JP7190684B1 - 原材料に壁紙を含む成形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、本願の発明者らは、特許文献1の出願後に更に開発を行った結果、特許文献3のリサイクル材は、紙(紙繊維)が混ざった材料として再利用されることから、その用途によっては、強度(割れ性)の点で改善すべきことがあることが分かった。
紙と、ポリ塩化ビニル及び炭酸カルシウムを含み当該紙の一面に接着されて当該一面を被覆する被覆膜とを有する壁紙を分割して複数の被分割体を生成する第1工程と、
該第1工程で生成された複数の被分割体を粉砕して複数の紙繊維を含む綿状粉砕体を生成する第2工程であって、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維のうちの少なくとも20重量%以上がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子を接着させたままである第2工程と、
該第2工程で生成された綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する第3工程と、
該第3工程で生成された混錬体を定められた形状を有する少なくとも1つ以上の成形物にする第4工程と、
を含む。
第1態様の方法において、
前記第2工程では、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維のうちの80重量%未満がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子を接着させたままである。
第1態様又は第2態様の方法において、
前記第2工程と前記第3工程とは、筐体及び該筐体の内部に配置され軸周りに回転する複数の羽根を備える回転装置を用いて連続的に行われる複合工程であって、(1)前記筐体の内部に収容される複数の被分割体を軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させて粉砕することで綿状粉砕体を生成し、(2)生成された綿状粉砕体を前記筐体の内部に収容される主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とともに軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させることで、綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する。
紙と、ポリ塩化ビニル及び炭酸カルシウムを含み当該紙の一面に接着されて当該一面を被覆する被覆膜とを有する壁紙を分割して複数の被分割体を生成する第1工程と、
該第1工程で生成された複数の被分割体を粉砕して複数の紙繊維を含む綿状粉砕体を生成する第2工程であって、生成される綿状粉砕体の嵩比重が0.3(g/cc)未満である第2工程と、
該第2工程で生成された綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する第3工程と、
該第3工程で生成された混錬体を定められた形状を有する少なくとも1つ以上の成形物にする第4工程と、
を含む。
第4態様の方法において、
前記第2工程では、生成される綿状粉砕体の嵩比重が少なくとも0.01(g/cc)以上である。
第4態様又は第5態様の方法において、
前記第2工程と前記第3工程とは、筐体及び該筐体の内部に配置され軸周りに回転する複数の羽根を備える回転装置を用いて連続的に行われる複合工程であって、(1)前記筐体の内部に収容される複数の被分割体を軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させて粉砕することで綿状粉砕体を生成し、(2)生成された綿状粉砕体を前記筐体の内部に収容される主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とともに軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させることで、綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する。
第3態様又は第6態様の方法において、
前記複数の羽根の回転数は前記複数の羽根に衝突する複数の被分割体の温度が前記複合工程の期間中140℃以上220℃未満となるように設定されている。
第3態様、第6態様又は第7態様の方法において、
前記複合工程における綿状粉砕体を生成するための前記複数の羽根の回転時間は、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維の平均長さが100μm未満にならない時間に設定されている。
第3態様、第6態様、第7態様又は第8態様の方法において、
前記複合工程における綿状粉砕体と混錬される樹脂体に含まれるポリ塩化ビニルはバージン材であり、その量は当該綿状粉砕体に含まれるポリ塩化ビニルの量よりも少ない。
第1態様~第9態様の方法のいずれか一態様の方法において、
前記第2工程又は前記複合工程で生成される綿状粉砕体において、壁紙に含まれる炭酸カルシウムのうちの10重量%以上90重量%未満が複数の紙繊維に接着されたままのポリ塩化ビニルの粒子に固着されている。
以下、第1実施形態について説明する。まず、本実施形態の壁紙10(図1参照)を含む複数のペレット40(複数の1次製造物及び複数の成形物の一例)の製造方法(以下、第1実施形態の製造方法S100という。)について、図1~図4を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。
図1は、本実施形態の製造方法S100の工程図である。本実施形態の製造方法S100は、壁紙10を原材料に含む複数のペレット40の製造方法に関するものであり、図1に示されるように、第1工程S10、第2工程S20、第3工程S30、第4工程S40及び第5工程S50を含む。以下、各工程について説明する。
図2は、本実施形態の第1工程S10を説明するための概略図である。第1工程S10は、壁紙10を分割して複数の被分割体10Aを生成する工程である。ここで、壁紙10は、図2に示されるように、一例として、シート状の紙20と、紙20の一面に接触されて当該一面を被覆する被覆膜30とを含んで構成されている。また、被覆膜30は、一例として、ポリ塩化ビニル及び炭酸カルシウムを含んでいる。
なお、図2の中央の図では、便宜上、壁紙10の厚みを極端に厚く図示している点に留意されたい。
また、本実施形態の第1工程S10で使用される壁紙10は、一例として、使用前又は使用後の廃材である。
図3は、本実施形態の第2工程S20を説明するための概略図である。第2工程S20は、第1工程S10で生成された複数の被分割体10Aを粉砕して複数の紙繊維PFを含む綿状粉砕体10Bを生成する工程である。第2工程S20は、一例として、筐体と、当該筐体内に収容され軸周りに回転する複数の羽根とを備える回転装置(図示省略)を用いて行われ、当該筐体に収容された複数の被分割体10Aを軸周りに回転する複数の羽根に衝突させて粉砕することで綿状粉砕体10Bが生成される。
ただし、本実施形態の第2工程S20は、単に、複数の被分割体10Aを粉砕するのではなく、以下の点を特徴とする。
第2工程S20の終了後に生成される綿状粉砕体10Bでは、それに含まれる複数の紙繊維PFのうちの少なくとも20重量%以上がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子Ppvcを接着させたままである。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の上限がこの特徴を満たすように調整されている。
第2工程S20の終了後に生成される綿状粉砕体10Bでは、それに含まれる複数の紙繊維PFのうちの80重量%未満がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子Ppvcを接着させたままである。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の下限がこの特徴を満たすように調整されている。
第2工程S20の終了後に生成される綿状粉砕体10Bは、その嵩比重が0.3(g/cc)未満である。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の下限がこの特徴を満たすように調整されている。
第2工程S20の終了後に生成される綿状粉砕体10Bは、その嵩比重が少なくとも0.01(g/cc)以上である。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の上限がこの特徴を満たすように調整されている。
第2工程S20において、回転装置を構成する複数の羽根の回転数は前記複数の羽根に衝突する複数の被分割体10Aの温度が本工程の期間中140℃以上220℃未満となるように設定されている。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の上限及び下限がこの特徴を満たすように調整されている。
第2工程S20において、回転装置を構成する複数の羽根の回転時間は、生成される綿状粉砕体10Bに含まれる複数の紙繊維PFの平均長さが100μm未満にならない時間に設定されている。そのため、第2工程S20では、回転装置における複数の羽根の回転速度(角速度)、稼働時間等の上限がこの特徴を満たすように調整されている。
第3工程S30は、第2工程S20で生成された綿状粉砕体10B(図3参照)と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体(図示省略)とを混錬して混錬体(図示省略)を生成する工程である。第3工程S30は、一例として、ベント付き二軸押出装置(図示省略)を用いて行われ、綿状粉砕体10B(図3参照)と、樹脂体(図示省略)とが混錬された塊が生成される。第3工程S30においてベント付二軸押出装置内を移動する綿状粉砕体10Bと、樹脂体とは、樹脂体に含まれるポリ塩化ビニルのガラス転移温度以上に加熱される。
図4は、本実施形態の第4工程S40の終了後に生成された複数のペレット40の写真である。第4工程S40は、第3工程S30で生成された混錬体(図示省略)を定められた形状(一例として円柱)を有する複数のペレット40にする。第4工程S40は、一例として、ホットメルト粉砕機(図示省略)を用いて行われる。ここで、第4工程S40の終了後に生成される複数のペレット40は、いわゆるリサイクル原料である。
第5工程S50は、第4工程S40で生成された複数のペレット40(1次製造物)を更に2次製造物(図示省略)に加工する工程である。2次製造物の一例としては、工事現場等で利用される養生シート、住宅の材料として利用される巾木や床材(バッカ―材)がある。
JIS K 6720-2:1999
プラスチック ―塩化ビニルホモポリマー及びコポリマー(PVC)― 第2部:試験片の作り方及び諸性質の求め方
4.3 かさ比重
次に、本実施形態の効果について説明する。
第1の効果は、本実施形態の製造方法S100が複数の被分割体10Aを粉砕して綿状粉砕体10Bを生成する工程を含むことによる効果である(図1参照)。本効果については、後述する第1の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
この試験は、それぞれの方法で製造された複数のペレットを容量18リットルのペール缶を軸周りに回転速度1回/秒で20分間回転させて、複数のペレットから割れてできた粉体状の破片の量が多いほど割れ易いと判断するものである。
すなわち、第1の比較方法の場合、複数の被分割体10Aと樹脂体とを混錬して混錬体を生成するため、複数の被分割体10Aが複数の紙繊維PFにばらされないまま樹脂体と混錬され得る。これについては、第1の比較方法で生成された複数のペレットを割って顕微鏡等を用いて観察したところ確認されている。これに対して、本実施形態の場合、単に複数の被分割体10Aを樹脂と混錬するのではなく、複数の被分割体10Aを予め綿状粉砕体10Bにしてから樹脂体と混錬する(図1及び図3参照)。そのため、複数の被分割体10Aは複数の紙繊維PFにばらされた状態となっている。別言すると、複数の紙繊維PF同士の間には樹脂体が入り込んだ状態となっている。本願の発明者らの監察結果でもこの事実が確認されている。その結果、本実施形態の製造方法S100により生成された複数のペレット40は、第1の比較方法により生成された複数のペレットに比べて、樹脂体を構成する樹脂同士の結合力が維持され易い。
第2の効果は、第1工程S10で生成される各被分割体10Aが矩形状であること(図2及び図3参照)による効果である。本効果については、後述する第2の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
第3の効果は、第2工程で生成される綿状粉砕体10Bに含まれる複数の紙繊維PFのうちの少なくとも20重量%以上がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子Ppvcを接着させたままであることのよる効果である。本効果については、後述する第3の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
第4の効果は、第2工程で生成される綿状粉砕体10Bに含まれる複数の紙繊維PFのうちの80重量%未満がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子Ppvcを接着させたままであることによる効果である。本効果については、後述する第4の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
第5の効果は、第2工程で生成される綿状粉砕体10Bの嵩比重が少なくとも0.01(g/cc)以上であることによる効果である。本効果については、後述する第5の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
第6の効果は、第2工程で生成される綿状粉砕体10Bの嵩比重が0.3(g/cc)未満であることによる効果である。本効果については、後述する第6の比較方法(図示省略)と比較して説明する。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態については前述の第1実施形態(図1~図4参照)と異なる部分についてのみ説明するが、本実施形態において第1実施形態の構成要素等を援用できるものについては適宜援用する点に留意されたい。
以下、本実施形態の壁紙10(図1参照)を含む複数のペレット40(複数の1次製造物及び複数の成形物の一例)の製造方法(本実施形態の製造方法S100A)について、主に図5及び図6を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。
図5は、本実施形態の製造方法の工程図である。
本実施形態において第1実施形態(図1参照)と異なる点は、第1実施形態の第2工程S20及び第3工程S30が複合工程S20Aに変更されている点のみである。つまり、本実施形態の製造方法S100Aは、第1工程S10、複合工程S20A、第4工程S40及び第5工程S50で構成され、かつ、これらの記載順で各工程が行われる。
本実施形態の複合工程S20Aは、第1実施形態の第2工程S20と第3工程S30とを1つの工程にしたものともいえる。ここで、図6は、本実施形態の複合工程S20A(図5参照)で使用される回転装置50の部分断面図である。複合工程S20Aは、回転装置50を使用して行われる。
ここで、回転装置50について図6を参照しながら説明する。
回転装置50は、筐体60と、筐体60の内部にその一部が収容されている回転体70とを備える。筐体60は、その内部に回転体70の一部を収容している。回転体70は、回転軸75と、回転軸75の外周に取り付けられている複数の羽根710b、710d、710c、710eと、供給スクリュー712と、2つのバランスホイール716と、2つのカラー720とを有する。供給スクリュー712は、材料投入部に対応する回転軸に投入された材料(複数の被分割体10A及び樹脂体)を複数の羽根710b、710d、710c、710e側に供給する。複数の羽根710b、710d、710c、710eは、回転軸75の回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で回転軸75に取り付けられている。そして、筐体60の内部において、複数の被分割体10A及び樹脂体が混合されかつ粉砕され、剪断、摩擦及び圧縮による発熱により含有水分が脱水される。
複数の羽根710b、710d、710c、710eは、一例として、それぞれ、横断面形状矩形であるとともに全体形状が矩形である。複数の羽根710b、710d、710c、710eは、回転軸75の円周方向の180度の角度間隔の部位における軸方向において対向している。また、複数の羽根710b、710d、710c、710eの厚さは、外周側の約40%の部分が内周側に比べて厚く形成されている。羽根710a及び羽根710fは、図6の右側面から見た場合の時計回りに回転したとき、その前縁が筐体60の左右の両端の内面と殆ど隙間なく摺接するように羽根の先端から根元まで約15度の取付け角度で回転軸75に対して傾斜している。また、4枚の羽根710b、710c、710d、710eは、回転軸75の外周面に千鳥状に各羽根の先端から根元まで約15度の角度で傾斜しており、回転時の前縁が筐体60の両端を向く方向に各々配置されている。すなわち、4枚の羽根710b、710d、710c、710eは、回転軸75の軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角(円周方向に対する角度)は15度になるように回転軸75に取り付けられている。筐体60には連続した通水路(図示省略)が構成されており、冷却水を循環させることにより筐体60を冷却可能とされている。
以上が、回転装置50の説明である。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の製造方法S100Aは、前述の第1実施形態の製造方法S100における、第2工程S20と第3工程S30とを同じ機械を用いて連続的に行うことを特徴とする。
したがって、本実施形態の製造方法S100Aによれば、第1実施形態の製造方法S100に比べて、複数のペレット40の製造時間を短縮することができる。これに伴い、本実施形態の製造方法S100Aによれば、2次製造物の製造時間を短縮することができる。
以上のとおり、本発明について前述の第1実施形態及び第2実施形態を例として説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態に限定されるものではない点に留意されたい。例えば、本発明の技術的範囲には、以下の変形例、補足内容も含まれる。
なお、各実施形態の場合、前述の説明のとおり、いわゆるリサイクル品としての複数のペレット40が製造されるが、各比較の方法により生成された複数のペレットに比べて割れ難いという効果を奏する。そのため、第3工程S30又は複合工程S20Aにおいて混錬される樹脂体としてバージン材を用いる場合、そのポリ塩化ビニルの量を綿状粉砕体10Bに含まれるポリ塩化ビニルの量よりも少なくすることができる。
ここで、図7のFig.1は回転装置50の稼働時間に対する綿状粉砕体10Bの嵩比重の関係のグラフであり、Fig.2は回転装置50の稼働時間に対する複数の紙繊維FPの平均長さの関係のフラフである。
前述の説明では、綿状粉砕体10Bの嵩比重は、0.01(g/cc)以上0.3(g/cc)未満が好ましいとしたが、回転装置50(図6参照)を用いて綿状粉砕体10Bを生成すると、稼働時間に対する綿状粉砕体10Bの嵩比重の関係は図7のFig.1のようになる。このグラフは、複数の被分割体10Aの粉砕の開始後、時間T2~T3(sec.)までは回転装置50の稼働時間が長くなるほど複数の被分割体10Aの粉砕が進んで嵩比重が減少することを示している。その一方で、このグラフは、時間T2~T3(sec.)以降は嵩比重が増加することを示している。このように時間T2~T3(sec.)以降嵩比重が増加する理由は、更に粉砕が進むにつれて複数の紙繊維PFの長さが短くなることによる。
そして、このグラフの場合、綿状粉砕体10Bの嵩比重が0.01(g/cc)以上0.3(g/cc)未満となるには、ある条件のもとで回転装置50の稼働時間をT1~T2、T3~T5(sec.)に設定することが必要となる。
また、前述の説明では、複数の紙繊維PFの平均長さは100μm以上であることが好ましいとした。回転装置50(図6参照)を用いて綿状粉砕体10Bを生成すると、稼働時間に対する複数の紙繊維FPの平均長さの関係は図7のFig.2のようになる。このグラフは、複数の被分割体10Aの粉砕の開始後、その稼働時間が長くなるほど複数の被分割体10Aの粉砕が進んで複数の紙繊維FPの平均長さが短くなることを示している。
そして、このグラフの場合、綿状粉砕体10Bに含まれる複数の紙繊維PFの平均長さが100μm以上となるには、ある条件のもとで回転装置50の稼働時間をT4以下に設定することが必要となる。
以上より、回転装置50を用いて複数の被分割体10Aから綿状粉砕体10Bを生成ずる場合、ある条件のもとで回転装置50の稼働時間をT1~T2、T3~T4(sec.)に設定することが好ましいといえる。
10A 複数の被分割体
10B 綿状粉砕体
20 紙
30 被覆膜
40 複数のペレット(複数の成形物の一例)
50 回転装置
60 筐体
70 回転体
710a 羽根
710b 羽根
710c 羽根
710d 羽根
710e 羽根
710f 羽根
712 供給スクリュー
716 バランスホイール
720 カラー
75 回転軸
FP 紙繊維
Ppvc ポリ塩化ビニルの粒子
Pcc 炭酸カルシウムの粒子
S100 第1実施形態の原材料に壁紙を含む成形物の製造方法
S100A 第2実施形態の原材料に壁紙を含む成形物の製造方法
S10 第1工程
S20 第2工程
S30 第3工程
S40 第4工程
S50 第5工程
S20A 複合工程
Claims (7)
- 紙と、ポリ塩化ビニル及び炭酸カルシウムを含み当該紙の一面に接着されて当該一面を被覆する被覆膜とを有する壁紙を分割して複数の被分割体を生成する第1工程と、
該第1工程で生成された複数の被分割体を粉砕して複数の紙繊維を含む綿状粉砕体を生成する第2工程であって、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維のうちの少なくとも20重量%以上がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子を接着させたままである第2工程と、
該第2工程で生成された綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する第3工程と、
該第3工程で生成された混錬体を定められた形状を有する少なくとも1つ以上の成形物にする第4工程と、
を含み、
前記第2工程と前記第3工程とは、筐体及び該筐体の内部に配置され軸周りに回転する複数の羽根を備える回転装置を用いて連続的に行われ、(1)前記筐体の内部に収容されて前記複数の羽根に衝突にする複数の被分割体の温度が140℃以上220℃未満の特定範囲の温度となるように前記複数の羽根の回転数を設定して、複数の被分割体を軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させて粉砕することで綿状粉砕体を生成し、(2)生成された前記特定範囲の温度の綿状粉砕体を前記筐体の内部に収容される主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とともに軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させることで、綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する、
原材料に壁紙を含む成形物の製造方法。 - 前記第2工程では、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維のうちの80重量%未満がそれぞれポリ塩化ビニルの粒子を接着させたままである、
請求項1に記載の方法。 - 紙と、ポリ塩化ビニル及び炭酸カルシウムを含み当該紙の一面に接着されて当該一面を被覆する被覆膜とを有する壁紙を分割して複数の被分割体を生成する第1工程と、
該第1工程で生成された複数の被分割体を粉砕して複数の紙繊維を含む綿状粉砕体を生成する第2工程であって、生成される綿状粉砕体の嵩比重が0.3(g/cc)未満である第2工程と、
該第2工程で生成された綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する第3工程と、
該第3工程で生成された混錬体を定められた形状を有する少なくとも1つ以上の成形物にする第4工程と、
を含み、
前記第2工程と前記第3工程とは、筐体及び該筐体の内部に配置され軸周りに回転する複数の羽根を備える回転装置を用いて連続的に行われ、(1)前記筐体の内部に収容されて前記複数の羽根に衝突にする複数の被分割体の温度が140℃以上220℃未満の特定範囲の温度となるように前記複数の羽根の回転数を設定して、複数の被分割体を軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させて粉砕することで綿状粉砕体を生成し、(2)生成された前記特定範囲の温度の綿状粉砕体を前記筐体の内部に収容される主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とともに軸周りに回転する前記複数の羽根に衝突させることで、綿状粉砕体と、主成分としてポリ塩化ビニルを含む樹脂体とを混錬して混錬体を生成する、
原材料に壁紙を含む成形物の製造方法。 - 前記第2工程では、生成される綿状粉砕体の嵩比重が少なくとも0.01(g/cc)以上である、
請求項3に記載の方法。 - 前記2工程における綿状粉砕体を生成するための前記複数の羽根の回転時間は、生成される綿状粉砕体に含まれる複数の紙繊維の平均長さが100μm未満にならない時間に設定されている、
請求項1又は3に記載の方法。 - 前記3工程における綿状粉砕体と混錬される樹脂体に含まれるポリ塩化ビニルはバージン材であり、その量は当該綿状粉砕体に含まれるポリ塩化ビニルの量よりも少ない、
請求項1又は3に記載の方法。 - 前記第2工程で生成される綿状粉砕体において、壁紙に含まれる炭酸カルシウムのうちの10重量%以上90重量%未満が複数の紙繊維に接着されたままのポリ塩化ビニルの粒子に固着されている、
請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
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