JPH10273538A

JPH10273538A - 木質材料含有ポリオレフィン組成物の製造法

Info

Publication number: JPH10273538A
Application number: JP7965497A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kashiwa; 英則栢; Takashi Yamanaka; 隆志山中
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融混練等による変色が有効に防止され、色
相の良好な木質材料含有ポリオレフィン組成物を製造す
る方法を提供することにある。【解決手段】混練機を用いて木質材料とポリオレフィ
ンとをポリオレフィンが溶融する条件下で混練して木質
材料含有ポリオレフィン組成物を製造する方法におい
て、比エネルギーが0.２０乃至0.３０KW／kgの範囲とな
るように前記混練を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、木質材料とポリオレフ
ィンとを溶融混練して木質材料を含有するポリオレフィ
ン組成物を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より木質材料とポリオレフィンとか
らなる組成物は知られており、家具、建材等に使用され
ている。木質材料としては、木粉が多く使用されてい
る。これは、木を切断使用する際に大量の廃材が発生
し、その廃材を粉砕した木粉が安価に入手できるためで
ある。ところで、木質材料を、メラミン樹脂やフェノー
ル樹脂等の熱硬化性樹脂の充填剤として使用し、これら
熱硬化性樹脂の外観や弾性を改善する技術は、工業的に
既に確立されているが、木質材料をポリオレフィンの如
き熱可塑性樹脂に配合する技術は、未だ改善すべき問題
を抱えている。即ち、木質材料を熱可塑性樹脂に配合す
ると、熱可塑性樹脂の溶融時の流動性が低下し、成形加
工性の低下を招き、場合によっては成形品の衝撃強度等
の機械的特性の低下を生じる。更に、木質材料を熱可塑
性樹脂と十分に溶融混練すると、得られた組成物は暗茶
色に変色し、商品価値が損なわれるという致命的な問題
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ための手段としては、例えば木質材料を化学処理し、木
質材料と熱可塑性樹脂の親和性を高めることが考えられ
る。更に特公昭５９−３０１７６号公報には、ポリオレ
フィンの一部として無水マレイン酸等で変性したポリオ
レフィンを使用した木粉含有の複合樹脂組成物が開示さ
れている。しかし、これらの先行技術に開示されている
組成物は、木粉と熱可塑性樹脂との親和性が改善され、
成形加工性や強度等の特性が向上するという点では極め
て有意義な技術であるが、未だ変色の問題を改善するに
は至っていない。

【０００４】従って本発明の目的は、変色が有効に防止
され、色相の良好な木質材料含有ポリオレフィン組成物
を製造する方法を提供することにある。本発明の他の目
的は、変色の問題が解決されると同時に、衝撃強度等の
機械的特性も向上した木質材料含有ポリオレフィン組成
物を製造する方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、混練機
を用いて木質材料とポリオレフィンとをポリオレフィン
が溶融する条件下で混練して木質材料含有ポリオレフィ
ン組成物を製造する方法において、比エネルギーが0.２
０乃至0.３０KW／kgの範囲となるように前記混練が行わ
れることを特徴とする製造法が提供される。

【０００６】本発明において、混練の比エネルギーと
は、混練物単位重量当りに要した混練エネルギーを示す
ものであり、混練機の消費電力から算出することができ
る。例えば、押出機等の連続式混練機を用いた場合を例
に取ると、押出機ホッパーに混練組成物を入れて押出機
の定常運転を行い、１時間当りの消費電力Ａ（KW／hr)
及び単位時間当りの押出量Ｂ(kg ／hr) を測定する。
尚、消費電力は、押出機に設けられている積算電力計か
ら読み取ることができる。次いで、押出機の空運転を行
い、この時の１時間当りの消費電力Ａ₀（KW／hr) を測
定する。これらの値から、次式により、混練の比エネル
ギーＳ（KW／kg）が求められる。Ｓ＝（Ａ−Ａ₀）／Ｂまた、ニーダー等を用いてバッチ式で混練を行う場合に
は、１バッチの混練を行った時の混練機の消費電力Ａ
（KW) 、１バッチを空運転した時の混練機の消費電力Ａ
₀(KW)を測定し、１バッチの混練組成物量Ｂ(kg)から、
上記と同様の式によって混練の比エネルギーＳ（KW／k
g）を求めることができる。

【０００７】即ち、本発明は、例えば木粉等の木質材料
とポリオレフィンとを混練する時、混練の比エネルギー
をコントロールすることで、混練物は勿論のこと、その
後に通常の熱成形程度の熱履歴を与えた場合にも、混練
組成物或いは成形物の変色を有効に防止することに成功
したものである。この比エネルギーが0.３０KW／kgを越
えると、混練時に混練組成物の変色を生じたり、また混
練時には変色を生じていないとしても、その後の熱成形
により変色を生じてしまう。また比エネルギーが0.２０
KW／kg未満の場合には、木質材料とポリオレフィンとの
混練が十分に行われず、木質材料が均一に分散されず、
最終的に得られる成形体の耐衝撃強度等の機械的特性が
損なわれてしまう。

【０００８】上述した比エネルギーは、混練組成物の溶
融粘度等によって影響を受け、例えば溶融混練時におい
て、溶融粘度が高いと混練に要する比エネルギーは大き
くなり、溶融粘度が低いと混練に要する比エネルギーは
小さくなる。従って、混練組成物の物性や混練温度を調
整することにより、比エネルギーを上記範囲内に設定す
ることは理論的には可能である。然しながら、木質材料
は天然物であり、セルロース成分以外にも揮発性の高い
ものから低いものまで種々の成分を含んでおり、その分
解やガスの発生等を回避するために、混練温度は２００
℃以下にする必要があり、また当然のことながら、オレ
フィン樹脂の融点以上で溶融混練を行う必要がある。こ
のため、混練温度の調整等による比エネルギーの調整の
幅はほとんどなく、従って本発明では、混練機における
混練の物理的条件、例えばスクリュー形状等の変更など
により比エネルギーを上述した範囲に設定する。

【０００９】

【発明の実施の形態】

ポリオレフィン；本発明において用いるポリオレフィン
には、それ自体公知のオレフィン、例えばエチレン、プ
ロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、メチルペンテ
ン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン等の単独重合
体又は共重合体があるが、代表的なものとしては、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重
合体を例示することができ、また上記単独重合体乃至共
重合体は、単独のみならず、２種以上をブレンドして使
用することができる。例えば、ポリプロピレンとポリエ
チレンとのブレンド物、特に２０重量％以上がポリプロ
ピレンで８０重量％以下のポリエチレンとを含有するポ
リオレフィンブレンド物も好適に使用することができ
る。

【００１０】また本発明においては、上記ポリオレフィ
ンの少なくとも一部が不飽和カルボン酸もしくはその誘
導体でグラフト変性されていることが、木質材料とポリ
オレフィンとの親和性を高める上で好適である。即ち、
このように少なくとも一部がグラフト変性されているも
のを使用した場合には、混練により木質材料とポリオレ
フィンとの界面接着性が良好であり、特に成形性が良好
となり、機械的強度に優れた成形品を得ることができ
る。グラフト変性に用いられる不飽和カルボン酸及びそ
の誘導体としては、例えばアクリル酸、マレイン酸、フ
マール酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラ
コン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ナジック酸（エ
ンドシス−ビシクロ[2,2,1] ヘプト−５−エン−２，３
−ジカルボン酸などの不飽和カルボン酸、及びこれら不
飽和カルボン酸の無水物、ハライド、アミド、イミド、
エステル等を例示することができ、特に無水マレイン酸
が好適である。また、このようなグラフト変性ポリオレ
フィンとして最も好適なものは、グラフト変性ポリプロ
ピレンであり、特に不飽和カルボン酸又はその誘導体、
例えば無水マレイン酸による変性量が0.１乃至２０重量
％、好ましくは0.１乃至１０重量％、更に好ましくは0.
５乃至１０重量％のものである。これらグラフト変性ポ
リオレフィンは、ポリオレフィン全体当り0.１乃至１０
重量％、好ましくは0.１乃至８重量％、更に好ましくは
0.５乃至５重量％の割合で配合されているのがよい。

【００１１】本発明において上述したポリオレフィン
は、２３０℃、2.１６ｋｇ荷重におけるメルトフローレ
ート（ＭＦＲ；ＡＳＴＭＤ１２３８−６５Ｔ）が0.
１乃至２００ｇ／10分、好ましくは0.５乃至１００ｇ／
10分、最も好ましくは0.５乃至５０ｇ／10分の範囲にあ
るものがよい。ＭＦＲが上記範囲よりも低い場合には、
木質材料の分解を伴わない温度での溶融混練を行うこと
が困難となり、上記範囲よりも高いと、耐衝撃強度等の
機械的特性に優れた成形体を得ることが困難となる傾向
がある。

【００１２】木質材料；本発明において、木質材料は、
リグノセルロース系の物質であり、木粉、木質パルプ等
が使用され、原木や樹種は特に制限はないが、一般的に
は木粉が好適に使用される。また、尿素等で木質材料中
の木酸を中和処理したものを使用することも勿論可能で
ある。前記ポリオレフィンと木質材料とは、ポリオレフ
ィン／木質材料＝９０／１０乃至３０／７０、特に８０
／２０乃至４０／６０（重量比）の割合で使用されるこ
とが好適である。木質材料の使用量が、上記範囲よりも
少量の場合には、木質材料を用いた利点、例えば経済
性、外観や弾性等の性質改善などの利点が損なわれるこ
とがある。

【００１３】その他の配合剤本発明においては、上述したポリオレフィンや木質材料
以外にも、その用途に応じて公知の種々の配合剤を使用
することができる。例えばタルク、炭酸カルシウム等の
無機系充填剤；ポリエステル、ポリアミド繊維等の有機
系充填剤；フッ素樹脂オリゴマー、モンタン酸金属塩、
ステアリン酸、その金属塩、ポリオレフィンワックス、
酸変性ポリオレフィンワックス等の滑剤；難燃剤；安定
剤；紫外線吸収剤；酸化防止剤；可塑剤；顔料、染料等
の着色剤；などを必要に応じて添加することができる。

【００１４】混練方法：本発明においては、ポリオレフ
ィンと木質材料、及び必要により使用される各種配合剤
を、既に述べた通り、比エネルギーが0.２０乃至0.３０
KW／kgの範囲となるように混練を行う。混練機として
は、ブレンダー、ニーダー、ミキシングロール、バンバ
リーミキサー、１軸あるいは２軸の押出機等を例示する
ことができるが、特に押出機、中でも２軸押出機を用い
るのが好ましい。比エネルギーの調整は、２軸押出機を
例にとると、スクリューアレンジメントを変更すること
によって行われる。即ち、スクリューは細かいブロック
を連結されて構成されており、このスクリューブロック
を交換してスクリュー形状を変更することにより比エネ
ルギーを調整することができる。例えば順ピッチ形状の
ブロックでは、比エネルギーは小さいが、逆ネジ形状と
すると、比エネルギーは増大する。またスクリュー形状
をおむすび状としたり、或いはシールリングを設ければ
比エネルギーは増大する。従って、スクリューの長さは
一定であるので、上記のように比エネルギーが高くなる
ブロックの長さを調整することにより、前記範囲に比エ
ネルギーを調整することができる。また１軸押出機の場
合でも、上記と同様にスクリュー形状等を変更すること
により比エネルギーを調整することは可能であるが、ス
クリュー形状の種類が少ないため、比エネルギーの調整
の自由度は極めて小さい。この意味で、調整の自由度の
大きい２軸押出機を用いることが本発明では有利であ
る。更にニーダー等のバッチ式の混練機の場合には、ス
クリューの回転数を変えることにより比エネルギーの調
整を行うことができる。この場合、スクリューの回転数
が増すと比エネルギーは大きくなる。

【００１５】本発明において、上記混練機を用いての混
練温度は、１５０℃〜２００℃、好ましくは１６０℃〜
２００℃、さらに好ましくは１６０℃〜１９０℃の範囲
に設定するのがよい。この範囲によりも高温になると、
木質材料の分解によるガスが発生するおそれがある。従
って、例えば２軸押出機を用いて混練を行う場合には、
混練ゾーンの温度（バレル温度）を上記範囲に設定する
が、ダイ出口温度においても２００℃以下に設定する必
要がある。。また、押出機等による混練に先立っては、
必要により各混練成分を前混合しておくが、この前混合
は、ヘンシェルミキサー等を用いて室温で行うのがよ
い。大きな剪断力が加えられたり、或いは高温に晒され
ると、この時点で変色を生じるおそれがあるからであ
る。

【００１６】用途；かくして得られる木質材料含有ポリ
オレフィン組成物は、例えばプレス成形等の二次成形に
より、或いは混練に用いた押出機による押出成形によ
り、種々の形状の成形品として、電気絶縁材料、工業用
部品、建築用材料等の多くの分野での使用に供される。
その代表的な用途は、以下の通りである。巾木、表面化
粧板、ドア材、外壁材、洗面化粧台、カウンター材、基
礎受け板、窓枠、壁材、廻り縁木、手すり、取っ手、構
造材、土木角材、柱、床柱、飾り柱、耐震材、壁紙、建
具天井材、下地材、畳、床、コンクリートパネル、足場
材、遮蔽板、遮音板、家具の箱天井、扉、前板裏板、棚
板、袖板、幕板、甲板、背板、座板、暖房部材、防水
材、防かび材、防腐材、雨戸板、袖板、腰板、側板、バ
スユニット床パン、バス天井、バス壁、バス、桶、衛陶
機器、便座、便蓋などの住宅部材乃至建築材料。家電製
品、ラジオテレビ受信機、キャビネット、ステレオキャ
ビネット、アンプキャビ、スピーカー、ピアノオルガン
の親板、大屋根、巻き屋根、上下巻物板など。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）ポリオレフィンとして、２３０℃における
ＭＦＲが0.５g/10分のポリプロピレン（グランドポリマ
ー（株）製Ｂ１０１Ｗ）４ｋｇと、１９０℃におけるＭ
ＦＲが0.０３g/10分のポリエチレン（三井石油化学工業
製８２００Ｂ）３ｋｇと、変性ポリプロピレン（マレイ
ン酸付加量３重量％）１００ｇとのブレンド物（２３０
℃におけるＭＦＲ：１０g/10分）を用いた。このブレン
ド物と、木粉３ｋｇ、滑剤５０ｇを室温でヘンシェルミ
キサーにより３分攪拌して均一に混合した後、プラスチ
ック工業研究所製の２軸押出機ＢＴ４０（バレル設定温
度１８０℃）を用い、スクリューアレンジを変更して比
エネルギーを調整して２０ｋｇ／１時間の押出量で木粉
含有ポリオレフィン組成物を得た。この時のダイ出口の
組成物温度は１９５℃であった。また混練の比エネルギ
ーは0.２００であった。上記組成物をプレスシート成形
方法で成形して、得られた成形品の色相、その他物性評
価を行った。また、異形押出成形性を合わせて評価し
た。その結果を表１に示す。

【００１８】尚、プレスシートの成形条件及び物性等の
評価方法は以下の通りである。〔プレスシート成形条件〕（株）神藤金属工業所製７
０トンプレス成形機を使用。加熱温度１８０℃ 予熱時間５分プレス圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ² 加熱圧縮時間５分冷却時間５分５０ｋｇｆ／ｃｍ²温度２３℃ 成形品板厚２ｍｍ〔物性評価のための測定方法〕引張強度ＡＳＴＭＤ６３８曲げ強度ＡＳＴＭＤ６３８曲げ弾性率ＡＳＴＭＤ６３８アイゾッド衝撃強度ＡＳＴＭＤ２５６色相押出後の混練物について目視で観察した。〔異形押出性〕押出成形条件：成形機：一軸５０mmφ押出機ＶＦＣ−５０（田辺プラス
チック工業製）フルフライトスクリュー，Ｌ／Ｄ＝２
８，圧縮比＝４ダイ口金：Ｌ型，サイジングあり成形条件：設定温度：Ｃ１（ホッパー下）１６０℃ Ｃ２１７０℃ Ｃ３１８０℃ Ｃ４１８０℃ Ｃ５１８０℃ Ｈ（シリンダーヘッド）１８０℃ Ｄ（ダイ）１８５℃ スクリュー回転速度２２ min^-1 押出量１２ｋｇ／ｈ引き取り速度 1.６ｍ／min 押出成形チギレ異形押出物について、チギレの有無を
目視観察した。 ○：チギレは全く観察されず。 △：一部に僅かにチギレが認められる。 ×：大きなチギレが認められる。押出成形肌異形押出成形品について、表面状態を
目視観察した。 ○：表面が滑らかである。 ×：表面がざらついている。

【００１９】（実施例２，３，比較例１〜３）プラスチ
ック工業研究所製の２軸押出機ＢＴ４０又は池貝株式会
社製の２軸押出機ＰＣＭ６５を用い、スクリューアレン
ジを変更して、混練の比エネルギーを変更した以外は、
実施例１と全く同様にして木粉含有ポリオレフィン組成
物を調整し、且つ全く同様にして成形品の評価等を行っ
た。その結果を、混練の比エネルギーと共に表１及び２
に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ポリオレフィンと、木
粉等の木質材料を混練する時、混練の比エネルギーをコ
ントロールする事で、色相の変化がなく、成形加工性に
優れ、且つ成形品としての機械強度に優れる木質材料含
有ポリオレフィン組成物が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】混練機を用いて木質材料とポリオレフィ
ンとをポリオレフィンが溶融する条件下で混練して木質
材料含有ポリオレフィン組成物を製造する方法におい
て、比エネルギーが0.２０乃至0.３０KW／kgの範囲となるよ
うに前記混練が行われることを特徴とする製造法。
【請求項２】前記ポリオレフィンがポリプロピレンで
ある請求項１に記載の製造法。
【請求項３】前記ポリオレフィンが８０重量％以上の
ポリプロピレンと２０重量％以下のポリエチレンとから
なる請求項１に記載の製造法。
【請求項４】前記ポリオレフィンの少なくとも一部が
不飽和カルボン酸もしくはその誘導体でグラフト変性さ
れている請求項１乃至３の何れかに記載の製造法。
【請求項５】前記ポリオレフィンと木質材料とは、ポ
リオレフィン／木質材料＝９０／１０乃至３０／７０
（重量比）の割合で混練される請求項１に記載の製造
法。
【請求項６】混練機として押出機を用いる請求項１記
載の製造法。
【請求項７】押出機が２軸押出機である請求項６記載
の製造法。
【請求項８】２軸押出機のスクリューアレンジを変更
することにより比エネルギーを前記範囲に調整する請求
項７記載の製造法。