JP2007002078A

JP2007002078A - 着色ゴムチップの製造法

Info

Publication number: JP2007002078A
Application number: JP2005182944A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Umemura; 晃由梅村; Takashi Tanaka; 隆田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】より少ない安価な材料で、より早く、人工芝等に用いる、粘着性のない着色ゴムチップを製造すること。
【解決手段】従来用いられていた塗装用のウレタン樹脂の代わりに、ウレタン塗装プライマーの組成（イソシアネート基を末端に持つウレタンプレポリマーを３０〜５０％、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを１〜６％、残りが酢酸エチル等の溶剤）に相当する溶液を、溶液重量の３０〜１００％のメチルアルコールで希釈し、両者の重量の２５〜４５％の顔料を添加して塗料とし、１〜５ｍｍのゴムチップ１００重量部に対し、塗料３〜５重量部を加えて、攪拌混合する。

Description

本発明は、廃タイヤや窓枠廃材等から作られたゴムチップを原料とし、人工芝等に用いられる着色ゴムチップを製造する方法に関するものである。

現在、人工芝の目地充填材あるいは歩道の弾性舗装材として、広く使用されている着色ゴムチップの製造法には、あらかじめ着色した合成ゴムを破砕する方法と、廃タイヤ等から作られたゴムチップの表面を、顔料を含む樹脂で塗膜する方法とがある。前者の製品は、機械的性質や耐退色性に優れるが、原料が高価であるため、多量に発生する廃タイヤや窓枠廃材等のリサイクル材を原料とする、後者の製品が広く用いられている。

ゴムチップの着色には、一般に、ウレタン樹脂に顔料を添加して作った塗料を、ゴムチップとともに攪拌混合し、塗料がゴムチップの表面を覆った後、これを固化して、着色皮膜とする方法がとられている。この工程では、塗料のゴムチップへの濡れ性（付着性）と付着した塗料の乾燥特性（固化特性）が問題となる。濡れ性が悪いと長時間強力な攪拌を必要とし、乾燥も遅らせる必要がある。このときは、生産速度が遅いばかりか、製品に粘着性が残り、消費される塗料も多く、コストの高いものとなる。

この困難を避ける方法として、例えば、特公平７−１１９２８４では、ゴムチップ１００重量部に、特殊な顔料分散液（天然ゴムのラテックスとポリメチルメタクリレートの共重合体あるいはエチレン・酢酸ビニル共重合体のエマルジョンに、水、乳化剤と顔料を添加したもの）３〜１２重量部を加え、数分間高速攪拌後、攪拌しながら十数分間加熱乾燥して、着色粉末ゴムを製造する方法を示した。この方法では、特殊分散液の採用によって、濡れ性は改善されるが十分ではなく、顔料の付着には高速攪拌を必要とし、乾燥には時間を早めるため加熱を必要とした。つまり、工程は複雑で、用いる薬剤も多く、製造コストはかなり高価とみられる。

また、特開平７−２９２２３８では、ゴムチップ９．５重量部と、顔料１．５重量部を、水性ウレタン樹脂溶液（重量分不明）に混濁した状態で攪拌し、ゴムチップに顔料が十分に被着した後（時間不明）に、８０〜１００℃で1〜２時間加熱乾燥し、不要な粉末を篩い分け除去して、着色ゴムチップを得る方法を示した。この方法では、水性ウレタン樹脂を用いることによって、付着性は改善されたが、固化速度は遅く、加熱乾燥にも長時間を要した。また、ウレタン樹脂は相当過剰に消費されたと見られ、加熱処理の費用も加わって、やはりコスト高とみられる。

また、特開２００２−２０１２８５では、ゴムチップ１００重量部に対し、１．５％の硬化促進触媒（ＤＡＢＣＯ３３ＬＶ、エアープロダクツ（株）製）を含む、ウレタン樹脂（サーファームＦ−９、横浜ゴム（株）製）３０重量部と、顔料６重量部を、攪拌混合した。６０秒以上でゲル化開始、３０分で固化がほぼ完了するので、残った粒子の粘着性を除去するため、無機物粉末（炭酸カルシウムなど）１重量部を添加して、攪拌を続け、製品を得た。この間、エポキシ樹脂の固化に伴ってゴムチップ粒子間に凝集が起こるが、機械的攪拌のみで解除された。
上記の工程において、予め、シラスバルーン１０重量部を混合しておけば、硬化触媒を４．５％まで増やして、ゲル化時間を２分、固化完了時間を４分に縮め、無機粉末の添加なしで、製品を得ることができた。しかし、この場合、製品には粒状物が残った。

このように、ウレタン樹脂とその硬化促進触媒を使えば、加熱処理無しで、比較的短時間に着色ゴムチップが得られることから、製造コストが下がった。しかし、製品の粘着性を取るために、シラスバルーンや炭酸カルシウム等の無機物が残ることと、多量のウレタン樹脂が消費されることが問題であった。
特公平７−１１９２８４号公報特開平７−２９２２３８号公報特開２００２−２０１２８５号公報

解決しようとする課題は、より少ない安価な材料で、より早く粘着性のない着色ゴムチップを製造することである。

従来用いられていた塗装用のウレタン樹脂の代わりに、ウレタン塗装プライマーの組成（イソシアネート基を末端に持つウレタンプレポリマーを３０〜５０％、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを１〜６％、残りが酢酸エチル等の溶剤）に相当する溶液を、溶液重量の３０〜１００％のメチルアルコールで希釈し、両者の重量の２５〜４５％の顔料を添加して塗料とし、１〜５ｍｍのゴムチップ１００重量部に対し、塗料３〜５重量部を加えて、攪拌混合する。

本発明の方法で、廃タイヤや窓枠廃材等から作られた１〜５ｍｍのゴムチップを原料とし、攪拌混合するとき、塗料は、攪拌と塗料溶液の濡れ効果によって、ゴムチップ粒子の表面にゆきわたり、そこでウレタン樹脂の固化が始まり、混合開始後、１分〜１５分でゴム粒子の凝集が起こる。そして、この凝集は、攪拌を続けることによって、機械的に解除され、２０〜30分後には、粘着性のない着色ゴムチップが製造される。この方法は、従来法に比べて、用いる材料は、少量でかつ安価であり、他に炭酸カルシウム等の粘着防止剤の添加等を必要としないことから、早い生産速度と相俟って、生産コストの大幅な低減が可能となる。

本発明で用いる溶液の組成は、イソシアネート基を末端に持つウレタンプレポリマーを３０〜５０％、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを１〜６％、残りが酢酸エチル等の溶剤からなるもので、この溶液は、密封容器に入れた状態では固化反応を起こさず、容易に入手される。価格は安価で、濡れ性があることから、通常は、ウレタン樹脂の塗装や接着のプライマーとして用いられる。この溶液に顔料を加えたのみで、ゴムチップと攪拌混合すると、含まれるウレタン樹脂の固化反応と顔料の付着が起こるが、その速度は遅く、ウレタン固化後も溶剤の酢酸エチル等が液体として残る。従って，顔料の多くは残液に残り、攪拌を続けると、ゴムから分離され、長時間かけてこれを乾燥しても、ゴム表面には、ほとんど顔料が残らない。つまり、プライマーのみでは有効な着色はできない。

しかし、前記プライマーにメチルアルコールを添加すると、酢酸エチルを含む溶剤の蒸気圧が上がり、ゴム表面における溶剤の濡れ性も向上する。したがって、溶液中のウレタン樹脂と顔料は、ゴムチップに接触すると速い速度でその表面全体にゆきわたる。溶液中のウレタンポリマーとイソシアネートとの反応、すなわちウレタン樹脂の固化反応は、早過ぎると、溶液の粘性が増し、ゴムチップの表面全体にゆきわたることが困難となる。しかし、幸いなことに、３０％以上のメチルアルコールで希釈された溶液は、ゴムや空気との接触が行われる前は、急速な固化反応をしない。したがって，塗料はこの間にゴムチップ全体にゆきわたり、固化反応はその後に進行する。

塗料中の溶剤が蒸発すると、ウレタン樹脂と空気およびウレタン樹脂とゴム中の硬化触媒との接触が増し、急速に固化反応が進行する。その結果、ゴムチップ粒子の周りには顔料を含むウレタン樹脂の固体層ができ、１つの粒子の固体層は隣の粒子の固体層とつながる、すなわち着色ゴムチップの凝集が起こる。これによって、着色ゴムチップの見かけ体積が膨張するので、攪拌途中で、凝集が起こった時期は、容易に見分けることができる。攪拌を続けることによって、この凝集は、機械的に解除され、２０〜３０分後に、粘着性の残らない着色ゴムチップが製造される。

添加されるメチルアルコールの量は、概ね、溶剤の酢酸エチルの量と同じであるが、これ以上でもよい。だだ、あまりにメチルアルコールの量が増えると、蒸発に時間がかかり、付着しない顔料の割合が増して、製品の色が薄くなる。メチルアルコールの代わりにエチルアルコールを用いた場合は、蒸発速度が遅く、ゴムチップに長時間粘着性が残る。ここ間攪拌を続けると、顔料とウレタン樹脂がゴム表面から分離されるので、所定の顔料をゴムチップへ付着させるには、大量の樹脂や顔料を必要とする。

塗料が原料のゴムチップ全体にゆきわたるのに要する時間は、一度に投入されるゴムチップの量はもちろん、攪拌機の大きさ構造によっても異なる。そこで、３種類の攪拌機を使用して、着色実験をした結果を実施例１〜実施例３に示す。なお、これらの攪拌機は、通常、セメントと砂利の混練等に利用される、一般的な攪拌機であるが、攪拌による凝集の解除も、混合時と同じ攪拌条件で達成することができた。なお、ここで製造された着色ゴムチップは、従来のものより、不着塗料等の異物が少なく、さらさらと手触りがよく、耐退色性も従来と変わらないものと判断された。

ここで用いた攪拌機は、４５ｒｐｍの速度で、直径４７０ｍｍの攪拌羽根が縦方向に回転する攪拌機である。この攪拌機に、３〜５ｍｍの廃タイヤゴムチップ８ｋｇを投入して攪拌した。一方、プライマー（イソシアネート基を末端に持つウレタンプレポリマーを４０％、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを３％、残りが酢酸エチル）３２０ｇ（原料ゴムチップの４％）、メチルアルコール１２８ｇ（プライマーの４０％）、無機顔料１５７ｇ（プライマー＋メチルアルコールの３５％）を小容器にとり、攪拌棒で混合したもの（塗料）を、素早く攪拌機に投入した。塗料投入後、約1分で、着色したゴムチップの膨張が観測され、１分２２秒で膨張は止まった。この段階では、ゴムチップ粒子間の凝集が見られるが、攪拌を続けることにより、２０分後には、一様に着色し、凝集がほぼ解除されたゴムチップが得られた。

前記の攪拌機で、廃タイヤの代わりに、窓枠廃材等から作ったゴムチップを着色したところ、製品の着色状況がいくらか悪くなったが、そのほかは廃タイヤの場合と同じであった。また、１〜３ｍｍの小サイズのゴムチップを着色した場合は、塗料の投入量を増やすことによって、ほぼ同様な結果を得た。より大きなサイズ、５〜１０ｍｍのゴムチップでは、より少ない塗料や、より希釈度を増した塗料でも着色が可能と思われた。

ここで用いた攪拌機は、４０ｒｐｍの速度で、直径５００ｍｍの攪拌羽根が横方向に回転する攪拌機である。原料として用いたゴムチップ、塗料の製法、攪拌機への投入方法は、実施例１と同じにした。塗料投入後、ゴムチップの膨張が観測された時期は、実施例１の場合より、若干遅れ、膨張が止まったのは、1分４４秒であった。そして、３０分後に凝集が解除されたゴムチップが得られた。

ここでは、スケールアップのため、大きさが前記のものの３倍，容積が約３０倍の攪拌機で、３〜５ｍｍの廃タイヤゴムチップ、２００ｋｇの着色を行った。用いた攪拌機は、１７ｒｐｍの速度で、半径７５０ｍｍの３枚の攪拌羽根が横方向に回転する攪拌機であった。塗料は、実施例１で用いたプライマー８ｋｇ（原料ゴムチップの４％）、メチルアルコール３．２ｋｇ（プライマーの４０％）、無機顔料３．５ｋｇ（プライマー＋メチルアルコールの３５％）を小容器にとり、ミキサーで混合した。この塗料を、攪拌機で攪拌中のゴムチップ中に、なるべく全体にゆきわたるように注入した。塗料注入後、数分で着色したゴムチップの膨張が観測され、１２〜１３分で膨張は止まり、サンプリングにより、ゴムチップ粒子間の凝集が確認された。攪拌を続けた結果、２０分後には、凝集がほぼ解除されたゴムチップが得られた。そして、製品はほぼ一様に着色されていることが確認された。

本発明の実施例で使われたウレタン樹脂と顔料の量を、たとえば、前記の特許文献３の代表的な実施例１と比較すると、ゴムチップ１００重量部に対して、本発明の実施例では２重量部と１．７５重量部、特許文献３の実施例では、３０重量部と６重量部であり、その他の材料のコストを除いても、本発明による材料費の低下は明白である。また、1バッチのゴムチップを生産するに要する時間を、凝集が解除された時間で比較すると、本発明の実施例では２０〜３０分、特許文献３の実施例では１８分とされて、本発明のほうがいくらか長い。しかし、特許文献３の方法では、凝集が解除されたとする時点でも、ゴムチップに粘着性が残るため、炭酸カルシウム等の無機粉末を添加しなければならなかった。もしも、本発明によって得られるものと、同程度にさらさらした、着色ゴムチップを得るとしたら、さらに長時間の攪拌を続けなければならない。このことは、別の特許文献２の実施例１で、顔料とウレタン樹脂が被着した、ゴムチップの粘着性を除去するために、８０〜９０度の温度で１〜２時間加熱しなければならなかった、ことからも類推される。
以上によって、本発明による方法が、着色ゴムチップの製造コストを、大幅に、低減することは明白である。現在、着色ゴムチップは大量に利用され、売買される市場があるので、本方法で製造された製品は、新しい製品として、試用に供される段階にある。

Claims

着色に際し、イソシアネート基を末端に持つウレタンプレポリマーを３０〜５０％、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを１〜６％、残りが主として酢酸エチルからなる溶液（通称ウレタン塗装プライマー）を、溶液重量の３０〜１００％のメチルアルコールで希釈し、両者の重量の２５〜４５％の顔料を添加して塗料とし、１〜５ｍｍのゴムチップ１００重量部に対し、塗料３〜５重量部を加えて、攪拌混合することを特徴とする、着色ゴムチップの製造方法。