JP2006116818A

JP2006116818A - 廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を利用した発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の製造方法及びその成形体

Info

Publication number: JP2006116818A
Application number: JP2004307293A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Hashimoto; 芳彦橋本; Ryuichi Yoshida; 隆一吉田; Hiroaki Machimoto; 博明町元
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】焼却・埋め立てされていた廃発泡ポリオレフィン成形体を再度、発泡成形体として、使用できるリサイクル方法と成形不良率の低い成形体を得ること。
【解決手段】廃発泡ポリオレフィン成形体を１ｍｍ〜３０ｍｍに粉砕し、摩擦熱により減容・造粒後、バージンのポリオレフィン樹脂と混合後、再度押出機にてペレット化して、水分散系にてガスを含浸後、予備発泡粒子を作り、それを用いて発泡成形体を作るリサイクル方法及びその成形体。
【選択図】なし。

Description

本発明は、廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を利用した発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の製造方法に関する。

廃発泡ポリオレフィン系成形体は再資源化が困難であり、現状では大部分が埋立処理、焼却処理等で処理されている。しかし、埋立処理スペースが限られる、或いは、焼却排ガス対策が必要、処理施設建設費の高騰、処理費用の高騰と環境問題が付随して、廃発泡ポリオレフィン成形体の処理が困難に遭遇している。この問題を解決するために、廃発泡ポリオレフィン成形体の再利用方法が検討、開発されてきた。

例えば、架橋ポリオレフィンの発泡体の裁断した小片を有機溶剤に浸して加熱し、該小片を膨潤させた後、乾燥して脱泡して再生ポリオレフィンを製造する方法（特許文献１）、高発泡倍率の発泡体の小片を熱収縮後、ビーズ成形又は押出発泡成形する方法（特許文献２）、廃発泡成形品を熱線で角状細片に切断した細片とバ−ジンの予備発泡粒子と混合後、成形する方法（特許文献３）、廃発泡熱可塑性樹脂成形体を押出機中で加熱溶融して押し出し、切断することにより作製された再生樹脂粒子に、発泡剤を含浸させて得た再生発泡性樹脂粒子と、新しい熱可塑性樹脂に発泡剤を含浸させて得た発泡性樹脂粒子とを、任意の比率で混合した後、これら樹脂粒子を所定発泡倍率に予備発泡させて予備発泡粒子とし、この予備発泡粒子を成形することを特徴とする発泡熱可塑性樹脂成形体の製造方法（特許文献４）、発泡熱可塑性樹脂成形体を粉砕機にて粉砕した粉砕物を加熱容器に入れて攪拌加熱した粉砕品と、新しい熱可塑性樹脂に発泡剤を含浸させて得た発泡性樹脂粒子を所定発泡倍率に予備発泡させた予備発泡粒子とを、任意の比率で混合した後、発泡成形することを特徴とする発泡熱可塑性樹脂成形体の製造方法（特許文献５）、ポリプロピレン系樹脂を６０重量％以上含有する任意の形状の基材樹脂を少なくとも１回以上押出処理し押出樹脂とした後、この押出樹脂に発泡剤を添加して発泡させポリプロピレン系樹脂発泡体を得ることを特徴とするポリプロピレン系樹脂発泡体の製造方法（特許文献６）等が提題されている。又摩擦熱で発泡体を減容させる方法として、相対向しかつ互いに反対方向に高速回転するように構成した一対の盤体の外周縁に小溝を並設した摩擦面を形成し、ホッパーからファンの吸引力により該盤体内に引き込まれた多泡体樹脂を遠心力により前摩擦面に供給し、当該樹脂への圧縮と摩擦熱により樹脂を溶融し、小粒子状にする装置が開示されている（特許文献７）。さらに、上記の装置を改良したものとして、一対の外周部に細溝とその内周部に粗溝を形成し、当該粗溝と細溝と連通構成し、盤体を相対的に高速回転しながら盤体の間に発泡スチロールを供給して減容する装置（特許文献８）、又、底部に熱可塑性樹脂発泡体を荒粉砕する破砕刃有するホッパ−、そのホッパ−の粉砕物出口の直下に接続されていて粉砕された熱可塑性樹脂発泡体の容積を減少させる減容部とからなり、該減容部には、冷却用媒体が循環する経路が形成されており、固定したホッパーと第１の盤体、および回転駆動される螺旋状送り手段と第２の盤体とを有していて、荒粉された熱可塑性樹脂発泡体を二つの盤体間で再度粉砕した後、軟化造粒化した状態で、二つの盤体間から放出するようになっている、熱可塑性樹脂発泡体の再生処理装置（特許文献９）が提案されている。
特開昭６３−８３１４５号公報特開平３−１１８１４１号公報特開平４−１０８８３５号公報特開平６−１６６１１５号公報特開平６−２９３０８１号公報特開平８−２８１７６２号公報特公昭５４−１２５１２号公報特公昭６０−６２０５号公報特開平５−８４７４３号公報

しかしながら、前記記載の従来の方法では、工数がかかるためコスト的に高い、或いは、品質が不十分である等の問題があった。一般に、複数種の樹脂をブレンドして予備発泡粒子を得ようとすると、樹脂種の違い、造粒形状の違いから、倍率バラツキが大きく、このようにして得られた予備発泡粒子を用いて型内発泡成形を行うと、融着が悪く、成形体の不良率が高い。以上のような課題に鑑み、本発明は、廃ポリオレフィン系樹脂成形体を利用しても、バージンのポリオレフィン系樹脂と比して強度低下が少なく、成形体の不良率が低い等品質の良好な、発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の製造方法を提供せんとするものである。

上記課題に鑑み鋭意検討した結果、廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を粉砕し、摩擦熱により造粒後、バージンのポリオレフィン系樹脂と混合、再度押出機にてペレット化して、水分散系にてガスを含浸後、予備発泡粒子を作り、それを用いて発泡成形体を作ることで良好な品質を有する発泡ポリオレフィン系樹脂成形体が得られることを見出し本発明の完成に至った。

即ち本発明の第１は、（ａ）廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の大きさに粉砕し、摩擦熱により減容・造粒して、廃ポリオレフィン系樹脂造粒物を得る工程、
（ｂ）該廃ポリオレフィン系樹脂造粒物とバージンのポリオレフィン系樹脂とを混合して、再度押出機にてペレット化する工程、
（ｃ）該ペレットを水分散系にて発泡剤を含浸、発泡させて、予備発泡粒子を作製する工程、
（ｄ）該予備発泡粒子を用いてポリオレフィン系樹脂発泡成形体を製造する工程、
を含むことを特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法に関する。

好ましい実施態様としては、
（１）廃ポリオレフィン系樹脂造粒物５重量％以上９５重量％以下とバージンのポリオレフィン系樹脂５重量部以上９５重量％以下と混合すること、
（２）互いに窪みを有する固定盤と回転盤との間に供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒すること、
（３）互いに窪みを有する回転盤と逆回転盤との間に供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒すること、
を特徴とする前記記載のポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法に関する。

本発明の第２は、前記記載の製造方法によって製造されたポリオレフィン系樹脂発泡成形体に関する。

廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を用いても、バージンのポリオレフィン系樹脂と比して強度低下が少なく、成形体の不良率が低い発泡ポリオレフィン系樹脂成形体が得られる。その為、廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を焼却・埋め立てすることなく、リサイクルに供することが可能となった。

本発明は、（ａ）廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の大きさに粉砕し、摩擦熱により減容・造粒して廃ポリオレフィン系樹脂造粒物を得る工程、
（ｂ）該廃ポリオレフィン系樹脂造粒物とバージンのポリオレフィン系樹脂とを混合して、押出機にてペレット化する工程、
（ｃ）該ペレットを水分散系にて発泡剤を含浸、発泡させて、予備発泡粒子を作製する工程、
（ｄ）該予備発泡粒子を用いてポリオレフィン系樹脂発泡成形体を製造する工程、
を含むことを特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法である。

本発明のポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン共重合体、プロピレン共重合体が挙げられ、具体的には、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどのエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体（エチレン含有率１〜１５重量％、プロピレン含有率８５〜９９重量％）、エチレン−プロピレンブロック共重合体、エチレンおよび／またはプロピレンと他の単量体との共重合体であるプロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン変成ポリエチレンなどがあげられる。

本発明で使用する廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の発泡倍率は、好ましくは３〜７０倍である。

廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の粉砕に使用する粉砕機は、公知の装置を使用することが出来、例えば、通常の剪断粉砕機、衝撃粉砕機を用いて行うことが出来る。中でも、高倍率の廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を粉砕する場合、剪断式粉砕機を用いることが生産性から好ましい。粉砕方法としては、１回の粉砕で所定の大きさの粉砕物を得ても良いし、粗粉砕した後、２回以上の粉砕をして所定の大きさに粉砕しても良い。所定の大きさに廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を粉砕するには、例えば、粉砕機に廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体の粉砕の大きさを規制するパンチングメタルや格子のスクリーンを設置する方法等が挙げられる。

廃ポリオレフィン系樹脂成形体は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の大きさに粉砕する。ここで言う大きさとは、最長部の長さを言う。３０ｍｍを越えると、押出機に安定的に供給されにくく、サージングが起り易くなり、１ｍｍ未満に粉砕するには、時間がかかり実用的でない。

粉砕された廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を摩擦熱で造粒し、廃ポリオレフィン系樹脂造粒物（以下、再生造粒物（Ａ）と言う場合がある）を得る。摩擦熱による造粒機は公知の装置を使用することが出来、例えば、特許文献７、特許文献８、特許文献９のように、相対的に反対方向に高速回転するように構成した造粒機が挙げられる。本発明においては、互いに窪みを有する固定盤と回転盤との間に発泡樹脂を供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒する、或いは、互いに窪みを有する回転盤と逆回転盤との間に発泡樹脂を供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒することが好ましい。

本発明においては、再生造粒物（Ａ）とバージンのポリオレフィン系樹脂とを混合して、再度押出機にてペレット化し、ペレット（以下、再生ペレット（Ｂ）と言う場合がある）を得る。

再生造粒物（Ａ）とバージンのポリオレフィン系樹脂との混合比は、特に限定はないが、廃ポリオレフィン系樹脂ペレット５重量％以上９５重量％以下、バージンのポリオレフィン系樹脂５重量％以上９５重量％以下の割合で混合することが好ましく、更には、廃ポリオレフィン系樹脂ペレット１０重量％以上６０重量％以下、バージンのポリオレフィン系樹脂４０重量％以上９０重量％以下の割合で混合することが好ましい。上記範囲内で混合することで、良好な品質のポリオレフィン系樹脂発泡成形体が得られる傾向にある。

使用するバージンのポリオレフィン系樹脂の種類は、再生造粒物（Ａ）と同種であることが品質の点から好ましい。再生造粒物（Ａ）とバージンのポリオレフィン系樹脂とを混合後、押出機でペレット化する。押出機は、公知のものを使用することが出来、具体的には、一軸押出機、二軸押出機、コニカル押出機等の押出機が例示できる。中でも、二軸押出機を用いることが生産性から好ましい。押出する際の温度は、樹脂の種類によって異なるため一概には決めることは出来ないが、概ね１８０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。

以上のようにして得られる再生ペレット（Ｂ）のＭＩ（メルトフローインデックス、ＪＩＳＫ６７５８）は、０．１ｇ／１０分以上４０ｇ／１０分以下であることが好ましく、更に好ましくは、０．５ｇ／１０分以上３０ｇ／１０分以下である。また、該ＭＩ値を考慮して、バージンのポリオレフィン系樹脂を選ぶことも好ましい。

再生ペレット（Ｂ）を作製する際に、たとえばタルク、シリカ、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、珪藻土、クレイ、重曹、硫酸バリウム、ベントナイト等の無機造核剤をポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、好ましくは０．０１重量部以上５重量部以下、更に好ましくは、０．０１重量部以上１重量部以下添加してもよい。更に紫外線吸収剤、帯電防止剤、熱安定剤、難燃剤、着色剤またはパーオキサイドなどを混合してもよい。再生ペレット（Ｂ）の大きさは、最長部が、好ましくは０．２５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に好ましくは０．５ｍｍ以上６ｍｍ以下である。

再生ペレット（Ｂ）を水分散系にて発泡剤を含浸、発泡させて、予備発泡粒子を作製する。再生ペレット（Ｂ）から予備発泡粒子を作製するには、公知の方法を用いることが出来、例えば耐圧容器中で再生ペレット（Ｂ）と発泡剤とを難水溶性無機物質微粉末および陰イオン界面活性剤が併用した分散剤の存在下で水に分散させ、再生ペレット（Ｂ）粒子に発泡剤を含浸させるために、前記分散物を再生ペレット（Ｂ）の結晶融点−２５℃から該融点＋１０℃の範囲の温度に加熱し、一定の温度および圧力に該耐圧容器内を維持しながら、用いた再生ペレット（Ｂ）粒子の粒子径の１．２〜２．５倍の孔径を有する開孔から低圧域に該再生ペレット（Ｂ）粒子および水の前記分散物を放出することによって得られる。

発泡剤としては、たとえば、無機ガス、沸点が−５０〜１２０℃である炭化水素またはハロゲン化炭化水素、水、エーテル等が挙げられ、具体例としては、二酸化炭素、空気、窒素、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、モノクロロメタン、ジクロロメタン、モノクロロエタン、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン、ジメチルエーテルなどがあげられ、それらの化合物を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。前記発泡剤の仕込量は再生ペレット（Ｂ）を構成する樹脂の種類、発泡剤の種類、所望される発泡倍率および耐圧容器内の樹脂に対する容器の気相空間の比率により決定されうるが、概ね発泡剤の仕込量はポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、通常、発泡剤５〜６０重量部含浸されるように決定されることが好ましい。

再生ペレット（Ｂ）を水中に分散させる際には分散剤を使用し、加熱時に前記樹脂粒子同士が互いに融着することを防止することが望ましい。使用する分散剤としては、たとえば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、Ｎ−ポリビニルピロリドンのような水溶性高分子；リン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、炭酸亜鉛のような水に難溶性の無機物質の微粉末；またはそのような無機物質の微粉末と少量のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、α−オレフィンスルホン酸ソーダ、アルキルスルホン酸ソーダまたは同様の陰イオン界面活性剤との混合物があげられる。分散剤の使用量は、前記再生ペレット（Ｂ）１００重量部に対して０．１重量部以上１０重量部以下であることが好ましく、特に分散剤として難溶性無機物資微粉末を使用する場合、難溶性無機物質微粉末０．１重量部以上３重量部以下と陰イオン界面活性剤０．００１重量部以上０．５重量部以下とを前記再生ペレット（Ｂ）１００重量部に対して用いることが好ましい。

前記耐圧容器内で加圧され、未発泡状態にある加熱された再生ペレット（Ｂ）の発泡性粒子と水との前記分散物が、ポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径の１．２〜２．５倍の孔径を有する開孔を通して低圧域に放出される。前記孔径が小さすぎると前記粒子が該開孔を通過することができず閉塞をおこす場合があり、該孔径が粒子径の２．５倍よりも大きすぎると圧力下で未発泡であり加熱により軟化された多数の未発泡性粒子が同時に前記開孔を通して低圧域に放出され、該開孔通過時または発泡時に粒子間の熱融着がおこり、ブロッキングが生じる恐れがある。

得られた予備発泡粒子は公知の方法により型内成形され、ポリオレフィン系樹脂発泡成形体が得られる。例えば、前記予備発泡粒子は、そのまま、または適切な時間養生および乾燥されたのち、そのまま、または引き続いて発泡能を付与したのち型に充填される。充填後、型内成形のために水蒸気のごとき加熱媒体で加熱される。前記予備発泡粒子に発泡能を付与する方法としては、公知の方法を用いることが出来るが、例えば、前記予備発泡粒子の気泡に窒素ガス、空気、または、同様の無機ガスを含浸させる方法、または該粒子を圧縮することにより該粒子に高められた気泡内圧力を付与する方法をあげることができる。或いは、発泡能を付与した予備発泡粒子を充填した型の内容積を型圧縮により減じて成形するという方法もまた有用である。この方法において、均一で微細な気泡構造、均一な粒子寸法、外観美麗、密度分布が均一で粒子間が効果的に融着する型内発泡成形体が得られる。成形時の加熱条件は樹脂の種類により異なる。加熱媒体として水蒸気が用いられるときには、例えば、１０５〜１６０℃の水蒸気で約５秒間〜３分間加熱される条件が選ばれうる。

（１）再生造粒物（Ａ）の作成
（Ａ１）エチレン−プロピレンランダム共重合体（密度０．９１ｇ／ｃｍ³、ＭＩ＝５．５ｇ／１０分、エチレン含有率約３％、共重合体１００重量部に対して、タルク０．０５部含有）の発泡倍率３０倍のボード成形体を１０ｍｍφのパンチングメタルを設置した三力製作所製一軸剪断式粉砕機ＦＳ−１にて粉砕し、１０ｍｍ粉砕品を定量的に回収した。減容機（名濃製、ＦＭ−１０）使用し、再生造粒物（Ａ）を作製した。
（Ａ２）（Ａ１）と同じ成形体を用い、５０ｍｍφのパンチングメタルを設置した三力製作所製一軸剪断式粉砕機ＦＳ−１にて粉砕し、５０ｍｍ粉砕品を定量的に回収した。減容機（名濃製、ＦＭ−１０）使用し、再生造粒物（Ａ２）を得ようとしたが、食い込みが悪く再生造粒物（Ａ２）が旨く得られなかった。
（２）再生ペレット（Ｂ）
バージンのエチレン−プロピレンランダム共重合体（密度０．９１ｇ／ｃｍ³、ＭＩ＝５．５ｇ／１０分、エチレン含有率約３％、共重合体１００重量部に対してタルク０．０５部含有）の約２ｍｍのバージンのペレットと再生造粒物（Ａ１）とを表１の様にブレンド後、５０ｍｍの押出機を使用し、２４０℃で約２ｍｍの再生ペレット（Ｂ）を作成した。
（３）予備発泡粒子の作製
再生ペレット（Ｂ１）〜（Ｂ３）を、攪拌機を有する耐圧容器中で該ペレット１００重量部に対して、分散剤としてパウダー状塩基性第３リン酸カルシウム０．５重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ０．０２５重量部の存在下に水３００重量部中に分散させた。前記分散物を攪拌しながらジクロロジフルオロメタン５５重量部を加え、該分散物を１３６℃に加熱した。引続いて容器内の圧力を窒素ガスで３０Ｋｇ／ｃｍ²（ゲージ圧）に維持しながら、ペレットおよび水の混合物を内径２５ｍｍの放出バルブの後方端に取付けたオリフィス板の直径３ｍｍの円形オリフィスを通して大気中に放出し、発泡粒子をえた。放出に要した時間は約１０秒であった。えられた予備発泡粒子（Ｃ１）〜（Ｃ３）は約０．０２７ｇ／ｃｍ³で均一なものであった。

又再生造粒物（Ａ１）を、２ｍｍφのパンチングメタルを設置した三力製作所製一軸剪断式粉砕機ＦＳ−１にて粉砕し、再生粉砕造粒物（Ａ１１）を得、約２ｍｍのバージンペレットと重量比で５０／５０にブレンド後、上記再生ペレット（Ｂ１）と同じようにして、予備発泡粒子（Ｃ４）を得た。得られた予備発泡粒子は不揃いであった。
（４）発泡成形体の作成
予備発泡粒子（Ｃ１）〜（Ｃ３）及び（Ｃ４）を６０℃２４時間乾燥させたのち、室温で、３．５Ｋｇ／ｃｍ²（ゲージ圧）の空気で１６時間加圧した。そののち４００×３００×５０ｍｍの型に充填し、型内成形するため３．０Ｋｇ／ｃｍ²（ゲージ圧）の水蒸気で加圧して約３０倍の成形体を得た。５０個成形して充填不良の個数を調べた。又良品の４００×３００×５０ｍｍから５０×５０×２５ｍｍに切断したサンプルの５０％の圧縮強度も測定した。

減容機の回転刃と固定刃

符号の説明

Ａ１回転刃溝部
Ａ２固定刃溝部
Ｂ凸部
Ｃ凹部

Claims

（ａ）廃発泡ポリオレフィン系樹脂成形体を１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の大きさに粉砕し、摩擦熱により減容・造粒して、廃ポリオレフィン系樹脂造粒物を得る工程、
（ｂ）該廃ポリオレフィン系樹脂造粒物とバージンのポリオレフィン系樹脂とを混合して、再度押出機にてペレット化する工程、
（ｃ）該ペレットを水分散系にて発泡剤を含浸、発泡させて、予備発泡粒子を作製する工程、
（ｄ）該予備発泡粒子を用いてポリオレフィン系樹脂発泡成形体を製造する工程、
を含むことを特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法。
廃ポリオレフィン系樹脂造粒物５重量％以上９５重量％以下とバージンのポリオレフィン系樹脂５重量部以上９５重量％以下と混合することを特徴とする請求項１記載のポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法。
互いに窪みを有する固定盤と回転盤との間に供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒することを特徴とする請求項１または２記載のポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法。
互いに窪みを有する回転盤と逆回転盤との間に供給して、細隙に発泡樹脂を通過させて摩擦熱により減容・造粒することを特徴とする請求項１または２記載のポリオレフィン系樹脂発泡成形体の製造方法。
請求項１〜４何れか一項に記載の製造方法によって製造されたポリオレフィン系樹脂発泡成形体。