JP2001342281A

JP2001342281A - 樹脂発泡体と固形物粒子からなる成形体およびその製造方法

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Publication number: JP2001342281A
Application number: JP2000160733A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujimori; 尊藤森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-11
Also published as: AU2001260668A1; WO2001092387A1

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック廃材などの固形物粒子を活用し
て軽量かつ断熱性のある成形体を提供することを目的と
する。【解決手段】樹脂発泡体粒子と固形物粒子とが不規則
に混じり合い、かつ接着層によって結合してなる成形
体。表面を熱硬化性樹脂の前駆体で被覆した固形物粒子
と、同じく表面を熱硬化性樹脂の前駆体で被覆した予備
発泡済み発泡性樹脂粒子との混合物を、金型内にて加熱
して前記予備発泡済み発泡性樹脂粒子を本発泡させて成
形体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱材、緩衝材、
包装用ケース、浮子材などに好適な樹脂発泡体を主材と
した成形体およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック廃材を再利用するに
は、熱可塑性樹脂の場合、溶融して成形する方法（マテ
リアルリサイクル）がとられてきた。しかし、この方法
によると、異種材料が混入すれば得られる成形体の機械
的強度が低下する場合が多い。そこで、相溶化剤を混入
して物性低下を防ぐ対策などがとられている。しかし、
一般に相溶化剤は高価であるため、マテリアルリサイク
ルを行うには、樹脂の分別が必要になっている。また、
ポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂などのように
加水分解性のある樹脂は、水分残存量が０．０２％以下
程度に十分乾燥しないと、成形時の高温のために加水分
解が促進して分子量が大きく低下し、所望の機械的強度
の成形体が得られない。したがって、乾燥に余分なエネ
ルギーが必要となる。

【０００３】一方、熱硬化性樹脂は溶融しないため、任
意の形状に成形できない。ゴム材料は、熱可塑性エラス
トマー以外は、ほとんど架橋している、すなわち熱硬化
性樹脂であるため、マテリアルリサイクルは不可能であ
る。また、樹脂発泡体は、通常発泡剤を含んだ樹脂発泡
粒子を予め所望の発泡倍率に発泡させ、この予備発泡体
を金型内に充填し、加熱により本発泡させて得られる。
この樹脂発泡体は、発泡体成分以外に一部着色剤などが
添加されている程度で、他の樹脂材料やゴム材料と混合
し一体的に成形されることはなかった。この樹脂発泡体
に、他の材料をうまく包含させることができれば、新た
な機能を付与することもできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑み、熱可塑性樹脂はもとより熱硬化性樹脂であって
も、また異種の樹脂が混入されていても、プラスチック
廃材を有効に再利用する方法を提供することを目的とす
る。本発明は、またプラスチック廃材を再利用した軽量
な成形体を提供することを目的とする。さらに、本発明
は、プラスチックに限らず無機物などをも包含した新た
な発泡体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な問題点を考慮して研究を重ねた結果、プラスチック廃
材などの各種固形物粒子と発泡性樹脂粒子とを各々接着
剤で被覆して混合し、金型内で発泡させることにより、
固形物粒子と樹脂発泡体とが接着剤により結合された成
形体を得ることに成功した。すなわち、本発明の成形体
は、樹脂発泡体粒子と固形物粒子とが不規則に混じり合
い、かつ接着層によって結合してなることを特徴とす
る。

【０００６】本発明は、表面を熱硬化性樹脂の前駆体で
被覆した固形物粒子と、同じく表面を熱硬化性樹脂の前
駆体で被覆した予備発泡済み発泡性樹脂粒子との混合物
を調製する工程、および前記混合物を金型内にて加熱し
て前記予備発泡済み発泡性樹脂粒子を本発泡させる発泡
工程からなる成形体の製造方法を提供する。本発明は、
また前記発泡工程に先立って、金型内に補強部材をセッ
トする工程を含み、発泡工程により、前記補強部材を包
含する成形体を得る成形体の製造方法を提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、上記のように、発泡性
樹脂粒子と固形物粒子とを各々接着剤で被覆して混合
し、金型内で発泡させることにより、固形物粒子と樹脂
発泡体とが接着剤により結合された成形体を得るもので
ある。本発明の好ましい実施態様において、予備発泡済
み発泡性樹脂粒子と本発砲後の発泡樹脂粒子とは１対１
に対応し、したがって、金型内に充填された予備発泡済
み発泡性樹脂粒子と固形物粒子の混合物は、本発泡によ
り、膨張する樹脂粒子が粒子間の隙間に入り込むととも
にその膨張力により粒子同士が密着し、接着層の硬化に
より強固に結合された成形体となる。

【０００８】固形物粒子の材料としては、各種の樹脂材
料、ゴム材料、紙（たとえば古紙）、木材などの有機材
料、あるいはシラスバルーン、パーライト、タルク、カ
オリン、再生ガラスなどの粒状無機物、セラミックスや
コンクリートの破砕粒子、自然界に存在する小粒の小石
など各種の無機材料および有機材料を単独もしくは複数
種を混合して用いることができる。これらの粒子は、所
望とする成形体の断熱性、機械的強度などの特性に応じ
て、発泡性樹脂と適宜配合することができる。

【０００９】本発明による成形体の製造方法によれば、
固形物粒子の材質を選ばないので、上記材料のバージン
（新規）材のみならず廃材を適宜に処理した材料を用い
る、いわゆるリサイクルにも適している。たとえば、プ
ラスチックのリサイクルは、熱で溶融する熱可塑性樹脂
の場合は成形可能であるが、異種材料が混入すれば得ら
れる成形体の機械的強度が低下する場合が多い。従っ
て、従来は相溶化剤を混入して物性低下を防ぐ対策がと
られていた。しかし、相溶化剤は高価であるため、原料
のリサイクルを行うに際しては樹脂の分別が必要であ
る。これに対して、本発明によれば、そのような相溶化
剤が必要がないという大きなメリットがある。樹脂発泡
体の材料としては、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、Ａ
ＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂が好適に用いられる。

【００１０】本発明の成形体を製造するに際して、発泡
性樹脂粒子および固形物粒子の表面に被覆する接着層と
しては、レゾールタイプのフェノール樹脂前駆体が安価
であり、硬化温度も低く最も適している。特に、耐熱性
が要求される成形体を得るには、イミド系樹脂の前駆体
を用いるのがよい。レゾールタイプのフェノール樹脂前
駆体を接着層に用いた場合、１２０℃程度で硬化が進行
するので、一般の熱可塑性樹脂の射出成形時の溶融温度
（溶融温度が比較的低いポリスチレンでも２００℃以
上）より低い温度で成形が可能であり、省エネ効果が大
きい。

【００１１】接着層には、硬化時間を早めるために、硬
化促進剤を添加するのが好ましい。接着層にレゾールタ
イプのフェノール樹脂前駆体を用いる場合、硬化促進剤
にはフェノールスルホン酸やトルエンスルホン酸などを
用いるのが好ましい。接着層には、ホウ素系無機化合
物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの難
燃剤を添加することができる。これらの難燃剤の添加に
より、得られる成形体に難燃性を付与することができ
る。ホウ素系無機化合物による難燃効果は、次のように
考えられる。すなわち、接着層に含まれるホウ素系無機
化合物、たとえばホウ酸は、燃焼により加熱されてガラ
ス状物質に変化し、その内側の可燃性物質はこのガラス
状物質により空気と遮断され、これによって難燃効果が
発現される。ただし、固形物粒子が可燃性である場合、
可燃性物質の重量に対してこれを被覆している接着層が
量的に少ないので、難燃効果は発現しにくい。しかし、
固形物粒子が樹脂発泡体、たとえば、数十倍に発泡させ
た発泡スチロールの破砕物の場合、固形物粒子の重量に
対し、難燃性を付与した接着層の割合が多くなるので、
難燃効果の大きい成形体が得られる。また、レゾールタ
イプのフェノール樹脂やポリイミド樹脂、メラミン樹脂
などは自己消化性を有するので、これらを接着層として
用いるのが好ましい。固形物粒子が難燃性を付与しにく
い非難燃性樹脂の場合は、粒子にする前に、あらかじめ
ホウ酸などの難燃剤を練り込んでおけば、大きな難燃性
を付与することができ、かつ接炎時の形崩れが小さくな
る。

【００１２】本発明に用いる発泡性樹脂粒子は、あらか
じめ予備発泡させたものが好ましい。そして、この予備
発泡させた粒子は、予備発泡による発泡倍率が１０〜８
０であり、本発泡により発泡する倍率が、発泡後の発泡
体粒子と固形物粒子との接着剤による結合が良好となる
ように、５〜１５％であるのが好ましい。予備発泡させ
た粒子の大きさは、得られる成形体の強度や断熱性を考
慮し、２〜４ｍｍであるのが好ましい。一方、固形物粒
子は、ペレット状、破砕物、造粒物など形状にこだわら
ず、大きさは固形物粒子と予備発泡済み発泡性樹脂粒子
の充填密度を高め、得られる成形体の機械的強度を大き
くするために、平均粒径１〜５ｍｍが望ましい。しか
し、これらの範囲を越えたものが多少混ざっていてもよ
く、また、大きさや形状を揃える必要もない。むしろ大
きさの異なる粒子である方が充填性もよい場合がある。
上記のように、平均粒径２〜４ｍｍで、本発泡による発
泡倍率が５〜１５％の予備発泡済み発泡性樹脂粒子およ
び平均粒径１〜５ｍｍの固形物粒子を用いる場合、接着
層の厚さは５０〜１００μｍが望ましい。接着剤の種類
にもよるが、粒子を被覆する接着層の厚さが薄すぎると
接着強度が不足し、厚すぎると成形体に示す接着剤の割
合が大きくなり、成形体が重くなるとともにコスト高と
なる。

【００１３】機械的強度、特に高剛性の成形体を得よう
とする場合は、金型内に紙、プラスチックまたは金属製
の網状体、格子体、ハニカム構造体、有筋体などの補強
部材を組み込み、前記粒子と一体成形することができ
る。補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、合成樹脂
繊維、天然樹脂繊維を加えることもできる。これらの補
強材の添加によって、得られる成形体の曲げ弾性率や耐
衝撃性などの機械的強度を向上させることができる。

【００１４】発泡性樹脂が熱可塑性樹脂であり、固形物
粒子が樹脂材料のペレットや破砕物であり、接着層がレ
ゾールタイプのフェノール樹脂やメラミン樹脂など熱硬
化性樹脂の前駆体とすることにより、機械的強度の大き
い成形体を得ることができる。固形物粒子が、樹脂材料
の混合物であっても、また熱硬化性樹脂であっても、あ
る程度細かく破砕できれば機械的強度の大きい成形体を
得ることができる。本発明の方法で得られる成形体は、
細かく破砕し、同様の製造工程を繰り返すことにより何
度もリサイクルが可能である。

【００１５】接着層にレゾールタイプのフェノール樹脂
前駆体（以下単にレゾールという）を用いて本発明の成
形体を得る方法を説明すると、まず、固形物粒子とあら
かじめ所定の倍率に発泡させた予備発泡済み発泡性樹脂
粒子（発泡剤を含有した樹脂粒子を所定の倍率であらか
じめ発泡させた樹脂粒子）を所定の割合で混合した後、
所定量の液状の未硬化レゾールを添加し、かき混ぜなが
ら前二者のそれぞれの表面に未硬化レゾールを均一にコ
ーティングする。レゾールをコーティングした固形物粒
子と同じくレゾールをコーティングした予備発泡済み発
泡性樹脂粒子の混合物の所定量を金型内に充填し、前記
発泡性樹脂粒子を本発泡させる。予備発泡済み樹脂粒子
が本発泡する際の体積膨張と予備済み発泡性樹脂粒子中
に含まれる気泡自体の加熱膨張により予備発泡済み樹脂
粒子が膨張し、固形物粒子と発泡後の樹脂発泡体粒子が
密着すると同時に、両者の表面にコーティングされたレ
ゾールの硬化反応が進行して両者が強固に接着し、機械
的強度の大きい成形体を得ることができる。金型から成
形体を取り出す場合、成形体の発泡樹脂がある程度固ま
るまで金型温度を下げる（発泡スチロールの場合は約６
０℃）必要がある。なお、未硬化レゾールにあらかじめ
ホウ酸などの難燃剤を添加しておけば、得られる成形体
に難燃性を付与させることができる。

【００１６】

【実施例】以下、具体的な実施例により説明する。図１
（ｂ）は本発明による成形体１の断面構造を模式的に示
す。この成形体１は、固形物粒子２としてポリスチレン
の破砕物を、樹脂発泡体粒子３として発泡ポリスチロー
ルを、また両者を接着させる接着層４としてレゾールを
用いて構成されている。固形物粒子としては、ポリスチ
レンのほかポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹
脂、ポリ塩化ビニルなどの汎用樹脂をはじめ、ナイロ
ン、ポリカーボネート、変性フェニレンエーテル、ポリ
ブチレンテレフタレート、ガラス繊維強化ポリエチレン
テレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどのエ
ンジニアリングプラスチック、さらにフェノール樹脂、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性
樹脂など幅広く適用できる。

【００１７】特に、固形物粒子に発泡スチロールなどの
発泡体破砕物を使用することもでき、この場合、断熱効
果の大きい材料として再利用できる。また、発泡体の加
熱減容物を用いると、その減容率（減容率が大きいほど
残存気泡は少なくなる）により、断熱性の異なる成形体
を得ることができる。この場合、減容率の大きいものほ
ど得られる成形体の断熱性は低下するが、機械的強度は
大きくなり、釘打ちができるほど高強度の成形体を得る
ことができる。特に、従来発泡ウレタンのリサイクルは
困難とされていたが、本発明による方法ではマテリアル
リサイクルが可能となる。また、固形物粒子として、ゴ
ム材料も破砕物にすれば、天然ゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲ、
クロロプレンゴムなども用いることができる。さらに
は、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリエステル系
などの熱可塑性エラストマーなども適用することができ
る。これらの材料を用いることにより、断熱性があり、
軽量でかつ弾力性のある成形体を得ることができる。

【００１８】次に、固形物粒子２と樹脂発泡体粒子３を
一体化させる成形体の製造工程を図１で説明する。ポリ
ステレンを破砕してなる粒子２と予備発泡スチロール３
ａを一定割合で混合したものに、未硬化接着層４ａとす
る液状のレゾールを混入しつつ掻き混ぜながら両者の表
面にレゾールを満遍にコーティングする。こうしてレゾ
ールがコーティングされた粒子２としてのポリスチレン
破砕物と、レゾールコーティング済み予備発泡済み発泡
性樹脂粒子３ａとの混合物を調製する。図１（ａ）はこ
の状態を模式的に示す。次いで、この混合物を金型内に
装填し、１２０℃で数分間加熱し本発泡させる。本発泡
によって、予備発泡スチロールが膨張することにより、
図１（ｂ）に示すように、発泡したスチロール粒子３と
樹脂破砕物粒子２とが各々の接着層４を介して密着し、
両者の表面にコーティングされたレゾールが硬化して両
者が強固に接着して機械的強度の大きい成形体を得るこ
とができる。なお、レゾールには、硬化促進剤としてフ
ェノールスルホン酸をレゾール１００重量部に対して２
重量部％程度添加する。

【００１９】用いる予備発泡済み発泡性樹脂粒子３ａ
は、使用目的に応じた成形体の強度や断熱性によって、
１０〜８０倍の予備発泡スチロールのなかから選べばよ
い。また、固形物粒子２と予備発泡済み発泡性樹脂粒子
３ａの混合割合は、体積比として粒子２を１として、予
備発泡済み粒子３ａの発泡スチロールは１以上にするこ
とが望ましい。予備発泡済み樹脂粒子３ａとする発泡ス
チロールの比重は極めて小さいため、用いる粒子２の樹
脂量に対し、１／１０以下の重量の予備発泡させた発泡
スチロールを用いるだけで機械的強度の大きい成形体を
得ることができる。

【００２０】図２及び図３は、それぞれ金型内に有筋材
としてハニカム構造体１３及び格子体２３をセットした
後、上記と同様にして得た成形体１１および２１を示
す。これらの図において、１２および２２は固形物粒子
と発泡体粒子が接着層により結合された層を表す。有筋
材が補強部材として成形体の骨格を形成するから、機械
強度、特に曲げ強度の大きな成形体が得られる。

【００２１】実施例１ポリスチレン破砕物（平均粒径約５ｍｍ）と約５０倍に
発泡した予備発泡済みスチロール（平均粒径約３．５ｍ
ｍ）を体積比で１：１の割合で混合した後、分子量約２
００のレゾールを混合物１００重量部に対し３重量部配
合し、十分攪拌してポリスチレン破砕物である粒子と予
備発泡済み粒子である発泡スチロールの表面にレゾール
をコーティングした。次に、両者の混合物を金型内に充
填し、１２０℃で３分間にわたる本発泡を行わせて２３
０×２３０×２０ｍｍの板状成形体を得た。得られた成
形体の特性は下記の通りであった。

【００２２】密度：０．０７５ｋｇ／ｃｍ³ 圧力強度：４ｋｇ／ｃｍ² 曲げ強度：５．２ｋｇ／ｃｍ²

【００２３】実施例２厚さ１ｍｍの紙からなり、ハニカムの一辺が２０ｍｍ、
高さ１５ｍｍのハニカム状構造体からなる補強部材を用
い、実施例１と同様の材料および製造条件にて図２に示
すような厚さ１５ｍｍの成形体を作製した。また、直径
２ｍｍのポリプロピレン製丸棒を５０ｍｍ間隔で格子状
に融着させた補強部材を用いて図３のような成形体を作
製した。これらの成形体の機械的強度を下記に示す。

【００２４】ハニカム構造体組み込み成形体密度：０．１２ｋｇ／ｃｍ³ 圧力強度：７．２ｋｇ／ｃｍ² 曲げ強度：１０ｋｇ／ｃｍ²

【００２５】クロス状有筋材組み込み成形体密度：０．１０ｋｇ／ｃｍ³ 圧力強度：４．５ｋｇ／ｃｍ² 曲げ強度：６．７ｋｇ／ｃｍ²

【００２６】なお、上記実施例では固形物粒子として樹
脂の破砕物を単体で用いたが、有機物や無機物の複数の
原料からなるものを、求める成形体の特性になるように
適宜配合することができる。本発明の成形体は、発泡ス
チロールのような樹脂発泡体が含まれているため、軽量
で断熱性があり、かつ機械的強度が大きい。さらに、固
形物粒子、樹脂発泡体、接着層の材質など、その種類や
配合割合を変化させることにより、さまざまな特性の成
形体が得られる。従って、本発明は多くの分野での多様
な用途展開が期待できる。

【００２７】本発明による成形体は、平板状に限らず箱
型、トレー状、管状、球状などの使用目的に最適の形状
にすればよく、代表的には次のような用途があげられ
る。建材：壁、床、天井などの断熱材軽量ボード：パネル、建具、パーティションなど各種用途向け断熱構造体：保冷・保温設備の断熱材

【００２８】

【発明の効果】本発明の成形体は、無機物や有機物など
の固形物粒子と樹脂発泡体とを双方の表面にコーティン
グした接着層でもって接合したものであるから、固形物
粒子の材料としてバージン材に限らずプラスチック廃材
や同じくゴム材料、紙パルプ、木材チップ、砕石粒子、
セラミック粒子、ゼオライトなどの有体物を用いること
も可能で、廃棄物を所定の粒径に破砕したものをリサイ
クルして活用することができる。また、得られた成形体
は、大部分が多孔性発泡体でもって構成されているた
め、軽量、安価であり、かつ優れた断熱性や機械的強度
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による成形体の成形工程を説明
するための拡大断面図である。

【図２】本発明の他の実施例による成形体の要部を切欠
した斜視図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例による成形体の要部
を切欠した斜視図である。

【符号の説明】

１成形体２固形物粒子３樹脂発泡体粒子３ａ予備発泡済み発泡性樹脂粒子４接着層４ａ未硬化接着層１１、２１成形体１２、２２固形物粒子と樹脂発泡体粒子からなる層１３、２３補強部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂発泡体粒子と固形物粒子とが不規則
に混じり合い、かつ接着層によって結合してなることを
特徴とする成形体。
【請求項２】前記樹脂発泡体粒子が熱可塑性樹脂から
なる請求項１記載の成形体。
【請求項３】前記接着層が熱硬化性樹脂からなる請求
項１記載の成形体。
【請求項４】前記接着層が難燃剤を含む請求項１〜３
のいずれかに記載の成形体。
【請求項５】表面を熱硬化性樹脂の前駆体で被覆した
固形物粒子と、同じく表面を熱硬化性樹脂の前駆体で被
覆した予備発泡済み発泡性樹脂粒子との混合物を調製す
る工程、および前記混合物を金型内にて加熱して前記予
備発泡済み発泡性樹脂粒子を本発泡させる発泡工程から
なる成形体の製造方法。
【請求項６】前記発泡工程に先立って、前記金型内に
補強部材をセットする工程を含み、発泡工程により、前
記補強部材を包含する成形体を得ることを特徴とする請
求項５記載の成形体の製造方法。
【請求項７】前記接着剤が難燃剤を含む請求項５また
は６記載の成形体の製造方法。