植物性复合材料成型体的制造方法和植物性复合材料成型体、以及植物性复合材料的制造方法和植物性复合材料

具体实施方式

以下详细地说明本发明。

[1]植物性复合材料成型体的制造方法

本发明的植物性复合材料成型体的制造方法，其特征在于，其为由含有植物性材料和热塑性树脂的植物性复合材料制成的成型体的制造方法，其中，所述植物性材料含有木质植物材料和非木质植物材料中的至少一种，该植物性复合材料成型体的制造方法具备如下工序：对上述植物性材料进行压固而获得原料颗粒的颗粒化工序；将该原料颗粒和热塑性树脂进行混炼而获得植物性复合材料的混炼工序；对该植物性复合材料进行成型而获得由植物性复合材料制成的成型体的成型工序。

上述“植物性材料”是来自于植物的天然材料。此外，该植物性材料可包含由木质部得到的木质植物材料，也可包含由非木质部构成的非木质植物材料，还可包含这两方面。

另外，构成植物性材料的植物的种类没有特别限定，可使用各种植物。作为这些植物，例如可列举出槿麻、马尼拉麻、西沙尔麻、黄麻、棉花、雁皮、黄瑞香、香蕉、菠萝、椰子树、玉米、甘蔗、甘蔗渣、椰子、纸莎草、芦苇、西班牙草、萨比草(sabi grass)、麦、稻、竹和各种针叶树(杉和丝柏等)等。这些植物可仅使用1种，也可2种以上组合使用。另外，作为植物性材料使用的植物的部位没有特别限定，可使用任一部分，例如可仅使用茎、芯材和秆等的一部分，也可将这些混合使用。

本发明的成型体的制造方法在使用表观比重(以下仅称为“比重”)比所用的热塑性树脂小的植物性材料的情况下是有效的。因为本方法可以比以往更均匀地将植物性材料和热塑性树脂两者分散。

作为能获得该比重小的植物材料的植物，可列举出上述中的槿麻、黄麻和甘蔗渣等。这些植物可仅使用1种，也可2种以上组合使用。能获得该比重小的植物材料的植物，通常是生长速度快的植物。

进一步，本发明的成型体的制造方法在含有比重比热塑性树脂小的植物性材料的情况下能有效使用。即，在含有比重比热塑性树脂小的植物性材料时，能得到比以往的方法更高的分散性。该植物性材料和热塑性树脂的比重差没有特别限定，在植物性材料的表观比重记为A、热塑性树脂的表观比重记为B的情况下，A/B≤0.4(通常A/B≥0.05)时，更有效果。在含有A/B≤0.4这样的比重小的植物性材料时，很难与热塑性树脂混炼，而且生产效率易降低。但是，通过使用本发明的成型体的制造方法，可获得高的均匀分散性，进而生产效率也提高。作为A/B≤0.4这样比重小的植物性材料，特别列举出前述槿麻的芯材。该A/B进一步为0.05≤A/B≤0.3时是特别有效果的，为0.07≤A/B≤0.25时尤其有效果。

另外，发明提到的比重(表观比重)是在平衡回潮率(10％)下，基于JIS Z8807(固体比重测定方法、塑料是基于液中称量方法测得的，槿麻是由体积的测定方法测得的)测定时的比重值。

上述比重小的植物性材料可构成植物材料的总体也可仅构成其一部分。即，植物材料可仅由比重小的植物材料构成，也可一部分含有比重小的植物材料。

通常，植物体的总体不具有均匀的比重，而是具有比重大的部分和比重小的部分。比重小的部分通常纤维长度短且体积大。因而，处理性差，此外加入到热塑性树脂中时难以获得充分的分散性。因此，从植物体除去该比重小的部分，仅取出比重比较大的部分，再混合到热塑性树脂中。

可是，在本发明的成型体的制造方法中，即使有这样的比重差，也可将植物体总体作为植物性材料而一体地使用。因此，没有必要进行根据比重区分材料的工序，从这一方面来说生产效率是优异的。

进一步，本发明的成型体的制造方法在使用植物的一部分或全部含有纤维长度短的材料部分的植物时是有效果的，尤其在含有非纤维质部分时是有效果的。作为这样的含有非纤维质部分的植物，在生产上述比重小且体积大的植物材料的植物中，尤其可列举出具有木质部的植物。即，含有大量(例如植物性材料总体的10质量％以上、通常50质量％以下)木质素和半纤维素的植物和/或那样的植物体的部分。作为这样的木质部，可列举出槿麻的芯材、竹、甘蔗渣和黄麻等。这些木质部可仅使用1种也可2种以上组合使用。

使用上述木质部的情况下，优选制成粉末状来使用。其大小没有特别限定，但优选粉碎成最大长度为5.0mm以下(更优选为0.1～3.0mm)的大小而使用。进一步，更优选使用长径比为200以下(通常1.0以上)的植物性粉末状物。

尤其上述槿麻，虽然具有总体的约50体积％以上的小比重的木质部即芯材，但根据本发明的成型体的制造方法，除了可使用包含槿麻的芯材的总体外，也可仅使用槿麻的芯。

另外，本发明中的槿麻是指，具有木质茎的早育性的一年生植物，是被分类为锦葵科的植物。学名包括hibiscuscannabinus和hibiscus sabdariffa等，进一步，俗名包括红麻、古巴槿麻、洋麻、泰国槿麻、mestha、bimli hemp、ambary hemp和bombay hemp等。

上述“热塑性树脂”没有特别的限定，可使用各种物质。即，例如可列举出聚烯烃(聚丙烯、聚乙烯等)、聚酯树脂{(聚乳酸、聚己内酯等脂肪族聚酯树脂)、(聚对苯二甲酸乙二酯等芳香族聚乙烯树脂)}、聚苯乙烯、聚丙烯酸类树脂(甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯等)、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂等。这些可仅使用1种也可2种以上组合使用。

另外，上述聚乳酸包含将L-乳酸作为构成单元的聚L-乳酸、将D-乳酸作为构成单元的聚D-乳酸、将L-乳酸和D-乳酸作为构成单元的聚DL-乳酸以及这些各种聚乳酸的混合物。进一步，上述聚L-乳酸、聚D-乳酸和聚DL-乳酸可以仅是各种种类的乳酸聚合得到的均聚物，也可以是乳酸以外的其它单体共聚得到的共聚物。

本发明的成型体的制造方法所用的植物性复合材料含有上述植物性材料和上述热塑性树脂。这些植物性材料和热塑性树脂的配合比例没有特别限定，但相对于植物性复合材料总体(100质量％)，植物性材料和热塑性树脂优选总计含有50质量％以上(更优选为70～99.5质量％、也可以为100质量％)。

进一步，植物性材料和热塑性树脂的总计为100质量％的情况下，植物性材料优选为10质量％以上(通常为95质量％以下)。进一步，相对于总计100质量％的植物性材料和热塑性树脂，含有50质量％以上(进一步为70质量％以上、通常为95质量％以下)植物性材料这样的高浓度含有植物性材料的复合材料中，可更显著地获得利用本发明成型体的制造方法的提高生产效率的效果。

即，在以往的方法中，例如，使用仅由槿麻的芯材(将槿麻的芯材粉碎获得的粉末状物)制成的植物性材料的情况下，上述比例在40质量％以上来进行混炼时，混炼本身就不能进行，槿麻的芯材和热塑性树脂发生分离。本发明的方法中，除可进行混合、混炼外，还可获得优异的分散性。

另外，本发明成型体的制造方法中所用的植物性复合材料中可含有除了上述植物性材料和上述热塑性树脂以外的其它成分，关于其它成分，在本发明的植物性复合材料中叙述。

上述“颗粒化工序”是对上述植物性材料进行压固而获得原料颗粒的工序。即，是对植物性材料进行压固而固形化的固形化工序。在将植物性材料和热塑性树脂的比重差变小的目的中，例如通过使用树脂粘合剂等各种固形化辅助剂来进行颗粒化而实现目的。可是，使用树脂粘合剂等进行固形化的话，结果颗粒原样被分散在热塑性树脂内，不能获得植物性材料和热塑性树脂的相互分散。与此相对，本发明成型体的制造方法中的颗粒化工序是对植物性材料进行压固的工序。因为被压固了，原料颗粒在混炼工序中在与热塑性树脂的混炼过程中被破坏，可将植物性材料和热塑性树脂相互均匀地分散。

可任意地进行该颗粒化工序，颗粒化方法没有特别限定，可使用各种压缩成型方法。作为该压缩成型方法，可列举出辊式成型方法和压出式成型方法等。辊式成型方法是使用辊式成型机的方法，通过与模头接触而旋转的辊，植物性材料被压入到模具内，然后从模具被挤出而成型。辊式成型机可列举出模头的形状不同的圆盘模头式(辊圆盘模头式成型机)和环模头式(辊环模头式成型机)。另一方面，压出式成型方法是使用压出式成型机的方法，通过螺旋输送器的旋转将植物性材料压入到模具内，然后从模头被挤出而成型。这些成型方法可仅使用1种也可2种以上组合使用。在这些成型方法中，特别优选使用辊圆盘模头式成型机的方法。该成型机的压缩效率高，特别适合于植物性材料的压缩成型。

该颗粒化工序中的上述压固的程度没有特别限定，但在原料颗粒的表观比重记为C、热塑性树脂的表观比重记为B的情况下，优选以C/B为0.5以上(通常更优选为0.6以上、进一步优选为0.65以上、特别优选为1.0以上)的方式进行压固。C/B为0.5以上时，与不压固就投入的情况相比，可获得高的分散性，进一步可获得优异的生产效率。此外，该原料颗粒自身的比重没有特别限定，但优选为0.5～1.3，更优选为0.7～1.25。

另外，原料颗粒的形状没有特别限定。即，可为柱形状、块形状、球形状、以及不定形状等。但优选最大长度为0.1～0.5cm左右。

上述“混炼工序”是将原料颗粒和热塑性树脂进行混炼而获得植物性复合材料的工序。该混炼工序中的混炼方法没有特别限定。该工序例如使用挤出机(单螺杆挤出机和双螺杆混炼挤出机等)、捏合机和混合机(高速流动式混合机、叶片混合机、螺旋带式混合机等)等混炼装置来进行混炼。这些装置可仅使用1种也可2种以上组合使用。此外，使用2种以上时，可以连续地运转，也可以间歇式(分批式)运转。进一步，上述原料颗粒和热塑性树脂可以一起进行混炼，也可以将任一方分成多次添加投入来进行分批混炼。

进一步，混炼工序中的混炼条件没有特别限定，可根据热塑性树脂的种类来选择合适的条件，例如，对于聚丙烯和聚乳酸，混炼起始温度优选为170℃以上(更优选为180～200℃、通常为230℃以下)。

上述“成型工序”是对植物性复合材料进行成型而获得由植物性复合材料制成的成型体的工序。在该成型工序中，不需要进行其后的加工就可以成型为具体的制品成型体，也可以成型为颗粒等。该成型工序中的成型方法没有特别限定，可使用挤出成型、注射成型、热成型(直接成型(straight forming)和包模成型(drape forming)等真空成型等)、压缩成型、压延成型等。这些成型方法可仅使用1种也可2种以上组合使用。

进一步，成型工序中的成型条件没有特别限定，可根据热塑性树脂的种类来选择合适的条件。例如，使用槿麻的芯材作为植物性材料并且使用聚丙烯作为热塑性树脂的情况下，成型温度优选为170℃以上(更优选为170～200℃、通常为230℃以下)。尤其相对于植物性复合材料总体，含有50质量％以上的上述槿麻的芯材的情况下，成型温度优选为170℃以上(更优选为180～200℃、通常为210℃以下)。

另外，使用槿麻的芯材作为植物性材料并且使用聚乳酸作为热塑性树脂的情况下，成型温度优选为170℃以上(更优选为180～220℃、通常为220℃以下)。尤其相对于植物性复合材料总体，含有50质量％以上的上述槿麻的芯材的情况下，成型温度优选为170℃以上(更优选为170～190℃、通常为200℃以下)。

这些混炼工序和成型工序可以以单个独立的工序进行，也可以以连续的一系列的工序进行。即，例如，作为以单个独立的工序进行的例子，可列举出如下情况：通过混炼机将植物性材料和热塑性树脂进行混炼而获得混炼物后，将获得的混炼物投入到成型机进行成型。另一方面，作为以连续的一系列的工序进行的例子，可列举出如下情况：使用在1个装置内可进行混炼和成型的挤出成型机的装置。即，在挤出成型机中，将原料颗粒(植物性材料)和热塑性树脂挤出并在成型机内混炼，接着，从该装置内挤出而成型。

本发明的成型体的制造方法中，除颗粒化工序、混炼工序和成型工序以外，可具备其它的工序。作为其它的工序，在颗粒化工序之后且在混炼工序之前可具备将原料颗粒和热塑性树脂以固形状体进行混合的混合工序。在混合工序中，热塑性树脂优选使用颗粒和/或粉末状。通过具备该混合工序，可在混炼工序前将原料颗粒和热塑性树脂颗粒(和/或粉末)分散而进行预备混合，可有效地抑制混炼后的材料间的不均匀。

该混合工序中的混合方法没有特别限定，但可使用例如高速流动式混合机、叶片混合机、螺旋带式混合机和锥形掺混机等混合装置进行混合。这些装置可仅使用1种也可2种以上组合使用。此外，使用2种以上时，可间歇地运转，也可以连续地运转。进一步，上述原料颗粒和热塑性树脂可一次性地混合，也可以将任一方分成多次添加投入而进行分批混合。

进一步，混合工序中的混合条件没有特别限定，可根据热塑性树脂的种类来选择合适的条件，例如，对于聚丙烯，优选在150℃以下(更优选为130℃以下、通常为25℃以上)进行。此外，对于聚乳酸，优选在150℃以下(更优选为130℃以下、通常为25℃以上)进行。

本发明的植物性复合材料成型体的制造方法中，除颗粒化工序、混合工序、混炼工序和成型工序以外，可具备其它的工序。作为其它的工序，可列举出：用于统一为合适大小的裁断工序、用于与其它构件接合的接合工序、对用于装饰表面的薄膜等进行压接的压接工序、进行涂装的涂装工序等。这些工序可仅使用1种也可2种以上组合使用。

[2]植物性复合材料成型体

本发明的植物性复合材料成型体的特征在于，其通过本发明植物性复合材料成型体的制造方法来制造。

本发明的成型体的形状、大小和厚度等没有特别限定。此外，其用途也没有特别限定。作为该成型体，例如可列举出成型材料(颗粒等)。进一步，例如可列举出汽车、铁道车辆、船舶和飞机等的内装材料、外装材料和结构材料等。即，可列举出汽车车门内装饰、各种仪器面板、座席结构材料、座椅靠背板、操纵台、汽车仪表盘、甲板装饰、缓冲器、阻流板和罩等。进一步，例如可列举出建筑物和家具等的内装材料、外装材料和结构材料。即，可列举出门装裱材料、门结构材料，各种家具(桌子、椅子、架子、衣橱等)的装裱材料、结构材料等。除此之外，也可列举出包装体、收容体(托盘等)、保护用构件和隔板构件等。

[3]植物性复合材料的制造方法

本发明的植物性复合材料的制造方法，其特征在于，其为含有植物性材料和热塑性树脂的植物性复合材料的制造方法，其中，所述植物性材料含有木质植物材料和非木质植物材料中的至少一种，该植物性复合材料的制造方法具备如下工序：对上述植物性材料进行压固而获得原料颗粒的颗粒化工序；将该原料颗粒和热塑性树脂进行混炼而获得植物性复合材料的混炼工序。

即，本方法与前述本发明成型体的制造方法中除去成型工序的方法相同，上述植物性复合材料、上述颗粒化工序和上述混炼工序可原样使用前述本发明成型体的制造方法中的各自工序。

[4]植物性复合材料

本发明的植物性复合材料的特征在于，其通过本发明的植物性复合材料的制造方法来获得。该材料可原样使用前述本发明成型体的制造方法中使用的植物性复合材料。

即，该材料含有植物性材料和热塑性树脂，所述植物性材料含有木质植物材料和非木质植物材料中的任一种。并且，该植物性复合材料总体为100质量％的情况下，该材料优选含有50质量％以上的上述植物性材料。并且，尤其可以制成含有上述木质植物材料、且该木质植物材料为槿麻的芯材的物质。

另外，该植物性复合材料可含有除前述植物性材料和热塑性树脂以外的其它的成分。作为其它的成分，可列举出各种填充剂(增量剂、补强剂)、防带电剂、紫外线吸收剂、耐候剂、防氧化剂、防老化剂、阻燃剂、润滑剂、抗菌剂、着色剂等。

作为上述填充剂，可使用无机填料，例如可列举出碳酸钙、滑石、云母、合成硅酸和硅石粉等。进一步，这些无机填料的形状没有特别限定，例如可为粒状、薄片状和针状等。此外，无机填料的大小也没有特别限定，例如优选粒径为100nm～10μm。

实施例

以下通过实施例具体地说明本发明。

[1]植物性复合材料的制造及其形成(颗粒化)

实施例1

仅将槿麻的芯材投入到粉碎机中进行粉碎并用收集机进行收集，获得由槿麻的芯材构成的、平均粒径为200μm且表观比重为0.16的植物性材料。

然后，使所得的植物性材料含有水并调节至含水率约15％，以6kg/小时的投入速度投入到颗粒制造机(辊圆盘模头式成型机、株式会社菊川铁工所制、型号“KP280”、模具厚度55mm)，获得由植物性材料(槿麻的芯材)制成的原料颗粒。获得的原料颗粒的表观比重为1.03。

接着，将4kg所得的原料颗粒和2.7kg聚丙烯树脂颗粒(平均粒径3.0mm、表观比重0.9)投入到容量20L的超高速混合机(株式会社力ワタ制、型号“SMV-20A”)中，进行混合直到炉内温度变为130℃，并用收集机进行收集，获得原料颗粒和热塑性树脂颗粒的混合物。

然后，将所得的上述混合物投入到双螺杆挤出机(プラスチツク工学研究所制、φ30mm、L/D＝42)中，在滚筒温度为190℃时进行挤出成型，获得由植物性复合材料制成的颗粒{植物性材料∶热塑性树脂＝60∶40(质量％)}。

实施例2

与上述实施例1同样地获得由槿麻的芯材制成的植物性材料。

然后，除模具厚度为23mm外，与上述实施例1同样地制作原料颗粒。获得的原料颗粒的表观比重为0.7。

接着，除原料颗粒为3kg、聚丙烯树脂颗粒(平均粒径3.0mm、表观比重0.9)为2kg外，与上述实施例1同样地获得原料颗粒和热塑性树脂颗粒的混合物。

然后，与上述实施例1同样，将所得的混合物用双螺杆挤出机进行挤出成型，获得由植物性复合材料制成的颗粒{植物性材料∶热塑性树脂＝60∶40(质量％)}。

实施例3

与上述实施例1同样地获得由槿麻的芯材制成的植物性材料。

然后，与上述实施例1同样地制作原料颗粒(表观比重1.03)。

接着，将6kg原料颗粒、1.5kg聚丙烯树脂颗粒(平均粒径3.0mm、表观比重0.9)投入到WO2004-076044号公报所示的、容量为40L的混合熔融装置中，以30m/S进行70秒钟的混炼。

然后，与上述实施例1同样，将所得的混合物用双螺杆挤出机进行挤出成型，获得由植物性复合材料制成的颗粒{植物性材料∶热塑性树脂＝80∶20(质量％)}。

实施例4

与上述实施例1同样地获得由槿麻的芯材制成的植物性材料。

然后，与上述实施例1同样地制作原料颗粒(表观比重为1.03)。

接着，除原料颗粒为4.0kg、聚乳酸颗粒(平均粒径3.0mm、表观比重1.26)为2.7kg外，与上述实施例1同样地获得原料颗粒和热塑性树脂颗粒的混合物。

然后，与上述实施例1同样，将所得的混合物用双螺杆挤出机进行挤出成型，获得由植物性复合材料制成的颗粒{植物性材料∶热塑性树脂＝60∶40(质量％)}。

比较例1

与上述实施例1同样地获得由槿麻的芯材制成的植物性材料。

然后，与上述实施例1同样，使用超高速混合机混合1.5kg所得的植物性材料(由槿麻的芯材制成的平均粒径200μm且表观比重0.16)、1.0kg聚丙烯颗粒(平均粒径3.0mm、表观比重0.9)，获得混合物。

接着，与上述实施例1同样，将获得的混合物用双螺杆挤出机进行挤出成型，获得由植物性复合材料制成的颗粒{植物性材料∶热塑性树脂＝60∶40(质量％)}。

[2]植物性复合材料成型体的评价

投入实施例1～4和比较例1获得的材料(植物性复合材料)并使挤出成型机运转，目视观察上述材料从其喷出口以何种状态被挤出，评价植物性材料和热塑性树脂的分散性。植物性材料和热塑性树脂的分散性不充分(不均匀的分散)时，形成植物性材料密集存在的密集部分(块)。该密集部分流动性低或者没有流动性，因此进行连续的挤出成型时，会逐渐地聚集在成型机的喷出口，堵塞喷出口，或产生多量含有密集部分的不均匀的挤出品而不能进行连续的挤出。因而，通过进行连续的挤出成型，并观察喷出状态，可评价上述分散性。

挤出成型机(プラスチツク工学研究所株式会社制、型号“BTN-30-S2-42-L型(φ30mm、L/D＝42)”)的喷出口使用直径3.0mm的模头，通过滚筒温度为190℃、转速200rpm、进料器为3.0kg/h的挤出条件，分别将各3.0kg实施例和比较例获得的各材料进行挤出成型。并且，观察上述各材料总量的挤出状态。其结果，材料从挤出成型机的喷出口连续喷出的情况在表1的“分散性”一栏中表示为“○”。另一方面，植物性材料从挤出成型机的喷出口不被喷出或者断续地被喷出的情况在表1的“分散性”一栏中表示为“×”。其结果如表1所示。

进一步，关于实施例1、2和4，从可以将植物性材料的投入量提高到何种程度的观点出发，计算出涉及生产率的指标。即，计算出相对于比较例1中可投入的植物性材料为1.5kg，实施例1、2和4中可以投入其几倍量的植物性材料，表1的“生产率”一栏中示出其数值。

从上述表1的结果可知，比较例1中不具备颗粒化工序，因此不能得到充分的分散性。相对于此，进行颗粒化工序的实施例1～4中，均可获得充分的分散性。

另外，比较例1中，没有将植物性材料进行颗粒化，因此体积大，在超高速混合机中最大只能投入1.5kg。与此相对，实施例1中可投入相当于比较例1的2.7倍量的4.0kg、实施例2中可投入相当于比较例1的2.0倍量的3.0kg、实施例4中可投入相当于比较例1的2.7倍量的4.0kg。即，实施例1、2和4均可一次性投入相对于比较例1为2.0倍以上的大量的植物性材料，可获得高的生产效率。

产业上的可利用性

本发明的植物性复合材料及使用该植物性复合材料的成型体可广泛应用在汽车相关领域和建筑相关领域等中。在上述汽车相关领域中，适合作为汽车的内装材料、外装材料和结构材料等。即，例如可利用于车门内装饰、仪器面板、座席结构材、座椅靠背板、操纵台、仪表盘和甲板装饰等。此外，同样可利用在铁道车辆、船舶和飞机等各种移动部件和输送部件等中。进一步，在上述建筑相关领域中，适合作为各种建筑物的内装材料、外装材料和结构材料。即，例如可利用于门装裱材料、门结构材料、各种家具(桌子、椅子、架子、衣橱等)的装裱材料、结构材料。