(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質材料、該木質材料をエステル化するための化学修飾用薬剤および熱可塑性合成樹脂から木質系成形用組成物を製造する方法において、第１流である木質材料流と第２流である化学修飾用薬剤流とを混合して第３流を形成せしめ、該第３流を連続的に加熱混練することによって木質材料をエステル化し、次いで直ちに、該第３流と、第４流である熱可塑性合成樹脂流とを混合して第５流を形成せしめ、該第５流を連続的に加熱混練して木質系成形用組成物流となすことを特徴とする木質系成形用組成物の製造方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂を主体とするものであることを特徴とする請求項１に記載の木質系成形用組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出成形材料、熱圧成形材料、射出成形材料等の成形用材料として使用した時、良好な機械的強度、外観を与える木質系成形用組成物を連続的に製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填材として木質系材料を配合し、外観や弾性が改善された複合材を得ることは広く行われている。
一方、ポリオレフィン等の熱可塑性合成樹脂に木質系材料を配合することも行われている。しかしながら、熱可塑性合成樹脂の多くは疎水性であるのに対し、木質材料は親水性であるため、両者はその界面において親和性を有さない。このため、樹脂組成物の成形加工性が低下したり、機械的強度が低下することがある。また成形加工時において、木質材料が吸収、吸着していた水分が気化することによって成形体中に気孔が形成され、成形体の機械的強度、外観が損なわれるという問題があった。
【０００３】
熱可塑性合成樹脂と木質系材料の親和性を改良する手段として、木質系材料を化学修飾して得られる化学修飾木質材料を使用するという方法がある。化学修飾木質材料とは、木質材料中のセルロース、ヘミセルロース、リグニン等に含まれる水酸基に化学物質を反応させたものであって、これによって木質材料に疎水基を導入できる。このため化学修飾木質材料は熱可塑性合成樹脂との親和性が良好であり、化学修飾木質材料と熱可塑性合成樹脂を複合化した組成物を用いて得られる成形体は優れた機械的強度、外観を有するとともに、成形加工性が良好であるという長所を有している。これらの中でも、二塩基酸無水物によるエステル化、および、二塩基酸無水物とエポキシドによるオリゴエステル化は化学修飾反応において副生成物がないため工業的により優位であるという長所を有している（以下、エステル化、オリゴエステル化された木質材料をエステル化木質材料と総称することがある）。
【０００４】
一方、特開平６−８０８３２号公報にはオリゴエステル化木質材料と、ポリオレフィン及び変性ポリオレフィンとが複合化されたポリオレフィン組成物およびその製造方法が開示されている。ここで述べられている製造方法は、あらかじめ木質系材料をオリゴエステル化した後、次工程で該オリゴエステル化木質材料とポリオレフィン系樹脂等とを複合化するというものである。
この方法をエステル化木質材料に適用した方法として次の方法が考えられる。▲１▼まず混練機に木質材料と化学修飾用薬剤を仕込んで、加熱下に撹拌することによって木質材料を化学修飾してエステル化木質材料となした後取り出し、
▲２▼次いで得られたエステル化木質材料及び熱可塑性合成樹脂を再度混練機に仕込んで加熱混練する。
しかしながらこの方法は生産速度が遅くコスト高につながるという欠点があった。さらに、大きな欠点としては、化学修飾工程（上記▲１▼の工程）が完了したエステル化木質材料を複合化工程（上記▲２▼の工程）へ移す段階において、エステル化木質材料が開放系中に晒され吸湿することである。この段階においてエステル化木質材料が吸湿するとエステル化木質材料と熱可塑性合成樹脂とを複合化し、木質材料組成物とする工程において、水分が該木質材料組成物中に封じ込められる。このように木質材料組成物中に封じ込められた水分は、別工程で乾燥処理を施しても木質材料組成物に含まれる熱可塑性樹脂組成物に遮断され容易には除去できない。従ってこの方法によって得られる木質材料組成物を用いて成形加工を行う際、該水分が気化することによって成形体中に気孔が形成され、成形体の機械的強度、外観が損なわれる。
【０００５】
さらに、特開平８−３００３１９号公報に示された技術を応用して、木質材料の化学修飾を連続的に行い、この後、連続反応装置から排出されるエステル化木質材料と熱可塑性合成樹脂を複合化するという手段も考えられるが、この場合においてもやはりエステル化木質材料が一時開放系に晒され、吸湿し、上記したと同じ問題を生じる。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので成型時における成形加工性が良好で、しかも気孔を含まず、優れた機械的強度、および外観を有する成形体を与える木質系成形用組成物を連続的に製造するための方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明者らは鋭意検討を行った。この結果、木質系成形用組成物を製造するための原料の流れを特定な状態に制御し、生成したエステル化木質材料を直ちに熱可塑性合成樹脂と複合化することによって上記課題が解決できることを見出し本発明に至った。すなわち本発明によれば、
木質材料、該木質材料をエステル化するための化学修飾用薬剤および熱可塑性合成樹脂から木質系成形用組成物を製造する方法において、第１流である木質材料流と第２流である化学修飾用薬剤流とを混合して第３流を形成せしめ、該第３流を連続的に加熱混練することによって木質材料をエステル化し、次いで直ちに、該第３流と、第４流である熱可塑性合成樹脂流とを混合して第５流を形成せしめ、該第５流を連続的に加熱混練して木質系成形用組成物流となすことを特徴とする木質系成形用組成物の製造方法が提供される。
さらにまた、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂を主体とするものであることを特徴とする上記の木質系成形用組成物の製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をより詳細に説明する。
本発明の木質系成形用組成物の製造方法はエステル化木質材料を熱可塑性合成樹脂と複合化させるための方法に関するものである。本発明で言うエステル化木質材料とは、木質材料に化学修飾用薬剤として二塩基酸無水物を反応させて得られるエステル化木質材料と、木質材料に化学修飾用薬剤として二塩基酸無水物とエポキシドを反応させて得られるオリゴエステル化木質材料の双方を意味するものである。以下に本発明において用いられる二塩基酸無水物とエポキシドを例示する。
【０００９】
［二塩基酸無水物］
無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ジクロロマレイン酸、無水イタコン酸、無水テトラブロムフタル酸、無水ヘット酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸
【００１０】
［エポキシド］
エピクロルヒドリン、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、オクチレンオキサイド、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル等のモノエポキシ化合物；ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンより得られるビスフェノール型エポキシ化合物、フェノール樹脂とエピクロルヒドリンより得られるノボラック型エポキシ化合物、ハロゲン化ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンより得られるハロゲン化エポキシ化合物、ポリアルキレングリコールとエピクロルヒドリンより得られるポリアルキレンエーテル型エポキシ化合物等二個以上のエポキシ基を含む化合物（ただし、二個以上のエポキシ基を含む化合物は、モノエポキシ化合物と組み合わせて用いられること、さらには、モノエポキシ化合物を主体として用いられることが好ましい）
【００１１】
これらの中でも、エステル化の場合は、無水マレイン酸を、オリゴエステル化の場合は無水マレイン酸とアリルグリシジルエーテルを用いると、得られる木質系成形用組成物を用いての成型加工時における成形加工性が極めて良好であり、しかも得られる成形体の機械的強度、外観が極めて良好である。さらに、エステル化木質材料は、オリゴエステル化木質材料に比べて吸湿性が高いことから、本発明を適用した場合の効果が顕著である。
【００１２】
また、本発明の木質系成形用組成物の製造方法において用いられる木質材料は特に限定されるものでなく、木材を粉砕したものが使用可能であるし、セルロース粉、パルプ粉、あるいはパーティクルボード工場、ファイバーボード工場から大量に副生されるサンダー粉なども使用可能である。さらには、未利用のまま大量に廃棄される麦わら、稲わら、やしがら、もみがら、古紙、リンター、バガスなどの植物繊維、あるいは、その他のセルロースやリグニンを主成分とするリグノセルロース材料を粉砕したものなども使用可能である。これら木質材料は、繊維長が５００μｍ以下に粉砕されたもの、さらには予備乾燥されたものを用いることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明において用いられるポリオレフィン系樹脂としては、低密度・中密度・高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリブテン−１などのポリオレフィンのほかに、エチレン、プロピレン、ブテン−１などのオレフィンに１成分以上のコモノマーを共重合、あるいはグラフト重合したもの、あるいは、重合後に種々の処理をしたものなど（変性ポリオレフィン）があげられる。コモノマーとしては例えば、アクリル酸、メタクリル酸、メチルメタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸などのα，β−不飽和カルボン酸もしくはその酸無水物、または、それらの金属塩、さらには酢酸ビニルなどがあげられる。これら例示したポリオレフィン系樹脂が単独であるいは複数種組み合わされて用いられるが、ポリプロピレン樹脂を５０〜１００重量％、他のポリオレフィン系樹脂を５０重量％以下からなる樹脂構成が、エステル化木質材料との親和性とコストの観点から特に好ましい。
【００１４】
以上述べた化学修飾用薬剤、木質材料、熱可塑性合成樹脂から木質系成形用組成物が製造される。この三成分の量的比率は特に限定されるものでなく、最終製品に要求される性能に応じて適宜選定されるものであるが、最終製品の機械的強度、外観の観点から木質材料／化学修飾用薬剤／熱可塑性合成樹脂＝１００／０．１〜５０／５０〜５０００（重量部）の範囲とするのが好ましい。
【００１５】
また、上記した成分に加えて、化学修飾反応の触媒、帯電防止剤、酸化防止剤、着色剤、抗菌剤、光安定剤、滑剤、離型剤、充填材等を配合してもよい。これらは、後述するように第１、２、４流に配合しておいてもよくまた、第１、２、４流とは別の流れとして配合するようにしてもよい。
【００１６】
次に具体的な製造方法について説明する。本発明の木質系成形用組成物の製造方法には連続式反応装置が用いられる。具体的には、連続式ニーダー、多軸混練押出機等が挙げられる。これらは、筒状のバレル内にパドル、あるいはスクリューが設置されており、これらが回転することによって、装置に供給された材料を加熱、混合・混練しつつ前方へ移送する機能を有している。
【００１７】
本発明の木質系成形用組成物の製造方法は、木質系成形用組成物を製造するための原料の流れを特定な状態に制御していることを特徴としている。この原料の流れとは、
・第１流（木質材料流）：木質材料の流れ
・第２流（化学修飾用薬剤流）：木質材料をエステル化するための化学修飾用薬剤の流れ
・第３流：上記、第１流と第２流とが混合して形成される流れ
・第４流（熱可塑性合成樹脂流）：エステル化木質材料と混合される熱可塑性合成樹脂の流れ
・第５流：上記、第３流と第４流とが混合されて形成される流れ
である。原料の流れをこのように制御して、第３流では木質材料と化学修飾用薬剤との化学反応を行わせしめ、生成したエステル化木質材料を直ちに第４流と混合して第５流となし、該第５流で化学修飾木質材料と熱可塑性合成樹脂との複合化（コンパウンド化）を行わせしめることにより、気孔がなく、優れた機械的強度、外観を有する成形体を与える木質系成形用組成物を連続的にしかも、効率よく製造することができる。
【００１８】
次に本発明の木質系成形用組成物の製造方法の概要を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す概念図である。第１流と第２流が混合して第３流が形成させられている。なお、第１流を連続的に加熱乾燥する機能を付与しておいてもよい。次いで、第３流は加熱混練され、木質材料のエステル化がなされる。第３流を加熱混練する条件は、加熱温度８０〜２００℃、加熱時間０．１〜３０分間となるように設定される。次いで第３流には第４流が混合され第５流となる。そして第５流は連続的に加熱混練され、エステル化木質材料と熱可塑性合成樹脂との複合化（コンパウンド化）が行われ、木質系成形用組成物流が形成される。該木質系成形用組成物流は次いで造粒（ペレット化）工程、シート化工程、成形加工工程等、所望の工程に移される。なお第５流を加熱混練する温度条件は、使用する熱可塑性合成樹脂の種類に応じて適宜設定される。
【００１９】
図２は上記したよりもより好ましい実施形態を示す概念図である。本実施形態は、図１に示された形態にさらに、第１流が加熱された後、該第１流に含まれる水分を気化、揮散させる機能が付加されている。木質材料はたとえ予備乾燥を行っていても、保管、移送、混練装置への供給時等において開放系に晒されると、短期時間のうちに水分を吸収、吸着する。この機能が付加されていることにより、保管、移送、混練装置への供給時等において木質材料が吸収、吸着した水分を化学修飾工程の直前において除去できる。従って、後の複合化工程において水蒸気発生によるトラブルが回避できるとともに、成型時における成形加工性が良好で、しかも気孔を含まず、優れた機械的強度、および外観を有する成形体を与える木質系成形用組成物が得られ、より好ましい。具体的手段としては、連続式混練機にベント孔を設ける手段が挙げられる。
【００２０】
次いで図３に、図２で概念図が示された実施形態の一例を示す模式図を示す。まず１基目の連続式混練機Ａ（１）には、木質材料供給用のホッパー（１１）が設けられており、ここに定量供給機（３）から木質材料が供給されて第１流が形成される。そして連続式混練機Ａ（１）には、第１流が、しかるべき距離加熱混合下に移送された後、その中に含まれている水分が気化、揮散すように、ベント孔（１３）が設けられている。次いで第２流として化学修飾用薬剤が薬剤投入孔（１４）から投入されることにより第１流と混合され、第３流が形成されるようになっている。なお第２流は定量供給機（３”）で薬剤投入孔（１４）に供給されている。
【００２１】
そして第３流は加熱混練され、木質材料がエステル化される。次いで第３流は連続式混練機Ａ（１）の排出孔（１２）から排出された後、２基目の連続式混練機Ｂ（２）の供給口Ａ（２１）に供給される。そして第３流に第４流である熱可塑性合成樹脂流が供給口Ｂ（２２）を通じて混合され第５流が形成されるようになっている。なお、第４流は定量供給機（３’）によって供給口Ｂ（２２）に供給されるようになっている。
【００２２】
次いで第５流は移送されつつ加熱混練され、複合化がなされ、その後連続式混練機Ｂ（２）の排出孔（２３）から排出され、ペレット化装置（４）によりペレット化される。
なお、ここでは２機の連続式混練機を用いた装置の例を示したが、１機の連続式混練機によってこれらの工程を全て行うこともできることは言うまでもない。
【００２３】
【実施例】
以下実施例により本発明をより詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１］
図３で示したごとくの装置に木質繊維（含水率：０．３％、商品名：ＬＩＧＮＯＣＥＬ  Ｃ−１２０；Ｊ．Ｒｅｔｔｅｎｍａｉｅｒ  ＆  Ｓｏｈｎｅ社製、繊維長：３０〜８０μｍ）を定量供給機により１０ｋｇ／Ｈｒの供給速度で供給した。なお該装置は連続式混練機Ａ、Ｂからなるもので、連続式押出機Ａ（１）は木質材料供給用のホッパー（１１）からベント孔（１３）までのゾーンの設定温度を１５０℃、ベント孔（１３）から排出孔（１２）までのゾーンの設定温度を１８０℃とした。次いで、定量供給機（３”）を用いて無水マレイン酸を１ｋｇ／Ｈｒの供給速度で薬剤投入孔（１４）に供給した。そして排出孔（１２）から排出されるエステル化木質材料を、連続式混練機Ｂ（２）の供給口Ａ（２１）へ供給した。そして定量供給装置（３’）を用いてポリプロピレン樹脂を２０ｋｇ／Ｈｒの供給速度で連続式混練機Ｂ（２）の供給口Ｂ（２２）に供給した。
連続混練機Ｂは設定温度１９０℃に設定されており、排出孔（２３）から排出されるエステル化木質材料組成物をホットカット式ペレット化装置（４）でペレット化し、即座に防湿包装した。なお、このエステル化木質材料組成物のペレットの含水率を赤外線式水分計で測定したところ０．１％であった。
このようにして得られた、エステル化木質材料組成物のペレットをＴダイを備えた押出機に供給し、厚み１ｍｍのシートを成形した。この際の成形加工性と、得られたシートの曲げ強度、密度（気孔の生成の程度が反映される）、外観を表１に示す。
【００２５】
［比較例１］
加圧ニーダーに木質繊維（含水率：０．３％、商品名：ＬＩＧＮＯＣＥＬ  Ｃ−１２０；Ｊ．Ｒｅｔｔｅｎｍａｉｅｒ  ＆  Ｓｏｈｎｅ社製、繊維長：３０〜８０μｍ）を１００重量部、無水マレイン酸を１０重量部仕込み１８０℃で１０分間混練した後取り出してエステル化木質材を得た。次いで、同じ加圧ニーダーにエステル化木質材５５重量部、ポリプロピレン１００重量部を仕込み１８０℃で５分間混練して取り出し、シート化の後、ペレット化し、即座に防湿包装した。なお、このエステル化木質材料組成物のペレットの含水率を赤外線式水分計で測定したところ１．２％であった。
このようにして得られた、エステル化木質材料組成物のペレットをＴダイを備えた押出機に供給し厚み１ｍｍのシートを成形した。この際の成形加工性と、得られたシートの曲げ強度、密度（気孔の生成の程度が反映される）、外観を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003748986.tif 000002
【００２７】
表１より、本発明の木質系成形用組成物の製造方法によって得られるエステル化木質材料組成物は、従来法によって得られるものよりも成形加工性が良好で、しかも良好な機械的強度、外観を有する成形体を与えることが明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
化学修飾木質材料と熱可塑性合成樹脂を用いた木質系成形用組成物はその優れた性能が注目されていたにもかかわらず、連続的に、大量に製造するための製造方法については未だ十分な検討は行われていなかった。本発明はこのような状況の中なされたもので、押出成形材料、熱圧成形材料、射出成形材料等の成形用材料として使用した際、成形加工性が良好で、しかも、機械的強度、外観に優れた成形体を与える木質系成形用組成物を連続的に製造するための製造方法を提供するものであり、産業に利するところ大であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示す概念図である。
【図２】  本発明の実施形態を示す概念図である。
【図３】  本発明の実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１    連続式混練機Ａ
１１  ホッパー
１２  排出孔
１３  ベント孔
１４  薬剤投入孔
２    連続式混練機Ｂ
２１  供給口Ａ
２２  供給口Ｂ
２３  排出孔
３    定量供給機
３’  定量供給機
３”  定量供給機
４    ペレット化装置
【図１】
0003748986.tif 000003
【図２】
0003748986.tif 000004
【図３】
0003748986.tif 000005