JP5079239B2 - 再生pet材料を用いたトナーボトルの成形方法 - Google Patents
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Description
従来は、以下に示す手順によって行なわれている。
(1)消費者が、PETボトルを分別し自治体等などで設置している回収場所へ集める。
(2)自治体等で、消費者より回収されたPETボトルを分別回収し、選別し圧縮しペール品として圧縮梱包して保管。
(3)リサイクル業者が、自治体のペール品を更に選別し、粉砕、洗浄、分別して約8mm角に粉砕し、よく洗い、乾燥した「フレーク」にする。
(4)リサイクルPET材加工業者が、「フレーク」を一度溶かして、表面結晶化加工し、小さな粒状に加工した「ペレット」(丸薬)とする。
(5)リサイクル品成形は、かかる「ペレット」をブレンドして射出成形し加熱、延伸ブロー成形を行なう。
従来、ペレット化する最大の理由は、均一な状態の粒子を作成することにある。
即ち、均一な状態でないと射出成形機内のホッパーあるいは、混練スクリューで詰まることとなり連続生産に支障をきたすこととなる。
更に、ペレットとすることにより、材料の水分が均一化される。
即ち、材料中に水分が残留することでトナーボトル成形時に悪影響を及ぼし、材料強度の低下に繋がる。
また、特許文献2(特開2003−221498号公報)に記載されているように、射出成形品への再利用が進まない理由としては、上述の加水分解劣化による物性低下の他に、フレーク状の粉砕PETをそのまま成形機に投入するとホッパーブリッジを形成しやすいことが挙げられる。
また、たとえブリッジ防止のためフレーク状PETを押出機で加熱溶融してペレット状に加工したとしても、そのリペレットが非晶質であり、ガラス転移温度が70℃〜80℃付近、昇温時の結晶化温度が120℃〜130℃付近にあるため、成形前の予備乾燥のときにブロッキングを起こしやすいこと、更に、成形機筒内での可塑化過程の途中で結晶化による固化が進行し、スクリューが停止してしまうトラブルを起こしやすいことなどが挙げられる。
特許文献3(特開2002−221858号公報)では、リサイクル材は延伸性が悪いので、再生原料のみを用いた場合、高価なフタル酸系等の可塑剤を添加を必要としている。
特許文献4(特開2005−193575号公報)では、熱溶融条件を規定して再生原料の調整を行なっているが十分とはいえない。
(1)「回収したPETボトルからの再生PET材料を用いてトナーボトルを成形する方法において、回収したPETボトルを分別して、油性材料を収納していたPETボトル及び/又は着色した材料を収納していたPETボトルを除去し、分別された回収PETボトルを破砕し、8角形角を超える形状の破砕片を除去して、8mm角以内の大きさで、8角形以内の形状のものが8割以上のフレーク状PET材料を得、該フレーク状PET材料を洗浄、乾燥して成形用フレーク状PET材料となし、該成形用フレーク状PET材料を用いてボトル成形することを特徴とするトナーボトルの成形方法。」
(2)「前記成形用フレーク状PET材料の含有水分が3%以内であることを特徴とする前記第(1)項に記載のトナーボトルの成形方法。」
(3)「前記PETボトルを構成する材料が、飲用に用いられたPETボトル由来のPET材料であることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載のトナーボトルの成形方法。」
(4)「前記成形用フレーク状PET材料と、難燃剤あるいは強化剤とを熱混合する段階を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載のトナーボトルの成形方法。」
(5)「前記難燃剤あるいは強化剤は、前記成形用フレーク状PET材料に対して1〜5重量%混合されることを特徴とする前記第(4)項に記載のトナーボトルの成形方法。」
(6)「前記難燃剤あるいは強化剤が、ポリカーボネート樹脂あるいは多価フェノールであることを特徴とする前記第(4)項又は第(5)項に記載のトナーボトルの成形方法。」
本発明におけるトナーボトルの1例は図2に示され、特開平7−20705号公報及び特開2002−221858号公報に記載されているものである。
同図に示されるトナーボトルの円盤形状フランジ(10b)は特開平7−20705号公報記載のものには設けられていない(特開2002−221858号公報記載のものには設けられている)。トナーボトル(13)は、細長い有底円筒状の本体(17)と、その一端面に軸線に沿って突出した短尺の口部(18)が形成されており、トナーの排出を促進するために、円筒状本体(17)の側壁に、突出した一条の螺旋状のリブ(19)が形成されている。
口部(18)はトナー排出口と円筒形状部からなり、該円筒形状部の端部が電子写真装置内に設けた筒状勘合部(通常パッキンという)に勘合されて、トナーボトルが横たわった状態で電子写真装置に装着される。このような状態で装着されたトナーボトルが軸中心に回転され、その結果トナーが排出口から排出され現像部に供給されて、所望の複写画像が形成される。このタイプのトナーボトルは、回転駆動手段から受ける強いストレスに対する機械的強度の向上策という目的もあって、その円筒状本体(17)の肉厚を1mmを超えたものにしているため、材料を多量に使用するといった問題があるが、本発明によれば、この問題の軽減化が達成れる。
また、トナーボトルの強度を強化する方法として、特開2002−221858号公報に記載されるように、本体の側壁自体を白色あるいは白色がかった色調(白濁化と総称する)にすることが挙げられ、白濁化部分の強度が強化されるばかりでなく、寸法安定にも有効であり、これは、側壁を構成する材料自体が半結晶化状態にあるためであると考えられ、半結晶化の程度によって色調が白色気味から白色に変化するものと想われるが、本発明によるリサイクルPET材料を用い、該リサイクルPET材料と、バージンPET材料と、他の樹脂材料例えばオレフィン系樹脂の3者を混合して用いることにより形成されたトナーボトルの場合も、白濁化が円滑に達成され、而して、不透明で遮光性を有するものになるため、ボトル内のトナーの品質保護に有効である。
その後、乾燥されたフレークが次工程に送られるが、形状や水分がまちまちである。
本発明において、回収したPETボトルを破砕したフレーク状PETの形状は、最長部分の大きさが8mm角以内、好ましくは2〜8mm、更に好ましくは3〜6mmである。
8mm角より大きいと射出成形機内にて詰まる恐れが生じる。
フレークの形状はふるいに掛けることで制御でき、ふるいの上に残ったものは更に破砕処理することにより調整することができる。
8角形以内、好ましくは3〜6角形、更に好ましくは3〜5角形である。
8角形角よりも多い、いわゆる雲母状、あるいはささくれだっているものであると射出成形機内にて詰まる恐れが生じる。
雲母状やささくれ状のものは、破砕に用いる刃の切れが落ちたことにより生じており、刃を研ぐこと、あるいは刃を交換することで、雲母状やささくれ状の発生を防ぐことができる。
図5(a)に好ましい形状、図5(b)に好ましくない形状を示す。
前記フレーク状PETの含有水分が3%以内、好ましくは1%以下、更に好ましくは0.5%以下である。
水分量が3%より多いと射出成形機内部で結晶化して内部のスクリューが回らなくなる恐れがある(通常、薄手の飲料用PETボトルを成形する場合、成形時の過熱溶融による加水分解を避けるため、成形前に水分を0.01%以下、好ましくは0.005%以下に乾燥する必要がある(湯木和男「飽和ポリエステル樹脂ハンドブック(1989年12月22日,日刊工業新聞社)」pp616〜617,PETボトル成形技術参照)。
極力水分量が少ないほうが良いが、水分量が多い場合は通風乾燥などで水分量を減らす。
水分の測定は特開2004−3876号公報に記載のPET樹脂水分率測定方法などにより行なう。
その理由として、飲用に用いられたPETボトルは安全衛生上新品のPETが用いられており、材質が安定している。
トナーボトルの材料を、すべてこのリサイクル材にするのではなく、リサイクル材にバージンの樹脂を混合して用いるのが望ましい。そうすることにより、樹脂特性のばらつきが抑制され、成形性が安定する。
飲用で工場ラインで落ちたものなども問題なく使用できる。
一方、PETボトルとして油や醤油といったものが充填されたものについてはボトル内部に付着した油や醤油を除去するのが困難であり適さない。
あまり多く添加するとPETの分離や剥離を引き起こす可能性がある。
図3は、上記の混合方法を実現する装置例の基本概念図であり、(101)はPETを投入するためのホッパードライヤー、(102)はリサイクル材又はPET以外の樹脂さらには可塑剤等の混合物を投入するためのホッパードライヤー、(103)はホッパー、(104)はシリンダ、(105)はスクリュー、(106)はノズルである。
2つのホッパードライヤー(101)と(102)を通ってホッパー(103)に集められた材料は、回転するスクリュー(105)で粉砕混合され、加熱溶融されて、トナーボトルの構成材料としてノズル(106)から押出され、次工程の射出成形にかけられる。
また、水分量が適切でないと熱を掛けた際に結晶化してとまることとなる。
ここにおいては、上述した本発明のトナーボトルのうち、口部と本体とが一体のものであって、口部の円筒形状部上に円形の板状フランジを設けたものについて、2軸延伸ブロー成形法を用いて説明する。
2軸延伸ブロー成形法は、成形精度が要求される本発明のトナーボトルを製造するのに好ましいが、本発明が2軸延伸ブロー成形法により製造されるものに限定されないことは言うまでもない。
2軸延伸ブロー成形法は、樹脂を射出成形によりプリフオームを成形するプリフオーム成形工程と、つぎに、成形後の型外しされた(冷却された)プリフオーム(パリソン)を加熱し軟化させた後、ブロー成形すると共に延伸する延伸ブロー成形工程との2段工程からなるものが一般的である。プリフオームの口部が、ほぼそのままトナーボトルの口部となるため、プリフオームの口部が、本発明のボトルの口部の要件を満足するように、射出成形によって形成されることが好ましい。
したがって、特に射出成形用金型がポイントとなり、所望の真円度を持つ口部が成形されるような金型精度の調製が必要である。同軸度を作り込むにも同様に配慮することが望ましい。プリフオームの形成後、完全に冷めないうちに、次工程の加熱軟化させることが、特にプリフオームの口部とサポートリングの変形を防止するのに有効である。
本発明においてその加熱直後の温度は、樹脂のガラス転移温度以上であることが必要であり、軟化させた後徐冷し、完全に冷めないうちに、次工程の延伸ブロー成形を行なうことが望ましい。
すなわち自然冷却後、たとえプリフォーム表面の温度が高くても、結晶化していれば、縦方向に延びにくくなり、結果、横方向に延びる。
したがって、ボトルの形状に合わせて、加熱温度を選択する必要あり、例えば、胴部については85〜100℃、迫り出し部分(図2の20)については105℃〜115℃の高い温度で加熱して成形する。白濁化部分は、高い強度になるため、寸法安定性と高い強度が必要とされる部分に対して特に有効である。
飲用PETを破砕したものを受け入れ、8mmのメッシュでふるい、全体がふるいを通過したものとした。
平均したフレークのサイズは、平均5.2mmであった。
フレークの形状は、8角形のものが85%であり、ささくれ状のもの、雲母状のものを発見したので除去した。
水分量を、特開2004−3876号に記載のPET樹脂水分率測定方法により行なったところ、10%であったため通風乾燥を行ない、1%とした。
射出成形時に、ポリカーボネートを破砕PETフレークに対して2%添加した。
トナーボトルの製造は、特に射出成形時にとまることなく、順調であり、トナーボトルの強度においても問題とならなかった。
実施例1の8mmメッシュでのふるい処理及び水分調整を行わずにそのまま射出成形を行なった。
PETフレークは、平均15mm、水分は10%であった。
トナーボトルの製造を行なったところ、フレークサイズが大きいことからホッパー内にて材料がとまり、また水分量が多いため結晶化が起ったためスクリューの回転が妨げられてトナーボトルの成形まで行なうことができなかった。
10a 口部
10b サポートリング
10c 延伸ブロー部
11 トナーボトルの成形型
12 キャリアピン
13 トナーボトル
13a トナーボトルの底
14 サイド型ハーフ
15 サイド型ハーフ
15a 突出部分
15b 突出部分
16 ボトム型
17 トナーボトル本体
18 トナーボトルの口部
18a 基端部分
19 螺旋状リブ
20 迫り出し部分
22 肩部
26 トナーボトルの底に形成したリブ
65 離型リブ
101 ホッパードライヤー
102 ホッパードライヤー
103 ホッパー
104 シリンダ
105 スクリュー
106 ノズル
Claims (6)
- 回収したPETボトルからの再生PET材料を用いてトナーボトルを成形する方法において、回収したPETボトルを分別して、油性材料を収納していたPETボトル及び/又は着色した材料を収納していたPETボトルを除去し、分別された回収PETボトルを破砕し、8角形角を超える形状の破砕片を除去して、8mm角以内の大きさで、8角形以内の形状のものが8割以上のフレーク状PET材料を得、該フレーク状PET材料を洗浄、乾燥して成形用フレーク状PET材料となし、該成形用フレーク状PET材料を用いてボトル成形することを特徴とするトナーボトルの成形方法。
- 前記成形用フレーク状PET材料の含有水分が3%以内であることを特徴とする請求項1に記載のトナーボトルの成形方法。
- 前記PETボトルを構成する材料が、飲用に用いられたPETボトル由来のPET材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーボトルの成形方法。
- 前記成形用フレーク状PET材料と、難燃剤あるいは強化剤とを熱混合する段階を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトナーボトルの成形方法。
- 前記難燃剤あるいは強化剤は、前記成形用フレーク状PET材料に対して1〜5重量%混合されることを特徴とする請求項4に記載のトナーボトルの成形方法。
- 前記難燃剤あるいは強化剤が、ポリカーボネート樹脂あるいは多価フェノールであることを特徴とする請求項4又は5に記載のトナーボトルの成形方法。
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