説明

充填材組成物

【課題】
ゴムや樹脂などに対する充填材を製造する際に、製造時のエネルギー使用を少なくし、均一性、混和安定性を向上することを目的とする。
【解決手段】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合したことを特徴とする充填材組成物。混合物は合成パルプの融点以上に加熱することが好ましく、天然パルプが製紙用パルプであり、例えば、新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙など、印刷古紙を解繊した繊維であることが好ましい。更に、前記合成パルプがポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂やゴム等のマトリックス材料への充填材組成物に関し、更に詳しくは、マトリックスとなる樹脂やゴム等との混和安定性に優れる充填材組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
ゴムや樹脂等の強化方法として有機繊維や無機繊維を短く切断したものをマトリックスであるゴムや樹脂等に混合する方法が知られている。短繊維を配合することでゴムの弾性率や引き裂き強度等が向上し、タイヤ、ベルト、ホース等のゴム製品におけるゴムの使用量が削減でき、省資源や軽量化に効果的である。しかしながら、これらに配合される繊維材料は、短繊維強化用として新たに紡糸した繊維を繊維メーカーで切断されたものが通常用いられており、価格的には高いものとなってしまう(特許文献1)。
【0003】
また、強化材として古紙あるいは古紙パルプ等を利用したものも知られている(特許文献2〜4)が、ゴム中へのセルロース繊維の分散が不十分であり、強度等の特性向上の効果も不十分であった。
【0004】
植物繊維を充填材として添加混合することは、マトリックスとなるゴム、エラストマー、樹脂等の粘度特性を変化させ、安定性を付与するとともに、マトリックス間に構造体をつくることで強度補完するために有効である。また、安価な植物繊維として古紙を使用することは、環境面でリサイクルやリユースの志向に合致するものである。
しかし、単に植物繊維を樹脂に添加して混練しても、繊維と繊維の凝集力が、繊維と樹脂の分子間力よりも強いため、繊維の塊が混練後も残り、これが外観性能や物理的物性に悪影響を及ぼしていた。
【0005】
繊維と樹脂の結合を強化させるため、本出願人は、特許文献5において、古紙パルプを離解した水性スラリーにラテックスを添加する方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平9−12770号公報
【特許文献2】特開昭62−104851号公報
【特許文献3】特開2002−37929号公報
【特許文献4】特開平11−217466号公報
【特許文献5】特開2009−91388号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前記特許文献5の方法により、繊維とマトリックスとの結合力は改善されたが、水性スラリーから多量の水を除去する操作とエネルギーを必要とする点、パルプスラリーを絞るため、繊維と樹脂の混合組成物を乾燥する時点で塊ができ、均一性、混和安定性といった点での課題が残っている。
本発明は、上記2点の課題を解決することを目的とする。すなわち、製造時のエネルギー使用を少なくし、均一性、混和安定性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、天然パルプ繊維をゴムや樹脂等のマトリックスに添加混合し、混和安定性を向上させるとともに、強度等を改善する手段を鋭意検討した。その結果、乾燥状態のパルプ繊維と乾燥状態の合成パルプを混合させた物を充填材とし、これをポリエチレンやゴムなどの樹脂に添加することより、混和安定性を向上させつつ、強度、弾性、耐摩耗性を改善することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【0009】
すなわち、本発明は以下の(1)〜(8)の8つの発明により構成される。
(1)乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合したことを特徴とする充填材組成物。
(2)乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合し、混合物を加熱したことを特徴とする(1)に記載の充填材組成物。
(3)前記加熱が、合成パルプを溶融する温度以上であることを特徴とする(1)、または(2)に記載の充填材組成物。
(4)前記乾燥状態の天然パルプが製紙用パルプであることを特徴とする請求項(1)または(2)に記載の充填材組成物。
(5)前記製紙用パルプが化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプから選択される少なくとも1種であることを特徴とする(4)に記載の充填材組成物。
(6)前記天然パルプが上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、雑誌、段ボール、印刷古紙から選択される少なくとも1種であることを特徴とする(4)に記載の充填材組成物。
(7)印刷古紙が新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙から選択される少なくとも1種であることを特徴とする(6)に記載の充填材組成物。
(8)前記合成パルプがポリオレフィン系であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の充填材組成物。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、マトリックスと充填材との混和安定性を向上させつつ、強度、弾性、耐摩耗性に優れた充填材組成物を提供することが可能となる。また、製造における熱エネルギーが削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明は、最も代表的には、解繊処理を施した乾燥状態の古紙パルプと、ポリオレフィン系合成パルプを混合した繊維組成物である。さらに好ましくは、古紙パルプとポリオレフィン系合成パルプの混合物を加熱し、ポリオレフィン系合成パルプを溶解し、古紙パルプ繊維表面を濡らす、あるいは付着させた繊維組成物である。以下には、主として古紙を利用する場合を例として説明する。
【0012】
従来は、古紙パルプとゴムや樹脂などを、回転型ミキサーを装着した混練機で加熱混練していた。回転型ミキサー羽と混練機の内壁の隙間でシェアーをかけ、溶融樹脂と古紙パルプを混練していた。しかし、混練機内のシェアーは均一ではなく、回転しているミキサー羽から遠くなるに従いシェアーがかかりにくい状態である。したがって、混練機内壁部付近はシェアーがかからず、古紙パルプ繊維間の凝集力が優勢となり、古紙パルプ繊維は塊になりやすかった。
本発明者は、これを防止するには、古紙パルプ近傍には必ず樹脂が存在する環境が必要と考え、古紙パルプとポリオレフィン系合成パルプを混合することを考え、本発明に至った。
【0013】
ポリオレフィン系合成パルプと合成繊維の違いはその表面形状にある。一般的に天然パルプ繊維は、その表面がフィブリル化されている。フィブリル化とはパルプ繊維表面が毛羽立ちを起こしている状態で、これがパルプ繊維間の結合を強くしている。ポリオレフィン系合成パルプはポリオレフィン繊維と異なり、その表面はフィブリル化されている。このため、天然パルプ繊維とからまりやすく、結合力を高めている。この現象が、古紙パルプ近傍には必ず樹脂が存在する環境を与えている。
【0014】
本発明において用いられる古紙としては、家庭または工場、事業場等から排出される新聞古紙、段ボール古紙、雑誌古紙等当業界公知のものを挙げることができる。具体的には、使用済みの新聞、書籍、雑誌、電話帳、カタログ類、上質紙、包装用箱、段ボール箱、上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、パルプモールド、紙製緩衝材、あるいは抄紙、印刷、製本、製箱、段ボール製造などの工場・事業場から排出される裁落、損紙等が挙げられる。なかでも、新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙等の印刷古紙が好ましい。
【0015】
本発明においては、まず古紙の解繊処理を行う。該処理は、水分率20%以下の乾燥状態の古紙を試用するのが良い。湿潤状態で行なっても良いが、異物等の混入の可能性が低い乾燥状態での処理が好ましい。
【0016】
解繊に用いられる装置としては、例えば、ポケットグラインダー、チェーングラインダー、リンググラインダー等のグラインダー類、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、コニカル型リファイナー等のリファイナー類、ビーター等のその他叩解機類、ブレンダー、デフレーカー等の攪拌機類、デファイブレーター、デファイブライザー等の木材チップ解繊機、その他フラッファー等フラッシュ乾燥パルプ製造設備等が挙げられる。また、これらの中でも、加圧方式、スクリュー方式等のように強制的に原料供給できる機構を備えている装置は、解繊が連続的効率的に行えるので好ましい。また、これらは、一般的に湿潤繊維を処理する装置や乾燥繊維を処理する装置等、いろいろなタイプのものがあるが、乾湿に関わらず使用できれば適宜解繊処理装置として使用することができる。しかし、排水処理が容易な点で、全く水を使わないあるいは少量の水しか使わない乾式解繊が好ましい。湿式の場合には、解繊効率および後の脱水乾燥工程の負荷を抑えることができるという点で、固形分濃度が高い状態での解繊がより好ましい。
【0017】
本発明において用いられる解繊された古紙パルプ繊維としては、繊維幅について特に制限はないが、平均繊維長は0.1〜5.0mm、好ましくは0.3〜1.5mm程度のものである。因みに、古紙パルプ繊維の平均繊維長が0.1mm未満であると、解繊に多大なエネルギーを要し、マトリックス樹脂等との絡み合いが少なくなり、最終製品となる素材の強度低下をきたすおそれがある。また、平均繊維長が5.0mmを超えると、繊維同士の絡み合いが強くなり過ぎ、繊維が凝集し、その結果、マトリックス樹脂等との混和性が劣り、結果として最終製品となる素材の強度低下をきたすおそれがある。
解繊された古紙パルプ繊維をフィブリル化するには、解繊装置内にて古紙パルプ同士が擦れさせることが必要である。同じ繊維長でもフィブリル化有無で解繊された繊維同士の絡み合いが異なる。フィブリル化されると綿状のようになる。最適化されるように装置条件を調整する必要がある。
【0018】
上記古紙由来のパルプ繊維は、使用される古紙として新聞古紙が好ましい。新聞古紙を使用すると平均繊維長が0.1〜5.0mmの範囲内に入り易くなるとともに、新聞紙抄紙時に配合される機械パルプが、パルプ表面にアルキル基を有するために疎水性を有し易いことから、マトリックスとなるゴムや樹脂等に分散させ易くなるという利点を有する。
【0019】
本発明において用いられる合成パルプとしては、熱可塑性樹脂の合成パルプが使用され、特に、ポリオレフィン系の合成パルプが好適に使用される。またさらには、溶液あるいはエマルジョンのフラッシュ紡糸法によるものが好適に使用される。
フラッシュ法とは、高圧でポリマーを溶媒に溶解したものを減圧下に噴出することによって溶媒を揮散させ、さらに必要に応じワーリング・ブレンダー、ディスクリファイナー等にて繊維を切断および叩解する方法である。
合成パルプそれ自体は公知のものであり、熱可塑性樹脂としてはポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等が例示できる。特にポリオレフィン系合成パルプは、下記のごとき種々の方法によって製造されたものを使用することができる。
【0020】
使用されるポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィンの単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−1−ブテン共重合体、エチレン−4−メチルペンテン−1共重合体等のエチレンと他のα−オレフィンとの共重合体が好ましく、なかでも結晶性のポリオレフィンが機械的強度の面から好ましく使用される。このようにして得られたポリオレフィン系合成パルプは、繊維長が0.1ないし10mmのものである。
合成パルプは市販されている物が使用可能であって、具体的には三井化学製のポリオレフィン系の合成パルプであるSWPシリーズあるいはケミベストシリーズ(ケミベストFDSS−5、FDSS−2、FD380、FD780、FD990、FDSS−50)などが挙げられる。
【0021】
天然パルプと合成パルプの比率は、天然パルプ100質量部に対して、合成パルプ5〜100質量部、好ましくは10〜70質量部を今後するのが好ましい。合成パルプの配合量が5質量部未満であると、充填材組成物をマトリックスに添加混合した際、混和性が不十分となり、強度、弾性、耐摩耗性が不十分となるおそれがある。合成パルプが100質量部を超えると、マトリックス樹脂等との混和性は、それ以上は改善されない。結果としてコストアップとなる可能性がある。
【0022】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合する方法は、公知の方法で可能である。天然パルプと合成パルプが均一に混合できる方法であれば、いかなる方法や機器が使用可能である。具体的には手で何回も混ぜる方法、振動装置を利用して一定時間混合させる方法、天然パルプと合成パルプを別々にエアーで吹き上げて空気中で衝突させて混合する方法などが利用できる。
【0023】
混合した天然パルプと合成パルプは嵩高で取り扱いにくい場合もある。この場合は、混合物を加熱し、合成パルプを溶解して天然パルプ表面を濡らす、あるいは付着させて嵩を低くしたほうが良い。加熱する方法は、例えば熱風乾燥、乾燥キルンを用いた加熱、赤外線加熱等、公知の方法を単独であるいは組み合わせて採用することができる。中でもアイロンのようなホットプレス加熱は嵩を低くすることが可能で有効であるが、表面のみの合成パルプが溶解し、内部に存在する合成パルプが溶けないことを注意する必要がある。
いずれにしても、加熱した結果、合成パルプ同士もしくは合成パルプと天然パルプの一部が接着された状態となる。そのため、輸送中に合成パルプのみが浮上して場所により混合比率が変わるなどのトラブルがなくなる。
【0024】
本発明の充填材組成物を添加するマトリックス樹脂としては各種ゴム、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン樹脂、各種ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、ポリエステルなどの各種縮合系樹脂が使用可能である。環境の点からは、ポリ乳酸のような生分解性樹脂を使用するのが好ましい。
具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、カルボキシメチルセルロース、ポリテルペンなどが挙げられる。
【0025】
本発明の充填材組成物は、上述のように古紙パルプ繊維に樹脂が複合化されているのでマトリックスであるゴム、エラストマー、その他の樹脂との混和性に極めて優れている。このため、マトリックスに充填材を配合された組成物は均一な混合状態となり、組成物の強度試験においてもクラックの発生がほとんどなく、優れた特性を示すものと考えられる。同様に、弾性、耐摩耗性も向上するものと考えられる。
【実施例】
【0026】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は勿論これらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、%は、全て質量%である。
【0027】
(実施例1)
水分6質量%の新聞古紙を、パルプ粗砕機(商品名:「FR−160」、瑞光鉄工社製)を用いて粗砕後、パルプ粉砕機(商品名:「P−270」、瑞光鉄工社製)を用いて乾式で解繊し、古紙パルプ繊維を得た。得られた古紙パルプ繊維の長さ加重平均繊維長は1.20mmであった。この古紙パルプ100質量部と合成パルプ15質量部(商品名:ケミベストFD380、三井化学株式会社製)を、手で充分に混合し、充填材組成物を得た。
得られた充填材組成物20部を、を低密度ポリエチレン55部(試薬、アルドリッチ社製)とマレイン酸変性ポリエチレン25部(試薬、アルドリッチ社製)の混合物に充填し、ラボプラストミル(東洋精機製)で混練した。なお、混練温度は180℃、混練時間は10分である。得られた混練物を160℃でプレス成型し、板状サンプルを作製した。
作製した板状サンプルを目視し、繊維の集合状態や凝集状態を観察した。結果を表1に示す。
【0028】
(実施例2)
実施例1と同じ操作を行なった。ただし、得られた充填材組成物をアイロンで加熱処理して毛布状態にした。毛布状充填材組成物を小片に粉砕し、最終の充填材組成物とした。
該小片の断面写真を観察したところ、合成パルプ同士が接着している部分が観察され、また、合成パルプの表面が溶けて天然パルプに接着している部分が観察された。
【0029】
(実施例3)
水分6質量%の新聞古紙を、パルプ粗砕機(商品名:「FR−160」、瑞光鉄工社製)を用いて粗砕後、パルプ粉砕機(商品名:「P−270」、瑞光鉄工社製)を用いて乾式で解繊し、古紙パルプ繊維を得た。得られた古紙パルプ繊維の長さ加重平均繊維長は1.20mmであった。この古紙パルプ100質量部と合成パルプ15質量部(商品名:ケミベストFD990、三井化学株式会社製)を、手で充分に混合し、充填材組成物を得た。
得られた充填材組成物20部を、ポリ乳酸樹脂80部(商標:TE2000、ユニチカ製)に充填し、ラボプラストミル(東洋精機製)で混練した。なお、混練温度は180℃、混練時間は10分である。得られた混練物を160℃でプレス成型し、板状サンプルを作製した。
作製した板状サンプルを目視し、繊維の集合状態や凝集状態を観察した。結果を表1に示す。
【0030】
(実施例4)
水分50質量%のクラフトパルプを、パルプ粗砕機(商品名:「FR−160」、瑞光鉄工社製)を用いて粗砕後、パルプ粉砕機(商品名:「P−270」、瑞光鉄工社製)を用いて解繊し、乾燥してパルプ繊維を得た。得られたパルプ繊維の長さ加重平均繊維長は1.60mmであった。このパルプ100質量部と合成パルプ15質量部(商品名:ケミベストFD990、三井化学株式会社製)を、手で充分に混合し、充填材組成物を得た。
得られた充填材組成物20部を、を低密度ポリエチレン55部(試薬、アルドリッチ社製)とマレイン酸変性ポリエチレン25部(試薬、アルドリッチ社製)の混合物に充填し、ラボプラストミル(東洋精機製)で混練した。なお、混練温度は180℃、混練時間は20分である。得られた混練物を160℃でプレス成型し、板状サンプルを作製した。
作製した板状サンプルを目視し、繊維の集合状態や凝集状態を観察した。結果を表1に示す。
【0031】
(比較例1)
実施例1と同じ操作を行なった。ただし、合成パルプは使用しなかった。
【0032】
(比較例2)
実施例1と同じ操作を行なった。ただし、合成パルプの代わりに、ポリエチレン繊維を使用した。ポリエチレン繊維は以下のようにして作製した。
ポリエチレン(試薬グレード(MFR24)、アルドリッチ社製)を、孔数120個の芯鞘型複合紡糸口金を数個用いて溶融紡糸した。このときの紡糸条件は、紡糸温度230℃、単孔の吐出量1g/minである。紡糸した後、直ちにエアーサッカーで延伸して繊度2デニールのポリエチレン繊維を得た。このポリエチレン繊維を、長さ2mmにカットした。
【0033】
(比較例3)
実施例3と同じ操作を行なった。ただし、合成パルプの代わりに、比較例2で使用したポリエチレン繊維を用いた。
【0034】
(比較例4)
実施例4と同じ操作を行なった。ただし、合成パルプは使用しなかった。
【0035】
【表1】

【0036】
表1から明らかなように、本発明の方法で得られた充填材組成物は、樹脂などのマトリックスとの混和性に極めて優れている。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明の充填材組成物は、軽量で、マトリックスであるゴム、エラストマー、樹脂等への混和安定性に優れるとともに、ひいては強度、弾性、耐摩耗性等の特性を向上させることができ、充填材組成物として極めて優れた特性を有するものである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合したことを特徴とする充填材組成物。
【請求項2】
乾燥状態の天然パルプと乾燥状態の合成パルプを混合し、混合物を加熱したことを特徴とする請求項1に記載の充填材組成物。
【請求項3】
前記加熱が、合成パルプを溶融する温度以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の充填材組成物。
【請求項4】
前記乾燥状態の天然パルプが製紙用パルプであることを特徴とする請求項1、2に記載の充填材組成物。
【請求項5】
前記製紙用パルプが化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の充填材組成物。
【請求項6】
前記天然パルプが上白、カード、特白、中白、白マニラ、模造、色上、切付、中更反古、雑誌、段ボール、印刷古紙から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の充填材組成物。
【請求項7】
印刷古紙が新聞紙、微塗工紙、高灰分の塗工紙、非塗工紙から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6に記載の充填材組成物。
【請求項8】
前記合成パルプがポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の充填材組成物。

【公開番号】特開2011−202003(P2011−202003A)
【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2010−70111(P2010−70111)
【出願日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【出願人】(000122298)王子製紙株式会社 (2,055)
【Fターム(参考)】