JP2005074990A - 熱可塑性樹脂成形物製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリスチレン樹脂を粒状体或いは粉状体とし、ペレット化せずに成型材料として使用し、さらに、同時成型により補強材を成型物内に内蔵一体化せしめ、しかも、同時成型により成型物表面に化粧層一体化形成を可能とする成型方法の提供。
【解決の手段】 熱可塑性樹脂無機質或いは有機質粒状体或いは粉状体が、熔融により粘性物化し、温度上昇とともに低粘度化することにより熱金型成型（雄雌金型成型）が不可能であった。熱により熔融しない充填材配合により低粘度配合物化することにより流動を防止して熱金型成型を可能としたことを特徴とし、その結果、熱金型成型での成型工程の分割により補強材、化粧材の併用を可能としたことを手段とした。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体を主成分とし、充填材、補強材、化粧材と共に雄雌型からなる加熱加圧可能な金型内に充填して成型物製造する技術関する。

リサイクルポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体は、従来、その異物混入、形状不定等の理由から破砕による粉状体、粒状体のまま直接成型材料として使用することは出来なかった。これらリサイクルポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体とは、魚箱、クッション材、各種ケース、トレー等の使用済み発泡スチロールである発泡物を加熱熔融して減容積処理した塊状物、或いはポリスチレン樹脂成型物であってラベル等の異物付着等が多く、それらを破砕することにより製造されたものには異物混入が多い。そのために、これらリサイクル物から製造したポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体は、通常は加熱熔融、ろ過工程を経て再成型物材料とする。
特に、ポリスチレン樹脂成型法で多用されている射出成型、押し出し成型においては、異物混入は最大の問題点であり、上記リサイクルポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体を成型材料として使用する場合には、徹底した異物除去工程が必要であり、原料リサイクル上コストアップとなる最大の理由であり、単なる破砕によるリサイクルポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体を成型材料として使用することは不可能であった。
さらに、従来の成型方法は、成型機の機能上充填材混入に限界があり、一般的にはおおよそ対樹脂分２０％程度が上限であった。このことは、射出成型、押し出し成型においては、混合物の加熱成型時の充填材による高粘度化が極めて成型性減退の原因となることを示しており、充填材使用量に限界があると思われていた。そのことから、安価な充填材による製品コスト引下げが不可能であり、大量の充填材消化の方法が常に求められていた。
さらに、ポリスチレン樹脂は、極めて固い樹脂であることからその成型物は、耐衝撃性に欠ける欠点があった。この欠点を除去する方法としては、補強材を内蔵せしめることが考えられるが、従来の射出成型、押し出し成型においては、ポリスチレン樹脂成型物に補強材を内蔵せしめることは困難であり、その手法には限界があった。即ち、射出成型、押し出し成型においては、短繊維状補強材を小量加えることが出来るに止まっていた。一般的には、四分の一インチ以下の繊維長の短繊維しか使用できなかった。
さらに、従来、ポリスチレン樹脂成型物表面に化粧層を一体成型する成型方法はなく、成型物製造後一般的塗装、張り合わせによる方法が採用されていた。

発明が解決しようとする課題

本発明の課題は、ポリスチレン樹脂を粒状体或いは粉状体とし、ペレット化せずに成型材料として使用し、さらに、同時成型により任意の補強材を成型物内に内蔵せしめ、しかも、同時成型により成型物表面に化粧層形成を可能とする成型法の提供。

課題を解決するための手段

課題を解決する手段は、雄雌金型からなる金型成型法によりポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体を充填材と配合した配合材（以下、配合成型材という）とし、そのまま型内に充填して加熱熔融することを基本とし、大量の充填材、補強材を使用することにより加熱金型内でポリスチレン樹脂粒状体或いは粉状体の熱熔融による粘性低下を調節して金型からの熔融物熔出を防止することを基本とし、さらに、表面化粧層形成においては、金型内への分割充填手順のみにて一体成型物を得ることを手段とした。

図１は、本発明に係わる製造手順を記載した模式図である。
雄雌金型を使用して加圧し成型する加熱金型成型法（メタル・マッチドダイ成型 法）は、プレス熱盤及び金型内に加熱体を装着した金型（以下金型という。）を使用する方法であり、その使用例として熱硬化性樹脂を成型する際に多用されている。例えば、不飽和ポリエステル樹脂成型におけるＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ・Ｍｏｌｄｉｎｇ・Ｃｏｎｐｏｕｎｄ）、或いはＢＭＣ（Ｂｕｌｋ・Ｍｏｌｄｉｎｇ・Ｃｏｎｐｏｕｎｄ）成型において多用されていることは周知のことである。
これらの成型法では、加熱時の樹脂流動性が問題であるが、不飽和ポリエステル樹脂ではベンゾイルオキサイドのような過酸化物を触媒として使用するために加熱と同時に反応による高分子化が起こり、硬化方向へ進む流動性低下により金型外部への流出が防止出来ることが知られている。しかしながら、熱可塑性樹脂においては反応型でなく、高温熱熔融及び、低温固化を基本とする性状であることからこれらの方法採用は難しく熱可塑性樹脂ではこのような金型成型は困難と言われていた。
本発明者は、成型前にポリスチレン樹脂粒体或いは粉体に充填材を分散して配合成型材とし、熱熔融せずに金型内に充填することにより、大量の充填材を使用可能とし、且つ、充填材選択と使用量増減により容易に雄雌金型成型法にて成型出来ることを知見した。上記配合成型材が熔融後も金型かみ合わせ部からの熔融物熔出を防止出来、熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂を原料として、良質の成型物が製造できることを突き止めた。

このように、金型成型に使用する配合成型材での充填材の選択は極めて重要であり、微細なものが最も好ましい。さらに、充填材としては、無機質、有機質のものが使用できるが、特には無機質のものが適しているが、金型加熱によりポリスチレン樹脂と共に熔融するものは流動化防止効果が少なく好ましくない。これら無機充填材の例としては、火力発電で生じる石炭灰、ゴミ処理場焼却灰、各種研磨粉、鉱碎、ガラス破砕物、微細珪砂、火山灰（シラス）、炭酸カルシュウム、酸化チタン、アルミ粉、石膏等３００℃以下の温度で変化を起こさないのであれば使用可能である。さらに有機充填材の例としては、木粉、ココヤシ粉、クルミ粉等が使用可能例である。又、成型工程上、充填材は熱伝導率の高いものが好ましく、木粉、クルミ粉等の有機物は、一般的に熱伝導率が低いことから当該成型法の成型スピード化上原料として単独使用には適しておらず、使用に際しては、少量の分散に止めることが好ましい。

次に、本発明においては、射出成型法、押し出し成型法等の従来の製造方法で不可能であった補強材を物性値向上を目的に多量に一体成型することが可能である。その可能とした最大の理由は、雌雄金型成型法を採用することが可能となったことからポリスチレン樹脂粉体或いは粒体と充填材の配合体である配合成型材に短繊維補強材を同時混合することにより熔融粘度を調節し、或いはそれら配合成型材を金型内に充填、高温加熱熔融、冷却固化することにより、短繊維補強材を内部に内蔵した成型物（以下、補強成型物という）が得られる。又、長繊維及びその加工品補強材による補強は、配合成型材の金型への分割充填により、熱可塑性樹脂において、その工程に際して、順次布設して高温加熱熔融して一体化せしめるかのいずれかの方法が採用できることを本発明者は知見した。本成型方法における使用可能な補強材としては、ガラス繊維、金属繊維類、カーボン繊維、アラミド繊維、麻繊維等が例としてあげられ、略全ての無機質、有機質繊維類が使用可能であり、それらの短繊維、長繊維及び布状、ネット状等加工品、棒状物が使用できる。次に、上記２方法についてさらに詳細に述べるならば、その１方法は、図１の配合成型材調整８において、９内の短繊維をポリスチレン樹脂粒状体或いは粉体と混練により配合成型材を製造する方法であり、この場合は使用する短繊維は１インチ以下の短繊維を使用することが好ましい。それ以上の長繊維のものは、製品内での均一分散が困難であり、物性値にばらつきが出る可能性が大きい。次に、その２の方法は、図１の１０において、一次配合材充填後のその表面に９内の長繊維或いはその加工品を配置後、さらに二次配合材充填を行ってから加熱成型して補強材と一体化した製品を製造する方法である。この方法は、特に、上記配合成型材による雄雌加熱金型成型が可能となったことで実用化できた。

本発明における表面化粧製品製造に関する製造形態は、ポリスチレン樹脂粉体と化粧材７の配合物を一次配合成型材として金型底部にに充填し、その後に、配合成型材充填する方法であって、容易に２層となる一体成型体が成型可能であり、且つ補強材９の同時使用も容易であることを本発明者は知見した。化粧材７としては、ガラス粒体、珪砂、石英砂、アルミ箔、鉱碎、貝殻等及びその着色物等の表面化粧を目的としたものは任意に使用できる。又、各種顔料等も同様に成型体表面の化粧層形成用化粧材として使用できる。

さらに、本発明による製品を難燃化することが可能である。その際に使用する難燃化材としては、燐系、塩素系のものが一般的に最も使用しやすい。これらの成型体内での内蔵は、上記充填材及びポリスチレン樹脂粉体配合成型材を製造する際に同時に混練分散させることで可能である。これは、通常周知のことである。

以下、実施例により説明するが、その趣旨を越えない限り下記実施例に限定されるものではない。
実施例１
使用済み発泡スチロールを熔融してなる塊状物（インゴット）を破砕して生成した約５０メッシュのポリスチレン樹脂粉体と石炭灰（中部電力製フライアッシュ、平均粒度１０μ）を重量比１：１の割合で配合使用した。当該石炭灰フライアッシュは、珪素分４８％、アルミ分２３％を主成分とする熱伝導率の高いものである。成型用プレスは、１５０トンプレス（森山製作所）、金型は雄雌ＦＲＰ成型用１軸加圧式のものを使用して金型温度２００℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ^２に設定して板状に成型した。
塊状物（インゴット）を破砕して生成した５０メッシュのポリスチレン樹脂粉体と石炭灰をミキサーで配合した配合成型材８を金型内に充填し、上記条件で成型した。比較上、径３ｍｍ以下のポリスチレン樹脂粒状体を使用した場合には、良質の成型物を得られたが、径４ｍｍの粗いポリスチレン樹脂粒状体を使用した場合には、成型は可能ではあるが熱伝導率の関係から成型に時間を要し、さらに、金型圧締時に低粘度の樹脂が流出し易い欠点のあることが分かった。さらに、微細な粉体を使用する方が金型内での熔融時に石炭灰との熔融馴染みが良く、ガス発生も少ないことも分かった。この際に、塊状物（インゴット）の代わりに使用済みポリスチレン樹脂成型物を破砕して成る粉体、或いはペレットも使用可能であることも実証された。又、石炭灰が、対ポリスチレン樹脂粉体に対して７０％を越える場合には、熔融に際しての配合成型材の流動性が極度に低下し、圧力７０ｋｇ／ｃｍ^２以上の高圧を要するために加圧プレスの巨大化が必要となり成型上好ましくなく、７０％以下の範囲での成型が好ましい。

実施例２
実施例１の配合成型材８に強度向上を目的として補強材を配合して成型した例について記載する。補強材はガラス繊維短繊維（日東紡製）であって強化プラスチックス（ＦＲＰ）に使用する繊維径１１μ、長さ０．５インチのものを使用した。実施例１のポリスチレン樹脂と石炭灰配合成型材重量１００部に対してガラス繊維短繊維重量２部を配合して成型してよく混合した。因みに、このような配合のものは、強度の混合、例えばニーダー等による加熱混合では繊維の破損が生じ、さらに短繊維化して補強材の目的に適さない。

実施例３
使用済みポリスチレン樹脂容器を破砕して得た粉体物とゴミ焼却で発生するフライアッシュ（札幌市ゴミ焼却場平均粒度５０μ）を重量比１：１の配合で使用した。ゴミ焼却で発生するフライアッシュは、珪素分３３％、アルミ分１１％を鉄分２％、カルシュウム分１３％を主成分とする熱伝導率の高いものであって、充填材としては適している。又、表面化粧を目的として赤色着色ホタテ貝殻と使用済みポリスチレン樹脂容器を破砕して得た粉体物とを重量比１：１で混合したものを準備し化粧材配合成型材とした。
次に、成型方法であるが、先ず、上記化粧材配合成型材を一次配合材充填として雌型金型内に３ｍｍの厚みに型内に充填敷設し、その上部に使用済みポリスチレン樹脂容器を破砕して得た粉体物とゴミ焼却で発生するフライアッシュから配合成型材を製造し、次いでバックアップ材として２０ｍｍ充填敷設して合計２３ｍｍ厚として二次充填を終了する。その後、雄型金型をもって抑え加熱加圧した。実施例１と同様に成型用プレスは、１５０トンプレス（森山製作所）、金型は雄雌ＦＲＰ成型用１軸加圧式のものを使用して金型温度１８０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ^２に設定して板状に成型した。１５分の加熱加圧によって内部で化粧材と成型材を熔融せしめ一体化させて冷却後脱型して板状成型物を得た。製品形態は、表層に着色ホタテ貝殻が配列し、裏面が二次配合材で形成された複層成型物がえられた。表層は、ポリスチレン樹脂が透明であることから深みのある表面化粧製品が得られた。

発明の効果

本発明は、使用済み発泡スチロールを熔融してなる塊状物（インゴット）を破砕して生成した粉体、粒体或いはポリスチレン樹脂容器等を破砕してなる粉体、粒体を使用するリサイクルに係わる技術であり、さらに焼却灰等の廃棄物を大量に配合して有価物とする技術であって、しかも、補強材９による強度向上、化粧材７による表面化粧も同時に行うことを可能とする金型成型技術であって製品の多用化に貢献できる。

金型成型手順図

符号の説明

１ ポリスチレン樹脂破砕粉体或いは粒体
２ 石炭灰（フライアッシュ）、ゴミ焼却（フライアッシュ）
３ クラッチ材研磨粉、天然石研磨粉、金属研磨粉、熱硬化性樹脂研磨粉、鉱碎、下水道スラッジ、製紙スラッジ
４ バスタブ、漁船、棟漕類等の廃材破砕物
５ 大理石、砂、炭酸カルシュウム、石膏、天然鉱物粉粒体
６ 木材・ヤシガラ繊維、木材・ヤシガラチップ、ゴムチップ
７ 顔料、着色珪砂・石英・ガラス・アルミ等着色粉粒体
８ ミキサー、ニーダー混練工程
９ ガラス長単繊維及びその加工品、同様にカーボン繊維、アラミド繊維等化学繊維、金属繊維
１０ 一次充填後表面への補強材の配置工程
１１ 金型熱圧成型工程
１２ 低温熱媒冷却工程

Claims (3)

1. 発泡スチロールを熔融冷却して製造した塊状物、或いはポリスチレン樹脂容器等を破砕することにより生じた粒状体、粉状体を加熱加圧成型材料として使用する場合に生じるその流動性を充填材を多量に使用することにより抑制し、加熱金型成型を可能とした成型物製造法。
2. 請求項１にあって、成型物の物性値向上を目的として補強材を成型物内部に一体成型により配置することを可能とした成型物製造法。
3. 請求項１、２にあって、成型物表面に一体成型された化粧層をもつ複数層からなる成型物製造法。

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