JP3699291B2 - 再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料およびそれを用いた成形品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生ポリエチレンテレフタレート(以下、ポリエチレンテレフタレートを「PET」という。)樹脂の改質原材料およびそれを用いた成形品に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、PET樹脂は飲料水の容器、食品の包装材などとして広く利用されている。そのため、家庭や事業所などから使用済みあるいは不良品のPET樹脂製品がゴミとして大量に廃棄され、その処理が大きな社会問題となっている。廃棄されたPET樹脂の大部分は再利用されることなく焼却され、ごく一部が再利用されているにすぎない。再利用する場合、例えば廃棄されたPET樹脂を破砕溶解した後固化させ、これをペレット状にして再生PET樹脂としている。この再生PET樹脂を繊維あるいは成形体の原料として再利用することができる。
【0003】
ところが、再生PET樹脂は熱、水分、あるいは紫外線などにより劣化し品質が低下するため、再生PET樹脂を原材料として活用するためには改質を施す必要がある。再生PET樹脂を改質する方法として、▲1▼新材PET樹脂と再生PET樹脂とを混合することにより、低下した再生PET樹脂の品質を補う方法、▲2▼再生PET樹脂に他の熱可塑性の樹脂を添加することによりアロイ化し、PET樹脂とは異なる性質の熱可塑性の樹脂を生成する方法などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような▲1▼再生PET樹脂と新材PET樹脂とを混合する方法、▲2▼再生PET樹脂に他の熱可塑性樹脂を添加する方法は、いずれも再生PET樹脂の再利用率は低く、一般的に5重量%〜50重量%程度である。再生PET樹脂の配合率を高めると、生成した改質樹脂の品質が低下するという問題がある。そのため、廃棄されたPET樹脂を再生しても、再生PET樹脂の用途および利用量が限定されてしまい、再生PET樹脂を効率よく利用することができない。
その結果、廃棄されたPET樹脂のリサイクルが進展しないという問題がある。
【0005】
そこで、本発明の目的は、再生PET樹脂の配合割合を高め、PET樹脂のリサイクルに寄与することができる再生PET樹脂の改質原材料を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、強度、加工性を有する再生PET樹脂の改質原材料を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の再生PET樹脂の改質原材料によると、原料成分として(A)再生PET樹脂、(B)熱可塑性エラストマー、および(C)相溶化剤を少なくとも含有している。熱可塑性エラストマーは、劣化した再生PET樹脂に弾力性を付与し品質を向上させる。相溶化剤は、再生PET樹脂と熱可塑性エラストマーとの相溶性を向上させる。また、再生PET樹脂の配合割合は90重量%〜98重量%である。したがって、PET樹脂のリサイクル、有効利用に寄与する。また、再生PET樹脂の品質が向上し、強度、および加工性を得ることができる。
【0007】
また、本発明の請求項1記載の再生PET樹脂の改質原材料によると、熱可塑性エラストマーおよび相溶化剤は、分子中にフェニル基を有している。したがって、分子中にフェニル基を有するPET樹脂との親和性が高く、再生PET樹脂の配合割合を高めることができる。
【0008】
本発明の請求項2記載の再生PET樹脂の改質原材料によると、再生PET樹脂、熱可塑性エラストマー、および相溶化剤の合計重量に対し0.3重量%〜1.5重量%の抗酸化剤をさらに含有している。抗酸化剤は、改質時あるいは成形時において再生PET樹脂の改質原材料の酸化による劣化を防止する。したがって、例えば再生PET樹脂の改質原材料を利用して成形品を製造するとき、製造した成形品の品質を向上させることができる。
【0009】
本発明の請求項3記載の再生PET樹脂の改質原材料によると、抗酸化剤はフェノール系抗酸化剤とリン系抗酸化剤とからなり、重量割合が1:2である。フェノール系の抗酸化剤は再生PET樹脂の加熱酸化による劣化を防止し、リン系抗酸化剤は再生PET樹脂が水分を吸着して発生する加水分解による劣化を防止する。したがって、再生PET樹脂の劣化を防止し、強度の低下を抑制する。
【0010】
本発明の請求項4記載の成形品によると、再生PET樹脂の改質原材料からなっている。再生PET樹脂の改質原材料からなる成形品を種々の分野に適用し利用することで、再生PET樹脂の再利用性を高め、PET樹脂製品のリサイクルに寄与することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
再生PET樹脂の改質原材料は、原料成分として少なくとも(A)再生PET樹脂、(B)熱可塑性エラストマー、(C)相溶化剤を含有している。原料成分の配合割合は、(A)再生PET樹脂が90重量%〜98重量%、(B)熱可塑性エラストマーが1重量%〜10重量%、(C)相溶化剤が0.1重量%〜1.5重量%である。
【0012】
以下、本発明の再生PET樹脂の改質原材料の原料成分配合割合を限定した理由について説明する。
(A)再生PET樹脂:90重量%〜98重量%
主材となる再生PET樹脂としては、例えば使用済みあるいは廃棄されたPET樹脂を再生した再生PET樹脂ペレットを使用する。この再生PET樹脂ペレットは、主に飲料水の入ったボトルなど廃棄されたPET樹脂を加熱溶解した後固化させ、それをペレット状に破断することにより製造されている。
【0013】
(B)熱可塑性エラストマー:1重量%〜10重量%
副材となる熱可塑性エラストマーとしては、分子中にフェニル基を有するものを使用する。実施例ではスチレン系のエラストマーを使用している。スチレン系のエラストマーは分子中にフェニル基を有しているので、同様に分子中にフェニル基を有しているPET樹脂との親和性が高い。そのため、再生PET樹脂と均一に混合でき、生成した再生PET樹脂の改質原材料の品質が安定する。
【0014】
熱可塑性エラストマーはゴム状の弾性物質であるため、再生PET樹脂に弾性力を付与するとともに、曲げあるいは剪断力による割れを防止し強度を高める。再生PET樹脂に弾性力を付与し強度を高めるために熱可塑性エラストマーの配合割合を高めることは有効である。しかし、熱可塑性エラストマーの配合割合が高くなると、生成した再生PET樹脂の改質原材料の透明性、および引張強度が低下する。そのため、配合割合は1重量%〜10重量%とするのが好ましい。
【0015】
(C)相溶化剤:0.1重量%〜1.5重量%
相溶化剤は、主材の再生PET樹脂と副材の熱可塑性エラストマーとを均一に混合するために使用する。相溶化剤も熱可塑性エラストマーと同様に分子中にフェニル基を有するものを使用する。これは、上記の熱可塑性エラストマーとしてスチレン系のエラストマーを使用しているのと同様の理由である。すなわち、相溶化剤の分子中にフェニル基を有しているため、再生PET樹脂および熱可塑性エラストマーと高い親和性を示し、再生PET樹脂とスチレン系エラストマーとを均一に混合するために有効である。実施例では、相溶化剤としてポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテルを使用している。
【0016】
相溶化剤は、配合割合が0.1重量%以下では配合した効果が小さい。一方、相溶化剤を1.5重量%以上配合しても生成する再生PET樹脂の改質原材料の品質向上は見られない。したがって、相溶化剤の配合割合としては0.1重量%〜1.5重量%とするのが好ましい。
【0017】
以上説明した再生PET樹脂、熱可塑性エラストマーおよび相溶化剤は原料成分として必須である。これらの他にも、添加剤として抗酸化剤、着色剤などが配合可能である。
再生PET樹脂の改質原材料を利用して成形した製品とするには、可能な限り再生時および改質時の劣化を防止することが望ましい。そのため、上記の原料成分に加え抗酸化剤を配合することは、再生PET樹脂の劣化の防止に極めて有効である。
【0018】
抗酸化剤は、上記の原料成分の合計重量、すなわち原料成分を配合した後の重量に対し0.3重量%〜1.5重量%を添加する。実施例では抗酸化剤として、フェノール系の抗酸化剤であるヒンダートフェノール抗酸化剤のテトラキスメタンを0.1重量%〜0.5重量%、ならびにリン系の抗酸化剤であるホスファイト抗酸化剤のジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトを0.2重量%〜1.0重量%配合している。フェノール系の抗酸化剤とリン系の抗酸化剤との重量割合が1:2となるように配合する。これは、2つの抗酸化剤が相互作用により最も有効に作用する割合である。フェノール系の抗酸化剤およびリン系の抗酸化剤としては、上記したテトラキスメタンあるいはジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトに限らず使用することができる。
【0019】
フェノール系の抗酸化剤は、加熱による熱酸化によって再生PET樹脂が劣化するのを防止する。一方、リン系の抗酸化剤は、周囲の水分を吸着した再生PET樹脂が加熱によって加水分解し劣化するのを防止する。
また、再生PET樹脂の改質原材料に適量の着色剤を加えることにより、得られる成形品の美観を向上させることも可能である。
【0020】
上記の原料は、次のように改質加工される。
▲1▼ 原料となるペレット状の再生PET樹脂、スチレン系エラストマー、ポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテル、フェノール抗酸化剤(テトラキスメタン)、およびホスファイト抗酸化剤(ジステアリルペンタエリスリトール)をタンブラーに投入し撹拌混合する。必要であれば着色剤を配合する。
【0021】
▲2▼ 混合した原料を押出機へ投入する。押出機では、混合した原料は加熱溶融され、均一な改質原材料となる。加熱溶融され均一になった改質原材料は、水槽中に押出され冷却される。冷却された改質原材料は、ペレット状に切断され再生PET樹脂の改質原材料の製品となる。
【0022】
▲3▼ ペレット状の改質原材料を再び加熱し成形する、例えば射出成形あるいは真空成形などをすることで、再生PET樹脂の改質原材料を用いた成形品を得ることができる。成形品としては、食器などの容器状、あるいはシート状の成形品とすることが可能である。
【0023】
【実施例】
表1および表2には、原料成分の配合割合と、それを変化させた再生PET樹脂の改質原材料からなる複数の実施例および比較例、ならびに新材PET樹脂を用いて各種の物性について評価した結果を示している。物性値は、アイゾット衝撃強度、引張降伏強度、引張破断伸度、曲げ強度、曲げ弾性率、ロックウェル表面硬度、熱変形温度、および比重について行なった。試験方法は、アイゾット衝撃強度はASTM(American Society for Testing Material)D256、引張降伏強度、引張破断伸度、およびロックウェル表面硬度はASTMD638、曲げ強度および曲げ弾性率はASTMD790、熱変形温度はASTMD648、ならびに比重はASTMD792を用いた。なお、複数の実施例および比較例で試験を行なうために用いた試験片の形状は、各試験方法で規定されている形状に従った。
【0024】
また、表1および表2に示すように新材PET樹脂を基準として性能評価を行なった。評価内容の欄に記載されている記号は、◎は「基準よりもよい」、○は「基準と同程度」、△は「基準よりややおとる」、×は「基準よりも悪い」を示している。
【0025】
評価内容としての加工安定性とは、上記の改質加工時に加熱溶融された改質原材料が押出機へ連続的に安定供給できるかを評価したものである。また、耐衝撃強度は表1および表2に示すアイゾット衝撃強度について評価したものである。相溶性は、原料成分それぞれが均一の状態に混合されているかを評価したものである。
【0026】
(実施例1)
原料成分として再生PET樹脂96.5重量%、スチレン系エラストマー3.0重量%、ポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテル0.5重量%を配合した。
【0027】
(実施例2)
原料成分として再生PET樹脂94.5重量%、スチレン系エラストマー5.0重量%、ポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテル0.5重量%を配合した。
【0029】
(実施例3)
原料成分として再生PET樹脂96.5重量%、スチレン系エラストマー3.0重量%、ポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテル0.5重量%を配合した実施例1に抗酸化剤を添加した。抗酸化剤としては、フェノール系抗酸化剤であるテトラキスメタン、ならびにリン系抗酸化剤であるジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトを添加した。抗酸化剤は、原料配合割合としてではなく、実施例1を配合した後の重量に対して添加している。実施例4では、テトラキスメタンを0.1重量%、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトを0.2重量%添加した。
【0031】
(比較例N)
基準値となる新材のPET樹脂である。この新材のPET樹脂としては、一般に流通しているPETボトルと同一の素材を利用した。
【0032】
(比較例1)
比較例1は、再生PET樹脂100重量%である。廃棄された使用済みのPET樹脂を乾燥処理し、粉砕溶解した後固化させ、ペレット状に破断したものであり、添加物などを加えていない再生PET樹脂のみである。すなわち、再生PET樹脂の改質原材料の主材となる再生PET樹脂のみである。
【0033】
(比較例2)
再生PET樹脂95.0重量%、改質材としてポリオレフィンビニル系ポリマー5.0重量%を配合した。
【0034】
(比較例3)
再生PET樹脂97.0重量%、熱可塑性エラストマーとしてオレフィン系エラストマー3.0重量%を配合した。
【0035】
(比較例4)
再生PET樹脂96.5重量%、オレフィン系エラストマー3.0重量%、相溶化剤としてポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテルを0.5重量%配合した。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
表1および表2からわかるように、本発明の再生PET樹脂の改質原材料により得られた実施例1〜実施例3の種々の物性は、新材のPET樹脂である比較例Nとほぼ同程度である。評価内容である加工安定性、耐衝撃強度、および相溶性を比較してみると、加工安定性および耐衝撃度は実施例1〜実施例3のいずれも比較例Nと比較すると向上している。相溶性は、実施例1および実施例3は比較例Nと同程度であった。スチレン系エラストマーの配合割合を高めた実施例2は相溶性が比較例Nと比較して低下している。
【0039】
実施例1と実施例3とを比較すると、抗酸化剤を添加することによる物性の変化は小さい。また、加工安定性、耐衝撃強度および相溶性についても影響はない。
比較例1のように再生PET樹脂のみを改質せずに使用すると加工安定性、耐衝撃度、および相溶性が新材PET樹脂と比較して大きく低下している。すなわち、再生PET樹脂を再利用するためには、何らかの手段により改質が必要であることを示している。
【0040】
改質材としてポリオレフィンビニル系ポリマーを添加した比較例1は、加工安定性および耐衝撃強度が新材PET樹脂よりも向上もしくは同程度であるのに対し、相溶性は低下している。
再生PET樹脂にオレフィン系のエラストマーを配合した比較例3は、加工安定性および耐衝撃強度が新材PET樹脂と同程度または向上するものの相溶性は低下している。
【0041】
オレフィン系のエラストマーに相溶化剤としてポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテルを配合した比較例4は、加工安定性および耐衝撃強度が向上するものの相溶性はおとっている。すなわち、オレフィン系のエラストマーを加えることで加工安定性および耐衝撃度は向上するものの、相溶化剤を配合しても相溶性が改善されないことを示している。これらのように相溶性が低下すると、再生PET樹脂と改質材などが均一に混合されず、生成した改質樹脂製品の品質が安定しない。
【0042】
以上説明したように、50重量%程度しか再生PET樹脂を配合できなかった従来の再生樹脂と比較して、本発明の再生PET樹脂の改質原材料は再生PET樹脂の配合割合を高め、再生PET樹脂を90重量%以上配合することができる。したがって、社会問題である再生PET樹脂のリサイクル、ゴミの減量化に貢献することができる。
【0043】
また、熱可塑性エラストマーおよび相溶化剤として分子中にフェニル基を有する物質を利用することで、再生PET樹脂と熱可塑性エラストマーおよび相溶化剤との親和性が向上する。親和性が向上することにより、再生PET樹脂と熱可塑性エラストマーとを均一に混合することできるので、再生PET樹脂の改質原材料の品質が安定し、かつ新材のPET樹脂と比較しても同程度またはそれ以上の品質の樹脂とすることができる。
Claims (4)
- 原料成分として、
(A)再生ポリエチレンテレフタレート樹脂
(B)熱可塑性エラストマー
(C)相溶化剤
を少なくとも含有し、その配合割合が(A)再生ポリエチレンテレフタレート樹脂90重量%〜98重量%、(B)熱可塑性エラストマー1重量%〜10重量%、(C)相溶化剤0.1重量%〜1.5重量%であり、
(B)熱可塑性エラストマーおよび(C)相溶化剤は、分子中にフェニル基を有し、
(B)熱可塑性エラストマーは、スチレン系のエラストマーからなり、
(C)相溶化剤は、ポリオキシアルキレンビスフェノールAエーテルからなることを特徴とする再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料。 - 請求項1記載の再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料であって、
(A)再生ポリエチレンテレフタレート樹脂、(B)熱可塑性エラストマー、および(C)相溶化剤の合計重量に対し0.3重量%〜1.5重量%の抗酸化剤をさらに含有することを特徴とする再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料。 - 前記抗酸化剤は、フェノール系抗酸化剤およびリン系抗酸化剤からなり、フェノール系抗酸化剤:リン系抗酸化剤が重量割合で1:2であることを特徴とする請求項2記載の再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料。
- 請求項1、2または3記載の再生ポリエチレンテレフタレート樹脂の改質原材料からなることを特徴とする成形品。
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