JP4863827B2 - 樹脂製外装材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、FRP（ガラス繊維強化プラスチック）などに代表される使用済みの廃プラスチックを処理してリサイクルした樹脂製外装材に関する。

プラスチックは、軽量、高強度であり、防錆性、耐食性、電気絶縁性、成型性、着色性などに優れ、さらに大量生産が可能であるという利点を有することから、浴室材、自動車、航空機などの用途に多用されている。プラスチックの使用量の増加に伴い、使用済みのプラスチックの廃棄量も増加する傾向にあり、使用済みの廃プラスチックをリサイクルして環境への負荷を軽減するために、盛んに研究開発が進められている。

プラスチックは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とに大別されるが、樹脂単独での使用に加えて、強度が必要な場合には、基材となるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂等にガラス繊維やカーボン繊維などの強化材を含めた繊維強化プラスチックス（FRP：Fiber Reinforced Plastics）が用いられている。熱可塑性樹脂は、加熱溶融することで比較的容易に処理されるが、熱硬化性樹脂あるいはFRPなどのプラスチックは加熱溶融による処理が困難である。このため、廃プラスチックを粉砕した後、埋め立てて処理をしているが、将来、埋立地の不足が予想されている。また、廃プラスチックを燃料として利用するサーマルリサイクルも注目されているが、廃プラスチックの燃焼が不完全になると有害物質（例えば、ダイオキシン）が発生するなどの問題をも有していた。このため、廃プラスチックを処理する方法を確立することが急務となっている。

そこで、廃プラスチックを臨界点（臨界温度３７４℃、臨界圧力２２．１MPa）以下の状態とした亜臨界水により分解して、樹脂モノマ又は無機物を回収する方法が開示されている（特許文献１参照）。
特開平１１−１４０２２４号公報

このように亜臨界水を用いて廃プラスチックを処理する方法によれば、廃プラスチックから樹脂モノマ又はオリゴマと無機物とを回収できるという利点を有するものの、回収した無機物を無機充填剤として再利用することは難しかった。

また、回収した無機物を無機充填剤としてエポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に混合して用いたとしても、未使用の無機充填剤を使用した場合に比べて、得られる成型品の強度特性が低下してしまう傾向を有していた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明の樹脂製外装材は、無機充填剤と樹脂とを少なくとも含むプラスチックを亜臨界流体により分解して回収された無機充填剤と、熱可塑性樹脂とを混錬した混錬物を成型して得られ、回収した前記無機充填材は、前記無機充填剤及び前記熱可塑性樹脂の総重量に対して、１０重量％〜４０重量％の比率で含有し、前記プラスチックに含まれる樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂であることを要旨とする。

本発明の樹脂製外装材によれば、プラスチックを亜臨界水により加水分解して回収された無機物を無機充填剤として再利用することにより、優れた強度特性が得られ、さらに廃プラスチックのリサイクルにより資源を有効に活用することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る樹脂製外装材について説明する。

本発明の実施の形態に係る樹脂製外装材は、無機充填剤と樹脂とを少なくとも含むプラスチックを亜臨界流体により分解して回収された無機充填剤と、熱可塑性樹脂と、を混錬した混錬物を成型して得られたものである。以下、さらに具体的に説明する。

最初に、無機充填剤と樹脂とを少なくとも含むプラスチックを亜臨界流体により加水分解して無機充填剤を回収する。

耐熱耐圧性の容器内に、サイズ０．５mm〜１０mmに粗粉砕したプラスチックと亜臨界流体とを投入した後、加圧しながら加熱する。すると、プラスチックは、樹脂のモノマ又はオリゴマと、無機充填剤（例えば、炭酸カルシウム）などの無機物とに加水分解される。

ここで、プラスチックに含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂のいずれをも用いることができる。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられる。特に、例示した樹脂の中でも、加熱による分解が難しい不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。

プラスチックに含まれる無機充填剤としては、ガラス繊維、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ（金雲母）、シリカ、ケイ酸塩（クレー等）、アルミナ、チタニア、ジルコニア、タルクなどが挙げられるが、特に、無機充填剤としてガラス繊維や水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムを含んでいるものが好ましい。無機充填剤としてガラス繊維を用いると成型後の樹脂製外装材の強度が高まるからであり、無機充填剤として水酸化アルミニウムを用いると成型後の樹脂製外装材の難燃性が向上するからである。このような無機充填剤を含有させたプラスチックとして、例えば、基材となるエポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂等にガラス繊維やカーボン繊維などの強化材を含めた繊維強化プラスチックス（FRP）を用いることが好ましい。

無機充填剤は、無機充填剤及び熱可塑性樹脂の総重量に対して、５０重量％〜８０重量％の比率で含有していることが好ましく、そのうち回収した無機充填剤は、１０重量％〜４０重量％の比率で含有していることが好ましい。また、残りの成分としては、上記したような無機材料の他、コンクリート粉、ガラス粉、焼却灰などの無機質廃材も用いることができる。

さらに、亜臨界流体により分解する前のプラスチックの平均粒径は、０．５mm〜１０mmとすることが好ましく、０．５mm〜２mmとすることが特に好ましい。プラスチックの平均粒径が０．５mm未満になると、亜臨界分解後のプラスチック分解液から無機充填剤をろ過などにより分離することが困難となるからであり、逆に、プラスチックの平均粒径が１０mmを超えると、成型が困難となるからである。

亜臨界流体としては、水、一価のアルコール、多価のアルコール又はこれらの混合物を用いることができる。一価のアルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどを挙げることができる。多価のアルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどのグリコール類を挙げることができるが、例示したアルコールに限定されないのはもちろんである。亜臨界流体として水を用いる場合には、予め脱塩処理することが好ましい。また、分解を促進するために、亜臨界流体としてアルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いても良い。

亜臨界流体は、プラスチック１００重量％に対して、１００重量％〜５００重量％の範囲で配合することが好ましい。亜臨界流体の配合量が１００重量％未満になると、プラスチックを安定して分解することができず、逆に、亜臨界流体の配合量が５００重量％を超えると、分解後の流体の処理コストが高くなるからである。なお、亜臨界流体としてアルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いた場合には、アルカリ金属の水酸化物をプラスチック１００重量％に対して２０〜１００重量％の範囲で配合することが好ましい。

分解時の温度は、１８０℃〜２７０℃とすることが好ましい。分解時の温度が１８０℃未満になると分解処理に長時間を要するからであり、逆に、分解時の温度が２７０℃を超えると、加水分解よりも熱分解の反応が進行してしまい、樹脂をモノマあるいはオリゴマとして回収することが困難となるからである。

分解時の時間及び圧力は、特に限定されないが、温度を１８０℃〜２７０℃とした場合には、１時間〜４時間、２MPa〜１５MPaとすることが好ましい。

上記条件下においてプラスチックを亜臨界流体により分解した後、濾過を行い、樹脂のモノマ又はオリゴマと、無機物（炭酸カルシウム、ガラス繊維など）とに分離する。濾過後の濾液として樹脂のモノマ又はオリゴマが溶解した亜臨界流体を回収し、残渣として無機物を回収する。なお、亜臨界流体としてアルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いた場合、回収した無機物をそのまま再利用することも可能であるが、濾過後の残渣にはアルカリ金属が付着しているため、アルカリ金属が付着した状態のままの残渣を無機充填剤として樹脂に混錬すると、成型後の樹脂製外装材の酸性雨に対する性能に代表される化学的性能に悪影響を与えてしまう可能性がある。そのため、濾過後の残渣を水で洗浄して、残渣に付着したアルカリ成分を除去して用いるようにしても良い。

次に、無機充填剤と熱可塑性樹脂とを混錬する方法を説明する。具体的には、ニーダーを用いて、回収した無機充填剤と熱可塑性樹脂とを均一に混錬して樹脂製外装材の原料とする。なお、均一な混錬物とするために、混錬する際に適宜ニーダーを加熱して、熱可塑性樹脂を溶融しながら混錬しても良い。

ここで、熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

無機充填剤は、無機充填剤と熱可塑性樹脂との総重量に対して５０〜８０重量％の比率で配合することが好ましく、そのうち回収した無機充填剤は、総重量に対して１０重量％〜４０重量％の比率で含有していることが好ましい。回収した無機充填剤が１０重量％未満になると、樹脂製外装材の強度が低下するからである。逆に、無機充填剤が４０重量％を超えると、成型後の樹脂製外装材の比重が増えて、外装材１枚あたりの重量が大きくなり、施工時の作業性が低下するからである。

最後に、得られた無機充填剤と熱可塑性樹脂との混錬物を、加熱成型して、壁材、瓦など、建物の外装や屋外に設置されるものに用いられる樹脂製の建材（樹脂製外装材）を製造する。なお、樹脂製外装材の形状に応じて、成型条件（金型温度、プラス圧力等）を適宜設定することができる。

以下、実施例を用いて具体的に説明する。なお、実施例１〜実施例４では、プラスチックとしてFRP（松下電工（株）社製のFRPバスタブ）を使用した。具体的には、不飽和ポリエステル樹脂２０重量％と、強化材としてガラス繊維２０重量％、炭酸カルシウム５５重量％、その他無機物５重量％を含有したFRPを用いた。なお、本発明の樹脂製外装材は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。

実施例１
圧力容器内に、粗粉砕してサイズ２mmとしたFRP６００gと、濃度０．８mol/Lの水酸化カリウム水溶液２４００gとを投入した後、ヒータで圧力容器内の水を加熱して亜臨界状態（臨界点（臨界温度３７４℃、臨界圧力２２．１MPa）以下の状態）とし、２時間放置してFPRを加水分解した。

その後、圧力容器を室温まで冷却した後、内容物をブフナー濾斗で濾過して、分解して得られた樹脂のモノマーまたはオリゴマ成分を除去した。

次に、洗浄後の残渣を１４０℃の乾燥機で４時間乾燥し、水分を除去して無機充填剤を回収した。

回収した無機充填剤２０重量％とコンクリート粉４５重量％とポリプロピレン樹脂３５重量％とをニーダーで２３０℃に加熱しながら均一となるまで混錬した。得られた混錬物をプレス機により成型して、長さ４００mm、幅４００mm、厚さ５mmの試験サンプルを得た。なお、この時の成型条件は、チャージ量３００g、金型温度１２０℃、成型圧力６kg/cm2、チャージ時間６０秒とした。

実施例２
実施例２では、粗粉砕してサイズ１０mmとしたFRPを用いたこと以外は実施例１と同様の方法を用いて無機充填剤を回収し、実施例１と同様の方法を用いて試験サンプルを得た。

実施例３
実施例３では、粗粉砕してサイズ１０mmとしたFRPを用いたこと以外は実施例１と同様の方法を用いて無機充填剤を回収した。そして、回収した無機充填剤２０重量％とコンクリート粉４０重量％とポリプロピレン樹脂４０重量％とをニーダーで２３０℃に加熱しながら均一となるまで混錬した。得られた混錬物をプレス機により成型して、長さ４００mm、幅４００mm、厚さ５mmの試験サンプルを得た。なお、この時の成型条件は実施例１と同様とした。

実施例４
実施例４では、粗粉砕してサイズ２０mmとしたFRPを用いたこと以外は実施例１と同様の方法を用いて無機充填剤を回収し、実施例１と同様の方法を用いて試験サンプルを得た。

上記実施例から得られた各試験サンプルについて、曲げ強度、シャルピー衝撃強度及び、比重の評価を行った。なお、曲げ強度はJIS規格K7171、シャルピー衝撃強度はJIS規格K7111、比重はJIS規格K7112に準拠して、それぞれ試験を行った。

得られた評価結果を表１に示す。

表１に示す結果から、各実施例で得られたサンプルは、一般に外装材として用いられる抄造法で製造したセメント製外装材の曲げ強度１２〜１３MPa、比重１．１と比べて大差なく、また、その他の項目も物性上大きく問題となる項目はなく、樹脂製外装材として使用できることが判明した。

Claims (4)

1. 無機充填剤と樹脂とを少なくとも含むプラスチックを亜臨界流体により分解して回収された無機充填剤と、熱可塑性樹脂とを混錬した混錬物を成型して得られ、
   前記無機充填剤は、前記無機充填剤及び前記熱可塑性樹脂の総重量に対して、５０重量％〜８０重量％の比率で含有し、そのうち回収した前記無機充填剤は、前記無機充填剤及び前記熱可塑性樹脂の総重量に対して、１０重量％〜４０重量％の比率で含有し、
   前記プラスチックに含まれる樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂であることを特徴とする樹脂製外装材。
2. 前記無機充填剤は、ガラス繊維又は炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１記載の樹脂製外装材。
3. 前記プラスチックの平均粒径が、０．５mm〜１０mmであることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂製外装材。
4. 前記無機充填剤は、水酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１又は３に記載の樹脂製外装材。