パルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂
【課題】パルプ繊維複合ＰＰ（ポリプロピレン）は、パルプ繊維表面のフィブリル化した微細繊維に残存する空気が射出成形時に分離して成形品に気泡として残留して意匠性を著しく低下させる。このため、パルプ繊維にエラストマーなどの希薄溶液を付与後に絞液して付着させる手段などによって対処していたが、反面、衝撃強度の低下をもたらしていた。
【解決手段】この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で低弾性エラストマーを含む分散液を吹き付けながら混合した後に、前記分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とする。
【解決手段】この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で低弾性エラストマーを含む分散液を吹き付けながら混合した後に、前記分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回収古紙を解繊するなどして得られたパルプ繊維と熱可塑性樹脂との複合体（パルプ繊維強化樹脂）の製造方法に関する。さらに詳しくは、複合体（パルプ繊維強化樹脂）の複合化に伴って増加する脆性を緩和して靱性を向上させる手段に関する。また、回収古紙を解繊するなどして得られたパルプ繊維と熱可塑性樹脂とのパルプ繊維強化樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガス排出量の抑制と資源の有効利用を目的とした天然素材の活用が進められ、汎用のＰＰ（ポリプロピレン）使用量削減を目的に、回収紙を繊維状に粉砕して得たパルプ繊維を混入することによる前記目的を達成する手段が注目されつつある。
【０００３】
例えば、パルプ繊維との複合体については、粉砕によって得た解繊状古紙とＰＰ（ポリプロピレン）との溶融混合する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、嵩高な植物繊維の取扱いを容易とするために植物繊維の分散を促進する融点２００℃以下の可塑剤またはセルロース疎水化剤を用いて作製した塊状物またはペレットとＰＰ（ポリプロピレン）とを混練することにより、樹脂への分散性を向上する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、パルプ繊維の表面にあって部分的にフィブリル化して成る微細繊維は、パルプ繊維と樹脂の混合に伴う絡みを阻害する作用を呈することから、繊維と樹脂とが直接的に強固な接合を備えた複合化の態様を得ることが困難である。この結果、パルプ繊維を複合化したＰＰ（ポリプロピレン）は剛性と耐熱性に優れる反面、衝撃強度や引っ張り伸び量の低下をもたらすなどの脆性が増して、複合化の向上効果を損なわせることになる。さらに、前記微細繊維間にある空気は残留し易く、単純な混練では容易に排出されずに射出成形などの高圧下の流動過程で分離し、成形品に気泡として残留して意匠性を低下させるという課題がある。
【０００６】
この課題を解決するために、パルプ繊維の表面を樹脂被覆する手段として、オレフィン系の熱可塑性樹脂を溶剤に分散させた液状態で吹き付けるなどして繊維表面に被覆させた後にマトリックスである樹脂と混合して一体化させたことによって、機械強度を改善することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、フィブリル化した繊維表面に弾性樹脂溶液を付与後に絞液して付着させ、繊維本体にフィブリル化した繊維を固着させたものを用いる、白化の防止手段が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−３２０３６７号公報
【特許文献２】特開平０６−０７３２３１号公報
【特許文献３】特開平０８−０２００２１号公報
【特許文献４】特開平０９−２２８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の手段によれば、繊維表面のフィブリル化した微細繊維が成す隙間に残存する空気が樹脂成形品表面に移行して白化を来すのを防止するため、上記樹脂溶液が侵入してパルプ繊維とマトリックスを成す樹脂との一体化を達成する。しかし、この改質に伴う脆性増加が強度や弾性率の上昇を促す反面、衝撃強度の大幅な低下を来すことになる。
【００１０】
つまり、パルプ繊維表面の改質を目的に含浸する樹脂がマトリックス樹脂との親和性を促す必要から同系のものを用い、その結果、繊維表面にあるフィブリル化した微細繊維を前記繊維本体に収束して、擬似的な単一繊維の態様を成すので、があるため、負荷応力が繊維と樹脂の界面に集中しやすい態様を備えたことによる。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、パルプ繊維の表面部分にフィブリル化した微細繊維間にある空気（気泡）を排除し、基材のＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富むオレフィン系エラストマーを一体化して、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にしたパルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂を提供する。
【００１２】
また、パルプ繊維およびＰＰとの界面に気泡を含まないことに伴う成形品の意匠性を向上、低融点で粘性に富むエラストマーが繊維表面に介在したことに伴う成形時の流動性向上と、応力負荷に伴う破壊の開始点となる残留気泡の排除に伴う強度、特に衝撃強度の低下を抑制したパルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で界面活性剤および低弾性エラストマーを含む水分散液を順次に吹き付けながら混合した後に、分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、表面部分にフィブリル化した微細繊維をパルプ繊維が含む空気（気泡）を排除し、基材であるＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富むオレフィン系エラストマーを一体化して、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１を示す図で、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を示す図（実施例）。
【図２】実施の形態１を示す図で、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を示す図（比較例）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
＜概要＞
パルプ繊維を複合化したＰＰ（ポリプロピレン）は、剛性と耐熱性に優れる反面、衝撃強度の低下をもたらす。
【００１７】
パルプ繊維の表面にあって部分的にフィブリル化して成る微細繊維は樹脂に絡み易いことから、複合化を強固にするが、前記微細繊維に絡まった空気が射出成形などの高圧下での流動過程で分離して成形品に気泡として残留して複合化の効果も低減させる。
【００１８】
本発明は、繊維表面に毛羽立った状態にあるフィブリル化した微細繊維間に、粘性に富む樹脂を保持させるようにしたパルプ繊維と熱可塑性樹脂との複合体を形成したことを特徴とする。
【００１９】
微細繊維間に保持される残留する空気を排除して、気泡が残存しない過剰量の粘性に富む低分子のオレフィン系エラストマーをパルプ繊維の表面に保持させたことにより、急激な応力負荷の緩衝部分を形成して衝撃強度の低下抑制を図ることが出来た。
【００２０】
＜手段＞
パルプ繊維に、粘性に富む樹脂が溶存する希薄溶液を吹き付けるなどして含浸させた後、溶媒を除去することによって、表面にあるフィブリル化した微細繊維間の空気を排除して微細繊維をパルプ繊維本体と一体化させる。
【００２１】
このとき、パルプ繊維には疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄溶液を含浸させることによって、表面の微細繊維間にある空気を排除した後、粘性に富む低分子のエラストマーを溶剤に溶解するなどして希薄な液状態としたものを重ねるようにして付着させた。
【００２２】
また、ＰＰ（ポリプロピレン）に疎水基を備えた界面活性剤を混合させることにより、粘性に優れた樹脂との親和性が向上した。
【００２３】
上記手段による改質した繊維は、ＰＰ（ポリプロピレン）と混練することによって複合化した成形材料とした。
【００２４】
本発明は、繊維表面に毛羽立った状態にあるフィブリル化した微細繊維間に粘性に富む樹脂を保持させるようにしたことを特徴とし、微細繊維間に保持する空気を過剰量の粘性に富むオレフィン系エラストマーのポリイソブチレンに置き換えてパルプ繊維の表面部分に保持させたことにより、急激な応力負荷の緩衝部分を形成して衝撃強度の低下抑制を図るようにした。
【００２５】
また、パルプ繊維表面にあるフィブリル化した微細繊維の収束を抑制しながら複合化を促すことを目的に、親水基と疎水基を併せ持つ界面活性剤の水溶液で湿潤した状態で分子量の低いポリイソブチレンの希薄な水分散液を吹き付け、次いで、順次に分子量の大きなポリイソブチレンの希薄水分散液を吹付けた後、これを乾燥することによって、パルプ繊維の改質を達成する。
【００２６】
処理を完了したパルプ繊維は、その表面にあってフィブリル化して成る微細繊維とポリイソブチレンとの強固な複合状態を得ており、併せて異なる分子量のポリイソブチレンが積層するように繊維上に塗布された構造を得ている。
【００２７】
上記処理を施したパルプ繊維をＰＰ（ポリプロピレン）と共に押出機などを用いて１６０〜１９０℃の溶融状態での混練によって複合化し、押し出された複合樹脂を粒状に加工して成形材料を確保した。
＜先行技術との相違点＞
本発明は、パルプ繊維表面のフィブリル化した微細繊維が備える空間内にある空気の排除を容易とするため、疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄溶液を用いたことにより、前記微細繊維と親和性に優れた親水基を備える界面活性剤が容易に含浸して繊維本体が収束した状態を確保した後、樹脂との親和性に優れる疎水基の作用によって、希薄溶液に分散した粘性に優れるエラストマーを強固に被覆できる。
【００２８】
一方で、粘性に優れた樹脂を表面部分に被覆したことにより、ＰＰ（ポリプロピレン）との混連によって相互が一体化し、両材料の界面部分における緩衝効果を増し、衝撃強度の向上に寄与できる。
【００２９】
＜効果（進歩性）＞
ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、表面部分にフィブリル化した微細繊維をパルプ繊維が含む空気（気泡）を排除し、基材のＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富む前記エラストマーを一体化したので、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にした。
【００３０】
また、パルプ繊維およびＰＰ（ポリプロピレン）との界面に気泡を含まないことに伴って、成形品の意匠性を向上、低融点で粘性に富むエラストマーが繊維表面に介在したことに伴って、成形時の流動性向上と、応力負荷に伴う破壊の開始点となる残留気泡の排除に伴う強度、特に衝撃強度の低下を抑制した。
【００３１】
ポリイソブチレンは粘性に富んだ樹脂であるから、外部応力に対して緩衝作用を備えているので、繊維とマトリックス樹脂との界面に集中して破壊をもたらす応力を緩和して衝撃強度を向上させることができる。
【００３２】
また、疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄水溶液を吹き付けて繊維表面の微細繊維に含浸させたので、前記微細繊維間に容易に含浸して空気を排除し、射出成形時に成形品表面に白化の形成を抑制できる。さらに、次に希薄水分散液を吹き付けて塗布するポリイソブチレンと微細繊維との親和性が向上し、パルプ繊維表面への保持を強固に行うことができる。
【００３３】
また、小さな分子量のポリイソブチレンから順次にパルプ繊維に吹き付けるようにしたので、微細繊維の繊維同士の間隙に侵入して保持されて一体化するので、付加した衝撃応力が微細繊維全体に分散し易く、パルプ繊維とマトリックス樹脂との剥離を発生し難くして、靱性の改善に寄与することができる。
【００３４】
＜低弾性樹脂希薄分散液のみを吹き付けて改質したパルプ繊維とＰＰ（ポリプロピレン）との複合体＞
ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の希薄水分散液を塗布して改質したパルプ繊維とＰＰ（ポリプロピレン）とを混練して得る複合樹脂の製造方法について、以下に詳述する。
【００３５】
まず、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は高温で界面活性剤を備えた水中で高速攪拌することによって、エマルジョンの状態になるまで分散させた。ただし、分子量が１００Ｋ以上のものは、溶剤を用いて膨潤または溶解させるなどして粘度を低下させ、分散を容易化することが好ましい。
【００３６】
一方のパルプ繊維は、回収紙などで酸や塩素などの変色や変質を促す残留薬品が無いものを選択し、これを対向する２枚のディスク間に設けた間隙内に投入するなどして剪断力を付与して解繊したものを用いる。
【００３７】
パルプ繊維の改質は、上記パルプ繊維をヘンシェルミキサーなどの高速回転する羽根を備えた混合機中で攪拌しながら浮遊させた状態で、界面活性剤の希薄水溶液を霧状で吹き付ける。添加する界面活性剤の量は、パルプ繊維に対して０．５〜２．０％、吹付ける水溶液はパルプ繊維と同量〜倍量とすることが好ましい。
【００３８】
また、用いる界面活性剤は、エチレンオキサイドを主体とする親水基と、直鎖状アルキル基から成る疎水基と、を併せ持つことを特徴とし、疎水性のＰＰ（ポリプロピレン）と親水性のパルプ繊維との親和と、該界面活性剤とその後に添加するＰＩＢ（ポリイソブチレン）の親和を促すことが出来る。
【００３９】
次に、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の水分散希薄液を分子量の小さいものから順に、界面活性剤の水溶液を含有して湿潤状態にあるパルプ繊維が混合機内で浮遊する状態下で吹付ける。ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は極めて微細な粒状を成して水中に均一に分散した状態にあり、パルプ繊維が含む界面活性剤との親和性に優れるので、フィブリル化した微細繊維間に容易に侵入することができる。ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は、まず、常温で高粘度液状を呈する分子量が１０Ｋ〜２０Ｋのものをパルプ繊維に対して０．５部を２％の希薄分散液として吹付け、次いで８０Ｋ〜２００Ｋの１．５部を５％の希薄溶液として吹付けた。
【００４０】
もし、ここでＰＩＢ（ポリイソブチレン）の水分散液を霧状で吹付けず、直接的に投入をした場合は均質塗布が得られないうえ、部分的であっても過度な湿潤状態を形成してパルプ繊維本体に微細繊維が収束するため短繊維状態を形成して、十分に強度向上の効果を得ることができない、という課題を残すことになる。
【００４１】
このとき、パルプ繊維が混合機内で浮遊し難くなり、壁面に付着して均一なＰＩＢ（ポリイソブチレン）の塗布を阻害する状態に陥る可能性が示唆された場合には、各原料の吹き付けの完了した段階で混合機内部に乾燥空気を投入してパルプ繊維の乾燥を促すことが好ましい。
【００４２】
次に、上記の処理を完了したパルプ繊維と溶融状態のＰＰ（ポリプロピレン）とを混練する。押出機を用いて樹脂温度が１９０℃以下、好ましくは１８０℃を越えない条件で均一混合する。ＰＰ（ポリプロピレン）はパルプ繊維との複合状態での射出成形時の流動性を勘案して低粘度のものを適用する。本実施例ではＭＩ（流動性）が４０ｇ／１０ｍｉｎのものを選択し、混練の際に安定した押出とともにパルプ繊維表面に塗布したＰＩＢ（ポリイソブチレン）が過度にＰＰ（ポリプロピレン）に溶出せず、適度に残存させるような混練状態を確保するうえで、ＰＰ（ポリプロピレン）が溶融を開始する初期状態でパルプ繊維を３３ｗｔ％の含有量になるように投入した。
【００４３】
混練が完了したＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維が複合して、押出機から吐出されたストランドは、水中での冷却を行うことによって吸湿し、成形時に発泡するなどして外観に支障を来すことがあるので、空冷固化を行い、これを適度に裁断してペレット化することが好ましい。
【００４４】
比較例として、表面改質をしないパルプ繊維と同様手段によってＰＰ（ポリプロピレン）と複合化した成形材料から得た試験片を用いて、各種物性の評価を実施した。
【００４５】
以下に、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を図１、図２に示す。ここで示した各実施例について詳述すると、実施例１−１は低分子量、実施例１−２は高分子量、のＰＩＢ（ポリイソブチレン）を各々、０．８ｗｔ％の添加量で配合したもので、実施例１−３は分子量の小さいものから順次に各々０．２ｗｔを塗布したもの、実施例１−４は実施例１−３に示した添加に対して高分子量ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の０．５ｗｔ％を過剰に塗布したものである。
【００４６】
一方、各比較例について詳述すると、比較例１−１は低分子量、比較例１−２は高分子量が過度であるＰＩＢ（ポリイソブチレン）を各々、０．８ｗｔ％の添加量で配合したもの、比較例１−３は分子量の大きいものから各々０．３ｗｔを塗布したもの、比較例１−４は比較例１−３に示した添加に対して低分子量ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の０．５ｗｔ％を過剰に塗布したものである。
【００４７】
何れの試験片とも、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）を塗布しないパルプ繊維と複合したＰＰ（ポリプロピレン）に比較して残留気泡に起因した白化が殆ど見られず、明確に表面意匠性が向上している。
【００４８】
そのなかで、本発明によって得たパルプ繊維複合ＰＰ（ポリプロピレン）は、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の塗布条件が、パルプ繊維の表面にあるフィブリル化した微細繊維間に保持させるようにしたことによって、前記条件を満たさない条件で処理したものに比較して、表面意匠性、強度と弾性率、流動性に優れ、耐衝撃性の結果から脆さの改善を確認した。
【００４９】
つまり、微細繊維がＰＰ（ポリプロピレン）と複合化した状態でも繊維本体に収束しないように塗布した本発明のＰＰ（ポリプロピレン）複合体において、複合化した繊維の態様に影響を受けないＭＩ（流動性）や熱変形温度、弾性率などには差異がない反面、前記微細繊維のＰＰ（ポリプロピレン）内における上述した態様が繊維を引抜きを困難として、ＰＰ（ポリプロピレン）の変形を拘束し易い態様を成す本発明によるＰＰ（ポリプロピレン）複合体の方が、比較例と比較して有意に高い強度と熱変形温度を備えるのを確認できた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回収古紙を解繊するなどして得られたパルプ繊維と熱可塑性樹脂との複合体（パルプ繊維強化樹脂）の製造方法に関する。さらに詳しくは、複合体（パルプ繊維強化樹脂）の複合化に伴って増加する脆性を緩和して靱性を向上させる手段に関する。また、回収古紙を解繊するなどして得られたパルプ繊維と熱可塑性樹脂とのパルプ繊維強化樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガス排出量の抑制と資源の有効利用を目的とした天然素材の活用が進められ、汎用のＰＰ（ポリプロピレン）使用量削減を目的に、回収紙を繊維状に粉砕して得たパルプ繊維を混入することによる前記目的を達成する手段が注目されつつある。
【０００３】
例えば、パルプ繊維との複合体については、粉砕によって得た解繊状古紙とＰＰ（ポリプロピレン）との溶融混合する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、嵩高な植物繊維の取扱いを容易とするために植物繊維の分散を促進する融点２００℃以下の可塑剤またはセルロース疎水化剤を用いて作製した塊状物またはペレットとＰＰ（ポリプロピレン）とを混練することにより、樹脂への分散性を向上する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、パルプ繊維の表面にあって部分的にフィブリル化して成る微細繊維は、パルプ繊維と樹脂の混合に伴う絡みを阻害する作用を呈することから、繊維と樹脂とが直接的に強固な接合を備えた複合化の態様を得ることが困難である。この結果、パルプ繊維を複合化したＰＰ（ポリプロピレン）は剛性と耐熱性に優れる反面、衝撃強度や引っ張り伸び量の低下をもたらすなどの脆性が増して、複合化の向上効果を損なわせることになる。さらに、前記微細繊維間にある空気は残留し易く、単純な混練では容易に排出されずに射出成形などの高圧下の流動過程で分離し、成形品に気泡として残留して意匠性を低下させるという課題がある。
【０００６】
この課題を解決するために、パルプ繊維の表面を樹脂被覆する手段として、オレフィン系の熱可塑性樹脂を溶剤に分散させた液状態で吹き付けるなどして繊維表面に被覆させた後にマトリックスである樹脂と混合して一体化させたことによって、機械強度を改善することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、フィブリル化した繊維表面に弾性樹脂溶液を付与後に絞液して付着させ、繊維本体にフィブリル化した繊維を固着させたものを用いる、白化の防止手段が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−３２０３６７号公報
【特許文献２】特開平０６−０７３２３１号公報
【特許文献３】特開平０８−０２００２１号公報
【特許文献４】特開平０９−２２８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の手段によれば、繊維表面のフィブリル化した微細繊維が成す隙間に残存する空気が樹脂成形品表面に移行して白化を来すのを防止するため、上記樹脂溶液が侵入してパルプ繊維とマトリックスを成す樹脂との一体化を達成する。しかし、この改質に伴う脆性増加が強度や弾性率の上昇を促す反面、衝撃強度の大幅な低下を来すことになる。
【００１０】
つまり、パルプ繊維表面の改質を目的に含浸する樹脂がマトリックス樹脂との親和性を促す必要から同系のものを用い、その結果、繊維表面にあるフィブリル化した微細繊維を前記繊維本体に収束して、擬似的な単一繊維の態様を成すので、があるため、負荷応力が繊維と樹脂の界面に集中しやすい態様を備えたことによる。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、パルプ繊維の表面部分にフィブリル化した微細繊維間にある空気（気泡）を排除し、基材のＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富むオレフィン系エラストマーを一体化して、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にしたパルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂を提供する。
【００１２】
また、パルプ繊維およびＰＰとの界面に気泡を含まないことに伴う成形品の意匠性を向上、低融点で粘性に富むエラストマーが繊維表面に介在したことに伴う成形時の流動性向上と、応力負荷に伴う破壊の開始点となる残留気泡の排除に伴う強度、特に衝撃強度の低下を抑制したパルプ繊維強化樹脂の製造方法及びパルプ繊維強化樹脂を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で界面活性剤および低弾性エラストマーを含む水分散液を順次に吹き付けながら混合した後に、分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るパルプ繊維強化樹脂の製造方法は、ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、表面部分にフィブリル化した微細繊維をパルプ繊維が含む空気（気泡）を排除し、基材であるＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富むオレフィン系エラストマーを一体化して、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１を示す図で、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を示す図（実施例）。
【図２】実施の形態１を示す図で、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を示す図（比較例）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
＜概要＞
パルプ繊維を複合化したＰＰ（ポリプロピレン）は、剛性と耐熱性に優れる反面、衝撃強度の低下をもたらす。
【００１７】
パルプ繊維の表面にあって部分的にフィブリル化して成る微細繊維は樹脂に絡み易いことから、複合化を強固にするが、前記微細繊維に絡まった空気が射出成形などの高圧下での流動過程で分離して成形品に気泡として残留して複合化の効果も低減させる。
【００１８】
本発明は、繊維表面に毛羽立った状態にあるフィブリル化した微細繊維間に、粘性に富む樹脂を保持させるようにしたパルプ繊維と熱可塑性樹脂との複合体を形成したことを特徴とする。
【００１９】
微細繊維間に保持される残留する空気を排除して、気泡が残存しない過剰量の粘性に富む低分子のオレフィン系エラストマーをパルプ繊維の表面に保持させたことにより、急激な応力負荷の緩衝部分を形成して衝撃強度の低下抑制を図ることが出来た。
【００２０】
＜手段＞
パルプ繊維に、粘性に富む樹脂が溶存する希薄溶液を吹き付けるなどして含浸させた後、溶媒を除去することによって、表面にあるフィブリル化した微細繊維間の空気を排除して微細繊維をパルプ繊維本体と一体化させる。
【００２１】
このとき、パルプ繊維には疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄溶液を含浸させることによって、表面の微細繊維間にある空気を排除した後、粘性に富む低分子のエラストマーを溶剤に溶解するなどして希薄な液状態としたものを重ねるようにして付着させた。
【００２２】
また、ＰＰ（ポリプロピレン）に疎水基を備えた界面活性剤を混合させることにより、粘性に優れた樹脂との親和性が向上した。
【００２３】
上記手段による改質した繊維は、ＰＰ（ポリプロピレン）と混練することによって複合化した成形材料とした。
【００２４】
本発明は、繊維表面に毛羽立った状態にあるフィブリル化した微細繊維間に粘性に富む樹脂を保持させるようにしたことを特徴とし、微細繊維間に保持する空気を過剰量の粘性に富むオレフィン系エラストマーのポリイソブチレンに置き換えてパルプ繊維の表面部分に保持させたことにより、急激な応力負荷の緩衝部分を形成して衝撃強度の低下抑制を図るようにした。
【００２５】
また、パルプ繊維表面にあるフィブリル化した微細繊維の収束を抑制しながら複合化を促すことを目的に、親水基と疎水基を併せ持つ界面活性剤の水溶液で湿潤した状態で分子量の低いポリイソブチレンの希薄な水分散液を吹き付け、次いで、順次に分子量の大きなポリイソブチレンの希薄水分散液を吹付けた後、これを乾燥することによって、パルプ繊維の改質を達成する。
【００２６】
処理を完了したパルプ繊維は、その表面にあってフィブリル化して成る微細繊維とポリイソブチレンとの強固な複合状態を得ており、併せて異なる分子量のポリイソブチレンが積層するように繊維上に塗布された構造を得ている。
【００２７】
上記処理を施したパルプ繊維をＰＰ（ポリプロピレン）と共に押出機などを用いて１６０〜１９０℃の溶融状態での混練によって複合化し、押し出された複合樹脂を粒状に加工して成形材料を確保した。
＜先行技術との相違点＞
本発明は、パルプ繊維表面のフィブリル化した微細繊維が備える空間内にある空気の排除を容易とするため、疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄溶液を用いたことにより、前記微細繊維と親和性に優れた親水基を備える界面活性剤が容易に含浸して繊維本体が収束した状態を確保した後、樹脂との親和性に優れる疎水基の作用によって、希薄溶液に分散した粘性に優れるエラストマーを強固に被覆できる。
【００２８】
一方で、粘性に優れた樹脂を表面部分に被覆したことにより、ＰＰ（ポリプロピレン）との混連によって相互が一体化し、両材料の界面部分における緩衝効果を増し、衝撃強度の向上に寄与できる。
【００２９】
＜効果（進歩性）＞
ＰＰ（ポリプロピレン）との相溶性に優れるポリイソブチレンなどのオレフィン系エラストマーを、表面部分にフィブリル化した微細繊維をパルプ繊維が含む空気（気泡）を排除し、基材のＰＰ（ポリプロピレン）との界面に粘性に富む前記エラストマーを一体化したので、ＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維の複合化を強固にした。
【００３０】
また、パルプ繊維およびＰＰ（ポリプロピレン）との界面に気泡を含まないことに伴って、成形品の意匠性を向上、低融点で粘性に富むエラストマーが繊維表面に介在したことに伴って、成形時の流動性向上と、応力負荷に伴う破壊の開始点となる残留気泡の排除に伴う強度、特に衝撃強度の低下を抑制した。
【００３１】
ポリイソブチレンは粘性に富んだ樹脂であるから、外部応力に対して緩衝作用を備えているので、繊維とマトリックス樹脂との界面に集中して破壊をもたらす応力を緩和して衝撃強度を向上させることができる。
【００３２】
また、疎水基と親水基を併せ持つ界面活性剤の希薄水溶液を吹き付けて繊維表面の微細繊維に含浸させたので、前記微細繊維間に容易に含浸して空気を排除し、射出成形時に成形品表面に白化の形成を抑制できる。さらに、次に希薄水分散液を吹き付けて塗布するポリイソブチレンと微細繊維との親和性が向上し、パルプ繊維表面への保持を強固に行うことができる。
【００３３】
また、小さな分子量のポリイソブチレンから順次にパルプ繊維に吹き付けるようにしたので、微細繊維の繊維同士の間隙に侵入して保持されて一体化するので、付加した衝撃応力が微細繊維全体に分散し易く、パルプ繊維とマトリックス樹脂との剥離を発生し難くして、靱性の改善に寄与することができる。
【００３４】
＜低弾性樹脂希薄分散液のみを吹き付けて改質したパルプ繊維とＰＰ（ポリプロピレン）との複合体＞
ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の希薄水分散液を塗布して改質したパルプ繊維とＰＰ（ポリプロピレン）とを混練して得る複合樹脂の製造方法について、以下に詳述する。
【００３５】
まず、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は高温で界面活性剤を備えた水中で高速攪拌することによって、エマルジョンの状態になるまで分散させた。ただし、分子量が１００Ｋ以上のものは、溶剤を用いて膨潤または溶解させるなどして粘度を低下させ、分散を容易化することが好ましい。
【００３６】
一方のパルプ繊維は、回収紙などで酸や塩素などの変色や変質を促す残留薬品が無いものを選択し、これを対向する２枚のディスク間に設けた間隙内に投入するなどして剪断力を付与して解繊したものを用いる。
【００３７】
パルプ繊維の改質は、上記パルプ繊維をヘンシェルミキサーなどの高速回転する羽根を備えた混合機中で攪拌しながら浮遊させた状態で、界面活性剤の希薄水溶液を霧状で吹き付ける。添加する界面活性剤の量は、パルプ繊維に対して０．５〜２．０％、吹付ける水溶液はパルプ繊維と同量〜倍量とすることが好ましい。
【００３８】
また、用いる界面活性剤は、エチレンオキサイドを主体とする親水基と、直鎖状アルキル基から成る疎水基と、を併せ持つことを特徴とし、疎水性のＰＰ（ポリプロピレン）と親水性のパルプ繊維との親和と、該界面活性剤とその後に添加するＰＩＢ（ポリイソブチレン）の親和を促すことが出来る。
【００３９】
次に、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の水分散希薄液を分子量の小さいものから順に、界面活性剤の水溶液を含有して湿潤状態にあるパルプ繊維が混合機内で浮遊する状態下で吹付ける。ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は極めて微細な粒状を成して水中に均一に分散した状態にあり、パルプ繊維が含む界面活性剤との親和性に優れるので、フィブリル化した微細繊維間に容易に侵入することができる。ＰＩＢ（ポリイソブチレン）は、まず、常温で高粘度液状を呈する分子量が１０Ｋ〜２０Ｋのものをパルプ繊維に対して０．５部を２％の希薄分散液として吹付け、次いで８０Ｋ〜２００Ｋの１．５部を５％の希薄溶液として吹付けた。
【００４０】
もし、ここでＰＩＢ（ポリイソブチレン）の水分散液を霧状で吹付けず、直接的に投入をした場合は均質塗布が得られないうえ、部分的であっても過度な湿潤状態を形成してパルプ繊維本体に微細繊維が収束するため短繊維状態を形成して、十分に強度向上の効果を得ることができない、という課題を残すことになる。
【００４１】
このとき、パルプ繊維が混合機内で浮遊し難くなり、壁面に付着して均一なＰＩＢ（ポリイソブチレン）の塗布を阻害する状態に陥る可能性が示唆された場合には、各原料の吹き付けの完了した段階で混合機内部に乾燥空気を投入してパルプ繊維の乾燥を促すことが好ましい。
【００４２】
次に、上記の処理を完了したパルプ繊維と溶融状態のＰＰ（ポリプロピレン）とを混練する。押出機を用いて樹脂温度が１９０℃以下、好ましくは１８０℃を越えない条件で均一混合する。ＰＰ（ポリプロピレン）はパルプ繊維との複合状態での射出成形時の流動性を勘案して低粘度のものを適用する。本実施例ではＭＩ（流動性）が４０ｇ／１０ｍｉｎのものを選択し、混練の際に安定した押出とともにパルプ繊維表面に塗布したＰＩＢ（ポリイソブチレン）が過度にＰＰ（ポリプロピレン）に溶出せず、適度に残存させるような混練状態を確保するうえで、ＰＰ（ポリプロピレン）が溶融を開始する初期状態でパルプ繊維を３３ｗｔ％の含有量になるように投入した。
【００４３】
混練が完了したＰＰ（ポリプロピレン）とパルプ繊維が複合して、押出機から吐出されたストランドは、水中での冷却を行うことによって吸湿し、成形時に発泡するなどして外観に支障を来すことがあるので、空冷固化を行い、これを適度に裁断してペレット化することが好ましい。
【００４４】
比較例として、表面改質をしないパルプ繊維と同様手段によってＰＰ（ポリプロピレン）と複合化した成形材料から得た試験片を用いて、各種物性の評価を実施した。
【００４５】
以下に、具体的な原料処方に基づいて射出成形した試験片を用いて一般物性を測定した結果を図１、図２に示す。ここで示した各実施例について詳述すると、実施例１−１は低分子量、実施例１−２は高分子量、のＰＩＢ（ポリイソブチレン）を各々、０．８ｗｔ％の添加量で配合したもので、実施例１−３は分子量の小さいものから順次に各々０．２ｗｔを塗布したもの、実施例１−４は実施例１−３に示した添加に対して高分子量ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の０．５ｗｔ％を過剰に塗布したものである。
【００４６】
一方、各比較例について詳述すると、比較例１−１は低分子量、比較例１−２は高分子量が過度であるＰＩＢ（ポリイソブチレン）を各々、０．８ｗｔ％の添加量で配合したもの、比較例１−３は分子量の大きいものから各々０．３ｗｔを塗布したもの、比較例１−４は比較例１−３に示した添加に対して低分子量ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の０．５ｗｔ％を過剰に塗布したものである。
【００４７】
何れの試験片とも、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）を塗布しないパルプ繊維と複合したＰＰ（ポリプロピレン）に比較して残留気泡に起因した白化が殆ど見られず、明確に表面意匠性が向上している。
【００４８】
そのなかで、本発明によって得たパルプ繊維複合ＰＰ（ポリプロピレン）は、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）の塗布条件が、パルプ繊維の表面にあるフィブリル化した微細繊維間に保持させるようにしたことによって、前記条件を満たさない条件で処理したものに比較して、表面意匠性、強度と弾性率、流動性に優れ、耐衝撃性の結果から脆さの改善を確認した。
【００４９】
つまり、微細繊維がＰＰ（ポリプロピレン）と複合化した状態でも繊維本体に収束しないように塗布した本発明のＰＰ（ポリプロピレン）複合体において、複合化した繊維の態様に影響を受けないＭＩ（流動性）や熱変形温度、弾性率などには差異がない反面、前記微細繊維のＰＰ（ポリプロピレン）内における上述した態様が繊維を引抜きを困難として、ＰＰ（ポリプロピレン）の変形を拘束し易い態様を成す本発明によるＰＰ（ポリプロピレン）複合体の方が、比較例と比較して有意に高い強度と熱変形温度を備えるのを確認できた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で界面活性剤および低弾性エラストマーを含む水分散液を順次に吹き付けながら混合した後に、前記分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とするパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
前記パルプ繊維が、界面活性剤の希薄溶液を含浸させて湿潤状態にあることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項３】
前記低弾性エラストマーが、１０Ｋ〜２００Ｋの異なる分子量のポリイソブチレンの水分散液であることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項４】
前記低弾性エラストマーを含む分散液が、エチレンオキサイドを主体とする親水基と直鎖状アルキル基から成る疎水基とを併せ持つ界面活性剤を用いて水に分散したものであることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
前記低弾性エラストマーを含む分散液が、分子量の低いものからパルプ繊維に順に吹き付けることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項６】
界面活性剤を備えたパルプ繊維が低弾性エラストマーを被覆して成り、これを熱可塑性樹脂と複合化したことを特徴とするパルプ繊維強化樹脂。
【請求項７】
界面活性剤が、エチレンオキサイドを主体とする親水基と直鎖状アルキル基から成る疎水基を併せ持つことを特徴とする請求項６に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【請求項８】
前記低弾性エラストマーが、１０Ｋ〜２００Ｋの異なる分子量のポリイソブチレンを低い分子量のものから順にパルプ繊維に付着して成ることを特徴とする請求項６に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【請求項９】
前記ポリイソブチレンが、５０Ｋ以下の分子量のものを用いて構成されて成ることを特徴とする請求項８に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【請求項１】
パルプ繊維を空気とともに対流・攪拌した状態で界面活性剤および低弾性エラストマーを含む水分散液を順次に吹き付けながら混合した後に、前記分散液に用いた溶媒を除去したものを、熱可塑性樹脂と混練して複合化することを特徴とするパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
前記パルプ繊維が、界面活性剤の希薄溶液を含浸させて湿潤状態にあることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項３】
前記低弾性エラストマーが、１０Ｋ〜２００Ｋの異なる分子量のポリイソブチレンの水分散液であることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項４】
前記低弾性エラストマーを含む分散液が、エチレンオキサイドを主体とする親水基と直鎖状アルキル基から成る疎水基とを併せ持つ界面活性剤を用いて水に分散したものであることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
前記低弾性エラストマーを含む分散液が、分子量の低いものからパルプ繊維に順に吹き付けることを特徴とする請求項１に記載のパルプ繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項６】
界面活性剤を備えたパルプ繊維が低弾性エラストマーを被覆して成り、これを熱可塑性樹脂と複合化したことを特徴とするパルプ繊維強化樹脂。
【請求項７】
界面活性剤が、エチレンオキサイドを主体とする親水基と直鎖状アルキル基から成る疎水基を併せ持つことを特徴とする請求項６に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【請求項８】
前記低弾性エラストマーが、１０Ｋ〜２００Ｋの異なる分子量のポリイソブチレンを低い分子量のものから順にパルプ繊維に付着して成ることを特徴とする請求項６に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【請求項９】
前記ポリイソブチレンが、５０Ｋ以下の分子量のものを用いて構成されて成ることを特徴とする請求項８に記載のパルプ繊維強化樹脂。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２０１９６６（Ｐ２０１１−２０１９６６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８７０３（Ｐ２０１０−６８７０３）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]