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明細書 :熱可塑性樹脂成形品の製造方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2014-185204 (P2014-185204A)
公開日 平成26年10月2日(2014.10.2)
発明の名称または考案の名称 熱可塑性樹脂成形品の製造方法
国際特許分類 C08J   9/12        (2006.01)
C08K   3/04        (2006.01)
C08L 101/00        (2006.01)
FI C08J 9/12 CER
C08J 9/12 CES
C08J 9/12 CEZ
C08K 3/04
C08L 101/00
請求項の数または発明の数 7
出願形態 OL
全頁数 8
出願番号 特願2013-059543 (P2013-059543)
出願日 平成25年3月22日(2013.3.22)
発明者または考案者 【氏名】藤井 透
【氏名】大窪 和也
【氏名】佐川 永徳
出願人 【識別番号】503027931
【氏名又は名称】学校法人同志社
個別代理人の代理人 【識別番号】100076406、【弁理士】、【氏名又は名称】杉本 勝徳
【識別番号】100117097、【弁理士】、【氏名又は名称】岡田 充浩
審査請求 未請求
テーマコード 4F074
4J002
Fターム 4F074AA17
4F074AA24
4F074AA32
4F074AC02
4F074AE01
4F074AG19
4F074AG20
4F074BA34
4F074CA22
4F074CC04Y
4F074CC22X
4F074CC32Y
4F074DA34
4J002AA011
4J002BB021
4J002BB111
4J002BC021
4J002DA016
4J002FA096
4J002FD206
要約 【課題】竹炭や木炭などの炭粒子を用いるとともに、軽量で、低熱伝導性を有し、機械的物性に優れた熱可塑性樹脂成形品の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】炭粒子を含む熱可塑性樹脂組成物を用いて熱可塑性樹脂成形品の製造するにあたり、竹炭粒子入りのコンパウンドを成形前に高湿度雰囲気中に保持して、竹炭粒子を吸湿状態にしておき、このコンパウンドを用いて成形品を成形する際にコンパウンド中の吸湿状態の竹炭粒子から水分を蒸発させて、水蒸気により成形品中に気泡が生じるようにした。
【選択図】 図1
特許請求の範囲 【請求項1】
炭粒子を含む熱可塑性樹脂組成物を成形する熱可塑性樹脂成形品の製造方法において、成形前に炭粒子を吸湿状態にしておくとともに、成形時に熱可塑性樹脂組成物を炭粒子に吸着した水分が蒸発する温度まで加熱することを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項2】
炭粒子がコンパウンド化され、このコンパウンド状態で炭粒子が吸湿状態にされる請求項1に記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項3】
炭粒子が竹炭粒子である請求項1または請求項2に記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項4】
竹炭粒子が、700~900℃の中温域で焼成された竹炭を粉砕して得られる請求項3に記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項5】
竹炭粒子は、平均差し渡し寸法が、10μm以上100μm以下である請求項3または請求項4に記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項6】
竹炭粒子を熱可塑性樹脂100重量部に対して5重部以上含む請求項3~請求項5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項7】
熱可塑性樹脂がポリプロピレンである請求項1~請求項6のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性樹脂成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂(TP)の熱伝導率は金属に比べれば低い。しかし、それでも一層熱伝導率を下げる要求は少なくない。
低温液体を入れる容器・食器では、熱伝導率の高い材料で形成されたものは、外表面に結露が生じやすい。自動車部品でも、真夏の直射日光に去られる部品では人が触れると火傷などの恐れもある。
【0003】
そこで、熱伝導率を下げる方法として、発泡成形品とする方法が挙げられ、また、脱臭機能や浄化機能を付与するために、竹炭を用いた合成樹脂発泡シートがすでに提案されている(特許文献1)。
すなわち、この合成樹脂発泡シートは、竹炭粒子を含む合成樹脂組成物に空気を吹き込んだり、樹脂材料に配合された発泡剤を発泡させたりすることで得られるようになっている。
【先行技術文献】
【0004】

【特許文献1】特開2004-224646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上記のように、空気を吹き込んだり、樹脂材料に配合された発泡剤を発泡させたりする方法では、その気泡は大きく、寸法のばらつきも大きい。また、均一分散されず、成形物中で気泡が偏ることもしばしばである。すなわち、均一な物性が得られず、機械的特性が要求される用途には問題がある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みて、竹炭や木炭などの炭粒子を用いるとともに、軽量で、低熱伝導性を有し、機械的物性に優れた熱可塑性樹脂成形品の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明にかかる熱可塑性樹脂成形品の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と記す)は、炭粒子を含む熱可塑性樹脂組成物を成形する熱可塑性樹脂成形品の製造方法において、成形前に炭粒子を吸湿状態にしておくとともに、成形時に熱可塑性樹脂組成物を炭粒子に吸着した水分が蒸発する温度まで加熱することを特徴としている。
【0008】
本発明の製造方法に用いられる炭粒子としては、特に限定されないが、たとえば、竹炭、木炭などが挙げられ、中でも、中温(700~900℃)で焼成して得られる竹炭を粉砕して得られる竹炭粒子が好ましい。
すなわち、中温で焼成された竹炭は、硬く、2軸混練押出機による、熱可塑性樹脂との混練あるいはコンパウンドの造粒工程、あるいは、熱可塑性樹脂組成物を射出成形する際にも、竹炭粒子が押しつぶれにくい。
また、中温で焼成された竹炭は、細孔密度、比表面積が大きく、シャープな細孔分布を有する。したがって、均一にかつ安定して水分が吸着され、全体に均一な気泡を備えた成形品を得ることができる。
【0009】
上記竹炭粒子を用いる場合、粒子の大きさは、得ようとする成形品の用途やその成形品が求められる物性等に応じて適宜決定されるが、平均差し渡し寸法が10μm以上100μm以下のものを用いることが好ましい。
すなわち、平均差し渡し寸法が10μm未満では、十分な吸湿性が得られないため、得られる成形品内の気泡が不十分で十分な低熱伝導化を図れなくなる恐れがあり、100μmを超えると、成形品の表面状態に悪影響がでる恐れがある。
なお、本発明において、平均差し渡し寸法は、目盛りのついた、1000倍以上の倍率を有する光学式顕微鏡により求められる。
【0010】
竹炭粒子の配合割合は、得ようとする成形品に応じて適宜決定され、特に限定されないが、熱可塑性樹脂100重量部に対して25重部以上含むようにすることが好ましい。
すなわち、竹炭粒子の配合割合が25重量%を下回ると、竹炭粒子内に蓄えられている水分の総量が少なく、得られる成形品内の気泡が不十分で、十分な低熱伝導化が図れなくなる恐れがある。
【0011】
上記竹炭の原料となる竹材としては、特に限定されないが、例えば、孟宗竹、真竹、淡竹、女竹、慈竹などが挙げられ、低コスト化を図るのであれば、日本国内で手に入り易い孟宗竹、真竹が好適である。
【0012】
本発明の製造方法において、熱可塑性樹脂組成物は、炭粒子と、熱可塑性樹脂のペレット(マスターバッチを含む)は、あらかじめ、熱可塑性樹脂と混練し、コンパウンド化しておくことが好ましい。
炭粒子を吸湿状態にする方法としては、特に限定されないが、たとえば、炭粒子自体あるいは上記コンパウンドを所望の湿度雰囲気中に所定時間放置する方法が挙げられる。
上記湿度雰囲気は、得ようとする成形品に応じて適宜決定され、特に限定されないが、
たとえば、竹炭粒子を用いる場合、竹炭粒子100重量部あたり、5重量部以上の水が吸着するような雰囲気とすることが好ましい。
【0013】
本発明の製造方法において用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンなどの耐水性のあるオレフィン系樹脂が挙げられる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の製造方法は、以上のように、炭粒子を含む熱可塑性樹脂組成物を成形する熱可塑性樹脂成形品の製造方法において、成形前に炭粒子を吸湿状態にしておくとともに、成形時に熱可塑性樹脂組成物を炭粒子に吸着した水分が蒸発する温度まで加熱するようにしたので、従来の物理発泡剤や化学発泡剤を用いて発泡させた成形品に比べ、引っ張り強度に優れたものとすることができる。
さらに、成形品に導電性を持たせることができる。
また、特に、竹炭粒子は、生育が早く、日本国内で容易に手に入るとともに、山林の他の樹木の生育の妨げとなる竹材を原料としているので、より安価に成形品を製造することができるとともに、他の炭粒子に比べても強度的に優れ、混練時や成形時において粒子自体の潰れがない。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例1で得られた樹脂シートの断面の拡大写真写しである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ詳しく説明する。

【0017】
(竹炭粒子)
孟宗竹を700~900℃の中温域で焼成して竹炭Xを得た。得られた竹炭Xの断面を拡大したところ、細孔が形成されており、水銀ポロシメータを用いてその細孔面積を測定したところ、竹炭X1gあたり約1000m2であった。
得られた竹炭Xを、粉砕機(セイワ技研社製卓上ボールミルBM-10)を用いて粉砕したのち、分級し、以下の表1に示す4種類の平均差し渡し寸法の異なる竹炭粒子Xa~Xdを用意した。

【0018】
【表1】
JP2014185204A_000003t.gif

【0019】
(実施例1)
ポリプロピレン(日本ポリケム社製ノバテックBC8)100重量部と、上記竹炭粒子Xa10重量部となるように配合し、二軸混練押出機(神戸製鋼所社製HYPERKTX-32)を用いて溶融混練し、竹炭粒子Xaを含む熱可塑性樹脂組成物であるコンパウンドAを得た。
コンパウンドAを湿度90%、温度23℃の雰囲気中で5時間放置したのち、シリンダ内温度200℃の二軸混練押出機からTダイを介して押出成形し、厚み1.0mmのフィルムAを得た。

【0020】
(実施例2)
竹炭粒子Xaに代えて、上記竹炭粒子Xbを用いた以外は、上記実施例1と同様にしてフィルムBを得た。

【0021】
(実施例3)
竹炭粒子Xaに代えて、上記竹炭粒子Xcを用いた以外は、上記実施例1と同様にしてフィルムCを得た。

【0022】
(実施例4)
竹炭粒子Xaに代えて、上記竹炭粒子Xdを用いた以外は、上記実施例1と同様にしてフィルムDを得た。

【0023】
(実施例5)
竹炭粒子Xcの配合割合を20重量部とした以外は、実施例1と同様にしてコンパウンドEを得たのち、実施例1と同様にしてフィルムEを得た。

【0024】
(実施例6)
竹炭粒子Xcの配合割合を30重量部とした以外は、実施例1と同様にしてコンパウンドFを得たのち、実施例1と同様にしてフィルムFを得た。

【0025】
(実施例7)
竹炭粒子Xaの配合量を1重量部とした以外は、実施例1と同様にしてコンパウンドGを得たのち、実施例1と同様にしてフィルムGを得た。

【0026】
(比較例1)
実施例1で得たコンパウンドAを真空乾燥させたのち、直ちに実施例1と同様にして押出成形してフィルムHを得た。

【0027】
(比較例2)
実施例1で得たコンパウンドAを真空乾燥させたのち、直ちにこの乾燥コンパウンドAを、コンパンウド100重量部に対して1重量部の化学発泡剤(アゾジカルボンアミド)とともに、押出成形機に投入した以外は、実施例1と同様にしてフィルムIを得た。

【0028】
上記実施例1~7および比較例1,2で得られたフィルムA~Iについて、引っ張り強度(MPa)、熱伝導率、比重を以下の試験方法で調べ、その結果を表2に示した。
〔引っ張り強度〕
JIS K7162:プラスチック-引張特性の試験方法による。
〔熱伝導率〕
JIS A 1412:熱絶縁材の熱伝導率及び熱抵抗の測定方法による。
〔比重〕
JIS K7112:プラスチック-非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法による。

【0029】
【表2】
JP2014185204A_000004t.gif

【0030】
上記表2に示すように、PPに竹炭を混入させることにより、その比重、熱伝導率を下げることができることがわかる。比重はPPと竹炭を組み合わせた値より小さくなり、竹炭中に吸着された水分によりPP中に気泡が作られ、これによりPPと竹炭コンパウンド成形品の比重が小さくなったと考えられる。竹炭を加えないPPの熱伝導率は0.12~0.14程度であるため、気泡による熱伝導率の低下効果は顕著である。竹炭の平均差し渡し寸法が異なっても、PPに混入させる竹炭の含有量が同じ場合、比重は同じである。また、熱伝導率に違いはない。
しかし、成形品の引っ張り強度は竹炭の平均差し渡し寸法の影響を受け、同寸法が小さい方が、大きい竹炭を用いた場合より強度は高い。使用したPPの引っ張り強度は24~25MPaであり、竹炭の差し渡し寸法が大きい場合、成形品の強度はやや小さくなる可能性もある。一方、平均差し渡し寸法の小さい竹炭を高含有した場合、成形品の引っ張り強度は増す。また、熱伝導率、比重も元のPPに比べ、顕著に低下する。ただし、破断時の伸びは実施例3に比べ、実施例5、6ではそれぞれ30%および50%低下する。
比較例1からわかるように、竹炭中の給水量を減らすと、成形品中で形成される気泡が少なくなり、成形品の熱伝導率、比重いずれも増加し、断熱性能と重さから見た成形品の性能は低下する。化学発泡剤を加えると、竹炭の水分により形成される気泡とあいまって、成形品中の気泡量は増し、比重は下がる。また、熱伝導率も顕著に下がり、断熱性能の面から、両者を組み合わせることは意義がある。しかし、発泡材による気泡は大きく、成形品の引張強度は大きく低下する。

【0031】
上記実施例1で得られたフィルムAの断面の10倍に拡大した顕微鏡写真の写しを図1に示した。
図1に示すとおり、得られたフィルムAは、多数の独立気泡(図1中、白く見える部分)が内部に分散して存在していた。また,各気泡は、押し出し方向に長く 短手方向の寸法が0.05~0.2mmで、長手方向のさが0.4mm程度であった。
また、実施例2~7および比較例1,2で得られたフィルムB~Iについても同様にして顕微鏡で調べたところ、フィルムB~Fについては、ほぼ実施例1のフィルムAと同様の独立気泡が、均一に分散していた。一方、実施例7のフィルムGについては、気泡の数が他のフィルムより少なかった。そのため、熱伝導率が他の実施例のフィルムに比べ悪いと考えられる。他方、比較例1のフィルムHは、気泡がほとんどなく、発泡剤を用いて発泡させた比較例2のフィルムIは、気泡が大きく、気泡の分散状態が不均一であった。しかも、フィルムIは表面の凹凸が大きく、表面平滑性の点で問題があった。

【0032】
(実施例8)
上記竹炭粒子Xaを湿度95%、温度45℃の雰囲気中で5時間放置して吸湿竹炭粒子Xaとしたのち、この吸湿竹炭粒子Xa25重量部とポリプロピレン100重量部とを混合し、この混合物を、シリンダ内温度200℃の二軸混練押出機(神戸製鋼所社製HYPERKTX-32)により竹炭入りPPコンパウンドI(直径2.5mm、長さ4mm)を得た。また、吐出口をTダイに交換し、厚さ1.0mm、幅10cmのフィルムJも作成した。

【0033】
(実施例9)
実施例8で作製したコンパウンドJを用い、射出成形機により、底辺の直径5cm、開放口の径6cm、高さ10cmのコップを製作した。

【0034】
(実施例10)
実施例8で作製したフィルムJを用い、それを複数重ねてホットプレス用金型に置き、小型トレイ(長さ15cm、幅10cm、深さ0.5cm、厚さ1.5mm)を成形した。

【0035】
なお、気泡の大きさについは、押出速度、射出圧力、保圧等の成形条件によって変更することが可能である。
図面
【図1】
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