JP2007112913A - リサイクルプラスチック及びリサイクルプラスチック厚板材 - Google Patents

Abstract

【課題】容器リサイクル法による一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃棄物を原料として、曲げ剛性と耐釘打ち性能に優れたリサイクルプラスチックを開発し、その他のプラスチックのリサイクルを促進する。
【解決手段】 比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックに対し、４重量％〜４９重量％の無機フィラーと、必要に応じて２〜１０重量％の熱可塑性エラストマーを混合したものを溶融、成形する。優れた曲げ剛性と耐釘打ち性能を有するので、木材の代用品としての用途をはじめとして種々の用途に用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、容器リサイクル法の主に家庭から廃棄される一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃棄物から容易に製造でき、木材の代用として使用可能な書物性、特に曲げ剛性、耐釘打ち性能を有するリサイクルプラスチック、及びこのリサイクルプラスチックを板状に成形したもので、土木・建築材料、家具材料、梱包材料など木材の代用材として使用可能なリサイクルプラスチック厚板材に関する。

プラスチック廃棄の総排出量は年間１千万トンと言われ巨大な排出量は資源、環境問題を起こしているため、容器リサイクル法によってポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は回収およびマテリアルリサイクルが行われてきているが、もっとも多く家庭ごみとして廃棄される一般廃棄物の中のその他のプラスチックはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン、ポリカーボネートなどの熱可塑性プラスチックや熱硬化性樹脂など種々のプラスチックから構成され、加えて食品による汚れや、ラベルなどの紙、土、砂や金属などの異物の混入などがあり、マテリアルリサイクルの材料の用途として、高い物性を要求するような用途には適用できなかった。

しかし、多量に回収される一般廃棄物プラスチックのリサイクル用途開発技術が待ち望まれる中で水の比重選別で水より比重の小さいポリエチレンとポリプロピレンを主体とする廃プラスチック材料が選別、水洗浄、乾燥、ペレット化して得られるようになった。

一方、厚物板状木材は建築、土木、家具や輸送梱包などその需要は益々大きなものになっているが、その資源の枯渇や海外への依存度が大きくなっていて供給は不安定になってきている。そこで、上記のポリエチレンとポリプロピレンを主体とする廃プラスチック材を原料として成形したリサイクルプラスチック厚板材を厚物板状木材の代用材料として使用できれば、一石二鳥の用途開発であるといえる。

しかし、この水より比重の小さい選別された廃プラスチックは、プラスチックの中で最も多量に生産され消費されているポリエチレンおよびポリプロピレンが主成分の混合物となっているものの、廃棄物であるために製造法やメーカーが異なる上に、元来ポリエチレンとポリプロピレンは分子構造や結晶構造も異なっていて両者は非相溶であり、混合物の機械的な物性はそれぞれ単独のものより大きく低下してしまう。さらに、木材の代用品として使用するためには、相応の剛性及び耐釘打ち性能を必要とするので、上記の廃プラスチックからこのような用途に使用できるリサイクルプラスチックを得ることは困難であると考えられていた。

下記特許文献１には、廃プラスチックからコンクリート型枠として使用可能な板材を製造する方法が記載されている。しかしこの方法は、熱硬化性廃プラスチックと廃ポリスチレンを原材料とするものであるから、廃棄物から熱硬化性プラスチックとポリスチレンを選別しなければならず、この選別に多大の労力を必要とするものである。

また、下記特許文献２には、使用済みプラスチックから分離した比重１．０以下のプラスチック混合物を原料としたコンクリート型枠用のプラスチック複合パネルが開示されているが、これは、中心層とその両側の外層とからなり、中心層が発泡プラスチックであるため、木材の代用として一般的に用いるには剛性不足とならざるを得ないものである。
特開平７−１２４９４７号公報 特開２００２−３２２８０９号公報

本発明は、容器リサイクル法による一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃棄物を、最も容易な分別法である、水による比重分離で分別した比重１．０以下の廃プラスチックを原料として、木材の代用となりうる剛性と耐釘打ち性能を有するリサイクルプラスチックを得ることを課題とするものである。

〔請求項１〕
本発明は、比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックに対し、４重量％〜４９重量％（限界値を含む）の無機フィラーを混合したものを溶融、成形したことを特徴とするリサイクルプラスチックである。

〔請求項２〕
また本発明は、前記請求項１のリサイクルプラスチックにおいて、前記無機フィラーを、無機フィラーを含有しているポリオレフィン複合材を添加することにより混合したことを特徴とするリサイクルプラスチックである。

〔請求項３〕
また本発明は、比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックに対し、４重量％〜４９重量％（限界値を含む）の無機フィラーと、２〜１０重量％（限界値を含む）の熱可塑性エラストマーを混合したものを溶融、成形したことを特徴とするリサイクルプラスチックである。

〔請求項４〕
また本発明は、前記請求項３のリサイクルプラスチックにおいて、前記無機フィラーを、無機フィラーを含有しているポリオレフィン複合材を添加することにより混合したことを特徴とするリサイクルプラスチックである。

〔請求項５〕
また本発明は、前記請求項１〜４のいずれかのリサイクルプラスチックであって、厚さ１０〜５０ｍｍ（限界値を含む）の厚板状に成形したことを特徴とするリサイクルプラスチック厚板材である。

新規なポリエチレンとポリプロピレンは、非相溶であるためにブレンドされることはほとんど無いが、ポリエチレンとポリプロピレン両方の構造要素をもつエチレンプロピレンゴムおよびエチレンプロピレンターポリマーなどの相溶化剤を添加すると強度や破壊時の伸びや衝撃強度といった物性が改良できることは知られている。しかし、相溶化剤を添加すると厚物板成形体に最も要求される剛性率が著しく低下してしまうので、木材の代用品としての使用には耐えられない。

また新規なポリエチレンとポリプロピレンを主成分とするブレンド物は剛性率をあげるためには無機フィラーを充填することが可能であるが、強度や衝撃強度の低下を招いてしまい、目的の高剛性で尚且つ衝撃強度が大きく尚且つ木材の組み立てに要求される釘打ちに対して耐えられる耐釘打ち性能をもった厚物板成形体を得ることはできなかった。

ところが容器リサイクル法による一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃棄物の水による比重分離により選別された比重１．０以下の廃プラスチック材料（ポリオレフィンを７０重量％以上含む）にタルク、炭カル等の無機フィラーを添加した混合物を適当な手段で成形したリサイクルプラスチックは、意外にも新規ポリオレフィンのブレンド物と同様に剛性が高くなると同時に衝撃強度の低下は殆ど見られず釘打ちによる衝撃強度は改善することが分かり、無機フィラーの添加がリサイクル材の物性改良に著しく効果があることが判明した。

無機フィラーはすでにポリエチレンやポリプロピレンに添加されて複合材として市場で多く使われていて、充填量も２０〜６０重量％と多く、多量に廃棄されているが、このような複合材は、水による分離では水より比重が大きいため別に分離されていて、リサイクル用途を探しているのが現状であるが、これを無機フィラー充填の目的で上記の廃プラスチックに充填したところ、剛性率が高くなると同時に無機フィラーを直接添加した場合より耐釘打ち性能が改善され、複合材のリサイクルに寄与するとともに、非相溶であるための低い物性が一挙に改良できることが判明した。

加えて、これらの混合物にスチレンーブタジエン−スチレンブロック共重合体エラストマー（SBSエラストマー）やその水素添加物（SBESエラストマー）のような熱可塑性エラストマーを添加して適当な手段で成形したリサイクルプラスチックは剛性率が保持された上に、耐釘打ち性能が著しく改善された。

本発明の原料である比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックは、例えば、容器リサイクル法による一般廃棄物中の「その他のプラスチック」に該当する廃棄物や、その他のプラスチック廃棄物を、水による比重分離することで、又は遠心分離法で軽量物として分離することで容易に得ることができる。容器リサイクル法による一般廃棄物系の使用済みプラスチックは、大量に製造消費されている安価なポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデンが主成分であり、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂に加えて紙や繊維、木材、砂、金属類なども混入している。これらの廃棄物を分別する方法としては、風選、磁選、比重分離、ろ過分離などが行われているが、本発明においては、水による比重分離を行うことで、比重が１．０を越えるＰＥＴ、熱硬化性樹脂、塩化ビニル、金属などが取り除かれ、ポリエチレンとポリプロピレンを主体とするポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックが得られる。この廃プラスチックを必要に応じて水洗浄・乾燥したもの、またはこの廃プラスチックを溶融混練押出機によりペレット化したもの、さらに加工性を改良するための樹脂ブレンドしたものも原料として用いることができる。

本発明で使用される無機フィラーの代表例としては酸化物としてシリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、軽石など、水酸化物として水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、塩基性炭酸カルシウムなど、炭酸塩として炭酸カルシウム、ドロマイトなど、硫酸塩として硫酸カルシウム、硫酸バリウムなど、けい酸塩としてタルク、クレー、マイカ、ガラス、けい酸カルシウム、モンモリロナイトなど、炭素としてカーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブなど、金属粉として鉄粉、ステンレス粉など、その他としてゼオライト、ホウ酸塩などの平均粒径が１００μｍ以下の粉体で、形状は多くは球状であるが、板状、円柱状、繊維状などのものも用いることができ、物性向上の観点からは板状や繊維フィラーが望ましい。

本発明で使用される繊維状フィラーとしてはガラス繊維、炭素繊維、芳香族アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカー、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維がある。

また、本発明で使用される無機フィラーの添加方法は無機フィラーを添加するまえに、プラスチック中での分散をよくするため、チタネート系カップリング剤およびシラン系またはアミノ系カップリング剤などでフィラーの表面処理をしたものでもよく、ステアリン酸カルシウムやマグネシウムなどの分散剤を添加したものでもよく、また添加方法も廃プラスチックをペレット化する時に添加してペレット化してもよく、廃プラスチックを溶融混練機に投入するときに同時に投入するなどしてもよい。

また、本発明で使用されるこれらの無機フィラーの多くがすでにポリエチレン、ポリプロピレンに添加されていろいろの用途に使用されているが、そのようなプラスチックと無機フィラーの複合材を廃棄物から分離して、廃プラスチックに添加したところ、剛性率及び耐釘打ち性能が無機フィラーを単に添加する以上に改善されることが判明した。

これはフィラーがすでにポリオレフィンに分散していてポリオレフィンとなじんでいるためにフィラーの充填効果と相溶効果が十分に発揮されたものと考えられ、第一にポリオレフィン複合材のリサイクルに寄与できること、第二に背反する物性改良が出来ることから一石二鳥の効果が得られたことになる。

無機フィラーに加えエラストマーを添加することは耐釘打ち性能の向上に特に効果があったので、そのエラストマーについて述べると、エラストマーとしては天然ゴムに代表されるポリイソプレン、スチレンーブタヂエンゴムなどのゴム物質も有効であるが、本発明としては熱可塑性エラストマーが望ましい。

本発明で使用される熱可塑性エラストマーとしてはスチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ウレタン系、エステル系、アミド系、イソプレン系、フッ素系などがあるが、スチレン系、オレフィン系、イソプレン系が望ましく、特にスチレン系熱可塑性エラストマーが望ましい。

本発明のリサイクルプラスチックにおいて、加工形状はどのようなものでもよく、例えばペレットに加工したものも含む。本発明のリサイクルプラスチック厚板材の成形加工は、例えば図１の厚板材製造装置により行うことができる。図１において符号１は溶融混練機（単軸押出機、２軸押出機、ニーダー混練機等）、２はリザーバー、３はプレス成形装置、４は冷却装置、５、６は弁であり、これらの各装置は図示しない制御装置によって作動する。

溶融混練機１は、供給された廃プラスチック、無機フィラー等の原料を溶融すると共に混練し、スクリューによってリザーバー２に送る。このとき、弁５は開、弁６は閉となっており、リザーバーは内部のピストンロッド２ａが後退してシリンダ内に溶融混練された予定量の原材料をリザーブする。廃プラスチックは、ポリエチレン、ポリプロピレン、その他のプラスチックなどが混在しているが、リザーバーで一旦リザーブすることで、これらが均等に混練され、成形品が均質で物性に優れたものとなる。リザーブ完了後、弁５を閉、弁６を開に切り替え、ピストンロッド２ａが前進し、溶融混練した原料をプレス成形装置３の金型内に射出する。プレス成形装置３でプレス成形された厚板材は冷却装置４に送られる。冷却装置４は内部に通水された２枚の冷却板を備え、成形直後の厚板材の両面を２枚の冷却板で挟んで押圧しながら厚板材を徐々に冷却する。これにより、成形後の厚板材は平滑に保持されたまま徐冷されて内部歪みが取り除かれ、反りのない平滑な厚板材となる。

本発明のリサイクルプラスチックは、容器リサイクル法の主に家庭から廃棄される一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃プラスチックを原料とするにもかかわらず、優れた曲げ剛性を有し、また無発泡でありながら優れた耐釘打ち性能を有するので、木材の代用品などとして種々の用途に用いることができ、従来リサイクル需要がほとんど無かった、一般廃棄物中のその他のプラスチックのリサイクル促進に貢献するものである。

本発明のリサイクルプラスチック厚板材は、木製板の代用品として好適であるので、土木・建築材料、家具材料、梱包材料、荷役パレットの材料などとして広い用途があり、一般廃棄物中のその他のプラスチックのリサイクル促進に貢献するものである。

上記の厚板材製造装置により、平面形状６００ｍｍ×２４００ｍｍの長方形、厚さ１５ｍｍの実施例１〜６及び比較例の厚板材を製造した。これらについて、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠して曲げ試験を行い曲げ強度および曲げ弾性率を求めた。釘打ち試験は厚板材を９８ｍｍ×３００ｍｍに切断したものを気温２０℃の室内に放置した後、気温２０℃の室内でロール釘打ち機を使い、釘は２１−３８のサイズのスクリュー型および丸型を使い、その板の破壊状況を目視観察し、サンプル数に対して破壊数（破壊数/試験数）を釘打破損率として求めた。

〔比較例〕
容器リサイクル法による一般廃棄物中のその他のプラスチックに該当する廃棄物を、水による比重分離で分別し、比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチック（以下単に「廃プラスチック」という。）を得た。この廃プラスチックのみを原料として比較例の厚板材を製造した。比較例の曲げ剛性は０．８２ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちでは１５／３０、丸釘打ちでは１９／３０であった。

〔実施例１〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルクを４０重量％含有するポリプロピレン複合材を１０重量％加えたものを原料とし、実施例１の厚板材を製造した。実施例１の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが１０／３０、丸釘打ちが１５／３０であり、比較例よりも曲げ剛性及び耐釘打ち性能が改善された。

〔実施例２〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルクを４０重量％含有するポリプロピレン複合材を２０重量％加えたものを原料とし、実施例２の厚板材を製造した。実施例２の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが１０／３０、丸釘打ちが１２／３０であり、比較例よりも曲げ剛性及び耐釘打ち性能が改善された。

〔実施例３〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルクを４０重量％含有するポリプロピレン複合材を３０重量％加えたものを原料とし、実施例３の厚板材を製造した。実施例３の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが９／３０、丸釘打ちが９／３０であり、比較例よりも曲げ剛性及び耐釘打ち性能が改善された。

〔実施例４〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルク粉１０重量％を加えたものを原材料とし、実施例４の厚板材を製造した。実施例４の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが１０／３０、丸釘打ちが１９／３０であり、比較例よりも曲げ剛性及び耐釘打ち性能が改善された。

〔実施例５〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルクを４０重量％含有するポリプロピレン複合材を３０重量％、及びスチレンーブタヂエン−スチレン熱可塑性エラストマー２重量％を加えたものを原材料とし、実施例５の厚板材を製造した。実施例５の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが５／３０、丸釘打ちが４／３０であり、比較例よりも曲げ剛性が改善され、耐釘打ち性能は著しく改善された。

〔実施例６〕
比較例に使用した同じ廃プラスチックに、タルクを４０重量％含有するポリプロピレン複合材を３０重量％、及びスチレンーブタヂエン−スチレン熱可塑性エラストマー５重量％を加えたものを原材料とし、実施例６の厚板材を製造した。実施例６の曲げ剛性は１ＧＰａ、釘打破損率はスクリュータイプ釘打ちが０／３０、丸釘打ちが０／３０であり、比較例よりも曲げ剛性が改善され、耐釘打ち性能は著しく改善された。

厚板材製造装置の平面図である。

符号の説明

１ 溶融混練機
２ リザーバー
３ プレス成形装置
４ 冷却装置
５ 弁
６ 弁

Claims (5)

1. 比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックに対し、４重量％〜４９重量％（限界値を含む）の無機フィラーを混合したものを溶融、成形したことを特徴とするリサイクルプラスチック。
2. 請求項１のリサイクルプラスチックにおいて、前記無機フィラーを、無機フィラーを含有しているポリオレフィン複合材を添加することにより混合したことを特徴とするリサイクルプラスチック。
3. 比重１．０以下で、ポリオレフィンを７０重量％以上含む廃プラスチックに対し、４重量％〜４９重量％（限界値を含む）の無機フィラーと、２〜１０重量％（限界値を含む）の熱可塑性エラストマーを混合したものを溶融、成形したことを特徴とするリサイクルプラスチック。
4. 請求項３のリサイクルプラスチックにおいて、前記無機フィラーを、無機フィラーを含有しているポリオレフィン複合材を添加することにより混合したことを特徴とするリサイクルプラスチック。
5. 請求項１〜４のいずれかのリサイクルプラスチックであって、厚さ１０〜５０ｍｍ（限界値を含む）の厚板状に成形したことを特徴とするリサイクルプラスチック厚板材。

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