下の粉末を８０質量％以上含有することを特徴とする請求項１記載の高分子複合材料用帯電防止剤。
【請求項３】
前記竹粉末の平均アスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の高分子複合材料用帯電防止剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子複合材料用帯電防止剤と高分子材料を、１０：９０〜８０：２０の質量比で配合した組成物から成形されることを特徴とする高分子複合材料。
【請求項５】
前記高分子材料が熱硬化性樹脂のプレポリマーまたは熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項４記載の高分子複合材料。
【請求項６】
表面抵抗率が１０１４Ω／□未満であることを特徴とする請求項４または５に記載の高分子複合材料。
【請求項７】
溶融成形法を用いて成形することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の高分子複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竹粉末の利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石資源の枯渇が懸念されるようになり、再生可能資源であるバイオマスへの希求が高まってきている。
植物由来のバイオマスは、セルロース繊維を組織構造の主成分として有しており、そのセルロース繊維の強度は極めて高く、従来からの繊維やロープなどの分野だけでなく、一般工業材料としての利用可能性を十分に秘めている（非特許文献１参照）。
このセルロース繊維を高分子材料の繊維強化材料として利用し、高分子材料の強度向上のみならず、バイオマスの利用率の向上にも役立てようとする取り組みが、自動車産業などで進んでいる。しかしながら、現状では、バイオマスから繊維構造成分を取り出すには、幾段階もの物理的および化学的処理を経ることが必要である。また、高分子材料との複合体である高分子複合材料（バイオマス強化コンポジット）は、化石資源由来の材料と比べて、必ずしも明確な優位性を持った性能や機能を発現しているとは言い難い。
【０００３】
バイオマス強化コンポジットの利用展開において、住宅や自動車、家電、ＩＴ機器などの部材としての利用が検討されている。これらの一般工業製品用部材への展開においては、繊維強化による機械的強度のみならず、意匠性や帯電防止性が求められている。
【０００４】
工業製品のなかでも、高分子材料を用いた部材の意匠性は極めて多種多様である。その理由は、高分子材料の優れた溶融成形性にあり、複雑な形状の部材を正確に効率的に大量生産できる点にある。この溶融成形性は、高分子材料、とりわけ熱可塑性樹脂の溶融流動性に依存しており、バイオマスなどの不融成分、特に繊維状の不融成分の共存は、この溶融成形性を著しく減退させる作用を持っている。したがって、高分子材料の持つ優位点である溶融成形性を損なうことなく、バイオマスの導入を図る方法の技術開発が活発に検討されている。
【０００５】
高分子材料の帯電防止については多くの技術が開示されている。帯電とは、物体が電気を帯びる現象である。別の物体から電子を奪った場合には負に帯電し、逆の場合は正に帯電する。帯電したまま動かずにいる電気を静電気という。静電気はほこりの吸着、繊維製品や頭髪などの傷み、また放電による電子機器の破損、火災や爆発の危険など悪影響が大きいので、積極的な除去を必要とする。
導電性の低い物品は、帯電すると静電気を生じるが、すぐに放電すれば静電気を帯びた状態を解消することができる。導電性を高めることによって部材が静電気を帯びるのを防ぐために帯電防止剤が広く用いられる。
高分子材料へ帯電防止性を付与する技術としては、帯電防止剤を用いるものとして、１）金属粉、カーボンブラック等の導電性物質を混入する方法、および、２）界面活性剤の一種である帯電防止剤を塗布又は混入する方法があり、また帯電防止剤を用いないものとして、３）プラズマ処理等により表面を親水化する方法等がある。
【０００６】
帯電しやすい合成樹脂成形体では、安価で比較的効果が高い１）または２）の方法が多く用いられている。たとえば、１）および２）を組み合わせた方法として、熱可塑性樹脂を主体とする合成樹脂部材に、第四級アンモニウム塩系帯電防止剤とハロゲン化アルカリ金属塩を混練する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、合成ゴムに導電性酸化亜鉛とカチオン系帯電防止剤を混練する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【０００７】
ここで、１）の方法は、導電性物質同士が高分子材料内で接触している必要があるため、粉体の導電性物質であれば大量に混入させる必要があり、コストアップのみならず合成樹脂成形体本来の機械的および化学的物性を損なう場合がある。
また、２）の方法は、空気中の水分を吸着することで電荷の拡散漏洩を早めることを原理としているが、高分子材料表面に塗布した場合には、表面を拭き取る、または、洗浄すると効果がなくなってしまう場合がある。また、高分子材料に混入する場合には、高分子材料との相溶性が悪いと均一に混ざらず、逆に相溶性が良いと表面に浸出しにくく、水分吸着力が発揮されない場合がある。
【０００８】
３）の方法については、合成樹脂プレートの表面をグロー放電プラズマ処理し、つづいて導電性塗料を塗布・乾燥・硬化し導電層を形成する方法が開示されている（特許文献３参照）。しかし、３）の方法は特殊な処理装置を用いた煩雑な処理を必要とし、汎用的に用いることは難しい。
【０００９】
高分子材料にバイオマスを導入したバイオマスコンポジットにおいても、帯電防止性や導電性を向上させる技術が開発されている。
例えば、合成繊維に比べて、含水量が高いために帯電奉仕効果を発現できるという天然繊維の特性を利用し、天然繊維と木質粒を混合した木質粒繊維樹脂複合板の製造方法が開示されている（特許文献４参照）。しかし、含水量の高い天然繊維を用いることが必須であるとともに、プロセスオイルの浸透、樹脂とのブレンド、さらに脱油という手間のかかる工程を必要とする。
また、例えば、木粉等の木質系充填剤の表面に、予め真空蒸着法又はスパッタリング法等により、金属又は導電性の無機化合物の薄膜を形成し、導電性を付与する技術が開示されている（特許文献５）。しかし、真空蒸着やスパッタリングという方法は特殊な装置を用いた煩雑な処理を必要とし汎用性に問題がある。
また、例えば、木材や竹等のバイオマス原料を加熱処理し、油性溶液を除去し、乾燥した後、さらに、グラファイト組織形成処理温度で高温焼成する技術が開示されている（特許文献６参照）。バイオマス原料をグラファイト化することで導電性が得られるとされている。この技術は、導電性を有する第三成分の添加や被覆を必要としない点で優れているといえるが、高温焼成する工程が煩雑であり、また、製造時のバイオマス原料のロスも大きいと思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２４１９号公報
【特許文献２】特開平１０−３３０５４３号公報
【特許文献３】特開平１０−１０１８２４号公報
【特許文献４】特開２００８−１９４９９８号公報
【特許文献５】特開２００５−７５８８３号公報
【特許文献６】特開２００９−１９０８０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】T. Nishino, I. Matsuda, K. Hirao, Macromolecules, 第37巻, 7683頁-7687頁 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、比較的簡易な方法で製造することができ、高分子材料と複合したときに電気抵抗が小さくて単独で帯電防止効果に優れる高分子複合材料を得ることができるバイオマス原料がない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る高分子複合材料用帯電防止剤は、熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さず、３００〜４００℃の温度範囲にピークを有する竹粉末からなる。
【００１４】
また、本発明に係る高分子複合材料用帯電防止剤は、好ましくは、前記竹粉末が、長軸径が１０００μｍ以下の粉末を８０質量％以上含有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る高分子複合材料用帯電防止剤は、好ましくは、前記竹粉末の平均アスペクト比が５以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る高分子複合材料は、上記の高分子複合材料用帯電防止剤と高分子材料を、１０：９０〜８０：２０の質量比で配合した組成物から成形されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る高分子複合材料は、好ましくは、前記高分子材料が熱硬化性樹脂のプレポリマーまたは熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る高分子複合材料は、好ましくは、表面抵抗率が１０１４Ω／□未満であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る高分子複合材料の製造方法は、溶融成形法を用いて成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る高分子複合材料用帯電防止剤は、熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さず、３００〜４００℃の温度範囲にピークを有する竹粉末からなるため、導電性を有する第三成分を添加することなく、また煩雑な製法を用いることなく、比較的簡易な方法で製造することができ、高分子材料と複合したときに電気抵抗が小さく帯電防止効果に優れる高分子複合材料を得ることができる。
また、本発明に係る高分子複合材料は、上記の高分子複合材料用帯電防止剤と高分子材料を、１０：９０〜８０：２０の質量比で配合した組成物から成形されるため、電気抵抗が小さく帯電防止効果に優れる高分子複合材料を得ることができる。
また、本発明に係る高分子複合材料の製造方法は、溶融成形法を用いて成形するため、竹の中のヘミセルロース成分が分解して生成する臭気成分の発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施例で製造した竹粉末を分級した後の２３５メッシュパス成分の光学顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、実施例で製造した竹粉末を分級した後の２３５〜１４０メッシュ間成分の光学顕微鏡写真を示す。
【図３】図３は、実施例で製造した竹粉末を分級した後の２３５メッシュパス成分の長軸径分布を示す。
【図４】図４は、実施例で製造した竹粉末を分級した後の２３５〜１４０メッシュ間成分の長軸径分布を示す。
【図５】図５は、実施例で製造した竹粉末を分級した後の２３５メッシュパス成分と２３５〜１４０メッシュ間成分の２種類の竹粉末、および水蒸気処理前の竹の熱重量減少の微分曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００２３】
まず、本実施の形態例に係る高分子複合材料用帯電防止剤について説明する。
本実施の形態例に係る高分子複合材料帯電防止剤（以下、これを単に帯電防止剤ということがある。）は、竹粉末からなる。竹粉末は、熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さず、３００〜４００℃の温度範囲にピークを有する。
【００２４】
本実施の形態例に係る帯電防止剤に用いる、バイオマス（バイオマス原料）である竹は、高温で分解する成分である植物由来のセルロース繊維、より低温で分解するヘミセルロース、および広い温度範囲で分解するリグニンを主成分として含有する。竹は、均質で大量に存在し、剛性に優れた繊維質成分が多い。
竹は、広義には、イネ目イネ科タケ亜科のうち、木本のように茎が木質化する種の総称である。日本に生育する竹は６００種あるといわれており、そのうちの代表的なものとして、マダケ、モウソウチク(孟宗竹)、ハチク等が挙げられる。
本実施の形態において用いる竹の種類を限定するものではない。また、本実施の形態において、竹とは幹、枝、葉、および根からなる総体的なものを意味するが、とりわけ、セルロース繊維成分が豊富な維管束鞘を大量に含む幹部が好適である。
竹は、その主要な構成成分として、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンからなる。ヘミセルロースはセルロースとリグニン、あるいはセルロース同士を結合させる接着剤の役割を担っている。このヘミセルロースは、例えば、生竹粉末を高分子材料にブレンドして高温で成形した際、分解生成物、いわゆる竹酢液成分が揮発し、ブレンド体の物性を低下させるのみならず、臭気による作業環境の悪化を引き起こす。
【００２５】
本実施の形態例に係る帯電防止剤に用いる竹粉末の熱重量減少の微分曲線は、熱重量分析装置（Thermal Gravimetrical Analyzer）を用い、窒素中で１０℃／分の昇温速度で測定した熱重量曲線を機械的に微分することで測定することができる。
１８０〜３２０℃の温度範囲のピークは、ヘミセルロースの分解に基づくものである。竹粉末がこの温度範囲に実質的にピークを有さないということは、竹粉末が実質的にヘミセルロースを含まないか、あるいはヘミセルロース含量が熱重量分析装置の検出限界以下であることを意味する。これにより、上記したように、竹粉末を高分子材料にブレンドして高温でコンポジットを成形した際、最初に分解してコンポジットの物性を低下させるおそれや、その揮発した分解生成物の臭気が作業環境の悪化を引き起こすおそれが軽減される。
一方、３００〜４００℃の温度範囲のピークは、セルロースの分解に基づくものである。竹粉末がこの温度範囲にピークを有するということは、竹粉末がセルロースを含むことを示している。これにより、ヘミセルロースを含む場合に生じうるコンポジット成形時の不具合を生じることなく、コンポジットの強度を向上させる骨材として竹粉末を好適に用いることができる。なお、竹粉末中のセルロースの含有量は、原材料である竹の種類や竹の部位によって若干異なる。たとえば孟宗竹の場合、その幹部の組成は、セルロースが約５０％であり、ヘミセルロースとリグニンがそれぞれ２５％程度であることが知られている。
本実施の形態例に係る帯電防止剤として用いる竹粉末はセルロース成分に富み、ヘミセルロース成分が熱重量分析装置の検出限界以下にまで減少している。
【００２６】
竹粉末は、短繊維状である。
竹粉末は、長軸径が１０００μｍ以下の粉末を８０質量％以上含有することが好ましく、９５質量％以上含有することがより好ましい。さらにまた、２５０μｍ以下の粉末の含有量が９０質量％以上であることがより望ましい。
ここで長軸径とは、竹粉末粒子の最大径、すなわち、粒の外側輪郭線上の任意の２点を、その間の長さが最大になるように選んだ時の長さをいい、繊維状粒子の場合、長軸方向の長さ、すなわち繊維長をいう。長軸径が所定の範囲内にある粉末の質量比率は、倍率を調整可能な顕微鏡観察で得られた１ｃｍ×１ｃｍ画像中の繊維について直接測定し、繊維長と質量が実質的に比例関係にあることに基づいて、繊維長の累積頻度％を測定して、これを質量％と置き換える方法により得る。
なお、長軸径が所定の範囲内にある粉末の質量比率の概略値は、篩い分け法により簡便に得ることもできる。
竹粉末はそれ自体が不融性であるため、高分子材料とのコンポジットを溶融成形する時に流動性を阻害するおそれがあり、射出成形においては特に高い流動性が要求される。竹粉末の長軸径分布を上記の範囲とすることで溶融時の流動性が確保される。
【００２７】
竹粉末は、平均アスペクト比が５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、１５以上であることがさらに好ましい。平均アスペクト比の上限は特にないが、例えば最大１００程度あれば十分である。
ここでアスペクト比は、長軸径／短軸径の比として表わされる。長軸径／短軸径の比は、繊維長／繊維径の比といってもよい。アスペクト比が大きいということは、より細長い繊維状の形態であることを意味している。平均スペクト比が所定の範囲内にある粉末の質量比率は、上記した長軸径が所定の範囲内にある粉末の質量比率の測定方法に準じて測定する。
【００２８】
一般に、バイオマス中のセルロース成分は繊維状の形態をとる。そのため、分級操作により得られる長軸径の大きいバイオマス粉末は、セルロース由来の繊維状成分をより多く含んでおり、アスペクト比が大きい。アスペクト比が大きいバイオマス粉末である竹粉末は、高分子材料とともに溶融成形された際に、強化繊維としての機能を発現することができる。さらに、繊維同志の接触が起こり易く、結果として帯電防止性能をより向上させることができる。優れた帯電性能を発現するためには、平均アスペクト比が５以上であることが好ましく、１０以上であることがさらに好ましい。
【００２９】
以上説明した本実施の形態例に係る帯電防止剤は、高分子材料が帯電するのを抑制する働きを持っている。
このため、好適には、高分子材料とコンポジット化することにより、高分子材料単独の場合に避けられない帯電性を軽減する効果を得ることができる。また、このとき、フィラーとして強度向上効果を併せ持つ。
帯電防止剤の性能は導電率でおおむね評価することができ、例えば金属粉末や無機粉末であれば、展性や可塑性を若干でも持っていれば、加熱圧縮によって容易に導電率を測定することができる。しかし、竹粉末の場合、可塑性を持たないので、導電率を適切に、再現性よく測定することは非常に難しい。このため、帯電防止剤である竹粉末を高分子材料に配合して得るコンポジットの表面抵抗率等を測定することで、帯電防止性能を評価する。
【００３０】
帯電防止の性能は、通常、電気の通しやすさの指標である体積抵抗率や表面抵抗率と、帯びた電気量が半分になる時間を示す半減期の２種類で評価される。体積抵抗率や表面抵抗率は数値が低いほど帯電防止性が高く、半減期は時間が短いほど帯電防止性が高いことを示す。体積抵抗率は、単位体積当たりの抵抗で、物質に固有の物理量である。一方、表面抵抗率は、単位面積当たりの抵抗で、シート抵抗あるいは単に表面抵抗とも呼ばれる。
【００３１】
本実施の形態例に係る帯電防止剤が示す帯電防止機能発現のメカニズムはいまだ明確ではないが、後述する実施例で示す通り、高分子材料に竹粉末を添加することにより得られる竹粉末コンポジットは、表面抵抗率が１０１４Ω／□を下回り、より好ましくは、１０１３Ω／□を下回る。竹粉末の添加量に応じて竹粉末コンポジットの表面抵抗率が低減される。
表面抵抗率は、ＪＩＳ-Ｋ-６９１１に準拠して測定する。
表面抵抗率とは別に、帯電防止性を簡易的に評価する方法として、タバコの灰が付着し始める高さ方向の距離で判断するアッシュテストがある。
アッシュテストは、帯電処理されたシート状のサンプルをタバコの灰の上部から近づけ、タバコの灰が付着し始める高さ（これを付着距離と定義する。）を評価する方法である。付着距離が小さいほど帯電防止性が高い。アッシュテストの詳細な条件は実施例で述べる。高分子材料に竹粉末を添加することにより得られる竹粉末コンポジットは、付着距離が好ましくは１８ｃｍを下回り、より好ましくは１０ｃｍを下回る。
【００３２】
ここで、本実施の形態例に係る高分子複合材料用帯電防止剤の製造方法について説明する。
帯電防止剤として用いる竹粉末の製造方法は、竹を１７０〜２５０℃の加熱水蒸気を用いて加熱処理した後、目的の長軸径分布になるまで粉砕することによって実施される。
【００３３】
加熱水蒸気処理とは、１７０〜２５０℃に加熱された水蒸気を竹に接触させることである。１７０℃未満では、竹の水蒸気処理効果が小さく、処理に長時間を要する。さらに、後段で述べるように１７０℃は逆転移温度であるため、その温度以上では乾燥処理も同時に実施可能である。一方、２５０℃を超える温度では、竹の分解が必要以上に進行しやすく、セルロース成分の炭化が起こりやすくなってしまい、コンポジットの強度への寄与が低下してしまうので好ましくない。加熱水蒸気処理温度としては、より好ましくは１９０〜２４０℃、さらに好ましくは、２００〜２３０℃の範囲である。
【００３４】
ここで、１７０〜２５０℃に加熱された水蒸気とは、飽和圧力から常圧の範囲にある水蒸気である。このような加熱水蒸気として、加圧飽和水蒸気と常圧過熱水蒸気とがある。常圧過熱水蒸気とは、定容積状態で加熱して得られる加圧飽和水蒸気と異なり、膨張できる状態で１００℃の水蒸気をさらに加熱して得られる、標準気圧下で１００℃以上の水蒸気をいう。
【００３５】
熱重量減少の微分曲線において、１８０〜３２０℃の温度範囲にピークを有さない竹粉末とは、１８０〜３２０℃の温度範囲で気化する成分がほとんど無いか、非常に少ないことを意味しており、このような竹粉末を得るには、常圧もしくは０．１〜０．３ＭＰａの範囲の常圧〜微加圧過熱水蒸気処理がより好適である。
【００３６】
加熱処理後の竹由来のバイオマスは、易分解性のヘミセルロース成分が優先的に分解され、部分的に揮発・除去されているため、セルロース繊維とリグニン構造間の接着組織を解かれたバイオマス組織は、容易に粉砕することができる。破砕および粉砕は、適宜、一般公知の破砕・粉砕装置を用いて行うことができる。また、このとき、粗粉砕後に微粉砕を行う２段粉砕処理を行ってもよい。好適に用いられる破砕・粉砕装置を例示すれば、例えば、ハンマーミル、カッターミル、ピンミル、クラッシャーミル、ボールミル、ロッドミル、バーミル、ディスクミル、ブレードミル、振動ミル、およびこれらの方法を２種以上組み合わせた複合粉砕方法である。
【００３７】
粉砕された竹粉末は、そのままでも本実施の形態例に係る帯電防止剤として使用できるが、より高度な特性を発現させるために、分級操作によって、粒度分布を制御することも好適に行われる。分級操作に用いる方法としては、一般公知の分級方法が何ら制限なく使用できる。好適に用いられる分級方法を例示すれば、例えば、篩分級、気流式分級、渦遠心式分級、静電分離型分級などであり、これらに超音波や縦および横振動などの負荷を様々に組み合わせた分級方法がある。具体的には、振動ふるい装置、サイクロン、風力分級装置、および回転ドラム型静電分離装置などが好適な分級装置である。これらの装置を用いて、本発明の実施の形態に係る帯電防止剤が作製される。
【００３８】
つぎに、本実施の形態例に係る高分子複合材料について説明する。
本実施の形態例に係る高分子複合材料（以下、これを竹粉末コンポジットということがある。）は、本実施の形態例に係る帯電防止剤と高分子材料を、１０：９０〜８０：２０の質量比で配合した組成物から成形される。本実施の形態例に係る帯電防止剤と高分子材料の質量比は、１０：９０〜６０：４０であることがより好ましく、２０：８０〜５５：４５であることがさらに好ましい。
帯電防止剤の質量割合が１０％未満では帯電防止性能が効果的に発現しないおそれがある。一方、８０％を超える割合では、竹粉末コンポジットの機械的強度の低下をまねくおそれがある。
【００３９】
竹粉末コンポジットに用いる高分子材料としては、複合化が可能な高分子材料であれば、なんら制限なく用いることが可能である。とりわけ、熱可塑性樹脂は、溶融成形により、より意匠性の高い工業用製品部材を製造することが可能であるため、より好適に用いられる。  
【００４０】
熱可塑性樹脂としては、竹粉末と複合化が可能なものあれば何ら制限無く用いることが可能である。好適に用いられる熱可塑性樹脂を例示すると、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン類；ポリスチレンやアクリロニトニル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトニル−スチレン（ＡＳ）樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン（ＭＢＳ）樹脂などのスチレン系樹脂類；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの芳香族ポリエステル類；ポリ乳酸やポリカプロラクトン、ポリ（３−ヒドロキシ酪酸）、ポリテトラメチルグリコリド、ポリグリコール酸などの脂肪族ポリエステル類等を挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂の中でも、成型性の容易さの観点から、ポリオレフィン類が特に好適である。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いてもよく、あるいは２種以上を混合して用いてもよい。
【００４１】
熱可塑性樹脂以外にも、熱可塑性である熱硬化性樹脂のプレポリマーを用いることができる。代表的な熱硬化性樹脂のプレポリマーとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シラン架橋ポリエチレン、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、架橋ゴムなどのプレポリマーである。これらの熱硬化性樹脂のプレポリマーの中でも、本発明に係る竹粉末との複合化の容易さなどから、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル樹脂などのプレポリマーが好適である。
【００４２】
本実施の形態例に係る竹粉末コンポジットは、合成木質素材として各種住宅建築資材類に、また、家電・ＩＴ機器類の各種部品や自動車内装品等の各種溶融成型体の用途に好適に用いることができる。
【００４３】
本実施の形態例に係る竹粉末コンポジットは、竹粉末からなる帯電防止剤と、熱可塑性樹脂および必要に応じて硬化剤を混合した組成物を硬化反応が進行しない条件で溶融成型し、その後、加熱や水蒸気、光照射などの刺激により硬化させることで得ることができる。
【００４４】
竹粉末からなる帯電防止剤と熱可塑性樹脂を配合し溶融成形する方法は、竹粉末を熱可塑性樹脂中に均一に分散させることのできる方法であれば、公知の方法を何ら制限無く利用することができる。
例えば、熱可塑性樹脂を熱溶融させて、竹粉末にせん断応力をかけながら練り込む溶融混練法、熱可塑性樹脂を溶剤に溶解し、竹粉末を加えて分散させた後に、溶剤を気化除去する溶液混合法、熱したロール上で熱可塑性樹脂を柔らかくし、その上に竹粉末を添加し、熱ロールによって圧着しながら練り込むカレンダー成型法などがある。これらの複合化の方法の中でも、効率性と汎用性の点で溶融混練法が最も好適である。
【００４５】
溶融混練法としては、具体的には、射出成型機を用いた射出成型法、押出成形機を用いた押出成形法、ブロー成型機を用いたブロー成形法等があり、さらに押出成形法によって作製したシート状の成形体を原料に、真空成型機を用いた真空成型法や圧縮成型機を用いた圧縮成型法による深絞り成形が好適に用いられる。これらの成形法の中でも、汎用性と拡張性等の点から、射出成型法と押出成形法がより好適に用いられる。
【００４６】
射出成形とは、加熱溶融させた材料を金型キャビティー内に射出注入し、冷却・固化させる事によって、成形品を得る方法であり、スプルーおよびランナーと呼ばれる部分を通って、成形体の金型キャビティー内に溶融した竹粉末含有樹脂溶融物が充填される。ここで、竹粉末は溶融しないので、溶融流動性を必要とする射出成型を実施する際には、流動性に優れた熱可塑性樹脂が選択される。
【００４７】
押出成形とは、加熱されたシリンダーの中でスクリューの回転に伴うせん断応力と発熱により溶融・混合した材料をダイスの押出口から一定速度で押し出しながら冷却固化させる成形法である。射出成型のような高い流動性は必要としないので、押出口から押し出された後、変形しないような粘性の高い高分子量の熱可塑性樹脂が選択される。さらに、押出成形においては、スクリューによる混練が効果的に行われる。スクリューの形状および回転方向は様々にあり、用途目的に応じて選択可能である。竹粉末コンボジットの製造においては、より混練度を高めるために、二軸同方向回転スクリューによる混練がより好適な方法である。
【００４８】
竹粉末コンボジットの製造方法において、例えば、射出成型機を用いて竹粉末コンボジットを成形する場合、高い溶融流動性が要求され、また、金型内に充填する前にスクリーンを通してサイズの大きい不融物を濾取するため、竹粉末の長軸径が比較的小さい方に多く分布している方が成形性には有効である。一方、押出成形機を用いて竹粉末コンボジットを成形する場合、長い繊維状の成分を含む竹粉末は、溶融した熱可塑性樹脂の中で配向して流動する。そのため、結果として配向した繊維状の竹粉末を含むコンポジットが得られ、繊維強化による機械的物性の向上が発現しやすく好適な製造方法の態様である。
【００４９】
また、竹粉末は、水蒸気処理によって分解しやすいヘミセルロース成分を予め減量したものであるため、熱可塑性樹脂との溶融成型複合化の際に分解に伴う臭気の発生が効果的に低減されている。さらに、臭気を排除するには、溶融成形の際に、溶融成形機のシリンダー上に設置されたベントから、揮発生成物を選択的に排除することも可能であり、好ましい態様の一つである。
【００５０】
熱可塑性樹脂に代えて熱硬化性樹脂のプレポリマーを用いる場合も上記した製造方法を用いることができるが、このとき、竹粉末と熱硬化性樹脂のプレポリマー、および必要に応じて硬化剤を混合した組成物を硬化反応が進行しない条件で溶融成型し、その後、加熱や水蒸気、光照射などの刺激により硬化させることで、機械的強度に優れた竹粉末複合成形体を得ることができる。
【００５１】
以上説明した本実施の形態に係る高分子複合材料の製造方法によって、溶融成型性、機械的性質、および帯電防止性に優れた高分子複合材料を効率的に得ることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明の範囲を制限するものではない。
【００５３】
（竹粉末からなる帯電防止剤の製造実施例）
孟宗竹（直径約１２ｃｍ、長さ約４０ｃｍ、重量約１ｋｇ）を以下の仕様の直本工業社製過熱水蒸気処理装置に入れ、２２０℃で１２０分間、過熱水蒸気処理を行った。なお比較例として、過熱水蒸気処理をしていない孟宗竹（上記寸法）についても、同じ装置を用いて破砕・微粉砕試験を試みたが、孟宗竹の強度が大きいため、粉砕不可であった。
処理した孟宗竹を取り出し、下記の粗粉砕装置を用いて７０００ｒｐｍで破砕した後、微粉砕装置を用いて７０００ｒｐｍで粉砕を行った。さらに、下記の篩装置を用いて、１４０メッシュ（目開き１０６μｍ）と２３５メッシュ（目開き６３μｍ）の篩を用いて分級処理することによって２３５メッシュパス成分と２３５〜１４０メッシュ間成分の２種類の竹粉末を作製した。
過熱水蒸気処理装置の仕様：
蒸気発生部：  ヒーター容量  ６．３ｋW
換算蒸発量    ９．４５kg/h
最高使用圧力  ０．１１MPa
処理槽：      ヒーター容量  ８ｋW
庫内寸法      W５９０xD３８５xH５５５  ｍｍ
粉砕装置の仕様：
粗破砕  ：      奈良機械製作所製  ＨＭ−５型
微粉砕  ：      奈良機械製作所製  自由粉砕機M-2型
水分測定装置の仕様：  島津製作所製水分計MOC-120H
篩装置の仕様：    アズワン株式会社製ミニふるい振とう機  ＭＶＳ−Ｉ
【００５４】
＜帯電防止剤の長軸径分布および平均アスペクト比の測定＞
長軸径の測定および平均アスペクト比の測定を、下記の光学顕微鏡を用いて行った。光学顕微鏡の倍率は、竹粉末の長軸径のサイズに合わせて変化させた。
光学顕微鏡：  キーエンス社製VH-5000型
図１に２３５メッシュパス成分（竹粉末）の光学顕微鏡写真を示し、図２に２３５〜１４０メッシュ間成分の光学顕微鏡写真を示した。また、図３に光学顕微鏡観察により測定した２３５メッシュパス成分の長軸径分布（サイズ分布）図を示し、図４に２３５〜１４０メッシュ間成分の２種類の竹粉末の長軸径分布（サイズ分布）図を示した。
図１の顕微鏡写真から、２３５メッシュパス成分は、一部、細長い繊維状のものがあるが、大部分は微細な粉末状であることがわかる。一方、顕微鏡写真から、図２の２３５〜１４０メッシュ間成分は、そのほとんどがウィスカー状の短繊維であることがわかる。また、図３の長軸径分布観測結果から、２３５メッシュパス成分は、長軸径が２５０μｍ以下の成分が９７質量％に達していることがわかった。図３中、一部、３５０μｍに達する細長い繊維状のものは、篩の目を縦方向に素通りした成分である。一方、図４の長軸径分布観測結果から、２３５〜１４０メッシュ間成分は、長軸径が２５０μｍ以下の成分は３７質量％であり、５００μｍ以下の成分は８０質量％であることがわかった。いずれも、すべての成分の長軸径が１０００μｍ以下であった。
光学顕微鏡観察により測定した２３５メッシュパス成分の平均アスペクト比は３．０であった。一方、２３５〜１４０メッシュ間成分の平均アスペクト比は１０．０であった。
【００５５】
＜帯電防止剤の熱重量（TG）分析＞
製造実施例の帯電防止剤（竹粉末）および過熱水蒸気処理をしていない孟宗竹それぞれについて、セイコーインスツルメンツ株式会社製の熱重量分析計EXSTAR  6200  TG/DTAを用いて、竹成分の熱分解に伴う重量減少挙動を確認した。測定は、サンプル約２〜４ｍｇをアルミニウムパン（PN50-020  Alφ5  Pan）に取り、窒素気流(５０mL／分)下、室温から５５０℃もしくは６００℃まで昇温速度１０℃／分で等速昇温して行った。結果を図５に示す。
図５から、水蒸気処理をしていない孟宗竹の熱重量減少微分曲線には１８０〜３２０℃の温度範囲にヘミセルロース成分の熱分解に基づくピークと３００〜４００℃の温度範囲にセルロース成分の熱分解に基づくピークの双方が観察されるのに対して、水蒸気処理した竹粉末２種類（２３５メッシュパス成分および２３５〜１４０メッシュ間成分）の微分曲線には、３００〜４００℃の温度範囲にセルロース成分の熱分解に基づくピークのみが観察された。
【００５６】
（竹粉末コンポジットの製造実施例１〜６）
帯電防止剤の製造実施例で得られた２種類の帯電防止剤（２３５メッシュパス成分と２３５〜１４０メッシュ間成分）とポリプロピレン（日本ポリプロピレン株式会社製ノバテックPP FY-6）を、帯電防止剤：ポリプロピレン＝１０：９０、３０：７０、５０：５０（質量比）で混合し、これを井本製作所製ベント付２軸混練押出機160B型（同方向回転２軸スクリュー、スクリュー直径：１５ｍｍ、L/D：25、ベント口数：１）を用いて溶融混練し、ストランド状の竹粉末コンポジットを作製した。ポリプロピレンとの複合化の溶融混練条件は、ホッパー下温度８０℃、バレル内温度１９０℃、ダイス温度１９０℃、スクリュー回転数１５ｒｐｍで行った。
【００５７】
押出機を用いて製造した竹粉末コンポジットは、井元製作所製熱プレス装置IMC-180Cを用いて、190℃で3分間、予備加熱を行った後に、１２MPaの圧力で5分間加圧した。得られた厚さ約０.６ｍｍのシートから、１００ｍｍ×１００ｍｍのシートサンプルを切り出し、表面抵抗率測定とした。また比較例として、同様の熱プレス装置を用いて、同様のサイズのポリプロピレンシートを作成した。
【００５８】
＜竹粉末コンポジットの表面抵抗率測定＞
表面抵抗率測定は、三菱化学社製ハイレスターＵＰを用いて、ＪＩＳ-Ｋ-６９１１に準拠して、プローブとしてＵＲ−１００（主電極φ５０ｍｍ、ガード内径φ５３．２ｍｍ）、印加電圧１０００ｖ、印加時間６０秒、試験温度２３℃の条件で行った。測定は、サンプル毎に３回以上行い、その平均表面抵抗率を求めた。その結果を表１に示した。
【００５９】
【表１】
2013127031.tif 000003
【００６０】
表１の結果から明らかなように、竹粉末をポリプロピレンに添加することにより、表面抵抗率が１０１４Ω／□以下となり、比較例のポリプロピレンに比べて帯電防止性能が格段に向上したことがわかる。また、平均アスペクト比の高い２３５〜１４０メッシュ間成分の竹粉末は、平均アスペクト比が小さい２３５メッシュパス成分の竹粉末に比べて、より優れた帯電防止性を示すことがわかった。
【００６１】
（竹粉末コンポジットの製造実施例７〜１２）
竹粉末からなる帯電防止剤の製造実施例で得られた２３５〜１４０メッシュ間成分の竹粉末とポリプロピレン（日本ポリプロピレン株式会社製ノバテックPP FY-6）を、竹粉末：ポリプロピレン＝１０：９０、２０：８０、３０：７０、４０：６０、５０：５０、６０：４０（質量比）で混合し、これを井本製作所製ベント付２軸混練押出機160B型（同方向回転２軸スクリュー、スクリュー直径：１５ｍｍ、L/D：25、ベント口数：１）を用いて溶融混練し、ストランド状の竹粉末コンポジットを作製した。ポリプロピレンとの複合化の溶融混練条件は、ホッパー下温度８０℃、バレル内温度１９０℃、ダイス温度１９０℃、スクリュー回転数１５ｒｐｍで行った。
【００６２】
＜竹粉末コンポジットのアッシュテスト＞
押出機を用いて製造した6種類の竹粉末コンポジットは、井元製作所製熱プレス装置IMC-180Cを用いて、190℃で3分間、予備加熱を行った後に、１２MPaの圧力で5分間加圧した。得られた厚さ約０.６ｍｍのシートから、５０ｍｍ×５０ｍｍのシートサンプルを切り出し、アッシュテストのためのサンプルとした。また比較例として、同様の方法で作製した厚さ約０.６ｍｍのポリプロピレンシートから、５０ｍｍ×５０ｍｍのシートサンプルを切り出し、アッシュテストのための比較サンプルとした。
【００６３】
アッシュテストは、室温２３℃、湿度５０％の条件で行った。アッシュテストに用いた灰は、直前に市販のタバコを燃やして粉砕し、粒径１０００μｍ以下の微粉末として用いた。テストシート(５０ｍｍ×５０ｍｍ)は、ポリプロピレン製のプラスチック板にテストシートが下面になるよう両面テープで固定した。白い紙の上にタバコの灰０．０６gを散布した後、テストシートから５０ｃｍ以上離れた直下の位置に置いた。株式会社グリーンテクノ製小型高電圧電源GT80Nを用いて、テストシートを−６０,０００Ｖで1分間印加した。印加後すぐに、テストシートをタバコ灰に対して上方より近づけて行った。ゆっくりと灰に近づけて行き、最初の灰がテストシート表面に付着した時のテストシートと紙との距離を測定した。測定は、サンプル毎に３回以上行い、その平均距離を求めた。その結果を表３に示した。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
表２の結果から明らかなように、ポリプロピレンシートに比べて、竹粉末を添加した竹粉末コンポジットシートは、竹粉末の添加量に比例して、タバコ灰の付着距離が短くなり、帯電防止性能が高くなることが認められた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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