JP3084216B2

JP3084216B2 - 繊維性成形品の成形方法

Info

Publication number: JP3084216B2
Application number: JP07256814A
Authority: JP
Inventors: 誠一上田
Original assignee: 大宝工業株式会社
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: JPH0976213A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙ごみ，古紙，綿
布，麻，ガラス繊維，ナイロン繊維，ポリアクリル繊
維，ポリエステル繊維のような繊維性の主材料に、澱
粉，ポリビニールアルコールのような高分子結合材およ
び水を添加混練したものを成形材料として用いることに
より廃棄物の再利用等に実施できる成形技術分野に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において繊維性のもの、例えば古紙
を再利用する場合には、水に溶解させた古紙を金網付き
の型に注入して水を除去し、ついで乾燥して成形品とす
る、いわゆる湿式のパルプモールド法が採用されてい
た。

【０００３】また、開放状態にある成形型の内面に、微
小紙片と粉末状澱粉と水とを同時に吹き付け、型を閉鎖
したのち加熱して固化する方法、いわゆる乾式のパルプ
モールド法も採用されている（例えば特開平７−１２４
９１４号公報参照）。

【０００４】さらに、予め発泡させておくか、または発
泡剤を練り込んだ紙を主原料とする成形材料を作り、こ
れを金型内に射出した後金型を昇温させ、発泡状紙成形
品とする方法が開発された（例えば特開平７−１８６１
１４号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来における湿式のパ
ルプモールド法にあっては、成形品の形状は単純なも
の、肉厚は均一で薄肉のものに限定され、また、型は通
常片面のみが利用されるので成形品の裏面が粗面とな
り、さらに、水の除去および乾燥に長時間を要するので
成形サイクルが長く、かつ廃水処理が必要になるという
問題点があった。

【０００６】また、従来における乾式のパルプモールド
法にあっては、成形品の表面および裏面は平滑できれい
に仕上がり、廃水処理の問題も解消するが、成形品の肉
厚が制限されることは湿式のパルプモールド法の場合と
同じであり、さらに、吹き付け作業が必要になることか
ら、急速に固化させることができなく、成形品には、は
み出しが発生し易く、その処理が必要になって成形工程
が複雑となり、成形サイクルが長く、設備費も高価にな
るという問題点があった。

【０００７】また、予備発泡した成形材料か、または発
泡剤入り成形材料を金型内に射出する方法においては、
成形品にはみ出しが発生せず、かつ肉厚さ等の制限も緩
和されるが、金型を閉じた後昇温させる方法であるの
で、成形材料の乾燥固化に時間がかかり、かつ発泡剤か
らのガスの発生も小量かつ緩やかなものであるので、高
度に発泡した成形品は得られ難いという問題点があっ
た。

【０００８】本発明は、繊維性の材料を用いて種々の
肉厚で複雑な形状の成形品でも転写性が良く、短い成形
サイクルで成形でき、また廃棄物の再利用により梱包
材、容器、衣料用ハンガー等の生活用品を安価に成形で
きる繊維性成形品の成形方法を提供することを課題とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の繊維性成形品の成形方法においては、高分
子結合材および水を添加して混練した繊維性主材料を、
加熱した金型内に充填し、添加した水を気化除去して固
化させるものである。

【００１０】金型は、キャビティの壁面温度が１２０℃
〜２４０℃、好ましくは１６０℃〜２２０℃となるよう
に加熱すると効果的である。壁面温度が１２０℃以下で
は、所定の発泡圧力に到達し難いので、高度に発泡した
成形品が得られなく、また水分の蒸発が遅くなり、成形
サイクルが長くなって好ましくなく、一方、壁面温度が
２４０℃以上になると、繊維性主材料が分解して変色
し、また高分子結合材として後述する熱硬化性樹脂を用
いた場合は、これらの樹脂の熱変形温度を上回ることに
なって離型性に難点が発生し易くなる。

【００１１】また、繊維性主材料としては、紙ごみ，古
紙，綿布，麻，籾殻，豆腐殻，木粉のような天然の繊維
性のもの、およびガラス繊維、並びにナイロン，ポリア
クリル，ポリエステルのような合成樹脂からなる繊維の
何れでも使用できるが、特に紙ごみ，古紙のような紙繊
維が好ましい。なお、このような紙繊維の繊維長さは短
いので、強度を必要とする成形品の場合には、他の繊維
を５％〜４０％、好ましくは５％〜２０％複合すると効
果的であり、複合する繊維の長さは、３ｍｍ〜１０ｍｍ
が好ましい。

【００１２】また、高分子結合材としては、繊維性主材
料と混練する際には、水に可溶であるか、低粘度のエマ
ルジョンを形成し、水を気化除去した際には、固形状で
成形品の離型が容易なものが好ましく、澱粉，ポリビニ
ールアルコール，ポリアクリル酸，ポリアクリルアミ
ド，ポリイタコン酸，カルボキシメチルセルローズ、並
びにこれらの共重合体のような水溶性高分子材料が使用
でき、またユリア樹脂，メラミン樹脂，フェノール樹
脂，不飽和ポリエステルのような本来は水溶性でない熱
硬化性樹脂でも、その初期縮合物が水溶液もしくはエマ
ルジョンとなるものは使用できる。この場合、加熱して
高温となっている金型内では、添加した水を気化脱水し
た後の硬化反応により、不溶融性を有するようになるの
で、成形品の離型が容易となる。また、水溶性高分子材
料の場合は、水を気化除去して固化した後も水溶性を有
するので、耐水性を必要とする成形品の場合は、前記の
熱硬化性樹脂が好ましい。

【００１３】この高分子結合材の配合割合は、固化時に
おいて繊維性主材料の１０％〜５０％、好ましくは２０
％〜４０％が効果的である。配合割合が５０％以上の場
合は繊維性主材料の量が不足して好ましくなく、一方１
０％以下では、繊維性主材料との均質な混練ができ難
く、成形品の強度も低下して好ましくない。

【００１４】また、水の含有割合は２０％〜８０％、好
ましくは３０％〜７０％が効果的である。なお、含有割
合が２０％以下では均質な混練ができ難く、かつ相当に
かさ張るものとなって金型内での流動性が悪く、成形作
業が困難となり、一方８０％以上になると、混練したも
のが泥状となって成形作業上好ましくなく、特に高速で
射出成形する場合は、金型に設けた脱気手段に侵入して
好ましくない。

【００１５】そこで、キャビテイ内に充填される繊維
性主材料に添加されている水を水蒸気として逸散させる
には、用いる成形金型のキャビテイ壁面に、通気性の多
孔質体からなる脱気手段を設けると効果的である。

【００１６】上記成形方法により、見掛け密度が０．０
４ｇ／ｃｍ³〜０．８０ｇ／ｃｍ³、特に０．０５ｇ／ｃ
ｍ³〜０．６０ｇ／ｃｍ³で、転写性が良く、発泡して軽
量な成形品が得られ、古紙等の廃棄物と澱粉等とを繊維
性主材料に用いると成形品は生分解性となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】上記のように、本発明の成形方法
は、配合割合を５０％〜９０％、好ましくは６０％〜８
０％にした古紙のような繊維性主材料と配合割合を１０
％〜５０％、好ましくは２０％〜４０％とした澱粉のよ
うな高分子結合材との配合物に、水を２０％〜８０％、
好ましくは３０％〜７０％添加して混練して成形材料と
し、この成形材料を、キャビティを形成する型壁面の温
度が１２０℃〜２４０℃、好ましくは１６０℃〜２２０
℃となるように加熱した金型のキャビティ内に充填して
成形するものである。

【００１８】この場合、混練時に添加した水は瞬時に気
化され、その蒸気圧により繊維性主材料は発泡され、同
時に繊維性主材料は、蒸気圧によりキャビティ内に充満
されてその壁面に押圧されるので、肉厚変化の大きな成
形品でも良好な転写性で成形され、また気化した水蒸気
は、金型に形成した通気性の多孔性金属焼結体からなる
脱気手段を介して逸散除去されて成形品の固化が速やか
に行われるので、古紙等の廃棄物を利用した梱包資材，
皿等様々な容器、あるいは衣類ハンガー等の成形品を生
分解性とし、短い成形サイクルで容易かつ安価に形成す
ることができる。

【００１９】以下に、その実施例について詳述する。

【００２０】

【実施例】まず、用いる成形金型について、延長ノズル
方式の射出成形金型の構成模式図を示す図１、コールド
ランナ方式の射出成形金型の構成模式図を示す図３およ
び補助ラム式トランスファ方式の成形金型の構成模式図
を示す図４を参照して説明する。

【００２１】図１において、１は内部に水管２を有する
延長ノズル、３は固定側型板、４は可動側型板、５は固
定側型板３と可動側型板４とにより形成されるキャビテ
ィ、６はキャビティ５の壁面に取り付けた多孔性の脱気
手段、７は一端が脱気手段６に、他端が金型の外部に連
通している脱気孔、８は固定側型板３および可動側型板
４を加熱する電気ヒータ、９は延長ノズル１とキャビテ
ィ５とを連通するスプルである。脱気手段６は通気性の
多孔質体からなり、例えば平均空孔径が７μｍ，空孔率
が約２５％の多孔性の金属粉末焼結体を放電加工法によ
って加工したものである。また他の脱気手段としては、
例えば金属粉末を焼結して直径８ｍｍ〜１２ｍｍ，高さ
１０ｍｍの円筒とし、中央部に孔径０．０５ｍｍ〜０．
５０ｍｍの微細孔１０を多数貫通して形成することがで
き（図２参照）、キャビティ５の壁面に、その面積の５
％〜１０％を占めるように、すなわち、壁面１００ｃｍ
²あたり約６個〜１２個の金属焼結円筒を配置すれば、
良好な脱気効果が得られ、殆ど瞬時に成形品を乾燥させ
て高速成形が可能となる。後者の円筒型の脱気手段は後
述するように図４の脱気手段２７にその使用例を示し
た。

【００２２】スプル９が長い場合は、その部分の脱気が
困難となるので、延長ノズル１を用いることにより、成
形材料の乾燥が遅れ易いスプル９を短くし、延長ノズル
１は水管２により冷却して８０℃以下に保持し、成形材
料の速やかな乾燥を阻止して流動状態を維持させてい
る。

【００２３】図３において、１１は内部に水管１２を有
するコールドランナマニホールド、１３はコールドラン
ナ、１４はコールドチップ、１５は固定側型板、１６は
可動側型板、１７は固定側型板１５と可動側型板１６と
により形成されるキャビティ、１８はキャビティ１７を
形成する型壁面に取り付けた多孔性の脱気手段、１９は
一端が脱気手段１８に、他端が金型の外部に連通してい
る脱気孔、２０は固定側型板１５および可動側型板１６
を加熱する電気ヒータである。なお、脱気手段１８は、
図１および図２で説明した脱気手段６と同じ構成のもの
である。

【００２４】また、成形品を多数個取りする場合、ある
いは一個の成形品でも二点以上のゲートを必要とする場
合は、図３に示すように、金型内にコールドランナマニ
ホールド１１およびコールドチップ１４を配置すること
により、その内部に設けたコールドランナ１３に存在し
ている成形材料を低温に維持して流動性を保持してい
る。

【００２５】なお、図１における延長ノズル１、あるい
は図３におけるコールドチップ１４の先端は、金型の高
温部と接触して高温になり易いので、延長ノズル１の場
合は、成形材料を射出する時以外は接触しないように後
退させ、またコールドチップ１４の場合は、先端部に熱
伝導性が低い酸化クロム，ジルコニア等のセラミックを
溶射して昇温するのを阻止することが好ましい。

【００２６】さらに、皿のような容器を成形する場合
は、図４に示すような補助ラム式トランスファ方式の成
形金型を用いるのが効果的であり、図４において、２１
は固定側型板、２２は可動側型板、２３は固定側型板２
１と可動側型板２２とにより形成されるキャビティ、２
４および２７はキャビティ２３の壁面に取り付けた多孔
性の脱気手段、２５は一端が脱気手段２４および２７
に、他端が金型の外部に連通している脱気孔、２６は固
定側型板２１および可動側型板２２を加熱する電気ヒー
タ、２８は補助ラム、２９は型締めラム、３０は成形材
料、３１は成形品である。なお、脱気手段２４は図１で
説明した脱気手段６と同じ構成のものであり、脱気手段
２７は図２に示した円筒型脱気手段である。

【００２７】成形材料は後述するような配合組成物から
なり、ヘンシェルミキサー等により撹拌混合して粉末
状，顆粒状とし、また必要に応じてニーダ等により１０
０℃以下、好ましくは８０℃以下の温度で予備混練して
粘土状，ペレット状としても良い。

【００２８】上記の成形用金型を用いた熱可塑性樹脂用
の成形機は、混練能力が高いので、成形材料を予備混練
する必要はなく、粉末状または顆粒状で供給することが
できるが、成形材料が配合割合により著しくかさ張って
いる場合は、材料供給が不安定になり易いので、ホッパ
内に撹拌装置を取り付けるか、さらにホッパの下部にス
クリュウコンベアを取り付けると効果的である。

【００２９】また、上記の成形用金型を用いた熱硬化性
樹脂用の成形機は、スクリュウ圧縮比が小さく混練能力
が低く、またトランスファ成形や圧縮成形では混練部が
ないので、ニーダ等により予備混練しておくことが好ま
しい。

【００３０】成形材料を混練して可塑化させる場合ある
いは予備混練する場合の混練温度は、６０℃〜１２０℃
であり、好ましくは６５℃〜８０℃が良く、混練温度が
６０℃以下になると高分子結合材が澱粉の場合は糊化が
不充分となって均質分散され難く、また１２０℃以上に
なると混練中に成形材料が乾燥し、かつ発泡する畏れが
あって好ましくない。

【００３１】また、成形材料において水の含有割合が低
い場合は、高粘度のため発泡がやや困難となり、見掛け
密度が高い成形品が得られ、水の含有割合が高い場合
は、粘度が低くなって金型内での流動性が良くなるの
で、薄肉で面積が大きい成形品を少ないゲート数で得ら
れ、さらに水分の逸散により高い発泡圧が発生して見掛
け密度が小さく発泡倍率が大きい成形品が得られる。

【００３２】さらに、発泡の圧力によってキャビティ内
に充満された成形材料は、キャビティ壁面と接触した表
皮層から乾燥して固化を開始し、中央部の乾燥が終了す
るまで内部からの蒸気圧によってキャビティ壁面に押圧
されているので、得られる成形品は寸法精度に優れたも
のとなり、型壁面からの光沢等の転写性も優れたものと
なる。

【００３３】つぎに成形材料について説明すると、繊維
性主材料としては古紙粉砕紙、または長さ３ｍｍ〜５ｍ
ｍのポリエステル繊維を添加した古紙粉砕紙を用い、高
分子結合材としては、水溶性高分子材料の場合は、精製
粉一等検の馬鈴薯澱粉、または完全けん化したポリビニ
ルアルコールを用い、熱硬化性樹脂の初期縮合物の場合
は、レゾールの初期縮合物（フェノール樹脂系）、また
はフタル酸系不飽和アルキドにジアリルフタレートモノ
マーを加えた初期縮合物（不飽和ポリエステル系）を用
いた。

【００３４】なお、レゾールの初期縮合物は、フェノー
ル９４ｇ（１モル）に対し、３７％フォルマリン１６２
ｇ（２モル）を加え、さらに水酸化ナトリウムの１０％
水溶液を２０ｍｌ加え、還流下で６０分反応させたの
ち、磁製皿に移して撹拌しながら直火で１０５℃になる
まで濃縮し、メタノールに溶解したものである。また、
フタル酸系不飽和アルキドにジアリルフタレートモノマ
ーを加えた初期縮合物は、無水マレイン酸９８ｇ（１モ
ル），無水フタル酸１４８ｇ（１モル），エチレングリ
コール６２ｇ（１モル），プロピレングリコール７６ｇ
（１モル）をフラスコに採り、窒素ガスを吹き込みなが
ら２００℃で６時間脱水縮合させ、ついで１２０℃まで
冷却させたのち、重合禁止剤としてｔ−ブチルカテコー
ル１５０ｐｐｍを加えて撹拌し、続いて４０％のジアリ
ルフタレートモノマーを加えたものである。

【００３５】（実施例１）繊維性主材料，高分子結合
材，水からなる成形材料としては、古紙粉砕紙：馬鈴薯
澱粉：水を７：３：１４の配合割合で配合し、ヘンシェ
ルミキサーにより混合したものを試料１とし、さらに約
８０℃の加圧ニーダにより１０分間混練したものを試料
２とし、試料１は図１に示す金型を用いた射出成形機に
供給することにより肉厚の射出成形品とし、試料２は図
４に示す金型を用いたトランスファ成形機に供給して薄
肉のトランスファ成形品とした。なお、射出成形機にお
いては、金型温度は約２００℃，シリンダ温度は高温部
で８０℃とし、成形材料は最高射出速度（２５０ｍｌ／
ｓ）の６０％で射出充填し、３０秒後に成形品を取り出
し、また、トランスファ成形機においては、金型温度は
約２００℃，プランジャ温度は１６０℃〜１７０℃に保
持し、プランジャの前進速度は最高値として成形材料を
充填し、１０秒後に成形品を取り出した処、折曲げ強度
に優れた成形品が得られた。

【００３６】上記の成形品についての見掛け密度および
外観は、表１に示す通りであった。表１より、射出成形
による場合は、見掛け密度が約０．０６ｇ／ｃｍ³の成
形品が得られ、古紙粉砕紙および馬鈴薯澱粉の比重を１
と仮定すると、発泡倍率は約１６．７倍のものとなり、
また、トランスファ成形による場合は、見掛け密度が約
０．２５ｇ／ｃｍ³の成形品が得られ、発泡倍率では約
５倍のものとなった。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１において、充填量については、射出成
形の場合、重量計測ができないので、見掛け上の量であ
って計量値（ｃｍ³）に相当する。また、充填率は、充
填が完了できたものを１００％とし、寸法は、成形収縮
率が１％以内のものを「優」、成形収縮率が１％以上も
しくは成形品の一部に未充填部が発見されたものを
「可」とした。

【００３９】（実施例２）水溶性高分子材料として実施
例１における馬鈴薯澱粉の替わりに、上記で説明した完
全けん化ポリビニールアルコールを用い、配合割合，混
練条件，成形条件等は実施例１の場合と同じにした結果
は、表１とほぼ同じであった。

【００４０】なお、実施例１の場合と比較して、混練物
の粘度は僅かに高く、折曲げ強度も充分にあり、耐水性
も若干優れており、例えば番号１に相当する成形品の場
合、実施例１のものは水中に侵漬して１分後に引き上げ
た処、形状の自己保持性がなくなって平板状となった
が、実施例２のものは３分侵漬した後でも自己保持性を
有していた。

【００４１】（実施例３）高分子結合材として実施例１
における馬鈴薯澱粉の替わりに、上記で説明したレゾー
ルの初期縮合物を用い、配合割合，混練条件，成形条件
等は実施例１の場合と同様にした結果は、表１とほぼ同
じであった。

【００４２】なお、レゾールの初期縮合物はメタノール
溶液として用いるので、硬化後の固形量を予め計測し、
この固形量を配合割合の基準として配合した。この場
合、メタノールおよび硬化反応により生成する縮合水
が、成形材料中に含まれることになるが、これらは配合
割合からは無視した。また、成形品の離型を容易にする
ために、レゾールの初期縮合物の固形量の３％に相当す
るステアリン酸亜鉛を混合し、さらに、途中工程におけ
るレゾールの初期縮合物の硬化反応の進行を阻止するた
めに、混練温度および射出成形時のシリンダ温度は６０
℃以下に維持した。

【００４３】実施例１および２の場合と比較すると、得
られた混練物は低粘度のパテ状となり、また、成形工程
における発泡は容易となり、成形品の見掛け密度が０．
０５ｇ／ｃｍ³の場合でも充填率は１００％となって発
泡倍率の高い成形品が得られる。

【００４４】さらに、成形品は充分な折曲げ強度を有
し、耐水性については侵漬１時間後でも充分に自己保持
性を有していた。

【００４５】（実施例４）繊維性主材料として実施例１
における古紙粉砕紙の替わりに、長さ５ｍｍのポリエス
テル繊維を１／５量添加した古紙粉砕紙を用い、高分子
結合材としては上記で説明したジアリルフタレートモノ
マーを加えた不飽和ポリエステル系の初期縮合物を用
い、配合割合，混練条件，成形条件等は実施例１の場合
と同様にした結果は、表１とほぼ同じであった。

【００４６】なお、不飽和ポリエステル系の初期縮合物
には、粘度調節のために５％のメチルエチルケトンを加
え、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシドを硬化剤として
２％加え、また、成形品の離型を容易にするために、レ
ゾールの初期縮合物の固形量の３％に相当するステアリ
ン酸亜鉛を混合時に加えた。また、成形材料中にメチル
エチルケトンが含まれることになるが、実施例３の場合
と同様に配合割合からは無視し、また、不飽和ポリエス
テル系の初期縮合物の熱変形を考慮して金型温度は１８
０℃に維持した。

【００４７】得られた成形品は、発泡倍率が高く、充分
な折曲げ強度を有し、靱性にも優れていることが確認さ
れた。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、転写性が良く、発泡倍率が高く、充分な折
曲げ強度を有する生分解性の繊維性成形品を、廃棄物の
再利用等により短い成形サイクルで容易に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において用いる延長ノズル方式
の射出成形金型の構成模式図である。

【図２】金型用円筒型の脱気手段を示し、（ａ）はその
上面図、（ｂ）はその断面図である。

【図３】本発明の実施例において用いるコールドランナ
方式の射出成形金型の構成模式図である。

【図４】本発明の実施例において用いる補助ラム式トラ
ンスファ方式の成形金型の構成模式図である。

【符号の説明】

５，１７，２３キャビティ６，１８，２４，２７脱気手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子結合材および水を添加して混練し
た繊維性主材料を、加熱した金型のキャビテイ内に充填
し、ついて添加した水を気化除去して固化させる繊維性
成形品の成形方法。
【請求項２】キャビテイ壁面温度を１２０℃〜２４０
℃とする請求項１記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項３】キャビテイ壁面温度を１６０℃〜２２０
℃とする請求項２記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項４】繊維性主材料として紙繊維を用いる請求
項１記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項５】紙繊維に他の繊維を５％〜４０％複合し
た繊維性主材料を用いる請求項１記載の繊維性成形品の
成形方法。
【請求項６】紙繊維に他の繊維を５％〜２０％複合し
た繊維性主材料を用いる請求項５記載の繊維性成形品の
成形方法。
【請求項７】高分子結合材として水溶性高分子材料を
用いる請求項１記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項８】高分子結合材として水溶性もしくはエマ
ルジョンとなる熱硬化性樹脂の初期縮合物を用いる請求
項１記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項９】高分子結合材の配合割合は、固化時にお
いて繊維性主材料の１０％〜５０％とする請求項１記載
の繊維性成形品の成形方法。
【請求項１０】高分子結合材の配合割合は、固化時に
おいて繊維性主材料の２０％〜４０％とする請求項９記
載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項１１】水の含有割合を２０％〜８０％とする
請求項１記載の繊維性成形品の成形方法。
【請求項１２】水の含有割合を３０％〜７０％とする
請求項１１記載の繊維性成形品の成形方法。