(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる容器包装リサイクル材と、フライアッシュと、容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、５重量部以下の無水マレイン酸変性ポリプロピレンおよび／または無水マレイン酸変性ポリエチレンとを含有することを特徴とする複合材料。
【請求項２】
容器包装リサイクル材が、ポリプロピレンを少なくとも２０重量％、ポリエチレンを３０〜７０重量％、ポリスチレンを３〜３０重量％を含む熱可塑性樹脂からなるものであり、かつ全材料中２０〜８０重量％のフライアッシュを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
さらに、容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、５重量部以下のスチレン−オレフィン共重合体を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項４】
スチレン−オレフィン共重合体がスチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体であることを特徴とする請求項３に記載の複合材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合材料からなる成型体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器包装リサイクル材を主体とした複合材料およびその成型体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自治体が回収したプラスチックゴミは、ポリオレフィン樹脂、ＰＥＴ、ポリスチレンのような熱可塑性樹脂、無機物（金属類）を含む混合物であり、その有効な再利用法が望まれている。とりわけ、回収プラスチックゴミから得られかつＰＥＴを除いた容器包装リサイクル材の新規用途開発が望まれている。
【０００３】
しかし、容器包装リサイクル材は、通常、不均質なものであり、これを工業レベルで利用するにはいくつもの困難がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような困難を克服すべく工夫されたもので、容器包装リサイクル材の新規用途として容器包装リサイクル材を主体とした複合材料およびその成型体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、熱可塑性樹脂からなる容器包装リサイクル材と、フライアッシュと、容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、５重量部以下の無水マレイン酸変性ポリプロピレンおよび／または無水マレイン酸変性ポリエチレンとを含有することを特徴とする複合材料である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、容器包装リサイクル材が、ポリプロピレンを少なくとも２０重量％、ポリエチレンを３０〜７０重量％、ポリスチレンを３〜３０重量％を含む熱可塑性樹脂からなるものであり、かつ全材料中２０〜８０重量％のフライアッシュを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合材料である。
【０００７】
請求項３に係る発明は、さらに、容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、５重量部以下のスチレン−オレフィン共重合体を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の複合材料である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、スチレン−オレフィン共重合体がスチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体であることを特徴とする請求項４に記載の複合材料である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の複合材料からなる成型体である。
【００１０】
本発明において、容器包装リサイクル材とは、自治体が回収したプラスチックゴミより得られ、ポリオレフィン樹脂のような熱可塑性樹脂を主成分とする混合物である。ただしＰＥＴ樹脂を主成分とするリサイクル材を除く。回収プラスチックゴミは、分別、洗浄等の工程を経て、造粒やペレット化された後、成形工程へ送られる。分別工程において、ＰＥＴ、ポリスチレン、無機物（金属類）を極力取り除いて、ポリオレフィン樹脂を主成分とする混合物を得る。これを容器包装リサイクル材として用いる。通常は、プラスチックゴミを洗浄粉砕した後に水に浮くものを利用している。容器包装リサイクル材は、例えば、ポリエチレン３０〜７０重量％、ポリプロピレン２０重量％以上、好ましくは６０重量％以下、ポリスチレン３〜３０重量％より構成されている。実際１０点の分析結果はポリエチレンが４０〜６０重量％、ポリプロピレンが３０〜５０重量％、ポリスチレンが５〜２０重量％であった。ポリエチレンが少なくなりポリスチレンが多くなると成型体の衝撃強度が不十分になる傾向があり、ポリエチレンが多くなりポリスチレンが少なくなると機械強度（特に弾性率）が不足する傾向がある。
【００１１】
容器包装リサイクル材の形状については特に限定されず、成形加工方法に応じた形状が選択される。後で説明する一軸溶融混練機を利用する場合は、容器包装リサイクル材は５〜１０ｍｍ程度の造粒物や粉砕物であればよく、加熱、ペレット化する必要がないためコスト、物性面で有利である。
【００１２】
請求項１に係る発明において充填材として用いられるフライアッシュは火力発電所等で大量に発生し、再資源化が十分に行われていないため価格が安く、また粉体が微細な球状であるため、樹脂に溶融、混合した際に流動性が大きく、充填量を大きくすることができ、好適に使用される。
【００１３】
フライアッシュの割合（重量）は、全材料中に好ましくは２０−８０％の範囲である。
【００１４】
請求項１に係る発明において、不飽和カルボン酸変性された熱可塑性樹脂として、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（以下ＭＡＰＰと略記する）および／または無水マレイン酸変性ポリエチレン（以下ＭＡＰＥと略記する）を用いる。
ＭＡＰＰはフライアッシュと熱可塑性樹脂の界面を補強するのに好適であり、特には熱可塑性樹脂中のポリプロピレン量が多い場合に大きな効果を発揮する。
【００１５】
ＭＡＰＰは例えば特許第３４６２８０８号記載の方法によって調製することができる。また、このときの無水マレイン酸によるポリプロピレンの酸変性度は１％〜１５％であることが好ましい。この酸変性度が１％以下となると充分な界面補強効果が得られない恐れがあり、１５％以上となるとコストに対して顕著な効果が得られない恐れがある。ＭＡＰＰを用いる場合、その適当な添加量は熱可塑性樹脂すなわち容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、好ましくは０．３重量部以上であって、５重量部以下、好ましくは３重量部以下である。ＭＡＰＰの添加量が少ないと、ＭＡＰＰによる熱可塑性樹脂とフライアッシュとの密着性向上効果が十分発揮できないことがある。また大量に添加してもコストに対して顕著な向上効果が得られないことがある。
【００１６】
また、前述のように、容器包装リサイクル材中のポリエチレン量が多いと主として弾性率が不足する傾向にあり、このような場合にはＭＡＰＥが大きな効果を発揮する。このときの無水マレイン酸によるポリエチレン変性度は１％〜１５％が好ましい。１％以下となると充分な界面補強効果が得られない恐れがあり、１５％以上となるとコストに対して顕著な効果が得られない恐れがある。ＭＡＰＥの添加量は熱可塑性樹脂すなわち容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、好ましくは０．３重量部以上であって、５重量部以下、好ましくは３重量部以下である。ＭＡＰＥの添加量が少ないと、ＭＡＰＥによる熱可塑性樹脂とフライアッシュとの密着性向上効果が十分発揮できないことがある。また大量に添加してもコストに対して顕著な向上効果が得られないことがある。
【００１７】
容器包装リサイクル材はポリプロピレンとポリエチレンの双方を含有していることから、前記の割合でＭＡＰＰとＭＡＰＥを併用して添加すると少量の添加で最大限の向上効果が得られる。
【００１８】
実際にはＭＡＰＰとＭＡＰＥの使用量をフライアッシュと熱可塑性樹脂との界面補強に必要な最低限量として、容器包装リサイクル材に含まれるポリオレフィンとポリスチレン界面の補強は、後述するＳＥＢＳを用いて行うのが費用対効果の面で最も効率的である。
【００１９】
請求項３に係る発明において任意付加成分として用いられるスチレン−オレフィン共重合体としてはスチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体（以下ＳＥＢＳと略記する）、スチレン・ブチレン・スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン・ブタジエン・ブチレン・スチレン共重合体（ＳＢＢＳ）等が例示される。スチレン−オレフィン共重合体は容器包装リサイクル材に含まれる主成分としてのポリオレフィン樹脂と、少量含まれるポリスチレン樹脂の相溶性を向上し、物性を向上させる。特にＳＥＢＳは容器包装リサイクル材の物性向上に好適である。
【００２０】
スチレン−オレフィン共重合体の添加量は熱可塑性樹脂すなわち容器包装リサイクル材とフライアッシュとの合計１００重量部に対して、０．１重量部以上、好ましくは０．３重量部以上であって、５重量部以下、好ましくは３重量部以下である。この添加量が少な過ぎると、スチレン−オレフィン共重合体の添加によるポリオレフィン樹脂とポリスチレン樹脂との密着性向上効果が十分発揮できないことがある。またこれを大量に添加してもコストに対して顕著な向上効果が得られないことがある。
【００２１】
本発明による複合材料の成形方法としては一般的な射出成型や押出成型等を利用しても良いが、材料としての樹脂材料、容器包装リサイクル材の成分が不均質且つ一定でないため、熱可塑性樹脂とフライアッシュを溶融混合した後に、この溶融物をプレスする方法が好適である。材料の変動に対して溶融状態を長く保持する射出成型ではガス等の発生が問題となる恐れがあり、一方、押出成型では溶融粘度の変化等により表面性が不良となる場合がある。溶融混合機としては、熱可塑性樹脂を溶融しフライアッシュを混合した溶融混合物とする装置であれば特に限定されない。例えば、一般的な押出装置を用いる方法や、溶融混合用チャンバー内に挿通された回転軸に、摩擦熱により熱可塑性樹脂を溶融させるための複数の撹拌羽根が設けられ、その前工程で混合されたフライアッシュと樹脂とを該チャンバーに送り込んで撹拌羽根を回転することで、溶融した熱可塑性樹脂にフライアッシュが混合された溶融混合物を得る溶融混合機｛例えば、コーハン社製「Ｋ−ミキシング機」（商品名）｝を用いる方法等が挙げられる。また、この溶融混合機で容器包装リサイクル材を用いる方法では、不特定多成分の熱可塑性樹脂を、比較的均一に溶融混合することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、回収プラスチックゴミより得られた容器包装リサイクル材に、無水マレイン酸変性ポリプロピレンおよび／または無水マレイン酸変性ポリエチレンおよびフライアッシュを添加することで、この混合物を成型材料という新たな用途に用いることができる。
【００２３】
さらに、スチレン−オレフィン共重合体を添加することで成型体の物性安定化、特に耐衝撃性を向上することができる。
【００２４】
このように、本発明は、不均質なリサイクル樹脂を扱うことでコスト的におよび社会的に大きな意義を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例を挙げる。
【００２６】
実施例１（参考例１）
熱可塑性樹脂として、自治体が回収したプラスチックゴミよりなる得られた容器包装リサイクル材１０５ｇと、充填材としてフライアッシュ（北陸電力社製）１９５ｇとを、溶融混練機（コーハン社製「Ｋ−ミキシング機」（商品名））を用いて溶融混練した。
【００２７】
得られた塊状の溶融混練物を冷却プレス装置を用いて冷却しつつ５０ｋｇ／ｃｍ２ で加圧して、一辺２００ｍｍの正方形のプレート状成型品を得た。
【００２８】
容器包装リサイクル材の成分分析は下記の方法で行った。
【００２９】
熱可塑性樹脂として使用する容器包装リサイクル材を、充填材を含まずに上記と同様に溶融混練し、プレスを行い、プレート成型体を得た。このプレートの表面反射赤外スペクトル分析より、主要成分がポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンであることを確認した。また、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンの標準試料を溶融し、プレスして標準プレートを作製し、容器包装リサイクル材から得られたプレートと標準プレートとの吸収スペクトル強度比から各成分の含有量を算出した。この値を下記の表に示す。
【００３０】
実施例２（参考例２）
充填材としてフライアッシュの代わりに木質系材料｛製材所で発生した製材屑（プレーナー屑  ホワイトウッド）｝６０ｇを用い、その他の点を実施例１と同様にしてプレート状成型品を得た。
【００３１】
実施例３、４、６〜９
熱可塑性樹脂と充填材に、不飽和カルボン酸変性された熱可塑性樹脂としてＭＡＰＰ｛三洋化成社製ユーメックス１０１０（商品名）｝および／またはＭＡＰＥ｛三洋化成社製ユーメックス２０００（商品名）｝、さらに任意付加成分であるスチレン−オレフィン共重合体としてＳＥＢＳ｛旭化成ケミカルズ社製タフテックＨ１０５２（商品名）｝を適宜加え、その他の点を実施例１と同様にしてプレート状成型品を得た。
【００３２】
実施例５（参考例３）
熱可塑性樹脂と充填材に、任意付加成分であるスチレン−オレフィン共重合体としてＳＥＢＳ｛旭化成ケミカルズ社製タフテックＨ１０５２（商品名）｝を加え、その他の点を実施例１と同様にしてプレート状成型品を得た。
【００３３】
比較例１〜３
充填材を用いない点を除いて実施例１と同様にしてプレート状成型品を得た。
【００３４】
性能評価試験
実施例１〜１５および比較例１〜３で得られた各プレートより試験片を切出し、引張り試験およびアイゾット衝撃試験を行った。得られた引張り弾性率と衝撃値を表１〜表３に示す。
【００３５】
表中、ＰＥはポリエチレン、ＰＰはポリプロピレン、ＰＳｔはポリスチレン、ＭＡＰＰは無水マレイン酸変性ポリプロピレン、ＭＡＰＥは無水マレイン酸変性ポリエチレン、ＳＥＢＳはスチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体をそれぞれ意味する。
【００３６】
実施例１（参考例１）は比較例１と比較して充填材としてフライアッシュが使用されているため高い引張弾性率と衝撃値を実現している。
【００３７】
この実施例１では、比較例１に示すような一般の工業品樹脂材料と比較して物性の低い樹脂を利用した場合でも充填材の併用により実用に耐えうる成型体を製造できる複合材料を提供することができる。
【００３８】
実施例２（参考例２）では比較例３と比較して木粉を利用して同様に高い物性を実現している。
【００３９】
実施例３ではＭＡＰＰを添加することで、実施例４ではＭＡＰＥを添加することで、実施例１と比較してより高い物性を発現している。これらの添加成分の添加量が同量の場合でも実施例６〜８のようにこれらを併用した場合は更に高い効果が発現される。
【００４０】
実施例１０〜１１ではポリプロピレン、ポリスチレンの量が請求項２に規定されている範囲を下回り、熱可塑性樹脂自体の機械物性が低い（比較例２）ものであるが、充填材としてフライアッシュ、添加成分としてＭＡＰＰ、ＭＡＰＥ、ＳＥＢＳを配合することで高い物性を確保している。
【００４１】
実施例１２では、使用する容器包装リサイクル材にポリスチレンが少ないことから、任意添加成分としてのスチレン−オレフィン共重合体を添加せずに実施した。
【００４２】
実施例１３では容器包装リサイクル材をサンプリングする中で最もポリエチレン量が多かった場合のものを利用して実施した。ＭＡＰＰ、ＳＥＢＳの量をこの実施例の程度使用することで、品質が変動する容器包装リサイクル材を使用しても高い品質の成型体を提供することができる。また、同様の容器包装リサイクル材を用いた実施例１４のように、ＭＡＰＰとＭＡＰＥをこの実施例の程度使用しても容器包装ＰＰとＰＥの変動に対して効率よく品質を向上させることが可能となる。
【００４３】
実施例１５（参考例４）では充填材としてフライアッシュと木粉を併用し、添加成分としてＭＡＰＰ、ＭＡＰＥを添加しなかった。
【表１】
0004427035.tif 000002
【表２】
0004427035.tif 000003
【表３】
0004427035.tif 000004