(57)【要約】      （修正有）【課題】工程数を削減し、無機繊維が切断されにくく適度に分散した、瞬間的な応力に対する耐衝撃性に優れた木質系成形品を製造することのできる木質系成形品の製造方法を提供する。【解決手段】木粉と熱可塑性樹脂を第１トルクで混練し、木粉と熱可塑性樹脂の液状の第１混練物を調製する第１工程と、第１工程の後に第１混練物に無機繊維を添加し、第１トルクよりも低い第２トルクで混練して、液状の第２混練物を調製する第２工程と、第２工程の後に第２混練物を成形して木質系成形品を得る第３工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木粉と熱可塑性樹脂を第１トルクで混練し、前記木粉と前記熱可塑性樹脂の液状の第１混練物を調製する第１工程と、
前記第１工程の後に前記第１混練物に無機繊維を添加し、前記第１トルクよりも低い第２トルクで混練して、液状の第２混練物を調製する第２工程と、
前記第２工程の後に前記第２混練物を成形して木質系成形品を得る第３工程と
を含むことを特徴とする木質系成形品の製造方法。
【請求項２】
前記第１トルクと前記第２トルクの比が、１．５：１〜３：１であることを特徴とする請求項１に記載の木質系成形品の製造方法。
【請求項３】
前記無機繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１または２に記載の木質系成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木粉と熱可塑性樹脂を含む混練物を成形したウッドプラスチック複合材（Wood Plastic Composite, WPC）は、木質感などの天然の風合いを備え、かつ軽量で取り扱い易いことから、例えば、建物の床材、ドアパネル、家具、屋外用ベンチなどに広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、熱可塑性樹脂中に木粉などを分散させて板状に成形したウッドプラスチック複合材は、集成材や木質合板などと比較すると強度が低いため、補強を目的として、熱可塑性樹脂中に補強材を添加する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１は、熱可塑性樹脂成形材中に無機繊維などの補強材を分散させることにより、セルロース系破砕物の分散された木質合成板の強度の向上を図る補強木質合成板の製造方法を提案している。特許文献１に記載された木質合成板の製造方法では、まず、熱可塑性樹脂成形材とセルロース系破砕物を攪拌衝撃翼により混合し、摩擦熱によりゲル化混練した後冷却・粉砕して直径２５ｍｍ以下に造粒された造粒木粉が形成される。続いて、整粒手段を使用して、造粒木粉を直径１０ｍｍ以下の顆粒状のペレットに成形し、木質合成粉を調製する。得られた木質合成粉と、補強材としての無機繊維を２０ｒｐｍで低速回転する攪拌機で攪拌混合した後に押出機に投入し、無機繊維と混合された木質合成粉を押出機内で加熱混練して押出し生地とする。最後に、押出し生地を成形ダイの成形室へ押出し、成形室内で押出し生地を加熱後徐冷し、押出し生地を硬化させることで補強木質合成板が得られる。
【０００５】
このように、特許文献１に記載された補強木質合成板の製造方法は、低速回転する攪拌機を用いて木質合成粉と補強材を混合する工程を含んでいるため、補強材としての無機繊維が相互に絡まり、または縒れて丸まってしまうことが抑制される。したがって、補強木質合成板の強度の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１６１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された補強木質合成板の製造方法は、熱可塑性樹脂成形材とセルロース系破砕物を混練した後、冷却して造粒木粉を形成する工程と、この工程で形成した造粒木粉を整粒して顆粒状のペレットに成形する工程を含んでいる。このため、工程数が多いという問題が見出される。
【０００８】
また、特許文献１に記載された補強木質合成板の製造方法は、木質合成粉と補強材を低速回転する攪拌機で混合しているものの、この工程は単なる固形状の材料同士の混合工程に過ぎないことが指摘される。木質合成粉と補強材は、いずれも固形状であることから流動性が悪く、押出機内で加熱しながら液状化して混練する必要があるため、押出機内の混練物に大きなせん断力が加わり、混練物中の補強材が破砕されることが懸念される。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載された上記の製造方法により製造される補強木質合成板は、面衝撃に対する耐衝撃性や靭性の向上に有効ではあるものの、瞬間的な応力に対する耐衝撃性が十分であるかどうかは不明である。
【００１０】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、工程数を削減し、無機繊維が切断されにくく適度に分散した、瞬間的な応力に対する耐衝撃性に優れた木質系成形品を製造することのできる木質系成形品の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の木質系成形品の製造方法は、木粉と熱可塑性樹脂を第１トルクで混練し、前記木粉と前記熱可塑性樹脂が混練された液状の第１混練物を調製する第１工程と、この第１工程の後に前記第１混練物に無機繊維を添加し、前記第１トルクよりも低い第２トルクで混練して、液状の第２混練物を調製する第２工程と、この第２工程の後に前記第２混練物を成形して木質系成形品を得る第３工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の木質系成形品の製造方法によれば、工程数が削減され、しかも無機繊維が切断されにくく適度に分散した、瞬間的な応力に対する耐衝撃性に優れた木質系成形品の製造が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記のとおり、木質系成形品の製造方法は、木粉と熱可塑性樹脂を第１トルクで混練し、木粉と熱可塑性樹脂が混練された液状の第１混練物を調製する第１工程を含んでいる。また、木質系成形品の製造方法は、前記第１工程の後に前記第１混練物に無機繊維を添加し、前記第１トルクよりも低い第２トルクで混練して、液状の第２混練物を調製する第２工程を含んでいる。さらに、木質系成形品の製造方法は、前記第２工程の後に前記第２混練物を成形して木質系成形品を得る第３工程を含んでいる。
【００１４】
上記第１工程、第２工程および第３工程について以下に詳述する。
（１）第１工程
前記第１工程においては、前記木粉と前記熱可塑性樹脂を混練機に投入し、溶融して液状化した前記熱可塑性樹脂と前記木粉を混練することにより、前記熱可塑性樹脂中に前記木粉を均一に分散させて、液状の前記第１混練物を調製する。
【００１５】
前記木粉としては、通常、前記木質系成形品に用いられる木粉であれば特に限定されないが、得ようとする木質系成形品の強度や耐久性などの基本性能を考慮した場合、木片を粉砕して得られる微細粉や製材時に生じるおが屑などであることが好ましい。前記木片を粉砕して得られる前記微細粉は、製材時の端材などを粉砕することによって得られるため、前記木質系成形品の製造コストの低減が図られる。また、製材時に生じるおが屑は、その大部分が産業廃棄物として処分されているため、廃材の利用という観点からも好ましい。
【００１６】
このような木粉としては、例えば、間伐材や建築解体材を主とするものが例示される。前記間伐材としては、例えば、マツ、スギ、ヒノキなどの針葉樹、またはラワン、カポール、ポプラなどの広葉樹が例示される。また、前記建築解体材としては、例えば、木質合板、パーティクルボード、中密度繊維板（Medium Density Fiberboard, MDF）、配向性ストランドボード（Oriented Standard Board, OSB）などの木質ボードの廃材などが例示される。さらに、前記木粉としては、竹や籾殻などの農産廃棄物を切断、粉砕したものを適宜使用することもできる。このような木粉を用いることによって、自然な風合いを備え、木質感に優れた木質系成形品が実現される。
【００１７】
前記木粉の形状や平均粒子径は、特に限定されず、例えば、成形後の木質成形品に付与すべき所用の特性などに応じて適宜設計することができる。具体的には、粒状の木粉の場合、例えば、２００μｍ以上１ｍｍ以下の範囲を例示することができる。粒径が上記範囲内であれば、およそ２０メッシュ以上６０メッシュ以下の範囲の篩を通過することができる程度の大きさに相当する。なお、木粉の平均粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法によって測定することができる。
【００１８】
前記木粉の作製に使用可能な機器および設備は、特に限定されない。例えば、ハンマーミル、ドラムフレーカー、リングフレーカー、ディスクリファイナーなどが例示される。
【００１９】
前記熱可塑性樹脂としては、木質系成形品に通常用いられる熱可塑性樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ乳酸樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂などのアクリル系樹脂などを単独または２種類以上を併用したものが例示される。また、前記熱可塑性樹脂については、混練前の状態が粉末状または液状のいずれの形態であってもよい。前記熱可塑性樹脂の選択には、混練時の流動性や粘性なども考慮することができる。例えば、溶融した液状の熱可塑性樹脂の粘性を示す指標であるメルトフローレート（Melt flow rate, MFR）の値が１０以上１００以下の範囲が例示される。
【００２０】
なお、前記第１工程における前記熱可塑性樹脂と前記木粉の配合比率は、特に限定されないが、例えば、前記第２混練物の全量に対して、前記熱可塑性樹脂が２５質量部以上７０質量部以下、かつ前記木粉が３０質量部以上７５質量部以下の範囲内であることが例示される。
【００２１】
前記熱可塑性樹脂には、前記木粉の分散性を高めるために、相溶化剤を添加することができる。前記木粉と前記熱可塑性樹脂の混練物に相溶化剤を添加することにより、前記木粉の表面が相溶化剤によって被覆され、前記熱可塑性樹脂と前記木粉の馴染みが良くなり、前記木粉の分散性の向上が図られる。前記相溶化剤の配合比率は、特に限定されないが、前記第２混練物の全量に対して、例えば、０．１質量部以上５質量部以下の範囲が例示される。前記相溶化剤の配合比率が、上記範囲内であれば、前記木粉の表面が前記相溶化剤によって被覆され、前記熱可塑性樹脂と前記木粉の馴染みが良くなり、前記木粉の分散性が向上する。また、前記熱可塑性樹脂には、必要に応じて熱安定剤、滑剤、顔料などを添加することもできる。
【００２２】
前記木粉と前記熱可塑性樹脂は、例えば、公知の混練機を用いて加熱混練して液状の前記第１混練物を得ることができる。
【００２３】
前記混練機として、例えば、二軸混練押出し機、スーパーミキサー、ロールミル、ボールミル、加圧型ニーダーなどが例示される。
【００２４】
混練温度は、前記熱可塑性樹脂が溶融可能な温度であれば、特に限定されない。例えば、１７０℃以上２５０℃以下、また、１９０℃以上２３０℃以下の範囲が例示される。
【００２５】
前記第１工程における混練時のトルク、すなわち前記第１トルクとしては、例えば、２０Ｎ・ｍ以上２００Ｎ・ｍ以下の範囲が例示される。前記第１トルクが上記範囲内にあれば、前記熱可塑性樹脂に十分なせん断力が加わり、前記木粉が均一に分散した液状の前記第１混練物を得ることができる。
【００２６】
また、前記第１工程における混練時の回転数としては、例えば、１５ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下の範囲が例示される。回転数が上記範囲内にあれば、前記熱可塑性樹脂に十分なせん断力が加わり、前記木粉が均一に分散した液状の前記第１混練物を得ることができる。
（２）第２工程
前記第２工程においては、前記第１工程で得られた液状の前記第１混練物に無機繊維を添加し、前記第１トルクよりも低い前記第２トルクで混練して、無機繊維が切断されにくく、適宜に分散した液状の前記第２混練物を調製する。なお、この第２工程は、前記第１工程と連続的に行うことが好ましい。
【００２７】
前記無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、グラスウール、セラミックウール、ロックウール、アルミナ質繊維、ジルコニア質繊維、シリカ・アルミナ質繊維、炭素繊維などが例示される。特に、炭素繊維は、軽量でありながら強度に優れており、実用上好ましい。これらの無機繊維は、単独または２種類以上の併用が可能である。
【００２８】
なお、前記無機繊維の平均繊維長は、特に限定されない。得ようとする木質系成形品の耐衝撃性や曲げ強度などの基本性能を考慮すると、例えば、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、また、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、さらに、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が例示される。平均繊維長が上記範囲内の無機繊維を用いることによって、前記木質系成形品の内部において前記無機繊維がある程度の長さを維持したまま、適宜分散し、前記木質系成形品に曲げ強度などの物性を付与することができる。特に、瞬間的な応力に対する耐衝撃性に優れた木質系成形品が実現される。
【００２９】
また、前記無機繊維の平均繊維径は、特に限定されない。得ようとする木質系成形品の耐衝撃性や曲げ強度などの基本性能に応じて、例えば、２０μｍ以上４００μｍ以下、また、５０μｍ以上３５０μｍ、さらに、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲が例示される。平均繊維径が上記範囲内の前記無機繊維を用いることによって、前記無機繊維間に適度な空隙が生まれ、この空隙内に前記熱可塑性樹脂を充填させることができ、十分な衝撃強度や曲げ強度を備えた木質系成形品が実現可能である。
【００３０】
さらに、前記無機繊維の平均繊維長と平均繊維径の比であるアスペクト比についても、特に限定されない。例えば、１０以上３００以下の範囲が例示される。アスペクト比が上記範囲内にあれば、平均繊維径に対する平均繊維長の値が十分に大きいことから、前記第２混練物中においても無機繊維本来の強度を維持することが可能である。このため、瞬間的な応力に対する耐衝撃性や曲げ強度に優れた性能を有する木質系成形品が実現される。
【００３１】
また、前記第２工程における前記第１混練物と前記無機繊維の配合比率は、特に限定されない。前記第２混練物の全量に対して前記第１混練物が３０質量部以上９０質量部以下、かつ前記無機繊維が１０質量部以上７０質量部以下の範囲内が例示される。
【００３２】
前記第１混練物と前記無機繊維は、公知の混練機を用いて加熱混練して、液状の前記第２混練物を得ることができる。
【００３３】
前記混練機として、例えば、二軸混練押出し機、スーパーミキサー、ロールミル、ボールミル、加圧型ニーダーなどが例示される。なお、前記第２工程で用いる前記混練機は、前記第１工程で用いる前記混練機と同じものであっても、異なるものであってもよい。前記第２工程で用いる前記混練機が、前記第１工程で用いる前記混練機と同じものであれば、前記第１工程終了後、回転数やトルクの数値を低下させるだけで、前記第１工程から連続的に前記第２工程での混練を行うことが可能となる。この場合、異なる混練機間での前記第１混練物の移し替えが必要なくなるため、前記第１混練物が溶融温度以下に低下することも抑制可能となる。したがって、前記第２工程で用いる前記混練機が、前記第１工程で用いる前記混練機と同じものであれば、木質系成形品の製造工程においてより一層工程数を削減することが可能となり、製造工程が全体として簡略化される。
【００３４】
混練温度は、前記熱可塑性樹脂が溶融可能あれば、特に限定されない。例えば、１７０℃以上２５０℃以下、また、１９０℃以上２３０℃以下程度の範囲が例示される。
【００３５】
前記第２工程における前記第２混練物の調製は、前記第１トルクよりも低い前記第２トルクで、前記第１混練物と前記無機繊維を混練することによって行われる。具体的には、前記第１トルクと前記第２トルクの比としては、例えば、１．５：１〜３：１の範囲であることが好ましい。前記第１のトルクと前記第２のトルクとの比が、上記範囲内であれば、前記第１混練物に十分なせん断力が加わり、かつ、前記無機繊維が短く切断されることがなく、前記第１混練物中に前記無機繊維が適宜分散した液状の前記第２混練物を得ることができる。
【００３６】
前記第２トルクとしては、例えば、１０Ｎ・ｍ以上５０Ｎ・ｍ以下の範囲が例示される。前記第２トルクが上記範囲内にあれば、前記第１混練物に十分なせん断力が加わり、かつ、前記無機繊維が短く切断されることがなく、前記第１混練物中に前記無機繊維が適宜分散した液状の前記第２混練物を得ることができる。
【００３７】
また、前記第２工程における混練時の回転数としては、例えば、１０ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下の範囲が例示される。前記回転数が上記範囲内にあれば、前記無機繊維が切断されにくく、前記第１混練物中に前記無機繊維が適宜分散した液状の前記第２混練物を得ることができる。
（３）第３工程
前記第３工程では、前記第２工程により得られる液状の前記第２混練物を成形機において成形する。なお、この第３工程は、前記第２工程と連続的に行うことが好ましい。
【００３８】
前記第２混練物は、公知の成形方法、例えば、押出成形、射出成形、プレス成形などにより木質系成形品を製造することができる。特に、前記第２混練物は、押出成形や射出成形の成形材料として好適である。
【００３９】
具体的には、まず、所定量の前記第２混練物を成形機のホッパーから投入する。そして、その成形機内で、前記熱可塑性樹脂が溶融状態を維持するように一定温度で加熱し、前記第２混練物をシリンダーから金型内へ圧入し、冷却固化させて木質系成形品を得ることができる。前記成形機内での加熱温度の目安として、例えば、１００℃以上２５０℃以下の範囲を例示することができる。また、サイジング装置などを使用して適宜、所定の形状に加工することもできる。
【００４０】
このような第３工程を経て、内部に前記無機繊維が適度に分散された前記木質系成形品が得られる。
【００４１】
上記のとおりの木質系成形品の製造方法は、前記第２工程における前記第１混練物と前記無機繊維の混練時のトルク、すなわち前記第２トルクが、前記第１工程における前記木粉と前記熱可塑性樹脂の混練時のトルク、すなわち前記第１トルクよりも低いトルクである。したがって、前記第１混練物と前記無機繊維の混練時に、前記無機繊維にかかるせん断力が相対的に低下するため、前記無機繊維が切断されにくく、前記第２混練物中に前記無機繊維が適宜分散する。このように、瞬間的な応力に対する耐衝撃性や曲げ強度、弾性率などの基本性能に優れた前記木質系成形品を製造する際に、工程数を削減することができ、木質系成形品の生産性を向上させることができる。
【００４２】
前記木質系成形品は、建物の床材、ドアパネル、家具、屋外に設置されるベンチなどに幅広く適用することができる。
【００４３】
以下に実施例を示すが、木質系成形品の製造方法は、実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
粒径が６０メッシュの篩を通過できる粒径（６０メッシュアンダー）の木粉４５質量部、ＭＦＲが３０のポリプロピレン樹脂（バージンＰＰ）３８質量部および相溶化剤（モディック、三菱化学製）２質量部をラボプラストミル（東洋精機製）に投入し、回転数１００ｒｐｍ、トルク４０Ｎ・ｍ、温度１９０℃の条件下で５分間混練して液状の第１混練物を調製した。その後、ラボプラストミルに無機繊維として繊維長２０ｍｍ、平均繊維系１００μｍ、アスペクト比２００の炭素繊維１５質量部を投入して、液状の第１混練物と炭素繊維を回転数５０ｒｐｍ、かつ第１工程よりも低いトルクの２５Ｎ・ｍ、温度１９０℃の条件下で３分間混練し、液状の第２混練物を調製した。得られた第２混練物をハンドトゥルーダー（東洋精機製）に供給してダンベル型試験片を作製した。
（比較例１）
粒径が６０メッシュアンダーの木粉６０質量部、ＭＦＲが３０のポリプロピレン樹脂３８質量部および相溶化剤（モディック、三菱化学製）２質量部をラボプラストミルに投入して、回転数５０ｒｐｍ、トルク２０Ｎ・ｍ、温度１９０℃の条件下で５分間混練し、液状の混練物を調製した。得られた混練物をハンドトゥルーダーに供給してダンベル型試験片を作製した。
（比較例２）
混練時の回転数を１００ｒｐｍ、トルクを４０Ｎ・ｍに変更したこと以外は、比較例１と同様にしてダンベル型試験片を作製した。
（比較例３）
粒径が６０メッシュアンダーの木粉４５質量部、ＭＦＲが３０のポリプロピレン樹脂３８質量部、相溶化剤（モディック、三菱化学製）２質量部、および無機繊維として繊維長２０ｍｍ、平均繊維系１００μｍ、アスペクト比２００の炭素繊維１５質量部をラボプラストミルに投入し、回転数１００ｒｐｍ、かつトルク４３Ｎ・ｍ、温度１９０℃の条件下で５分間混練して液状の混練物を調製した。得られた混練物をハンドトゥルーダーに供給してダンベル型試験片を作製した。
【００４５】
実施例および比較例で得られたダンベル型試験片について、アイゾット衝撃試験および曲げ試験を行い、以下の物性を評価した。
＜衝撃強度＞
実施例および比較例で得られたダンベル型試験片について、ＪＩＳ  Ｋ７１１０に基づくアイゾット衝撃強度試験を行い、アイゾット衝撃強度を測定した。測定には、アイゾット衝撃試験器（テスター産業（株）製）を使用した。
＜曲げ強度＞
実施例および比較例で得られたダンベル型試験片について、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に基づく曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。測定には、オートグラフ（島津製作所製）を使用した。
＜弾性率＞
実施例および比較例で得られたダンベル型試験片について、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に基づく曲げ試験を行い、弾性率を測定した。測定には、オートグラフ（島津製作所製）を使用した。
【００４６】
評価結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2016147408.tif 000002
【００４８】
表１に示したように、木粉と熱可塑性樹脂を第１トルクで混練した第１混練物に炭素繊維を無機繊維として添加し、第１トルクよりも低い第２トルクで混練した第２混練物を用いた実施例１については、アイゾット衝撃強度、曲げ強度および弾性率がいずれも良好であることが確認された。
【００４９】
しかしながら、無機繊維を加えない比較例１、２は、曲げ強度は良好であるが、アイゾット衝撃強度、弾性率がともに、実施例１に比べて劣ることが確認された。また、木粉、熱可塑性樹脂と無機繊維を同時に混練する比較例３も、曲げ強度、弾性率は良好であるが、アイゾット衝撃強度が実施例１よりも劣ることが確認された。
【００５０】
これらの結果から、工程数を削減し、無機繊維が切断されにくく適度に分散した、瞬間的な応力に対する耐衝撃性に優れた木質系成形品を製造可能であることが確認された。