特開 2023-148935 木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料、並びにその製造方法、並びに木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法、並びにこの方法により製造された木粉成形品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023148935

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料、並びにその製造方法、並びに木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法、並びにこの方法により製造された木粉成形品

(51)【国際特許分類】

   B27N 3/02 20060101AFI20231005BHJP

   B29C 45/00 20060101ALI20231005BHJP

   B29C 45/26 20060101ALI20231005BHJP

   B27N 1/02 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B27N3/02 D

B29C45/00

B29C45/26

B27N1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022057230

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】500066539

【氏名又は名称】株式会社コーヨー化成

(74)【代理人】

【識別番号】100086438

【弁理士】

【氏名又は名称】東山 喬彦

(74)【代理人】

【識別番号】100217168

【弁理士】

【氏名又は名称】東山 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】志田 正人

(72)【発明者】

【氏名】三ツ橋 崇浩

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 修

(72)【発明者】

【氏名】高田 勝己

【テーマコード（参考）】

2B260

4F202

4F206

【Ｆターム（参考）】

2B260AA12

2B260AA20

2B260BA15

2B260BA18

2B260CB01

2B260CD03

2B260DA01

2B260DA14

2B260DA17

2B260DB03

2B260DB04

2B260EA12

2B260EB02

2B260EB04

4F202AA01

4F202AB11

4F202AP02

4F202AP05

4F202AP14

4F202CA11

4F202CB01

4F202CN01

4F202CN21

4F206AA01

4F206AB11

4F206AR02

4F206AR06

4F206AR15

4F206JA07

4F206JF01

4F206JL02

4F206JN25

4F206JQ81

(57)【要約】

【課題】 射出成形に用いる材料自体を木粉を主体とし、石油由来の合成樹脂の利用を完全に排除乃至は可及的に少なくした、木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料、並びにその製造方法、並びに木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法、並びにこの方法により製造された木粉成形品を開発することを技術課題とした。
【解決手段】
木粉の基材に対し、粉体状の１又は複数種の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料であって、前記流動可塑支援材は、要素材料として、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）を含み、これらが加熱環境下で混合され、冷却後、ケーキ状の混合物が粉砕処理を受けて紛粒体に加工されたものであることを特徴として成る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

木粉の基材に対し、粉体状の１又は複数種の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料であって、
前記流動可塑支援材は、要素材料として、ＰＬＡを含み、これらが加熱環境下で混合され、冷却後、ケーキ状の混合物が粉砕処理を受けて紛粒体に加工されたものであることを特徴とする木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料。

【請求項2】

前記流動可塑支援材は、請求項１記載の要素材料に加えて、ＣＮＦ、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一又は複数の要素材料を含むことを特徴とする請求項１記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料。

【請求項3】

前記木粉の基材とＰＬＡと他の流動可塑支援材料との混合比率は、
木粉材料が５０～６０％、
ＰＬＡが３５～４５％、
他の流動可塑支援材が２～１０％であることを特徴とする請求項１または２記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料。

【請求項4】

前記木粉の基材に対し混合する流動可塑支援材の要素材料として石油由来物質を混合する場合には、これを重量比２％以下とすることを特徴とする請求項１、２または３記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料。

【請求項5】

木粉の基材に対し、乾燥粉体状の複数の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料を得る方法であって、
この方法は、混合容器内を加熱可能とした撹拌混合装置を用い、加熱環境とした混合容器内に木粉を投入し、
その後、混合比率１０％以下の要素材料を投入して混合し、
一方、別途撹拌混合装置の混合容器内にＰＬＡを投入して、ＰＬＡの加熱溶融を図り、
その後、加熱溶融状態のＰＬＡと、前記木粉と要素材料との混合物とを混合し、ケーキ状の混合物を得てその後これを冷却し、
冷却後、ケーキ状の混合物を粉砕して粉粒状の混合物を得ることを特徴とする木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法。

【請求項6】

前記混合比率１０％以下の要素材料は、ＣＮＦ、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一または複数であることを特徴とする請求項５記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法。

【請求項7】

木粉を基材とする射出成形可能な粉体材料を加工材料として用いた射出成形方法であって、
この方法は、材料準備工程と、
これに続く材料充填工程と
これに続く材料押出工程と、
これに続くキャビティー内成形工程とを含むものであり、
前記材料準備工程は、前記請求項１から４いずれか記載の粉体混合材料を準備するものであり、
前記材料充填工程は、粉体混合材料を加圧可能な押出チャンバーに充填すると共に、次工程の前段で粉体混合材料の流動可塑化を促す温度に粉体混合材料を加熱するものであり、
前記材料押出工程は、押出チャンバー内の粉体混合材料の流動可塑化を促す圧力下で加圧して、押出チャンバーと連通するキャビティー内に流動可塑化された粉体混合材料を押し出すものであり、
前記キャビティー内成形工程は、流動可塑化された粉体混合材料を、加熱環境として待機するキャビティー内に圧入し、所要時間経過後にキャビティー内に因んだ形状に成形するものであることを特徴とする木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法。

【請求項8】

前記押出工程における押出圧力は、１．５～２ｔであることを特徴とする請求項７記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法。

【請求項9】

前記材料充填工程からキャビティー内成形工程に至る加熱温度は、１８０～２３０℃であることを特徴とする請求項７または８記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法。

【請求項10】

前記請求項１から４いずれか記載の粉体混合材料を用い、前記請求項７から９いずれか記載の射出成形方法により製造されたことを特徴とする木粉成形品。

【請求項11】

前記木粉成形品の引張強度は、最大点＿試験力４００Ｎ以上であることを特徴とする請求項１０記載の木粉成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は木粉を含む乾燥粉体材料と、これを用いた射出成形製品を得るための一連の手法に関するものであって、特に木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料並びにその製造方法並びに粉体混合材料を用いた射出成形方法並びにこの射出成形方法により製造された木粉を基材に含む成形品に係るものである。

【背景技術】

【0002】

近時、合成樹脂製品由来の廃棄物による海洋汚染をはじめとする環境汚染が地球規模で問題となっている。
このような問題に対しては、合成樹脂製品の利用を規制したり、合成樹脂製品を天然素材、無機質素材に代替え乃至は変更する試みがされている。
このような対応の一つとして木質素材を材料中に含み、環境負荷を低減させる試みもあるが、従来の手法は、これにより合成樹脂材料の使用量を減らすに留まり、依然として熱可塑材料として石油由来の合成樹脂に多く依存することには変わりがない（例えば特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－３０６３２５号公報

【特許文献2】特開２００１－７１３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明はこのような背景認識の下になされたものであって、射出成形に用いる材料自体を木粉を主体とし、石油由来の合成樹脂の利用を完全に排除乃至は可及的に少なくした、木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料、並びにその製造方法、並びに木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法、並びにこの方法により製造された木粉成形品を開発することを技術課題とした。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料は、木粉の基材に対し、粉体状の１又は複数種の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料であって、前記流動可塑支援材は、要素材料として、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）を含み、これらが加熱環境下で混合され、冷却後、ケーキ状の混合物が粉砕処理を受けて紛粒体に加工されたものであることを特徴として成るものである。

【0006】

また請求項２記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料は、前記要件に加え、前記流動可塑支援材は、請求項１記載の要素材料に加えて、ＣＮＦ（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一又は複数の要素材料を含むことを特徴として成るものである。

【0007】

また請求項３記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料は、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記木粉の基材とＰＬＡと他の流動可塑支援材料との混合比率は、木粉材料が５０～６０％、ＰＬＡが３５～４５％、他の流動可塑支援材が２～１０％であることを特徴として成るものである。

【0008】

また請求項４記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料は、前記請求項１、２または３記載の要件に加え、前記木粉の基材に対し混合する流動可塑支援材の要素材料として石油由来物質を混合する場合には、これを重量比２％以下とすることを特徴として成るものである。

【0009】

また請求項５記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法は、木粉の基材に対し、乾燥粉体状の複数の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料を得る方法であって、この方法は、混合容器内を加熱可能とした撹拌混合装置を用い、加熱環境とした混合容器内に木粉を投入し、その後、混合比率１０％以下の要素材料を投入して混合し、一方、別途撹拌混合装置の混合容器内にＰＬＡを投入して、ＰＬＡの加熱溶融を図り、その後、加熱溶融状態のＰＬＡと、前記木粉と要素材料との混合物とを混合し、ケーキ状の混合物を得てその後これを冷却し、冷却後、ケーキ状の混合物を粉砕して粉粒状の混合物を得ることを特徴として成るものである。

【0010】

また請求項６記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法は、前記請求項５記載の要件に加え、前記混合比率１０％以下の要素材料は、ＣＮＦ、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一または複数であることを特徴として成るものである。

【0011】

また請求項７記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体材料を用いた射出成形方法は、木粉を基材とする射出成形可能な粉体材料を加工材料として用いた射出成形方法であって、この方法は、材料準備工程と、これに続く材料充填工程とこれに続く材料押出工程と、これに続くキャビティー内成形工程とを含むものであり、前記材料準備工程は、前記請求項１から４いずれか記載の粉体混合材料を準備するものであり、前記材料充填工程は、粉体混合材料を加圧可能な押出チャンバーに充填すると共に、次工程の前段で粉体混合材料の流動可塑化を促す温度に粉体混合材料を加熱するものであり、前記材料押出工程は、押出チャンバー内の粉体混合材料の流動可塑化を促す圧力下で加圧して、押出チャンバーと連通するキャビティー内に流動可塑化された粉体混合材料を押し出すものであり、前記キャビティー内成形工程は、流動可塑化された粉体混合材料を、加熱環境として待機するキャビティー内に圧入し、所要時間経過後にキャビティー内に因んだ形状に成形するものであることを特徴として成るものである。

【0012】

また請求項８記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体材料を用いた射出成形方法は、前記請求項７記載の要件に加え、前記押出工程における押出圧力は、１．５～２ｔであることを特徴として成るものである。

【0013】

また請求項９記載の木粉を基材とする射出成形可能な粉体材料を用いた射出成形方法は、前記請求項７または８記載の要件に加え、前記材料充填工程からキャビティー内成形工程に至る加熱温度は、１８０～２３０℃であることを特徴として成るものである。

【0014】

また請求項１０記載の木粉成形品は、前記請求項１から４いずれか記載の粉体混合材料を用い、前記請求項７から９いずれか記載の射出成形方法により製造されたことを特徴として成るものである。

【0015】

また請求項１１記載の木粉成形品は、請求項１０記載の要件に加え、前記木粉成形品の引張強度は、最大点＿試験力４００Ｎ以上であることを特徴として成るものである。

【発明の効果】

【0016】

請求項１から６記載の発明によれば木粉を基材とし、且つ石油由来材料を含まないか可及的に少なくした木粉を含む射出成形可能な粉体材料が得られる。

【0017】

また請求項７から９記載の発明によれば木粉を基材とし、且つ石油由来材料を含まないか可及的に少なくした木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形品の製造をすることができる。

【0018】

また請求項１０及び１１記載の発明によれば、木粉を基材とし且つ石油由来材料を含まないか可及的に少なくした木粉を含む成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法の流れを示すフロー図である。

【図2】本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法の流れを示すフロー図である。

【図3】本発明の各実施例をまとめた仕様表である。

【図4】本発明により製造された木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を含む成形品の引張試験の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料、並びにその製造方法、並びに木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法、並びにこの方法により製造された木粉成形品の実施の形態は、以下述べる実施の形態を好ましい実施の形態の一例とすると共に、本発明の技術思想の中において種々の改変例をも含むものである。

【0021】

〈１．木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料〉
本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料は、木粉の基材に対し、粉体状の１又は複数種の要素材料から成る流動可塑支援材を添加した粉体混合材料であって、前記流動可塑支援材は、要素材料として、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）を含み、これらが加熱環境下で混合され、冷却後、ケーキ状の混合物が粉砕処理を受けて紛粒体に加工されたものである。

【0022】

前記流動可塑支援材としては、極端に言えばＰＬＡ単独で用いてもよい。いずれにせよ本発明の狙いは、石油由来の合成樹脂を含まないか可及的に少なくすることを目的とするものであり、木粉に対して混合する流動可塑支援材としてＰＬＡ単独であっても当然に成立する。
もっともＰＬＡ以外の流動可塑支援材の要素材料として、ＣＮＦ、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一又は複数の要素材料を含むこともできる。

【0023】

更にこれらの要素材料の混合パーセンテージとしては、前記木粉の基材とＰＬＡと他の流動可塑支援材料との混合比率は、木粉材料が５０～６０％、ＰＬＡ以外の流動可塑支援材（要素材料）が２～１０％で適宜用いることができる。
以上述べた要素材料はすべていわゆる天然由来の素材であるが、これにごく少量の石油由来の材料を適用することもできる。即ち前記木粉の基材に対し混合する流動可塑支援材の要素材料として、石油由来物質を採用する場合、一例としてＰＥＧ１１０００、シリコンが考慮され、この場合には、これらの混合量を重量比２％以下とする。

【0024】

〈２．木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法〉
次に本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料の製造方法は、図１に示すようなプロセスで実施される。
基本的には木粉の基材に対し、乾燥粉体状の複数の要素材料から成る流動可塑支援材を混合した粉体混合材料を得る方法であって、この方法は、混合容器内を加熱可能とした撹拌混合装置を用い（ステップＳ１）、加熱環境とした混合容器内に木粉を投入し（ステップＳ２）、その後、混合比率１０％以下の要素材料を投入して混合する（ステップＳ３、Ｓ４）。

【0025】

一方、別途撹拌混合装置の混合容器内にＰＬＡを投入して（ステップＳ５）、ＰＬＡの加熱溶融を図り（ステップＳ６）、その後、加熱溶融状態のＰＬＡと前記木粉と要素材料との混合物とを混合し、木粉及びケーキ状の混合物を得て（ステップＳ７）、その後これを冷却し（ステップＳ８）、冷却後ケーキ状混合物を粉砕して粉粒状の混合物を得る（ステップＳ９）。
前記混合比率１０％以下の要素材料は、ＣＮＦ（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）、タルク、ロジン、ステアリン酸のいずれか一または複数の要素材料である。またこれ以外にも、リグニン、油脂成分等が考慮し得る。
加えて石油由来材料としては、ＰＥＧ１１０００、シリコン等が混合できるが、混合比率は２％以下が好ましく、より好ましくは１％以下である。

【0026】

〈３．射出成形方法〉
次に本発明の木粉を基材とする射出成形可能な粉体混合材料を用いた射出成形方法は、図２に示すようなプロセスで製造される。
この方法は、材料準備工程（ステップＳ１０）と、これに続く材料充填工程（ステップＳ２０）と、これに続く材料押出工程（ステップＳ３０）と、これに続くキャビティー内成形工程（ステップＳ４０）とを含む。

【0027】

まず材料準備工程（ステップＳ１０）においては、請求項１から４いずれか記載の粉体混合物を準備する。
続く材料充填工程（ステップＳ２０）は、粉体混合材料を加圧可能な押出チャンバーに充填すると共に、次工程の前段で粉体混合材料の流動可塑化を促す温度に粉体混合材料を加熱する。なお加熱温度は木粉を褐変化しない温度、即ち焦げ付かない温度とする。
続く材料押出工程（ステップＳ３０）は、押出チャンバー内の粉体混合材料の流動可塑化を促す圧力下で加圧して、押出チャンバーと連通するキャビティー内に流動可塑化された原混合材料を押し出すものであり、流動可塑化を促す圧力とする。具体的には１．５～２ｔ前後の圧力とされる。

【0028】

次に製品を形成することとなるキャビティー内成形工程（ステップＳ４０）は、流動可塑化された粉体混合材料を、加熱環境として待機するキャビティー内に圧入し、所要時間経過後にキャビティー内に因んだ形状に成形する。
前記材料充填工程（ステップＳ２０）からキャビティー内成形工程（ステップＳ４０）に至る加熱温度は概ね同じ温度帯であり、先に述べたように木粉が褐変しない温度、即ち２００℃を上回らない。

【0029】

〈４．木粉を基材に含む成形品〉
次に上記の製造方法により得られた本発明の木粉成形品は、例えばトレー状のものであり、粉体混合材料の重量を３０ｇとしたとき１３５ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの成型品が得られた。
この木粉成形品の引張り強度（最大点＿試験力）は、ＰＬＡ混合割合によって影響されるが、概ね４００Ｎ～１１００Ｎの値を示し、実用上充分な強度が得られた。

【実施例0030】

本発明は天然素材率、即ち石油由来の材料をゼロまたは可及的に少なくしたものとすることが一つの目的であり、まず以下に示す実施例１、２のサンプル１からサンプル４については天然素材比率が１００％である。
一方、実施例３におけるサンプル５、サンプル６は、石油由来の合成樹脂材料であるポリエチレングリコールであるＰＥＧ１１０００を１％添加したものであり、これにより天然材料比率は９９％となっている。
また実施例４におけるサンプル７、サンプル８は、石油由来の合成樹脂材料であるシリコンを０．６％添加したものであり、これにより天然材料比率は９９．４％となっている。
同様に実施例５におけるサンプル９、サンプル１０は、石油由来の合成樹脂材料であるシリコンを１％添加したものであり、これにより天然材料比率は９９％となっている。
以下、各実施例について説明するものであり、各実施例共にサンプルごとのブレ等を考慮して二つのサンプルを作成した。
なお、木粉を基材とする射出成形可能な混合粉体材料の製造方法については、各実施例の材料の混合比率等を説明した後、共通して説明する。

【実施例0031】

実施例１はサンプル１、２に示すとおりであって、基材となる木粉を５４．９％と、ほぼ半分を超える量とすると共に、成形に寄与する割合の高いＰＬＡ１１０を３９．１％混合しており、更に天然由来素材の要素材料たるＣＮＦが１ｇ、０．２％、タルクが１０ｇ、２％、ロジンが１０ｇ、２％、ステアリン酸が１０ｇ、２％混合されており、石油由来素材の要素材料を含まないものである。結果的に天然素材率は１００％であり、木粉の混合比率は５４．９％、ＰＬＡ１１０以外の要素材料の混合比率は６．１％となっている。