(57)【要約】【課題】高い強度を得ることができる植物起源の熱可塑性樹脂の製造方法を提供する。【解決手段】植物原料を粉砕することにより、粉末を得る（ステップＳ１）。次に、エチレングリコール、グリセリン等の助剤を粉末に添加する（ステップＳ２）。次に、粉末と助剤との混合物に対する熱間プレス成形を行う（ステップＳ３）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物原料を粉砕することにより、粉末を得る工程と、
前記粉末と親水性ポリマー又は天然高分子との混合物の熱間プレス成形を行う工程と、
を有することを特徴とする熱可塑性樹脂の製造方法。
【請求項２】
植物原料を粉砕することにより、粉末を得る工程と、
前記粉末と結合剤及び可塑剤との混合物の熱間プレス成形を行う工程と、
を有することを特徴とする熱可塑性樹脂の製造方法。
【請求項３】
前記粉末を得る工程において、前記粉末の大きさを１μｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物原料を用いた熱可塑性樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物起源の熱可塑性のバイオプラスチックに関する種々の研究が行われている。しかしながら、従来のバイオプラスチックには、特に曲げに対して、強度が低く、脆いという問題点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８２００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６２７８号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高い強度を得ることができる植物起源の熱可塑性樹脂の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００６】
本発明に係る第１の熱可塑性樹脂の製造方法は、植物原料を粉砕することにより、粉末を得る工程と、前記粉末と親水性ポリマー又は天然高分子との混合物の熱間プレス成形を行う工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る第２の熱可塑性樹脂の製造方法は、植物原料を粉砕することにより、粉末を得る工程と、前記粉末と結合剤及び可塑剤との混合物の熱間プレス成形を行う工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、植物原料の粉砕により得られた粉末と種々の物質との結合により、高い強度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂の製造方法を示すフローチャートである。
【００１０】
本実施形態では、先ず、植物原料の粉砕を行うことにより、植物原料の結晶化度を低下させる（ステップＳ１）。植物原料としては、例えば、木材、竹類、籾殻、稲わら、樹木の樹皮等を用いることができる。
【００１１】
また、粉砕により得られる粉末の大きさ（最大寸法）は１μｍ以下とすることが好ましい。この粉砕では、例えば石臼コロイダを用いた第一次の粉砕を行い、更に、振動ミルを用いた第二次の粉砕を行うことが好ましい。図２は、石臼コロイダを用いた粉砕により得られた竹粉末の走査型電子顕微鏡写真を示し、図３は、石臼コロイダを用いた粉砕及び振動ミルを用いた粉砕により得られた竹粉末の走査型電子顕微鏡写真を示す。また、図４及び図５は、夫々図３に示す竹粉末の二次電子像、反射電子像（いずれも走査型電子顕微鏡写真）を示す。図２に示す段階では、ほとんどの粉末の大きさが１μｍを超えているが、図３〜図５に示す段階では、ほとんどの粉末の大きさが１μｍ以下となっている。
【００１２】
また、粉砕により得られる粉末のＳｅｇａｌ法により算出される結晶化度は低いほど好ましく、特に数％以下とすることが好ましく、０％とすることがより好ましい。このような結晶化度は、Ｘ線回折法により得られる回折強度曲線から取得することができる。
【００１３】
なお、粉砕の前には、前処理として、植物原料に含まれている水分を除去しておくことが好ましい。例えば、１００℃のオーブンに数１０分〜１２時間程度入れておき、含水率を７〜８％以下としておくことが好ましく、１〜２％以下としておくことがより好ましく、０％としておくことが特に好ましい。
【００１４】
植物原料の粉砕後、得られた粉末に助剤を添加する（ステップＳ２）。助剤としては、結合剤及び／又は可塑剤として機能する親水性ポリマー又は天然高分子を添加する。結合剤として機能する助剤としては、例えば、でんぷん、ポリエチレングリコール、トリポリりん酸ナトリウム、四ほう酸ナトリウム（水和物（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ、ほう砂、Ｂｏｒａｘ）から加熱等を経て１０Ｈ2Ｏを除去したもの）、コラーゲン、ゼラチン、糖類、グルタルアルデヒド、及びグリオキザールが挙げられる。これらのうち、でんぷんとしては、例えば、とうもろこし、馬鈴薯、サゴ、片栗粉等から得られたものを用いることができ、コラーゲンとしては、例えば、皮革屑を微粉化したものを用いることができる。可塑剤として機能する助剤としては、例えば、グリセリン、並びにエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、プロピレングリコール、２，３−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、ジエチレングリコール、及びトリエチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。結合剤及び可塑剤として機能する助剤としては、ポリビニルアルコール及びポリ乳酸が挙げられる。
【００１５】
なお、助剤の添加量は特に限定されないが、例えば、粉末及び助剤の総量に対する助剤の割合を５質量％〜５０質量％程度とする。
【００１６】
助剤の添加後、粉末及び助剤の混合物に対する熱間プレス成形を行う（ステップＳ３）。この熱間プレス成形では、例えば、温度を１５０℃〜２００℃とし、圧力を３ＭＰａ〜８ＭＰａとする。
【００１７】
このような方法によれば、粉砕の際に、植物原料に含まれるセルロース等の結晶形成の源となっている水素結合が開裂する。また、この開裂によって自由度を増した水酸基等の官能基と助剤とが結合する。そして、熱間プレス成形の際に、再び水素結合が生じる。この結果、曲げ強度及び曲げ弾性率が高い植物起源の熱可塑性樹脂を得ることができる。例えば、このような処理により得られる熱可塑性樹脂の曲げ強度は３０ＭＰａ以上、曲げ弾性率は３５００ＭＰａ以上となり、一般的な自動車に用いられているポリプロピレンの曲げ強度（２５ＭＰａ）及び曲げ弾性率（１０００ＭＰａ）よりも高い値が得られる。なお、ポリ乳酸の曲げ強度は１１９ＭＰａ、曲げ弾性率は３３００ＭＰａ程度であるが、これらより高い値を得ることができる場合もある。
【００１８】
そして、このような性質の熱可塑性樹脂は、例えば、自動車内装部材（フロントシートバックボード）等の基材、食品用の容器、包装材、及び梱包材、建築内装材、日用品、及び繊維強化バイオプラスチック等に用いることができる。そして、石油起源の熱可塑性樹脂と比較すると、人体に安全であり、これまで木竹材産業における廃棄物として扱われていたおが屑及びチップ等から工業製品を製造することが可能となり、また、生分解性を有するという有利な点がある。
【００１９】
また、例えば竹材については、図６に示すように、その大部分を廃棄することなく使用することができるようになる。
【００２０】
なお、上記の実施形態では、植物原料の粉砕後に助剤の添加を行っているが、助剤の添加後に粉砕を行ってもよい。
【００２１】
次に、本願発明者らが実際に行った実験の結果について説明する。
【００２２】
（実験例１）
実験例１では、先ず、竹材から得た鋸屑を石臼コロイダによって粉砕した後、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、竹粉を得た。次いで、この竹粉：５４質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、トリポリりん酸ナトリウム：３質量％、１，４−ブタンジオール：３質量％、及びでんぷん：１０質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１６３℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００２３】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は４１．３ＭＰａ、曲げ弾性率は４０７６ＭＰａであった。
【００２４】
（実験例２）
実験例２では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：５５質量％に、ポリビニルアルコール：２０質量％、グリセリン：２０質量％、及び四ほう酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１８６℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００２５】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は５７．５ＭＰａ、曲げ弾性率は４２０６ＭＰａであった。
【００２６】
（実験例３）
実験例３では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：７６質量％に、ポリビニルアルコール：９．５質量％、グリセリン：９．５質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１７３℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００２７】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は６１．１ＭＰａ、曲げ弾性率は５８８１ＭＰａであった。
【００２８】
（実験例４）
実験例４では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１６３℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００２９】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は３９．８ＭＰａ、曲げ弾性率は３４１８ＭＰａであった。
【００３０】
（実験例５）
実験例５では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：７６質量％に、ポリビニルアルコール：９．５質量％、グリセリン：９．５質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１７４℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００３１】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は６５．５ＭＰａ、曲げ弾性率は６７８９ＭＰａであった。
【００３２】
（実験例６）
実験例６では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、エチレングリコール：１８質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１７０℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００３３】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は７４．３ＭＰａ、曲げ弾性率は８００３ＭＰａであった。
【００３４】
（実験例７）
実験例７では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：５９質量％に、ポリビニルアルコール：１３質量％、グリセリン：２５質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１５４℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００３５】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は３２．１ＭＰａ、曲げ弾性率は１７１０ＭＰａであった。
【００３６】
（実験例８）
実験例８では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：８０質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：５質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１８６℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００３７】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は８１．６ＭＰａ、曲げ弾性率は６７３７ＭＰａであった。
【００３８】
（実験例９）
実験例９では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：７９．５質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：５．５質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１８９℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００３９】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は７８．０ＭＰａ、曲げ弾性率は７５９０ＭＰａであった。
【００４０】
（実験例１０）
実験例１０では、先ず、実験例１と同様の処理により竹粉を得た。次いで、この竹粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、エチレングリコール：１８質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：５質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を２０２℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００４１】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は５１．８ＭＰａ、曲げ弾性率は７４０２ＭＰａであった。
【００４２】
（実験例１１）
実験例１１では、先ず、手押しかんな盤（プレーナ）を用いてスギ材からプレーナ屑を得、これを石臼コロイダによって粉砕した後、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、スギ粉を得た。次いで、このスギ粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１７７℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００４３】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は４５．８ＭＰａ、曲げ弾性率は１７９５ＭＰａであった。
【００４４】
（実験例１２）
実験例１２では、先ず、手押しかんな盤（プレーナ）を用いてミズナラ材からプレーナ屑を得、これを石臼コロイダによって粉砕した後、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、ミズナラ粉を得た。次いで、このミズナラ粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１６０℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００４５】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は２１．５ＭＰａ、曲げ弾性率は７６５ＭＰａであった。
【００４６】
（実験例１３）
実験例１３では、先ず、手押しかんな盤（プレーナ）を用いてケヤキ材からプレーナ屑を得、これを石臼コロイダによって粉砕した後、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、ケヤキ粉を得た。次いで、このケヤキ粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１７０℃、圧力を１１．４ＭＰａとした。
【００４７】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は３８．６ＭＰａ、曲げ弾性率は１３３５ＭＰａであった。
【００４８】
（実験例１４）
実験例１４では、先ず、石臼コロイダを用いて籾殻を粉砕した後、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、籾殻粉を得た。次いで、この籾殻粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１６５℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００４９】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は４１．６ＭＰａ、曲げ弾性率は３２０９ＭＰａであった。
【００５０】
（実験例１５）
実験例１５では、先ず、実験例１４と同様の処理により籾殻粉を得た。次いで、この籾殻粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１９６℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００５１】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は７８．０ＭＰａ、曲げ弾性率は７８２５ＭＰａであった。
【００５２】
（実験例１６）
実験例１６では、先ず、稲わらを数ｃｍの長さに裁断した後、石臼コロイダを用いて裁断後の稲わらを粉砕し、更に振動ミルを用いた粉砕を３時間行うことにより、稲わら粉を得た。次いで、この稲わら粉：６７質量％に、ポリビニルアルコール：１０質量％、グリセリン：２０質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：３質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１８８℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００５３】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は３８．８ＭＰａ、曲げ弾性率は２７２４ＭＰａであった。
【００５４】
（実験例１７）
実験例１７では、先ず、実験例１６と同様の処理により稲わら粉を得た。次いで、この稲わら粉：７６．９質量％に、ポリビニルアルコール：９．８質量％、グリセリン：８．７質量％、及びトリポリりん酸ナトリウム：４．６質量％を混合し、熱間プレス成形を行った。熱間プレス成形では、温度を１８２℃、圧力を６．９ＭＰａとした。
【００５５】
そして、得られた熱可塑性樹脂の曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。この結果、曲げ強度は３４．６ＭＰａ、曲げ弾性率は２１７１ＭＰａであった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】石臼コロイダを用いた粉砕により得られた竹粉末の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３】石臼コロイダを用いた粉砕及び振動ミルを用いた粉砕により得られた竹粉末の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図４】図３に示す竹粉末の二次電子像を示す図である。
【図５】図３に示す竹粉末の反射電子像を示す図である。
【図６】竹材の用途を示す図である。
【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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【図６】
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