JP2015030786A - 熱可塑性樹脂の再利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品から、より均一に所望の物性値を得ることができる熱可塑性樹脂の再利用方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を粉砕して得られた熱可塑性樹脂粉砕物を、各熱可塑性樹脂粉砕物が均一となるように混ぜ合わせ（Ｓ１２）、各混ぜ合わせた熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して混練し（Ｓ１３）、混練して得られた各熱可塑性樹脂の物性を分析し、分析結果に基づいて各熱可塑性樹脂の配合比を決定し（Ｓ１４）、混練して得られた各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合した（Ｓ１５）後、配合した熱可塑性樹脂を溶融して混練し（Ｓ１６）、混練後の熱可塑性樹脂を成形する（Ｓ１７）。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃材となった熱可塑性樹脂の成形品を再資源化するに好適な熱可塑性樹脂の再利用方法に関する。

従来から、自動車部品、家電製品、電子機器、食品包装容器など多くの技術分野において、その製品や部品（成形品）を熱可塑性樹脂により成形することが幅広く行われている。このような熱可塑性樹脂からなる製品および部品は、環境保護および資源有効利用の観点から廃棄せずに回収され、再利用（再生利用）されることが多い。具体的には、回収された成形品を粉砕し、得られた熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して成形品に成形されることが一般的である。

このような熱可塑性樹脂の再利用方法として、たとえば特許文献１に記載の技術が提案されている。ここに示す熱可塑性樹脂の再利用方法は、廃棄される熱可塑性樹脂の主成分に合わせて熱可塑性樹脂を系統別に選択的に分別回収するステップと、選択的に分別回収した各熱可塑性樹脂を粉砕し、粉砕した各熱可塑性樹脂を所定の配合比で混合するステップと、得られた混合物を加熱溶融するステップと、加熱溶融された熱可塑性樹脂を成形するステップと、を備えている。

この再利用方法によれば、廃棄された熱可塑性樹脂を選択的に分別回収し、分別回収した熱可塑性樹脂組成物廃材を所定の割合で混合するので、多様な用途に応じた特性を有する成形体を得ることができる。

特開２００４−３１４４４５号公報

しかしながら、特許文献１に示す技術の如く、廃棄される熱可塑性樹脂の主成分に合わせて熱可塑性樹脂を系統別に選択的に分別回収して粉砕したとしても、粉砕された各熱可塑性樹脂の粉砕物内においても、その物性のバラつきがあるおそれがあった。したがって、このような場合、所定の配合比で粉砕した各熱可塑性樹脂を混合した場合であっても、所望の物性となる熱可塑性樹脂からなる成形体を得ることができないことがあった。特に、同じ種類の熱可塑性樹脂であっても、再利用される前の成形品を構成する熱可塑性樹脂にはその用途に応じて様々な添加物が添加され、この添加物の種類およびその量にもバラつきがあるため、このバラつきが再利用により得られた成形体の物性値のバラつきに影響を与えることがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とすることころは、熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品から、よりバラつきなく所望の物性値を得ることができる熱可塑性樹脂の再利用方法を提供することにある。

このような点を鑑みて、本発明に係る熱可塑性樹脂の再利用方法は、熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を粉砕して得られた熱可塑性樹脂粉砕物を混ぜ合わせる第一工程と、混ぜ合わせた各熱可塑性樹脂の物性を分析し、分析結果に基づいて各熱可塑性樹脂の配合比を決定する第二工程と、前記混ぜ合わせた各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合した後、配合した熱可塑性樹脂を溶融して混練し、混練後の熱可塑性樹脂を成形する第三工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を粉砕して得られた熱可塑性樹脂粉砕物を、各熱可塑性樹脂粉砕物が均一となるように混ぜ合わせるので、袋または容器等に収容された熱可塑性樹脂粉砕物（粉砕粒子群）が均一な状態となる。この状態の熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して混練した場合には、各熱可塑性樹脂粉砕物に由来した熱可塑性樹脂の物性が均一なものとなる。ここで、熱可塑性樹脂粉砕物は、固形状の粒子であるためこれらを均一に混ぜ合わせることは、溶融した状態の熱可塑性樹脂を均一に混ぜ合わせるよりも容易に行うことができる。

次に、混ぜ合わせた（場合によっては混練した）各熱可塑性樹脂の物性値を分析し、分析結果に基づいて各熱可塑性樹脂の配合比を決定する。この際に、上述した工程を経て各熱可塑性樹脂粉砕物が均一に混ぜ合されたため、分析した各熱可塑性樹脂の物性値にバラつきは少ない。これにより、一旦配合比を決定して、これらを所定の配合比で混練すれば、安定した物性の成形体を得ることができる。

なお、本発明でいう「混ぜ合わせる」とは、２種以上の熱可塑性樹脂からなる粉末を均一に混ぜることをいい、「混練する」とは、２種以上の溶融した熱可塑性樹脂を均一に混ぜる（練合せる）ことをいう。また、本発明でいう「熱可塑性樹脂粉砕物」とは、粒子状に粉砕された熱可塑性樹脂からなる粒子群（粉末）のことをいう。

ここで、工程において、混ぜ合わせた各熱可塑性樹脂の形態は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、混ぜ合わせた熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して混練し、混練して得られた各熱可塑性樹脂を粒子状に造粒し、前記第二工程において、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合する。

この態様によれば、第一工程で、得られた各熱可塑性樹脂を、ペレット状、チップ状、または粉末状などの粒子状に造粒するので、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂は、成形する工程において配合し易く、均一に混ぜ合わせ易い。

また、各熱可塑性樹脂を配合して混練する際に、均一に各熱可塑性樹脂が混合することができるのであれば、その配合前の熱可塑性樹脂の形態は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合した後、前記配合した熱可塑性樹脂を溶融する前に、配合した粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を混ぜ合わせる。

この態様によれば、熱可塑性樹脂を溶融する前に、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を混ぜ合わせるので、溶融時に熱可塑性樹脂を均一に溶融させることが可能となり、配合された熱可塑性樹脂を均一に混練することができる。これにより、安定した物性の成形体を得ることができる。

また、再利用される熱可塑性樹脂は、ポリスチレン（ＰＳ）系樹脂、スチレン−ブタジエン（ＳＢ）系樹脂、アクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）系樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン（ＡＢＳ）系樹脂、およびポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂のいずれか１つまたはこれらの群の組み合わせいずれの場合であってもよい。しかしながら、さらに好ましい態様としては、前記分別回収された成形品の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂である。

ポリプロピレン系樹脂は、様々な分野において使用され、その用途に応じて様々な添加物が添加され、この添加物の種類およびその量にもバラつきがあるため、このバラつきが再利用により得られた成形体の物性値のバラつきに影響を受けやすいところ、本発明によれば、このようなポリプロピレン系樹脂であっても、より均一な物性値の成形体を得ることができる。

本発明によれば熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品から、より均一に所望の物性値の成形体を得ることができる。

本発明の熱可塑性樹脂の再利用方法を説明するための概念図。

以下に、本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂の再利用方法を説明する。図１は、本発明の熱可塑性樹脂の再利用方法を説明するための概念図である。

まず、図１のステップＳ１１に示すように、原料（素材）となる熱可塑性樹脂粉砕物Ａ〜Ｅを準備する。熱可塑性樹脂粉砕物Ａ〜Ｅは、熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を、粉砕して得られたものである。

熱可塑性樹脂としては、上述した熱可塑性樹脂を挙げることができるが、本実施形態では、ポリプロピレン系樹脂を再利用の対象としている。ここで、熱可塑性樹脂粉砕物（粉砕物）Ａ〜Ｅは、車両メーカー・食品メーカー・日用雑貨メーカー・土木資材メーカーなどから発生する多様なポリプロピレン系樹脂である。

具体的には、粉砕物Ａは、車両部品（成形品）を粉砕した粉砕物であり、粉砕物Ｂは、食品の包装容器（成形品）を粉砕した粉砕物であり、粉砕物Ｃは、日用雑貨品（成形品）を粉砕した粉砕物であり、粉砕物Ｄは、建材（成形品）を粉砕した粉砕物であり、粉砕物Ｅは、粉砕物Ａで用いた成形品とは異なる車両部品を粉砕した粉砕物であるなど、複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を粉砕した粉砕物である。

これらの粉砕物はチップ状または粒子状であり、粉砕物Ａ〜Ｅは、ポリプロピレン系樹脂である点（すなわち同じ種類の熱可塑性樹脂である点）に関しては共通しているが、その用途に応じて添加されている添加物およびその量が異なるため、各粉砕物Ａ〜Ｅを構成する熱可塑性樹脂の物性値（機械的特性）は異なる。一般的には、これらの粉砕物Ａ〜Ｅは、異なるメーカーから取り寄せられた出所の異なる粉砕物Ａ〜Ｅであり、たとえばバックまたは容器などに収容される。

次に、ステップＳ１２に示すように、各熱可塑性樹脂粉砕物Ａ〜Ｅを、各熱可塑性樹脂粉砕物が均一となるようにたとえば大型攪拌機などを用いて混ぜ合わせる。これにより、熱可塑性樹脂粉砕物Ａ〜Ｅのそれぞれの粉砕物の各粒子の物性にバラつきがあったとしても、全体としてより均一な状態に混ぜ合わせることができる（第一工程）。

次に、ステップＳ１３に示すように、各混ぜ合わせた熱可塑性樹脂粉砕物Ａ〜Ｅを溶融して混練して、混練物Ａ〜Ｅを製造する。全体として均一な状態の熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して混練するので、各熱可塑性樹脂粉砕物に由来した混練物（熱可塑性樹脂）Ａ〜Ｅの物性が均一なものとなる。

このように、予めステップＳ１２において各粉砕物Ａ〜Ｅを混ぜ合わせておくことで、熱可塑性樹脂粉砕物は、固形状の粒子であるためこれらを均一なものにし易く、溶融した状態の熱可塑性樹脂を均一に混ぜ合わせるよりも熱可塑性樹脂（混練物）の均一化を容易に図ることができる。

また、本実施形態では、ステップＳ１３において、この混練物を、ペレット状、またはチップ状など粒子状に造粒する。これにより、後述するステップＳ１５において、粒子状の各混練物Ａ〜Ｅを所望の配合比で容易に配合し、均一に混ぜ合わせ易くなる。

次に、ステップＳ１４に示すように、混練して得られた各熱可塑性樹脂（各混練物Ａ〜Ｅ）のサンプルを作製し、この物性を分析し、分析結果に基づいて所望の物性値となるように各熱可塑性樹脂（混練物Ａ〜Ｅ）の配合比を決定する（第二工程）。たとえば、物性値としては、ＭＦＲ、シャルピー衝撃強さ、または引張弾性率などを挙げることができる。

この際に、上述した如くステップＳ１２およびＳ１３を経て、各熱可塑性樹脂粉砕物（各混練物Ａ〜Ｅ）の物性値のバラつきが抑えられているため、一旦配合比を決定して、これらの混練物Ａ〜Ｅを所定の配合比で混練すれば、安定した物性の成形体を得ることができる。

なお、本実施形態では、図１に示すように、ステップＳ１４において混練物Ａを２０質量％、混練物Ｂを６５質量％、混練物Ｄを１５質量％の配合比に決定し、ステップＳ１５では、この配合比でこれらの粒子状の混練物Ａ，Ｂ，およびＤを配合している。しかしながら、配合比は、望まれる成形体の物性値に応じて決定されるものであり、これに限定されるものではない。

配合後、ステップＳ１６において、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を混ぜ合わせ、混ぜ合わせた熱可塑性樹脂を、押出機で溶融して混練し混練物を製造する（第三工程）。また、この際に混練後の混練物をさらに循環タンク装置を用いて混練してもよい。さらにステップＳ１７に進み、得られた混練物から（熱可塑性樹脂）から成形体を成形する。この成形は、たとえば、ペレット状の造粒であってもよく、この場合、成形体はペレットとなる。

このようにして、熱可塑性樹脂（たとえば混練物Ａ，Ｂ，Ｄ）を溶融する前に、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂（たとえば混練物Ａ，Ｂ，Ｄ）を混ぜ合わせるので、配合された熱可塑性樹脂を均一に混練することができる。これにより、安定した物性の成形体を得ることができる。

以下に本発明を実施例に基づき説明する。
（実施例１）
車両メーカーより入手した、インパネ系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ａ（粉砕樹脂：大きさが直径５〜１６ｍｍの範囲）約４５００ｋｇを大型攪拌機で均一に混ぜ合わせ、１０袋のフレコンバック（容量約５００ｋｇ／袋）に充填した。この中から、任意の５袋のフレコンバック（Ｂａｇ１〜５）より分析試料（ａ１’，ａ２’，ａ３’，ａ４’，ａ５’）を各１０ｋｇ程度抜き取り、単軸混練機で加熱混練してペレット状に造粒した。得られた各ペレットをさらに均一に混合して溶融し、これらの各ポリプロピレン系樹脂からＭＦＲ、シャルピー衝撃強さ、引張弾性率を測定した。またＭＦＲのバラつき、および、ＭＦＲの最大値と最小値の差も算出した。トリム系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｂ、日用雑貨系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｃ、食品・建材系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｄ、ピラー系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｅについても同様の手順で行った。この結果を表１に示す。なお、これらの物性値の測定方法を以下に示す。

（１）ＭＦＲの測定試験：テクノ・セブン社製（Ｌ２４２又はＬ２０３）メルトインデクサーを用い、規定された２３０℃／２１Ｍの条件下でダイから流れ出す試料（樹脂）を切り取り、その重量を測定し、１０分間に換算した値から測定した。
（２）シャルピー衝撃強さ測定試験：上島製作所社製（Ｕ−Ｆ）シャルピー衝撃試験機を用い、振り子型のハンマーで試験片を破断し、破断に要したエネルギーからその材料の衝撃値を求めた。
（３）引張弾性率測定試験：テンシロン社製（ＲＴＧ‐１３１０型）引張試験機を用い、単位断面積当りの引張り応力と応力方向に生じる伸びとの比を求めた。
（４）バラつき（ＭＲＦ）：（各ＭＲＦ−ＭＲＦの平均値）／ＭＲＦ平均値×１００（％）

（比較例１）
車両メーカーより入手した、インパネ系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ａ（粉砕樹脂：大きさが直径５〜１６ｍｍの範囲）約４５００ｋｇを大型攪拌機で均一に混ぜ合わせることなく、１０袋のフレコンバック（容量約５００ｋｇ／袋）に充填した。この中から、任意の３袋のフレコンバック（Ｂａｇ１〜３）より分析試料（ａ１’’’，ａ２’’’，ａ３’’’）を各１０ｋｇ程度抜き取り、単軸混練機で加熱混練してペレット状に造粒した。得られたペレット（ａ１’’’，ａ２’’’，ａ３’’’）をさらに均一に混合して溶融し、これらの各ポリプロピレン系樹脂から実施例１と同じようにして、ＭＦＲ、シャルピー衝撃強さ、引張弾性率を測定した。実施例１と同様、トリム系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｂ、日用雑貨系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｃ、食品・建材系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｄ、ピラー系に使用されたポリプロピレン系樹脂の破砕物Ｅについても同様の手順で行った。この結果を表２に示す。

（結果１）
表１に示すように、実施例１の各物性値の上限値と下限値との差は、比較例１のもよりも小さいことがわかった。また、バラつきは、実施例１の場合には１０％未満であり、比較例１の場合、最大約６４％のばらつきがあった。このことから、実施例１の如く、各熱可塑性樹脂粉砕物をそれぞれ予め混ぜ合わせておくことにより、得られる成形体の物性値のバラつきを抑えることができると考えられる。

（実施例２および比較例２）
＜粉砕物の準備＞
熱可塑性樹脂粉砕物として、車両のインパネ系の破砕物Ａ、車両のトリム系の破砕物Ｂ、日用雑貨系の破砕物Ｃ、食品・建材系の破砕物Ｄ、ピラー系の破砕物Ｅを準備した。これらは、ポリプロピレン系樹脂であり、各成形メーカーから排出された成形品を５〜１６ｍｍの大きさいに粉砕したものである。粉砕される各成形品には、ポリプロピレン（ホモポリマー、ブロックポリマー）の他に、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、タルク、炭酸カルシウム、ガラス繊維等が混入されている。

＜混ぜ合わせおよび混練＞
次に、実施例２では、各粉砕物Ａ，Ｂ，Ｄを（株）タナカ社製のブレンダ―を用い混ぜ合わせ時間２０〜４４分（９回／分）にて均一混合を行った後、単軸混練機（ナカタニ機械（株）製：ＶＳＫ‐５０）を用いバレル温度：２２０℃、処理量：１５ｋｇ/時間、４０／６０／４０メッシュのスクリーンをブレーカプレート前にセットした条件で、各粉砕物Ａ，Ｂ，Ｄを溶融して混練したペレットを得た。これに対して、比較例２では、ブレンダ―を用いて各粉砕物を均一混合していない点のみが、実施例２と相違する。

＜物性の分析＞
実施例２および比較例２それぞれに対して、単軸混練機で作製したペレットを東芝社製（ＥＣ７５Ｓ−２Ａ）型締力７５トンの射出成型機を用い、金型：型板 ＩＳＯ規格 １号ダンベルを用い、成形温度１９０〜２００℃、射出圧力：４５〜３５ＭＰａの範囲で調整し、射出速度：１８０ｍｍ／ｓ、スクリュー背圧：５ＭＰａ、金型温度：４０℃、サイクル：射出時間４０秒、冷却２０秒、サイクル時間６０秒の射出条件で１５ショット連続成形し、試験片を採取した。

実施例２および比較例２に係る成形品として、表２で示す配合比（質量％）で、粉砕物Ａ，Ｂ，Ｄに由来したペレットを配合して混ぜ合わせた後、溶融して混練し、試験片（成形体）を作製した。

具体的にはペレットを配合して混練した樹脂を、型締力７５トンの射出成型機を用い、金型：型板 ＩＳＯ規格 １号ダンベルを用い、成形温度１９０〜２００℃、射出圧力：４５〜３５ＭＰａの範囲で調整し、射出速度：１８０ｍｍ／ｓ、スクリュー背圧：５ＭＰａ、金型温度：４０℃、サイクル：射出時間４０秒、冷却２０秒、サイクル時間６０秒の射出条件で３ショット連続成形し、試験片を採取した。

実施例２および比較例２の試験片に対して、上述した試験方法で、ＭＦＲ、シャルピー衝撃強さ、引張弾性率を測定した。この結果を、表３に示す。また、そのときのＭＦＲの最大ばらつき（％）も上述した方法で算出した。この結果を表３に示す。

（結果２）
表３に示すように、実施例２の如く各粉砕物Ａ〜Ｅを予め混ぜ合わせて混練したものバラつきは６．７％以下となり、良好な結果が得られた。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂製の複数種の成形品の種類に応じて分別回収された成形品を粉砕して得られた熱可塑性樹脂粉砕物を混ぜ合わせる第一工程と、
   混ぜ合わせた各熱可塑性樹脂の物性を分析し、分析結果に基づいて各熱可塑性樹脂の配合比を決定する第二工程と、
   前記混ぜ合わせた各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合した後、配合した熱可塑性樹脂を溶融して混練し、混練後の熱可塑性樹脂を成形する第三工程と、を少なくとも含むことを特徴とする熱可塑性樹脂の再利用方法。
2. 前記第一程において、混ぜ合わせた熱可塑性樹脂粉砕物を溶融して混練し、混練して得られた各熱可塑性樹脂を粒子状に造粒し、前記第三工程において、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合することを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂の再利用方法。
3. 前記第三工程において、粒子状に造粒された各熱可塑性樹脂を前記配合比で配合した後、前記配合した熱可塑性樹脂を溶融する前に、粒子状に造粒された熱可塑性樹脂を混ぜ合わせることを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性樹脂の再利用方法。
4. 前記分別回収された成形品の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の再利用方法。

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