(57)【要約】【課題】簡便な方法で安価に製造可能な、フィラーである竹粉及びガラス繊維が均一分散した熱可塑性樹脂組成物の製造方法を提供する。【解決手段】乾燥させた竹粉に、所定量の陰イオン界面活性剤を複数回に分けて添加混合し、竹粉に陰イオン界面活性剤を付着させる第１竹粉処理工程と、前記第１竹粉処理工程後、所定の時間放置し、前記第１竹粉処理工程で処理された竹粉に対しステアリン酸を添加混合し、ステアリン酸を竹粉に付着、吸着させる第２竹粉処理工程と、前記第２竹粉処理工程で処理された竹粉とガラス繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練する溶融混練工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥させた竹粉に、所定量の陰イオン界面活性剤を複数回に分けて添加混合し、竹粉に陰イオン界面活性剤を付着させる第１竹粉処理工程と、
前記第１竹粉処理工程後、所定の時間放置し、前記第１竹粉処理工程で処理された竹粉に対しステアリン酸を添加混合し、ステアリン酸を竹粉に付着、吸着させる第２竹粉処理工程と、
前記第２竹粉処理工程で処理された竹粉とガラス繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練する溶融混練工程と、
を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】
前記第１竹粉処理工程において、乾燥させた竹粉に対し陰イオン界面活性剤を０．５〜１．５重量％添加することを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】
前記第１竹粉処理工程後、前記第２竹粉処理工程へ移行する前に放置する所定時間は、２分以上２０分未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項５】
前記ガラス繊維と熱可塑性樹脂とが、予めガラス繊維が熱可塑性樹脂に分散されたガラス繊維強化ポリプロピレンであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラーを含有する熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関し、特に竹粉及びガラス繊維をフィラーとする熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から基材樹脂の機械的物性の改善、樹脂使用量の削減を目的に多種のフィラーが用いられ、ガラス繊維で基材樹脂の強度を増加させたガラス繊維強化樹脂などは多く使用されている。今日、地球温暖化、森林資源の保護又は森林資源の有効利用などの環境問題、さらには自然との調和などの観点から、ガラス繊維に代えあるいはガラス繊維と共に、植物由来の有機物、具体的には木、竹、ケナフなどをフィラーとする天然風味を備えた樹脂組成物、あるいはこれら樹脂組成物を使用した各種材料の開発が活発に行われている。樹脂組成物又はこれらを使用した材料の開発においては、樹脂組成物等が廃棄物となったときのことを考え、基材樹脂に生分解性樹脂を使用する開発例も多い。
【０００３】
例えば、竹繊維と綿又は麻と生分解性樹脂とで嵩高フェルト状の基体層を成形し、基体層の一面にＰＥＴ樹脂繊維で形成された不織布を積層した後、これらを熱プレスすることで自動車用内装ボードを得る技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また竹繊維を含有する多孔質緩衝材も提案されている（例えば特許文献２参照）。なお、植物由来の有機物をフィラーとする樹脂組成物において、植物由来の有機物は、繊維の状態で使用されるほか粉体の状態でも使用される。
【０００４】
植物由来の有機物をフィラーとする樹脂組成物の強度を高める技術、生産性を高める技術に関しては次のような技術が開示されている。従来、天然繊維等とポリオレフィン系樹脂とを混ぜ合わせる場合、これらの間の接着性を高めるために相溶化剤が使用されるケースが多い。しかしながら従来から使用されている相溶化剤では、必ずしも十分な効果が得られないとして、微粒粉末の相溶化剤を天然繊維に付着させることで破壊強度を高める技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。また、一般的に熱可塑性樹脂と植物繊維との間の親和性は低いため、これを高めるために界面活性剤などを使用する技術が開示されている（例えば特許文献４参照）。また、木粉等の有機充填剤を含有する熱可塑性樹脂組成物において、特定の成分を特定の割合で配合し生産性を高めた熱可塑性樹脂組成物が提案されている（例えば特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００７−１６０７４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２４１２４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１１４４３６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８１５１３号公報
【特許文献５】特開２００８−１９３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
植物由来の有機物をフィラーとする熱可塑性樹脂組成物を製造する場合、得られる熱可塑性樹脂組成物の機械的強度を高め、あるいはこの樹脂組成物を用いて成形品を得た場合に機械的強度、良好な外観を得るためには、フィラーを基材樹脂に均一に分散させる必要がある。特許文献３においては、微粒粉末の相溶化剤を天然繊維に緻密に付着させるため、微粒粉末相溶化剤を溶媒中に分散させ、この溶媒中に天然繊維を浸漬・含漬させ後乾燥させ使用する実施例が記載されている。また、特許文献４においては、フィラーと熱可塑性樹脂との間の親和性を高めるために界面活性剤を使用する場合には、界面活性剤を純水で希釈し植物繊維に均一に振りかけ、これを乾燥させた後に基材樹脂である熱可塑性樹脂と混練することが効果的とある。
【０００６】
特許文献３及び特許文献４のように界面活性剤、相溶化剤を分散媒に分散させた後、これに植物繊維等を浸漬、乾燥させ、これと熱可塑性樹脂とを混練する方法は、植物繊維等が基材樹脂中に均一分散し、植物繊維等と基材樹脂との接着性を高め機械的強度の高い熱可塑性樹脂組成物を得る方法として有用と考えられるけれども、多くの工程を必要とし、また時間がかかる。植物繊維が粉であっても多くの工程を必要とし、また時間がかかる点は同じと推察される。植物由来の有機物をフィラーとする熱可塑性樹脂組成物は、物性面に優れるほか低コストで製造できることが好ましいことは言うに及ばない。
【０００７】
本発明の目的は、簡便な方法で安価に製造可能な、フィラーである竹粉及びガラス繊維が均一分散した熱可塑性樹脂組成物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、乾燥させた竹粉に、所定量の陰イオン界面活性剤を複数回に分けて添加混合し、竹粉に陰イオン界面活性剤を付着させる第１竹粉処理工程と、前記第１竹粉処理工程後、所定の時間放置し、前記第１竹粉処理工程で処理された竹粉に対しステアリン酸を添加混合し、ステアリン酸を竹粉に付着、吸着させる第２竹粉処理工程と、前記第２竹粉処理工程で処理された竹粉とガラス繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練する溶融混練工程と、を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法である。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記第１竹粉処理工程で、乾燥させた竹粉に対し陰イオン界面活性剤を０．５〜１．５重量％添加することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記第１竹粉処理工程後、前記第２竹粉処理工程へ移行する前に放置する所定時間は、２分以上２０分未満であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記熱可塑性樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、前記ガラス繊維と熱可塑性樹脂とが、予めガラス繊維が熱可塑性樹脂に分散されたガラス繊維強化ポリプロピレンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法を使用することで、簡単に又安価に竹粉及びガラス繊維が基材樹脂中に均一分散した熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。製造方法が簡単であり、使用する薬剤、材料も比較的少なく安価に熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。また本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法によって得られる熱可塑性樹脂組成物は、竹粉及びガラス繊維が基材樹脂中に均一分散しているので、これをペレット化し公知の射出成形法などを用いて成形すれば加工性、外観に優れた成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の一形態としての熱可塑性樹脂組成物の製造手順を示すフローチャートである。ここでは得られた熱可塑性樹脂組成物をペレットするペレット化工程を含む例を示す。本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、竹粉及びガラス繊維をフィラーとする熱可塑性樹脂組成物の製造方法であり、竹粉を基材樹脂である熱可塑性樹脂に溶融混練する前の竹粉の前処理工程に従来にない特徴がある。
【００１５】
第１工程（ステップＳ１）として、竹粉を乾燥装置を用いて乾燥させる。本発明で使用する竹粉は、特定の竹粉である必要はなく孟宗竹、真竹などの市販されている竹粉を使用することができる。竹製品の工業生産過程で大量に発する竹粉を利用すれば、これらの有効利用にもつながり好ましい。また竹粉は１種類のものを単独で使用しても、２種数以上の竹粉を混合して使用してもよい。竹粉の粒径は、２００〜４００メッシュ程度の大きさものが好ましい。竹粉を乾燥させる乾燥装置は特定の装置に限定されず、撹拌混合式の乾燥器を好適に使用することができる。乾燥後の竹粉に含まれる水分量が多い場合、後工程で熱可塑性樹脂と溶融混練するとき、発泡するので好ましくなく、例えば竹粉に含まれる水分量が０．３重量％程度となるまで乾燥することが好ましい。乾燥温度は、１０５〜１１０℃の温度が好ましく、乾燥速度を高めるために温度を高くし過ぎると竹粉が茶褐色となり、熱可塑性樹脂組成物を用いて成形した成形品の商品価値が下がり好ましくない。第１工程終了後は直ちに第２工程に移行する。乾燥させた竹粉は水分を吸収しやすいので、第１工程終了後、直ちに第２工程に移行することが好ましい。
【００１６】
第２工程（ステップＳ２）として、乾燥した竹粉に陰イオン界面活性剤を塗す。このとき乾燥した竹粉の表面に陰イオン界面活性剤を均一に付着させることが重要であり、竹粉に対して所定量の陰イオン界面活性剤を複数回に分割して添加し、これらを混合機で撹拌混合することで、竹粉の表面に陰イオン界面活性剤を均一に付着させることができる。陰イオン界面活性剤は、特定の陰イオン界面活性剤に限定されるものではなく、従来から竹粉、竹繊維と熱可塑性樹脂との親和性、接着性を高めるために使用されている陰イオン界面活性剤を使用することができる。陰イオン界面活性剤の添加量は、乾燥した竹粉に対し０．５〜１．５重量％が好ましく、より好ましくは１重量％である。
【００１７】
第３工程（ステップＳ３）として、次工程である第４工程（ステップＳ４）に移行する前に、陰イオン界面活性剤を塗した竹粉を所定時間放置する。この放置時間は、２分以上２０分未満が好ましく、４〜１０分がより好ましい。竹粉の表面に陰イオン界面活性剤を塗した後、２分以内に第４工程に移り、竹粉にステアリン酸を付着、吸着させると、ステアリン酸で竹粉の表面活性化を安定化させることができず、竹粉を基材樹脂である熱可塑性樹脂に溶融混練したとき、竹粉が基材樹脂中に均一分散しない。特に、陰イオン界面活性剤と第４工程で添加するステアリン酸とを同時に竹粉に添加混合すると、竹粉を基材樹脂である熱可塑性樹脂に溶融混練したときの竹粉の分散性が非常に悪くなる。また放置時間を２０分以上とした場合も、竹粉を基材樹脂である熱可塑性樹脂に溶融混練したときの竹粉の分散性が悪くなる。
【００１８】
第４工程（ステップＳ４）では、陰イオン界面活性剤が塗された竹粉にステアリン酸を添加混合し、竹粉にステアリン酸を付着、吸着させる。ここで使用する混合機には、従来から粉体の撹拌混合に使用されている撹拌混合機を使用することができる。もちろん第１、第２工程で使用した撹拌混合式乾燥機、混合機をそのまま使用することもできる。ステアリン酸の添加割合としては、竹粉１０ｋｇに対して濃度０．５％のステアリン酸を２０ｍｌ添加することが好ましい。
【００１９】
上記第１〜第４工程により、竹粉の前処理が終了する。第５工程（ステップＳ５）では、前処理を行った竹粉とガラス繊維と基材樹脂である熱可塑性樹脂とを溶融混練する。基材樹脂である熱可塑性樹脂は、特定の種類のものに限定されないけれども、極端に融点に高い熱可塑性樹脂を用いると、溶融混練中に竹粉が茶褐色となり、熱可塑性樹脂組成物の色彩を考慮すれば融点が低い熱可塑性樹脂が好ましい。中でも機械的特性、加工特性等の点からポリオレフィン樹脂が好ましく、特にポリプロピレン、プロピレンとエチレンとのコポリマーが好ましい。熱可塑性樹脂は、一種のみ単独で使用しても、２種以上を混合して使用してもよい。さらにバージンの樹脂のみならず、使用済み、リサイクル品であってもよい。また、使用する熱可塑性樹脂は、パウダー状であっても、ペレット状であってもよい。ガラス繊維は、公知のガラス繊維を使用することが可能であり、ガラス繊維強化プラスチックなどに多く用いられるＥガラスを好適に使用することができる。ガラス繊維は、収束剤で表面処理されたガラス繊維であってもよく、シランカップリング剤で表面処理されたガラス繊維がより好ましい。また、市販されているガラス繊維入りの熱可塑性樹脂を用意し、このガラス繊維入りの熱可塑性樹脂と前処理が終了した竹粉とを溶融混練してもよい。
【００２０】
溶融混練する装置には、フィラー入りの樹脂の溶融混練に従来から一般的に使用されている押出機、混練機を使用することが可能であり、例えば外部加熱方式の二軸押出機を好適に使用することができる。押出機への竹粉、ガラス繊維及び熱可塑性樹脂の供給は、予めスパーミキサなどの混合機でこれらを均一に混合した後、これら混合物を定量フィーダを用いて供給してもよい。また竹粉、ガラス繊維及び熱可塑性樹脂毎に個別の定量フィーダを設け、これらを用いて押出機に竹粉、ガラス繊維及び熱可塑性樹脂を供給すれば供給精度が高まりより好ましい。このとき押出機の原料入口は一箇所であっても、竹粉、ガラス繊維及び熱可塑性樹脂と原料毎に入口を設けてもよい。溶融混練する温度は、熱可塑性樹脂の融点以上の温度とすればよいけれども、必要以上に温度を高くすると着色しやすくなるので、溶融混練温度は必要以上に高くすべきではない。溶融混練時間は、公知のように押出機のスクリュー回転数、スクリューの仕様等で調整すればよい。ガラス繊維入りの熱可塑性樹脂と竹粉との溶融混練も、同様に行なうことができる。
【００２１】
第６工程（ステップＳ６）は、ペレット化工程である。押出機等で溶融混練された竹粉、ガラス繊維及び熱可塑性樹脂の混合物を公知の方法でペレット化する。一例を示せば、押出機の先端部にストランド用ダイを取り付け、ここから溶融物をストランド状で吐出させてこれを水冷バスで冷却した後、カッターでカッティングすることでペレットを得ることができる。
【００２２】
以上の製造方法により竹粉及びガラス繊維が基材樹脂である熱可塑性樹脂中に均一分散した熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。上記の通り本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、製造方法が簡単であり、使用する材料、薬剤も比較的少なく安価に竹粉及びガラス繊維が基材樹脂中に均一分散した熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。なお、本熱可塑性樹脂組成物に、悪影響を及ぼさない範囲で公知の樹脂用添加剤、例えば酸化防止剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤などを添加してもよい。本発明の製造方法で得られる熱可塑性樹脂組成物は、竹粉及びガラス繊維が基材樹脂中に均一分散しているので、これをペレット化し、このペレットを使用し、公知の射出成形法、押出成形法等を用いて、外観に優れた成形品を得ることができる。またこれら成形品は、竹粉が天然物の風合い醸し出し、ガラス繊維が配合されているので機械的強度に優れる。
【実施例】
【００２３】
実施例１
次の要領で、竹粉含有量が２０重量％、ガラス繊維含有量が１５重量％の熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造した。高速回転ミキサーに２００メッシュの白色の竹粉１０ｋｇ（中国産）を投入し、撹拌混合しながら１１０℃の温度で３０分間竹粉を乾燥させた。その後、陰イオン界面活性剤（ＨＷ−９８８）１００ｇを３回に分け、約３分間毎に陰イオン界面活性剤を投入し、竹粉に陰イオン界面活性剤を塗した。竹粉に陰イオン界面活性剤を塗す操作が終了した後、５分経過後に０．５％のステアリン酸２０ｍｌを添加し、高速回転ミキサーで５分間、撹拌混合し竹粉にステアリン酸を付着、吸着させた。前処理が終了した竹粉と、ガラス繊維含有量が１８．７５重量％のガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂ペレット４０ｋｇを各々定量フィーダを用いて押出機に定量供給し、温度１８０℃で溶融混練し、ダイから吐出させ、冷却後、カッティングし熱可塑性樹脂組成物のペレットを得た。
【００２４】
実施例１で製造した熱可塑性樹脂組成物の評価は、次ぎの要領で行った。実施例１で得られたペレットを射出成形機を用いて、温度１７０℃で射出成形し直径１０ｍｍの棒状のテストピースを得た。このテストピースの外観、及びテストピースを中央部で切断し、切断面を目視観察することで竹粉の分散性を調べた。テストピースの表面は、平滑性に優れ、色彩は均一であった。また竹粉は、外観のみならず内部まで均一に分散していた。
【００２５】
比較例１
竹粉に陰イオン界面活性剤を塗す操作が終了した後、直ちに０．５％のステアリン酸２０ｍｌを添加したこと以外、他の熱可塑性樹脂組成物の製造要領、評価要領は実施例１と同一である。得られたテストピースの外観は、表面の平滑度が低く、色彩も不均一であった。また竹粉は表面のみならず、切断面の観察結果から内部においても均一に分散していなかった。
【００２６】
比較例２
竹粉に陰イオン界面活性剤を塗す操作が終了し数時間以上経過した後に、０．５％のステアリン酸２０ｍｌを添加したこと以外、他の熱可塑性樹脂組成物の製造要領、評価要領は実施例１と同一である。得られたテストピースの外観は、表面の平滑度が低く、色彩も不均一であった。また竹粉は表面のみならず、切断面の観察結果から内部においても均一に分散していなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の一形態としての熱可塑性樹脂組成物の製造手順を示すフローチャートである。
【図１】
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