JP2006077144A - 廃棄プラスチックを利用した射出成形用材料、その製造方法、及びこの射出成形用材料を利用した成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】都市ゴミ廃プラを出発原料として、「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等を製造するに適した射出成形用材料、その製造方法、及びこの射出成形用材料を利用した成形品の製造方法を提供すること。
【解決手段】都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化した都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加して混合し、これを混練して得られる射出成形用材料であって、この射出成形用材料を利用して射出成形された製品が、前記都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、前記相溶化剤を３〜１０重量部、前記フィラーを５〜３０重量部含むことになるようにしたこと。
【選択図】なし

Description

本発明は、射出成形用材料に関し、特に、容器包装リサイクル法に基づいて家庭から排出されるプラスチックを利用した射出成形用材料、その製造方法、及びこの射出成形用材料を利用した成形品の製造方法に関するものである。

近年、工場等の事業所や家庭から排出されるゴミの量は増加の一途を辿っており、その処理については、各部署において困難を極めるようになってきている。また、容器包装リサイクル法の施行により、自治体から回収されたプラスチック類については、商品化が義務づけられている。

そこで、このような廃棄プラスチック（以下、単に廃プラということがある）を再利用したり、あるいは再生できるようにすることが種々提案されてきているのであり、そのための改質剤等も種々提案されてきている。

例えば、特許文献１には「再生樹脂組成物及びその再生方法」が、特許文献２には「プラスチック廃棄物の再生方法およびその装置」が、特許文献３には「プラスチックリサイクル用改質剤及びプラスチックマテリアルリサイクル方法」が、特許文献４には「相溶化剤、プラスチックリサイクル用改質剤、再生プラスチック材料及び成形体」が、特許文献５には「廃プラスチックの再利用方法」が、特許文献６には「熱可塑性廃プラスチック混合物のリサイクル原料製造及び利用法」が、そして特許文献７には「廃ペットボトルの資源化材料製造システム」がそれぞれ提案されている。

ところで、廃棄プラスチックといっても千差万別であり、例えばシート化された材料から製品を製造する場合には、その原材料である合成樹脂シートは均一な品質のものであるし、あるいは「ペットボトル」を回収すれば、ほぼ９０％以上の純度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴまたはペット）が得られるから、これらの再生はし易い。また、廃棄プラスチックの処理を考慮して工業製品を製造することも考慮されており、そのような場合も、比較的純度の高い廃棄プラスチックが得られることになるため、再利用や再生は比較的し易い。このため、特に「ＰＥＴ（ペット）」については、特許文献３や特許文献７に、その再生や再資源化に関する技術が提案されている。

また、複数種類のものが混在している廃棄プラスチックであっても、生ゴミや土等のプラスチック以外のものを含んでおらず、プラスチックとしてある一定の均質化が保たれているものにおいては、特許文献２に示されているような処理方法や、特許文献５に示されているような方法によって鉱石用還元剤や固体燃料として使用することが可能であり、さらには、エポキシ樹脂を混合して透水ブロック材や軽量骨材を形成するといった特許文献６にて提案されているような技術もある。

ところが、上記の特許文献２、特許文献３、特許文献５、特許文献６及び特許文献７にて提案されている技術では、その出発原料である廃プラは、言わば原料としての条件がある程度整っているものであり、再生するにしろ、再資源化するにしろ、比較的容易に実施できるものと考えられる。

これに対して、近年増加の一途を辿っている「都市ゴミ」を考慮してみると、この都市ゴミの中には、紙類や生ゴミと混じった多種類のプラスチックが入っているだけでなく、この廃プラの都市ゴミ中に占める割合も近年では増加してきている。従って、この都市ゴミ中の廃プラを再利用あるいは再生することができれば、ゴミの減量は勿論、資源化にも相当大きな役割を果たすことになることが予想される。

このため、各自治体では、都市ゴミ原料のために種々な手段を講じているのであるが、自治体の中には、上述した容器包装リサイクル法に基づいて、都市ゴミ中のプラスチック類だけを分別回収して処理する手段を講じているところもある。つまり、自治体によっては、ゴミを排出する市民の協力を得る等して、ペットボトルやポリスチレン性トレー類を分別し、その残りのプラスチックを「その他のプラスチック」として分別回収して、この「その他のプラスチック」については、再商品化事業者によるペレット化等の処理を行うようにしているところもある。

また、現在のところ、単に「燃えるゴミ」と「燃えないゴミ」とに分けて処分している自治体もあるが、将来的には、上記「燃えるゴミ」中から再商品化できるプラスチック類を分別しなければならなくなってくると予測される。

以上の現状及び将来予測からすると、都市ゴミとして廃棄されたプラスチック類は、いずれ、その殆どが再資源化されると考えられ、その具体的手法が求められているのである。

以下では、分別されたプラスチックも、燃えるゴミ中に含まれているプラスチックも、再資源化を目的として分別されたものは、「都市ゴミ廃プラ」ということとする。

本発明者等は、この都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチック、つまり「都市ゴミ廃プラ」を再生あるいは再資源化するための研究を行ってきたところ、容器包装リサイクル法に基づいて回収されてきた都市ゴミ廃プラでも、複数種類のものが混在しているものであり、しかも、再利用できるプラスチックとしてある一定の均質化が保たれているものでもない現実を突き付けられたのである。つまり、都市ゴミ廃プラを再生あるいは再資源化しようとする場合には、上記の特許文献２、特許文献３、特許文献５、特許文献６及び特許文献７にて提案されている技術は、全く役に立たないことが判明したのである。
特開平５−４２２８号公報、要約、段落０００４、０００５、０００９、００１０ 特開２０００−１０８１２５号公報、要約、 特開２００１−７２７９６号公報、要約、 特開２００１−２２０４７３号公報、要約、実施例 特開２００１−３２８１１８号公報、要約、 特開２００２−０３６２４０号公報、要約、 特開２００４−０３４６７４号公報、要約、

そこで、本発明者等が、都市ゴミ中の廃プラを更に詳しく調べてみたところ、次のある一定の特性があることに気付いたのである。

まず、本発明者等の検討によると、都市ゴミ廃プラは、一般家庭から排出されるものが殆どであるため、多種類の廃プラといっても、「ポリエチレン（以下、ＰＥと略称する）」、「ポリスチレン（以下、ＰＳと略称する）」、「ポリプロピレン（以下、ＰＰと略称する）」、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）」、そして「塩化ビニール」の５種類によってその殆どが占められていることが判明した。

また、これらの５種類のものが混在している都市ゴミ廃プラについては、これを紙類等の他のゴミから選別して砕片化した後水洗し、これを水に漬けて比重の違いによる選別が行われている。この水を使用した選別によって、比重の重いＰＥＴと塩化ビニールが選別されることになり、残りは、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類となる。つまり、多種類の廃プラからなる都市ゴミ廃プラといっても、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類だけが含まれているものの入手経路が、既に確立されている。

そして、これらのＰＥ、ＰＳ、及びＰＰのそれぞれの割合も、回収方法が異なるため、都市によって少しは異なるけれども、
ＰＥ＝５０〜７０％
ＰＳ＝５〜２０％
ＰＰ＝１５〜３０％
といったほぼ一定の割合に保たれていることも判明した。

このように、都市ゴミ廃プラの種類が特定されており、かつそれらの割合も一定である理由は、家庭から出される廃プラは、食品用トレーやパック容器、あるいは袋を構成していたフィルム等の包装材が殆どであり、これらの包装材の原料は、上記のプラスチックが殆どであるからと考えられる。

勿論、ペットボトルの材料であるＰＥＴや塩化ビニールは、これだけを分別して回収する手段も、またその再生手段も、前述した通り確立されているため、本発明者等は、ここでは考えなくてもよいとした。

そうであれば、都市ゴミ廃プラを再生あるいは再資源化するには、ＰＥ、ＰＳ、及びＰＰに着目すればよいことになるが、これらの複数種類の廃プラを同時に再生処理する場合に使えそうな技術としては、上述した特許文献１に「再生樹脂組成物」が、また特許文献４に「相溶化剤」に関する技術が提案されていた。

まず、特許文献４の「相溶化剤」は、その要約の記載からすると、
「複数のポリマーを相溶化させてポリマーアロイを得る上で有用な相溶化剤を提供する。プラスチックをリサイクルするに際して、プラスチックの物性を低下させないプラスチックリサイクル用改質剤を提供する」ことを目的としてなされたもので、「アイオノマー樹脂からなる相溶化剤。アイオノマー樹脂からなる相溶化剤を含むプラスチックリサイクル用改質剤。リサイクルすべきプラスチックに前記改質剤を配合して、再生プラスチックを得るプラスチックマテリアルリサイクル方法。前記相溶化剤及び／又は前記改質剤が配合されたプラスチック材料。前記改質剤が配合された再生プラスチック材料。前記プラスチック材料又は前記再生プラスチック材料から構成されたプラスチック成形体、特にガス機器用プラスチック部品」といった解決手段を有するものである。

この特許文献４の「相溶化剤」は、様々な場合の相溶化実験においてそれぞれ良結果が得られたことが記載されている。従って、この特許文献４の「相溶化剤」は、本発明者等が検討している都市ゴミ廃プラを再生または再資源化するのにあたって一つの有効手段となり得ることが予想される。

ところが、この特許文献４に記載されている内容について更に詳細に検討してみると、この文献４中の「相溶化剤」については、実施例１〜６における未使用のＰＥとＰＥＴとの相溶化実験、実施例７におけるＰＰとＰＳとの相溶化実験、実施例９〜１１における使用済みのＰＥとＰＥＴとの相溶化実験、実施例１２〜１４における使用済みのＰＰとＰＥＴとの相溶化実験においての、つまり「２種類」の廃プラを出発原料とする場合の実験についての結果は記載されているが、「ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラ」を出発原料とする事実がないため、果たしてそのまま使用できるか否かは不明のままとなっているものである。

一方、特許文献１に記載されている発明は、「廃プラスチックスに改質剤を加え、耐衝撃性、曲げ弾性、外観等の成形材料として優れた物性を備え、自動車部品や電気・電子部品として利用できる再生樹脂組成物を提供すること、及びその再生方法を提供すること」を目的としてなされたものであり、「１種以上の成分からなる廃プラスチックスと、互いに性質の異なる２種の重合体成分からなり、一方の重合体成分が他方の重合体成分中に所定の粒子径にて分散し、少なくとも一方の重合体が官能基を有し、かつ両重合体が化学的に結合している多層構造体、即ちグラフト共重合体やブロック共重合体とを所定温度で溶融混練することからなる」といった構成を有したものである。

そして、この特許文献１の段落０００４〜０００５には、「複数の成分からなる廃プラスチックをポリマーアロイ化することにより再生利用することが検討されている。しかし、一般に性質の異なる複数のポリマーを単純に混ぜただけではマクロに相分離してしまい、成形材料として使用しうる耐衝撃性、曲げ弾性、外観等の良好な物性を有する再生樹脂組成物は得られない。特に廃プラスチックは劣化により物性が低下しているため、ポリマーアロイによって再生利用することは難しいという問題点があった」としながら、「本発明者はこれらの問題を解決するため鋭意研究した結果、１種以上の廃プラスチツクスに特定の改質剤を溶融混合することにより、再生された樹脂組成物の物性が著しく向上することを見出し本発明を完成するに至った」としているものである。

この「特定の改質剤」をどのようなものに構成するかは、特許文献４の発明も問題としているところであるが、特許文献１の段落００１０では、「改質剤とは、互いに性質の異なる、例えば性質の相反する２種の重合体、官能基を含有する共重合体、互いに性質の異なる、例えば性質の相反する２種の重合体成分からなり、一方の重合体成分が他方の重合体成分中に粒子径０．００１〜１０μｍにて分散し、少なくとも一方の重合体が廃プラスチックと反応性または相溶性を示し、かつ両重合体が化学的に結合している多相構造体、及び多官能性化合物等を挙げることができる。また、これらの改質剤は組合わせて用いることもできる」としているものである。

しかしながら、この特許文献１中の「改質剤」は、その定義が非常に抽象的なものであるだけでなく、当該文献１の「表２」に示されている実施例をみると、対象としている廃プラは、ＰＰ、ＰＳ、あるいはＡＢＳ単独であり、この特許文献１中の「改質剤」が「ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラ」を出発原料とする場合にも利用できるものであるか否かは非常に疑問である。

勿論、当該特許文献１の発明者が指摘している「性質の異なる複数のポリマーを単純に混ぜただけではマクロに相分離してしまい、成形材料として使用しうる耐衝撃性、曲げ弾性、外観等の良好な物性を有する再生樹脂組成物は得られない。特に廃プラスチックは劣化により物性が低下しているため、ポリマーアロイによって再生利用することは難しいという問題点がある」という点に関しては、本発明者等も、出発原料を「ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラ」とする再生材料を検討している中で実感しているところであるが、この検討において、特許文献１の「改質剤」も特許文献４の「相溶化剤」もそのまま実際には使用できないことが段々と判明してきた。

そこで、発明者等が更に検討を重ねたところ、出発原料を「ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラ」として再生材料を開発するとき、「何」を製造するための再生材料とするかが重要なカギであることに気付いたのである。つまり、廃プラを原料とした再生材料は、所謂バージン材料に較べて種々な物性において劣るものとなることが当然予測できるのであるから、許容できる劣化物性でもよい商品は何か、について検討をした結果、現在も大量に使用されている合成樹脂性の「ゴミ箱」、「コンテナ」、「かご」、「キャリー」あるいは「パレット」等が対象物として最適であることに思い至ったのである。

つまり、合成樹脂性の「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等は、路上やコンクリート床面上に置いたり、機械で運搬したりするものであるから、十分な耐衝撃性や曲げ弾性は必要であるが、「美しく仕上がったもの」である必要はそれ程ないものである。従って、これらの「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等は、「外観」を良好なものにする必要性は少なく、むしろ大型化されたものが必要とされていることから、都市ゴミ廃プラを大量に消費できる可能性があると考えられる。

この点、特許文献１の発明者は、当該文献１の段落０００４で述べているように、「外観等の良好な物性を有する」ものを考えているため、表２に示された実施例のように、一種類の廃プラしか対象とすることができない、と考えられる。それだけでなく、特許文献１の発明者等は、特許文献１の段落０００９で、「一般廃棄物とは一般家庭から出される廃棄物すべてであり、具体的には産業系廃棄物と同様のものを挙げることができる。さらに産業系廃棄物と、一般廃棄物とが混合していても構わない」と定義しているが、本発明者等が知見した「都市ゴミ廃プラの種類と割合」（上記段落００１４の記載参照）については、全く検討を行っていないため、特許文献１の表２に示された実験しかできなかったと考えられる。

そこで、本発明者等は、都市ゴミの中に含まれている廃プラの再生及び再資源化を果たすにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、
（１）都市ゴミ廃プラの種類と割合は略一定している
（２）この都市ゴミ廃プラを再生材料とするにあたって、これによって製造すべき製品は、大型なもので、外観を気にせずに使用される「コンテナ」、あるいは「パレット」、あるいは環境商品をイメージする「ゴミ箱」等とすればよい
（３）従って、都市ゴミ廃プラから再生された材料の物性中では、「美観」に関する点は無視すればよい
（４）ただし、十分な耐衝撃性や曲げ弾性は必要であるが、具体的には、
ＪＩＳ Ｋ７１７１に基づく曲げ弾性率 ９００ＭＰａ以上
ＪＩＳ Ｋ７１１０に基づくアイゾット衝撃値 ９．０ｋｊ／ｍ²以上
であれば十分である
という結論に達し、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の目的とするところは、都市ゴミ廃プラを出発原料として、「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等を製造するに適した射出成形用材料、その製造方法、及びこの射出成形用材料を利用した成形品の製造方法を提供することにある。

以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化した都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加して混合し、これを混練して得られる射出成形用材料であって、
この射出成形用材料を利用して射出成形された製品が、前記都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、前記相溶化剤を３〜１０重量部、前記フィラーを５〜３０重量部含むことになるようにしたことを特徴とする射出成形用材料」
である。

ここで、使用すべき都市ゴミ廃プラとしては、都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチック、特に容器包装リサイクル法に基づいて回収されたプラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものとする必要がある。その理由は、本発明が目的としている射出成形用材料を、次に述べる相溶化剤及びフィラーの添加によって得るには、原材料であるこの都市ゴミ廃プラを、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラからなるものに特化する必要があるからである。

この都市ゴミ廃プラの特化は、都市ゴミ廃プラを細片化した後に、水を利用した分別により確立されていることは、上述した通りである。また、この都市ゴミ廃プラを構成しているＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラの割合は、ほぼ一定していることも、前述した通りである。

以上のように特化した都市ゴミ廃プラはペレット化されるのであるが、このペレット化した都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加混合して混練することにより、本発明に係る射出成形用材料を得るのであるが、その場合、この射出成形用材料を利用して射出成形された製品が、最終的に、都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、相溶化剤が３〜１０重量部、及びフィラーが５〜３０重量部含まれているものとする必要がある。

何故なら、都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加混合して混練することにより得られた射出成形用材料としては、相溶化剤とフィラーとの混合割合が異なっていても、これらの相溶化剤とフィラーとが混合あるいは混練されていない都市ゴミ廃プラを射出成形時に追加することによって、都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、相溶化剤が３〜１０重量部、及びフィラーが５〜３０重量部含まれていることになれば、目的としている相溶化状態が確保でき、目的としている物性を有する製品の成形が可能だからである。

上記の相溶化剤を都市ゴミ廃プラに添加する必要があるのは、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラを相溶化させて、本発明に係る射出成形用材料を利用して成形した製品について、必要なアイゾット衝撃値が得られるようにするためであり、フィラーを添加する必要があるのは、本発明に係る射出成形用材料を利用して成形した製品について、必要な曲げ弾性率が得られるようにするためである。

相溶化剤としては、特許文献１や特許文献４に記載されているものであってもよいが、以下に示す最良形態のものでは、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラの十分な相溶化を果たすために、次式で一般化される、スチレン系構造とエチレン系構造とを備えるエラストマーを採用した。

この相溶化剤中のスチレン系構造はＰＳとの相溶性を、またエチレン系構造はＰＰ及びＰＥとの相溶性を向上させるものであり、また上記式１で一般化して示される相溶化剤そのものがエラストマー的物性を有するから、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラの互いの相溶化が果たされるのである。

この相溶化剤は、上記都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、３〜１０重量部添加する必要があるが、その理由は、この相溶化剤が３重量部未満であると相溶化効果が小さくて製品化したときに十分なアイゾット衝撃強度が得られないからであり、また、相溶化剤が１０重量部を越えると過剰な反応が起こって上述したアイゾット衝撃値が大きくなり過ぎ、逆に曲げ弾性率が小さくなって好ましくないからである。

一方、フィラーとしては、粉粒状、平板状、鱗片状、針状、球状または中空状および繊維状等の、種々なものが採用される。具体的には、粉粒状のフィラーとしては、炭酸カルシウム、珪藻土、アルミナ、珪砂、ガラス砂、酸化鉄、金属粉、グラファイト、炭化珪素、窒素珪素、シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボンブラックが、平板状もしくは麟片状のフィラーとしては、タルク、雲母、ガラス板、セリサイト、パイロフィライト、アルミフレーク等の金属箔、黒鉛等が、中空状のフィラーとしては、シラスバルーン、金属バルーン、ガラスバルーン、軽石等が、そして鉱物繊維としてのフィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、ウィスカー、金属繊維、シリコンカーバイト繊維、アスベスト、ウオストナイト等の例を挙げることができる。

また、これらのフィラーの表面は、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸またはそれらの金属塩、パラフィンワックス、ポリエチレンワックスまたはそれらの変性物、有機シラン、有機ボラン、有機チタネート等を使用して表面処理を施すことが好ましい。

本発明の射出成形用材料は、都市ゴミ廃プラ、相溶化剤およびフィラーを、温度１５０〜２３０℃の範囲で溶融して混合する、つまり混練することによって製造される。混練する方法としては、バンバリーミキサー、加圧ニーダー、単軸押出機、二軸押出機、ミキシングロール等の通例用いられる混練機により行うことができる。

本発明に係る射出成形用材料を製造するにあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲において、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの無機難燃剤、ハロゲン系、リン系などの有機難燃剤、木粉などの有機の充填剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、滑剤、カップリング剤、分散剤、発泡剤、架橋剤、着色剤等の添加剤を添加しても差し支えない。

以上のような本発明に係る射出成形用材料は、これを材料として「ゴミ箱」、「コンテナ」、「かご」、「キャリー」あるいは「パレット」等を射出成形することができるのであり、完成された「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等は、その使用をするにあたって必要な曲げ弾性率及びアイゾット衝撃値を有したものとすることができた。

また、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の射出成形用材料について、
「前記混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加したこと」
である。

この架橋剤の、後述する最良形態で使用しているものは、次の化２

で示される化学式で表されるα、α′−ビス（ｔ−ブチルベルオキシ）−ｍ−ジイソプロピルベンゼンを約４０％と、残部の不活性充填剤とからなるものであり、天然ゴムや合成ゴムの加硫剤、あるいはポリエチレン等の各種ポリマーの架橋剤として広く使用されているものである。

この架橋剤は、上述した相溶化剤が都市ゴミ廃プラを構成している各合成樹脂との相溶化を促進する作用を果たすものであり、射出成形用材料として完成されたものの相溶化状態をより一層十分にするものである。

この架橋剤は、都市ゴミ廃プラの１００重量部に対して、０．０１〜０．１重量部の範囲で添加されることが必要であるが、その理由は、この架橋剤が０．０１重量部以下であると十分な架橋が行えないからであり、これに対して、この架橋剤が０．１重量部よりも多くてもそれ以上の架橋効果が得られないだけでなく、当該射出成形用材料から製造された製品に必要な曲げ弾性率やアイゾット衝撃値を付与することができなくなるからである。

従って、この請求項２の射出成形用材料によれば、上記請求項１のそれと同様な効果を発揮する他、射出成形用材料の相溶化をより一層十分なものとすることができるのである。

上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１または請求項２に記載の射出成形用材料について、
「前記射出成形用材料によって成形された製品の各物性を、
ＪＩＳ Ｋ７１７１に基づく曲げ弾性率 ９００ＭＰａ以上
ＪＩＳ Ｋ７１１０に基づくアイゾット衝撃値 ９．０ｋｊ／ｍ²以上
となるようにすること」
である。

すなわち、この請求項３の射出成形用材料は、これによって「ゴミ箱」、「コンテナ」、「かご」、「キャリー」あるいは「パレット」等の製品を射出成形したとき、この製品の曲げ弾性率が９００ＭＰａ以上で、かつ、アイゾット衝撃値が９．０ｋｊ／ｍ²以上となるようにしたものである。

本発明に係る射出成形用材料から射出成形した製品の曲げ弾性率が９００ＭＰａ以上で、かつ、アイゾット衝撃値が９．０ｋｊ／ｍ²以上であるということは、その製品の剛性が必要以上あり、しかも、この製品が何かにぶつかったとしても簡単に割れたり壊れたりしないものとなる、ということを意味している。

以上のように、本発明に係る射出成形用材料から射出成形した製品の曲げ弾性率が９００ＭＰａ以上で、かつ、アイゾット衝撃値が９．０ｋｊ／ｍ²以上となるようにするには、前提となっている都市ゴミ廃プラを使用することは当然として、これに相溶化剤やフィラー、そして必要ならば架橋剤を、前述した範囲内で適宜添加して混練すればよいものである。

従って、この請求項３の射出成形用材料によれば、これを材料として射出成形した「ゴミ箱」、「コンテナ」、「かご」、「キャリー」あるいは「パレット」等の製品を、剛性が高くて破損しにくいものとすることができるのである。

上記課題を解決するために、請求項４に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の射出成形用材料について、
「前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであること」
としたものである。

前述した請求項１〜請求項３の射出成形用材料では、これを構成するためのフィラーとして、粉粒状、平板状、鱗片状、針状、球状または中空状および繊維状等の、種々なものを採用できるとしていたが、この請求項４の射出成形用材料では、これを構成するためのフィラーとして、タルクと炭酸カルシウムからなるものを採用したものである。

炭酸カルシウムは、粒度の小さい球状のものとすることにより、都市ゴミ廃プラや相溶化剤の隙間を充填するものとして使用できるものであり、アイゾット衝撃値を高めるものと考えられる。一方、タルクは、通常平板状のものであることが知られているものであり、完成後の射出成形用材料内に存在することによって、曲げ弾性率を高める物として作用すると考えられる。

従って、この請求項４の射出成形用材料は、上記請求項１〜３の射出成形用材料と同様な効果を発揮する他、フィラーの機能をより一層良好なものとすることができて、当該射出成形用材料から製造した製品の物性を要求される値により容易に近づけることができる。

さて、上記課題を解決するために、請求項５に係る発明の採った手段は、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の各工程を経て射出成形用材料を形成する方法。

（１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、ポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して、都市ゴミ廃プラを形成する工程；
（２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、
相溶化剤を、３〜１０重量部
フィラーを、５〜３０重量部
それぞれ添加して混合する工程；
（３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練する工程」
である。

すなわち、この請求項５に係る製造方法は、請求項１に係る射出成形用材料を製造するためのものであり、まず工程（１）で、都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、ポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して、都市ゴミ廃プラを形成する必要がある。この都市ゴミ廃プラは、リサイクルセンター等において現在行われているように、回収プラスチックを粉砕加工し、水に分散させてポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除去することにより簡単に形成される。また、この都市ゴミ廃プラは、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類のものからなっていることは、前述した通りである。

工程（２）においては、上記工程（１）で形成した都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、相溶化剤を３〜１０重量部、フィラーを５〜３０重量部それぞれ添加して混合する必要がある。その理由は、請求項１の説明で述べた通り、完成された射出成形用材料を程良く相溶化する必要があるからであり、射出成形用材料を材料として射出成形した製品に対して、必要な曲げ弾性率とアイゾット衝撃値とを付与する必要があるからである。

工程（３）においては、上記の工程（２）で形成された混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練する必要がある。十分な相溶化がなされた射出成形用材料とするためである。

従って、この請求項５に係る射出成形用材料の製造方法によれば、請求項１の射出成形用材料を、通常の装置を使用して製造することができるのである。

この請求項５に記載の射出成形用材料の製造方法は、請求項６に係る発明の通り、
「前記混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加する工程を含めたこと」
とすることもできるものであり、この請求項６の方法は、請求項２に係る射出成形用材料を製造する方法でもある。

従って、この請求項６の製造方法によれば、請求項５のそれと同様な効果を発揮する他、射出成形用材料の相溶化をより一層十分なものとすることができるのである。

さらに、請求項５または請求項６に係る射出成形用材料の製造方法は、請求項７に係る発明のように、
「前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであること」
とすることもできる。

この請求項７に係る射出成形用材料の製造方法は、請求項４の射出成形用材料を製造する方法になるものであり、フィラーによって製品の物性を高めることのできる射出成形用材料を製造することができるものである。

上記課題を解決するために、請求項８に係る発明の採った手段は、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の（１）〜（３）の各工程を経て得られた射出成形用材料を使用する、射出成形品の成形方法。

（１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して都市ゴミ廃プラを形成する工程；
（２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ５０重量部に対して、
相溶化剤を、３〜１０重量部
フィラーを、５〜３０重量部
それぞれ添加して混合する工程；
（３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練して、ペレット化された射出成形用材料を形成する工程；
（４）上記（３）の工程で得られたペレット化された射出成形用材料に、前記都市ゴミ廃プラ５０重量部を添加して混合し、これを射出成形機に掛けて前記射出成形品の射出成形を行う工程」
である。

この請求項８に係る発明は、上述してきた射出成形用材料を利用して製品を成形する方法に関するものであり、この成形方法での実質的な部分、つまり射出成形用材料を製造する部分は、上記請求項５のそれと同様となっているものである。この製品の成形方法で重要なことは、第一に、都市ゴミ廃プラ５０重量部に対して、相溶化剤を３〜１０重量部、フィラーを５〜３０重量部それぞれ添加して混合し、この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練して、ペレット化された射出成形用材料を形成することであり、第二に、このようにして得られたペレット化された射出成形用材料に、混ぜ物のない都市ゴミ廃プラ５０重量部を添加して混合し、これを射出成形機に掛けて前記射出成形品の射出成形を行うことである。

このようにすることによって、混練のための熱エネルギーを省略することができるため、結果的にコスト低減が図られた製品を射出成形することができるのである。このようなコスト低減が図れるのは、上述したようにすることによって、射出成形機においても行われている混練作業を有効に利用できるからである。

何故なら、射出成形機に掛ける直前に、混ぜ物のない都市ゴミ廃プラ５０重量部を添加するということは、これの混練を射出成形機においてだけ行うということになり、射出成形用材料を製造する段階で混ぜ物のない都市ゴミ廃プラ５０重量部の混練は行わないということになるからである。例えば、請求項５の製造方法であると、改質していない都市ゴミ廃プラ５０重量部の混練が、射出成形機による成形前にも行われることになるが、そのためには、加工時間の短縮が必要であり、かつ溶融して混練するための熱エネルギーも必要になる。この点、この請求項８に係る成形品の成形方法では、改質していない都市ゴミ廃プラ５０重量部の混練を効率的に行えるのである。

従って、この請求項８の成形品の製造方法によれば、成形品の成形を効率的に行うことができて、成形品のコスト低減を図ることができるのである。

上記請求項８に記載の成形方法については、請求項９に係る発明のように、
「前記工程（２）で形成する混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加する工程を含めたこと」
とすることもできるし、請求項１０に係る発明のように、
「前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであること」
とすることもできることは、請求項６または請求項７に記載の射出成形用材料の製造法におけるのと同様に可能であり、その効果も同様である。

以上詳述した通り、請求項１〜請求項４に係る発明においては、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化した都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加して混合し、これを混練して得られる射出成形用材料であって、
この射出成形用材料を利用して射出成形された製品が、前記都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、前記相溶化剤を３〜１０重量部、前記フィラーを５〜３０重量部含むことになるようにしたこと」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、都市ゴミ廃プラを出発原料として、「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等を製造するに適した射出成形用材料を提供することができるのである。

また、請求項５〜請求項７に係る発明においては、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の各工程を経て射出成形用材料を形成する方法。

（１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して都市ゴミ廃プラを形成する工程；
（２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、
相溶化剤を、３〜１０重量部
フィラーを、５〜３０重量部
それぞれ添加して混合する工程；
（３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練する工程」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、都市ゴミ廃プラを出発原料として、「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等を製造するに適した射出成形用材料の製造方法を提供することができるのである。

さらに、請求項８〜請求項１０に係る発明においては、
「都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の（１）〜（３）の各工程を経て得られた射出成形用材料を使用する、射出成形品の成形方法。

（１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して都市ゴミ廃プラを形成する工程；
（２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ５０重量部に対して、
相溶化剤を、３〜１０重量部
フィラーを、５〜３０重量部
それぞれ添加して混合する工程；
（３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練して、ペレット化された射出成形用材料を形成する工程；
（４）上記（３）の工程で得られたペレット化された射出成形用材料に、前記都市ゴミ廃プラ５０重量部を添加して混合し、これを射出成形機に掛けて前記射出成形品の射出成形を行う工程」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、都市ゴミ廃プラを出発原料として、「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等の製品に適した製造方法を提供することができるのである。

次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、発明者等が行った比較実験を含めた実施例に従って以下に説明する。

まず、都市ゴミ廃プラであるが、容器リサイクル法に対応して回収されている都市ゴミ(プラスチックゴミ)の中でオレフィン系のものを選別してペレット化したものを採用した。この都市ゴミ廃プラは、都市ゴミの中から廃プラだけを取りだして細片化し、これを水洗浄して水に浮くものだけを選別してからペレット化したものである。従って、この都市ゴミ廃プラ中には、水に沈むＰＥＴや塩化ビニールは殆ど含まれてはおらず、この都市ゴミ廃プラは、ＰＥ、ＰＰ、及び（除去できなかった）ＰＳからなっているものである。そして、このような都市ゴミ廃プラは、回収業者から容易に入手できるものとなっている。

また、得ようとしている射出成形用材料から、「ゴミ箱」、「コンテナ」、「かご」、「キャリー」あるいは「パレット」等を射出成形することに決定したのであるが、これらは、十分な耐衝撃性や曲げ弾性は必要であるが、「美しく仕上がったもの」である必要はそれ程ないからであり、廃プラを原料とした再生材料は、所謂バージン材料に較べて種々な物性において劣るものとなることが当然予測できたからである。

そして、これらの「ゴミ箱」、「コンテナ」、あるいは「パレット」等は、これを本発明に係る射出成形用材料から射出成形した場合に、その使用の態様からすると、最低限、次の物性を備えている必要がある。

ＪＩＳ Ｋ７１７１に基づく曲げ弾性率…９００ＭＰａ以上
ＪＩＳ Ｋ７１１０に基づくアイゾット衝撃値…９．０ｋｊ／ｍ²以上
出願人の決定方法によるウエルド強度…１３．０ＭＰａ以上
「外観」を良好なものにする必要性…なし
出願人の決定方法によるウエルド強度は、射出成形時にどれだけの流動性と相溶性が必要かを示すものであり、射出成形したときに互いに接合し合う部分（ウエルド部分）での剥離強度の測定、という手段によって測定できるものである。

さて、この実施例における射出成形用材料では、都市ゴミ廃プラに相溶化剤とフィラーとを添加し、また必要に応じて架橋剤を添加するのであるが、相溶化剤としては、特許文献１や特許文献４に記載されているものであってもよいが、本実施例のものでは、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラの十分な相溶化を果たすために、上述した式１で一般化される、スチレン系構造とエチレン系構造とを備えるエラストマーを採用した。この相溶化剤中のスチレン系構造はＰＳとの相溶性を、またエチレン系構造はＰＰ及びＰＥとの相溶性を向上させるものであり、また上記式１で一般化して示される相溶化剤そのものがエラストマー的物性を有して、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰの３種類の廃プラの互いの相溶化が果たされるからである。

以上の相溶化剤のみを都市ゴミ廃プラに添加したときのそれぞれの物性を比較試験してみたところ、次の表１で示され結果が得られた。

この表１から分かることは、都市ゴミ廃プラ中に相溶化剤を入れれば入れる程、アイゾット衝撃値は向上するが、曲げ弾性率が小さくなり、相溶化剤の添加量は、都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して５重量部程度がよいことが分かる。ただし、ウエルド強度については、出願人が意図している値より少し低いので、この改善を行う必要があった。

ウエルド強度を高める、つまり射出成形するときの流動性を高め、さらに相溶化を図るためには、架橋剤を添加すると良いことが予測できたため、発明者等は、都市ゴミ廃プラと相溶化剤との量を変えないで、架橋剤を添加していったらどうなるかを実験してみたところ、次の表２に示したような結果が得られた。

この表２の結果からすると、架橋剤を少しずつ加えていくと、ウエルド強度が目標値に近づき、しかもアイゾット衝撃値も少し向上し、架橋剤の最適添加量は、都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して０．０５重量部であることが分かった。ただし、架橋剤を加え過ぎると、アイゾット衝撃値は逆に下がりはじめ、曲げ弾性率も低下することも分かった。

以上により、架橋剤の添加量が増えるにつれて、流動性やウェルド強度は向上し、曲げ弾性率は低下する。アイゾット衝撃値に関しては架橋剤を０．０５ｐｈｒ添加したとき最もよい結果となった。ここで、アイゾット衝撃値に関しては架橋剤の添加量の増加に伴い向上していくわけではなく０．１０ｐｈｒの添加でまた低下している。このことから都市ゴミ廃プラ：相溶化剤：架橋剤＝１００：５：０．０５は、最もバランスのよい配合である可能性が高い。よって、都市ゴミ廃プラ：相溶化剤：架橋剤＝１００：１０：０．１の配合で練り込んだものを『改質都市ゴミ廃プラ（１）』とし、これに無添加の都市ゴミ廃プラをさらにブレンドした。無添加の都市ゴミ廃プラを改質都市ゴミ廃プラ（１）にブレンドすることによる材料中の相溶化剤と架橋剤の割合を表３に示す。

この表３中において、「都市ごみ１００」は都市ゴミ廃プラだけを１００重量部使用したことを意味し、「都市ごみ改質材（１）１００」は、都市ゴミ廃プラ１００重量部に、右側（）内に示す重量部の相溶化剤や架橋剤を添加したこと（以下、全ルーダーという）を意味している。また、「都市ごみ」が「５０」で「都市ごみ改質材（１）」が「５０」ということは、純粋な都市ゴミ廃プラ５０重量部と、都市ゴミ廃プラ５０重量部に、右側（）内に示す重量部の相溶化剤や架橋剤を添加して形成した「都市ごみ改質材（１）」を添加したこと（以下、部分ルーダーという）を意味しているものである。

以上の結果、材料が同じ配合となる場合は、アイゾット衝撃値に多少の差が見られるが、その他の物性値はほぼ同じ物性値を示すことがわかる。原因の一つとして、全ルーダーと部分ルーダーによる各種添加物の分散性の違いが考えられる。また、配合の違いによる流動性やウェルド強度には大きな違いはみられない。さらに、都市ゴミ廃プラは曲げ弾性率、改質都市ゴミ廃プラ（１）はアイゾット衝撃値が良好な材料であるため、当然のことながら、改質都市ゴミ廃プラ（１）のブレンド量の増加に伴い、曲げ弾性率の低下とアイゾットの向上がみられる。

射出成形した製品の物性値のバランスを考えると、曲げ弾性率７６０ＭＰａ、アイゾット衝撃値１２．７ｋｊ／ｍ²を示した例、つまり、都市ゴミ廃プラ：改質都市ゴミ廃プラ（１）＝５０：５０の場合が最もよいと言えるが、曲げ弾性率７７０ＭＰａでは実用化は難しい。

曲げ弾性率の改善方法の１つとして、材料へのフィラー、例えばタルクのブレンドが考えられる。しかしながら、タルクのブレンドは曲げ弾性率を改善する一方で耐衝撃性の低下を招く可能性が高い。そこで、本グループでは、タルクと炭酸カルシウム（以下炭カル）をブレンドしたフィラーの適用を試みた。炭カルは、耐衝撃性を向上させる機能を有するため、これを使用すれば、タルクのブレンドによって曲げ弾性率を改善しつつ、アイゾット衝撃値の低下を防ぐこと、あるいは改善をもできる可能性がある。

フィラーとして、まず、タルク／炭カル＝５０／５０（ｗｔ％）で複合化したものと、タルク／炭カル＝７５／２５（ｗｔ％）で複合化したものとを用意した。この場合、タルク、炭カルの平均粒子径がそれぞれ３．２、０．２μｍと一般のフィラーと比べて細かくなったものを採用した。細かい粒度のものを使用した理由としては、分散性の向上を期待したからである。

この表４からすると、タルク／炭カル＝５０／５０（ｗｔ％）場合は、曲げ弾性率とアイゾット衝撃値は改善できたものの曲げ弾性率に関してはまだ問題が残る結果となった。タルク／炭カル＝７５／２５（ｗｔ％）を採用したときの曲げ弾性率は、タルク／炭カル＝５０／５０（ｗｔ％）を採用したときと比べて、低下が少ない。これはタルクによる改善効果であると言える。アイゾット衝撃値に関しては、タルク／炭カル＝７５／２５（ｗｔ％）としたフィラーよりも５０／５０とした場合のほうが良好な結果を示しているが、これもやはり炭カルによる効果であると思われる。

そこで、フィラーとして、タルク／炭カル＝７５／２５（ｗｔ％）を採用して、無改質の都市ゴミ廃プラ、上記表３に示す改質を行った都市ゴミ廃プラ、及びこれらの割合を変えたものの各試験を行ったところ、次の表５に示す結果が得られた。

表５で示した試験で、曲げ弾性率とアイゾット衝撃値のバランスが最もよかったのは、無改質都市ゴミ廃プラ：改質した都市ゴミ廃プラ＝５０：５０の場合で、その物性値は曲げ弾性率９２０ＭＰａ、アイゾット衝撃値１２．６ｋｊ／ｍ²を示した。改質都市ゴミ廃プラだけを使用した場合と比較すると、アイゾット衝撃値は３．０ｋｊ／ｍ²低下したが曲げ弾性率が８０ＭＰａ向上した。アイゾット衝撃値の１２．６ｋｊ／ｍ²という数値は、出願人の一般のコンテナあるいはパレット基準を充分に満たす数値であり、さらに曲げ弾性率が向上したことで実用化の目処が立ったのである。

Claims (10)

1. 都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化した都市ゴミ廃プラに、相溶化剤とフィラーとを添加して混合し、これを混練して得られる射出成形用材料であって、
   この射出成形用材料を利用して射出成形された製品が、前記都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、前記相溶化剤を３〜１０重量部、前記フィラーを５〜３０重量部含むことになるようにしたことを特徴とする射出成形用材料。
2. 前記混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加したことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用材料。
3. 前記射出成形用材料によって成形された製品の各物性を、
   ＪＩＳ Ｋ７１７１に基づく曲げ弾性率 ９００ＭＰａ以上
   ＪＩＳ Ｋ７１１０に基づくアイゾット衝撃値 ９．０ｋｊ／ｍ²以上
   となるようにすることのできる請求項１または請求項２に記載の射出成形用材料。
4. 前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の射出成形用材料。
5. 都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の各工程を経て射出成形用材料を形成する方法。
   （１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して都市ゴミ廃プラを形成する工程；
   （２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ１００重量部に対して、
   相溶化剤を、３〜１０重量部
   フィラーを、５〜３０重量部
   それぞれ添加して混合する工程；
   （３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練する工程。
6. 前記混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加する工程を含めたことを特徴とする請求項５に記載の射出成形用材料の製造方法。
7. 前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の射出成形用材料の製造方法。
8. 都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックから、次の（１）〜（３）の各工程を経て得られた射出成形用材料を使用する、射出成形品の成形方法。
   （１）都市ゴミ中に含まれている廃棄プラスチックからポリエチレンテレフタレート及び塩化ビニールを除いて得られるものをペレット化して都市ゴミ廃プラを形成する工程；
   （２）上記工程で形成した都市ゴミ廃プラ５０重量部に対して、
   相溶化剤を、３〜１０重量部
   フィラーを、５〜３０重量部
   それぞれ添加して混合する工程；
   （３）この混合物を、１５０℃〜２３０℃の温度条件下で混練して、ペレット化された射出成形用材料を形成する工程；
   （４）上記（３）の工程で得られたペレット化された射出成形用材料に、前記都市ゴミ廃プラ５０重量部を添加して混合し、これを射出成形機に掛けて前記射出成形品の射出成形を行う工程。
9. 前記工程（２）で形成する混合物内に、架橋剤を、０．０１〜０．１重量部さらに添加する工程を含めたことを特徴とする請求項８に記載の射出成形用材料を使用する、射出成形品の成形方法。
10. 前記フィラーは、タルク及び炭酸カルシウムからなるものであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の射出成形用材料を使用する、射出成形品の成形方法。