エアープラズマ処理による天然長繊維強化ポリ乳酸樹脂複合材料の高性能化

空气等离子体处理提高天然长纤维增强聚乳酸树脂复合材料的性能

基本信息

批准号：
18860077
负责人：
田中達也
金额：
$ 1.57万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

平成19年度の成果として,天然繊維(ジュート繊維)中の含水分がポリ乳酸樹脂の加水分解にどのように影響しているかを調べた.その結果,ポリ乳酸樹脂との複合化前のジュート繊維の乾燥状態および造粒(ペレット)後の乾燥条件によって含水分量は変化し,ペレット含水分量と射出成形後のポリ乳酸の分子量には負の相関があり,射出成形での可塑化中にも加水分解によるポリ乳酸の劣化(生分解)が進んでいることが明らかになった.また,ポリ乳酸の分子量低下は機械的特性も低下させ,ジュート繊維で強化させているにも関わらずペレット時の含水分量が1wt%を超えると分子量が半減し,元のポリ乳酸ペレット(分子量が低下していない状態)で射出成形した機械的特性の結果よりも低くなった.さらに,成形品中でも天然繊維内部に抜けきらない水分が残存すると,成形品の乾燥によっても変形と同時にポリ乳酸の分子量は低下することが分かり,ペレットにするまでの段階で如何に繊維内部の水分を除去できるかが,機械的特性向上の課題であり,繊維内部の水分が抜け易い構造の長繊維ペレットが有効であることを示した.一方,上記結果よりペレット製造時のエアープラズマ処理およびエアーブロー処理によるオンラインでジュート繊維内部の含水分率を1wt似下に除去することは極めて困難であった.オフラインでの熱風乾燥および誘導加熱によってジュート繊維は短時間で繊維内部まで水分除去に効果があることが分かったが,紡績糸の供給形態であるボビン状(紙管に巻かれた状態)では,加熱時間の増加と共に熱が中心部に蓄積され繊維が熱劣化し,ジュート繊維の加熱方法に課題を残した.エアープラズマ処理による界面改質の効果の有無に関しては,含水分の影響が極めて大きいためその傾向は見出せなかった.しかし,ジュート繊維との複合化によりポリ乳酸の耐熱性に向上は見られた.

2007年，我们研究了天然纤维（黄麻纤维）中的含水量如何影响聚乳酸树脂的水解。结果发现，黄麻纤维在与聚乳酸树脂复合之前的干燥状态和造粒（粒料）含水量根据注塑成型后的干燥条件而变化，颗粒含水量与注塑成型后的聚乳酸的分子量呈负相关，聚乳酸在注塑成型时因塑化时的水解而劣化。很明显（生物降解）正在进展。另外，聚乳酸分子量的降低也降低了其机械性能，即使用黄麻纤维增强，当造粒时含水率超过1wt%时，分子量降低一半，且聚乳酸的分子量降低。原来的聚乳酸颗粒减少了一半（分子量减少）。另外，据了解，如果成型品的天然纤维内部残留有水分，则成型品干燥时会变形，聚乳酸的分子量会降低。提高机械性能的问题是如何在将纤维制成颗粒之前除去纤维内部的水分，我们已经证明，长纤维颗粒具有使纤维内部的水分容易逸出的结构，是有效的。另一方面，从上述结果来看，通过空气等离子处理将黄麻纤维内部的水分含量在线去除到1wt以下是极其困难的，而且在颗粒生产过程中，空气吹气处理是很短的。结果发现，时间对于去除纤维内部的水分是有效的，但当以线轴形式（缠绕在纸管上）提供细纱时，随着加热时间的增加，热量会积聚在中心，导致纤维被热降解并被用作加热黄麻纤维的方法。然而，对于空气等离子体处理的界面改性效果，由于水分含量的影响极大，没有发现趋势。但是，通过与黄麻纤维复合，聚乳酸的耐热性得到了改善。