廃棄ミルクボトルのトナーボトルへの活用技術

Overcoming Physical Degradation and Quality Instability during Toner Bottle Production from Recycled HDPE Milk Bottles

篠原洋

平

Yohei SHINOHARA

日月應

裕瓜Masahiro TACHIMORI

要旨

生

直人

Naoto URYUAbstract

近年，持続可能な社会の実現に向けて地球温暖化防止や石油由来資源の消費量削減など，様々な取組みが世界中で行われている。我々の生活に利便性を与え欠かせないプラスチックでも，環境負荷低減に向けて再資源化の取組みが行われている。しかしながら，廃棄されたプラスチック製品をリサイクルし，再生材として活用する場
合，一般に市販のバージン材に比べ物性劣化や品質の不安定化を伴う場合が多い。そのため，要求性能が高い製品へのリサイクルはコスト的な制約もあり，あまり進んでいない状況にある。我々は欧米を中心に一般家庭から大量に排出されるプラスチック製のミルクボトルに着目し，情報機器の消耗部品であるトナーボトルに再生利用することを目指し，技術開発を行った。

本検討では，不純物混入による材料物性および品質の低下，ミルクボトル成形時の熱履歴による物性低下，原料ばらつきに起因する成形の不安定化等の課題を解決する洗浄技術や成形技術の検討を行った。その結果，要求性能を満足し十分に生産安定性を確保した再生材活用技術を確立することができ，廃棄ミルクボトルを原材料としたトナーボトルの製品展開を実現した。

Because a sustainable future for society depends on it, efforts are being taken today to deal with such challenges as
global warming and the over-consumption of petroleum
resources. Plastics such as HDPE (high-density polyethylene) are found in a myriad of household products, products
whose recycling reduces the need for virgin plastic materi­als. However, unlike commercially-available virgin materials,
when discarded plastic products are recycled, the plastic obtained is often physically degraded and of unstable quality.
Because of this, and together with cost restrictions, when aproduct requires stringent properties, recycled plastic materials are not often used.
Huge numbers of used HDPE milk bottles are discarded
daily across Europe and the US. To render this resource valuable, we challenged the obstacles of physical degradation
and unstable quality, and we created technologies for therecycling of HDPE milk bottles into the toner bottles found in
Konica Minolta’s production printers and MFPs (multi-function peripherals). The physical degradation of the HDPE fromused milk bottles, and the resultant quality degradation of
the toner bottles into which that HDPE is transformed, aredue to contaminants accumulated during milk bottle use/collection and to the heat history during milk bottle formation, while unstable bottle formation is caused by excessive
variation in the raw materials.
We solved these problems with new HDPE milk-bottlecleaning technologies, and we stabilized quality of the HDPE
having great variability in quality with new toner bottle formation technologies. These advances have successfully been
implemented in Konica Minolta’s current manufacture oftoner bottles from recycled HDPE milk bottles.

＊生産本部＊＊生産本部

12

生産技術開発センター
生産企画部

加工技術部

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 13 (2016)

1

技術により解決できれば，品質とコスト競争力を両立ではじめにきると考えた。次章以降で，トナーボトルへリサイクル持続型社会の実現が我が国のみならず国際社会の中で材料を適用した事例について紹介する。

大きな命題として取り上げられるようになり久しい。温室効果ガスによる地球温暖化，あるいは石油由来資源の枯渇など様々な環境課題に対し地球規模でその対応が進3

リサイクル材料採用の技術検討められており，CO2 の排出抑制を規定した京都議定書の3. 1な環境ラベルの設定など多くの取り組みがなされている。

量が多いことから，リサイクル材料を適用することが出

コニカミノルタでも長期環境ビジョン「エコビジョン来れば大きな効果を得ることが可能となる。トナーボト

採択，排出される品目に応じたリサイクル法の制定，様々

HDPE のマテリアルリサイクル

トナーボトルは情報機器の消耗品として非常に生産数2050」を掲げ，製品ライフサイクルにおける CO2 排出量

ルの原材料は機能性やコスト面から従来HDPEが用いらを 2050 年までに 2005 年度比で 80 % 削減することを目れており，他方では欧米を中心に牛乳の飲用ボトルの原標として，限りある地球資源の有効活用の最大化と資源材料として HDPE は広く活用されている。そこで我々は循環を図ると共に，生物多様性の修復と保全に向けた取廃棄されたミルクボトルを情報機器のトナーボトルとしり組みが開始された。2015 年の改訂版「新中期環境計画て再生利用することを着想し，マテリアルリサイクルを2016」では，特に製品に使用する樹脂系材料の資源量削行うべく検討を実施した。

減に重点を置いた取り組みが明文化され，自社製品への再生材適用拡大に向けた取り組みが進められている1)。
コニカミノルタではオープンリサイクルの取り組みと3. 2リサイクル材利用での課題廃棄されたミルクボトルをリサイクル材料として活用して，一般市場から回収されたポリエチレンテレフタする上では多数の課題が存在する。それは廃棄物起因のレート（PET）材を複合機外装部品へ適用している2)。こ

不純物混入による材料物性および品質の低下，ミルクボの取組みの根幹にあるのは，世界中の国や地域で社会問

トル成形時の熱履歴による物性低下，原料ばらつきに起題化しつつある環境課題をコニカミノルタ独自のオープ因する成形の不安定化等である。これらの課題が要求性ンリサイクルの切り口で解決することにあり，他の品目能の高い樹脂部品へのマテリアルリサイクルが進んでいに対しても拡大を進めている。

ない要因にもなっている。

本稿では，我々の製品群のうち情報機器の消耗品，とりわけ生産量の多いトナーボトルについて，その原料と以下の章では，これらの課題を解決するための技術検討について報告する。

なる高密度ポリエチレン（以下 HDPE と略す）の再生樹脂の開発とその活用について報告する。

3. 3

不純物除去のための洗浄技術原料であるミルクボトルは一般家庭から廃棄され，そ2

コニカミノルタのマテリアルリサイクル
CO2 排出量や石油由来資源の使用量を削減する手段は，の他の廃棄物と併せ集積所に運ばれる。その後，ミルクボトルが選別・粉砕され再生材メーカーへ納入される（Fig. 1）。

一般にリデュース・リユース・リサイクルの大きく 3 つに分類される。リデュースは製品の小型化や軽量化による製品自体の重量を抑制することで実現でき，コニカミ
ノルタでも新機種をリリースする毎に目標値を設定し低Residence

Manufacturers using
recycled materials

Waste

Pulverized
HDPE

重量化に努めてきた。リユースは市場から回収した使用済製品を分解および洗浄し再利用することを指し，コニカミノルタでも事例がある。リサイクルには，マテリア
ルリサイクル，ケミカルリサイクル，サーマルリサイク
ルがあり，その中でもマテリアルリサイクルはリサイク
ル時のエネルギー効率が良好な循環型の手法である一方，一般的に物性に劣化が生じ，その結果品質が安定しにくいという課題が存在する。コニカミノルタの製品群に用

Waste depots
Waste

Milk bottles
Sorting

Pulverized
HDPE

Pulverization

Fig. 1 Collection of raw materials for recycling.
(HDPE: high density polyethylene)

いられる樹脂部品は，総じて高い性能が求められる精密よって，納入されるミルクボトル粉砕品には牛乳残渣部品であり，この品質面での課題の解決なくして自社製やボトルキャップ，ラベルに加えて，その他の廃棄物由品への適用を実現することはできない。また同時にコス来の多くの不純物が混入している。これらの不純物は粉ト優位性のあるリサイクル技術の構築が必要となる。ト

体容器であるトナーボトルに必要な剛性や強度の低下要ナーボトルにおいては，比較的安価に再生材の原料が入因となる。また，不純物は色味の悪化の原因ともなり，ボ手できることから，再生材特有の品質課題を材料・成形トル内のトナー色の判別を困難にするため，ボトル交換KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 13 (2016)13

時の作業ミスにつながる恐れがある。よって，まずは剛できる，または材料表面と付着物間の吸着力を低下させ性や強度低下と色味の悪化を抑制できる不純物除去技術

る洗浄剤を選定した。の開発を目指した。

洗浄技術の二つ目のポイントは洗浄条件である。洗浄

再生材原料に含まれる不純物のうち，最も除去が難し剤の種類が決まっても，洗浄剤の濃度や洗浄時間等によいのは原料表面に付着した不純物である。一般的なマテり洗浄力は大きく変化する。また , これら洗浄力に寄与

リアルリサイクルで用いられる色選別や比重選別では，する洗浄条件のパラメータは多数存在する。そこで，各材料表面の異物を選択的に除去することが難しい。色選

パラメータを基に直交実験を行い，洗浄力上昇に寄与す別や比重選別にて不純物量を低下させるには，異物が付るパラメータとその水準を見出し，不純物の高効率除去

着した樹脂も併せて取り除かねばならず，収率の悪化にを達成した（Fig. 3）。

よるコストアップを招いてしまう。そのため，市販の安価なリサイクル材は異物が十分に取り除かれておらずバーABCDEFGH3H2H1G3G2F3G1F2F1E3E2E1D3D2D1C3C2B3C1B2B1A2A1Sensitivity (db)

ジン材に比べて黒味や黄味がかった色となる（Fig. 2）。

HFactor and level

Virgin HDPE

Fig. 3 Experimental results of cleaning condition parameters. Basedon the factorial effects shown here, parameters contributing todetergency were selected for the high-efficiency removal ofimpurities.

Pulverized HDPE frommilk bottles

Fig. 2 Color difference of between virgin materials and conventional recycled materials.

そこで，材料表面の不純物を選択的に除去する洗浄技

洗浄技術の三つ目のポイントは品質とコストを両立できる生産条件である。洗浄効果の高い洗浄剤・洗浄条件を見出しても，長時間洗浄を行うと洗浄力は低下する。
また，洗浄力を維持するために大きなコストが必要な場合術を開発した。
洗浄技術の一つ目のポイントは洗浄剤の選定である。

がある。例えば，洗浄力が高い工程では除去される汚れ洗浄システムにおいて中心的な役割を果たす洗浄剤は，の量が多くなり，長時間洗浄を続けると洗浄液中の不純用途に応じて多様な種類が存在する（Table 1）。

物量が多くなる。結果として，洗浄力の低下や不純物の再付着等が発生してしまう。そこで，洗浄工程を洗浄機

Table 1 Types of contaminant and their effective cleaning agents3).

Oily

Solid

EasilysolubleSaltCarbohydrates

Poorlysoluble

Dye
Denatured proteins

OKOKOKOKOKOKOK

OK

Moderatelypolar

Animal and plantoils and fats

OKOKOK

Non-polar

Mineral oil

Hydrophilic

Mud
Rust

Hydrophobic Soot

OKOK

ストでの長時間生産の両立という課題を解決した。
これらの技術を組み合わせることで，トナーボトルに必要な剛性や強度を満たし，従来再生材に比べ色味が大幅に改善された再生材の量産を可能とした。
3. 4

ブロー成形工程での再生材の使いこなし

トナーボトルの生産はブロー成形が用いられており，

OK

Highly polar Fatty acids

OK

Organic solvent

Oxidant/
reductant

ExamplesSurfactant

Water
solubleSubclassAlkali

Class

洗浄条件を調整することで，不純物の高効率除去と低コ

Cleaning agents

Water

Contaminants

能毎に分離した多段階洗浄とし，またその機能に応じて部品品質を確保するためにはパリソン（成形機から押しOKOKOKOK出されるチューブ状の溶融樹脂）の形成が安定して行われることが重要である（Fig. 4）。そのパリソンの安定形成には，樹脂の流動性が大きく影響を及ぼす。流動性が高い材料では，自重によりパリソンが伸長する「ドローダウン」と呼ばれる現象が起こり，パリソンの長さや肉厚にばらつきが生じてしまうためである。
今回開発した再生 HDPE は，バージン材に比べ流動性

よって，リサイクル材料の種類と汚れの種類に応じてが高く，そのばらつき幅も大きい（Fig. 5）。そのため，適切な洗浄剤を選択することが重要である。そこで簡易バージン材使用時と同じ条件で成形を行うと，安定した的な洗浄実験を行い，材料表面の不純物を選択的に分解品質の維持が難しい。

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また，流動性のばらつきが大きいことに対しては，重Material
Die

要寸法箇所では，パリソン肉厚の上下に余剰部分を設けることで，寸法安定性を高めた（Fig. 7）。

ParisonHeater

Molding machine

Enlarged viewExtrusion(B) Forming parison(A) Melting material

MoldBlow-pin

Mold is closed

Air is injected

Mold is opened(C) Pinching off parison(D) Inflating parison(E) Ejecting bottle

Fig. 4 Extrusion blow molding.

Bottleshape

Thickness ofthe parison

Critical zone

Adjustment area

Fig. 7 Compensating for MFR variability with accessible surplus parison
material.

4

リサイクル技術確立の効果

MFR (g/10min)

廃棄ミルクボトルをトナーボトル用の材料として適用するためのリサイクル技術を確立したことにより，トナーボトルの原材料の一部をリサイクル材料に置き換え，相応量の CO2 削減を実現した。またバージン材よりも安価になり，製品のコスト低減にも寄与することができた。
VirginPCR

Fig. 5 Results of MFR (melt mass-flow rate) measurement. PCR stands for“post-consumer recycled.” Bars in the figure indicate error size.
PCR materials show more variety than virgin material in MFR.

成形時の樹脂流動性は，樹脂温度にも大きく依存する（Fig. 6）。よって，再生材成形時には樹脂温度を下げることで，パリソン形成時のドローダウンを抑制した。

5

まとめ
廃棄ミルクボトルに新たな価値を見出し，廃棄物特有の不純物を洗浄技術によって取り除き，成形条件の最適化を行うことで，機能とコスト競争力を両立した新規環境配慮型トナーボトルの量産化を実現できた。
今後は，再生材比率の向上と，全ての機種のトナーボトルへの適用を実現するため，材料リサイクル技術を継続的にブラッシュアップし，リサイクル材料を使いこなす成形加工技術の開発を行っていく。

MFR (g/10min)

PCRVirgin●参考文献1)	プラスチックエージ Vol. 61（2015）2)	齊田靖治・間簑 雅・土居 厚・鵜飼晃生・江尻綾美：（BT）：リサイクル PET 材を利用した MFP 外装用再生樹脂材料の開発 ,KONICA MINOLTA Tech. Rep., VOL.10, 61-65 (2013)3)	洗浄・洗剤百科事典（新装版）朝倉書店

Temperature (Υ)
Fig. 6 MFR dependency on temperature. Lowering the temperature ofthe PCR material obtains an MFR matching that of virgin material.

一方で温度を下げることにより，ボトル径方向については延伸性が悪化してしまう。この課題に対してはパリ
ソン肉厚の調整と吹き込みエアー圧を多段制御することによって解決した。

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