JP3719257B2 - 複合廃樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば廃棄物である使用済みの廃合成樹脂及び同じく廃棄物であるフライアッシュ等の廃無機フィラーを再利用するため、これらを原材料としてコンクリート代用成形品を製造するのに使用する複合廃樹脂組成物の製造方法に関する。

使用済みの各種熱可塑性合成樹脂や、例えば石炭灰、フライアッシュ等の各種無機フィラーが廃棄物として大量に排出されている。これらの再利用により資源の有効活用を図るため、例えばトラフ、溝、管や枡等の各種コンクリート製品の代用成形品の成形原材料として使用している。

その際の製造方法としては、例えば特許文献１に示す成形物の製造方法が提案されている。 特許文献１の製造方法は、廃合成樹脂７０乃至９０重量％と、滑石、石炭灰、脈班石（elvan）、焼石灰、白土、黄土及び泥土からなる群から選択された一つ以上の結合剤１０乃至３０重量％とを各々１００メッシュ以上に粉砕した後、 ５０乃至７０rpmの攪拌速度で攪拌させながら１５０乃至３００℃の温度範囲で溶融して 圧出成形することを特徴としている。

上記した製造方法により得られる成形品は、廃合成樹脂材と無機フィラーとが均一に分散して結合していない構造であるため、耐薬品性（耐酸及び耐アルカリ性）、耐候性、耐強度性等が悪く、経時使用に伴って劣化し易く、短期間で破壊するおそれが高く、長期の使用を前提とするコンクリート代用品としては有用でなかった。

また、上記した製造方法にあっては、無機フィラーの含有量が１０乃至３０重量％と極めて低く、その再利用効率が悪かった。再利用効率を高めるために無機フィラーの含有量を増大させた場合には、合成樹脂中における無機フィラーの分散状態が不均一になって成形品強度等が著しく低下して耐久性が悪く、コンクリート代用品として使用できなかった。更に、合成樹脂単体で肉厚状のコンクリート代用品を成形した場合にあっては、成形時の冷却に時間がかかり、短時間に多数の製品を成形できなかった。
特開平１１−７０５２４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、溶融した合成樹脂に無機フィラーを混ぜた組成物で成形された成形品は、コンクリートと同等の特性を有していない点にある。また、合成樹脂に対する無機フィラーの含有量を多くした場合には、成形品自体が極度に脆弱化してコンクリート代用品としての使用に耐えられない点にある。更に、無機フィラーの含有量が低く抑えられるために無機フィラーの再利用効率が悪い点にある。

本発明に係る複合廃樹脂組成物の製造方法は、廃合成樹脂材と廃無機フィラーの結合状態を海島構造に形成することができ、廃無機フィラーの含有量を多くしても、コンクリートと同等特性の成形品を成形することができる利点がある。また、廃合成樹脂材と共に廃無機フィラーの再利用効率を高めることができる利点がある。配合される廃無機フィラーが廃合成樹脂材に比べて熱伝導性が高いため、廃合成樹脂材単体に比べて成形後の冷却時間を短縮し、短時間に大量成形を可能にする利点がある。

本発明は、所望の大きさからなる廃合成樹脂材に対し、該廃合成樹脂材より熱伝導率が高く、微小粒径の廃無機フィラーを３０乃至６０wt%の割合で混合して常温下で攪拌混合し、廃合成樹脂材表面に廃無機フィラーを均一に付着させた攪拌混合物を生成する攪拌工程と、該攪拌混合物を廃合成樹脂材の軟化温度下で加熱混練し、付着した廃無機フィラーを介して供給される熱エネルギーにより廃合成樹脂材を軟化し、付着した廃無機フィラーを混練圧により廃合成樹脂材内に取り込ませて加熱混合物を生成する加熱混練工程と、該加熱混合物を廃合成樹脂材の溶融温度下で加熱混練し、供給される熱エネルギーにより廃合成樹脂材を流動可能に溶融して廃無機フィラー表面にコーティングして溶融混合物を生成する溶融混練工程と、該溶融混合物を、廃合成樹脂材及び廃無機フィラーの温度勾配が平衡化するまで加熱混練状態を継続して溶融した廃合成樹脂材中に廃無機フィラーを均一に分散させて海島構造化した複合廃樹脂組成物を製造することを特徴とする。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１において、複合廃樹脂組成物は、主に廃棄物として排出される使用済みの合成樹脂材（以下、廃合成樹脂材という）と該廃合成樹脂材より熱伝導率が高い無機フィラー（以下、廃無機フィラーという）を主成分とする。その内、廃合成樹脂材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、脱塩ポリ塩化ビニール、ポリウレタン、メタリリル樹脂等の熱可塑性樹脂で、所望の大きさ、即ち１０mm以下、望ましくは５mm以下の大きさにペレット化または破砕される。

この廃合成樹脂材は、その溶融温度がほほ一致する、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン等の組合せ、又は溶融温度が異なる、例えばポリプロピレン、ポリエチレンと脱塩ポリ塩化ビニール、メタクリル樹脂等の組合せであってもよい。尚、本発明の廃合成樹脂材に適宜比率でバージン樹脂材を混ぜてもよい。

廃無機フィラーとしては、主として廃棄物として排出される石炭灰、フライアッシュ、高炉スラグ、炭化物、珪藻土、炭酸カルシウム、アルミナや一部フィラー換算された使用済みの熱硬化性樹脂等で、廃合成樹脂材より熱伝導率が高いのを条件とし、所望の大きさ、例えば１００μm以下、望ましくは４５μm以下に微粉砕される。使用する廃無機フィラーとしては、単一種類又は複数種類のいずれであってもよい。尚、使用済みを含む微粉砕した熱硬化性樹脂にあっては、無機フィラーとしてではなく、増量材として添加してもよい。

上記した廃合成樹脂材及び廃無機フィラーを主原料とする複合廃樹脂組成物の製造方法は、以下の通りである。

１．常温混合工程
廃合成樹脂材：４０〜７０ｗｔ％及び廃無機フィラー：３０〜６０ｗｔ％に助剤（難燃材、強化材、滑材、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤、帯電防止剤、抗菌剤、改築材等の内から成形物の用途に応じて選択される。）や、必要に応じて微粉砕した使用済みの熱硬化性樹脂粉等を増量材として所定量添加した混合物を常温下で攪拌して常温混合物を生成する。

上記攪拌作用により廃合成樹脂材の表面に廃無機フィラーが均一に付着する。この付着作用は、攪拌に伴う廃合成樹脂材の振動による摩擦により帯電する静電気またはファンデルワ−ルス力により無機フィラーを吸着するものと考えられる。

２．加熱混練工程
上記１により生成された常温混合物を廃合成樹脂材の軟化温度下で加熱混練する。このとき、廃合成樹脂材の表面に均一に付着した廃無機フィラーが廃合成樹脂材より熱伝導率が高いため、先に軟化温度まで昇温して廃合成樹脂材との間に温度差が発生し、昇温した廃無機フィラーを介して廃合成樹脂材に熱エネルギーを供給して軟化させる。このとき、廃合成樹脂材がガラス転移温度以上になると、電子がブラウン運動により振動して軟化し始める。

また、上記のように廃無機フィラーからの熱エネルギーにより廃合成樹脂材が軟化した状態で混練圧が作用し、この混練圧と自己せん断熱の作用により凝集した廃無機フィラーを分散させながら軟化した廃合成樹脂材内に廃無機フィラーを押し込み、加熱混合物を生成する。

３．溶融混練工程
上記２による加熱混合物を、廃合成樹脂材の溶融温度下で加熱混練して溶融混合物を生成する。これにより廃合成樹脂材自体、外部から直接付与される熱や廃無機フィラーを介して付与される熱や自己せん断熱により溶融して流動状態になる。このとき、廃合成樹脂材と廃無機フィラーの界面では熱エネルギーの授受により浸漬熱が助長される。これにより多くの廃無機フィラーが溶融した廃合成樹脂材に取り込まれて廃無機フィラーの表面に廃合成樹脂材がコーティングされた状態になる。

この結果、廃無機フィラー自体、その表面には廃合成樹脂材がコーティングされることにより溶融した廃合成樹脂材との親和性が高くなり、溶融した廃合成樹脂材中において廃無機フィラーを均一に分散させる。

尚、この溶融混練工程においては、溶融した廃合成樹脂材と廃無機フィラーとは熱伝導率が異なるために常に温度差があり、廃合成樹脂材は廃無機フィラーからの熱エネルギーの供給状態が継続されることになる。

４．海島構造形成工程
上記３による溶融混合物の加熱及び混練状態を継続して廃合成樹脂材及び廃無機フィラーの温度勾配が平衡状態化して複合廃樹脂組成物を生成する。この温度勾配の平衡化に伴い、廃合成樹脂材において廃無機フィラーの分散状態が均一になり、海島構造を形成して複合廃樹脂組成物を生成する。

上記したように廃合成樹脂材に対して熱伝導率が高い廃無機フィラーを使用し、加熱時に両者間に温度差を生じさて熱エネルギーを授受させることにより浸漬熱を助長させた状態で混練圧や自己せん断熱を作用させることにより、省エネルギーと、廃合成樹脂材の濡れ性、廃合成樹脂材に対する廃無機フィラーの付着性及び浸漬性を高め、高比率で廃無機フィラーを混合させると共に均一分散した海島構造化することができる。

上記により生成された複合廃樹脂組成物は、溶融状態のまま、又は必要に応じて溶融した複合廃樹脂組成物中に混在する空気を脱気した後に、例えば射出成形機または押出し成形機のホッパ部に供給し、例えばコンクリート代用品である所望の成形品に成形したり、溶融した複合廃樹脂組成物を微小空間内に通過させて棒状成形品に成形した後に所定の長さ毎に切断してペレット化し、射出成形機または押出し成形機に供給される成形原料とする。尚、ペレット状の複合廃樹脂組成物を製造する際には、微小空間内に溶融した複合廃樹脂組成物を通過させることにより含有した空気を脱気させることができ、特に脱気処理は不要である。

また、上記のように製造された溶融状態の複合廃樹脂組成物或いはペレット化された複合廃樹脂組成物を成形原料として生産された所望の製品にあっては、その使用後に所望の大きさに粉砕した後に溶融し、その溶融状態のまま、或いは硬化させた後に所望の大きさにペレット化して再び成形原料とすることができる。

具体例１

廃合成樹脂材：主にオレフィン系包装容器の廃合成樹脂材で、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳを使用し、5mm前後のペレット状又は破砕したものを使用する。
廃無機フィラー：石炭灰（JISA6201II）を使用する。
助剤：強化材（平均線径10μmの廃グラスファイバー）、難燃剤（デカブロン、難燃助剤として三酸化アンチモン）を使用する。

常温混合工程
上記した廃合成樹脂材４８ｗｔ％、難燃助剤４ｗｔ％、難燃剤８ｗｔ％、強化材３ｗｔ％、廃無機フィラー３７ｗｔ％を、上記順序で攪拌混合機に投入し、常温下、約２０分の間、攪拌混合することにより廃合成樹脂材の表面に微粉体である廃無機フィラー、助剤を付着させる。このときの廃合成樹脂材と廃無機フィラーとの割合は、５７：４３になる、また、この攪拌混合において、廃合成樹脂材の表面に付着しきれない無機フィラー、助剤及び強化材は、廃合成樹脂材間にて均一分散状態になる。

加熱混練工程
上記した常温混合物を、加熱押出し混合機における加熱シリンダ内に投入し、加熱温度：１８０℃乃至２００℃で、混練しながら５００Kg/hrの量で圧送して廃合成樹脂材の軟化温度下で加熱混練し、廃無機フィラーからの熱エネルギーにより廃合成樹脂材が軟化した状態で作用する混練圧により凝集した廃無機フィラーを分散させながら軟化した廃合成樹脂材内に廃無機フィラーを押し込み、加熱混合物を生成する。

溶融混練工程
上記した加熱混合物を加熱押出し混合機における加熱シリンダ内に投入し、加熱温度：約２３０℃で、混練しながら約５００Kg/hrの量で圧送し、廃合成樹脂材を溶融しながら混練して溶融混合物を生成する。これにより廃合成樹脂材自体、自己せん断熱と外部から直接付与される熱や廃無機フィラーを介して付与される熱により溶融して流動状態になり、廃合成樹脂材と廃無機フィラーの界面では熱エネルギーの授受により浸漬熱が助長されることにより多くの廃無機フィラーが溶融した廃合成樹脂材に取り込まれて廃無機フィラーの表面に廃合成樹脂材がコーティングされた状態になる。

この結果、廃無機フィラー自体、その表面には廃合成樹脂材がコーティングされることにより溶融した廃合成樹脂材との親和性が高くなり、溶融した廃合成樹脂材中において廃無機フィラーを均一に分散させる。

海島構造形成工程
上記した加熱押出し混合機による加熱混練状態（加熱温度：約２３０℃、混練圧送量：約５００Kg/hr）を継続することにより廃合成樹脂材及び廃無機フィラーの温度勾配が平衡状態化して複合廃樹脂組成物を生成する。この温度勾配の平衡化に伴い、廃合成樹脂材において廃無機フィラーの分散状態が均一になり、海島構造を形成して複合廃樹脂組成物を生成する。

上記した加熱混練工程、溶融混練工程及び海島構造形成工程は、単一の加熱押出し混合機を使用して一体に行う。即ち、加熱押出し混合機における加熱シリンダの前段部分にて上記した加熱混練を、中段で上記した溶融混練を、更に後段で海島構造形成を行う。上記条件下における複合廃樹脂組成物の海島構造状態を図２に示す。図２は複合廃樹脂組成物の切断面を倍率５００倍で拡大した電子顕微鏡写真である。

上記条件により製造された複合廃樹脂組成物を樹脂原料として成形されたケーブルトラフ（１５０×１２０×１０００mm、厚さ：１２mm、重量：１５kg）にあっては、トラフ本体及びトラフ蓋の曲げ強度試験で破壊荷重：１３．０KN以上(JISA1106付属書による)、蓋曲げ強度試験で破壊荷重：３５．０KN以上(JISA5327付属書10による)、本体曲げ強度試験で破壊荷重：３．２KN以上(JISA5327付属書10による)、５kg鉄球落下による落錘衝撃試験で破壊衝撃：３０．０J以上(JISK7211準拠による)であり、コンクリート製品の代用品として充分に実用に耐えれるものである。

具体例２

上記した混合割合の他の混合例を以下に示す。その際に廃合成樹脂材、廃無機フィラー及び助剤の材質に付いては、具体例１と同様とする。

配合例１（廃無機フィラー３０：廃合成樹脂材７０）
廃合成樹脂材：５７．９ｗｔ％
難燃剤：１４．４ｗｔ％
強化材：３．０ｗｔ％
廃無機フィラー：２４．７ｗｔ％

配合例２（廃無機フィラー５０：廃合成樹脂材５０）
廃合成樹脂材：４３．１ｗｔ％
難燃剤：１０．８ｗｔ％
強化材：３．０ｗｔ％
廃無機フィラー：４３．１ｗｔ％

配合例３（廃無機フィラー６０：廃合成樹脂材４０）
廃合成樹脂材：３５．３ｗｔ％
難燃剤：８．８ｗｔ％
強化材：３．０ｗｔ％
廃無機フィラー：５２．９ｗｔ％

何れの配合例による複合廃樹脂組成物にあっては、廃合成樹脂材に廃無機フィラーが均一に分散した海島構造になるように製造することができた。

複合廃樹脂組成物の製造方法を示す説明図である。 具体例１における複合廃樹脂組成物の海島構造状態を示す電子顕微鏡写真である。

Claims (3)

1. 所望の大きさからなる廃合成樹脂材に対し、該廃合成樹脂材より熱伝導率が高く、微小粒径の廃無機フィラーを３０乃至６０wt%の割合で混合して常温下で攪拌混合し、廃合成樹脂材表面に廃無機フィラーを均一に付着させた攪拌混合物を生成する攪拌工程と、該攪拌混合物を廃合成樹脂材の軟化温度下で加熱混練し、付着した廃無機フィラーを介して供給される熱エネルギーにより廃合成樹脂材を軟化し、付着した廃無機フィラーを混練圧により廃合成樹脂材内に取り込ませて加熱混合物を生成する加熱混練工程と、該加熱混合物を廃合成樹脂材の溶融温度下で加熱混練し、供給される熱エネルギーにより廃合成樹脂材を流動可能に溶融して廃無機フィラー表面にコーティングして溶融混合物を生成する溶融混練工程と、該溶融混合物を、廃合成樹脂材及び廃無機フィラーの温度勾配が平衡化するまで加熱混練状態を継続して溶融した廃合成樹脂材中に廃無機フィラーを均一に分散させて海島構造化した複合廃樹脂組成物を生成する複合廃樹脂組成物の製造方法。
2. 請求項１において、廃合成樹脂材に新規合成樹脂材を混合した複合廃樹脂組成物の製造方法。
3. 請求項１の廃無機フィラーは、廃合成樹脂材より熱伝導率が高い石炭灰、フライアッシュ、高炉スラグ、火山灰、貝殻粉、炭化物、珪藻土、炭酸カルシウム、アルミナ、一部フィラー換算した使用済み熱硬化性樹脂の少なくとも何れかからなる複合廃樹脂組成物の製造方法。