JP2005131931A

JP2005131931A - 繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005131931A
Application number: JP2003370330A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ito; 哲夫伊藤; Masaichi Kaneko; 正市金子; Hisatoku Eguchi; 久徳江口
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】廃棄された繊維強化プラスチック成形物を再利用し、密着性、強度、軽量性及び耐腐食性に優れる複合材を提供する。
【解決手段】繊維強化プラスチック廃材の破砕物と熱硬化性樹脂とを含む熱硬化性樹脂組成物から形成された２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板の間に、又は前記熱硬化性樹脂組成物から形成された管状繊維強化プラスチック成形体の中空部に、発泡ポリウレタン材料を注入発泡してなる繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品及びその製造方法に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、強度、軽量性、耐腐食性に優れた繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品及びそ
の製造方法に関する。

ウレタン樹脂発泡体を芯材ないしは中間層としたサンドイッチパネル（例えば特許文献１参照）
は、軽量、断熱性などの特性を活かして浄化槽の蓋や外壁材などに広く一般的に使用されてい
る。
しかし一般的にはウレタン樹脂発泡体の表面材は金属、木、プラスチックなどの板であり、複合
成形素材が使用される例はほとんどなく、いわんや、廃棄された繊維強化プラスチックの破砕物を複合素材として使用することはなかった。
また２枚の繊維強化プラスチック成形板の間に硬質ポリウレタンフォームを注入したパネル材について提案されている（例えば特許文献２参照）。
しかし、通常かかる繊維強化プラスチック成形板には成形時のモールド離型剤が付着しているため、発泡ポリウレタンと一体化させるとき、予め発泡ポリウレタンとの剥離を防止するために離型剤を取り除く必要があり、このため除去工程が必要となる。
特開平１１−２８０１９７号公報特開平１１−４２６５３号公報

発明の目的は、廃棄された繊維強化プラスチック成形物を再利用し、密着性、強度、軽量性及び耐腐食性に優れる複合材を提供することにある。

本発明者等は、前記課題について鋭意検討を重ねた結果、従来の繊維強化プラスチックに代えて廃棄された繊維強化プラスチックを用いれば前記課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った.
すなわち、本発明は、繊維強化プラスチック廃材の破砕物と熱硬化性樹脂とを含む熱硬化性樹脂組成物から形成された２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板の間に、又は前記熱硬化性樹脂組成物から形成された管状繊維強化プラスチック成形体の中空部に、発泡ポリウレタン材料を注入発泡してなる繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品を提供するものである。また本発明は、繊維強化プラスチック廃材の破砕物を含む熱硬化性樹脂組成物から形成された２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板を金型にセットし、前記２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板の間に、発泡ポリウレタン原料を注入発泡し一体成形することを特徴とする繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品の製造方法を提供するものである。

本発明の繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰという）リサイクル複合成形品は、ＳＭＣ製ＦＲＰ製品のリサイクル部材を有効利用し、密着性、強度、軽量性及び耐腐食性に優れ、再リサイクルをすることもできる。
特にウレタン樹脂は自己反応による発泡圧力で廃棄ＦＲＰ成形板に浸透するので、両素材の密着性、及び接着強度が向上したリサイクル複合成形品を得ることができる。
本発明により、従来埋め立て処分、あるいは焼却処分が主体であった廃ＦＲＰ製品を有効利用
することができる。
さらに本発明の複合成形品は平板状、角状、円柱状などに加工することができ、さらに表層部に意匠を施すことや、ゴムシート、不燃板等を張り合わせることが可能であり、山間部遊歩道のステップ、外構部などの木材代替物として使用することができる。
廃棄物の削減とともに、非フッ素系の発泡性ウレタン樹脂を使用することで使用済みの製品は何ら特殊な解体、分別などすることなくセメント原燃材として直接的に有効利用が可能となり、循環型社会の推進に寄与することができる。
また本発明のＦＲＰリサイクル複合成形品は、廃ＦＲＰでないＦＲＰ成形品を製造する際の離型剤を除去する工程が不要である。

以下本発明の実施をするための形態について、さらに詳しく説明する。
本発明に使用するＦＲＰの破砕物は、ＦＲＰ成形品を一般的な破砕装置を使用することにより得ることができる。
前記のＦＲＰ成形品としては、例えば、浴槽浴室パネル、防水パン、洗面化粧台、キッチンカウンター、浄化槽、給水タンク等の住宅用部材、パイプ、プール、水槽、等の工業部材、船舶、自動車部品、ヘルメット、マネキン、椅子等が挙げられる。
かかるＦＲＰ成形品を破砕する際、ガラス繊維等の複合物等が混入するが、本発明の破砕物はこれらのものを含んでいてもよい。

また破砕を細かくすることはコストアップにつながり、かつ粉状物が多くなりその後の成形物の強度低下につながる結果となるので、本発明の破砕物は、破砕の粗い破砕物であることが好ましい。
破砕物の形態は粉状、粒状、繊維状、ひじき状、板状等が挙げられ、これらの少なくとも１つの形態を有するものであるが、これらの混合物であってもよい。
また破砕物の平均粒径は、０．０５〜２０ｍｍであり、１〜１５ｍｍのものが主であることが好ましい。破砕物の粒径の分布域は、０．０５〜２０ｍｍの範囲内であればどのような分布をしていても差し支えない。

本発明に使用する熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。これらのうち、不飽和ポリエステル樹脂が好ましい。これらの樹脂の一種類または２種類以上を混合して用いることができる。
不飽和ポリエステル樹脂は、通常不飽和ポリエステル樹脂のスチレンモノマー溶液であり、これにラジカル重合開始剤、必要に応じて更に硬化促進剤を含有するものである。かかる不飽和ポリエステル樹脂を常温ないし加熱下で硬化させる。

本発明に使用する熱硬化性樹脂組成物には、ＦＲＰ廃材と熱硬化性樹脂のほか、繊維強化材を含むことができる。かかる繊維強化材としては、無機繊維、有機繊維等が挙げられる。無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維等が挙げられ、有機繊維としては、例えば炭素繊維、ケブラー繊維等が挙げられる。これらの繊維のうち、ガラス繊維が好ましい。
かかる繊維の平均繊維長は、好ましくは５０ｍｍ以下のもので、より好ましくは０．１〜２０ｍｍである。また、これら短繊維の他に、平織り、朱子織、不織布、マット、ロービング等を成形品中に層状、筋状になるように入れることもできる。

前記熱硬化性樹脂組成物は、金型、木型、プラスチック型などに充填し、室温ないし加熱成形することで板状品、半割柱状品、中ぐり柱状品などの成形品を得ることができる。
ＦＲＰの破砕物と熱硬化性樹脂とを混合する際に、成形品の機械的強度、緻密性、木質感を与えるために、木粉を混合することが好ましい。
木粉の種類及び大きさは、特に限定することなく一般的に入手可能なものを使用することができる。特に、機械的強度向上を目的とするならば、平均粒径が５００μｍ以下の木粉が好ましい。

前記ＦＲＰの破砕物と前記熱硬化性樹脂との混合比率は、ＦＲＰの破砕物が８０〜９５重量％であり、熱硬化性樹脂が５〜２０重量％の範囲である。これらのうち、熱硬化性樹脂の割合が８〜１５重量％であることが好ましい。
木粉を混合する場合、成形体の特徴となる腐食性、耐水性を損なわない限り、５〜３０重量％であることが好ましく、１０〜２５重量％であることが特に好ましい。

さらに木粉を使用する場合は、成形品の機械的物性などを改善する目的で、さらにタッキファイアー材や熱可塑性樹脂を添加することができる。
タッキファイアー材としては、ロジン、一般的な液状あるいは固形品の石油樹脂が挙げられる。
また熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン等が挙げられる。これらを単独あるいは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
これらの熱可塑性樹脂は、パウダー状、ペレット状、フレーク状、液状タイプのものを使用することが配合上好ましい。これらの熱可塑性樹脂の木粉に対する配合比率は、木粉１００重量部に対し５〜５０重量部であることが好ましく、５〜２０重量部であることが特に好ましい。

本発明に使用する発泡ポリウレタン材料は、ポリオールコンパウンドとポリイソシアネートとから得られるものであり、合成木材用として一般的に使用されるものである。
かかる発泡ポリウレタン材料は、発泡密度が重要であり、本発明においては、発泡密度が０．１〜０．７g/ｃｍ³の発泡ポリウレタンを使用することができる。
ポリオールコンパウンドは、通常粘度、密度、発泡セル、発泡硬化時間などを調製するため、触媒、整泡剤、発泡剤及び難燃剤等の助剤類が添加混合されている。ポリイソシアネートにも粘度、発泡硬化時間を調製するための助剤が添加することができる。

前記ＦＲＰ廃材の破砕物と熱硬化性樹脂とを含む熱硬化性樹脂組成物を成形することにより、
成形板、半割り柱状成形品、中ぐり柱状品等のＦＲＰ硬化成形体を得ることができる。
前記成形板は、例えば成形物の密度、空隙率、厚さ及び機械的強度等を考慮して、ＦＲＰ廃材の破砕物と熱硬化性樹脂との混合物を金型、木型等に充填して公知の加圧方法で加圧、硬化させることにより得られる。かかる成形板は、それぞれ厚さ、組成、表面状態（フラット、波板等）等はどのようなものであってもかまわない。

また前記半割り柱状成形品は、例えば角柱状、円柱状の成形品を成形する場合、ＦＲＰ廃材の破砕物と熱硬化性樹脂との混合物を、角柱であればコ型、円柱であればＣ型半割棒を２個を作り、互いに合わせて芯部が空洞になるように固定すればよい。

前記中ぐり柱状品は、例えばＦＲＰ廃材の破砕物と熱硬化性樹脂との混合物を金型等を用いて角柱状、円柱状等の成形品を作成し、ドリル等の中ぐり機で円形の空洞を作ることにより得ることができる。

本発明に使用するＦＲＰ硬化成形体は、内部に空隙を有し、空隙率が１〜３０％であるものが好ましく、このうち５〜２０％のものが特に好ましい。空隙率が１〜３０％の範囲にあれば、発泡ポリウレタン材料が、成形体の内部に深く侵入し、ＦＲＰ硬化成形体と発泡ポリウレタン材料とが強固に結合することになり、得られるＦＲＰリサイクル成形品の強度を向上させることができる。
ここで、空隙率とは、次の式で計算される。
空隙率＝［（Ｘ−Ｙ）÷Ｘ］×１００
Ｘ：本発明のＦＲＰ成形体の体積
Ｙ：本発明のＦＲＰ成形体を水に満たされた容器に浸漬した際、その容器からあふれ出た水の量
Ｘ−Ｙ：全体空隙の体積の合計

これらの成形品に強さ及び意匠性を付与するため、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維等の繊維から得られるマット、不織布、織物、及びプラスチック、ゴム、金属、木材から選択されるシート等を貼ることができる。板状成形品の場合、片面または両面に、これらのシートを貼るものであり、柱状品の場合、表面にマット、不織布、予め樹脂含浸したプリプレグ状の織物等のシートを貼るか、又は成形時にスプレーやはけ塗りなどで貼るものである。プラスチック、金属、木材等のシート等は予め接着剤を塗布するとか、接着シートを介して使用することができる。

前記で得られる板状品、半割り柱状品、中ぐり柱状品などの成形物に、発泡ポリウレタン材料を
注入発泡させることにより、本発明のＦＲＰリサイクル複合成形品を得ることができる。この場合、板状品では、上層、下層材の中間層に発泡ポリウレタン材料を注入したのち発泡させることにより得られる。柱状成形品については中空部の中芯に発泡ポリウレタン材料を注入発泡させることにより、発泡ポリウレタンが中芯の複合柱材成形品が得られる。

本発明のＦＲＰリサイクル複合成形品の製造方法は、板状の場合、ＦＲＰの破砕物と熱硬化性樹
脂と樹脂の硬化剤とをミキサーで混合して得た硬化用混合物をモールドに充填し、硬化させることにより上層及び下層の成形物を得て、この成形物を金型、木型などの型にセットし、中間層に発泡ポリウレタン材料を注入し、発泡、硬化させることにより中間層が発泡ポリウレタンの複合成形品を得るものである。
また半割り柱状品、中ぐり柱状品などの管状成形品の場合、中空部に発泡ポリウレタン材料を注入し、発泡、硬化させることにより中芯が発泡ポリウレタンの複合成形品を得るものである。

前記方法により得られるＦＲＰリサイクル複合成形品は、強度、耐久性の向上、表面意匠性、耐滑り性を付与する等の目的で、上下層の片面または両面にマット、織物、ゴムシート等を張り合わせることができる。
かかるＦＲＰリサイクル複合成形品の密度は、ＦＲＰ硬化成形体及び発泡ポリウレタンの厚さと密度に応じて選択することができる。

本発明のＦＲＰリサイクル複合成形品は、主に屋外の歩行路、外構用部材など、例えば、歩道、
遊歩道、駐車場等における木材、コンクリートなどの工作材料代替物として使用され、軽量、耐腐食性などの特性を生かして土中に埋め込むことも可能である。このような用途に対しては、さらに表面に滑りにくい素材などを成形前、または成形後に貼ることより効果的なものとすることができる。

以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。文中
の「％」は、断りのない限り重量基準である。

（実施例１）
ＳＭＣ製バスタブを破砕機にて破砕し、８ｍｍの篩通過の破砕物を得た。これに「ポリライトＰＭ４００」（不飽和ポリエステル樹脂、大日本インキ化学工業（株）製）、スチレンモノマー、及び硬化促進剤としてトリゴノックス１２１−５０及びカヤカルボンＢＩＣ−７５（化薬アクゾ（株）製）を配合し、ミキサーにて均一に撹拌することで上下層及び表層成形物用の混合物を調製した。ここで各配合物の配合比率は、破砕物（Ａ１）：「ポリライトＰＭ４００」：スチレンモノマー＝９０：８．４：１．６、「ポリライトＰＭ４００」とスチレンモノマー樹脂混合物：トリゴノックス１２１−５０：カヤカルボンＢＩＣ−７５＝９８：０．４：１．６である。

調製した上層及び下層用混合物を１６０℃に予熱した縦１５ｃｍ×横２２ｃｍの金型に計算密度
１．２ｇ／ｃｍ^３となる量を均一に充填し、１６０℃にて５ｋｇ／ｃｍ^２の加圧下で１０分間加熱することにより、厚さ２ｃｍ、密度１．１９ｇ／ｃｍ^３の平板を得た。この平板成形物の曲げ強度は、スパン＝１６０ｍｍ、ヘッドスピード＝２ｍｍ／分の条件で測定すると１０．８ＭＰａであった。またこの平板成形物の空隙率は１２％であった。
この平板成形物を縦１５ｃｍ×横２２ｃｍ×深さ６ｃｍの金型に夫々金型の上面及び下面にセットし、下面成形物の上にポリオール成分として「ハイプロックスＰＲ−７１６０」（大日本インキ化学工業（株）製）とポリイソシアネート成分として「ハイプロックスＳＰ−２９５」（大日本インキ化学工業（株）製）とを発泡後の密度が０．５ｇ／ｃｍ^３となるように注入し、速やかに型締めし、常温にて１５分間放置することで均一な３層構造のウレタンパネルを得た。
このパネルの密度は、０．９６ｇ／ｃｍ^３であった。このパネルの曲げ強度は、１１．５ＭＰaであった。比較のために成形した６ｃｍ厚さ、密度０．５ｇ／ｃｍ^３の発泡ウレタン成形物の曲げ強度は１０．２ＭＰａであった。

（実施例２）
目付け量４００ｇ/ｍ^２のガラスマットに実施例１で用いたと同じ樹脂混合物を樹脂含浸量が４０％になるように含浸させ、マットプリプレグを作成した。作成したマットプリプレグを金型の下層に敷き、その上に実施例１と同様に調製した成形物用混合物を均一に充填し、厚さ２ｃｍ、密度１．２３ｇ／ｃｍ^３の平板成形物を得た。このものの曲げ強度はマット面を下面になるようにセットして測定した場合、２４．５ＭＰａであった。またこの平板成形物の空隙率は１０％であった。
このようにして調製した平板成形物をともにマット面が下になるように型内にセットし、実施例１と同様の発泡ウレタン樹脂を発泡後のウレタン樹脂層が０．５ｇ／ｃｍ^３となるように注入し，常温にて１５分間発泡硬化させることで均一なパネルを得た。得られた複合パネルの密度は、０．９９ｇ／ｃｍ３、曲げ強度は２７．１ＭＰａであった。

（実施例３）
表面に意匠性を施すためにアクリル樹脂、ポリエステル樹脂等のシートにプリントした化粧シートを金型の下面にセットし、その上に実施例２と全く同様な材料構成及び方法で表面に模様を着けた複合パネルを得た。

（実施例４）
実施例１と同様にして調整した６ｍｍの篩通過のバスタブ破砕物、１２０メッシュの篩通過の木粉
、及び「ポリライトＰＭ４００」、スチレンモノマー、及びトリゴノックス１２１−５０及びカヤカルボンＢＩ
−７５の混合物を、破砕物と木粉と樹脂とを、夫々６２：２０：１８の比率で配合し、成形用混合物を得た。調製した成形用混合物を７０ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（高さ）×３００ｍｍ（長さ）×１０ｍｍ（厚さ）の金型に充填密度として１．２ｇ／ｃｍ^３になるように均一に充填し、１６０℃にて１０分間加熱成形することで半割り角柱状の成形物を得た。この半割り角柱状品の空隙率は、７％であった。
半割り角柱状成形品２枚を重ね合わせ中心部に発泡後の密度として０．５ｇ／ｃｍ^３となるように実施例１記載のウレタン樹脂を注入することで全体が７０ｍｍ（幅）×４０ｍｍ（高さ）×３００ｍｍ（長さ））の角柱パネルを得た。パネルの密度は、０．９３ｇ／ｃｍ^３、実施例１と同様の測定条件における曲げ強度は１２．２ＭＰａであった。

Claims

繊維強化プラスチック廃材の破砕物と熱硬化性樹脂とを含む熱硬化性樹脂組成物から形成された2枚の繊維強化プラスチック硬化成形板の間に、又は前記熱硬化性樹脂組成物から形成された管状繊維強化プラスチック硬化成形体の中空部に、発泡ポリウレタン材料を注入発泡してなる繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品。
前記繊維強化プラスチック硬化成形板又は管状繊維強化プラスチック硬化成形体が、内部に空隙を有し、かつ空隙率が１〜３０％である請求項１記載の繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品。
前記熱硬化性樹脂組成物が、繊維強化プラスチック廃材の破砕物８０〜９５重量％と熱硬化性樹脂５〜２０重量％とを含む請求項１又は２記載の繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品。
前記熱硬化性樹脂組成物が、さらに木粉を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品。
前記熱硬化性樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂及びフェノール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂である請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品。
繊維強化プラスチック廃材の破砕物を含む熱硬化性樹脂組成物から形成された２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板を金型にセットし、前記２枚の繊維強化プラスチック硬化成形板の間に、発泡ポリウレタン材料を注入発泡し一体成形することを特徴とする繊維強化プラスチックリサイクル複合成形品の製造方法。