JP5082174B2

JP5082174B2 - プラスチック複合パネル

Info

Publication number: JP5082174B2
Application number: JP2001132091A
Authority: JP
Inventors: 泰宏原田; 志郎宮田; 幸市北尾; 秀和鶴田; 彰彦古田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002322809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材分野で用いられる内外装材、土木工事の鉄筋コンクリート施工現場や工場内で使用されるコンクリート型枠用パネル等に使用されるプラスチック複合パネルに関し、特に軽量で曲げ剛性に優れたプラスチック複合パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート型枠用パネルには、安価で加工性に優れた南洋材合板が広く使用されてきた。しかし、近年乱伐により森林資源の枯渇による二酸化炭素消費能力の低下、および使用後の焼却処理による二酸化炭素排出が問題視され、世界的に地球温暖化防止が大きな課題となる中で、合板製パネルの代替材の開発、普及が強く望まれている。
【０００３】
このような要望に対して、従来より多くの代替材が提案されている。例えば鋼鉄、アルミニウム製の金属型枠などは剛性、耐衝撃性などに優れ、これらの特性が要求される特殊分野などで一部利用されて入るものの、重いことから、汎用的な木材合板の代替材となるには至っていない。
【０００４】
軽さの点で有望なのは、プラスチックを主な原料としたものである。例えば、特開平８−１００５２３号公報には、発泡スチロール板を他の熱可塑性樹脂で挟み込んだサンドイッチ構造として一体化させたコンクリート型枠が開示されている。また、特開平８−２０７１９０号公報には、硬質ウレタン発泡体をガラス繊維入りポリプロピレン樹脂シートで挟み込んだサンドイッチ構造として一体化させたプラスチック複合パネルが開示されている。
【０００５】
一方、特開平７−１２４９４７号公報には、廃プラスチックを原料とした成型物を型枠用パネルとして使用する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のプラスチック系代替材料はコンクリート型枠用パネルに求められる要求性能を満足するものではなく、普及には至っていない。
【０００７】
例えば、特開平８−１００５２３号公報には中心層の発泡スチロール板の密度を１〜１０kg/m³としたコンクリート型枠が開示されているが、これを実際にコンクリート型枠用パネルとして使用する際には釘を打つ必要があり、桟木を打ちつけた際に釘が緩む、あるいは板が簡単に割れてしまうという問題がある。また、特開平８−２０７１９０号公報に開示されている外層がガラス繊維入り樹脂からなるプラスチック複合パネルをコンクリート型枠として用いると、釘打ち時の割れの問題や、鋸切断時の鋸刃の消耗が早いなどの使用上の問題が有り、さらに使用後のリサイクルが難しいという問題もある。
【０００８】
上記のように中心層と外層を有し、中心層を軽量化のために発泡状態とし、その両面に高剛性の外層を設けた系においては、中心層と外層の間の接着を確保することが難しく、高価な接着剤などを使用する場合には、経済面でも木材合板を代替するのは困難である。
【０００９】
また従来の技術では、剛性を出すために外層にバージンのプラスチックを用いるものがほとんどである。特開平７−１２４９４７号公報に記載の技術のように廃プラスチックを原料とした型枠もあるが、剛性の高い熱硬化性樹脂を得る前処理が複雑で、かつ使用後のリサイクルが難しく、また軽量化を実現するのが難しいと言う課題がある。特開平７−１２４９４７号公報以外のリサイクル樹脂を用いる技術においても、比較的成分や性状が一定で不純物も少ないものを用いており、リサイクルしやすい産業廃棄物を利用する場合がほとんどである。
【００１０】
今後一般家庭から排出される廃プラスチック、例えば容器包装リサイクル法で分別回収が義務付けられた廃プラスチックを型枠用パネルなどにマテリアルリサイクルすることは、環境問題の観点から極めて意義深いが、これらの廃プラスチックは、成分や性状が不安定で、プラスチック以外の金属や紙など不純物も混入していることなどから、これらを原料とした型枠用パネルなどは実現していないのが実態である。
【００１１】
以上のように、プラスチック製型枠用パネルは、性能面で不十分であるだけでなく、価格面においても既存の合板製型枠に対する競争力にかけ、木材型枠の代替を実現できていない。特に一般廃棄物として排出される廃プラスチックを原料とした型枠用パネルは、地球環境保護の観点から非常に期待される技術であるが、これまで有望な技術は提案されていない。
【００１２】
本発明は、必要な剛性と軽さを満足し、かつ釘打ち性、表面の平滑性に優れ、かつ経済性にも優れた、真に木材合板を代替しうる新規なプラスチック製型枠用パネルを、廃プラスチック、特に容器包装リサイクル法で対象とされる廃プラスチックなど、一般家庭から排出される廃プラスチックを原料として提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いる。
【００１４】
（１）中心層と、該中心層両側の外層とを有するプラスチック複合パネルにおいて、前記中心層および外層が使用済みプラスチックから分離した比重１．０以下のプラスチック混合物を原料として含有し、前記中心層の気泡化率が５０ｖｏｌ％であり、前記中心層に、長さが０．２〜１０ｍｍの粉砕木材を中心層全体に対して２０ｍａｓｓ％含有し、さらに、前記外層の気泡化率が１ｖｏｌ％であるとともに、前記外層に粒子径０．０１μｍ〜２μｍのタルクが分散状に含まれ、前記外層中の前記タルクの含有率が２０ｍａｓｓ％であり、前記中心層と前記外層が溶融接着しており、パネル全体の厚さが１２ｍｍで、外層の厚さが１ｍｍであることを特徴とするプラスチック複合パネル。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明のプラスチック複合パネルの一実施形態を示す断面の模式図である。図１において、本発明のプラスチック複合パネルは中心層１とその両側の外層２よりなり、中心層１を発泡構造とすることでコンクリート型枠用パネル等に必要な軽量化を実現している。また中心層１の両側に外層２を設けることによりコンクリート型枠用パネルに必要な剛性を付与している。中心層１と外層２は使用済みプラスチックを原料として含有するので成分が類似しており相溶性に優れるため、界面で互いに相溶し溶融接着することができる。これにより接着剤を用いることなく中心層１と外層２は強固に結合する。
【００２０】
プラスチック複合パネル全体の厚さは通常１２ｍｍ以上と一般的なプラスチックパネルより厚いものであり、外層２の厚さはパネル全体の厚さに対して２〜２０％であることが好ましい。例えばパネル全体を１２ｍｍとした場合、外層２の厚さは０．５〜２ｍｍ程度に、より好ましくは０．８〜１．５ｍｍとして、軽量化と曲げ剛性を兼ね備えた構成とする。本発明ではこのプラスチック複合パネルの外層中に粒子径０．０１μｍ〜１０μｍの微粒子を均一に分散することによりパネルの剛性を向上させることができる。
【００２１】
本発明における中心層、外層を構成するプラスチックは、産業廃棄物として排出されるプラスチック、及び一般の家庭のごみとして排出される廃プラスチックの双方を対象としているが、ある程度排出段階で分別がなされた廃プラスチック、例えば容器包装リサイクル法で対象とされるプラスチック製品などであることが好ましい。これら容器包装リサイクル法で対象とされるプラスチックは、主としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用プラスチックと金属箔や紙、その他の調味料類などの異物が混合された状態であるが、型枠としての軽さを保持する、あるいは使用後のリサイクル上、ポリ塩化ビニルなどの塩素系プラスチックを除外するために、例えば破砕後の比重分離法などの工程により、低比重成分だけを分離して用いることが好ましい。比重分離の溶媒としては水を用いることが一般的であることから、比重１．０以下の成分を分離することは工業的にも容易である。
【００２２】
ここで分離された比重１．０以下の成分は、主としてポリエチレン、ポリプロピレンであり、一部ポリスチレン、その他分離できなかった異物が混入した形となるのが通常である。本発明においては、若干の異物が混入した低比重成分を用いても問題ない。
【００２３】
本発明のプラスチック複合パネルの中心層１の気泡化率は２０〜６０％とする。本発明において、型枠としての作業性向上の観点から軽量化のために、中心層１を気泡３を有する発泡構造とすることが必要であるが、単に均一に発泡させるだけでは、型枠としての加工性、例えば釘打ち時の釘抜き抵抗力低下、釘抜け、割れ発生などの問題を生じることがあり、また型枠として必要な曲げ剛性も不足する場合もあるので、中心層１の気泡の比率である気泡化率を２０〜６０％に調整する必要がある。軽さの観点からは高気泡化率とするのが好ましいが、あまり気泡化率が高すぎると、軽さは向上するものの、釘抜き抵抗が著しく低下し、桟木を打ちつけることが難しく、また曲げ強度が不足し、型枠として使用時にコンクリートの側圧により破損することになる。本発明者らは、気泡化率を６０％以下とすることで型枠として必要な釘うち性、曲げ強度を満足できることを見出した。一方、木材型枠と比較し、同等の軽さを実現するためには、中心層の気泡化率を２０％以上とする必要がある。発泡方法としては、公知の化学発泡法、ガス発泡法、機械発泡法、水発泡法など、いずれも適用可能である。
【００２４】
パネルとしての曲げ剛性は、より表層に近い部位に高剛性の材料を配置することで向上する。本発明では、比重分離法などの手段により分離した、比重１．０以下のプラスチック混合物を溶融混練して外層２を形成する。ここで用いる比重１．０以下のプラスチック混合物は、一般的な廃プラスチック中に存在し、比重分離法により分離不可能な、不可避的不純物を含有するものである。外層２は剛性を高めるため発泡構造を有しないものを用いるのが好ましいが、発泡構造を有する場合は発泡化率を１０％以下として、剛性を損なわないように注意する。本発明ではパネルとしての曲げ剛性を向上させるため、外層２にフィラー類を添加する。フィラー類として、粒径が０．０１μm〜５０μmの微粒子を添加することにより剛性、耐衝撃性をあげることが出来る。フィラー類はベース樹脂となる廃プラスチックよりも高剛性であるので、フィラー類の外層への添加は剛性、耐衝撃性向上に効果がある。このようなフィラー類の例としては、タルク、マイカ、シリカ、チタニア、アルミナ、炭酸カルシウム、カットガラス繊維などが挙げられる。剛性を向上させるためには、粒状よりも板形状であることが効果的である。
【００２５】
本発明に用いる微粒子として、タルクは特に効果的である。タルクは原石からの粉砕品なので、規定の粒径の微粒子を得るのが容易であり、酸、アルカリに対して不溶で耐薬品性に優れるので、酸、アルカリの環境下でも耐衝撃性の低下が少なく、硬いのでクラックが発生しても伝播を抑止する効果があるからである。タルクの粒子径は小さい方が、剛性、耐衝撃性の向上に好ましく、０．０１μm〜２μmが好適である。
【００２６】
本発明の微粒子の添加量は、外層の樹脂中に１ｍａｓｓ％〜４０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。添加量が１ｍａｓｓ％未満では剛性向上の効果がなく、４０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、脆くなり、耐衝撃性が低下する。さらに好ましくは微粒子の添加量を５ｍａｓｓ％〜２０ｍａｓｓ％とする。
【００２７】
上記により、型枠用パネルとしての軽さと剛性を満足することができるが、木材合板を上回る性能を得ることは難しい。また、容器包装リサイクル法の対象のプラスチック等を原料に用いると、型枠用パネルを製造する際に特有の異臭があるため、作業者に嫌悪感をもたれるという新たな問題もある。
【００２８】
本発明では、中心層１に粉砕木材を配合することにより、上記の問題を解決する。粉砕木材を含有することにより、軽さをほとんど損なうことなく、パネルとしての曲げ剛性、曲げ強度、釘うち性、鋸切断時の鋸刃への樹脂の絡みつき性などが全体的に向上する。さらに、粉砕木材を中心層１に配合することで、特有の異臭が極めて低減され、ほとんど気にならぬレベルとなる。粉砕木材としては、建設廃材などのリサイクル材を用いることが好ましい。
【００２９】
上記の粉砕木材の長さとしては、中心層１に混入された状態で、０．２〜１０ｍｍ程度の長さであることが好ましい。０．２ｍｍ未満では強度、剛性改善効果が低下し、１０ｍｍ超えであると、局部的に強度の弱い部位ができやすく、パネルとしての強度が低下する。また配合比率は中心層全体に対し、３〜５０ｍａｓｓ％が好ましい。３ｍａｓｓ％未満であると、強度、剛性改善効果が低下し、５０ｍａｓｓ％超えであると局部的に強度の弱い部位ができやすく、パネルとしての強度が低下する。
【００３０】
次に、本発明のプラスチック複合パネルの製造方法を説明する。
【００３１】
中心層１を形成するためには、前記廃プラスチックの低比重成分に発泡剤を添加して、さらに必要に応じて粉砕木材を添加して混合した後、ホッパーから１軸押出機に投入し、押出成形によりシート状に成形する。あるいは低比重成分、発泡剤、木材の混合物を直接加熱圧縮成形によりシート形状に成形することなど、公知の成形方法を適用することができる。
【００３２】
外層２についても同様に、廃プラスチックの低比重成分にフィラー類を添加して混合した後、押出成形によりシート状に成形して加熱状態で中心層１と溶融接着させる。または中心層と外層の原料をそれぞれ２軸混練押出機に投入して、２種３層Ｔ型ダイスにより一体として成形するなど、任意の方法で中心層１と外層２とを溶融接着させて成形する。
【００３３】
【実施例】
容器包装リサイクル法に基づき、分別回収された廃プラスチックを、粉砕後、水系溶媒を用いた比重分離法により、比重が１．０以下の成分を分離した。分離した軽比重分粉砕物を適宜洗浄し、原料とした。原料および化学発泡剤としての、アゾジカルボンジアミン系発泡剤、さらに一部については粉砕木材をそれぞれ表１に示す比率でミキシング機により混合し、一軸押出成形機に投入し、中心層とした。外層は、原料にタルクまたはマイカを２０ｍａｓｓ％配合して、中心層同様に一軸押出し機に投入した。
【００３４】
中心層と外層は２種３層Ｔ型ダイスにより溶融状態で接着しながら厚さ約12mm、幅約0.8m程度のシート状に押出成形した。成形された発泡シートをベルト状のプレス装置で、両面から加圧・整形しながら冷却し、両端部をカットし、最終的に幅600ｍｍ、長さ1800ｍｍ、厚み12ｍｍのパネルを実施例１〜７として製造した。
【００３５】
表２に示すように、外層樹脂にＰＰ（ポリプロピレン）およびＰＥ（ポリエチレン）を用いたものを同様に製造して、比較例１、２とした。また南洋材型枠用パネルを比較例３として、プラスチック複合パネルの評価の基準とした。
【００３６】
ここで作成したプラスチック複合パネルにつき、剛性として曲げヤング係数と曲げ強度、比重、平滑性、転用可能回数、釘うち性、臭気を調べ、性能評価を行った。
【００３７】
曲げヤング係数：日本農林規格「コンクリート型枠用合板」規定の方法に準拠して曲げ試験を行い算出した。
【００３８】
曲げ強度：JIS K 7171に従い曲げ試験を行い算出した。
【００３９】
比重：板の寸法から計算される体積と、重量から算出した。
【００４０】
平滑性：型枠用パネルとして使用した際のコンクリート面の表面状態より判定した。○良好、△わずかに凹凸がみられる、×凹凸が顕著である
転用可能回数：試験的にコンクリート型枠として使用した場合、表層の割れ、剥離などが発生して、再使用ができなくなるまでの、転用可能回数である。
【００４１】
釘うち性：パネル裏に40×40ｍｍの桟木を置いて表面から100本釘で打ちつけ、パネル表面にクラックが生じた割合で評価した。
【００４２】
臭気：○ほとんど気にならない、△やや気になる、×気になり作業にならない総合評価：試験的にコンクリート型枠として使用した場合の作業性を示す。○木材合板とほぼ同様に使用可能、△桟木の配置など一部の変更で同様に使用可能、×木材合板と同様には使用できない
これらの結果を表1、表２に併せて示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
本発明のプラスチック複合パネルの実施例１〜７は、曲げヤング係数５GPa以上、曲げ強度２０MPa以上、比重０．７５以下で南洋材型枠用パネルとほぼ同等あり、平滑性、釘打ち性、臭気においても南洋材型枠用パネルと同等であり、転用可能回数はすべて１５回以上で南洋材型枠用パネルより優れており、コンクリート型枠に求められる各種特性において、木材パネルと同等またはそれ以上の性能を示し、代替可能であることがわかった。比較例１は中心層の気泡化率が本発明の範囲外であり、曲げ剛性が極端に劣っている。比較例２も中心層の気泡化率が本発明の範囲外であり、比重が高い。なお、本発明のパネルはいずれも使用後は産業廃棄物として高炉に吹き込み、コークスの代替としてケミカルリサイクルが可能であるなど、リサイクル性にも優れたものであった。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のコンクリート型枠用プラスチック複合パネルは、必要な剛性と軽さを満足し、かつ釘打ち性、鋸引き性、表面の平滑性に優れ、十分に木材合板を代替しうる性能を有する。このようなパネルを廃プラスチック、特に容器包装リサイクル法で対象とされる一般家庭から排出される廃プラスチックを原料として提供することで、地球温暖化防止の観点から非常に大きな産業的な意義がある。更に本発明のパネルは、使用後は高炉に吹き込み、鉄鋼原料としてケミカルリサイクルが可能で、トータルでの二酸化炭素削減効果が非常に大きいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック複合パネルの断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１、中心層
２、外層
３、気泡

Claims

中心層と、該中心層両側の外層とを有するプラスチック複合パネルにおいて、前記中心層および外層が使用済みプラスチックから分離した比重１．０以下のプラスチック混合物を原料として含有し、前記中心層の気泡化率が５０ｖｏｌ％であり、前記中心層に、長さが０．２〜１０ｍｍの粉砕木材を中心層全体に対して２０ｍａｓｓ％含有し、さらに、前記外層の気泡化率が１ｖｏｌ％であるとともに、前記外層に粒子径０．０１μｍ〜２μｍのタルクが分散状に含まれ、前記外層中の前記タルクの含有率が２０ｍａｓｓ％であり、前記中心層と前記外層が溶融接着しており、パネル全体の厚さが１２ｍｍで、外層の厚さが１ｍｍであることを特徴とするプラスチック複合パネル。