JP2009513380A - 繊維状材の製造法 - Google Patents

Abstract

本発明は成形物製造に用いる繊維状材の製造法に関し、それにより結合剤を繊維状材に添加し、加熱により成形物に圧縮成型する。本法はプラスチック粒子及び／又はプラスチック繊維の一部を第一グループの粒子か繊維の粒子塊又は繊維塊と混合し、このプラスチック粒子の粒径が第一グループの粒子又は繊維の粒径とほぼ一致するという特徴を持つ。プラスチック粒子及び／又は繊維はディスク精砕機中で純粋か混合プラスチック凝集物を粉砕及び／又は磨りつぶして得られ、粉砕工程中水を任意にディスク精砕機に添加する。

Description

本発明は特許請求項１による繊維材料の製造に関する。

先行のドイツ特許出願１０３２６１８１（ＤＥ１０３２６１８１）に木質材ボード、即ち特に砕木板や木質繊維板の製造で木材チップや木質繊維の一部を廃棄物回収混合プラスチックの粉砕繊維離解した凝集物で置換することを記載した。プラスチック粒子の大きさと木材チップや繊維の大きさはそれぞれほぼ同じである。従って混合プラスチックの材料としての完全利用が創製できた。

廃棄プラスチック、例えば消費者家事品の包装材、ヨーグルトカップ、保護包装材、買い物袋、洗剤用ボトル、歯磨きチューブなどの現行回収システムで、混合プラスチックは大部分回収される。低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）の通常のシートやプラスチックの他に、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やその他のプラスチックのシート残渣を含む。回収業者が加工仕分け工場に手渡す種々のプラスチック含有物分布は定量的には住民の回収対応の仕方と品質意識に依存する。仕分け法の進歩にもかかわらず、異種プラスチックの完全分離は得られていない。ＬＤＰＥシートとＨＤＰＥシート間の明確な選別分離は約９５％の割合で得られる。しかしその上シートカレンダー加工で生成する大部分がプラスチックシートとして回収されるＬＤＰＥとＨＤＰＥだけの回収システムである。

回収システムで得たシートやボトル画分は、随意に洗浄予備仕分けした後、フレークやチップに粉砕する。運搬用に十分なかさ密度を得るために、フレークやチップを所謂凝集化プロセスで粒状材に加工する。純度と選別により粒状材は非常に均一であるか（プラスチックの仕分け物純度が高い）、或いは外観という観点と同様に凝集物の均一性と形状という観点から（種々の出所により最も多種なプラスチックが高度に混合された）、非常に不均一な構成を有する。加工に際して上記凝集物のフレークやチップを混合機械で摩擦により加熱溶融する。加熱凝集物に周期的に冷水を噴霧し、有機成分の一部を水蒸気と共に逃がす。同時に溶融シートを冷却し、凝集物を粒状の投入可能形体に凝集化する。本凝集物は比較的高いかさ密度を有し、運搬に最適である。凝集法は例えばオーストリア特許３４３４４５（ＡＴ３４３４４５）かドイツ特許１９８０１２８６Ｃ１（ＤＥ１９８０１２８６Ｃ１）に記載されている。

プラスチックによる木材チップや繊維の置換に際し、在来の木質材ボードと同様の結果を得るためには、プラスチック粒子が砕木板や繊維板の置換木材粒子とその形状や大きさで同様である必要がある。その結果繊維材では繊維含有量が優先し、チップ材ではチップ含有量が優先する。

通常製造される凝集物はさまざまな形状と大きさを有し、その画分の大きさが異なることにより混合工程で大きな偏析性が示されため、木質材製造原料としては不適当である。

これら二つの画分で製造した板材は凝集の局所的集積により大部分が加工製品表面上に不均一な表面外観を有し、その結果この二つの画分が不十分な混合であることが目視でわかる。更に連続したプラスチック−プラスチックやプラスチック−木材質感でのそれぞれの均一質感構造の形成は、不完全混合により保証されない。更に横引っ張り強さや曲げ強度のような所望の機械物性や膨張性や吸水性のような湿潤条件下での所望の挙動は得られない。

すでに先行特許出願書に記載したように、これらの理由で粉砕した凝集物を用い、この目的のために種々の粉砕技術を用いることができる。粉砕化プラスチック凝集物を使用したい木質材製造業者は、第三者から粉砕プラスチック凝集物を購入するか高価な粉砕機へ投資するしかない。

他の繊維状材、例えば亜麻や麻のような植物繊維やガラス繊維や炭素繊維からでさえも、材料を製造する製造業者には同様の問題が起こる。これら繊維を相当する繊維状材製造のためにリサイクルプラスチックと混合せねばならない場合、製造業者自身がプラスチック凝集物を粉砕せねばならず、適切な粉砕機が必要になるか、第三者から粉砕形状で入手せねばならず、比較的大きな出費を必要とする。

本発明はプリフォーム成型物製造用繊維状材の製造法を提供することを目的とし、本発明により繊維離解又は粉砕リサイクルプラスチックの使用による出費を著しく減らすことができる。

その目的は特許請求項１の特性により解決する。

本発明によるとプラスチック及び／又はプラスチックからの繊維の一部を、プラスチックからの粒子及び／又はプラスチックからの繊維の粒径が、第一グループの粒子又は繊維の粒径とおおよそ一致する第一グループの粒子又は繊維からの粒子塊又は繊維塊と混合し、この場合プラスチックからの粒子及び／又はプラスチックからの繊維をディスク精砕機で純粋又は混合プラスチック凝集物を粉砕及び／又は繊維離解して得る。これを実施する時粉砕中に水又は他の液体を潤滑剤として添加できる。ディスク精砕機は木材工業でより大きな木材粒子や製材くずチップの繊維離解に広く用いられている在来装置である。（ホルツ辞典（Holz-Lexikon）、第三版（3. Afulage）、第二巻（Band 2）、５８０−５８４頁参照）。粉砕プラスチック粒子の大きさをディスクの距離により調整する。場合によっては、より荒い凝集物では精砕機のディスク距離を段階的に減少して段階的に粉砕を実施する。

精砕機でプラスチックを粉砕するとき、冷却目的で水を添加する。この添加により粉砕工程中プラスチック材が溶融し、ディスク表面ににじみ出るのを防止する。更にこの水は精砕機ディスク間の滑り剤と潤滑剤として働く。

シート材は主として直線状分子配向を有するが、この配向は例えばポリエチレンやポリプロピレンシートの製造時に引っ張り工程と膨張工程により形成される。これによりこの供給源のプラスチックからの凝集物は好ましくは一方向に、即ち元の好ましい方向に容易に分離されやすい結果をもたらす。精砕機での凝集した純プラスチック凝集物粉砕工程ではこの性質を利用し、放射溝状構造の精砕機ディスクにより主に長楕円形繊維状外観を持つ繊維離解した低融点純プラスチック凝集物が得られる。精砕機でのディスク距離を変えることで、比較的正確に規定された繊維サイズが得られる。従って更なる製造工程で均一な構造の質感を得るために、凝集プラスチックの繊維サイズを木質繊維サイズに調整できる。

本発明による方法により又混合プラスチック凝集物も粉砕できる。これを実施する場合、この混合プラスチック凝集物を精砕機で処理して、一方では粒子を他方では繊維を規定サイズに均等に粉砕する。当然であるが粒子と繊維の割合は、それぞれ混合プラスチック凝集物の組成により変わる。凝集物中のシート状プラチックの含有量が多ければ多いほど、精砕工程で生成するプラスチック繊維の割合は多くなる。

その結果ボードや他物体のような木材や木材のプリフォーム成型物製造業者は既存の機械配置の助けをかりて、プリフォーム成型物製造用の所望置換材料が提供されると云う条件では、自分自身の方法で凝集状態のリサイクルプラスチックを加工できる。現在凝集リサイクルプラスチックの利用割合は、今まで有意義な応用が殆どなかったのでまだ比較的低い。その理由は殆どの場合混合プラスチックが全く溶融しない成分物質を有することによる。高温でも非常に高粘度の塊がしばし得られ、昇温しても液体にはならない。一方混合プラスチックは１０５℃から１１５℃ですでに溶融する種を含有する。この融点を超すとこれらプラスチックは分解して炭酸ガスと水を発散しながら炭素となる。

本発明による方法は木材への応用には限らず、例えば亜麻、麻、ガラスや炭化材からの他の繊維状材を使用するのは同程度有益である。

本発明法の一つの条件は、粉砕計装機器の追加なしで正確に調節できる規模で、例えばプラスチック含有物を持つ木質材ボードやプラスチック含有物を持つ繊維状材からの他プリフォーム成型物の製造において、合成繊維材製造の助けをかりて、ディスク精砕機を使用することである。

本発明の一実施形態によると精砕機から出てきたプラスチック粒子か繊維を続いて乾燥するのが好ましい。この乾燥は木材製造用生産工場に配置された在来の工業用乾燥機で行える。

このディスク精砕機でプラスチック凝集物をそれぞれ粉砕か繊維離解すると好都合である。しかしより粗めの木材粒子（製材くずチップ）とプラスチック凝集物混合物をディスク精砕機で一回操作により粉砕するのも同様に考えられる。このようにして木材とプラスチックに対しておおよそ等しい粒子サイズが達成される。更にプラスチックと木材粒子との良混合が達成できる。

以下に本発明法により製造した繊維状材と本発明法の数例を提供する。

ディスク精砕機での純プラスチックの繊維離解。
プラスチック原料：シート残渣からの純プラスチックの低融点凝集物、粒子サイズ １０mm以下。
冷却と潤滑剤：水、温度 １０℃；容量 プラスチック凝集物量に対して３００％。

ディスク精砕機でのプラスチック凝集物と木材粒子混合物の粉砕。
木材原料：木材粒子 チップ状；長さ １０mm迄；木材の湿潤度 約６％。
プラスチック原料：混合プラスチック凝集物、粒子サイズ １０mm以下。
冷却と潤滑剤：水、温度 １０℃；容量 プラスチック凝集物量に対して３００％。
前処理にも関わらず凝集物は例えばヨーグルトの残渣のような有機混入物を含有する場合がある。

それ故プラスチックからの繊維状材が十分に高純度となる方法を創製することが好ましい。

粉砕工程の開始前に少なくとも凝集物画分に煮沸工程を課し、付着混入物を除去する。本発明の一実施形態では、熱蒸気ボイラーを１００℃乃至１８０℃の温度で、好ましくは１乃至４バールの高圧下で、煮沸時間３乃至１０分間作動する。

ボイラー内の暖かく湿気のある空気により、前処理後も凝集物に付着している有機混入物が遊離し、煮沸操作後排水と共に分離される。排水は生物浄化工場で浄化し、次いで濃縮し焼却処分するか直接蒸気として焼却工場に送る。煮沸工程後に純化凝集物、または粉砕した木材チップと凝集物との混合物を、例えば押し込みスクリューかフィードスクリューにより精砕機に送る。凝集物の割合は全質量に対して０乃至９５％の範囲であり、残りは好ましくは粉砕した木材チップか粒子からなる。上記の通り純粋な凝集物のみでもボイラー及び／又は精砕機に添加することができる。

上記の煮沸処理により凝集物を消毒できる。凝集物により変化した炭水化物やタンパク質が、例えば煮沸工程により溶出分解する。

精砕機で粉砕した材料を所定の最終湿潤度に乾燥する。本発明の一実施形態によると湿った原料を乾燥目的で、それ自身既知の所謂熱蒸気繊維乾燥機を用いて約１８０℃の温度で内部高圧下の熱蒸気流を連続循環して乾燥する。乾燥機（乾燥チューブ）での滞在時間中に、精砕機で粉砕した繊維を所望の最終湿潤度に乾燥する。循環熱蒸気流はなるべくなら熱交換機で加熱後再循環する。熱蒸気流の再循環により非常に細かな粒子（粉塵）を乾燥機に再循環する。精砕機内では２０％迄の微粒子含有物が凝集物から生成し、その一部を熱蒸気流と共に排出する。微粒子含有物がこのサイクルで再循環されると、繊維材が変化して凝縮物の微粒子含有物が木質繊維に固着する。これにより木質繊維は疎水化し、繊維は凝集物の微粒子含有物でのり付けされることになる。この間微粒子含有物は乾燥操作で損失することなしに使用され、上述のように他ののり部分が確保できるので、繊維混合物が改良されることになる。更に微粒子画分の廃棄物処理が省略できる。上記の方法を用いないと繊維と微粒子含有物の分離が起こると予測される。粒子サイズが異なることにより粉砕凝集物は繊維束から流出すると予測される。

使用される凝集物の組成に依存して、上記精砕過程により繊維離解凝集物と粉砕凝集物との混合物が生成する。その構成成分により凝集物中のＬＤＰＥ含有物が例えば縦方向に伸張したシートでは、精砕工程で繊維状材となる。例えば精砕機でポリエチレン（ＰＥ）含有物だけの純シート凝集物を粉砕する場合、繊維状材が主として生成する。

ＨＤＰＥ、ＰＰかＰＥＴのような凝集物中の架橋プラスチック含有物は精砕機で粉に粉砕される。木質材ボードのようにプリフォーム成型物製造工程で過剰な粉を欲しない場合には、例えば空気分級のような篩い工程によりふるい分けても良い。

更に精砕機工程で生成される繊維と粉との混合物はなお以下の要因を持つ。凝集物粒子を精砕機のディスクリブで元のプラスチックの伸張方向と平行に粉砕すると、凝集物繊維が生成する。凝集物粒子を精砕機のリブで元のプラスチックの伸張方向に横切るように粉砕すると、粉が生成する。

在来精砕機工程で製材くずチップと凝集物とを一緒に粉砕すると、木質材例えばボードからのプリフォーム成型物が追加バインダーをこの業界で使用の木材用非連続又は連続製造機に添加することなしに生成繊維状ストックから前述の方法で生産できる。

本発明法により製造の繊維状ストックを用いて又それぞれ不織布か繊維用のエアレイパルプ法で木材繊維含有物をもつ絶縁材ボードが製造でき、この場合バインダーとしていわゆる芯コート繊維、いわゆる複合（BiCo）繊維（二成分繊維で低融点コート層と高融点芯からなるポリプロピレン繊維）を割愛できる。更にバインダー添加の必要はない。空力的不織布形成法は例えばオーストリア特許２０７６７４（ＡＴ２０７６７４）に記載されている。空力的不織布形成と高速包装型乾燥機による繊維不織布加熱を含む絶縁材ボード製造にバインダー繊維含有物を使用するプロセスはドイツ特許１００５６８２９Ａ１（ＤＥ１００５６８２９Ａ１）に知られている。

芯―コート繊維の代わりに煮沸精製凝集物を用いて、追加バインダーの添加なしで粗密度６０乃至３００ｋｇ／ｍ^３の範囲の安価な絶縁材ボードが製造できる。高純度凝集物繊維を絶縁材製造に用いると、木材繊維と凝集物繊維の結合場所が多重であることにより、高復元力の弾性絶縁材ボードが生成する。木材湿潤度がＵ＝７％とすると、凝集物繊維の割合は使用木材繊維質量あたり５乃至８０％の間となる。凝集物繊維による他種絶縁材の製造については実施例４と５でより詳細に記載する。実施例６には高密度の木質材ボードに使用する煮沸精製凝集物の使用を記載する。

ボイラー設定
温度：１７５℃
過圧：４バール
煮沸時間：５分。

粗密度範囲６０乃至１２０ｋｇ／ｃｍ^３の絶縁材
目的粗密度：１００ｋｇ／ｃｍ^３
厚さ：１００mm
木材湿潤度７％での木材繊維質量に対する凝集物繊維含有量６０％
熱可塑性凝集物含有物活性化用の高速包装型乾燥機温度：１７５℃
高速包装型乾燥機のベルト速度：０．５ｍ１／分
かさ密度：約１０ｋｇ／ｍ^２。

粗密度範囲１５０乃至３００ｋｇ／ｃｍ^３の絶縁材
目的粗密度：２５０ｋｇ／ｃｍ^３
厚さ：５mm
木材湿潤度７％での木材繊維質量に対する凝集物繊維含有量４０％
熱可塑性凝集物含有物活性化用の高速包装型乾燥機温度：１７５℃
高速包装型乾燥機のベルト速度：０．５ｍｌ／分
かさ密度：約１．２５ｋｇ／ｍ^２。

チップボード
目的粗密度：約６５０ｋｇ／ｃｍ^３
厚さ：１３mm
木材湿潤度７％での木材繊維質量に対する凝集物繊維含有量３０％
多圧盤プレスの圧縮圧盤温度は約２４０℃、圧縮時間係数は１５秒／mm、初期圧６バールで約８０秒、次いで圧力を３．５バールに低下しこの圧力で約４０秒保持、更に圧力を１．５バールに低下してこの圧力で７０秒保持し、次いで圧力解放。

Claims (21)

1. プリフォーム成型物製造用繊維状材の製造法で、バインダーをこの繊維状材に添加し加熱によりプリフォーム成型物に圧縮し、プラスチック粒子及び／又はプラスチックからの繊維の一部を第一グループの粒子か繊維の粒子塊か繊維塊と混合し、プラスチックからの粒子及び／又はプラスチックからの繊維の粒径が第一グループの粒子か繊維の粒径ほぼ一致することを特徴とし、プラスチックからの粒子及び／又はプラスチックからの繊維がディスク精砕機で純粋か混合プラスチック凝集物を粉砕及び／又は繊維離解により得、且つもし必要ならばこの粉砕工程で水をディスク精砕機に供給する方法。
2. 純プラスチックだけをディスク精砕機で繊維離解することを特徴とする請求項１による方法。
3. プラスチック粒子及び／又は繊維を粉砕後乾燥することを特徴とする請求項１又は２による方法。
4. 第一グループの繊維を亜麻、麻、ガラス又は炭化材の繊維離解により得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つによる方法。
5. 第一グループの粒子か繊維を木材の粉砕又は繊維離解により得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つによる方法。
6. 混合及び／又は純プラスチック凝集物を木材粒子と共にディスク精砕機で粉砕することを特徴とする請求項１乃至５による方法。
7. プラスチックからの粒子及び／又は木材及び／又はプラスチックからの繊維と木材の良い混合をディスク精砕機で得ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つによる方法。
8. 供給水の温度が高くても約５０℃であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つによる方法。
9. 水を湿潤木材粒子により精砕機に供給することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つによる方法。
10. 水をガス状で精砕機に供給することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つによる方法。
11. プラスチック凝集物の最大サイズが４０mmであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つによる方法。
12. 粉砕及び／又は繊維離解すべき材料を押し込みスクリューにより精砕機に供給することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つによる方法。
13. 少なくとも凝集物画分を精砕機で粉砕する前に煮沸工程に付し、付着混入物を除去することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一つによる方法。
14. 煮沸工程を１００℃乃至１８０℃の温度で１乃至４バールの高圧下で実施することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つによる方法。
15. 煮沸時間が３乃至１０分であることを特徴とする請求項１３又は１４による方法。
16. 粒子及び／又は繊維を粉砕後熱蒸気流で所望最終湿潤度に乾燥し、その熱蒸気流を乾燥する材料へ閉循環路により送り返すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つによる方法。
17. 熱蒸気流を乾燥すべき材料に導入する前に加熱することを特徴とする請求項１６による方法。
18. 混合プラスチック及び／又は純プラスチック凝集物をディスク精砕機で木材粒子と共に粒子及び／又は繊維に粉砕し、粉砕材を流回路の熱蒸気で乾燥することを特徴とする請求項４乃至１５のいずれか一つによる方法。
19. 粉砕及び／又は繊維離解すべき材料を押し込みスクリューで精砕機へ送ることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一つによる方法。
20. 木材チップか木質繊維をリサイクルプラスチック由来のプラスチックからの粒子又は繊維で置換した木質材部、特に木質繊維板製造への請求項１乃至１９のいずれか一つによる方法の利用。
21. 木質繊維含有物による絶縁材ボード製造に関する請求項１乃至１９のいずれか一つによる方法の利用。