JP4659356B2

JP4659356B2 - 再生ポリウレタンフォームの製造方法

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Publication number: JP4659356B2
Application number: JP2003434893A
Authority: JP
Inventors: 裕司佐々木; 敦彦板倉; 睦夫間所
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005194299A

Description

この発明は、再生ポリウレタンフォームの製造方法に関し、更に詳細には、ポリウレタンフォームのリサイクル工程においてＶＯＣを吸着することで、所定の加熱下や経年変化によって発生するＶＯＣを低減し得る安全で廉価な再生ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。

近年、地球環境の保全や省エネルギーの観点から、あらゆる物質の再利用が求められている。殊に車両や住宅等の内装材として、利用用途が多技に亘るポリウレタンフォームについては、その使用量の多さや原料となる原油の使用量抑制の観点から、再利用による廃棄物の有効活用が強く望まれている。そして廃棄されたポリウレタンフォームの再利用に際して、最も一般的なものとして「リボンデッド」とよばれる方法がある。この方法は、廃棄されたポリウレタンフォームを粉砕・裁断してチップ状態とし、これに例えば一液性のウレタン系接着剤を加えて、水蒸気雰囲気下で加熱プレス成形することで接着剤を硬化させつつ、所望の形状とするものであり、主に自動車内装材等の成形工程内で排出されるポリウレタンフォーム廃材の再利用方法として活用されている。

一方、住環境等の改善を目的として、室内空気汚染問題、所謂シックハウス問題も論議されている。このシックハウス問題において、殊に問題視されているのが揮発性有機化合物(以下、ＶＯＣと云う)である。このＶＯＣについてはその影響を鑑み、最近厚生労働省が指針値を発表しており、社会的にも注目を集めている。またＶＯＣおいて、例えばアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドおよびプロピオンアルデヒド等の低沸点物質は、室温程度でも揮発し、かつ人体に対しても悪影響を与えるため、殊にその発生量の低減が期待されている。なおアルデヒド類として代表的なアセトアルデヒドおよびホルムアルデヒドについての厚生労働省指針値は、夫々４８μｇ／ｍ^３(０.０３ｐｐｍ)および１００μｇ／ｍ^３(０.０８ｐｐｍ)に設定されている。

前述した「リボンデッド」等で製造される再生ポリウレタンフォームの使用用途は、量産性、価格性および断熱性に代表される物性等の点から、シックハウス問題で論議されている室内、すなわち車両または住宅における内装材に好適である。そしてポリウレタンフォームには、主原料となるポリオールや、重合停止剤および触媒等に、前述のアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドおよびプロピオンアルデヒド等の低沸点(５０℃未満)で揮発するＶＯＣが含まれているため、その発生量について前述の指針値を尊守すべく対応する必要がある。

ポリウレタンフォームの種類によって発生量が異なるため、例えばＶＯＣの発生量が殆どないポリウレタンフォームだけを材料として再生ポリウレタンフォームを製造することも考えられる。しかし再生ポリウレタンフォームが再生品であるという構成上、使用される廃棄物の種類、すなわちポリウレタンフォームの種類は多種類に亘り、その細かな組成等は殆ど特定できず、そこから製造される再生ポリウレタンフォームについてもＶＯＣの発生源を再生原料から除去することは不可能であった。

そのため再生ポリウレタンフォームからＶＯＣを除去する一般的な手段として、以下の方法が採用されていた。すなわち、
(１)再生ポリウレタンフォームの原料であるチップ状のポリウレタンフォーム廃材に対して、水洗等の物理的かつ直接的な除去手段を実施することで、ＶＯＣを除去する。
(２)下記の特許文献１に記載の発明「特定化学物質の補修方法及びこれに用いる吸着剤」に開示される技術を応用して、製造される再生ポリウレタンフォームの再生原料中と、物理的にＶＯＣ吸着能がある活性炭等の表面積が大きな物質とを混合し、この混合物から再生ポリウレタンフォームを製造する。
(３)下記の特許文献２に記載の発明「吸着剤、その製造方法及びフィルター材料」に開示される技術を応用して、製造される再生ポリウレタンフォームの再生原料中と、化学的にＶＯＣを吸収する各種吸着剤とを混合し、この混合物から再生ポリウレタンフォームを製造する。
特開２００３−８００６２号公報特開２００１−１９８４５７号公報

しかし、前述の(１)〜(３)の各方法の場合、以下の欠点が指摘される。すなわち、
(１)製造済みの再生ポリウレタンフォームに対する水洗等の手段による洗浄は、その対象が再生ポリウレタンフォームの外部領域に限られ、内部に含有されるＶＯＣを除去することができない。またアルデヒド類を除去することで含有するようになった洗浄液等の二次処理が困難であり、還って問題の多様化を招く。
(２)活性炭等を使用する場合のＶＯＣ除去効果は、再生ポリウレタンフォームの原料中に混合され、再生ポリウレタンフォーム中に分散して残留するため、再生ポリウレタンフォームのＶＯＣ発生部位等に拘わらず、かつ比較的簡便な方法である。しかしこの方法は、再生ポリウレタンフォームの製造過程で実施される加熱または完成品の利用過程における加熱により、物理吸着したＶＯＣを再び放出してしまう。
(３)化学反応によりＶＯＣを吸着する方法は、(１)の問題や、(２)のＶＯＣ除去に関わる可逆性もない好適な物である。しかし吸着剤自体が高価であると共に、一定以上の効果を得るためにはこの吸着剤を多量に加える必要があるため、必然的に製造コストが高くなってしまう。

前記課題を克服するため本発明に係る再生ポリウレタンフォームの製造方法は、使用済みのポリウレタンフォームを粉砕した多数のチップフォームに、シッフ反応を起こす吸着剤を加えて攪拌することで、少なくとも該チップフォーム中に含まれるアルデヒド基含有物質を該吸着剤に吸収・除去させ、
前記チップフォームに対して一液性のウレタン系接着剤を加えた混合物に、加熱プレスを施しつつｐＨを７.５〜８.５の範囲に調整した水蒸気に接触させ、
これにより、製造中または製造後の再生ポリウレタンフォームから発生する揮発性有機化合物(ＶＯＣ)を低減するようにしたことを特徴とする。

本発明に係る再生ポリウレタンフォームの製造方法によれば、活性炭の如く物理的な方法でＶＯＣを吸着しないので、製造時や利用時に高温状態となってもＶＯＣが殆ど放出されることがない再生ポリウレタンフォームを製造し得る。またｐＨ調整を行なうことにより、吸着剤の使用量を少なくすることが可能となり、製造コストを低減し得る。

次に、本発明に係る再生ポリウレタンフォームの製造方法につき、最良の実施形態である製造方法に従って実施例を以下に説明する。実施例に係る再生ポリウレタンフォーム１０は、図１に示す如く、使用済みのポリウレタンフォーム廃材を所定の大きさに破砕・裁断した多数のチップフォーム１２と、この多数のチップフォーム１２間を埋めるようにして接着する接着手段としての一液性のウレタン系接着剤１６と、チップフォーム１２とウレタン系接着剤１６との境界に存在し、チップフォーム１２を均質に覆っているシッフ反応を起こす吸着剤１４とから基本的になる。また本実施例に係る再生ポリウレタンフォームの製造工程は、図２に示す如く、基本的に破砕工程Ｓ１、吸着剤混合工程Ｓ２、接着剤添加工程Ｓ３、成形工程Ｓ４および最終工程Ｓ５から構成される。

なお、ここで使用されるチップフォーム１２およびウレタン系接着剤１６については、従来公知の「リボンデッド」による再生ポリウレタンフォームに用いられるものと同様であるため、詳細な説明は省略する。また従来の「リボンデッド」による再生ポリウレタンフォームの製造方法と同様の工程、すなわちポリウレタンフォームの廃材が破砕・裁断される粉砕工程Ｓ１および完成した再生ポリウレタンフォーム１０の各種検査等を実施する最終工程Ｓ６についての詳細な説明は省略する。

チップフォーム１２を得た後に実施される吸着剤混合工程Ｓ２は、チップフォーム１２の中に所要量のシッフ反応を起こす吸着剤(以下、単に吸着剤と云う)１４を加え、充分に攪拌する工程である。この攪拌に際して吸着剤１４は、チップフォーム１２の表面と繰り返し接触することになり、この接触により吸着剤１４とチップフォーム１２に含有されるアルデヒド基含有物質とが結合、すなわちアルデヒド基含有物質が除去されることになる。この工程で実施される攪拌は、その力にもよるが、５〜１０分程度の時間で達成される。なお、この攪拌によるアルデヒド基含有物質の除去は、基本的にチップフォーム１２の表面近傍だけに限定されるため、加熱や時間の経過によってチップフォーム１２の内部から発生するアルデヒド基含有物質からなるＶＯＣを完全に除去するものではない。

吸着剤１４は、アルデヒド基と結合することで赤紫色に変色してアルデヒド基(−ＣＨＯ)の検出をなすシッフ試薬と同様の反応(所謂シッフ反応)により、アルデヒド基を有する、例えばアセトアルデヒドまたはホルムアルデヒド等のアルデヒド基を有するＶＯＣ規制物質(本発明において、これらをアルデヒド基含有物質と総称する)を、該アルデヒド基を化学的に結合・吸着するものである。例えば、構造内にアミノ基(−ＮＨ_２)を備える脂肪族または芳香族の、所謂アミン系化合物や、ヒドラジド基(−ＮＨＮＨ_２)を備える脂肪族または芳香族が挙げられ、このアミノ基に対して除去されるべきアルデヒド基が電気的に結びつくことで、アルデヒド基の吸着がなされる。またアミノ基の他に、水酸基(−ＯＨ)を備えた構造を備える物質、殊に電気的な力が高まる、例えば芳香族物質について同様の作用が期待できる。

また吸着剤１４の混合量は、１００重量部のチップフォーム１２に対して、１.０〜６.５重量部の範囲に設定することが好ましい。この混合量が１.０重量部未満であると、各アルデヒド基含有物質によるＶＯＣの低減は可能であるが、後述(［００１９］)するｐＨの調整を実施した場合であっても厚生労働省の指針値であるアセトアルデヒド０.０３ｐｐｍ以下、ホルムアルデヒド０.０８ｐｐｍ以下の達成が困難となる。一方この混合量が６.５重量部を越えると、チップフォーム１２との混合性や、ウレタン系接着剤１６によるチップフォーム１２の好適な接着が困難となる。また吸着剤１４の混合量は、チップフォーム１２を成形するために使用されるウレタン系接着剤１６の添加量と、成形された再生ポリウレタンフォーム１０の成形体の強度、すなわち成形(接着)強度にも影響を与える。

このように本発明では、後述(［００１７］)するウレタン系接着剤１６の添加に先立って、別途、吸着剤１４をチップフォーム１２に加えて攪拌するようにしている。一液性のウレタン系接着剤１６の性状は液体であるため、チップフォーム１２に対して加えられる吸着剤１４およびウレタン系接着剤１６を混合した後に、チップフォーム１２に対して付与することも可能である。しかしこの場合、チップフォーム１２と直接的に接触してアルデヒド基含有物質を除去する吸着剤１４が、図３に示す如く、ウレタン系接着剤１６に包まれた状態となってチップフォーム１２に直接接触しなくなってしまうため、前述(［００１３］)に記載したアルデヒド基含有物質の除去が効果的になされなくなり、また後述(［００１８］)する加熱時または経時的に再生ポリウレタンフォーム１０から発生するアルデヒド基含有物質の除去も困難となってしまう。

接着剤添加工程Ｓ３は、その表面全体に均質に吸着剤１４が分散され、かつその表面からアルデヒド基含有物質が除去された多数のチップフォーム１２に対して、所要量の一液性のウレタン系接着剤１６をスプレー塗布等により均質に付与した混合物を得る工程である。そしてその使用量は、充分な成形強度および製造コスト等の点から、接着して成形すべき１００重量部のチップフォーム１２に対して、１０〜２５重量部程度に設定される。この値が１０重量部未満であると、その表面に吸着剤１４が分散して存在している多数のチップフォーム１２を好適に接着して成形できなくなってしまう。一方、２５重量部を越えると、製造される再生ポリウレタンフォーム１０の硬度が高くなって発泡体としての価値が低下してしまう。殊にウレタン系接着剤１６はアルデヒド基含有物質の発生源の一つでもあるため、その増量はＶＯＣを増加させるため、できる限りその添加量は少ない方が好ましい。

成形工程Ｓ４は、接着剤添加工程Ｓ３で得られた混合物を、製造したい再生ポリウレタンフォーム１０の外部輪郭形状と合致する内部輪郭形状を有する成形型内に充填し、噴霧した水蒸気に接触させた後、加熱プレスを施すことで混合物を所要形状に維持してウレタン系接着剤１６を硬化させる工程である。ここで使用される成形型、成形型内部への混合物の充填および水蒸気の噴霧等に係る各条件は、従来公知の設定で実施される。

そしてウレタン系接着剤１６を硬化させるべく噴霧等される水蒸気のｐＨは、７.５〜８.５、好適には７.５〜８.０の範囲に設定される。これはシッフ反応の反応速度を高める効果があり、このようにすることで吸着剤１４のアルデヒド基含有物質の除去能が一段と高くなり、加熱等により混合物または再生ポリウレタンフォーム１０から短時間に発生するアルデヒド基含有物質の量を大きく低減し得る。このｐＨ調整による効果は、後述(［００２３］)する実験例からも明らかであるが、調整をしない場合に比較して３倍程度となる。従って、このｐＨ調整を実施すれば、一定のＶＯＣ低減を達成するのであれば吸着剤１４の量を１／３に低減することも可能である。

具体的に水蒸気のｐＨを前述の値に制御する手段としては、通常水蒸気の基となる水道水等に対して、例えば５％炭酸水素ナトリウム水溶液を、(１)予め添加する方法や、(２)混合物に向けて噴霧される水蒸気中に直接的に噴霧する方法が採用される。基本的に調整して得られる液体のｐＨと、その液体を基とした水蒸気のｐＨは同一となるため、ｐＨ調整が確実かつ容易である(１)の方法が好適である。またｐＨ調整には、緩衝性を備え、かつチップフォーム１２およびウレタン系接着剤１６を腐食させない、弱塩基性物質を使用することが好ましい。

本成形工程Ｓ４においては、再生ポリウレタンフォーム１０の成形のために６０〜６５℃程度に加熱され、更にはウレタン系接着剤１６の硬化に使用される水蒸気除去を目的として９０℃程度での加熱乾燥も実施される。このような加熱において、その沸点が５０℃以下であるアルデヒド基含有物質は容易に揮発、すなわちＶＯＣが発生することになる。しかし本発明においては、本成形工程Ｓ４に至る前にアルデヒド基含有物質を除去する吸着剤１４がその系内に存在しているため、ＶＯＣの発生が抑制される。

このようにして、シッフ反応によりアルデヒド基含有物質を除去する吸着剤１４が、アルデヒド基含有物質の発生源である多数のチップフォーム１２とウレタン系接着剤１６との境界部に選択的に存在することになり、その双方から発生するアルデヒド基含有物質を効率的に除去し得るため、再生ポリウレタンフォーム１０から加熱または経時により発生するＶＯＣを低減し得る。

(実験例)
本発明に係る再生ポリウレタンフォームが排出するＶＯＣについての実験例につき、以下に説明するが、本発明に係る再生ポリウレタンフォームはこれに限定されるものではない。また下記の各実験例は、チップフォームとして、１０〜１００ｍｍ^２程度の大きさに粉砕・裁断した数種類のポリウレタンフォーム廃材１２００ｇを使用し、ここに所定の接着剤等を加えて(最初に吸着剤、後にウレタン系接着剤)混合物とし、これを縦５００×横５００×厚さ１２０ｍｍのアルミ製の金型へ投入、所定のｐＨとして加熱成形用の水蒸気を噴霧して再生ポリウレタンフォームを成形する。そしてこれを縦３０×横３０×厚さ５ｍｍの試験片に加工し、容量１リットルのガラスデシケータ内に載置して、その内部を窒素置換した後に、６５℃、２時間の条件で汎用の恒温槽を使用して加熱を施す。そしてこの加熱によって発生したＶＯＣ(アルデヒド基含有物質：ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドおよびプロピオンアルデヒド)をガスクロマトグラフによりＪＩＳＺ８８０８に準拠して測定した。また再生ポリウレタンフォームの密度については、高いと同体積内にＶＯＣの含有物の量が多くなることを意味するため、全ての実験において約５０ｋｇ／ｍ^３となるように成形型への混合物の投入量を計算して実施し、製造された各再生ポリウレタンフォームについて、ＪＩＳＫ６４００に準拠して密度を測定した。

(実験１) 吸着剤の効果について
実験例１として、チップフォーム１２００ｇに対して、表１に記載する内容で混合して、ｐＨ７に設定した水蒸気を噴霧して、実施例１−１〜１−３および比較例１−１〜１−３に係る再生ポリウレタンフォームを製造した。なお、使用された各接着剤等は、以下の通りである。
・吸着剤(活性炭)：商品名粒状白鷺Ｇｘ４／６；武田薬品工業(株)製
・シッフ反応を起こす吸着剤：商品名ＮＳ１０３；東亜合成(株)製
・ウレタン系接着剤：商品名Ｔ−６０；日清紡製

(実験１の結果)
実験１の結果を表１に併せて記す。表１から明らかなように、活性炭によりアルデヒド基含有物質を除去しようとチップフォームに混合した比較例１−２および１−３の場合、少なくとも６５℃という温度下においては、全く活性炭を混合しない比較例１−１よりはアルデヒド基含有物質の濃度が減少しているが、厚生労働省の指針値の１０倍以上の高い濃度となっている。これに対して、本発明に係る吸着剤を使用した実施例１−１〜１−３については、アルデヒド基含有物質の濃度が大きく低減し、更にチップフォーム１２００ｇに対して７５ｇ(６.２５％)混合した実施例１−３の場合には、ホルムアルデヒド検出せず、アセトアルデヒド０.０３ｐｐｍと何れも厚生労働省の指針を達成していることが確認された。

(実験２) 吸着剤の混合方法について
次に、実験１の実施例１−２を基準として、表２に示す如く、チップフォーム１２００ｇに対して同量の吸着剤およびウレタン系接着剤を予め混合して混合接着剤とし、これをチップフォームに対して混合して比較例２−１に係る再生ポリウレタンフォームを製造し、これを試験片として同様の試験を実施した。

(実験２の結果)
実験２の結果を表２に併せて記す。表２から、予め吸着剤をチップフォームに対して加えて攪拌し、吸着剤をチップフォームの周りに直接的に接触する構成としない場合、同量の吸着剤およびウレタン系接着剤を使用した場合であっても、少なくともアセトアルデヒドおよびプロピオンアルデヒドの双方の濃度が大きく増大していることが確認された。

(実験３) 製造時のｐＨについて
次に、実験２と同じく実験１の実施例１−２を基準として、表３に示す如く、ｐＨが異なる状態で再生ポリウレタンフォームを製造し、実施例３−１〜３−４に係る再生ポリウレタンフォームを製造し、これを試験片として同様の試験を実施した。なお水蒸気のｐＨ調整は、混合物に対して炭酸水素ナトリウム５％水溶液を使用してｐＨ調整を施した水道水を簡易水蒸気発生装置により水蒸気状態として噴霧することで実施した。

(実験３の結果)
実験３の結果を表３に併せて記す。表３から、再生ポリウレタンフォーム製造時のｐＨ調整することで、アルデヒド基含有物質の濃度が大きく変化し、ｐＨ７.５以上９.０未満の範囲、殊にｐＨ７.５の近傍に最適ｐＨが有ることが確認された。そしてｐＨ７.５でｐＨ７.０の場合を大きく上回り、更に吸着剤の量を５倍使用している実施例１−３よりも良好な結果が得られた。

本発明の好適な実施例に係る再生ポリウレタンフォームの内部構造を示す拡大図である。実施例に係る再生ポリウレタンフォームの製造方法を示す工程図である。チップフォームに対して、吸着剤とウレタン系接着剤とを同時に混合した場合に得られる再生ポリウレタンフォームの内部構造を示す拡大図である。

符号の説明

１２チップフォーム
１４吸着剤
１６ウレタン系接着剤

Claims

使用済みのポリウレタンフォームを粉砕した多数のチップフォーム(12)に、シッフ反応を起こす吸着剤(14)を加えて攪拌することで、少なくとも該チップフォーム(12)中に含まれるアルデヒド基含有物質を該吸着剤(14)に吸収・除去させ、
前記チップフォーム(12)に対して一液性のウレタン系接着剤(16)を加えた混合物に、加熱プレスを施しつつｐＨを７.５〜８.５の範囲に調整した水蒸気に接触させ、
これにより、製造中または製造後の再生ポリウレタンフォームから発生する揮発性有機化合物(ＶＯＣ)を低減するようにした
ことを特徴とする再生ポリウレタンフォームの製造方法。
前記吸着剤(14)は、１００重量部のチップフォーム(12)に対して、１.０〜６.５重量部混合される請求項１記載の再生ポリウレタンフォームの製造方法。
製造中または製造後の再生ポリウレタンフォームから発生する前記揮発性有機化合物におけるアセトアルデヒドの発生量は０.０３ｐｐｍ以下に低減され、該揮発性有機化合物におけるホルムアルデヒドの発生量は０.０８ｐｐｍ以下に低減される請求項１または２記載の再生ポリウレタンフォームの製造方法。
前記ｐＨは、炭酸水素ナトリウム水溶液を水蒸気内に直接噴霧することで調整される請求項１〜３の何れか一項に記載の再生ポリウレタンフォームの製造方法。