JP2021102286A - 無機物質粉末配合樹脂廃材成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る樹脂廃材成形体の製造方法(以下、単に「製造方法」ともいう。)は、無機物質粉末配合樹脂廃材(以下、単に「樹脂廃材」ともいう。)から、熱可塑性樹脂と無機物質粉末とを含む樹脂成形体を製造する方法である。なお、このように無機物質粉末配合樹脂廃材を用いた製造方法により得られる樹脂成形体を「樹脂廃材成形体」と称する。
本発明に係る製造方法の各工程についての詳細な説明に先立ち、製造対象とする樹脂廃材成形体を構成する熱可塑性樹脂と、無機物質粉末とについて説明する。なお、上述したように、本発明に係る製造方法は、無機物質粉末配合樹脂廃材から熱可塑性樹脂と無機物質粉末とを含む樹脂廃材成形体を製造する方法であることから、製造して得られる樹脂廃材成形体を構成する熱可塑性樹脂と、無機物質粉末とは、原料となる無機物質粉末配合樹脂廃材においても少なくともその一部が含まれている。本発明に係る製造方法では、無機物質粉末配合樹脂廃材のみを使用してもよく、樹脂廃材と未使用原材料とを併用してもよい。複数の樹脂廃材を使用することも可能である。
熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではなく、樹脂廃材成形体の用途、機能、樹脂廃材の回収状況等に応じて、各種のものを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリメチル−1−ペンテン、エチレン−環状オレフィン共重合体等のポリオレフィン系樹脂;エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体の金属塩(アイオノマー)、エチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体、エチレン−メタクリル酸アルキルエステル共重合体、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン等の官能基含有ポリオレフィン系樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6、ナイロン−6,10、ナイロン−6,12等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート及びその共重合体、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸等の脂肪族ポリエステル系樹脂等の熱可塑性ポリエステル系樹脂;芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート等のポリカーボネート樹脂;アタクティックポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン(AS)共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)共重合体等のポリスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のポリ塩化ビニル系樹脂;ポリフェニレンスルフィド;ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等のポリエーテル系樹脂等が挙げられる。これらを、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて含有していてもよい。
無機物質粉末としては、特に限定されず、例えば、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、チタン、鉄、亜鉛などの炭酸塩、硫酸塩、珪酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、酸化物、若しくはこれらの水和物の粉末状のものが挙げられ、具体的には、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカ、アルミナ、クレー、タルク、カオリン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、リン酸マグネシウム、硫酸バリウム、珪砂、カーボンブラック、ゼオライト、モリブデン、珪藻土、セリサイト、シラス、亜硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、チタン酸カリウム、ベントナイト、ウォラストナイト、ドロマイト、黒鉛等が挙げられる。これらは合成のものであっても天然鉱物由来のものであってもよく、また、これらは単独で2種類以上併用して含有されても良い。
上述したように、本発明に係る製造方法は、無機物質粉末配合樹脂廃材を無機物質粉末の粒子径によって選別する選別工程と、無機物質粉末配合樹脂廃材を粉砕する粉砕工程と、押出機により混練する混練工程と、を有する。また、成形工程を後段に付して、選別から成形までを連続的に行っても良い。
選別工程では、無機物質粉末の粒子径によって無機物質粉末配合樹脂廃材を選別する。
X線小角散乱法自体は公知である。X線小角散乱(小角X線散乱とも呼ばれ、SAXSと略記される)は、散乱角が数度以下、概ね5°以下の散乱X線を測定する手法であり、一般に1〜1000nm、極小角での散乱によれば10μm程度までの大きさの構造パラメーター分析に威力を発揮する(例えば、放射光、第19巻、338〜348頁、2006年を参照)。一般に散乱角度が小さくなるほど大きな構造体のサイズを求めることができ、極小角でのX線散乱は本発明に係る製造方法において特に有用である。尚、上記したような極小角での散乱を特に極小角X線散乱又は超小角X線散乱(USAXS)と呼んでSAXSと区別する場合もあるが、本発明においては、X線小角散乱又はSAXはUSAXSをも包含する測定法として区別せずに扱う。
本発明の樹脂廃材成形体の製造方法においては、無機物質粉末配合樹脂廃材を、含まれる無機物質粉末の粒子径に基いて上記のようにして選別する。どのような粒子径の無機物質粉末を含有する樹脂廃材を選別するかは、特に制限はなく、目的とする樹脂廃材成形体の物性や成形性、入手可能な樹脂廃材の種類に応じて任意に設定することができる。例えば、平均粒子径が0.1μm以上、特に0.5μm以上、さらには0.7μm以上の無機物質粉末を含有する樹脂廃材を選定することにより、原料とする樹脂廃材が極微細粉末を殆ど含まなくなる結果、後の混練工程におけるトルクの上昇やそれに伴う発熱による樹脂の劣化等を防ぐことができる。無機物質粉末の中でも炭酸カルシウム等では、極微細粉末が高分子の補強・増粘効果を示すので、こうした選別は特に重要である。あるいは、平均粒子径が13.5μm以下、特に10.0μm以下の無機物質粉末を含有する樹脂廃材を選別することによって、粗大粉末不含の樹脂廃材成形体を得ることができる。こうした選別は、薄物成形品、特にインフレーションシートやインフレーションフィルムを製造する際に重要となる。
こうして選別された樹脂廃材は、次に数mm角程度のサイズに粉砕される。どの程度のサイズに粉砕するかについては特に制限はなく、例えば1〜10mm角、1〜5mm角、2〜3mm角、5〜8mm角等、目的とする成形品の種類や形状、使用する廃材や装置の特性に応じて、所望のサイズへと粉砕することができる。粉砕機に関しても特に限定されるものではなく、衝撃式粉砕機、振動ボールミルや遊星型ボールミルに代表されるボールミル等の粉砕メディアを用いた粉砕機、ローラーミル、ジェットミル、ディスク型やピン型等に代表されるビーズミル、高圧ホモジェナイザー、超音波分散機等に代表されるメディアレス分散機等が使用出来る。
上記のようにして粉砕した樹脂廃材を、次に混練工程に付す。樹脂廃材は入手先やロット毎の成分バラツキ等が多く、良物性の樹脂廃材成形体を製造し、品質の安定化を図る上で、複数の樹脂廃材を、それらの組成や含有される無機物質粉末の粒径、さらには樹脂の劣化度等を加味して組み合わせ、混練することが好ましい。この過程で、未使用の樹脂及び/又は無機物質粉末原材料を添加・混練することもできる。滑剤や可塑剤、分散剤等の加工助剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線劣化防止剤、軟化オイル、カップリング剤、顔料等の汎用薬剤を添加することも可能である。
本発明においては、混練と成形又は予備成形とを別工程で行うことも可能である。例えば二軸混練押出機を用いて上記のようにして調製したペレットを、別の二軸押出機、一軸押出機、射出成形機等に投入して種々の形状に成形することができる。勿論、上記二軸混練押出機で混練後、連続的にシートやフィルム等の形状へと成形することも可能である。
無機物質粉末配合樹脂廃材として、「LIMEX」(株式会社TBM製:登録商標)及びその類似品を試作した際の端材(以下、「樹脂廃材No.1〜18」という。)を用い、樹脂廃材成形体を製造した。これら樹脂廃材No.1〜18はいずれも、熱可塑性樹脂としてのポリプロピレンと、無機物質粉末としての重質炭酸カルシウムとを40:60の質量比で押出機にて混練・押出した際の成形不良品である。成形試作後、自社工場内の1箇所に集められ、約1〜6箇月間溜め置かれていた端材の内、比較的サイズの大きな18種を、樹脂廃材原料として使用した。尚、いずれの樹脂廃材についても別途、赤外分光分析、X線回折分析、及び焼成(500℃×1時間)時の重量減少率測定を行い、ポリプロピレン:炭酸カルシウム質量比が40:60前後の複合材であることを確認した。
上記の樹脂廃材No.1〜18を選別せずに全て同一質量で使用し、実施例1と同様にしてペレットを作製した。混練の際、押出機の温度が200℃程度となるよう制御に努めたが、混練時のトルク上昇・発熱が著しく、一時的に240℃を超える温度も観測された。
比較例1で、今回使用した小型押出機による混練では、極微細炭酸カルシウムによるトルクや溶融樹脂温度が上昇する可能性のあることが示されたので、そうした炭酸カルシウムを含有する樹脂廃材を除外して、インフレーションフィルムの作製を試みた。実施例1での測定結果に基づく選別を行い、樹脂廃材No.2、6、11〜13、及び18を除外し、それ以外の樹脂廃材を同一質量で用いて、実施例1と同様にしてインフレーションフィルムを作製した。得られたインフレーションフィルムは、外観が平滑で変色や肉厚バラツキのない良品であった。尚、本実施例で得られたインフレーションフィルムは、実施例1のインフレーションフィルムに比べ、多少腰のない触感であった。本実施例で用いた無機物質粉末配合樹脂廃材では、実施例1の樹脂廃材に比べて含有する炭酸カルシウムの粒径分布が広く、且つ粒径の細かい炭酸カルシウムの含有率が相対的に小さいため、フィラー充填による補強効果が大きくは現れなかった可能性がある。
上記樹脂廃材No.1〜18とは別の箇所に3箇月間程度溜め置かれていた樹脂廃材No.19〜24を使用し、樹脂廃材成形体を製造した。これら樹脂廃材No.19〜24はいずれも、熱可塑性樹脂としてのポリエチレンと、無機物質粉末としての重質炭酸カルシウムとを20:80の質量比で押出機にて混練・押出した際の成形不良品である。各廃材の組成は、実施例1と同様にして赤外分光分析等により確認した。
Claims (11)
- 無機物質粉末配合樹脂廃材から熱可塑性樹脂と無機物質粉末とを含む樹脂廃材成形体を製造する方法において、前記無機物質粉末配合樹脂廃材を無機物質粉末の粒子径によって選別する選別工程、選別した無機物質粉末配合樹脂廃材を粉砕する粉砕工程、及び押出機により混練する混練工程を有することを特徴とする樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記選別工程では、前記無機物質粉末の粒子径をX線小角散乱法により測定する、請求項1に記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン樹脂を含む、請求項1又は2に記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン系樹脂を含む、請求項1〜3の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記無機物質粉末が、炭酸カルシウムを含む、請求項1〜4の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記樹脂廃材成形体が、熱可塑性樹脂と無機物質粉末とを50:50〜10:90の質量比で含む、請求項1〜5の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記炭酸カルシウムの空気透過法による平均粒子径が、0.5μm以上13.5μm以下である、請求項5に記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記混練工程が、二軸混練押出機による混練工程を含む、請求項1〜7の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記選別工程が、中赤外分光分析、近赤外分光分析、赤外分光分析、ラマン分光分析、蛍光X線分析、及びX線回折分析から選択される1種又は2種以上の分析法により樹脂及び/又は無機物質粉末の種別を選別することをさらに含む、請求項1〜8の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記樹脂廃材成形体が樹脂ペレットである、請求項1〜9の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
- 前記樹脂廃材成形体がインフレーションシート又はインフレーションフィルムである、請求項1〜9の何れかに記載の樹脂廃材成形体の製造方法。
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