JP3346582B2 - 異種プラスチック混合溶融成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

この発明は、廃プラスチックや古紙類を主原料とする
多成分系プラスチック成形体の製造方法に関するもの
で、廃プラスチックを分別を要することなくマテリアル
リサイクルに利用する方法を提供するものである。たと
えば、マテリアルボードへ処理を施し、建築材あるいは
土木資材の代替品として使用し得るパネルを提供するこ
とができる。

【０００２】

【背景技術】

産業廃棄物や家庭系廃棄物にはプラスチック類を始め
とする多種多様な素材から製品化されたものがあり、資
源の再生を考える上ではその素材の分離・分別が要求さ
れ、分離・分別が施された単素材に限り再資源材料とし
て処理回収がなされている。特にプラスチック材料は高
分子結合材としてその特異性の問題点から異素材を混入
し再溶融形成することは相溶性理論によっては解決でき
ない問題とされており、仮に溶融形成が施されたとして
も製品に要求される強度を十分に満足するものが得られ
ることがなかった。

【０００３】 たとえばPETボトルの再生例を直視してみるに、本体
樹脂はポリエチレンテレフタレート樹脂（PET樹脂）に
より一体成形されているが、ラベル部分においては印刷
性を考慮したポリスチレン樹脂（PS）が採用されてい
る。フタ製品においては、成形性を考慮したポリプロピ
レン樹脂（PP）が採用されており、以上３部品の素材形
成から構成されたPETボトルを分離・分別を施し、本体
のPET樹脂を繊維毛し、カーペット、作業複等へ再生活
用されているのが現状である。

【０００４】 また、自動車部品から排出される廃プラスチックは、
油性化処理を施し、自動車のカーペットの下敷材および
車体底面のアンダーコーティング剤などへ再利用されて
いるのが大手自動車メーカでの工場内リサイクルの現状
であり、一般市場へ排出された廃プラスチックの回収処
理に対応した解決策ではなく、当然、異市場たる建築材
への活用例をみることはできない。

【０００５】 さらに、建築合板としては南洋材を使用した木質ボン
ド系が主流であり、単板、合板、パーティクルボード、
ファイバーボード、木片セメント板、石膏パーティクル
ボードなどの木質および木片を主原料とした製品が多
く、パーティクルボードやファイバーボードのように針
葉樹木材等を接着剤を用いて加圧接着しているのが現状
である。また、たとえば特開平８−93217号公報に記載
されているように、硬質ウレタン樹脂等からなる樹脂合
板も開発されているが、そのいずれも樹脂シート張り合
わせによる積層融着法もしくは射出成形による一体押出
成形法によるもので、そこで活用される樹脂素材は、単
樹脂を溶融成形しているに留まっている。

【０００６】 資源の有効利用が求めれられている中において、廃プ
ラスチック類の再生利用率はわずか2.9％、年間再生量2
6万トン（1996年）に留まっている。残りは燃料化およ
び焼却といった二酸化炭素の発生要因となる処分方法が
採用されている。また、古紙の再生率は53.3％（1500万
トン）として、ここ数年においてはその再生量に改善が
見込まれない現状が続いている。

【０００７】 その問題要因としては、廃棄物の複合成に伴う分離・
分別が再生には求められるために、単一素材としての再
生用には現状処理方法においては限界とされている。特
に廃プラスチック類に関しては、プラスチック樹脂の種
類が300〜100種類の多種類が市場へ流出されており、そ
の多くの樹脂においては一旦市場へ流出された後におい
てはその素材を判別することは不可能と思われるためで
ある。

【０００８】 さらに、プラスチックは高分子結合材と称して、種類
の異なる高分子は水と油のように分子次元では溶け合わ
ない。たとえばポリスチレンとポリプロピレンほど構造
式が似ていても溶け合うことができない。このように異
種の多くの分子結合からなるため、異なった材質をモノ
マー単位で分散させ、相互に溶融し再成形させることは
相溶性理論によっては解決できない。また、仮に溶融成
形がなされたとしても、製品として要求される物理的強
度を満足することは非常に困難となれている。

【０００９】 この発明の目的は、上に述べたような問題点を解消し
て、ゴミの細かな分別を要することなく、廃プラスチッ
ク、古紙、木材片等を共に使用して成形品を製造するこ
とのできる方法を提供すること、また、そのような方法
により、容積の割に軽量で、かつ、十分な強度を備え、
かつ、木質合板に近似する特性を持った成形体を安価に
提供することにある。

【００１０】

【発明の開示】

非相溶な異種ポリマーからなるプラスチック材料を、
スレッジ状にセルロース化することによって、綿状ポリ
マーを得、絡み合ったセルロースを熱圧溶融することに
よって非相溶な異種ポリマーを一体混練させ、形成させ
ることができる。ここではこの成形方法を「セルロース
成形法」と呼ぶこととする。

【００１１】 スレッジ状とした異繊維が絡み合うことで、異種の高
分子網目を形成させ、非相溶の異樹脂を用いて再形成す
ることとなるが、温度変化によって凝集を開始しても、
相溶関係にあるプラスチック繊維毛が絡み合っているこ
とで、剥離現象を防止することができる。

【００１２】 さらに、古紙、木片等を解繊することによって、セル
ロース、ヘミセルロース、リグニン等の含まれた分子骨
格を保った繊維毛とすることができる。

【００１３】 その微細繊維毛をプラスチック繊維毛と絡み合わせて
溶融することで、リグニンを溶出し、プラスチック繊維
によるミクロ相分離の間隙に浸透させ、一体形成を構築
することとなる。さらに、溶出し得ないセルロースは、
セルロース繊維毛として成形体の中に混織することで、
物理的強度を補足させることとなる。

【００１４】 廃プラスチックのリサイクルを考える場合、従来はプ
ラスチックを微細に粉砕して溶融するというのが一般的
であった。種類の異なる高分子は水と油のように分子次
元では溶け合わない。たとえば、ポリスチレンとポリプ
ロピレンほど構造式で似ていても溶け合うことができな
い。このようなプラスチックの溶融関係を一般的には相
溶性の関係または非相溶な関係にあると理解されてい
る。仮に溶融成形がなされたとしても、製品として要求
される強度その他の物理的特性を満足することが非常に
困難とされている。図４に、異樹脂を溶融成形したサン
プルを示す。この場合、２軸押出し機を使用してポリス
チレン（外側）とポリプロピレン（内側）を押出し紡糸
したもので、溶融温度はポリスチレンについては220
℃、ポリプロピレンについては180℃であった。また、
吐出量は2.4cc/回、界面張力は5.1mN/mであった。同図
より、ポリスチレン相とポリプロピレン相とは溶け合う
ことなくそれぞれ単独の層を形成している。

【００１５】 一方、ポリマーアロイとして各種成分を混合すること
で新素材とするプラスチック素材の品質改が一般的には
多く見受けられる。また、その活用例も多く存在すると
ころである。たとえば、自動車の部品として多く活用さ
れているABS樹脂などは、ポリスチレンにブタジェン、
スチレン等を共重合させたポリマーアロイの代表例とし
て知られている。しかしながら、ポリマーアロイの形成
方法としては、グラフト共重合またはブロック共重合等
の、化学プラントによる化学結合処理が一般的であり、
原材料を質、量共に特定し、さらに溶媒を用いることに
よってのみ可能なものであるがために、廃プラスチック
のように原材料の質、成分等を特定することができない
場合には、要求される品質、強度等を満足する製品（成
形体）を得ることは困難である。

【００１６】 さらに、他の方法論として、機械的および強制的に押
出し機等を使用して異素材を溶融し混練するとエマルジ
ョンの形態となった二相系の海島構造となり（図５参
照）、その後冷却によって固形化することができるが、
しかしながら高分子間の表面張力が小さいために、非相
溶とするプラスチック樹脂が温度変化によって凝縮する
ことによって相分離を開始することとなり、剥離現象が
発生するとことろとなる（図６参照）。

【００１７】 以上のような方法によって、異素材を混合して溶融物
を得ることはできるが、質、量および廃プラスチックの
特異性等を設定することができないために、溶媒を特定
することができず、完全なるポリマーアロイは形成する
ことができないため、廃棄物を資源化するための問題要
因があったと理解される。

【００１８】 この発明のセルロース成形法によれば、非相溶な異種
ポリマーからなるプラスチック材料を、スレッジ状にセ
ルロース化することにより綿状ポリマーを得、異材質か
らなる繊維毛を混練させることにより異種の高分子網目
を形成させ、絡み合ったセルロースを熱圧溶融すること
によって非相溶の異種ポリマーを一体混練させて所望の
形状に成形することができる（図３参照）。スレッジ状
にした異繊維が絡み合うことにより、異種の高分子網目
が形成され、ミクロ相分離現象を再現するが、物理的構
成を維持し、多相系材料構成を形成することで単材料に
勝る剛性が得られることが判明した。

【００１９】 さらに、古紙、木片等を物理的に解繊することによっ
て、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等の含まれ
た分子骨格を保った繊維毛とすることができる。その微
細繊維毛をプラスチック繊維毛と絡み合わせ溶融するこ
とで、リグニンを溶出し、プラスチック繊維によるミク
ロ相分離の間隙に浸透させ、一体形成を構築することと
なる。さらに、溶出し得ないセルロースはセルロース繊
維毛として成形体の中に混職することで、物理的強度を
補足させることとなる。

【００２０】 プラスチックをスレッジ状に溶融紡糸したプラスチッ
ク繊維毛と古紙、木片等を解繊した繊維毛を攪拌し熱圧
溶融することで、非相溶な関係にある廃プラスチック類
のミクロ相分離状況下においても架橋効果をもたらし、
その結果として木材に近似する特質を得たマテリアルボ
ードを廃棄物から転用処理することを可能にしたもので
ある。

【００２１】 この発明による成形体は、廃プラスチックや古紙類と
いった廃棄物を主原料としているため、低コストで、し
かも加工性に優れている。とくに、プラスチックのみな
らず古紙類を混入したことにより、容積の割に軽量の成
形体が得られる。また、熱可塑性樹脂の特性をもって、
コンクリート等の剥離性も良く、耐水効果も十分得るこ
とができる。その上、必要に応じて着色顔料、帯電防止
剤、発泡剤（軽量化）、磁性体粉末剤（電磁波等の遮断
効果）等を融合することができるため、建築用合板等の
代替品として活用することができる。

【００２２】 この発明によれば、廃棄物処理および再利用方法とし
て、廃プラスチックと古紙類を主原料とした、低コスト
で、しかも一定強度を有し、加工性に優れた成形法を提
供することができ、廃プラスチックと古紙類を有効利用
することで、産業廃棄物問題、環境問題にも貢献でき
る。

【００２３】 また、この発明による成形体を、建築用あるいは土木
用の合板の代替品として使用することにより、従来の合
板のように原料木材を使わないため、現在問題となって
いる森林伐採の抑制も期待できる。たとえばコンクリー
ト型枠用合板の代替品として好適である。この発明によ
るセルロース成形技術を活用することにより廃プラスチ
ック類に古紙を混合溶融させ、木質合板材に近似したマ
テリアルボードへと廃棄物を資源化することができる。

【００２４】 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施の形態を
説明する。

【００２５】

【発明を実施するための最良の形態】

まず、この発明によるセルロース成形法について述べ
る。図１に概略示すように、主原料として廃プラスチッ
クと古紙類を使用し、これらの構成素材をほぼ均一な大
きさに粉砕し、これを解繊した後、混合して熱圧成形を
行う。

【００２６】 ここで、廃プラスチックとしては、ポリエチレン（P
E）、ポリプロピレン（PP）、メタクリル樹脂（PMM
A）、AS樹脂（AS）、ABS樹脂（ABS）、ポリカーボネー
ト（PC）、ポリアミド（PA）、ポリアセタート（PO
M）、ポリフェニレンオキサイド（PPO）、酢酸ビニル樹
脂等の熱可塑性樹脂を挙げることができるが、熱圧成形
可能な樹脂であれば、特に限定するものではない。ま
た、２種類以上のポリマーブレンドによる熱圧成形材と
することも十分に可能である。なお、ポリ塩化ビニール
は焼却処理の際に有毒ガスを発生することから問題にさ
れているが、本発明の成形体は焼却することなく半永久
的にリサイクル可能なため、ポリ塩化ビニールも利用す
ることができる。

【００２７】 古紙類に関しては、週刊誌、新聞紙、段ボール、事務
用紙等がその代表例であるが、木質繊維を持った木材チ
ップ、やしがら繊維、植物繊維、繊維層等繊維毛を持つ
材料であれば特に制約はない。その意味で、綿、麻、合
成繊維等を含有した古着やぼろ切れなどの布類も利用す
ることができ、したがって、古紙類というときはこれら
も含まれるものとする。もっとも、その配合量にもよる
が、成形品の強度面を考慮すれば、壁板、天井板等の建
築用の代替品として活用することは十分可能である。

【００２８】 上述の主原料に加えて、発泡剤、帯電防止剤、着色顔
料、ガラス繊維等を必要に応じて添加することにより、
添加剤に応じた種々の特性を成形品に付与することがで
きるため、成形品の品質向上が期待できる。たとえば、
ガラス等産業廃棄物は繊維状に溶融して配合することに
より、得られる成形品の強度を増すことができる。ま
た、磁性体粉末材を混入することにより磁気防止パネル
として商品開発を行うこともできる。このように、セル
ロース成形法は、異素材の混入を容易に許容することを
特徴とするものである。

【００２９】 セルロース成形法の代表的な行程を例示するならば図
２のフローシートのとおりである。なお、原料投入から
計量・配合までの工程は、主原料たる廃プラスチックと
古紙類について格別のラインとすることもできる。

【００３０】 次に、図２に示した行程のうちの代表的なものについ
て述べる。

【００３１】 粉砕工程 一体成形されている主原料素材（プラスチック容器や
PETボトル、袋もの等々またはそれらの破片）を粉砕
し、一定の大きさに整える。粉砕片の大きさは、1cm□
〜8cm□程度の範囲とするのが好ましい。もちろん形状
は問わない。粉砕工程は続く解繊操作の前処理にあた
り、また、主原料素材をこのように粉砕することによ
り、異物（金属・石・ガラス）の検出・除去が容易とな
る。

【００３２】 溶融紡糸工程（廃プラスチック） 粉砕された主原料とする廃プラスチック材料を押出し
紡糸機に掛けることにより、繊維系〜2mm程度の繊維毛
とすることができるが、この方法は従来から施されてい
るカーペット等の繊維毛を得るリサイクル繊維工程にお
いて、問題要因とされ、そのため異樹脂を分離・分別を
施すことなく押出し機において混練することで、極細の
短繊維毛を得ることができる。具体例を挙げるならば、
繊維系５〜20μ、繊維長５〜15mmの繊維毛を得る。

【００３３】 他の方法として、ゲル状に溶融したプラスチック樹脂
に遠心力の作用を与えることでスパン状のセルロースと
化すこともできることを確認したが、ここでは代表的な
繊維毛を得る工程として押出し機を採用したものであ
る。

【００３４】 解繊工程（古紙） 粉砕された紙片、木片等を、押出力と回転力を与える
ことによって繊維系１μ〜1mm、繊維長３〜20mm程度の
繊維毛となすことができる。

【００３５】 他のリサイクル工程による処理方法においては、微粉
砕への処理、混入を一般的とするが、本セルロース成形
法においては、短繊維をもって高分子結合材への物理的
強度を補足することを特徴とするものであり、当然、製
品に要求される物理的強度によって繊維毛の条件を設定
する必要性があるが、具体例を挙げるならば、繊維径２
〜５μ、繊維長１〜15mmの繊維毛を得る。

【００３６】 計量工程 建築用パネル（900×1800×12:単位mm）を成形するの
に必要な繊維毛の配合割合を例示するならば表１のとお
りである。もっとも、この配合割合は強度、軽量化、使
用する建材部所その他の仕様に応じて調整すべきことは
言うまでもない。

【００３７】

【表１】

【００３８】 混合、乾燥工程 廃プラスチックを溶融紡糸することで５〜20μ、繊維
長１〜15mm程度の短繊維とし、また古紙を解繊すること
により繊維径２〜５μ、繊維長５〜15mm程度の短繊維を
水分含有量３〜８％程度に乾燥させ、相互繊維を対流攪
拌させることで均一に混合することができる。

【００３９】 予熱工程 成形品の一例として建築用合板を製造する場合、その
生産量が著しく多いことから、熱圧成形に要する加圧時
間を短縮する目的で予熱処理を施す。スパン状に解繊し
た繊維毛を適度の温度で予熱し、個々の繊維毛を融合さ
せることで、木質材に近い性質と密度を得ることができ
る。加熱手段としては、熱風、赤外線等の外部加熱か、
あるいは、コロナ放電等の直接加熱を採用することがで
きる。予熱温度の具体例を挙げるならば、50℃〜180
℃、好ましくは60℃〜120℃の範囲が適当である。

【００４０】 熱圧成形工程 予熱工程にいて個々の繊維毛を融合させた後、熱圧成
形機により成形寸法になるよう押し固め、同時に素材表
面をさらに溶融する。なお、熱圧成形後、必要に応じ
て、紙、木材、樹脂等のフィルムコーティングを行う
か、表面塗装等の処理を施し、製品価値を高めることも
できる。熱圧成形の処理条件を例示するならば表２のと
おりである。

【００４１】

【表２】

【００４２】

【産業上の利用の可能性】

本発明のセルロース成形法によりコンクリート片枠と
して使用するパネルを製造した。製品の形状および標準
寸法（mm）は、幅900、長さ1800、厚み12のパネルであ
る。

【００４３】 パネルの力学的特性、せき板の耐久性、型枠の加工
性、型枠の施工性のそれぞれについて試験を行った。結
果はそれぞれ表３〜表６に示すとおりである。

【００４４】 パネルの力学的特性は、剛性と曲げ耐力により確認し
た。剛性についてはJIS A 8652金属型枠パネルに定める
ところに従い、また、曲げ耐力については曲げ耐力試験
による。

【００４５】

【表３】

【００４６】 せき板の耐久性に関しては、吸水率（JIS A 5905繊維
板）、吸水厚さ膨張率試験（JIS A 5905繊維板）、湿潤
時の曲げ強さ試験（JIS A 5905繊維板に準拠）、耐アル
カリ性試験（JASコンクリート型枠用合板の日本農林規
格）により試験・確認した。

【００４７】

【表４】

【００４８】 型枠の加工性に関しては、釘引き抜き耐力試験と切断
・孔明け時間の調査を行った。前者は、釘（N45）をそ
の長さの1/2まで板面に垂直に打ち込み、最大引き抜き
耐力を測定したものである。後者は、丸ノコ、電動ドリ
ルによる製品の切断、孔明けを行って調査した。

【００４９】

【表５】

【００５０】 型枠の施工性に関しては、現場調査と仕上がり調査を
行った。前者は、現場において、合板製型枠に使用する
器具類が同様に使えることを確認した。後者は、実施例
パネルを用いてコンクリートを打ち込み、林令７日後、
型枠を外して、コンクリート面を調査したものである。

【００５１】

【表６】

【００５２】 以上より明らかなように、本実施例はコンクリート型
枠用合板の代替品として、強度、加工性、施工性に関し
て従来の木質合板に比し何らの遜色も認められなかっ
た。そして、古紙、廃プラスチックの混合割合によって
要求される物理的強度に対応した成形体を得ることも確
認し、また、廃プラスチックや古紙類といった「ゴミ」
を、膨大な数量が必要とされている建築用合板として再
利用することで、廃棄物の処理という環境問題対策のみ
にとどまらず、森林資源の保護にも貢献できるものであ
る。 ［図面の簡単な説明］

【図１】 本発明によるセルロース成形法の構想図である。

【図２】 本発明によるセルロース成形法の工程を例示したブロ
ック線図である。

【図３】 異種の高分子網目の模式図である。

【図４】 Ａは異樹脂を押出し紡糸したサンプルの側面図であ
る。 Ｂは図4Aのサンプルの破断面図である。

【図５】 高分子混合系の相図である。

【図６】 相溶性理論の説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−150407（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−220709（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−1513（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−95556（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−290409（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−220724（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−49118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−229706（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異種類の廃プラスチックを分離または分別
   することなく溶融紡糸して異種類のプラスチック繊維毛
   を形成し、該プラスチック繊維毛を、古紙類を解繊して
   得たセルロース繊維毛と絡み合わせた後、熱圧成形を施
   すことで、異種類のプラスチックが混在した一体成形体
   を得ることを特徴とする異種プラスチック混合溶融成形
   体の製造方法。