JP3822050B2

JP3822050B2 - 発泡体の製造方法

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Publication number: JP3822050B2
Application number: JP2000358163A
Authority: JP
Inventors: 正行上手; 春彦安孫子
Original assignee: Misawa Homes Co Ltd
Current assignee: Misawa Homes Co Ltd
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2002161162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡体の製造方法に関する。
【０００２】
【背景の技術】
従来、住宅の断熱材には、例えば、繊維質のグラスウール、ロックウールや、発泡プラスチック系のウレタンフォームなどが用いられている。また、近年では、古新聞などのリサイクル古紙を粉砕してつくられるセルロースファイバが、断熱材として注目を浴びている（例えば、特開平９−１３１７０８号公報に記載のセルロースファイバー組成物など）。
【０００３】
セルロースファイバは綿形状であり、繊維自体に無数の空気胞を持つとともに、絡み合った繊維間にも空気を抱えることから、断熱性能・吸音性能に優れるという特徴がある。さらに、セルロースファイバは、ファイバ自体を６〜８％の水分に保つ調湿作用を有している。
このようなセルロースファイバは、主に、乾式の吹込み工法（ブローイング工法）により、建築物の天井や壁の内部に施工されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吹込み工法によりセルロースファイバを吹き込んで施工する場合には、吹込み堆積物が経時的に沈下するために、施工部分の上部に隙間が生じ、断熱性能が低下する、という問題が生じていた。
【０００５】
本発明の課題は、セルロースファイバに代わる断熱材として、経時的沈下を生じずに、長期にわたって断熱効果を維持できる発泡体の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明である発泡体の製造方法は、２００メッシュ〜４００メッシュの篩を通過する大きさに廃紙を粉砕する粉砕工程と、粉砕された廃紙と、ポリプロピレン樹脂とを、廃紙の含有量が５０重量％〜７０重量％、ポリプロピレン樹脂の含有量が３０重量％〜５０重量％となるように混合する混合工程と、この混合工程で得られた混合物を、水蒸気で加熱して密度が２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³となるように押し出し発泡する発泡工程と、を含み、
前記粉砕工程は、廃紙を切断する第１の工程と、第１の工程で得られた切断物に、でんぷんと水を加えて粉砕する第２の工程と、を含み、
前記発泡工程で混合物を加熱する温度は、１７０℃〜１９０℃であり、
前記発泡工程で押し出し発泡する際の圧力は、０．５１Ｍ Pa 〜０．７１Ｍ Pa であることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、粉砕された廃紙とポリプロピレン樹脂とを混合し、押し出し発泡することで発泡体を製造するので、廃紙中のセルロースの繊維一本一本がネットのように支え合うことで、発泡体のしぼみが抑えられるとともに、発泡体中に空気が閉じこめられる。したがって、発泡体内部の気泡により断熱効果が得られるとともに、発泡体に経時的な沈下が生じないので、長期にわたって断熱効果を維持できる発泡体を提供できる。また、発泡体は、経時的に沈下するセルロースファイバに比べ、絡み合った繊維間に、より安定して空気を抱えることができるので、より確実に断熱性を確保できる。
【０００８】
また、発泡体の材料として廃紙を利用するので、資源の有効活用に貢献できる。また、はがきや切手、コピー紙、その他、雑誌、文庫本など、あらゆる廃紙を材料とすることができるので、資材の調達が比較的容易である。
【０００９】
なお、廃紙の含有量を５０重量％〜７０重量％、ポリプロピレン樹脂の含有量を３０重量％〜５０重量％としたのは、ポリプロピレン樹脂の含有量が３０重量％未満では、発泡体の形状を安定して維持できず、一方、廃紙の含有量が５０重量％未満では、廃紙の含有量が少なくなりすぎるので、資源の有効利用の観点から好ましくないためである。
【００１１】
発泡体の密度を２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³としたのは、密度が２０ｋｇ/ｍ³未満では、発泡体の内部において気泡が占める体積が大きくなりすぎて発泡体の強度が弱くなり、一方、密度が１００ｋｇ/ｍ³を越えると、気泡が占める体積が小さくなりすぎて充分な断熱効果を得ることができないからである。よって、発泡体の強度を確保しつつ、充分な断熱作用を有する発泡体を提供できる。
【００１６】
篩の目の大きさを２００メッシュ〜４００メッシュとしたのは、２００メッシュ未満では、粉砕物が大きくなりポリプロピレン樹脂と均一に混合されにくく、一方、４００メッシュを越えると、廃紙を細かく粉砕するのにかかる製造コストが増加するためである。よって、廃紙を適度な大きさの微粒粉に粉砕して、ポリプロピレン樹脂と均一に混合できるので、押し出し発泡により、均質な発泡体を得ることができる。
【００１８】
また、廃紙を切断してでんぷんと水を加えることで粉砕しやすくし、その後に粉砕するので、廃紙の切断のみによって微粒物を得るのに比べ、より効果的に均質な微粒物を得ることができる。
【００２０】
混合物を加熱する温度を、１７０℃〜１９０℃としたのは、１７０℃未満では、ポリプロピレン樹脂が溶解発泡せず、空気を含んだセル構造になりにくいため、良好な断熱性能が得られないためであり、また、１９０℃を越えると、ポリプロピレン樹脂が熱劣化しセル構造がこわれやすく、断熱性能が低下するためである。さらに、請求項１記載の発明によれば、ポリプロピレン樹脂が溶解発泡して、空気を含んだセル構造が確保されるので、良好な断熱性能を得ることができる。
【００２２】
押し出し発泡する際の圧力を、０．５１ＭPa〜０．７１ＭPaとしたのは、０．５１ＭPa未満では、混合物と水蒸気の混合が不足し良好な発泡体にならないためであり、０．７１ＭPaを越えると、水蒸気が過剰になり、成形体ができにくくなるためである。
また、請求項１記載の発明によれば、混合物と水蒸気とを適度に混合して、良好な発泡体を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の一実施の形態例の発泡体は、廃紙と、ポリプロピレン樹脂とを含有して構成されるものである。
【００３０】
発泡体の材料となる廃紙は、例えば、はがき、切手、コピー紙等、繊維状にできるものであれば良い。また、ポリプロピレン樹脂には、廃材、バージン材ともに使用できる。具体的には、例えば、出光ＰＰＨ７００などが使用され、また、融点１７０℃〜２００℃のグレードのものが好ましい。
【００３１】
また、発泡体には、廃紙が５０重量％〜７０重量％含まれており、また、ポリプロピレン樹脂が３０重量％〜５０重量％含まれている。また、発泡体の密度は、２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³に設定されている。
【００３２】
次に、本発明の一実施の形態例の発泡体の製造方法について、説明する。
発泡体の製造方法は、廃紙を粉砕する粉砕工程と、粉砕された廃紙とポリプロピレン樹脂とを混合する混合工程と、混合工程で得られた混合物を、水蒸気で加熱して押し出し発泡する発泡工程と、を含んでいる。
【００３３】
（１）粉砕工程
粉砕工程は、第１の工程と、第２の工程と、を含んでいる。
【００３４】
まず、第１の工程において、はがきなどの廃紙を細かく切断する。次に、第２の工程において、第１の工程で得られた切断物に、でんぷんと水を加えて造粒物にする。でんぷんには、例えば、トウモロコシ由来のでんぷんなど、各種のでんぷんを使用でき、具体的には、ホーネンコーポレーション製のでんぷんなどが用いられる。でんぷんは、廃紙に含有されるセルロース中、１〜３重量％分だけ混合され、凝固剤として機能する。
【００３５】
次に、得られた造粒物を、例えば、ボールミルなどの粉砕器により粉砕する。その後、粉砕物を、２００〜４００メッシュ、好ましくは３００メッシュの篩でふるい、粉砕物を得る。
【００３６】
（２）混合工程
次に、粉砕工程で得られた粉砕された状態の廃紙（セルロース）を、ポリプロピレン樹脂と混合する。廃紙とポリプロピレン樹脂とを混練し、ペレット状に形成する。
【００３７】
（３）発泡工程
次に、混合工程で得られた混合物であるペレットを、水蒸気で加熱して押し出し発泡する。発泡する際には、混合物を二軸スクリューなどにより混和して、水蒸気で１７０℃〜１９０℃、好ましくは１８０℃に加熱し、また、０．５１ＭPa〜０．７１ＭPaに加圧する。押し出し速度および押し出し金型の形状をコントロールするなどして、発泡物の密度を２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³に設定する。
【００３８】
以上のように、本発明の一実施の形態例である発泡体、および発泡体の製造方法によれば、ポリプロピレン樹脂が溶けて水蒸気と圧力とで発泡体が形成される。発泡体は廃紙を含んでいるので、廃紙に含まれるセルロース繊維一本一本がネットのように支え合うことで、急冷による発泡体のしぼみが抑えられるとともに、発泡体の内部に空気が閉じこめられる。
【００３９】
したがって、発泡体内部の気泡により断熱効果が得られるとともに、経時的な沈下が生じないので、従来のセルロースファイバと異なり、長期にわたって断熱効果を維持できる。また、絡み合った繊維間に安定して空気を抱えることができるので、確実に断熱性を確保できる。
【００４０】
また、材料には、廃紙や、ポリプロピレン樹脂の廃材を利用するので、資源の有効活用に貢献できる。また、はがきや切手、コピー紙、その他、雑誌、文庫本など、あらゆる廃紙を材料とすることができるので、資材の調達が比較的容易である。
【００４１】
また、発泡体の密度は、２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³の範囲内に設定されているので、発泡体の強度を確保しつつも、充分な断熱作用を有する発泡体を提供できる。
【００４２】
また、粉砕工程において、２００メッシュ〜４００メッシュの篩を通過する大きさに廃紙を粉砕するので、粉砕された廃紙をポリプロピレン樹脂と均一に混合してペレットを形成できる。したがって、押し出し発泡により、均質な発泡体を得ることができる。
【００４３】
また、粉砕工程において、廃紙を切断してでんぷんと水とにより造粒物にし、その後に粉砕するので、廃紙の切断のみによって微粒物を得るのに比べ、より効果的に均質な微粒物を得ることができる。
【００４４】
また、発泡工程において、混合物を１７０℃〜１９０℃に加熱するので、ポリプロピレン樹脂が溶解発泡して、空気を含んだセル構造が確保されるので、良好な断熱性能を得ることができる。
【００４５】
また、発泡工程において、混合物を０．５１ＭPa〜０．７１ＭPaに加圧するので、ペレットと水蒸気とを適度に混合して、良好な発泡体を得ることができる。
【００４６】
なお、上述の発泡体の製造方法においては、粉砕工程において、でんぷんと水とで廃紙を造粒物にしてから粉砕するものとしたが、これに限らず、廃紙を切断して直接粉砕物を得るものとしても良いし、その他、従来より周知の粉砕方法により廃紙を粉砕するものとしても良い。
【００４７】
また、粉砕された廃紙とポリプロピレン樹脂とを混合してペレット状にしてから発泡するものとしたが、この方法に限定されるものではなく、廃紙と樹脂とを互いに混合して発泡できれば良い。例えば、粉砕された状態の廃紙と、ポリプロピレン樹脂とを、スクリュー押し出し機を利用して混合しつつ、押し出し発泡を行うものとしても良い。
【００４８】
また、上述の発泡体を、パネル工法において用いられる建築用パネルの内部に備えられる構成とすれば、前記建築用パネルを用いて建築物を構築するだけで、断熱処理を施すことができる。なお、パネル工法における建築用パネルは、建築物を構成する構成部となるものであり、框材を組んでなる枠体と、枠体内に組み付けられる補助桟材と、枠体の片面もしくは両面に貼り付けられた面材とを備えて構成され、従来より周知のパネル工法における建築物の、床や壁、屋根などを構成するものである。
【００４９】
さらに、内部に発泡体が設けられた壁パネルを、壁に立てて設置する場合にも、壁パネル内部で発泡体が経時的に沈下しないので、長期にわたって断熱効果を維持できる。
【００５０】
また、上述の発泡体の圧縮強度は、２０ｋPa程度であるので、建築用パネルの枠体内部の幅長さよりも幅長さが大きい発泡体を、枠体内部に押し込んで設置することができる。このようにすれば、枠体内部の幅一杯に発泡体を配置でき、高い断熱効果を得ることができる。
【００５１】
なお、発泡体を建築物の構成部に設置する例として、建築用パネルの枠体内部に発泡体を設置する例について説明したが、これに限らず、例えば、２×４工法や在来工法などによる建築物の床や壁などの構成部に、施工現場において発泡体を直接設置する場合に適用しても良い。この場合にも、例えば、柱間の長さよりも幅長さが大きい発泡体を柱間に押し込んで設置することで、高い断熱効果を得ることができる。ここで、構成部とは、建築物の少なくとも一部となる部分を意味する。前記構成部としては、例えば、壁、床、天井などが挙げられるが、これらの例に限定されるものではない。また、幅長さの基準となる幅方向は、横方向に限らず、上下方向や斜め方向も含むものとする。
【００５２】
次に、図１および図２を参照して、上述の発泡体の製造方法により製造された発泡体（以下、セルロースフォームと称する）と、各種の断熱材とを比較検討する。
【００５３】
図１は、セルロースフォームと、各種の断熱材との熱伝導率を示す表である。表中、Ｋの前に示した数値は、一平方メートル当たりの重量（kg）であり、Ｓは、細繊維であることを意味する。
【００５４】
セルロースフォームの熱伝導率は、０．０３４Ｗ/ｍ・Ｋであり、高性能のグラスウール（細繊維グラスウール１６ＫＳ、２４ＫＳなど）やロックウール等とほぼ同等の断熱性能を有している。また、廃紙を原料とするセルロースフォームとセルロースファイバとを比較すると、セルロースフォームの方が熱伝導率が低く、より良好な断熱効果を示している。
【００５５】
なお、紙の熱伝導率は、０．２１Ｗ/ｍ・Ｋであり、紙を粉砕して３００メッシュ以下にしたものの熱伝導率は、０．０５５Ｗ/ｍ・Ｋである。これらに比べてセルロースフォームの熱伝導率はより低い値であるので、廃紙を含有する発泡体とすることで、発泡体内部に確保される気泡により、より良好な断熱作用が得られることがわかる。
【００５６】
図２は、セルロースフォームと、各種の断熱材との比較表である。表中、「ＶＯＣ」の欄では、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds）の揮散が比較的少ないものについて、丸印を付けている。
【００５７】
「ＶＯＣ」、「安全性」の欄からもわかるように、環境や人体への影響を考慮すると、繊維系のグラスウール、ロックウール等や、純石油系のウレタンフォーム等に比較して、セルロースファイバや、セルロースフォームは、より望ましい断熱材である。
【００５８】
また、「リサイクル」の欄に示すように、図２に示す八種の断熱材のうち、廃材を利用して製造できるのは、ポリスチレンフォーム、セルロースファイバ、セルロースフォームである。ポリスチレンフォームは、ポリスチレンを再利用でき、セルロースファイバは、廃紙を再利用できる。これに対し、セルロースフォームでは、廃紙と、ポリプロピレン樹脂とを再利用することができる。
【００５９】
さらに、「性能」の欄でも示すように、セルロースフォームはセルロースファイバに比べて断熱性能が高く、より断熱材に適した素材である。
以上を考慮すると、セルロースフォームは、断熱材としての性能が高く、リサイクル性に富み、かつ、安全性が高いので、次世代の断熱材として、より好ましい素材であると言える。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、発泡体内部の気泡により断熱効果が得られるとともに、発泡体に経時的な沈下が生じない。したがって、長期にわたって断熱効果を維持できる発泡体を提供できる。また、発泡体は、絡み合った繊維間に安定して空気を抱えることができるので、確実に断熱性を確保できる。また、廃紙を利用するので、資源の有効活用に貢献できる。また、資材の調達が比較的容易である。
【００６１】
また、発泡体の強度を確保しつつも、充分な断熱作用を有する発泡体を提供できる。
【００６３】
また、廃紙を適度な大きさの微粒粉に粉砕して、ポリプロピレン樹脂と均一に混合でき、よって、押し出し発泡により、均質な発泡体を得ることができる。
【００６４】
また、廃紙の切断のみによって微粒物を得るのに比べ、より効果的に均質な微粒物を得ることができる。
【００６５】
また、ポリプロピレン樹脂が溶解発泡して、空気を含んだセル構造が確保されるので、良好な断熱性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の発泡体と、各種断熱材との熱伝導率を示す表である。
【図２】本発明を適用した一実施の形態の発泡体と、各種断熱材との比較表である。

Claims

２００メッシュ〜４００メッシュの篩を通過する大きさに廃紙を粉砕する粉砕工程と、
粉砕された廃紙と、ポリプロピレン樹脂とを、廃紙の含有量が５０重量％〜７０重量％、ポリプロピレン樹脂の含有量が３０重量％〜５０重量％となるように混合する混合工程と、この混合工程で得られた混合物を、水蒸気で加熱して密度が２０ｋｇ/ｍ³〜１００ｋｇ/ｍ³となるように押し出し発泡する発泡工程と、を含み、
前記粉砕工程は、廃紙を切断する第１の工程と、第１の工程で得られた切断物に、でんぷんと水を加えて粉砕する第２の工程と、を含み、
前記発泡工程で混合物を加熱する温度は、１７０℃〜１９０℃であり、
前記発泡工程で押し出し発泡する際の圧力は、０．５１Ｍ Pa 〜０．７１Ｍ Pa であることを特徴とする発泡体の製造方法。