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WO2024225060A1 - セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法および成形体の製造方法 - Google Patents

セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法および成形体の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2024225060A1
WO2024225060A1 PCT/JP2024/014680 JP2024014680W WO2024225060A1 WO 2024225060 A1 WO2024225060 A1 WO 2024225060A1 JP 2024014680 W JP2024014680 W JP 2024014680W WO 2024225060 A1 WO2024225060 A1 WO 2024225060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
containing resin
fiber
cellulose fiber
producing
cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/014680
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬子 奥田
みづき 酒井
圭一 梶田
彩樹子 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oji Holdings Corp
Original Assignee
Oji Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oji Holdings Corp filed Critical Oji Holdings Corp
Publication of WO2024225060A1 publication Critical patent/WO2024225060A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00Making granules
    • B29B9/02Making granules by dividing preformed material
    • B29B9/06Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • C08J3/20Compounding polymers with additives, e.g. colouring
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    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29K2023/00Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing cellulose fiber-containing resin pellets and a method for producing molded bodies using the pellets.
  • Fiber-reinforced plastic molded products made from nonwoven fabrics (also called sheets for fiber-reinforced plastic molded products) containing reinforcing fibers such as carbon fiber and glass fiber are already being used in a variety of fields, including sports and leisure goods, aircraft materials, and electronic equipment components.
  • Thermosetting resins and thermoplastic resins are used as the matrix resins in fiber-reinforced plastic molded products, but in recent years, development of fiber-reinforced plastic molded products using thermoplastic resins has been progressing.
  • Reinforcing fibers include carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber. These reinforcing fibers work to increase the strength of fiber-reinforced plastic molded bodies. When discarding such molded products, they are usually disposed of in landfills or incinerated, but molded products that use the above-mentioned reinforcing fibers have low biodegradability after being buried, and there is a problem that they place a large load on incinerators when incinerated.
  • Patent Documents 1 to 3 For this reason, in recent years, it has been proposed to use pulp fibers as reinforcing fibers (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • Patent Documents 1 and 2 a slurry containing pulp fibers and a thermoplastic resin is made into a paper, and the resulting papermaking intermediate is heated and pressurized to obtain a molded article.
  • Patent Document 3 proposes forming pellets from a slurry containing pulp fibers and a thermoplastic resin, and then injection molding the pellets to produce a molded article.
  • the present invention aims to provide a method for producing cellulose fiber-containing resin pellets with improved productivity, which produces molded articles having excellent bending rigidity and impact resistance from the pellets, and a method for producing molded articles obtained by molding the pellets.
  • the present inventors have discovered that in a method for producing cellulose fiber-containing resin pellets, which comprises melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet in a screw-type kneader to produce cellulose fiber-containing resin pellets, by setting the ratio of the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing sheet to the inlet area of the screw-type kneader to a specific value or less, excellent productivity can be achieved and a molded body having excellent bending rigidity and impact resistance can be obtained from the resulting cellulose fiber-containing resin pellets, thereby completing the present invention.
  • the present invention relates to the following items ⁇ 1> to ⁇ 14>.
  • a method for producing cellulose fiber-containing resin pellets by melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet in a screw-type kneader wherein the ratio of the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet to the inlet area of the screw-type kneader (cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet/inlet area of the screw-type kneader) is 0.065 or less.
  • ⁇ 2> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to ⁇ 1>, wherein the ratio of the cross-sectional area (cm 2 ) of the cellulose fiber-containing resin sheet to the screw diameter (mm) of the screw-type kneader (cross-sectional area (cm 2 ) of the cellulose fiber-containing resin sheet (cm 2 )/screw diameter (mm)) is 0.100 or less.
  • ⁇ 3> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the ratio of the discharge speed (kg/h) to the peripheral speed (m/min) of the screw of the screw-type kneader (discharge speed/peripheral speed) is 0.50 or more.
  • ⁇ 4> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the cellulose fiber content in the cellulose fiber-containing resin pellets is 10% by mass or more and 90% by mass or less.
  • ⁇ 5> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the cellulose fiber-containing resin sheet is produced by a production method including the following steps 1 and 2: Step 1: A fiber assembly production step of producing a fiber assembly containing cellulose fibers and resin A by dry papermaking. Step 2: A cellulose fiber-containing resin sheet production step of compressing the fiber assembly to produce a cellulose fiber-containing resin sheet.
  • ⁇ 6> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to ⁇ 5>, wherein the resin A contains resin fibers.
  • ⁇ 7> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein T/Y is 0.5 or more and 1.5 or less, where T is the tensile strength of the cellulose fiber-containing resin sheet in a first direction and Y is the tensile strength of the cellulose fiber-containing resin sheet in a second direction perpendicular to the first direction.
  • ⁇ 8> The method for producing cellulose fiber-containing resin pellets according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the cellulose fiber-containing resin sheet has a bulk specific gravity of 0.10 g/mL or more and 0.60 g/mL or less.
  • a method for producing a molded product comprising: a step of producing cellulose fiber-containing resin pellets by the method according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>; and a step of molding the cellulose fiber-containing resin pellets.
  • the molding step is a step of injection molding cellulose fiber-containing resin pellets.
  • ⁇ 11> The method for producing a molded body according to ⁇ 9> or ⁇ 10>, wherein the density of the obtained molded body is 0.8 g/cm 3 or more and 1.5 g/cm 3 or less.
  • ⁇ 12> The method for producing a molded article according to any one of ⁇ 9> to ⁇ 11>, wherein the thickness of the obtained molded article is 2 mm or more.
  • ⁇ 13> The method for producing a molded body according to any one of ⁇ 9> to ⁇ 12>, wherein the obtained molded body has a flexural modulus of 1.5 GPa or more as measured in accordance with JIS K 7171:2016.
  • ⁇ 14> The method for producing a molded article according to any one of ⁇ 9> to ⁇ 13>, wherein the obtained molded article has a Charpy impact strength of 2.0 kJ / m 2 or more as measured in accordance with JIS K 7111-1:2012.
  • the present invention provides a method for producing cellulose fiber-containing resin pellets with improved productivity, which produces molded articles having excellent bending rigidity and impact resistance from the pellets, and a method for producing molded articles obtained by molding the pellets.
  • FIG. 1 shows the web forming apparatus used in the examples.
  • the manufacturing method of cellulose fiber-containing resin pellets (hereinafter also simply referred to as "pellets”) of this embodiment is a method of melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet (hereinafter also simply referred to as "sheet") in a screw-type kneader to manufacture cellulose fiber-containing resin pellets, in which the ratio of the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet to the inlet area of the screw-type kneader (cross-sectional area of cellulose fiber-containing resin sheet/inlet area of the screw-type kneader) is 0.065 or less.
  • the production method of the present invention is more productive than conventional methods, and the molded article obtained from the pellets has excellent bending rigidity and impact resistance.
  • WO 2023/074842 describes a method in which a fiber assembly containing cellulose fibers such as pulp fibers and a resin component (resin A) is produced by dry papermaking, and the fiber assembly sheet is compressed into a sheet shape, melt-kneaded to produce pellets, which are then molded to produce a molded body.
  • a fiber assembly containing cellulose fibers such as pulp fibers and a resin component (resin A)
  • resin A resin component
  • the raw material when the cut raw material is supplied, the raw material is bulky and difficult to be inserted into the screw in the melt kneader, resulting in low productivity.
  • the present inventors believed that by supplying the sheet-like raw material directly to a melt kneader, once the raw material has been bitten into the screw of the melt kneader, the sheet will be continuously supplied, thereby greatly improving pellet productivity.
  • the ratio of the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet to the inlet area of the screw kneader to be 0.065 or less, the raw material can be bitten into the screw and continuously supplied to the screw kneader.
  • the molded body produced using the pellets obtained by continuously supplying the sheet-like raw material has excellent bending rigidity and impact resistance, similar to the pellets obtained by supplying the cut raw material, and further, that supplying the sheet-like raw material has better bending rigidity and impact resistance than supplying the cut raw material.
  • This is thought to be the result of the smooth supply to the kneader reducing the residence time inside the kneader and reducing the time the cellulose fibers are exposed to heat, thereby suppressing breakage and thermal degradation of the cellulose fibers.
  • the mechanism by which the effects of the present invention can be obtained is not limited to the above. The present invention will be described in further detail below.
  • the method for producing cellulose fiber-containing resin pellets of the present embodiment includes a step of melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet in a screw-type kneader to produce pellets.
  • the ratio of the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet to the inlet area of the screw-type kneader is 0.065 or less.
  • the above ratio is preferably 0.063 or less, more preferably 0.061 or less, and even more preferably 0.060 or less. Although there is no particular lower limit, from the viewpoint of productivity, it is preferably 0.010 or more, more preferably 0.020 or more, and even more preferably 0.030 or more.
  • the cross-sectional area of the cellulose fiber-containing resin sheet is calculated from the width and thickness of the sheet, which are measured by the method described in the Examples. The area of the inlet of the screw type kneader may be measured with a vernier caliper or the like.
  • the cross-sectional area ( cm2 ) of the above-mentioned cellulose fiber-containing resin sheet and the inlet area ( cm2 ) of the screw-type kneader can vary greatly depending on the scale of the kneader used, but for example, the cross-sectional area ( cm2 ) of the cellulose fiber-containing resin sheet is preferably 0.5 cm2 or more, more preferably 1.0 cm2 or more, and preferably 100 cm2 or less, more preferably 50 cm2 or less.
  • the inlet area (cm 2 ) of the screw type kneader is, for example, preferably 5 cm 2 or more, more preferably 10 cm 2 or more, and preferably 30,000 cm 2 or less, more preferably 10,000 cm 2 or less, and even more preferably 5,000 cm 2 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area ( cm2 ) of the cellulose fiber-containing resin sheet to the screw diameter (mm) of the screw-type kneader is preferably 0.100 or less. If the above ratio is 0.100 or less, the cellulose fiber-containing resin sheet is easily bitten into the screw of the kneader, and the cellulose fiber-containing resin sheet can be continuously supplied to the kneader, which is preferable.
  • the above ratio is more preferably 0.090 or less, even more preferably 0.085 or less, and even more preferably 0.080 or less. Although there is no particular lower limit, from the viewpoint of productivity, it is preferably 0.010 or more, more preferably 0.020 or more, and even more preferably 0.030 or more.
  • the screw diameter (mm) of the above-mentioned screw-type kneader can vary greatly depending on the scale of the kneader used, but is, for example, preferably 10 mm or more and 500 mm or less, more preferably 20 mm or more, even more preferably 30 mm or more, and more preferably 300 mm or less, even more preferably 150 mm or less.
  • the screw diameter (mm) is often disclosed by the manufacturer of the kneading machine, and the manufacturer's value may be used. Alternatively, it may be measured using a vernier caliper or the like.
  • the ratio of the discharge speed (kg/h) to the peripheral speed (m/min) of the screw of the screw-type kneader is preferably 0.50 or more.
  • discharge speed/peripheral speed is preferably 0.50 or more.
  • the ratio of the extrusion velocity to the peripheral velocity is more preferably 0.60 or more, even more preferably 0.70 or more, still more preferably 0.80 or more, and even more preferably 0.90 or more.
  • the peripheral speed (m/min) of the screw of the screw-type kneader is, for example, from the viewpoint of productivity and suppression of shear heat, preferably 0.3 m/min or more and 500 m/min or less, more preferably 1.0 m/min or more, even more preferably 3 m/min or more, and more preferably 300 m/min or less, even more preferably 100 m/min or less.
  • the peripheral speed of the screw (m/min) may be appropriately set during operation of the kneader.
  • the discharge rate (kg/h) can vary greatly depending on the scale of the kneading machine used, but from the viewpoints of productivity and ease of production, it is preferably 1 kg/h or more and 1000 kg/h or less, more preferably 3 kg/h or more, and even more preferably 5 kg/h or more.
  • the method for producing pellets according to the present embodiment includes a step of melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet in a screw-type kneader to produce pellets.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet is fed in a sheet form through a raw material inlet of the screw-type kneader.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet contains, in addition to cellulose fibers, a resin component (resin A).
  • Resin A is preferably a thermoplastic resin, and preferably contains a fibrous resin (resin fiber).
  • the cellulose fiber-containing resin sheet may be obtained by any method, but is preferably produced by the following steps 1 and 2.
  • Step 1 A fiber assembly manufacturing step of manufacturing a fiber assembly containing cellulose fibers and resin A by dry papermaking.
  • Step 2 A cellulose fiber-containing resin sheet manufacturing step of compressing the fiber assembly to manufacture a cellulose fiber-containing resin sheet.
  • Step 1 is a fiber assembly production step in which a fiber assembly containing cellulose fibers and resin A is produced by dry papermaking.
  • the cellulose fibers are not particularly limited in terms of the manufacturing method and type. Pulp fibers are preferred as the cellulose fibers, and may be, for example, chemical pulps such as hardwood and/or softwood kraft pulp, mechanical pulps such as SGP, RGP, BCTMP and CTMP, waste paper pulps such as deinked pulp, and non-wood pulps such as kenaf, jute, bagasse, bamboo, straw, and hemp. Chlorine-free pulps such as ECF pulp and TCF pulp can also be used.
  • the cellulose fiber is preferably pulp fiber, but is not limited thereto. For example, paper powder, wood powder, etc. may be used.
  • kraft pulp fibers particularly bleached softwood kraft pulp fibers (NBKP) with their long fiber length, are suitable for use as cellulose fibers because the resulting molded products have superior flexural modulus and impact resistance.
  • NNKP bleached softwood kraft pulp fibers
  • the average fiber length of the cellulose fibers is preferably 0.1 mm or more and 50 mm or less, more preferably 0.5 mm or more, even more preferably 1 mm or more, and more preferably 10 mm or less, even more preferably 5 mm or less, and even more preferably 2.5 mm or less.
  • the average fiber length of the cellulose fibers is measured by the method described in the Examples.
  • the average fiber width of the cellulose fibers is preferably 1 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more, even more preferably 10 ⁇ m or more, still more preferably 15 ⁇ m or more, and more preferably 100 ⁇ m or less, even more preferably 80 ⁇ m or less, and still more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the average fiber width of the cellulose fibers is measured by the method described in the Examples.
  • the cellulose fibers when the fiber aggregate is formed by the airlaid method, can be in the form of, for example, defibrated dry pulp.
  • the cellulose fibers are preferably unbeaten cellulose fibers in order to improve the impact resistance of the resulting molded article.
  • the cellulose fibers In order for a molded body to exhibit impact resistance, the cellulose fibers must be properly pulled out of the resin when an impact is applied.
  • unbeaten cellulose fibers having a low ratio of fine fibers are preferable, and unbeaten pulp fibers are even more preferable.
  • the fine fiber ratio of the cellulose fibers is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and even more preferably 20% or less, with no particular lower limit.
  • the fine fiber ratio of the cellulose fibers is measured by the method described in the Examples.
  • the content of cellulose fibers in the cellulose fiber-containing resin sheet is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 25% by mass or more, and more preferably 85% by mass or less, even more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 75% by mass or less, from the viewpoint of obtaining a molded product having excellent flexural modulus and impact resistance, and from the viewpoint of the productivity and ease of manufacturing of the cellulose fiber-containing resin sheet.
  • resin A examples include polyolefin, polyvinyl chloride, polystyrene, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), acrylonitrile-styrene, polyester, acrylic resin, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polybutylene succinate, and polylactic acid.
  • resins or elastomers exemplified as lubricants, plasticizers, nucleating agents, flame retardants, antistatic agents, fillers, and papermaking chemicals described in [Other Components] below may also be used.
  • resin A refers to the resin component contained in the molded product.
  • the molded body of this embodiment is preferably manufactured through a process in which a cellulose fiber aggregate containing cellulose fibers and resin A is manufactured by dry papermaking, and then compressed to manufacture a cellulose fiber-containing resin sheet. That is, it is preferable that at least resin A is blended with the cellulose fiber aggregate. In the manufacturing of the molded body, a further resin or an elastomer may be added.
  • the resin A contained in the fiber assembly can be any of fibers, powder, granules, and pellets.
  • the resin A contained in the fiber assembly is preferably fiber or powder, and more preferably fiber. That is, the resin A contained in the fiber assembly preferably contains resin fiber or resin powder, more preferably contains resin fiber, and even more preferably contains resin fiber.
  • Preferred examples of the fibers of resin A contained in the fiber assembly include polyolefin fibers, polyvinyl chloride fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyamide fibers, polycarbonate fibers and polylactic acid fibers.
  • the powder, granules, and pellets of resin A to be contained in the fiber assembly are preferably exemplified by polyolefin, polyvinyl chloride, polyester, acrylic, polyamide, polycarbonate, polylactic acid, polystyrene, ABS, acrylonitrile-styrene powder, polyacetal, and polybutylene succinate.
  • the powder of resin A is preferably exemplified by polyolefin powder, polystyrene powder, ABS powder, acrylonitrile-styrene powder, polyacetal powder, and polybutylene succinate powder.
  • the polyolefin may be the same as the specific examples of polyolefin in the polyolefin fiber shown below.
  • polyolefin fibers are preferred as the resin A to be contained in the fiber assembly.
  • the resin A contained in the fiber assembly may be one or a combination of two or more.
  • the resin A may be a combination of two types of resin, namely, polylactic acid fiber and polybutylene succinate powder.
  • the polyolefin constituting the polyolefin fibers is not particularly limited, and examples thereof include polyolefins (unmodified polyolefins) and modified polyolefins.
  • the melting point of the polyolefin constituting the polyolefin fiber is, from the viewpoint of ease of molding and of suppressing deterioration of the cellulose fiber, preferably 80°C or higher and 200°C or lower, more preferably 195°C or lower, even more preferably 180°C or lower, and more preferably 90°C or higher, even more preferably 100°C or higher.
  • polyolefins examples include polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymers (also called propylene-ethylene copolymers), with polyethylene and polypropylene being preferred.
  • the method of modifying the polyolefin includes, for example, acid modification, chlorination, etc., and among these, acid modification is preferred from the viewpoint of improving the affinity with cellulose fibers.
  • the acid-modifying component used for the acid modification of the acid-modified polyolefin is preferably an unsaturated carboxylic acid component.
  • the unsaturated carboxylic acid component is a component derived from an unsaturated carboxylic acid and its acid anhydride.
  • the unsaturated carboxylic acid examples include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, itaconic anhydride, fumaric acid, and crotonic acid.
  • the unsaturated carboxylic acid component is preferably at least one selected from acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and maleic anhydride, and is particularly preferably at least one selected from maleic acid and maleic anhydride.
  • a polyolefin modified with at least one of maleic acid and maleic anhydride is also called a maleic acid-modified polyolefin.
  • the acid-modified polyolefin is preferably a maleic acid-modified polyolefin, more preferably a maleic acid-modified polyethylene or a maleic acid-modified polypropylene. Note that it is sufficient that the acid-modified polyolefin is at least partially modified with an acid.
  • the polyolefin is particularly preferably at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene at least partially modified with maleic acid, polypropylene at least partially modified with maleic acid, and ethylene-propylene copolymer. From the viewpoint of improving the flexural modulus of the obtained molded article, it is preferable that the polyolefin contains an acid-modified polyolefin, it is more preferable that the polyolefin contains at least one of polyethylene at least partially modified with maleic acid and polypropylene at least partially modified with maleic acid, and it is even more preferable that the polyolefin contains polyethylene at least partially modified with maleic acid.
  • the composition does not contain an acid-modified polyolefin, and it is more preferable that the polyolefin contains only polyethylene, polypropylene, and an ethylene-propylene copolymer.
  • the polyolefin fibers may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the polyolefin fiber may be a composite fiber made of two or more polyolefins, and examples thereof include split fibers, sea-island fibers, core-sheath fibers, and laminated fibers. Among these, from the viewpoint of obtaining a molded product having excellent bending rigidity and impact resistance, core-sheath fibers are preferred. In the case of core-sheath fibers, fibers with a concentric cross-sectional structure or an eccentric cross-sectional structure are used, but fibers with a concentric cross-sectional structure are preferred. The use of fibers with a concentric cross-sectional structure is preferred because it allows for a more uniform fiber assembly to be obtained.
  • the fiber length of the polyolefin fiber is preferably 0.1 mm or more and 50 mm or less, more preferably 1.0 mm or more, even more preferably 2.0 mm or more, even more preferably 3.0 mm or more, and more preferably 20 mm or less, even more preferably 10 mm or less.
  • the fiber length of the polyolefin fiber is measured by the method described in the Examples.
  • the fiber diameter of the polyolefin fiber is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more, even more preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 80 ⁇ m or less, even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the fiber diameter of the polyolefin fiber is measured by the method described in the Examples.
  • the fineness of the polyolefin fiber is preferably 0.01 dtex or more and 100 dtex or less, more preferably 0.1 dtex or more, even more preferably 1 dtex or more, and more preferably 50 dtex or less, even more preferably 10 dtex or less.
  • the fineness of the polyolefin fiber is measured by the method described in the Examples.
  • the content of the polyolefin fiber in the fiber assembly is preferably 90% by mass or less from the viewpoint of obtaining a molded product having excellent bending rigidity and impact resistance, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 65% by mass or less from the viewpoint of productivity and ease of production, and even more preferably 50% by mass or less, particularly preferably 45% by mass or less from the viewpoint of biomass conversion degree and productivity. Also, from the same viewpoint, it is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, and even more preferably 25% by mass or more.
  • the above content means the total content of the polyolefin fibers.
  • resin A is a fiber other than a polyolefin fiber
  • the preferred fiber length, fiber diameter, fineness and content of the fiber are the same as the preferred fiber length, fiber diameter, fineness and content of the polyolefin fiber, respectively.
  • the resin A is a powder, granules, or pellets
  • the preferred content of the powder, granules, or pellets is the same as the preferred content of the polyolefin fiber.
  • the particle size of the powder, granules, or pellets is not particularly limited.
  • the fiber assembly may contain other components in addition to the cellulose fiber and polyolefin fiber described above.
  • other components include an elastomer and a binder component described below.
  • the content of the binder component is preferably 0.1 mass% or more and 40 mass% or less, more preferably 0.3 mass% or more and 30 mass% or less, even more preferably 0.4 mass% or more and 20 mass% or less, and still more preferably 0.5 mass% or more and 10 mass% or less, based on the total mass of the fiber assembly.
  • binder components that can be used include various starches, casein, sodium alginate, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, acrylic resins, styrene-(meth)acrylic acid ester copolymer resins, urethane resins, polyvinyl alcohol (PVA) resins, various starches, cellulose derivatives, sodium polyacrylate, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, acrylamide-acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, styrene-maleic anhydride copolymer alkali salts, isobutylene-maleic anhydride copolymer alkali salts, polyvinyl acetate resins, vinyl chloride-vinyl acetate copolymers, ethylene-vinyl acetate copolymers, and the like.
  • the fiber assembly may further contain fillers and papermaking chemicals.
  • the filler include mineral pigments such as kaolin, calcined kaolin, calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate, titanium dioxide, talc, zinc oxide, alumina, magnesium carbonate, magnesium oxide, silica, white carbon, bentonite, zeolite, sericite, and smectite, as well as organic pigments such as polystyrene-based resins, urea-based resins, melamine-based resins, acrylic-based resins, and vinylidene chloride-based resins.
  • papermaking chemicals include paper strength enhancers, retention improvers, drainage improvers, dyes, fluorescent whitening agents, pH adjusters, defoamers, pitch control agents, slime control agents, etc.
  • paper strength enhancers include polyacrylamide, etc.
  • wet strength enhancers can also be used in combination, such as polyamide resins, melamine-formaldehyde resins, urea-formaldehyde resins, polyamide-polyamine-epichlorohydrin resins, polyethyleneimine resins, etc.
  • the fiber assembly may further contain a fatty acid metal salt.
  • the fatty acid metal salt is preferably a metal salt of an aliphatic carboxylic acid, and the aliphatic carboxylic acid is preferably a saturated aliphatic carboxylic acid or an unsaturated aliphatic carboxylic acid having 12 to 24 carbon atoms, and specific examples thereof include lauric acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, arachidic acid, heneicosylic acid, behenic acid, lignoceric acid, cerotic acid, montanic acid, melissic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, sapienic acid, oleic acid, and elaidic acid.
  • metal elements that form metal salts include Group 1 elements (alkali metals) such as sodium and potassium; Group 2 elements (alkaline earth metals) such as calcium, magnesium and barium; and Group 3 elements such as zinc and aluminum, with calcium, magnesium, zinc and aluminum being preferred.
  • fatty acid metal salts include magnesium stearate, calcium stearate, zinc stearate, barium stearate, aluminum stearate, lithium stearate, zinc laurate, and barium laurate.
  • calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate, aluminum stearate, calcium oleate, magnesium oleate, zinc oleate, aluminum oleate, zinc laurate, and calcium laurate are preferred, and calcium stearate is more preferred.
  • the content of fatty acid metal salt in the molded body is 0.1 mass% or more and 10 mass% or less, preferably 0.3 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more, even more preferably 0.8 mass% or more, and preferably 9 mass% or less, more preferably 8 mass% or less, even more preferably 7 mass% or less, and still more preferably 6 mass% or less.
  • the content of the other components excluding cellulose fibers and polyolefin fibers is preferably 0.1% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 30% by mass or less, even more preferably 0.4% by mass or more and 20% by mass or less, and even more preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total mass of the fiber assembly.
  • cellulose fibers and resin A are produced by dry papermaking.
  • the manufacturing process of the fiber assembly preferably includes a process of mixing cellulose fibers and polyolefin fibers in air and depositing the mixture. That is, the fiber assembly of the present embodiment is preferably a dry nonwoven fabric.
  • the airlaid method is a method in which an airflow containing raw fibers, such as polyolefin fibers and cellulose fibers that have been defibrated in the air and mixed uniformly in the airflow, is discharged onto a mesh-like endless belt equipped with a suction box on the lower side to form an airlaid web.
  • the airlaid method is a method that includes a step of mixing and depositing cellulose fibers and polyolefin fibers in the air. In the airlaid method, the above operation may be repeated multiple times as necessary.
  • the web formed by the above method is made into a sheet by a fiber bonding process as described below.
  • An example of the fiber bonding process is a method in which polyolefin fibers or cellulose fibers are entangled with each other by passing needles perpendicularly to the web surface, such as the needle punch method, to form a sheet. This type of bonding process is preferably used in combination with a web formation method using a carding method.
  • the fiber bonding process can employ a process in which a heat-fusible adhesive blended into a dry process web is heated to fuse the raw fibers together (thermal bond method), a process in which an adhesive is applied to the obtained dry process web to bond the raw fibers (chemical bond method), or a method that combines the thermal bond method and the chemical bond method (multi-bond method).
  • thermal bond method a process in which a heat-fusible adhesive blended into a dry process web is heated to fuse the raw fibers together
  • chemical bond method a process in which an adhesive is applied to the obtained dry process web to bond the raw fibers
  • multi-bond method a method that combines the thermal bond method and the chemical bond method
  • thermo bonding method it is preferable to heat the material at a temperature at least 20°C higher than the melting point of the heat-sealing adhesive.
  • heat treatment include hot air treatment and hot pressure treatment using low pressure after hot air treatment.
  • a particulate or fibrous heat-sealing adhesive which may be the polyolefin fiber or binder component described above.
  • the particulate heat-fusible adhesive heat-fusible resin particles such as polyethylene, polypropylene, polyester low-melting polyethylene terephthalate, low-melting polyamide, low-melting polylactic acid, polybutylene succinate, etc. are used.
  • fibrous heat-fusible adhesives examples include low-melting polyethylene terephthalate, low-melting polylactic acid, polybutylene succinate (PBS), polyethylene terephthalate (PET), and other polyesters, low-melting polyamides, acrylic resins, and polyvinyl acetate (PVAc) resins.
  • PBS polybutylene succinate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVAc polyvinyl acetate
  • a heat-fusible composite synthetic fiber having a core-sheath structure obtained by combining two kinds of resins with different melting points and in which only the surface of the fiber melts can also be preferably used.
  • the heat-fusible composite synthetic fiber having a core-sheath structure has a structure in which a sheath made of a resin with a low melting point is formed on the outer periphery of a core made of a resin with a high melting point.
  • a form in which two kinds of resins with different melting points are combined PET/PET composite fiber, PE/PET composite fiber, MAPE/PP composite fiber, PP/PET composite fiber, PE/PP composite fiber, PVAc/PET composite resin).
  • the binder component can be selected appropriately as needed, and examples of binders that can be used include solution-type binders such as starch, casein, sodium alginate, hydroxyethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), and sodium polyacrylate, and emulsion-type binders such as polyacrylic acid esters, acrylic styrene copolymers, polyvinyl acetate, ethylene vinyl acetate copolymers, acrylonitrile butadiene copolymers, methyl methacrylate butadiene copolymers, urea-melamine resins, and styrene-butadiene copolymer resins. It is also preferable to use the binder components described above.
  • the binders described above can be in various forms, such as fibers, powders, granules, solutions, or
  • the fibers that make up the fiber aggregate are three-dimensionally oriented randomly in the longitudinal, width, and thickness directions. Therefore, in this embodiment, the tensile strength of the fiber aggregate in the first direction and the tensile strength in the second direction are approximately the same value. In other words, in this embodiment, a fiber aggregate with excellent isotropy in the planar direction is obtained.
  • any sheet that does not impair moldability may be laminated onto the fiber aggregate to manufacture a laminated sheet.
  • any sheet may be laminated onto the surface of the fiber aggregate or between sheets when laminating the fiber aggregate.
  • the optional sheet to be laminated may be tissue or nonwoven fabric. These optional sheets are laminated for the purpose of improving the surface properties of the fiber aggregate or cellulose fiber-containing resin sheet during the manufacturing process, improving productivity, or imparting other functions.
  • Step 2 is a cellulose fiber-containing resin sheet production step in which a cellulose fiber-containing resin sheet is produced by compressing the fiber aggregate obtained in step 1. By compressing the fiber aggregate obtained in step 1, a sheet-shaped cellulose fiber-containing resin sheet is obtained. The compression may be carried out simultaneously with the heat treatment or after the heat treatment.
  • the fiber aggregate can be compressed by applying pressure to the fiber aggregate using a roll press. Heating may be performed simultaneously during roll press processing to form a heat and pressure treatment. In roll press processing, pressure is applied using metal rolls or resin rolls, allowing the density of the resulting cellulose fiber-containing resin sheet to be controlled as desired. Specifically, a cellulose fiber-containing resin sheet of any density can be obtained by setting the number of rolls used in the roll press processing, the temperature, and the clearance to any desired level, and heating and pressurizing the sheet. The sheet may be passed through multiple rolls to compress it to the desired density.
  • Compression of the fiber aggregate can also be achieved by pressure treatment using a hot press.
  • the density of the resulting cellulose fiber-containing resin sheet can be controlled as desired by pressure treatment using an autoclave method or a mold press method on a fiber aggregate cut to an appropriate size or a cellulose fiber-containing resin sheet that has been subjected to the roll press treatment.
  • a pre-pressing step may be included before obtaining the above heating and pressing conditions, and it is also preferable to carry out pre-pressing at a lower pressure under the desired heating conditions, and then increase the pressure and carry out a pressing treatment by hot pressing.
  • the pressure treatment step using a hot press may be a stamping molding method.
  • the stamping molding method the fiber assembly is heated in advance, the polyolefin is melted and softened, and then the assembly is placed inside a mold, the mold is then closed to clamp the assembly, and the assembly is then pressurized and cooled.
  • a heating device such as a far-infrared heater, a heating plate, a high-temperature oven, or a dielectric heater may be used.
  • the pressure treatment step by hot pressing may be a vacuum molding method.
  • the vacuum molding method the space between the fiber assembly and the mold is made vacuum, thereby increasing the adhesion between the fiber assembly and the mold and improving moldability.
  • the vacuum molding is preferably performed in the mold clamping step of the stamping molding method described above. Specifically, the fiber assembly is heated, the polyolefin is melted and softened, and placed inside the mold, and then the mold is closed to perform mold clamping, in which vacuum molding is performed. In the vacuum molding, vacuum suction is performed from the mold side.
  • the molding pressure in the vacuum molding is usually 1.0 kg/cm2 or less , and molding is performed for about 0.1 to 60 seconds.
  • the pressure treatment step by the hot press may be a pressure molding method.
  • compressed air is blown onto the fiber assembly to make it adhere to the mold, thereby increasing the adhesion between the fiber assembly and the mold.
  • the pressure molding is preferably performed in the mold clamping step of the stamping molding method described above. Specifically, the fiber assembly is heated, and the polyolefin is melted and softened, and placed in a mold, and then compressed air is blown onto the fiber assembly side to perform molding.
  • the pressure molding is often performed at a compressed air pressure of 3 kg/ cm2 or more and 8 kg/cm2 or less , and molding is preferably performed for 0.1 seconds to 60 seconds or more.
  • Compression of the fiber assembly can also be achieved by a supercalendering process.
  • the fiber aggregate is molded by passing it between heated rollers while applying nip pressure.
  • the heating temperature of the rollers used is preferably 10° C. or more higher than the melting point of the polyolefin fiber, more preferably 20° C. or more higher, and even more preferably 30° C. or more higher, and is preferably 100° C. or less higher than the melting point of the polyolefin fiber, more preferably 90° C. or less higher, and even more preferably 80° C. or less higher.
  • the nip pressure is preferably 100 kg/cm or more, more preferably 150 kg/cm or more, and even more preferably 200 kg/cm or more, and is preferably 450 kg/cm or less, more preferably 400 kg/cm or less, and even more preferably 350 kg/cm or less.
  • the number of nip stages is preferably 1 stage or more, more preferably 3 stages or more, and even more preferably 5 stages or more, and is preferably 20 stages or less, more preferably 18 stages or less, and even more preferably 16 stages or less.
  • T/Y is 0.5 to 1.5.
  • T/Y is preferably 0.60 or more, more preferably 0.70 or more, even more preferably 0.80 or more, still more preferably 0.85 or more, and is preferably 1.40 or less, more preferably 1.30 or less, even more preferably 1.20 or less, and still more preferably 1.15 or less.
  • the first direction of the cellulose fiber-containing resin sheet is any one direction in the planar direction of the cellulose fiber-containing resin sheet. However, when the fibers contained in the cellulose fiber-containing resin sheet are oriented in any direction in the planar direction, the orientation direction is defined as the first direction. In addition, when the flow direction in the manufacturing process of the fiber aggregate by dry papermaking is known, the flow direction is defined as the first direction.
  • the flow direction in the manufacturing process of the fiber aggregate is called the first direction (MD direction), and the flow direction in the obtained fiber aggregate and cellulose fiber-containing resin sheet is sometimes called the T-mesh.
  • the second direction of the fiber aggregate is one direction in the planar direction of the fiber aggregate and is a direction perpendicular to the first direction.
  • the second direction in the manufacturing process is called the second direction (CD direction)
  • the second direction in the obtained fiber aggregate and cellulose fiber-containing resin sheet is sometimes called the Y direction.
  • the tensile strength of the cellulose fiber-containing resin sheet in the first direction and the second direction is measured in accordance with JIS P 8113: 2006.
  • the tensile strength in each direction is a value measured at a speed of 20 ⁇ 5 mm/min on a strip of 15 ⁇ 0.1 mm ⁇ 180 ⁇ 1 mm using a tensile tester, Tensilon manufactured by A&D Co., Ltd.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet is a sheet-shaped product obtained by mixing at least cellulose fibers and resin A (preferably polyolefin fibers) and then dry-pressing the mixture.
  • the sheet is a sheet obtained by pressing a cotton-like fiber aggregate (hereinafter also referred to as a cotton-like fiber aggregate) after dry-pressing, and may have various bulk specific gravities (densities).
  • the bulk density of the cellulose fiber-containing resin sheet to be fed to the screw-type kneader is preferably 0.10 g/mL or more, more preferably 0.15 g/mL or more, from the viewpoints of ease of compression in step 2, ease of subsequent melt-kneading, ease of cutting when cutting for feeding to the melt-kneader, etc., and is preferably 0.60 g/mL or less, more preferably 0.50 g/mL or less, and even more preferably 0.40 g/mL or less.
  • the bulk density of the cellulose fiber-containing resin sheet is measured by the method described in the Examples.
  • the method for producing cellulose fiber-containing resin pellets of the present embodiment includes a step of melt-kneading a cellulose fiber-containing resin sheet in a screw-type kneader to produce pellets.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet is fed to the melt kneader while it is in the form of a sheet.
  • the cellulose fiber-containing sheet may be cut to have a width in a desired range, if necessary.
  • the cellulose fiber-containing sheet may be fed from the multiple inlets.
  • the method for producing the pellets is not particularly limited, and may be any method that involves supplying a cellulose fiber-containing resin sheet and melt-kneading it in a screw-type kneader.
  • the screw type kneader include a single screw type kneader and a twin screw type kneader, and from the viewpoint of kneading efficiency, a twin screw type kneader is preferred.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet is fed to a screw-type kneader and melt-kneaded, and then (1) A method in which the cellulose-containing resin is extruded into a strand shape and then cooled and solidified to obtain cellulose-containing resin pellets; (2) A method in which the molten kneaded product is cooled and solidified as it is or after being stretched into a sheet shape, and then crushed in a crusher to obtain cellulose fiber-containing resin pellets. (3) A method in which the resin is extruded into a rod or cylinder and cooled to obtain cellulose fiber-containing resin pellets.
  • the size of the resulting pellets is not particularly limited, but is preferably 1 to 10 mm from the viewpoint of ease of insertion into an injection molding machine.
  • the melt-kneading temperature is not particularly limited, but it is preferable to adjust the barrel set temperature so that the temperature of the melt-kneaded product (the temperature of the actually obtained kneaded product, the resin temperature) is at least 5°C higher than the melting point of the polyolefin, more preferably at least 10°C higher, and even more preferably at least 15°C higher. From the viewpoint of deterioration of the cellulose fiber, it is preferable that the barrel set temperature is not more than 100°C higher than the melting point of the polyolefin, more preferably not more than 90°C higher, and even more preferably not more than 80°C higher.
  • the temperature of the melt-kneaded product is higher than the melt-kneading temperature (barrel set temperature) due to shear heat generated during melt-kneading. That is, it varies depending on various conditions during melt-kneading, such as the melt-kneading temperature (barrel set temperature), discharge speed, rotation speed, and screw design of the melt-kneader.
  • the temperature of the melt-kneaded product is higher by about 20 to 40° C. than the melt-kneading temperature (barrel set temperature), so the melt-kneading temperature (barrel set temperature) is lower by about 20 to 40° C. than the preferred temperature of the melt-kneaded product.
  • discharge speed discharge speed
  • rotation speed a discharge speed relative to the peripheral speed of the screw so that it falls within a desired range.
  • discharge speed discharge speed
  • the device used for melt kneading is a twin-screw extruder
  • the cellulose fibers and resin A are uniformly dispersed in the fiber assembly sheet in advance, and even if melt kneading is performed without applying high shear force, the dispersion state of the cellulose fibers in the fiber assembly sheet is maintained as it is, and pellets with excellent dispersion of the cellulose fibers are obtained. Therefore, by using a weak kneading force, it is possible to avoid cutting of the cellulose fibers.
  • the kneading parts are mainly R-type kneading parts, and the number of L-type and N-type kneading parts is preferably equal to or less than the number of R-type kneading parts, and more preferably less than the number of R-type kneading parts.
  • the kneading parts may be composed of only R-type kneading parts without using L-type or N-type kneading parts.
  • the kneading parts are preferably 5 or less, and more preferably 3 or less, out of the total 10 parts divided into which the screw is divided.
  • the kneading parts may be only one part.
  • a resin component may be further blended and melt kneaded together with the cellulose fiber-containing resin sheet, and examples of the resin component include the resin components listed in the above-mentioned resin A and the elastomer described later, and polyolefin resins and the elastomer described later are preferred. Blending at least one selected from the resin A and the elastomer in the melt kneading is preferred because it provides a molded product with superior impact resistance. That is, the obtained cellulose fiber-containing resin pellets may contain components that are blended during melt kneading in addition to the components derived from the cellulose fiber-containing resin sheet.
  • the elastomer that may be blended in the melt kneading refers to a polymeric compound that exhibits elastic deformation, and refers to a substance that has the property of softening and becoming fluid when heated and returning to a rubber-like state when cooled.
  • elastomers have a structure consisting of two polymers, hard segments and soft segments, where the hard segments act as cross-linking points and the soft segments exhibit rubber elasticity, resulting in elasticity. Therefore, at room temperature, the hard segments gather to form a pseudo-cross-linked state, exhibiting rubber-like physical properties, but at high temperatures they melt, losing the function of the cross-linking points and allowing plastic deformation.
  • hard segment polymers and soft segment polymers are classified into polystyrene-based, olefin/alkene-based, polyester-based, polyvinyl chloride-based, polyurethane-based, polyamide-based, polyacrylic elastomers, silicone-based, polyimide-based, etc. Even within the same system, the characteristics differ depending on the ratio of hard and soft segments and the molecular weight. For example, polystyrene-based elastomers use styrene in the hard segment and butadiene in the soft segment.
  • styrene results in high hardness and improved compatibility with polystyrene and polyphenylene ether, while a small amount of styrene results in low hardness, high flexibility, and improved compatibility with polyolefins.
  • a high molecular weight improves temperature characteristics and mechanical properties, while a low molecular weight improves processability and transparency.
  • polystyrene-based elastomers include the Tuftec series manufactured by Asahi Kasei Corporation. For example, there is an olefin/alkene-based elastomer that combines ethylene, propylene, and 1-butene.
  • the density, elastic modulus, and melting point can be changed by changing the combination and ratio.
  • the structure when mixed with resin also differs, and there are cases where it is dispersed like islands in the sea, and cases where it is compatible.
  • An example of an olefin/alkene-based elastomer is the Toughmer series manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. Among these, polystyrene-based elastomers and olefin/alkene-based elastomers are preferred from the standpoint of impact resistance and the like. Examples of the elastomer include various elastomers described in paragraphs 0043 to 0065 of Publication No. 2020/080328.
  • the method for adding the elastomer is not particularly limited, and it is preferable to supply the elastomer together with the cellulose fiber-containing resin sheet during melt-kneading of the cellulose fiber-containing resin sheet, and then melt-knead the elastomer.
  • the content of the elastomer is preferably 55% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, even more preferably 45% by mass or less, even more preferably 40% by mass or less, and especially preferably 35% by mass or less, based on the total mass of resin A and the elastomer, from the viewpoint of improving the flexural modulus.
  • the content of the elastomer is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more, even more preferably 10% by mass or more, even more preferably 12% by mass or more, and especially preferably 15% by mass or more, based on the total mass of resin A and the elastomer, from the viewpoint of improving the impact resistance.
  • the content of cellulose fibers in the cellulose fiber-containing resin pellets is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 25% by mass or more, and more preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or less, from the viewpoint of obtaining a molded product having excellent flexural modulus and impact resistance.
  • the cellulose fiber-containing resin pellets of the present embodiment are suitably used as resin pellets for various molding processes.
  • the method for producing a molded article of the present embodiment includes a step of producing the above-mentioned cellulose fiber-containing resin pellets, and a step of molding the cellulose fiber-containing resin pellets.
  • various molding methods are adopted in the molding process, for example, injection molding (e.g., injection compression molding (press injection, hot flow stamping molding, gas injection compression molding), gas injection molding, and ultra-high speed injection molding), various extrusion moldings (cold runner method or hot runner method), compression (press) molding, insert molding, in-mold coating molding, heat-insulating mold molding, rapid heating and cooling mold molding, various profile extrusion moldings (e.g., two-color molding and sandwich molding), etc.
  • injection molding e.g., injection compression molding (press injection, hot flow stamping molding, gas injection compression molding), gas injection molding, and ultra-high speed injection molding
  • various extrusion moldings cold runner method or hot runner method
  • compression (press) molding insert molding, in-mold coating molding, heat-insulating mold
  • extrusion moldings are suitable for molding sheets, films, fibers, etc.
  • Inflation method, calendar method, casting method, etc. can also be used for molding sheets or films.
  • a specific stretching operation may be applied.
  • a plurality of molding steps may be combined, or a plurality of steps may be simultaneously performed as one step.
  • the cellulose fiber-containing resin pellets may be formed into a sheet and then heat-pressed to obtain a molded product, or the cellulose fiber-containing resin pellets may be formed into a sheet and then supercalendered to obtain a molded product.
  • the product After forming into a sheet, the product may be molded by vacuum forming, compressed air forming, or the like.
  • injection molding is a preferred example.
  • the injection molding step involves, for example, melt-kneading the above-mentioned cellulose fiber-containing resin pellets using a known injection molding machine, and injecting the molten mixture into a mold to perform molding.
  • a known kneading machine may be used, for example, a single-screw kneading machine or a twin-screw kneading machine.
  • known injection molding machines include screw type injection molding machines, screw pre-plasticizing type injection molding machines, plunger pre-plasticizing type injection molding machines, plunger type injection molding machines, etc.
  • Examples of the drive system include hydraulic, electric, and hydraulic-electric hybrid systems.
  • the temperature conditions for injection molding are appropriately determined depending on the type of resin contained in the pellets, and it is preferable to set the cylinder temperature of the injection molding machine to a temperature 0 to 100° C. higher than the flow start temperature of the resin used.
  • the temperature of the mold may be appropriately selected taking into consideration the cooling rate of the resin used and productivity. For example, in the case of polyolefin, it is preferable to set the temperature within the range of room temperature (eg, 23°C) to 120°C.
  • Other injection conditions such as the screw rotation speed, back pressure, injection speed, pressure holding, and pressure holding time may be appropriately adjusted.
  • the cellulose fiber-containing resin pellets of the present embodiment may contain other resins such as elastomers by adding other resins, for example elastomers, during molding and melt-kneading the mixture.
  • other resins such as elastomers by adding other resins, for example elastomers, during molding and melt-kneading the mixture.
  • other resins such as elastomers, during molding and melt-kneading the mixture.
  • other resins, various additives, masterbatches containing various additives, etc. may be added in addition to the cellulose fiber-containing resin pellets during injection molding.
  • the additives include those typically used in resin compositions, such as stabilizers, ultraviolet absorbers, plasticizers, flame retardants, flame retardant assistants, antistatic agents, surfactants, colorants, lubricants, and mold release agents.
  • the stabilizers include, for example, hindered phenols, hydroquinone, phosphites and substituted versions thereof.
  • ultraviolet absorbers examples include resorcinol, salicylate, benzotriazole, and benzophenone.
  • Colorants include materials including dyes, such as nitrosine, and pigments, such as cadmium sulfide, phthalocyanines, and carbon black.
  • the lubricant include fatty acids such as stearic acid and montanic acid, their amides, their esters, their half esters with polyhydric alcohols, stearyl alcohol, stearamide, polyethylene wax, and paraffin wax.
  • the density of the obtained molded body is preferably 0.5 g/cm 3 or more, more preferably 0.8 g/cm 3 or more, even more preferably 0.95 g/cm 3 or more, and even more preferably 1.0 g/cm 3 or more.
  • the density of the molded body is preferably 2.0 g/cm 3 or less, more preferably 1.5 g/cm 3 or less, and even more preferably 1.2 g/cm 3 or less.
  • the thickness of the molded body is not particularly limited, but is 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more, even more preferably 2 mm or more, and is preferably 200 mm or less, more preferably 100 mm or less, even more preferably 50 mm or less, still more preferably 20 mm or less, and particularly preferably 10 mm or less.
  • the thickness of the molded article is 2 mm or more.
  • the molded article of the present embodiment preferably has a high bending modulus, and since the molded article has a high bending modulus, it is preferable that the molded article has excellent rigidity against bending.
  • the bending modulus of the molded article is preferably 1.5 GPa or more, more preferably 2.0 GPa or more, even more preferably 2.5 GPa or more, even more preferably 3.0 GPa or more, and even more preferably 3.0 GPa or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of production, it is preferably 10 GPa or less.
  • the flexural modulus of the molded body is measured in accordance with JIS K 7171:2016.
  • the molded article of the present embodiment preferably has a high bending strength, and since the molded article has a high bending strength, it is preferable that the molded article has excellent rigidity.
  • the bending strength of the molded article is preferably 20 MPa or more, more preferably 30 MPa or more, and even more preferably 35 MPa or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of production, it is preferably 100 MPa or less.
  • the bending strength of the molded body is measured in accordance with JIS K 7171:2016.
  • the molded article of the present embodiment preferably has a high Charpy impact strength, and the Charpy impact strength of a molded article having a thickness of 4 mm is preferably 1.5 kJ/m 2 or more, more preferably 2.0 kJ/m 2 or more, even more preferably 3.0 kJ/m 2 or more, and even more preferably 4.0 kJ/m 2 or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of production, it is preferably 100 kJ/m 2 or less.
  • the larger the Charpy impact strength value the more excellent the impact resistance.
  • the Charpy impact strength is measured in accordance with JIS K 7111-1:2012, and more specifically, by the method described in the examples.
  • the molded article obtained by the method for producing a molded article of the present embodiment is preferably used for electrical and electronic devices, office automation equipment, home appliances, civil engineering and construction, automobiles, aircraft parts, structural parts and housings, containers (e.g., food containers, drug packaging containers, cosmetic packaging containers, medical device packaging containers), furniture, daily necessities, medical tools, etc. Among these, it is suitable for applications requiring impact resistance, such as civil engineering and construction, automobile or aircraft parts, structural parts, and housings.
  • Example 1 Preparation of fiber assembly>
  • the NBKP was defibrated using a swirling jet airflow defibrator to obtain defibrated dry pulp.
  • the processing air speed in the defibrator was 45 m/min, and turbulence was achieved by a baffle installed in the device.
  • the average fiber length of the obtained defibrated dry pulp was 2.38 mm, the average fiber width was 34.3 ⁇ m, and the fine fiber ratio was 11.4%.
  • the obtained defibrated dry pulp, polypropylene fiber (melting point 160°C, fineness 6.6 dtex, fiber length 5 mm, fiber diameter 30 ⁇ m, also referred to as "PP fiber”), and polyethylene/polypropylene composite core-sheath fiber (core melting point 160°C, sheath melting point 110°C, fineness 1.7 dtex, fiber length 5 mm, fiber diameter 15 ⁇ m, core diameter 10.6 ⁇ m, core mass/sheath mass 1/1, also referred to as "PE/PP composite fiber”) were uniformly mixed in a ratio (mass ratio) of 30/55/15 using an air flow to obtain a fiber mixture.
  • a first carrier sheet 41 was fed by a first carrier sheet supplying means 40 onto a gas permeable endless belt 20 mounted on a conveyor 10 and running.
  • tissue (basis weight 14 g/ m2 ) was used as the first carrier sheet 41.
  • the width was 1200 mm.
  • the "basis weight” was measured according to "Paper and paperboard -- Method of measurement of basis weight” described in JIS P8124:2011.
  • Example 1 tissue (basis weight 14 g/ m2 ) was used as the second carrier sheet 51. That is, in Example 1, the same sheet was used for the first carrier sheet 41 and the second carrier sheet 51.
  • the resulting fiber assembly containing the airlaid web was passed through a box-type dryer with a hot air circulation conveyor oven system and subjected to hot air treatment at a temperature of 140° C. Thereafter, the density was adjusted by roll press treatment so that the bulk density was 0.3 g/mL, and a cellulose fiber-containing resin sheet with a basis weight of 416 g/m 2 was obtained without peeling off the first carrier sheet and the second carrier sheet.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet had a T/Y of 0.88, a bulk density of 0.32 g/mL, and a thickness of 1.3 mm.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet was slit using a slitter to a width of 150 mm.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet was put into an opening with a cross-sectional area of 57 cm 2 provided at the base of a twin-screw kneading extruder (manufactured by Shibaura Machine Co., Ltd., TEM-37SX, screw diameter 37 mm).
  • the kneading temperature was 165 ° C.
  • the rotation speed was 70 rpm (circumferential speed 8.1 m / min), and the sheet was melted, kneaded, and dispersed.
  • the screw used for kneading was an R-type kneading part, and the rest were all weakly kneaded and composed of feed screws.
  • the strand discharged from the 4 mm ⁇ die was cooled by air cooling and then cut with a pelletizer to obtain cellulose fiber-containing resin pellets with a length of 3 mm.
  • the discharge speed of the kneaded product measured by the method described below was 9.7 kg / h.
  • Example 2 Cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed was changed to 300 rpm (circumferential speed: 34.9 m/min) in ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin pellets> of Example 1.
  • the discharge rate of the kneaded product was 47.3 kg/h.
  • Example 3 Cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed was changed to 500 rpm (circumferential speed: 58.1 m/min) in ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin pellets> of Example 1.
  • the discharge speed of the kneaded product was 78.6 kg/h.
  • Example 4 Cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 1 except that the width was 200 mm in ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin sheet> of Example 1. The discharge rate of the kneaded product was 11.7 kg/h.
  • Example 5 Cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 1, except that in ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin sheet> of Example 1, the width was changed to 100 mm, and in ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin pellets>, the sheet was fed into a vent port having a cross-sectional area of 22 cm2 provided in the middle of the extruder. The discharge rate of the kneaded product was 7.5 kg/h.
  • Example 6 Cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 4, except that in the ⁇ Preparation of fiber aggregate> of Example 1, the fiber mixture was changed to a ratio (mass ratio) of 50/35/15.
  • the cellulose fiber-containing resin sheet had a basis weight of 411 g/ m2 , a T/Y of 0.88, a bulk specific gravity of 0.29 g/mL, and a thickness of 1.44 mm.
  • the discharge speed of the kneaded product was 13.8 kg/h.
  • Example 1 In ⁇ Preparation of cellulose fiber-containing resin sheet> of Example 1, the cellulose fiber-containing resin sheet was shredded with a shredder (AFS100M, manufactured by Iris Ohyama Co., Ltd.) to obtain press-shredded chips of about 4 mm x 13 mm, and the press-shredded chips were fed into a twin-screw extruder. Except for this, cellulose fiber-containing resin pellets were obtained in the same manner as in Example 1. The discharge rate of the kneaded product was 3.8 kg/h.
  • AFS100M manufactured by Iris Ohyama Co., Ltd.
  • Comparative Example 2 Except for changing the rotation speed to 300 rpm (circumferential speed 34.9 m/min), the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out to obtain cellulose fiber-containing resin pellets. The discharge rate of the kneaded product was 12.5 kg/h.
  • Comparative Example 3 Except for changing the rotation speed to 500 rpm (circumferential speed: 58.1 m/min), the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out to obtain cellulose fiber-containing resin pellets. The discharge rate of the kneaded product was 24.8 kg/h.
  • Example 4 (Comparative Example 4)
  • Example 1 Preparation of cellulose fiber-containing resin sheet>, an attempt was made to obtain cellulose fiber-containing resin pellets in the same manner as in Example 1 except that the width was set to 300 mm. However, the cellulose fiber-containing resin sheet was not caught in the screw of the kneader, and cellulose fiber-containing resin pellets could not be obtained.
  • Method of measuring the fineness of polyolefin fibers In the case where a catalog value or the like is available for the fineness of the polyolefin fiber, the catalog value may be used. In this embodiment, the catalog value was used. If no catalog value is available, measure using Method B of JIS L 1013:2010 (Testing method for chemical fiber filament yarn).
  • the melting point of the polyolefin fiber may be determined from a catalog value of the polyolefin fiber if such a value is available. In this embodiment, the catalog value was used. If there is no catalog value, it can be measured using the following method. 5 mg of polyolefin fiber is cut out, and the melting point of the polyolefin fiber is measured by a differential scanning calorimeter (DSC) using a Diamond DSC manufactured by Perkin-Elmer, Inc., by increasing the temperature from 30° C. to 280° C. at a rate of 20° C./min in a nitrogen atmosphere.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • the bulk density of the cellulose fiber-containing resin sheet was calculated by measuring the thickness and mass of a 50 mm square sheet after conditioning the sheet for 24 hours under conditions of 23° C. and 50% RH. The thickness of the sheet was measured with a digital thickness gauge (DG-127, manufactured by Ozaki Seisakusho Co., Ltd.).
  • the flow direction (running direction of the conveyor 10) of the obtained cellulose fiber-containing resin sheet in the fiber aggregate manufacturing process was defined as the first direction, and the direction perpendicular to the first direction was defined as the second direction, and the tensile strength (unit: N/m) was measured according to JIS P 8113:2006.
  • the tensile strength in each direction was calculated by dividing the tensile strength by the thickness of the test piece (unit: MPa).
  • a tensile tester was used, Tensilon manufactured by A&D Co., Ltd., to measure a 15 mm x 180 mm strip at a speed of 20 mm/min.
  • the discharge rate of the kneaded material was determined by measuring the mass of the kneaded material discharged from the die of the twin-screw extruder for 3 minutes, and calculating the discharge amount per hour. The average value of two measurements was used as the discharge rate.
  • the obtained molded product (molded body) was cut into a rectangular test piece having a length of 80 mm and a width of 10 mm.
  • the thickness of the rectangular test piece was measured with a constant pressure thickness measuring device (manufactured by Techclock Corporation, model number PG-02J), and the volume of the rectangular test piece was calculated. Furthermore, the density was calculated by measuring the mass of the rectangular test piece.
  • the obtained molded product (molded body) was cut into a rectangular test piece having a length of 80 mm and a width of 10 mm, and a three-point bending test was performed in accordance with JIS K 7171: 2016.
  • the obtained bending modulus and bending strength were evaluated to be higher in terms of rigidity and strength against bending, respectively, as the numerical values were larger.
  • the obtained molded product (molded body) was cut into a rectangular test piece of 80 mm in length ⁇ 10 mm in width, and a notched Charpy impact test (impact direction: edgewise) was performed in accordance with JIS K 7111-1: 2012. The larger the obtained Charpy impact strength value, the better the impact resistance and the stronger it was against impact.
  • the discharge amount increases when the rotation speed is increased.
  • Productivity can be evaluated by the discharge amount at the same rotation speed, but by considering the discharge amount per rotation speed (the ratio of the discharge speed (kg/h) to the peripheral speed of the screw (m/min) (discharge speed/peripheral speed)), it is possible to compare productivity between different rotation speeds.
  • the cellulose fiber-containing pellets of the present invention have a high discharge speed/peripheral speed and are highly productive.
  • the molded articles produced using the cellulose fiber-containing pellets of the present invention were excellent in bending rigidity and strength, as well as impact resistance.
  • the method for producing cellulose fiber-containing resin pellets of this embodiment has high productivity, and furthermore, the pellets produce molded articles that have excellent flexural modulus (rigidity against bending), flexural strength (strength against bending) and impact resistance.

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Abstract

本発明の目的は、より生産性に優れたセルロース繊維含有樹脂ペレット製造方法であって、該ペレットから曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れた成形体が得られるセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法、並びに該ペレットを成形して得られる成形体の製造方法を提供することである。 本発明のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する方法であって、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積/スクリュー型混練機の投入口面積)が0.065以下である。

Description

セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法および成形体の製造方法
 本発明は、セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法および該ペレットを使用した成形体の製造方法に関する。
 炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む不織布(繊維強化プラスチック成形体用シートともいう)から成形された繊維強化プラスチック成形体は、既にスポーツ、レジャー用品、航空機用材料、電子機器部材など様々な分野で用いられている。繊維強化プラスチック成形体においてマトリックスとなる樹脂には、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が用いられているが、近年は熱可塑性樹脂を用いた繊維強化プラスチック成形体の開発が進められている。
 強化繊維には、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等が用いられている。このような強化繊維は、繊維強化プラスチック成形体の強度を高める働きをする。このような成形加工品を廃棄する場合には、埋立処分したり、焼却処分することが行われているが、上記のような強化繊維を使用した成形加工品は埋め立て後の生分解性が低く、焼却処理時には焼却炉等にかかる負荷が大きいという問題がある。
 このため、近年は、強化繊維としてパルプ繊維を用いることが提案されている(例えば、特許文献1~3)。特許文献1および2では、パルプ繊維と熱可塑性樹脂を含むスラリーを抄紙し、成形した抄造成形中間品を加熱加圧成形することで成形品を得ている。特許文献3では、パルプ繊維と熱可塑性樹脂を含むスラリーからペレットを形成し、このペレットを射出成形することにより成形品を製造することが提案されている。
特開平6-322699号公報 特開平6-346399号公報 特開平6-345944号公報
 本発明は、より生産性に優れたセルロース繊維含有樹脂ペレット製造方法であって、該ペレットから曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れた成形体が得られるセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法、並びに該ペレットを成形して得られる成形体の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者等は、セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練して、セルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する工程を有するセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法において、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有シートの断面積の割合を特定の値以下とすることにより、生産性に優れると共に、得られたセルロース繊維含有樹脂ペレットから曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れる成形体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
 本発明は、以下の<1>~<14>に関する。
 <1> セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する方法であって、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積/スクリュー型混練機の投入口面積)が0.065以下である、セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <2> スクリュー型混練機のスクリュー径(mm)に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)/スクリュー径(mm))が0.100以下である、<1>に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <3> スクリュー型混練機のスクリューの周速度(m/min)に対する吐出速度(kg/h)の比(吐出速度/周速度)が0.50以上である、<1>または<2>に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <4> セルロース繊維含有樹脂ペレット中のセルロース繊維の含有量が10質量%以上90質量%以下である、<1>~<3>のいずれか1つに記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <5> セルロース繊維含有樹脂シートが以下の工程1および工程2を含む製造方法によって製造される、<1>~<4>のいずれか1つに記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 工程1:セルロース繊維および樹脂Aを含有する繊維集合体を乾式抄紙にて製造する繊維集合体製造工程
 工程2:前記繊維集合体を圧縮してセルロース繊維含有樹脂シートを製造するセルロース繊維含有樹脂シート製造工程
 <6> 前記樹脂Aが樹脂繊維を含む、<5>に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <7> セルロース繊維含有樹脂シートの第1の方向の引張強度をTとし、第1の方向と直交する方向である第2の方向の引張強度をYとしたとき、T/Yが0.5以上1.5以下である、<1>~<6>のいずれか1つに記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <8> セルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重が0.10g/mL以上0.60g/mL以下である、<1>~<7>のいずれか1つに記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
 <9> <1>~<8>のいずれか1つに記載の方法によりセルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する工程、および前記セルロース繊維含有樹脂ペレットを成形する工程を有する、成形体の製造方法。
 <10> 前記成形する工程が、セルロース繊維含有樹脂ペレットを射出成形する工程である、<9>に記載の成形体の製造方法。
 <11> 得られる成形体の密度が0.8g/cm以上1.5g/cm以下である、<9>または<10>に記載の成形体の製造方法。
 <12> 得られる成形体の厚みが2mm以上である、<9>~<11>のいずれか1つに記載の成形体の製造方法。
 <13> 得られる成形体のJIS K 7171:2016に準拠して測定した曲げ弾性率が1.5GPa以上である、<9>~<12>のいずれか1つに記載の成形体の製造方法。
 <14> 得られる成形体のJIS K 7111-1:2012に準拠して測定したシャルピー衝撃強度が2.0kJ/m以上である、<9>~<13>のいずれか1つに記載の成形体の製造方法。
 本発明によれば、より生産性に優れたセルロース繊維含有樹脂ペレット製造方法であって、該ペレットから曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れた成形体が得られるセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法、並びに該ペレットを成形して得られる成形体の製造方法が提供される。
図1は、実施例で用いたウェブ形成装置を示す。
[セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法]
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレット(以下、単に「ペレット」ともいう)の製造方法は、セルロース繊維含有樹脂シート(以下、単に「シート」ともいう)をスクリュー型混練機で溶融混練し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する方法であって、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積/スクリュー型混練機の投入口面積)が0.065以下である。
 本発明の製造方法は、従来の方法に比べ、より生産性に優れる。さらに、該ペレットから得られた成形体は、曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れる。
 上記の効果が得られる詳細な機構であるが、一部は以下のように考えられる。
 溶融混練工程において、セルロース繊維および樹脂成分を供給して溶融混練する場合には、セルロース繊維が親水的であるのに対して、一般的に樹脂成分は疎水的であることから、セルロース繊維の凝集が生じ、セルロース繊維の樹脂成分中での分散性が良好ではない。また、高いせん断力を与える必要があるため、セルロース繊維の切断が生じたり、微細繊維が生じたりする。このようにして得られたペレットから得られた成形体は、曲げに対する剛性および耐衝撃性に劣るものと考えられる。
 本発明者らは、上記の問題を解決するために、検討を行っており、国際公開第2023/074842号には、予めパルプ繊維等のセルロース繊維および樹脂成分(樹脂A)を含有する繊維集合体を乾式抄紙にて製造し、これを圧縮してシート状にした繊維集合体シートを溶融混練することで、ペレットを製造し、これを成形して成形体を製造することが記載されている。前記国際公開第2023/074842号の実施例では、溶融混練機に供給するに際し、溶融混練機に供給可能な大きさに裁断して溶融混練機に供給している。しかし、裁断した原料を供給する場合には、原料が嵩高く、また、溶融混練機内のスクリューへの食い込みが困難であることから、生産性が低いことを見出した。
 本発明者らは、溶融混練機にシート状の原料をそのまま供給することで、一度溶融混練機のスクリューに食い込むと、連続的にシートが供給されるために、ペレットの生産性が極めて向上すると考え、鋭意検討した結果、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合を0.065以下とすることにより、スクリューへの食い込み、スクリュー型混練機への連続供給が可能であることを見出した。
 また、上記のように、連続的にシート状の原料を供給することで得られたペレットを用いて製造された成形体は、裁断した原料を供給することで得られたペレットと同様に、曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れるものであり、さらに、シート状の原料を供給することで、裁断した原料を供給した場合に比べ、より曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れることを見出した。これは、混練機への供給がスムーズに行われることで、混練機内部の滞留時間が減り、セルロース繊維が熱を受ける時間が減るため、セルロース繊維の切断や熱劣化が抑制された結果であると考えられる。
 なお、本発明の効果が得られる機構は、上述のものに限定されるものではない。
 以下、本発明についてさらに詳述する。
<ペレットを製造する工程>
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練して、ペレットを製造する工程を有する。
(セルロース繊維樹脂含有シートの断面積/スクリュー型混練機の投入口面積)
 本実施形態において、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)/スクリュー型混練機の投入口面積(cm))が0.065以下である。上記の割合を0.065以下とすることにより、セルロース繊維含有樹脂シートが混練機のスクリューに食い込みやすくなり、連続的にセルロース繊維含有樹脂シートを混練機に供給することができる。
 上記割合は、好ましくは0.063以下、より好ましくは0.061以下、さらに好ましくは0.060以下であり、そして、下限は特に限定されないが、生産性の観点から、好ましくは0.010以上、より好ましくは0.020以上、さらに好ましくは0.030以上である。
 セルロース繊維含有樹脂シートの断面積は、前記シートの幅および厚みから算出される。シートの幅および厚みは、実施例に記載の方法により測定される。
 また、スクリュー型混練機の投入口面積は、ノギス等により測定すればよい。
 上述したセルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)およびスクリュー型混練機の投入口面積(cm)は、使用する混練機のスケールにより大きく変化しうるが、例えば、セルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)は、好ましくは0.5cm以上、より好ましくは1.0cm以上であり、そして、好ましくは100cm以下、より好ましくは50cm以下である。
 また、スクリュー型混練機の投入口面積(cm)は、例えば、好ましくは5cm以上、より好ましくは10cm以上であり、そして、好ましくは30000cm以下、より好ましくは10000cm以下、さらに好ましくは5000cm以下である。
 本実施形態において、スクリュー型混練機のスクリュー径(mm)に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)/スクリュー径(mm))は、好ましくは0.100以下である。上記割合が0.100以下であると、セルロース繊維含有樹脂シートが混練機のスクリューに食い込みやすくなり、連続的にセルロース繊維含有樹脂シートを混練機に供給することができるので、好ましい。
 上記割合は、より好ましくは0.090以下、さらに好ましくは0.085以下、よりさらに好ましくは0.080以下であり、そして、下限は特に限定されないが、生産性の観点から、好ましくは0.010以上、より好ましくは0.020以上、さらに好ましくは0.030以上である。
 上述したスクリュー型混練機のスクリュー径(mm)は、使用する混練機のスケールにより大きく変化しうるが、例えば、好ましくは10mm以上500mm以下であり、より好ましくは20mm以上、さらに好ましくは30mm以上であり、そして、より好ましくは300mm以下、さらに好ましくは150mm以下である。
 スクリュー径(mm)は、混練機の製造社から開示されている場合が多く、メーカー値を採用してもよい。また、ノギス等により実測してもよい。
 本実施形態において、スクリュー型混練機のスクリューの周速度(m/min)に対する吐出速度(kg/h)の比(吐出速度/周速度)は、好ましくは0.50以上である。上記周速度に対する吐出速度が0.50以上であることにより、生産性が高く、必要以上のせん断によるセルロース繊維の切断や微細化が抑制されるので、好ましい。
 前記周速度に対する吐出速度の比は、より好ましくは0.60以上、さらに好ましくは0.70以上、よりさらに好ましくは0.80以上、一層好ましくは0.90以上であり、上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは3.00以下、より好ましくは2.50以下、さらに好ましくは2.00以下である。
 スクリュー型混練機のスクリューの周速度(m/min)は、例えば、生産性の観点およびせん断熱を抑える観点から好ましくは0.3m/min以上500m/min以下であり、より好ましくは1.0m/min以上、さらに好ましくは3m/min以上であり、そして、より好ましくは300m/min以下、さらに好ましくは100m/min以下である。
 スクリューの周速度(m/min)は、混練機の操業時に適宜設定すればよい。
 また、吐出速度(kg/h)は、使用する混練機のスケールにより大きく変化しうるが、生産性の観点および製造容易性の観点から、好ましくは1kg/h以上1000kg/h以下であり、より好ましくは3kg/h以上、さらに好ましくは5kg/h以上である。
<セルロース繊維含有樹脂シート>
 本実施形態のペレットの製造方法は、セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練して、ペレットを製造する工程を有する。なお、本実施形態において、前記セルロース繊維含有樹脂シートは、シート状のままでスクリュー型混練機の原料投入口から供給される。
 該セルロース繊維含有樹脂シートは、セルロース繊維に加えて、樹脂成分(樹脂A)を含む。樹脂Aは、熱可塑性樹脂であることが好ましく、繊維状の樹脂(樹脂繊維)を含むことが好ましい。
 セルロース繊維含有樹脂シートは、いずれの方法により得られたものでもよいが、下記工程1および工程2によって製造されたものであることが好ましい。
 工程1:セルロース繊維および樹脂Aを含有する繊維集合体を乾式抄紙にて製造する繊維集合体製造工程
 工程2:前記繊維集合体を圧縮してセルロース繊維含有樹脂シートを製造するセルロース繊維含有樹脂シート製造工程
 以下、本実施形態において好ましい、上記工程1および工程2を含むセルロース繊維含有樹脂シートの製造方法について詳述する。
(工程1)
 工程1は、セルロース繊維および樹脂Aを含有する繊維集合体を乾式抄紙にて製造する繊維集合体製造工程である。
〔セルロース繊維〕
 セルロース繊維としては、その製法および種類等に特に限定はない。セルロース繊維としては、パルプ繊維が好ましく、例えば、広葉樹および/または針葉樹のクラフトパルプのような化学パルプ、SGP、RGP、BCTMPおよびCTMP等の機械パルプ、脱墨パルプのような古紙パルプ、並びにケナフ、ジュート、バガス、竹、藁、麻等の非木材パルプであってもよい。また、ECFパルプ、TCFパルプ等の塩素フリーパルプを用いることができる。
 なお、セルロース繊維として、パルプ繊維が好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、紙粉、木粉などを使用してもよい。
 上記パルプ繊維の中でも、クラフトパルプ繊維、特に、繊維長の長い針葉樹晒クラフトパルプ繊維(NBKP)は、得られる成形体の曲げ弾性率および耐衝撃性により優れるため、セルロース繊維として好適に用いられる。
 セルロース繊維の平均繊維長は、得られる成形体の曲げ弾性率および耐衝撃性を向上させる観点、繊維集合体の製造容易性の観点から、好ましくは0.1mm以上50mm以下であり、より好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは1mm以上であり、そして、より好ましくは10mm以下、さらに好ましくは5mm以下、よりさらに好ましくは2.5mm以下である。
 セルロース繊維の平均繊維長は、実施例に記載の方法により測定される。
 セルロース繊維の平均繊維幅は、得られる成形体の曲げに対する剛性および耐衝撃性を向上させる観点、繊維集合体の製造容易性の観点から、好ましくは1μm以上150μm以下であり、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上、よりさらに好ましくは15μm以上であり、そして、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは80μm以下、よりさらに好ましくは50μm以下である。
 セルロース繊維の平均繊維幅は、実施例に記載の方法により測定される。
 本実施形態において、繊維集合体をエアレイド法により形成する場合は、セルロース繊維は、例えば解繊ドライパルプの形態であることができる。
 セルロース繊維は、得られる成形体の耐衝撃性を向上させる観点から未叩解のセルロース繊維であることが好ましい。
 成形体において、耐衝撃性の発現には、衝撃を与えた際に、セルロース繊維が樹脂から適切に引き抜かれる必要があり、そのためには、微細繊維比率が低い、未叩解セルロース繊維であることが好ましく、未叩解パルプ繊維であることがより好ましい。
 また、セルロース繊維の微細繊維比率は、上述の観点から、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下であり、下限は特に限定されない。
 セルロース繊維の微細繊維比率は、実施例に記載の方法により測定される。
 セルロース繊維含有樹脂シート中のセルロース繊維の含有量は、曲げ弾性率および耐衝撃性に優れる成形体を得る観点、並びにセルロース繊維含有樹脂シートの生産性および製造容易性の観点から、好ましくは10質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、そして、より好ましくは85質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下、よりさらに好ましくは75質量%以下である。
〔樹脂A〕
 樹脂Aの成分としては、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)、アクリロニトリル・スチレン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンサクシネートおよびポリ乳酸が例示される。また、後述する〔その他の成分〕に記載された滑剤、可塑剤、核剤、難燃剤、帯電防止剤、填料および製紙薬品に例示された樹脂、または、エラストマーを使用してもよい。すなわち、樹脂Aは、成形体に含まれる樹脂成分を意味する。
 なお、後述する成形体の製造方法に示すように、本実施形態の成形体は、セルロース繊維と、樹脂Aとを含むセルロース繊維集合体を乾式抄紙にて製造後、圧縮してセルロース繊維含有樹脂シートを製造する工程を経て製造することが好ましい。すなわち、少なくとも樹脂Aは、セルロース繊維集合体に配合されることが好ましい。なお、成形体の製造において、さらに樹脂を添加したり、エラストマーを添加してもよい。
 本発明において、繊維集合体に含有させる樹脂Aとしては、繊維、粉末、顆粒、ペレットのいずれも使用することができる。これらの中でも、後述する工程1における抄紙容易性の観点から、繊維集合体に含有させる樹脂Aは、繊維または粉末であることが好ましく、繊維であることがより好ましい。すなわち、繊維集合体に含有させる樹脂Aは樹脂繊維または樹脂粉末を含むことが好ましく、樹脂繊維を含むことがより好ましく、樹脂繊維であることがさらに好ましい。
 繊維集合体に含有させる樹脂Aの繊維としては、ポリオレフィン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、ポリカーボネート繊維およびポリ乳酸繊維が好ましく例示される。
 繊維集合体に含有させる樹脂Aの粉末、顆粒、およびペレットの成分としては、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ乳酸、ポリスチレン、ABS、アクリロニトリル・スチレン、ポリアセタールおよびポリブチレンサクシネートが好ましく例示される。特に、樹脂Aの粉末としては、ポリオレフィン粉末、ポリスチレン粉末、ABS粉末、アクリロニトリル・スチレン粉末、ポリアセタール粉末およびポリブチレンサクシネート粉末が好ましく例示される。なお、前記ポリオレフィンとしては、下記に示されるポリオレフィン繊維においてポリオレフィンの具体的な例示物と同様のものが挙げられる。
 これらの中でも、繊維集合体に含有させる樹脂Aとしては、ポリオレフィン繊維が好ましい。
 なお、繊維集合体に含有させる樹脂Aは、1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。一例を挙げると、樹脂Aとして、ポリ乳酸繊維とポリブチレンサクシネート粉末の2種を組み合わせて使用してもよい。
-ポリオレフィン繊維-
 本実施形態において、繊維集合体に含有させる樹脂Aとしてポリオレフィン繊維を使用する場合、そのポリオレフィン繊維を構成するポリオレフィンとしては特に限定されず、ポリオレフィン(未変性ポリオレフィン)および変性ポリオレフィンが例示される。
 ポリオレフィン繊維を構成するポリオレフィンの融点は、成形容易性の観点、セルロース繊維の劣化を抑制する観点から、好ましくは80℃以上200℃以下であり、より好ましくは195℃以下、さらに好ましくは180℃以下であり、そして、より好ましくは90℃以上、さらに好ましくは100℃以上である。
 ポリオレフィンとしては、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(プロピレン-エチレン共重合物ともいう)が例示され、ポリエチレンおよびポリプロピレンが好ましい。
 また、変性ポリオレフィンにおいて、ポリオレフィンの変性方法としては、酸変性、塩素化等が例示され、これらの中でも、セルロース繊維との親和性を向上させる観点から、酸変性であることが好ましい。
 酸変性ポリオレフィンの酸変性に使用する酸変性成分は、不飽和カルボン酸成分であることが好ましい。不飽和カルボン酸成分としては、不飽和カルボン酸およびその酸無水物に由来する成分である。不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、フマル酸、クロトン酸等が挙げられる。中でも、不飽和カルボン酸成分は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸および無水マレイン酸から選択される少なくとも1種であることが好ましく、マレイン酸および無水マレイン酸から選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。マレイン酸および無水マレイン酸の少なくとも1つにより変性されたポリオレフィンを、マレイン酸変性ポリオレフィンともいう。
 酸変性ポリオレフィンとしては、マレイン酸変性ポリオレフィンであることが好ましく、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレンであることがより好ましい。なお、酸変性ポリオレフィンは、少なくとも一部が酸変性されていればよい。
 ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、少なくとも一部がマレイン酸変性されたポリエチレンおよび少なくとも一部がマレイン酸変性されたポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体よりなる群から選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
 得られる成形体の曲げ弾性率を向上させる観点からは、ポリオレフィンとして酸変性ポリオレフィンを含有することが好ましく、ポリオレフィンが少なくとも一部がマレイン酸変性されたポリエチレンおよび少なくとも一部がマレイン酸変性されたポリプロピレンの少なくとも1つを含有することがより好ましく、少なくとも一部がマレイン酸変性されたポリエチレンを含有することがさらに好ましい。
 また、得られる成形体の耐衝撃性を向上させる観点からは、酸変性ポリオレフィンを含有しないことが好ましく、ポリオレフィンがポリエチレン、ポリプロピレンおよびエチレン-プロピレン共重合体のみを含有することがより好ましい。
 ポリオレフィン繊維は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 ポリオレフィン繊維は、2つ以上のポリオレフィンからなる複合繊維であってもよく、分割繊維、海島繊維、芯鞘繊維、貼り合わせ繊維などが例示され、これらの中でも、曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れる成形体を得る観点から、芯鞘繊維が好ましい。芯鞘繊維である場合、同心断面構造や、偏心断面構造の繊維が使用されるが、同心断面構造の繊維が好ましい。同心断面構造の繊維を使用することで、より均一な繊維集合体が得られるので好ましい。
 ポリオレフィン繊維の繊維長は、均一な繊維集合体を得る観点、繊維集合体の製造容易性の観点から、好ましくは0.1mm以上50mm以下であり、より好ましくは1.0mm以上、さらに好ましくは2.0mm以上、さらに好ましくは3.0mm以上であり、そして、より好ましくは20mm以下、さらに好ましくは10mm以下である。
 ポリオレフィン繊維の繊維長は、実施例に記載の方法により測定される。
 ポリオレフィン繊維の繊維径は、均一な繊維集合体を得る観点、繊維集合体の製造容易性の観点から、好ましくは0.1μm以上100μm以下であり、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、そして、より好ましくは80μm以下、さらに好ましくは50μm以下である。
 ポリオレフィン繊維の繊維径は、実施例に記載の方法により測定される。
 ポリオレフィン繊維の繊度は、均一な繊維集合体を得る観点、繊維集合体の製造容易性の観点から、好ましくは0.01dtex以上100dtex以下、より好ましくは0.1dtex以上、さらに好ましくは1dtex以上であり、そして、より好ましくは50dtex以下、さらに好ましくは10dtex以下である。
 ポリオレフィン繊維の繊度は、実施例に記載の方法により測定される。
 繊維集合体に含有させる樹脂Aがポリオレフィン繊維である場合、繊維集合体中のポリオレフィン繊維の含有量は、曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れる成形体を得る観点から、好ましくは90質量%以下であり、生産性および製造容易性の観点から、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下、よりさらに好ましくは65質量%以下であり、バイオマス化度および生産性の観点から、よりさらに好ましくは50質量%以下、特に好ましくは45質量%以下である。また、同様の観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、よりさらに好ましくは25質量%以上である。
 なお、ポリオレフィン繊維を2種以上使用する場合には、上記の含有量はポリオレフィン繊維の合計含有量を意味する。
 樹脂Aがポリオレフィン繊維以外の繊維である場合、その前記繊維の好ましい繊維長、繊維径、繊度および含有量は、それぞれ、ポリオレフィン繊維の好ましい繊維長、繊維径、繊度および含有量と同様である。
 また、樹脂Aが粉末、顆粒、またはペレットである場合、その前記粉末、顆粒、ペレットの好ましい含有量は、前記ポリオレフィン繊維の好ましい含有量と同様である。また、樹脂Aが粉末、顆粒、またはペレットである場合、その前記粉末、顆粒、またはペレットの粒径は、特に限定されない。
〔その他の成分〕
 本実施形態の繊維集合体中の樹脂Aがポリオレフィン繊維である場合、その繊維集合体は、上述したセルロース繊維およびポリオレフィン繊維に加え、その他成分を含有していてもよい。その他の成分としては、後述するエラストマーやバインダー成分が挙げられる。
 バインダー成分を含有する場合、バインダー成分の含有量は、繊維集合体の全質量に対して好ましくは0.1質量%以上40質量%以下、より好ましくは0.3質量%以上30質量%以下、さらに好ましくは0.4質量%以上20質量%以下、よりさらに好ましくは0.5質量%以上10質量%以下である。バインダー成分の含有量を上記範囲内とすることにより、成形体を製造する際の、ハンドリング性等を向上させることができる。
 バインダー成分としては、各種デンプン、カゼイン、アルギン酸ナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アクリル樹脂、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、各種澱粉、セルロース誘導体、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、アクリルアミド-アクリル酸エステル-メタクリル酸エステル共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体アルカリ塩、イソブチレン-無水マレイン酸共重合体アルカリ塩、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体等が使用できる。
 繊維集合体は、さらに、填料や製紙薬品を含有していてもよい。
 填料としては、例えばカオリン、焼成カオリン、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、タルク、酸化亜鉛、アルミナ、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、シリカ、ホワイトカーボン、ベントナイト、ゼオライト、セリサイトおよびスメクタイト等の鉱物顔料、並びにポリスチレン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル系樹脂および塩化ビニリデン系樹脂等の有機顔料が挙げられる。
 製紙薬品としては、紙力増強剤、歩留向上剤、濾水性向上剤、染料、蛍光増白剤、pH調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等が挙げられる。紙力増強剤としては、ポリアクリルアミド等が挙げられる。さらに湿潤紙力増強剤も併用可能であり、例えばポリアミド樹脂、メラミン-ホルムアルデヒド樹脂、尿素-ホルムアルデヒド樹脂、ポリアミド-ポリアミン-エピクロルヒドリン樹脂、ポリエチレンイミン樹脂等が挙げられる。
 繊維集合体は、さらに、脂肪酸金属塩を含有していてもよい。脂肪酸金属塩は、脂肪族カルボン酸の金属塩であることが好ましく、該脂肪族カルボン酸としては、炭素数12以上24以下の飽和脂肪族カルボン酸または不飽和脂肪族カルボン酸が好ましく、具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ヘンイコシル酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、エライジン酸が例示される。
 金属塩を形成する金属元素としては、ナトリウム、カリウムなどの第1族元素(アルカリ金属);カルシウム、マグネシウム、バリウムなどの第2族元素(アルカリ土類金属);亜鉛、アルミニウムなどの第3族元素が例示され、好ましくはカルシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムである。
 脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸リチウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸バリウムなどが例示される。
 これらの中でも、曲げに対する剛性および耐衝撃性に優れる観点から、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、オレイン酸カルシウム、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸アルミニウム、ラウリン酸亜鉛、またはラウリン酸カルシウムが好ましく、ステアリン酸カルシウムがより好ましい。
 成形体中の脂肪酸金属塩の含有量は、曲げに対する剛性および耐衝撃性の観点から、0.1質量%以上10質量%以下であり、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは0.8質量%以上であり、そして、好ましくは9質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下、よりさらに好ましくは6質量%以下である。
 その他の成分を含有する場合、セルロース繊維およびポリオレフィン繊維を除くその他の成分の含有量は、繊維集合体の全質量に対して好ましくは0.1質量%以上40質量%以下、より好ましくは0.3質量%以上30質量%以下、さらに好ましくは0.4質量%以上20質量%以下、よりさらに好ましくは0.5質量%以上10質量%以下である。
〔繊維集合体製造工程〕
 次に、繊維集合体の製造工程について述べる。
 以下の繊維集合体の製造工程の説明では、樹脂Aにとして、好ましいとされるポリオレフィン繊維を使用したものとして説明する。樹脂Aとして、ポリオレフィン繊維以外の樹脂を使用する場合、ポリオレフィン繊維に代えて前記使用する樹脂に読み替えるものとし、それ以外の説明は同様である。なお、樹脂Aは、後述の通り、1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。
 本実施形態の工程1の繊維集合体の製造工程では、セルロース繊維および樹脂Aを乾式抄紙にて製造する。
 繊維集合体の製造工程は、セルロース繊維と、ポリオレフィン繊維とを空気中で混合し、堆積させる工程を含むことが好ましい。すなわち、本実施形態の繊維集合体は、乾式不織布であることが好ましい。
 乾式抄紙法を用いて繊維集合体を製造する際には、エアレイド法を採用することが好ましい。エアレイド法は、空気中で解繊したポリオレフィン繊維およびセルロース繊維を気流中で均一に混合した原料繊維などを含む気流を、下側にサクションボックスを備えたメッシュ状無端ベルト上に吐出してエアレイドウェブを形成する方法である。すなわち、エアレイド法は、セルロース繊維と、ポリオレフィン繊維とを空気中で混合し、堆積させる工程を含む方法である。エアレイド法においては、必要に応じて上記の操作を複数回繰り返してもよい。
 上記方法で形成されたウェブは、以下に示すような繊維結合工程によってシート化される。繊維結合工程としては、例えば、ニードルパンチ法のようにウェブ面に垂直方向に針を通すことによりポリオレフィン繊維やセルロース繊維を互いに交絡させてシートを形成する方法がある。このような結合工程は、カーディング法によるウェブ形成方法と組み合わせて好ましく用いられる。また、繊維結合工程では、加熱により乾式法ウェブに配合された熱融着性接着剤を融着させて原料繊維を結合する工程(サーマルボンド法)、得られた乾式法ウェブに接着剤を付与して原料繊維を結合する工程(ケミカルボンド法)、あるいはサーマルボンド法とケミカルボンド法を組み合わせた方法(マルチボンド法)を採用することができる。
 サーマルボンド法においては、熱融着性接着剤の融点よりも20℃以上高い温度で加熱をすることが好ましい。加熱処理としては、熱風処理、および熱風処理後の低圧による熱圧処理が挙げられる。
 サーマルボンド法やマルチボンド法が採用される場合には、粒子状あるいは繊維状の熱融着性接着剤が使用されることが好ましい。熱融着性接着剤は、上述したポリオレフィン繊維またはバインダー成分であってもよい。
 粒子状の熱融着性接着剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル低融点ポリエチレンテレフタレート、低融点ポリアミド、低融点ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートなどの熱融着性の樹脂粒子が用いられる。
 繊維状の熱融着性接着剤としては、低融点ポリエチレンテレフタレート、低融点ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、などのポリエステル、低融点ポリアミド、アクリル樹脂、酢酸ビニル(PVAc)の樹脂類が用いられる。
 また、熱融着性合成繊維としては、融点の異なる2種類の樹脂を複合化させて得られ、繊維の表面のみが溶融する芯鞘型構造の熱融着性複合合成繊維も好ましく用いることができる。芯鞘型構造の熱融着性複合合成繊維は、融点の高い樹脂からなる芯の外周上に、融点の低い樹脂からなる鞘が形成された構造を有する。具体的には、融点が異なる2種の樹脂を組み合わせた形態(PET/PET複合繊維、PE/PET複合繊維、MAPE/PP複合繊維、PP/PET複合繊維、PE/PP複合繊維、PVAc/PET複合樹脂)が挙げられる。
 また、繊維の結合にケミカルボンド法が用いられる場合、繊維同士を固着させるためにバインダー成分が添加されることが好ましい。バインダー成分としては、必要に応じて適宜選択可能であり、例えば、デンプン、カゼイン、アルギン酸ナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸ソーダ等の溶液タイプのバインダーや、ポリアクリル酸エステル、アクリルスチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリルニトリルブタジエン共重合体、メチルメタアクリレートブタジエン共重合体、尿素-メラミン樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体樹脂等のエマルジョンタイプのバインダー等が使用可能である。また、上述したバインダー成分を使用することも好ましい。なお、上記のバインダーとしては、繊維、粉体、顆粒状、溶液あるいはエマルジョンなど、種々の形態のものを用いることができ、2種以上を併用することもできる。
 上述したような乾式抄紙法で製造された繊維集合体は、繊維集合体を構成する各繊維が、長手方向、幅方向および厚み方向にランダムに3次元配向されている。このため、本実施形態においては、繊維集合体の第1の方向の引張強度と、第2の方向の引張強度が同程度の値となる。すなわち、本実施形態では、平面方向における等方性に優れた繊維集合体が得られる。
 なお、繊維集合体の製造工程においては、成形性を阻害しない任意のシートを繊維集合体に積層して積層シートを製造してもよい。例えば、繊維集合体の表面や、繊維集合体を積層する際にシート間に任意のシートを積層することができる。積層する任意のシートとしては、ティシュや不織布などのシートを用いることができる。これら任意のシートは、製造工程における繊維集合体やセルロース繊維含有樹脂シートの表面性の向上、生産性の向上、その他機能の付与を目的として積層される。
(工程2)
 工程2は、工程1で得られた繊維集合体を圧縮してセルロース繊維含有樹脂シートを製造するセルロース繊維含有樹脂シート製造工程である。工程1で得られた繊維集合体を圧縮することで、シート状のセルロース繊維含有樹脂シートが得られる。
 なお、上記の圧縮は、加熱処理と同時に行ってもよく、加熱処理の後に行ってもよい。
 繊維集合体の圧縮は、繊維集合体をロールプレスにより加圧処理することで得ることができる。なお、ロールプレス処理において、同時に加熱を行い、加熱加圧処理としてもよい。ロールプレス処理は金属ロールや樹脂ロールで加圧することで、得られるセルロース繊維含有樹脂シートの密度を任意にコントロールすることができる。具体的には、ロールプレス処理を行うロールを任意の個数、任意の温度およびクリアランスに設定し、シートを加熱、加圧することで任意の密度のセルロース繊維含有樹脂シートを得ることができる。複数のロールを通過させて、所望の密度まで圧縮してもよい。
 繊維集合体の圧縮は、熱プレスによる加圧処理によっても得ることができる。適切な大きさに切り出した繊維集合体、もしくは上記ロールプレス処理を行ったセルロース繊維含有樹脂シートをオートクレーブ法や金型プレス法によって加圧処理をすることで、得られるセルロース繊維含有樹脂シートの密度を任意にコントロールすることができる。温度を100℃以上となるように加熱し、かつ、2MPa以上となるように加圧することで、ロールプレスによる加圧処理よりも高密度なセルロース繊維含有樹脂シートを得ることができる。
 なお、上記の加熱加圧条件を得る前に、予備プレス工程を有していてもよく、所望の加熱条件にて、より低い圧力にて予備プレスを行った後に、圧力を上げて、熱プレスによる加圧処理を行うことも好ましい。
 熱プレスによる加圧処理工程はスタンピング成形法であってもよい。スタンピング成形法は、予め繊維集合体を加熱し、ポリオレフィンを溶融、軟化させた状態で、成形型の内部に配置し、次いで型を閉じて型締を行い、その後加圧冷却する方法である。加熱には、遠赤外線ヒーター、加熱板、高温オーブン、誘電加熱などの加熱装置を用いることができる。
 熱プレスによる加圧処理工程は、真空成形法であってもよい。真空成形法は、繊維集合体と、金型との間を真空状態にすることにより、繊維集合体と金型との密着性を高め成形性を高めることができる。真空成形は上述したスタンピング成形法の型締工程で行われることが好ましい。具体的には、繊維集合体を加熱し、ポリオレフィンを溶融、軟化させた状態で、成形型の内部に配置し、次いで型を閉じて型締を行う工程において、真空成形を行う。真空成形においては、成形型側から真空吸入を行う。真空成形における成形圧は通常1.0kg/cm以下で行い、0.1秒以上60秒以下程度で成形を行う。
 熱プレスによる加圧処理工程は、圧空成形法であってもよい。圧空成形法は、繊維集合体に圧縮空気を吹き付けることにより型に密着させ、繊維集合体と金型との密着性を高めることができる。圧空成形は上述したスタンピング成形法の型締工程で行われることが好ましい。具体的には、繊維集合体を加熱し、ポリオレフィンを溶融、軟化させた状態で、成形型に配置し、次いで繊維集合体側から圧縮空気を吹き付けることにより成形を行う。圧空成形は、3kg/cm以上8kg/cm以下の圧縮空気圧で行うことが多く、0.1秒以上60秒以上で成形を行うことが好ましい。
 繊維集合体の圧縮は、スーパーカレンダー処理によっても得ることができる。
 上記スーパーカレンダー処理においては、繊維集合体を、加熱したローラの間をニップ圧を印加しながら通すことにより成形する。使用するローラの加熱温度としては、ポリオレフィン繊維の融点に対して、好ましくは10℃以上高い温度、より好ましくは20℃以上高い温度、さらに好ましくは30℃以上高い温度であり、そして、ポリオレフィン繊維の融点に対して、好ましくは100℃高い温度以下、より好ましくは90℃高い温度以下、さらに好ましくは80℃高い温度以下である。
 またニップ圧は、好ましくは100kg/cm以上、より好ましくは150kg/cm以上、さらに好ましくは200kg/cm以上であり、そして、好ましくは450kg/cm以下、より好ましくは400kg/cm以下、さらに好ましくは350kg/cm以下である。また、ニップ段数は好ましくは1段以上、より好ましくは3段以上、さらに好ましくは5段以上であり、そして好ましくは20段以下、より好ましくは18段以下、さらに好ましくは16段以下である。
 なお、繊維集合体を圧縮して、セルロース繊維含有樹脂シートを製造するに際し、所望のセルロース繊維含有樹脂シートの厚み等に応じて、適宜、セルロース繊維含有樹脂シートを複数積層して圧縮を行ってもよい。
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂シートは、第1の方向の引張強度をTとし、第1の方向と直交する方向である第2の方向の引張強度をYとしたとき、T/Yが0.5以上1.5以下であることが好ましい。前記T/Yを0.5以上1.5以下とすることにより、セルロース繊維含有樹脂シートを構成する繊維が、極めて均一に混合しているために、曲げに対する剛性および強度に加えて、耐衝撃性にも優れる成形体が得られるので好ましい。
 T/Yは、好ましくは0.60以上、より好ましくは0.70以上、さらに好ましくは0.80以上、よりさらに好ましくは0.85以上であり、そして、好ましくは1.40以下、より好ましくは1.30以下、さらに好ましくは1.20以下、よりさらに好ましくは1.15以下である。
 セルロース繊維含有樹脂シートの第1の方向は、セルロース繊維含有樹脂シートの平面方向における任意の1方向である。但し、セルロース繊維含有樹脂シートに含まれる繊維が平面方向のいずれかの方向に配向している場合は、その配向方向を第1の方向とする。また、繊維集合体の乾式抄紙での製造工程における流れ方向が分かる場合は、その流れ方向を第1の方向とする。繊維集合体の製造工程における流れ方向が分かる場合は、製造工程における流れ方向を、第1の方向(MD方向)といい、得られた繊維集合体およびセルロース繊維含有樹脂シートにおける流れ方向をT目ということもある。
 繊維集合体の第2の方向は、繊維集合体の平面方向における1方向であって、第1の方向に直交する方向である。繊維集合体の製造工程における流れ方向が分かる場合は、製造工程における流れ方向に直交する方向を、第2の方向(CD方向)といい、得られた繊維集合体およびセルロース繊維含有樹脂シートにおける第2の方向をY目いうこともある。
 セルロース繊維含有樹脂シートの第1の方向と第2の方向の引張強度の測定は、JIS P 8113:2006に準じて測定する。各方向の引張強度は、引張試験機として、株式会社エー・アンド・デイ製のテンシロンを用いて15±0.1mm×180±1mmの短冊片を20±5mm/分の速度で測定した値である。
 本実施形態において、セルロース繊維含有樹脂シートは、少なくともセルロース繊維および樹脂A(好ましくはポリオレフィン繊維)を混合した後、乾式抄紙したものであり、シート状である。乾式抄紙を行った後の綿状の繊維集合体(以下、綿状繊維集合体ともいう)をプレス処理したシートであり、各種の嵩比重(密度)であってよい。
 スクリュー型混練機に供するセルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重は、工程2における圧縮の容易性、その後の溶融混練の容易性や、溶融混練機に供給するために切断する場合の切断容易性等の観点から、好ましくは0.10g/mL以上、より好ましくは0.15g/mL以上であり、そして、好ましくは0.60g/mL以下、より好ましくは0.50g/mL以下、さらに好ましくは0.40g/mL以下である。
 セルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重は、実施例に記載の方法により測定される。
(ペレットを製造する工程)
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法は、セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練して、ペレットを製造する工程を有する。
 ここで、溶融混練機への供給は、セルロース繊維含有樹脂シートをシート状のままで行う。このとき、スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合を所望の範囲とする観点から、必要に応じて、セルロース繊維含有シートを幅が所望の範囲となるように切断してもよい。また、混練機の投入口が複数ある場合、複数の投入口から供給してもよい。
 ペレットを製造する方法は特に限定されず、セルロース繊維含有樹脂シートを供給してスクリュー型混練機で溶融混練すればよく、特に限定されない。
 スクリュー型混練機としては、一軸スクリュー型混練機、二軸スクリュー型混練機が例示され、混練効率の観点から、二軸スクリュー型混練機であることが好ましい。
 セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機に供給して溶融混練した後、
(1)ストランド状に押出し、冷却固化させ、セルロース含有樹脂ペレットを得る方法、
(2)溶融混練物をそのまま、もしくはシート状に引き伸ばしたのちに冷却固化させ、破砕機で破砕し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得る方法、
(3)棒状または筒状に押出し冷却して、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得る方法、
(4)Tダイより押出し、シート状またはフィルム状のセルロース繊維含有樹脂を得た後、切断または破砕して、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得る方法、または
(5)押出した直後の溶融混練物を、空気中または水中において回転刃で切断し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得る方法、
などが例示される。
 得られるペレットの大きさは特に限定されないが、射出成形機への投入しやすさの観点から1~10mmであることが好ましい。
 溶融混練温度(バレル設定温度)は特に限定されないが、溶融混練物の温度(実際に得られた混練物の温度、樹脂温度)がポリオレフィンの融点に対して5℃以上高い温度となるようにバレル設定温度を調整することが好ましく、10℃以上高い温度であることがより好ましく、15℃以上高い温度以上であることがさらに好ましく、そして、セルロース繊維の劣化の観点から、ポリオレフィンの融点に対して100℃以上高い温度以下であることが好ましく、90℃高い温度以下であることがより好ましく、80℃高い温度以下であることがさらに好ましい。
 溶融混練物の温度は、溶融混練時に生じるせん断熱によって、溶融混練温度(バレル設定温度)よりも高くなる。すなわち溶融混練時の各種の条件、例えば、溶融混練温度(バレル設定温度)、排出速度、回転数、溶融混練機のスクリュー設計によって変化する。実施例に記載の方法の場合、溶融混練物の温度は、溶融混練温度(バレル設定温度)よりも20~40℃程度高くなるため、好ましい溶融混練物の温度よりも溶融混練温度(バレル設定温度)は20~40℃程度低くなる。
 溶融混練時の各種の条件、例えば、排出速度、回転数は、公知の手法に従って調整すればよい。なお、上述したスクリューの周速度に対する吐出速度(排出速度)が所望の範囲となるように、適宜、調整することが好ましい。
 溶融混練に使用する装置が二軸押出機である場合は、スクリュー設計はできるだけ練り力を弱くした設定が望ましい。本発明では予め繊維集合体シート中にセルロース繊維と樹脂Aとが均一に分散しており、高いせん断力を与えずに溶融混練しても、繊維集合体シートでのセルロース繊維の分散状態がそのまま維持され、セルロース繊維の分散性に優れたペレットが得られるためである。そのため、練り力が弱いことでセルロース繊維の切断を避けることができる。
 具体的にはニーディングパーツはRタイプのニーディングパーツを主に用い、LタイプやNタイプのニーディングパーツの個数はRタイプのニーディングパーツの個数と同じまたはそれ以下であることが好ましく、Rタイプのニーディングパーツの個数よりも少ないことがより好ましい。繊維集合体シートの裁断チップのみを用いて溶融混練をする場合には、LタイプやNタイプのニーディングパーツを用いずにRタイプのニーディングパーツのみから構成してもよい。
 ニーディングパーツはスクリュー全体を10パートに分割した内、5パート以下とすることが好ましく、3パート以下とすることがより好ましい。繊維集合体シートの裁断チップのみを用いて溶融混練をする場合には、ニーディングパーツを1パートのみにしてもよい。
 なお、溶融混練において、セルロース繊維含有樹脂シートと共に、さらに樹脂成分を配合して溶融混練してもよく、樹脂成分としては、上述した樹脂Aで挙げた樹脂成分、および後述するエラストマーが例示され、ポリオレフィン樹脂および後述するエラストマーが好ましい。溶融混練において、樹脂Aおよびエラストマーから選択される少なくとも1つを配合することにより、耐衝撃性により優れた成形体が得られるので好ましい。
 すなわち、得られたセルロース繊維含有樹脂ペレットは、セルロース繊維含有樹脂シートに由来する成分に加えて、溶融混練において配合した成分を含有してもよい。
 溶融混練において配合してもよいエラストマーとは、弾性変形を示す高分子化合物を表し、熱を加えると軟化して流動性を示し、冷却するとゴム状に戻る性質をもった物質のことを指す。
 エラストマーは具体的にはハードセグメントとソフトセグメントの2つのポリマーからなる構造を有しており、ハードセグメントが架橋点の役割を果たし、ソフトセグメントがゴム弾性を示すことで、弾性を生じる。そのため、常温ではハードセグメントが集合して疑似架橋状態を形成しゴム様の物性を示すが、高温では溶融して架橋点の働きを失い塑性変形が可能となる。
 ハードセグメントのポリマーと、ソフトセグメントのポリマーの組み合わせによって、ポリスチレン系、オレフィン/アルケン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリアクリル系エラストマー、シリコーン系、ポリイミド系などに分類される。また、同じ系の中でも、ハードセグメントとソフトセグメントの比率や分子量によって特性が異なってくる。
 例えばポリスチレン系であると、ハードセグメントにスチレン、ソフトセグメントにブタジエンを用いたものがある。このとき、スチレン量が多いと高硬度となり、ポリスチレンやポリフェニレンエーテルとの相溶性が向上し、スチレン量が少ないと低硬度で柔軟性が高くポリオレフィンとの相溶性が向上する。また、分子量が高いと温度特性や機械特性が向上し、分子量が低いと加工性や透明性が向上する。ポリスチレン系エラストマーとしては、旭化成株式会社製のタフテックシリーズが例示される。
 例えばオレフィン/アルケン系である、エチレン、プロピレン、1-ブテンを組み合わせたものがある。この時の組み合わせや比率により密度や弾性率、融点を変化させることができる。また樹脂と混合した際の構造も異なり、海島状に分散する場合や相溶する場合などがある。オレフィン/アルケン系エラストマーとしては、三井化学株式会社製のタフマーシリーズが例示される。
 これらの中でも、耐衝撃性等の観点から、ポリスチレン系エラストマーおよびオレフィン/アルケン系エラストマーが好ましい。
 エラストマーとしては、例えば、再表2020/080328号公報の段落0043~0065に記載の各種エラストマーが例示される。
 エラストマーの添加方法は特に限定されず、セルロース繊維含有樹脂シートの溶融混練時にセルロース繊維含有樹脂シートと合わせて供給して溶融混練することが好ましい。
 セルロース繊維含有樹脂ペレットが前記エラストマーを含有する場合、そのエラストマーの含有量は、曲げ弾性率を向上させる観点から、樹脂Aとエラストマーの合計質量に対して、好ましくは55質量%以下、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下、よりさらに好ましくは40質量%以下、特に好ましくは35質量%以下である。また、前記エラストマーを含有する場合、そのエラストマーの含有量は、耐衝撃性を向上させる観点から、樹脂Aとエラストマーの合計質量に対して、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上、よりさらに好ましくは12質量%以上、特に好ましくは15質量%以上である。
 本実施形態において、セルロース繊維含有樹脂ペレット中のセルロース繊維の含有量は、曲げ弾性率および耐衝撃性に優れた成形体を得る観点から、好ましくは10質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、そして、より好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。
<用途>
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレットは、各種成形用の樹脂ペレットとして好適に使用される。
[成形体の製造方法]
 本実施形態の成形体の製造方法は、上述したセルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する工程、および前記セルロース繊維含有樹脂ペレットを成形する工程を有する。
 なお、成形する工程には、各種の成形方法が採用され、例えば、射出成形(例えば射出圧縮成形(プレスインジェクション、ホットフロースタンピング成形、ガス射出圧縮成形)、ガス射出成形、および超高速射出成形)、各種押出成形(コールドランナー方式またはホットランナー方式)、圧縮(プレス)成形、インサート成形、インモールドコーティング成形、断熱金型成形、急速加熱冷却金型成形、各種異形押出成形(例えば二色成形およびサンドイッチ成形)等を例示できる。例えば、シート、フィルム、繊維等の成形には種々の押出成形が好適である。シートまたはフィルムの成形にはインフレーション法、カレンダー法、キャスティング法等も用いることができる。さらに、特定の延伸操作をかけてもよい。また、回転成形またはブロー成形等により中空成形品とすることも可能である。
 また、複数の成形工程を組み合わせてもよく、複数の工程を同時に実施し、一工程としてもよい。例えば、セルロース繊維含有樹脂ペレットをシート状にして、熱プレス成形することにより成形体を得たり、セルロース繊維含有樹脂ペレットをシート状にしてスーパーカレンダー処理により成形体を得たりしてもよい。また、シート状に成形した後、真空成形、圧空成形等により成形してもよい。
 これらの中でも、射出成形が好ましく例示される。
 成形する工程が射出成形する工程である場合、射出成形する工程では、例えば、公知の射出成形機を用いて、上述したセルロース繊維含有樹脂ペレットを溶融混練し、溶融した混合物を、金型内に射出することにより成形する。溶融混練する際には、公知の混練機を使用すればよく、例えば、一軸混練機、二軸混練機が例示される。
 公知の射出成形機としては、例えば、スクリュー式射出成形機、スクリュープリプラ式射出成形機、プランジャープリプラ式射出成形機、プランジャー式射出成形機などが挙げられる。また、駆動方式として、油圧式、電動式、油圧電動ハイブリッド式等が例示される。
 射出成形の温度条件は、ペレットが含有する樹脂の種類に応じて適宜決定され、射出成形機のシリンダー温度を、用いる樹脂の流動開始温度より0~100℃高い温度に設定することが好ましい。
 金型の温度は、用いる樹脂の冷却速度と生産性の点から、適宜選択すればよく、例えばポリオレフィンの場合には、室温(例えば23℃)から120℃の範囲に設定することが好ましい。
 その他射出条件として、スクリュー回転数、背圧、射出速度、保圧、保圧時間などを適宜調節すればよい。
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレットは、成形時に他の樹脂、例えばエラストマーを添加して溶融混練することで、エラストマー等の他の樹脂を含有していてもよい。
 また、成形体の製造工程において、射出成形時にセルロース繊維含有樹脂ペレットに加えて、他の樹脂、各種添加剤、各種添加剤を含有するマスターバッチ等を添加してもよい。
 添加剤としては、通常、樹脂組成物に用いられる添加剤が挙げられる。このような添加剤としては、例えば安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、界面活性剤、着色剤、滑剤、離型剤などが挙げられる。
 安定剤としては、例えば、ヒンダードフェノール、ヒドロキノン、ホスファイト類およびこれらの置換体などが挙げられる。
 紫外線吸収剤としては、例えば、レゾルシノール、サリシレート、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノンなどが挙げられる。
 着色剤としては、ニトロシンなどの染料、および硫化カドミウム、フタロシアニン、カーボンブラックなどの顔料を含む材料が挙げられる。
 滑剤としては、例えば、ステアリン酸、モンタン酸等の脂肪酸、それらのアミド、それらのエステル、それらの多価アルコールとのハーフエステル、ステアリルアルコール、ステアラミドおよびポリエチレンワックス、パラフィンワックスなどが挙げられる。
<成形体の特性>
 本実施形態において、得られる成形体の密度は、好ましくは0.5g/cm以上、より好ましくは0.8g/cm以上、さらに好ましくは0.95g/cm以上、よりさらに好ましくは1.0g/cm以上である。また、成形体の密度は、好ましくは2.0g/cm以下、より好ましくは1.5g/cm以下、さらに好ましくは1.2g/cm以下である。
 成形体の厚みは、特に限定されないが、0.5mm以上、より好ましくは1mm以上、さらに好ましくは2mm以上であり、そして、好ましくは200mm以下、より好ましくは100mm以下、さらに好ましくは50mm以下、よりさらに好ましくは20mm以下、特に好ましくは10mm以下である。
 なお、成形体の厚みを2mm以上とすることにより、耐衝撃性が要求される用途に好適に使用可能できるため、成形体の厚みは2mm以上であることが特に好適である。
 本実施形態の成形体は、高い曲げ弾性率を有することが好ましく、成形体が高い曲げ弾性率を有することで、曲げに対する剛性に優れた成形体となるので好ましい。成形体の曲げ弾性率は、好ましくは1.5GPa以上、より好ましくは2.0GPa以上、さらに好ましくは2.5GPa以上、よりさらに好ましくは3.0GPa以上、さらに一層好ましくは3.0GPa以上である。上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは10GPa以下である。
 成形体の曲げ弾性率は、JIS K 7171:2016に準拠して測定される。
 本実施形態の成形体は、高い曲げ強度を有することが好ましく、成形体が高い曲げ強度を有することで、剛性に優れた成形体となるので好ましい。成形体の曲げ強度は、好ましくは20MPa以上、より好ましくは30MPa以上、さらに好ましくは35MPa以上である。上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは100MPa以下である。
 成形体の曲げ強度は、JIS K 7171:2016に準拠して測定される。
 本実施形態の成形体は、高いシャルピー衝撃強度を有することが好ましく、厚み4mmの成形体のシャルピー衝撃強度は、好ましくは1.5kJ/m以上、より好ましくは2.0kJ/m以上、さらに好ましくは3.0kJ/m以上、よりさらに好ましくは4.0kJ/m以上である。上限は特に限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは100kJ/m以下である。
 なお、シャルピー衝撃強度は、数値が大きい程、耐衝撃性に優れることを意味する。
 シャルピー衝撃強度は、JIS K 7111-1:2012に準じて測定され、詳細には、実施例に記載の方法により測定される。
(用途)
 本実施形態の成形体の製造方法で得られる成形体は、電機電子機器、OA機器、家電機器、土木建築、自動車、航空機の部品、構造部品および筐体、容器(例えば、食品容器、薬品包装容器、化粧品包装容器、医療機器包装容器)、家具、日用雑貨、医療用具などに好ましく用いられる。
 これらの中でも、耐衝撃性が要求される用途に好適であり、例えば、土木建築、自動車または航空機の部品、構造部品、および筐体として好適である。
 以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
(実施例1)
<繊維集合体の作製>
 NBKPを、旋回流式ジェット気流解繊装置を用いて解繊処理して、解繊ドライパルプを得た。解繊機での処理風速は45m/分であり、装置内に設けたバッフルにより乱流とした。得られた解繊ドライパルプの平均繊維長は2.38mmであり、平均繊維幅は34.3μmであり、微細繊維比率は11.4%であった。
 次いで、得られた解繊ドライパルプと、ポリプロピレン繊維(融点160℃、繊度6.6dtex、繊維長5mm、繊維径30μm、「PP繊維」ともいう)と、ポリエチレン/ポリプロピレン複合芯鞘繊維(芯部融点160℃、鞘部融点110℃、繊度1.7dtex、繊維長5mm、繊維径15μm、芯部直径10.6μm、芯部質量/鞘部質量=1/1、「PE/PP複合繊維」ともいう)とを、30/55/15の割合(質量比)で空気流により均一に混合して繊維混合物を得た。
 次いで、図1に示すウェブ形成装置1を用い、繊維混合物からエアレイドウェブを形成した。具体的には、コンベア10に装着されて走行する透気性無端ベルト20の上に、第1のキャリアシート供給手段40によって、第1のキャリアシート41を繰り出した。実施例1では、第1のキャリアシート41として、ティッシュ(坪量14g/m)を使用した。また、この時、横幅は1200mmであった。なお、「坪量」はJIS P8124:2011に記載の「紙及び板紙-坪量の測定方法」に従って測定した。
 サクションボックス60によって透気性無端ベルト20を吸引しながら、第1のキャリアシート41の上に、繊維混合物供給手段30から空気流と共に繊維混合物を落下堆積させ、綿状の繊維集合体を得た。その際、エアレイドウェブ部分の設定坪量が400g/mとなるように、繊維混合物を供給した。
 次いで、第2のキャリアシート供給手段50によって、第1のキャリアシート41上の綿状の繊維集合体の上に、第2のキャリアシート51を積層して、エアレイドウェブを含有する繊維集合体を得た。実施例1では、第2のキャリアシート51として、ティッシュ(坪量14g/m)を使用した。つまり、実施例1においては、第1のキャリアシート41と第2のキャリアシート51に、同一のシートを用いた。
<セルロース繊維含有樹脂シートの作製>
 得られたエアレイドウェブを含有する繊維集合体を、熱風循環コンベアオーブン方式のボックスタイプドライヤに通し、温度140℃で熱風処理した。その後、ロールプレス処理によって嵩比重が0.3g/mLとなるように密度を調整し、第1のキャリアシートおよび第2のキャリアシートを剥離せずに、坪量416g/mのセルロース繊維含有樹脂シートを得た。前記セルロース繊維含有樹脂シートのT/Yは0.88、嵩比重は0.32g/mL、厚みは1.3mmであった。
 前記セルロース繊維含有樹脂シートを、スリッター機を用いてスリットし、幅150mmとした。
<セルロース繊維含有樹脂ペレットの作製>
 前記セルロース繊維含有樹脂シートを二軸混練押出機(株式会社芝浦機械製、TEM-37SX、スクリュー径37mm)の根元に設けられた、断面積57cmの開口部へ投入した。混練温度を165℃、回転数を70rpm(周速度8.1m/min)として溶融混練分散した。混練に用いたスクリューは、Rタイプのニーディングパーツを使用し、その他は全て送りねじで構成される弱練り構成とした。4mmφのダイスから吐出させたストランドを空冷により冷却後、ペレタイザーで切断し、長さ3mmのセルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。後述する方法により測定した混練物の吐出速度は9.7kg/hであった。
(実施例2)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂ペレットの作製>において、回転数を300rpm(周速度34.9m/min)に変更した以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は47.3kg/hであった。
(実施例3)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂ペレットの作製>において、回転数を500rpm(周速度58.1m/min)に変更した以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は78.6kg/hであった。
(実施例4)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂シートの作製>において、幅を200mmとした以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は11.7kg/hであった。
(実施例5)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂シートの作製>において、幅を100mmとし、<セルロース繊維含有樹脂ペレットの作製>においてシートの投入部を押出機中盤に設けられた断面積22cmのベント口とした以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は7.5kg/hであった。
(実施例6)
 実施例1の<繊維集合体の作製>において、繊維混合物を50/35/15の割合(質量比)に変更した以外は実施例4と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。前記セルロース繊維含有樹脂シートの坪量は411g/m、T/Yは0.88、嵩比重は0.29g/mL、厚みは1.44mmであった。混練物の吐出速度は13.8kg/hだった。
(比較例1)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂シートの作製>において、セルロース繊維含有樹脂シートをシュレッダー(アイリスオーヤマ株式会社製、AFS100M)で細断し、4mm×13mm程度のプレス細断チップを得て、二軸押出機にプレス細断チップを投入したこと以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は3.8kg/hだった。
(比較例2)
 回転数を300rpm(周速度34.9m/min)に変更した以外は比較例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は12.5kg/hだった。
(比較例3)
 回転数を500rpm(周速度58.1m/min)に変更した以外は比較例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得た。混練物の吐出速度は24.8kg/hだった。
(比較例4)
 実施例1の<セルロース繊維含有樹脂シートの作製>において、幅を300mmとした以外は実施例1と同様にして、セルロース繊維含有樹脂ペレットを得ようとしたが、前記セルロース繊維含有樹脂シートが混練機のスクリューに食い込まれずにセルロース繊維含有樹脂ペレットが得られなかった。
[測定・評価方法]
(ポリオレフィン繊維の繊維長・繊維径の測定方法)
 無作為に選択したポリオレフィン繊維20本を光学顕微鏡で観察し、繊維長および繊維径を測定した。
(パルプ繊維(セルロース繊維)の平均繊維長・平均繊維径・微細繊維比率の測定方法)
 ISO16065-2に準じ、繊維画像解析装置(バルメット株式会社製、Valmet FS5)によってパルプ繊維の平均繊維長および平均繊維径を測定した。また、測定された長さ加重平均繊維長分布における0.1mm以下の微細繊維の割合を微細繊維比率とした。
(ポリオレフィン繊維の繊度の測定方法)
 ポリオレフィン繊維の繊度は、ポリオレフィン繊維の繊度についてカタログ値等がある場合には、カタログ値を採用してもよい。本実施例ではカタログ値を採用した。
 カタログ値がない場合は、JIS L 1013:2010(化学繊維フィラメント糸試験方法)のB法にて測定する。
(ポリオレフィン繊維の融点の測定方法)
 ポリオレフィン繊維の融点は、ポリオレフィン繊維のカタログ値等がある場合には、カタログ値を採用してもよい。本実施例ではカタログ値を採用した。
 カタログ値がない場合は、以下の方法にて測定することが可能である。
 ポリオレフィン繊維を5mg切り出し、示差走査熱量計(DSC)にてポリオレフィン繊維の融点を測定する。融点はパーキン・エルマー社製のDiamond DSCを用いて窒素雰囲気下で30℃から280℃まで20℃/分で昇温して測定する。
(セルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重の測定方法)
 セルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重は、50mm角のシートを23℃、50%RH条件下で24時間調湿した後、シートの厚みおよび質量を測定することにより算出した。シートの厚みは、デジタルシックネスゲージ(株式会社尾崎製作所製、DG-127)で測定した。
(T/Yの測定方法)
 得られたセルロース繊維含有樹脂シートの繊維集合体製造工程における流れ方向(コンベア10の走行方向)を第1の方向、第1の方向に直交する方向を第2の方向とし、JIS P 8113:2006に準じて引張強さ(単位はN/m)を測定した。各方向の引張強度は、この引張強さを試験片の厚みで除し、引張強度(単位はMPa)を算出した。引張試験機として、株式会社エー・アンド・デイ製のテンシロンを用いて15mm×180mmの短冊片を20mm/分の速度で測定した。
(混練物の吐出速度の測定)
 混練物の吐出速度は、3分間に二軸押出機のダイスから吐出された混練物の質量を測定することで、1時間当たりの吐出量を求めた。2回測定した平均値を吐出速度とした。
<評価>
 得られたセルロース繊維含有樹脂ペレットについて、下記の方法により成形体を取得し、密度、曲げ弾性率、曲げ強度、および耐衝撃性を測定した。結果を表2に示す。
(ペレットの成形)
 前記ペレットを用いてJIS K 7139:2009に規定のタイプA1多目的試験片を、成形温度170℃、金型温度40℃、射出速度10mm/secの条件で射出成形し、厚さ4mmの成形体を得た。
(成形品の密度の測定方法)
 得られた成形品(成形体)を長さ80mm×幅10mmの短冊状試験片に切削した。短冊状試験片の厚みを定圧厚さ測定器(株式会社テクロック製、型番PG-02J)で測定し、短冊状試験片の体積を算出した。さらに、短冊状試験片の質量を測定することにより密度を算出した。
(成形品の曲げ弾性率および曲げ強度の測定方法)
 得られた成形品(成形体)を長さ80mm×幅10mmの短冊状試験片に切削し、JIS K 7171:2016に準じて、3点曲げ試験を実施した。得られる曲げ弾性率および曲げ強度は、数値が大きいほどそれぞれ、曲げに対する剛性および強度に優れると評価した。
(成形品の耐衝撃性の測定方法)
 得られた成形品(成形体)を長さ80mm×幅10mmの短冊状試験片に切削し、JIS K 7111-1:2012に準じて、ノッチ付きシャルピー衝撃試験(打撃方向:エッジワイズ)を実施した。得られるシャルピー衝撃強度は、数値が大きいほど耐衝撃性が良好で、衝撃に対して強いと評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に示すように、回転数を高くすると吐出量が増える。生産性の高さは同一の回転数での吐出量で評価できるが、回転数当たりの吐出量(スクリューの周速度(m/min)に対する吐出速度(kg/h)の比(吐出速度/周速度))を考慮することで、異なる回転数同士でも生産性を比較することが可能である。実施例1~6に示すように、本発明のセルロース繊維含有ペレットは吐出速度/周速度が大きく、高い生産性を有している。
 また、表2に示すように、本発明のセルロース繊維含有ペレットを用いて作製された成形体は曲げに対する剛性および強度、並びに耐衝撃性に優れるものであった。
 本実施形態のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法によれば、生産性が高く、さらに、該ペレットから、曲げ弾性率(曲げに対する剛性)、曲げ強度(曲げに対する強度)および耐衝撃性に優れた成形体が得られる。
1 ウェブ形成装置
10 コンベア
20 透気性無端ベルト
30 繊維混合物供給手段
40 第1のキャリアシート供給手段
41 第1のキャリアシート
50 第2のキャリアシート供給手段
51 第2のキャリアシート
60 サクションボックス

Claims (14)

  1.  セルロース繊維含有樹脂シートをスクリュー型混練機で溶融混練し、セルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する方法であって、
     スクリュー型混練機の投入口面積に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積/スクリュー型混練機の投入口面積)が0.065以下である、
     セルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  2.  スクリュー型混練機のスクリュー径(mm)に対するセルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)の割合(セルロース繊維含有樹脂シートの断面積(cm)/スクリュー径(mm))が0.100以下である、請求項1に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  3.  スクリュー型混練機のスクリューの周速度(m/min)に対する吐出速度(kg/h)の比(吐出速度/周速度)が0.50以上である、請求項1または2に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  4.  セルロース繊維含有樹脂ペレット中のセルロース繊維の含有量が10質量%以上90質量%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  5.  セルロース繊維含有樹脂シートが以下の工程1および工程2を含む製造方法によって製造される、請求項1~4のいずれか1項に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
     工程1:セルロース繊維および樹脂Aを含有する繊維集合体を乾式抄紙にて製造する繊維集合体製造工程
     工程2:前記繊維集合体を圧縮してセルロース繊維含有樹脂シートを製造するセルロース繊維含有樹脂シート製造工程
  6.  前記樹脂Aが樹脂繊維を含む、請求項5に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  7.  セルロース繊維含有樹脂シートの第1の方向の引張強度をTとし、第1の方向と直交する方向である第2の方向の引張強度をYとしたとき、T/Yが0.5以上1.5以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  8.  セルロース繊維含有樹脂シートの嵩比重が0.10g/mL以上0.60g/mL以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載のセルロース繊維含有樹脂ペレットの製造方法。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載の方法によりセルロース繊維含有樹脂ペレットを製造する工程、および
     前記セルロース繊維含有樹脂ペレットを成形する工程を有する、
     成形体の製造方法。
  10.  前記成形する工程が、セルロース繊維含有樹脂ペレットを射出成形する工程である、請求項9に記載の成形体の製造方法。
  11.  得られる成形体の密度が0.8g/cm以上1.5g/cm以下である、請求項9または10に記載の成形体の製造方法。
  12.  得られる成形体の厚みが2mm以上である、請求項9~11のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  13.  得られる成形体のJIS K 7171:2016に準拠して測定した曲げ弾性率が1.5GPa以上である、請求項9~12のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
  14.  得られる成形体のJIS K 7111-1:2012に準拠して測定したシャルピー衝撃強度が2.0kJ/m以上である、請求項9~13のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
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