JP2005048096A - 天然繊維入り樹脂成形品の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な方法でもって且つ安価に被再生材料の再生利用が可能であると同時に、再生された樹脂成形品は再生前のバージンの天然繊維入り樹脂成形品と比較して優るとも劣らない剛性・強度を発揮させることが可能な天然繊維入り樹脂成形品の再生方法を提供すること。
【解決手段】 被再生材料をフレーク状に粉砕し、それを、熱可塑性樹脂繊維と同系の熱可塑性樹脂で形成された通気性を備えた収容袋に収容せしめ、その収容袋ごと成形型内入れて、収容袋内に収容された被再生材料を収容袋に収容したままの状態でもって成形型のキャビティ形状に均し、然る後に加熱プレス成形する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、特に、熱可塑性樹脂中に天然繊維が一体的に混入された天然繊維入り樹脂成形品並びに当該不良成形品及び当該成形加工時に発生する外周材等(以下、これらを総称して被再生材料と称する。)の再生方法に関するものである。

従来から、各種樹脂成形品の再生利用が提唱され、例えばポリエチレンやポリエステル等の一種類の樹脂で成形された樹脂成形品など一部の樹脂成形品についてはすでにリサイクル（方法）が産業的に確立しているものもある。しかしながら、熱可塑性樹脂中に天然繊維が一体的に混入された天然繊維入り樹脂成形品の場合には、天然繊維と樹脂成分とを効率よく分離することが難しいだけでなく、天然繊維を比較的大量に含んでいることもあり、そのまま産業廃棄物として廃棄するか、或いは費用をかけて火力発電所等における燃料としてサーマルリサイクルを行っているのが現状である。
尚、本願出願人が知っている上記の先行技術は、文献公知発明に係るものではないため、本願明細書には先行技術文献情報を開示しない。

本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な方法でもって且つ安価に被再生材料の再生利用が可能であると同時に、再生された樹脂成形品は再生前のバージンの天然繊維入り樹脂成形品と比較して優るとも劣らない剛性・強度を発揮させることが可能な天然繊維入り樹脂成形品の再生方法を提供せんとするものである。

斯かる目的を達成する本発明の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法は、天然繊維と熱可塑性樹脂繊維を互いに絡み合わせて加熱しプレス成形により成形される天然繊維入り樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材等の再生方法であって、前記樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材などの被再生材料をフレーク状に粉砕し、フレーク状に粉砕した被再生材料を、前記熱可塑性樹脂繊維と同系の熱可塑性樹脂で形成された通気性を備えた収容袋に収容せしめ、上記収容袋内に収容された被再生材料を収容袋に収容したままの状態でもって加熱ヒータ内で厚みを均し、然る後に加熱しプレス成形することを特徴としたものである（請求項１）。
この際、前記収容袋としては、加熱ヒータで溶融処理する時に当該収容袋の内部に収容した被再生材料より早期に溶融して破けて１枚のシートとして分散しないように、前記熱可塑性樹脂繊維の溶融温度では溶けたり損傷しない熱可塑性樹脂、好ましくは前記熱可塑性樹脂繊維より２０℃以上高い融点を有する熱可塑性樹脂繊維を用い、且つプレス成形時に当該収容袋の内部に残留しているエアーを袋の外に速やかに逃がすことができるように、織布またはスパンボンド不織布或いはニードルパンチ加工されたものよりなるものを使用することが好ましい（請求項２）。
また、前記収容袋内には、フレーク状に粉砕された被再生材料と共に、フレーク状に粉砕された被再生材料同士を結合させるためのバインダーを混入させることが好ましい（請求項３）。
前記バインダーとしては、前記熱可塑性樹脂繊維と同レベルの融点を有するポリプロピレンパウダーからなるもの（請求項４）、或いは、熱可塑性樹脂を含む発泡性素材からなるもの（請求項５）を用いることが好ましい。
更に、前記バインダーは、３〜１０重量％混入させることが好ましい（請求項６）

本発明に係る天然繊維入り樹脂成形品の再生方法によれば、比較的簡単な方法でもって且つ安価に被再生材料の再生利用が容易に可能となると同時に、繰り返しリサイクルが可能となる。従って、リサイクル性に優れた天然繊維入り樹脂成形品を製造することが可能となると共に、天然繊維入り樹脂成形品を製作する場合のコストの低減化を期することができる。
しかも、再生された天然繊維入り樹脂成形品は、再生前のバージンの天然繊維入り樹脂成形品と比較して優るとも劣らない剛性・強度を発揮させることが可能となる。

また、被再生材料の再生すなわち、被再生材料を用いて天然繊維入り樹脂成形品を製作する場合に、フレーク状に破砕された被再生材料を収容袋内に入れ、その収容袋ごと厚みを均して加熱しプレス成形するだけであるから、加熱工程からプレス工程への移動も比較的簡単に出来ると共に、加熱工程を経た後は、通常の新材の基材マットと全く同じ取扱いでプレス成形が可能となる。

次に、本発明の具体的な好適実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明が対象とする天然繊維入り樹脂成形品は、通常、天然繊維と、この天然繊維を結合させるためのマトリックス材料として作用する熱可塑性樹脂繊維とをニードルパンチングマシン等を用いて互いに絡み合わせてマット状に形成した（これを基材マットと称する。）後に、更に必要に応じてこの基材マットの表裏両面に更に熱可塑性樹脂シートを一体的に積層して、マッチドダイ成形法等の加熱プレス成形により所要の形状に形成される。

天然繊維入り樹脂成形品に使用される天然繊維としては、麻、亜麻、ジュート、木綿、サイザル、わら、竹繊維等の天然繊維を挙げることができ、これらから選ばれた１種または２種以上を組み合わせたものが使用される。因みに、使用される天然繊維の大きさとしては、繊維長さが５１ｍｍ以下で、繊維径が０.５ｍｍ以下のものが好適に使用されるが、これに限定されるものではない。

また、天然繊維入り樹脂成形品に使用される熱可塑性樹脂繊維としては、上記天然繊維を結合させるためのマトリックス材料として作用し且つ前記基材マットの表面に積層される熱可塑性樹脂シートとの接着剤として作用するものであれば格別制限されるものではないが、例えばポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の熱可塑性樹脂繊維から選ばれた１種または２種以上を組み合わせたものが好適に用いられる。

天然繊維入り樹脂成形品を成形する場合、上記天然繊維と熱可塑性樹脂繊維を、３０：７０〜７０：３０の範囲、好ましくは３０：７０〜５０：５０の範囲、更に好ましくは５０：５０の割合で配合し、ニードルパンチングマシン等を用いて相互に刺し編み状態に絡み合わせ、それを成形型で加熱プレス成形すると熱可塑性樹脂繊維が少なくとも部分的に溶融してマトリックスを形成することにより天然繊維が結合され、剛性を有する所要の形状に形成される。その目付けは、樹脂成形品に求められる強度・剛性に応じて５００〜２０００ｇ／ｍ^２程度とすることが好ましいとされている。
なお、本発明が対象としている天然繊維入り樹脂成形品自体の構成及び製法については、例えば特許第２９７２７３９号公報により詳しく説明されている。

上述したごとくに成形された天然繊維入り樹脂成形品、並びに当該樹脂成形品を形成する際に発生した不良成形品、及び成形加工時に発生する外周材などの被再生材料は、クラッシャー等を用いてフレーク状に粉砕され、フレーク状に粉砕された被再生材料を、収容袋に収容せしめた状態で成形型内入れて成形型のキャビティ形状に均し、然る後に加熱プレス成形することにより、再び天然繊維入り樹脂成形品として再生される。

被再生材料をクラッシャー等で粉砕する場合、１０ｍｍ以下の大きさに粉砕することが好ましい。１０ｍｍより大きな被再生材料を用いると、被再生材料同士の隙間が大きくなり、その結果、被再生材料同士を結合させるためのバインダーの添加量が増大してしまうので好ましくない。かといって、被再生材料を８ｍｍより小さく粉砕すると、篩のスクリーンが目詰まりを起こしやすくなりフレーク状の被再生材料を作製する収率が悪くなる。しかし、天然繊維入り樹脂成形品を成形する際には、８ｍｍより小さく粉砕された粉状になった被再生材料も収容袋内に入れて再生利用する。

被再生材料を収容する収容袋としては、加熱ヒータで溶融処理する加熱工程時において当該収容袋の内部に収容した被再生材料より早期に溶融して破けてしまうようなことがないように、被再生材料中に含まれている熱可塑性樹脂繊維の融点より少し高い融点を有する同系の熱可塑性樹脂を用いて形成すると同時に、プレス成形時において当該収容袋の内部に残留しているエアーを袋の外に速やかに逃がすことができるように収容袋全体に通気性を持たせたものに形成することが好ましい。
すなわち、被再生材料を収容する収容袋は、被再生材料中に含まれている熱可塑性樹脂繊維の融点より２０℃以上高い熱可塑性樹脂で形成されたフィルム材または繊維材を用いて袋状に形成することが好ましい。ここで使用が可能な熱可塑性樹脂としては、具体的にはポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。
また、収容袋に通気性をもたせる場合、上掲した熱可塑性樹脂繊維からなる織布またはスパンボンド不織布を用いるか、またはニードルパンチ加工されたものを用いる。

被再生材料を再生成形する場合、収容袋内には被再生材料だけでなく、フレーク状に粉砕された被再生材料同士を結合させるためのバインダーを一緒に混入させることが好ましい。
バインダーとしては、被再生材料中に含まれている熱可塑性樹脂繊維と同レベルの融点を有するポリプロピレンパウダー（ポリプロピレン樹脂の粉末）を主成分としたもの、または、被再生材料中に含まれている熱可塑性樹脂繊維と同系もしくは異系の熱可塑性樹脂を含む発泡性素材からなるものを用いるのが好ましい。ちなみに、熱可塑性樹脂を含む発泡性素材としては、一例として、松本油脂製薬株式会社から商品名；発泡マイクロセルラー(Ｆ105D，Ｆ100D)として市販されている、熱可塑性樹脂製カプセルの中に炭化水素系化合物を封入してなり加熱により熱可塑性樹脂製カプセルが溶解すると共に内部の炭化水素系化合物がガス化することにより発泡性能を発揮するものや、発泡用のポリスチレンまたはポリプロピレンビーズなどを挙げることができる。

なお、被再生材料に上記バインダーを混ぜる場合、全重量に対して３〜１０重量％混入させることが好ましい。添加するバインダーが３重量％より少ないとフレーク上に粉砕された被再生材料同士を結合させることが難しくなり、１０重量％より多く添加しても樹脂成形品としての強度及び剛性がさほど向上せず、対コスト的な面からも３〜１０重量％の範囲が好ましい。

また、フレーク状に粉砕された被再生材料を用いて天然繊維入り樹脂成形品を成形する場合、基材マットにおける混合繊維（被再生材料）の目付量としては、１．２ｋｇ／ｍ^２以上とすることが好ましい。そうすれば、収容袋に収容された被再生材料の収容量に多少ばらつきがあっても、最低量を確保することが可能となる。
すなわち、被再生材料の目付け量が少ないと部分的に疎密が生じやすくなるので、ポリプロピレンパウダーや熱可塑性樹脂を含む発泡性素材（以下、単に発泡性素材と称する。）などからなるバインダーを添加することにより疎密が生じにくく、しかも所要の剛性を維持しつつ軽量化を図ることが可能となる。

次に、被再生材料を用いて天然繊維入り樹脂成形品を作製した具体的実施例について説明する。

＜被再生材料の調整＞
（１）熱可塑性樹脂繊維として太さが３デニール、繊維長が５１ｍｍ、ポリプロピレン樹脂繊維を使用し、天然繊維として繊維長が３０ｍｍ、繊維径が０．３ｍｍ前後のケナフを用い、ニードルパンチングマシンでニードルパンチングして互いの繊維を絡み合わせて厚さ７ｍｍのマット状となし、基材マットを形成した。この時の基材マットの目付量は１．０ｋｇ／ｍ^２とした。
（２）上記作成した基材マットを２２０℃で、厚み６ｍｍに加圧しながら加熱して熱可塑性樹脂繊維を十分に軟化させた後にマッチドダイ成形機にセットして２ＭＰａで加熱プレス成形し、厚さ２ｍｍの天然繊維入り樹脂成形品を得た。
上記得られた天然繊維入り樹脂成形品から、製品部分を切り出して不要となった外周部分のみをクラッシャーマシンで８〜１０ｍｍの大きさにフレーク状に粉砕し、これを被再生材料とした。
フレーク状に粉砕された被再生材料０.９Kｇにポリプロピレンパウダーを０.１Kg（１０重量％）添加して均一に混ぜ合せ、これをポリエステル系のスパンボンド不織布からなる収容袋に収容した。
＜天然繊維入り樹脂成形品の作製＞
収容袋に収容された被再生材料を、収容袋に収容したままの状態でもって２２０℃に設定された接触型加熱ヒータの中に入れて厚みを均し、その後加熱溶融してシート状になったものを取り出し、然る後に、マッチドダイ成形機の成形型内に入れ、０.３Ｍｐａの圧力でプレス成形した。その結果、肉厚が３.２ｍｍの天然繊維入り樹脂成形品を得た。

肉厚(板厚)が３ｍｍの天然繊維入り樹脂成形品を想定して、被再生材料に添加するバインダーの種類による目付け量の影響を調べた。なお、被再生材料に対するバインダーの添加量は、ポリプロピレンパウダーは１０重量％に統一し、発泡マイクロセルラーは５重量％に統一した。
その結果を、表１に示す。

上記表１から、被再生材料にバインダーを添加しない場合と比較して、バインダーとしてポリプロピレンパウダーを用いると目付け量(目付け限度)が若干少なくて済むだけであるが、バインダーとして（熱可塑性樹脂を含んだ）発泡性素材を用いた場合には目付け量が更に少なくなり、発泡性素材を用いた方がプレス成形時に内部樹脂圧が高まり、フレーク状に破砕された被再生材料同士がしっかりと結合され、樹脂成形品としての軽量化に寄与し得ることが理解される。
このことは、フレーク状に破砕された被再生材料同士を結合させるためのバインダーとしての作用は、ポリプロピレンパウダーより発泡性素材の方が優れていることを示している。

実施例１で得られた天然繊維入り樹脂成形品は、再生前（バージン）の天然繊維入り樹脂成形品と同様の外観を呈していた。また、得られた樹脂成形品の物性を評価するために、自動車用部品（例えば、サンバイザー）や鞄のシェルとして必ず求められる曲げ剛性について測定した。なお、試験片の肉厚（板厚）はすべて３.２ｍｍに揃えた。その結果を表２に示す。

上記表２から、下記の知見が得られる。
1.目付けの大きいものほど、板厚のばらつきが少なくなる傾向が見られる。
2.バインダー（ポリプロピレンパウダーおよび発泡性素材）の最適添加量は、発泡性素材の場合、コストの点からばらつきの少ない安定した板を作るのに必要な最小量が最適量と考え、その値は概ね３〜５重量％であり、ポリプロピレンパウダーの場合は、１０重量％より多く（例えば、１１〜２０重量％）を添加しても強度的に有意差は見られなかった。
従って、バインダーの最適添加量は３〜１０重量％であり、樹脂成形品としての剛性を出すためには板厚を上げることが好ましい。
3.発泡性素材（発泡マイクロセルラーＦ１０５Ｄ）を添加したものは、目付けが１７００ｇ/ｍ^２で不織布原反１１００ｇ/ｍ^２のものに相当する剛性である。
また、これは天然繊維入り樹脂成形品をフレーク状に粉砕した被再生材料単体の、目付け２０００〜２４００ｇ/ｍ^２の間にあるものに相当する。
4.ちなみに、最初から発泡した添加材を加えると、分散が不均一となってしまった。
５．発泡ＰＳおよびＰＰ材を添加した場合もマイクロセルラーと同様の結果が得られた。

Claims (6)

1. 天然繊維と熱可塑性樹脂繊維を互いに絡み合わせて加熱しプレス成形により成形される天然繊維入り樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材等の再生方法であって、
   （１）前記樹脂成形品・当該不良成形品・当該成形加工時に発生する外周材などの被再生材料をフレーク状に粉砕し、
   （２）フレーク状に粉砕した被再生材料を、前記熱可塑性樹脂繊維と同系の熱可塑性樹脂で形成された通気性を備えた収容袋に収容せしめ、
   （３）上記収容袋内に収容された被再生材料を当該収容袋に収容したままの状態でもって加熱ヒータ内で厚みを均し、
   （４）然る後に加熱しプレス成形する、
   ことを特徴とする天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。
2. 前記収容袋が、前記熱可塑性樹脂繊維の溶融温度では溶けたり損傷しない熱可塑性樹脂を用いてスパンボンド不織布またはニードルパンチ加工されたものよりなる請求項１記載の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。
3. 前記収容袋内に、フレーク状に粉砕された被再生材料同士を結合させるためのバインダーを混入させることを特徴とする請求項１または２に記載の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。
4. 前記バインダーが、前記熱可塑性樹脂繊維と同レベルの融点を有するポリプロピレンパウダーからなる請求項３記載の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。
5. 前記バインダーが、熱可塑性樹脂を含む発泡性素材からなる請求項３記載の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。
6. 前記バインダーを、３〜１０重量％混入させることを特徴とする請求項３または４または５に記載の天然繊維入り樹脂成形品の再生方法。