JP4678744B2

JP4678744B2 - 再生発泡樹脂ブロックの製造方法

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Publication number: JP4678744B2
Application number: JP2001066898A
Authority: JP
Inventors: 正俊斎藤
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: JP2002265660A

Description

【０００１】
本発明は、使用済みの発泡樹脂成形体や発泡樹脂成形体の裁断片等の廃材を有効利用するための再生発泡樹脂ブロックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば発泡ポリスチレンブロック等から所望の製品を裁断した後、裁断残片のような廃材が残ることがあり、このような廃材の処理としては、例えば、粉砕後、減容して押出機により再生ペレットにして射出成形原料として利用したり、顆粒状にして高炉還元用として再利用するようにしており、また、一般的に発泡ポリスチレンの再生技術としては、例えば廃材等を減容して発泡剤を含浸させたり、発泡ポリスチレンの小片に、加圧下で気体状の発泡剤を圧入して二次発泡性能を持たせたり、廃材等を粉砕後、摩擦熱等で球状に成形し、再生するような方法等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、再生ペレットにするような方法は、エネルギーコストがかかって好ましいリサイクルではなく、また、廃材に発泡剤を含浸させたり、加圧条件下で発泡剤を圧入するような方法も再生コストが非常にかかるという問題がある。
また、粉砕後、摩擦熱等で球状に成形して再生するような方法は、再生製品の厚みが比較的薄く、また再生製品自体が最終製品となるような場合にはほぼ最適な再生処理方法であるが、例えば大型ブロックのように、熱線等で所望の形状に切出して製品にするような場合には、裁断面の状態や全体的な物性が要求されるようになり、上記のような方法は適していなかった。
【０００４】
すなわち、例えば厚みが４００〜５３０ｍｍ、長さが１８００〜２４００ｍｍ、幅が９００〜１２００ｍｍ程度の大型の再生発泡樹脂ブロックの場合、要求される特性として、内部の比重が安定するとともに、発泡粒子間に水滴等が混在することがなく、また内部融着が均一で切断面にピンホール等が発生せず、更に外観の寸法安定性の良いこと等が最低必要条件とされており、このような再生発泡樹脂ブロックの最適な製造方法は確立されていなかった。
【０００５】
そこで本発明は、発泡樹脂ブロックの廃材等の発泡樹脂成形品を再利用して大型の再生発泡樹脂ブロックを製造するに際し、手間をかけないで手軽に且つ安価に再生処理出来るようにするとともに、内部の比重が安定し、内部融着が均一で、外観の寸法安定性の良い再生品が出来るようにすることを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、発泡樹脂成形体を再利用して厚み４００ｍｍ以上の再生発泡樹脂ブロックを製造する製造方法において、発泡樹脂成形体を角状片にカットし、金型内に前記角状片と未使用の予備発泡粒子との混合物を充填した後、金型内を蒸気加熱して成形するようにし、前記混合物を金型充填口から金型内に充填時に、成形厚みより５％以上厚みを厚くした状態の金型内に充填するとともに、この混合物の充填が完了した後、充填口附近に未使用の予備発泡粒子を充填し、金型の厚みを成形厚みにして蒸気加熱するようにした。
【０００７】
ここで、予備発泡粒子とは、例えばブロック製品を製造する際の最初の工程で、発泡性樹脂粒子を予備発泡させたものであり、通常のブロック製品の場合、次工程で、この予備発泡粒子を密封金型内に充填して蒸気加熱することにより、粒子を融着させるものである。
そして本発明では、この予備発泡粒子の一部を廃材等で置換し、廃材等の角状片と未使用の予備発泡粒子の混合物を金型内に充填して蒸気加熱するようにしたものであり、単に、角状片と予備発泡粒子の混合物を金型内に充填して蒸気加熱しただけでは、廃材等の混合比率が１０％程度、または密度が高い成形品の場合には、比較的品質上問題のない再生品を製造出来るが、廃材等の混合比率が高くなるに連れて品質が粗悪になる傾向にあり、特に再生品の密度が低い場合には、未使用の予備発泡粒子の二次発泡力が少なくなり、融着率が低下し含水状態が強くなって、混合比率が１０％程度でも良品を得ることが出来ないため、本発明では、予め金型を所定の厚み以上に開いて充填し、充填後、金型を所定厚みまで型締めすることにより、加圧力を与えるようにしている。
【０００８】
そしてこの加圧力により、角状片と予備発泡粒子の隙間を無くして密着状態にし、この状態で蒸気加熱することで、再生品内部の比重を安定させるとともに、内部融着を均一ならしめ、粒子間のピンホール等の発生を防止するようにしている。
尚、再利用される発泡樹脂成形品は、熱線等を利用して角状片にカットされた物を使用する。これに対して、粉砕機等を利用して粉砕したものは、粉砕時に微粉が発生したりして、材料使用効率が低下し、さらに大きさが不均一になるために、再生発泡樹脂ブロックとした場合に均一な物性や均一な裁断性を得ることが出来ない場合がある。
【０００９】
混合物を金型内に充填時に、成形厚みより厚くした状態の金型内に充填し、充填完了後に、金型内の厚みを成形厚みに戻す場合には、この成形厚みより５％以上厚くして充填することが好ましい。これが５％未満であると、充填完了後に金型を所定厚みにする型締めの効果が少ないためである。
また、金型設備や作業性の面において、充填時の厚み増加としては２０％程度以下が好ましい。この厚みを増加させておく量としては、混合率や密度や金型設備等を考慮して適宜決定できる。
【００１０】
前記角状片の大きさは、一辺が１０〜３０ｍｍにすることが好ましい。
これは、一辺が１０ｍｍ未満の角状片を作製しようとすると、カット作業性が良くなく、熱線カットの場合は熱線同士が近すぎて作業性が低下してしまうからである。
一方、一辺が３０ｍｍを超える角状片にすると、金型への充填性が低下してしまい好ましくない。
すなわち、一般的に発泡樹脂ブロック製造用金型の充填吐出口径は、５０〜８５ｍｍφ程度であり、位置的には、図３に示すように金型上部に設けられている。そしてこのような充填吐出口から少なくと一辺が３０ｍｍを超えるような角状片を支障なく充填するため、例えば充填吐出口径を８５ｍｍφを越える大きさにすると、瞬時に充填するため多量のエア供給が必要になり、エアの供給装置等の改良が必要となってくる。
また、このような口径を使用すると、細かな充填調整が難しくなり、成形品の品質低下を伴って好ましくない。
【００１１】
更に、３０ｍｍを超える角状片を本発明の再生発泡樹脂ブロックに使用すると、ブロックの外観面、品質面でも劣るものになってしまい好ましくない。
特に再利用される発泡樹脂成形品が高発泡品の場合には、角状片にカットするときにカット面が凹状形状になりやすく、角状片が大きなものだとそのまま成形された再生発泡樹脂ブロックの平面平滑性を落とす要因となる可能性が高くなる。
【００１２】
また本発明においては、前記角状片と未使用の予備発泡粒子との混合物における、角状片の混合比率を６０％以下にすることが好ましい。
【００１３】
角状片の混合比率が６０％を超えると、バインダーとして作用する予備発泡粒子の相対量が少なくなって融着率が低下するため、品質的に問題があり、また、再生発泡樹脂ブロックを熱線カット等を行った場合、カット面の凹凸が発生しやすくなって好ましくない。
一方、再利用の発泡樹脂成形品を使用する面から考慮すると、前記角状片の混合比率は１０％以上であることが好ましく、１０％未満であると、リサイクル効果が少なくなってしまい好ましくない。
したがって、前記角状片の混合比率としては１０〜６０％が好ましく、成形される再生樹脂ブロックの用途等によって混合比率は適宜決定される。
【００１４】
混合される角状片の密度と未使用の予備発泡粒子の密度との密度差は、角状片の密度の１０％以内であることが好ましい。
【００１５】
この密度差が１０％を超えたものを使用すると、再生発泡樹脂ブロックの密度が全体的に不均一になり好ましくない。例えば成形された再生樹脂ブロックを熱線等でカットした場合に、角状片の部分と予備発泡粒子の部分とで、溶け方が異なってカット面に凹凸が発生し、カット性に問題が生じ易くなる。
【００１６】
前記混合物を充填口から充填する際に、完全に充填完了後か、または予め充填口附近に隙間が出来る程度に充填しておき、その後、未使用の予備発泡粒子のみを充填して、充填口の近傍は予備発泡粒子が多く存在するようにすることが好ましい。
【００１７】
例えば、角状片と予備発泡粒子との混合物をエア圧で充填口から充填する場合は、軽い予備発泡粒子の方が先に充填され、角状片が成形品の表に露出する傾向が大きく、この傾向は角状片の混合比率が大きくなるほど強くなる。特に、充填口附近においては、角状片が多くなると成形品の表面があばた状になりやすい。これを防止するには、充填口附近は予備発泡粒子が多くなるような充填操作を行うことが好ましい。したがって、本願においては、混合物の充填後に予備発泡粒子のみを充填する方法を採用することにより、上記問題に対応することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで、図１は本発明に係る再生発泡樹脂ブロックを製造するための金型の断面図、図２は角状片と予備発泡粒子を金型内に充填する機構の説明図、図３は金型の充填口の各例を示す説明図、図４は角状片の成形要領の一例を示す説明図、図５は充填口からの充填要領の一例を示す説明図、図６は充填口部分の再生品表面が凹凸になる状態の説明図である。
【００１９】
本発明に係る再生発泡樹脂ブロックの製造技術は、例えば大型の発泡樹脂ブロックから所望の製品を裁断する際等に生じる廃材を有効利用すべく、これを利用して再生発泡樹脂ブロックに製造し直すような技術であり、熱線等で裁断しても、切断面に凹凸やピンホールや残留水滴等が生じないような再生品が製造出来るようにされている。
【００２０】
すなわち、大型発泡ブロックは、製品を切出した後、少なからず廃材となる裁断残材が生じ、多くは回収されて再生されるシステムが一般的であり、本発明はこのシステムを利用し、回収した廃材を角状片にカットし、これに未使用の予備発泡粒子を混合して金型内で蒸気加熱するようにしている。
【００２１】
ここで、大型発泡ブロックは、用途別に密度が異なっており、大別して軽量物と重量物に分けられ、軽量物は一般的に密度が１０〜１２ｋｇ／ｍ^３程度で、重量物は一般的に密度が１３〜２５ｋｇ／ｍ^３程度である。
そして再生品の発泡樹脂ブロックの場合、軽量物の場合、予備発泡粒子の発泡力が少なくて難しいことになり、例えば１１ｋｇ／ｍ^３程度の密度で未使用の予備発泡粒子と、同種製品の廃材等の角状片を単に混合して成形した場合、角状片の混合率が１０％程度以内では通常品質の成形が可能であるが、混合率が３０％を超えるようになると、再生品の外観悪化と、内部品質の悪化が生じるようになり、熱線カット時に約５ｍｍ程度のピンホール穴が発見されるようになる。
【００２２】
このようなピンホール穴は、隣接する角状片同士間に未使用の予備発泡粒子が充填されないような場合に、成形時の二次発泡力が弱くて空隙を埋め尽くすことが出来ないためである。
また、ピンホール穴以外に、発泡間隙等に水分が付着して熱線カットできなくなる場合もあり、これは蒸気加熱する際の蒸気が露点に達して発泡間隙に残留するような不具合である。
更に、角状片と未使用の予備発泡粒子の密度差が大きいような場合、例えば発泡力の大きい高密度の予備発泡粒子と、低密度の角状片を混合して成形したような場合は、角状片が未使用の予備発泡粒子に潰されて、熱線カット時に溶け方に差異が生じ、カット面に凹凸が発生する等の不具合が生じる。
【００２３】
そこで本発明では、角状片と未使用の予備発泡粒子の混合物を金型に充填する際、予め金型を最終製品厚みより５％以上の厚み、好ましくは２０％以下の厚みに開いておき、充填が完了すると、最終製品厚みに型締めして蒸気加熱するものである。
【００２４】
このため、本金型１は、例えば図１に示すように、固定型２と可動型３で形成される型内空間部Ｈの容積が可変とされ、また、固定型２の上部に形成される充填口４には、図２にも示すように、混合物ホッパ５に連通する供給管６と、未使用の予備発泡粒子ホッパ７に連通する供給管８が接続され、各供給管６、８には、それぞれエア送給回路６ａ、８ａが接続されるとともに、充填口４の上部には、充填された混合物を押込むための押込みシリンダ９が設けられている。
因みに、この押込みシリンダ９は、２０％以下の厚みの場合であれば、空気圧で充分圧力が足りるが、２０％以上の厚みの場合であれば、油圧装置等が必要となる。
【００２５】
そして、混合物ホッパ５には、角状片を供給する角状片供給部１０と、未使用の予備発泡粒子を供給する予備発泡粒子供給部１１が、それぞれの混合比率決定バルブ１２、１３を介して接続されており、また、前記予備発泡粒子ホッパ７には、バルブ１４を介して予備発泡粒子供給部１１が接続されている。
【００２６】
因みに、前記充填口４の位置や数等はさまざまな形態が考えられ、例えば図３（ａ）に示すように、天板と側面板上部の合計三箇所の場合や、図３（ｂ）に示すように、背面板と側面板上部の合計三箇所の場合や、図３（ｃ）に示すように、天板に三箇所の場合や、図３（ｄ）に示すように、背面板に三箇所の場合や、その他の場合等があり、いずれの場合でも構わず、すべての充填口４に前記充填機構を設けるようにする。
【００２７】
また、角状片の作製機構の一例は図４の通りであり、例えば図４（ａ）に示すように、熱線ｎを格子状にし、この格子状熱線ｎ上に、図４（ｂ）に示すように、所定厚みにスライスした裁断残材Ｚを載せることにより、格子状熱線ｎ部分を自重で溶かせ、１０〜３０ｍｍ角の角状片を作製するようにする。
【００２８】
以上のように作製した角状片と、未使用の予備発泡粒子を、それぞれ前記角状片供給部１０と、予備発泡粒子供給部１１に投入した後、前記金型で再生発泡樹脂ブロックを製造するが、その要領について説明する。
【００２９】
まず、図１に示すように、金型１の可動型３と固定型２の間の厚みを、正規の製品厚みから５％以上になるような厚みで開いておき、図２に示すような混合物ホッパ５から型内空間部Ｈにエア送給回路６ａによって混合物を送り込む。
この混合物は、予め、角状片供給部１０と、予備発泡粒子供給部１１からそれぞれのバルブ１２、１３を調整して、角状片の混合比率が予備発泡粒子に対して６０％以下になるよう両者を混合したものである。
【００３０】
型内空間部Ｈに充填が完了すると、可動型３を正規の製品厚みまで型締めする。このことにより、混合物の角状片と予備発泡粒子の間隙が埋まり、密着状態になる。
【００３１】
ところで、この状態で金型内に蒸気を吹き出して予備発泡粒子と角状片を融着させてブロック化すれば、厚み方向の中心部の融着率を５０％以上にすることが出来るが、特に、図６（ａ）に示すような充填口４部分の製品表面が、図６（ｂ）に示すようにあばた状になり、空隙部ｄが発生する。
これは、エア送給回路６ａによって充填口４から混合物を充填する際に、比較的軽い予備発泡粒子が先に送り込まれやすく、比較的重い角状片が最後に送り込まれるからだと思われる。
【００３２】
そこで、本発明では、図５（ａ）に示すように、充填口４から混合物の充填が完了した時点で、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、押込みシリンダ９のピストン９ｐにより混合物を若干内部まで押込んで隙間ｅを作り、次いで、予備発泡粒子ホッパ７からエア送給回路８ａによって予備発泡粒子だけを送り込む。そして、押込みシリンダ９のピストン９ｐにより隙間ｅに予備発泡粒子が充填されると、同ピストン９ｐで充填口４を塞いで封止し、金型内を蒸気加熱するようにしており、このような方法を採用することにより、充填口４部分の製品表面を平滑化するようにしている。
【００３３】
（実施例及び比較例）
様々な発泡スチレンブロック残材から格子状熱線ｎにより、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍのサイコロ状の角状片を切出し、これを未使用の予備発泡粒子と各種比率で混合して金型内に充填した。この際、予め最終製品厚み以上に金型を開いておいて、充填後、製品厚みまで型締めする圧縮充填する場合と、最初から金型を最終製品厚みに開いておいて充填する通常充填の場合の両方について試験し、また、角状片と予備発泡粒子の混合比率をいろいろ変化させ、更に、角状片と予備発泡粒子の密度差も変化させて試験した。
【００３４】
この結果は、表１の通りである。
尚、表中、加圧充填有りについては、成形厚みより５ｍｍ厚くした状態の金型内に充填し、充填完了後に金型の厚みを成形厚みに戻す操作を行ったものであり、加圧充填無しについては、金型の厚みを当初から成形厚みにして成形したものである。
また、内部品質については、融着率、含水分、熱線カット性、密度バラツキを総合判断して○、△、×の三段階評価とし、○は総合的に問題なし、△は部分的に問題あり、×は総合的に問題がある、との評価である。
また、外観については、成形ブロックのスクウエア性、平滑性、収縮性を総合判断して○、△、×の三段階評価とし、○は総合的に問題なし、△は部分的に問題あり、×は総合的に問題がある、との評価である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
この結果、加圧充填を行うことにより、内部品質、外観ともに問題のない成形品を得ることが出来た。また、密度差が１０％より大きいと、加圧充填しても外観的に問題はないが、内部品質で問題があり好ましくないことが判った。
また、角状片の大きさが少なくとも一辺が３０ｍｍを超えると、通常の充填では充填不良が発生したため、他のものよりエア流量を増加して充填を行った。
更に、混合物を充填後に、充填口附近に予備発泡粒子のみを充填すると、これを行わない場合に較べて外観面で優れたものを成形することが出来た。
この結果から、本発明の有効性が確認された。
【００３７】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
【００３８】
以上のように本発明に係る再生発泡樹脂ブロックの製造技術は、発泡樹脂成形体を角状片にカットし、予め最終製品厚みより５％以上の厚みに開いた金型内に前記角状片と未使用の予備発泡粒子との混合物を充填するとともに、混合物の充填完了後、充填口付近に未使用の予備発泡粒子を充填し、金型を最終製品厚みに型締めして蒸気加熱するようにしたため、再生品内部の比重が安定し、また内部融着が均一になって、例えば熱線でカットした場合でも切断面を平滑にすることが出来る。
また、発泡樹脂成形体を球状に成形するような手間がかからず、簡単に処理出来る。
また、混合物を充填口から充填した後、未使用の予備発泡粒子を所定量充填口から投入することで、充填口部分の製品外面をより平滑にすることが出来、製品価値を高めることが出来る。
【００３９】
この際、角状片のサイズを、１０〜３０ｍｍにすれば、従来の金型の充填吐出口の大幅な設計変更等を必要とせず、しかもカット作業性が低下するような不具合がない。
また、角状片の混合比率を６０％以下にすれば、融着率の低下が防止されるようになり、また、角状片の密度と未使用の予備発泡粒子の密度との密度差が、角状片密度の１０％以内にすれば、再生品全体の密度差を均一に出来て、例えば熱線でカットするような際に、平滑にカットすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る再生発泡樹脂ブロックを製造するための金型の断面図
【図２】角状片と予備発泡粒子を金型内に充填する機構の説明図
【図３】金型の充填口の各例を示す説明図
【図４】角状片の成形要領の一例を示す説明図
【図５】充填口からの充填要領の一例を示す説明図
【図６】充填口部分の再生品表面が凹凸になる状態の説明図
【符号の説明】
１…金型、２…固定型、３…可動型、４…充填口、５…混合物ホッパ、７…予備発泡粒子。

Claims

発泡樹脂成形体を再利用して厚み４００ｍｍ以上の再生発泡樹脂ブロックを製造する製造方法であって、発泡樹脂成形体を角状片にカットする工程と、金型内に前記角状片と未使用の予備発泡粒子との混合物を充填する工程と、金型内を蒸気加熱して成形する工程を備え、前記混合物を金型充填口から金型内に充填時に、成形厚みより５％以上厚みを厚くした状態の金型内に充填するとともに、この混合物の充填が完了した後、充填口附近に未使用の予備発泡粒子を充填し、金型の厚みを成形厚みにして蒸気加熱することを特徴とする再生発泡樹脂ブロックの製造方法。
前記角状片は、一辺が１０〜３０ｃｍの大きさにカットされることを特徴とする請求項１に記載の再生発泡樹脂ブロックの製造方法。
前記混合物の角状片の混合比率が６０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の再生発泡樹脂ブロックの製造方法。
前記角状片の密度と未使用の予備発泡粒子の密度との密度差が、角状片密度の１０％以内であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の再生発泡樹脂ブロックの製造方法。