JP4950939B2 - 射出成型用樹脂および射出成型用樹脂の製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、射出成型用樹脂および射出成型用樹脂の製造方法に関するものである。

都心部では、日々オフィスから使用済みコピー用紙（ＰＰＣ用紙）が大量に排出されている。このように、オフィスから排出される使用済みの排出紙の一部は、古紙として製紙会社によってリサイクルされる。しかし、実際には古紙としてリサイクルされる排紙の量は少なく、その大半の排紙は焼却処理されているのが実情である。一方、古紙を利用するための技術（特許文献１参照）も知られているが、水を加えて細かくした後に型に入れて固める程度のものであり、応用範囲が限られるため古紙の処理問題に関する抜本的な解決技術とはなっていない。
また、プラスチック製品も日々大量に廃棄されている。そして、廃棄されたプラスチックは、埋め立て、焼却、リサイクル等の方法によって処理されている。
埋め立て処理には埋め立て場所が必要である。しかし、年々埋め立て場所が不足してきており、埋め立て処理から焼却処理に移行するプラスチックが増加する傾向にある。プラスチック製品については、植物の澱粉質を利用したポリ乳酸を原料とする生分解性プラスチック（特許文献２参照）が一部において用いられている。しかし、当該ポリ乳酸は未だに高価であり、植物を栽培するために石油資源を使用したり、畑を開拓するために森林伐採が行われるなど、環境保護の面で課題を多く残している。また、リサイクルされるプラスチックもあるが、実際にはどの程度のプラスチックがリサイクルされているのかは不明である。
さらに、前記排出紙およびプラスチックを焼却処理する場合には、焼却用の燃料を必要とする他、ＣＯ₂を多量に排出することになり、資源の浪費および環境保護の面で問題は
多い。
特開２００５−２２６２０６号公報 特開２００７−２２４２９０号公報

本発明は、これらの問題を解決するために、ＰＰＣ用紙等の化学パルプを主原料とした製紙およびペットボトル等の樹脂製品のリサイクルとして熱可塑性樹脂の生成を行い、これによりＰＰＣ用紙および樹脂製品の再利用と、ゴミとして処理される製紙および樹脂製品を減少させることによる環境保全を課題とするものである。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明は次の構成を有する。すなわち、
細かく裁断した化学パルプを主原料とした製紙の使用済み排出紙を水に浸して含水させるステップと、
含水した前記使用済み排出紙を、少なくとも水がしたたり落ちない程度にまで脱水するステップと、
前記脱水した使用済み排出紙に、細かく裁断若しくは粉末状に微細化したＰＥＴ材を混合するステップと、
混合した前記使用済み排出紙およびＰＥＴ材を耐圧および耐熱機能を備えたチャンバー内に封入するステップと、
前記チャンバー内において使用済み排出紙に含まれている水を亜臨界若しくは超臨界状態にすることにより当該使用済み排出紙に含まれているセルロースを分解するとともに、
当該セルロースの分解物と溶融した前記ＰＥＴ材を攪拌しながら混合するステップとを有する射出成型用樹脂の製造方法。

上記課題を解決するために、本願請求項２記載の発明は次の構成を有する。すなわち、
細かく裁断した化学パルプを主原料とした製紙の使用済み排出紙を水に浸して含水させるステップと、
含水した前記使用済み排出紙を、少なくとも水がしたたり落ちない程度にまで脱水するステップと、
前記脱水を行った使用済み排出紙および合成樹脂を、耐圧および耐熱機能を備えたチャンバー内に封入するステップと、
前記チャンバー内において使用済み排出紙に含まれている水を亜臨界若しくは超臨界状態にすることにより当該使用済み排出紙に含まれているセルロースを分解するとともに、
当該セルロースの分解物と溶融した前記合成樹脂を攪拌しながら混合するステップとを有する射出成型用樹脂の製造方法。

上記課題を解決するために、本願請求項３記載の発明は次の構成を有する。すなわち、
前記合成樹脂が、再生ポリプロピレン若しくは容器リサイクル材であることを特徴とする請求項２記載の射出成型用樹脂の製造方法。

本願発明に係る射出成型用樹脂および射出成型用樹脂の製造方法によれば、日々大量に焼却処理されているコピー済み排出紙の量を軽減することにより、資源の浪費防止、環境保全に貢献することができるという効果を有する。

本発明に係る射出成型用樹脂は、化学パルプを主原料とした製紙およびＰＥＴ材等のプラスチック（合成樹脂）を原料として生成されるものである。図１は、前記原料となる製紙および合成樹脂の調達の流れ等を単純化した流通モデルを表している。
図１において、Ａ，Ｂ，Ｃは都心部に存在する企業、官公庁、自治体の各種オフィスを表している。これらＡ，Ｂ，Ｃは原料となる製紙および合成樹脂を排出する企業、団体、法人等の一例を表したものであり、当然ながら、種類および数ともに同図に示したものに
限られるわけではない。

前記企業Ａ、官公庁Ｂ、自治体Ｃ等が有する各オフィスからは、日々大量のＰＰＣ用紙（コピー用紙）がゴミとして排出されている。ＰＰＣ用紙とは、製紙工場において化学パルプを主原料として生成された用紙であり、製紙用原料である木質チップから化学処理によりリグニン等の成分を除去または減らしたパルプ（化学パルプ）によって製紙されたものである。リグニン等の成分が除去または減らされた化学パルプの残りの成分は、主としてセルロースである。
コピー用紙として流通しているＰＰＣ用紙のほとんどは、前記化学パルプによって生成された用紙であり、前記化学パルプを漂白処理した後に生成されるものである。

また、前記各オフィスからゴミとして使用済みのＰＰＣ用紙が排出される際、当該使用済みのＰＰＣ用紙はシュレッダー装置によって細かく裁断処理されるのが一般的である。そして、このシュレッダー装置は、情報漏洩を防止するために企業等にとって必需品となっており、どの企業でも所有しているものである。
また、シュレッダー装置にかけられるものは紙のみであるから、当該シュレッダー装置によって細かく裁断されたもの（図２（ａ）参照）は、不純物の混入割合が極めて少ない純度の高い紙資源である。図１に示した流通モデルは、第1に前記企業Ａ、官公庁Ｂ、自
治体Ｃ等からシュレッダー装置によって細かく裁断されたＰＰＣ用紙（１０）を回収することを示している。

また、前記裁断されたＰＰＣ用紙（１０）の回収とともに、ＰＥＴボトルに代表されるＰＥＴ材や、ゴミとして排出される樹脂製品を回収する。本発明に係る射出成型用樹脂は、原料の一つとしてＰＥＴ材等の合成樹脂を使用するものであるが、図１に示すように企業等から直接回収するものの他、別途リサイクル用として回収された樹脂を使用することができる。
これらの樹脂には、収集したペットボトルを破砕して小片化したものや、バージンチップを使用した製品成型時に生じる端材を集めた再生樹脂（図３（ａ）参照）がある。これらペットボトルを破砕物や製品成型時に生じる端材は、基本的には単一素材であり不純物の少ないＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ等の樹脂となっている。
また、包装容器等のゴミとして回収した種々の合成樹脂を混合して溶融した後にペレット化した通称「容器リサイクル材」と称されている合成樹脂（図３（ｂ）参照）を使用してもよい。

前述したシュレッダー装置によって細かく裁断されたＰＰＣ用紙および各種合成樹脂は、回収施設に集められた後にリサイクル施設において本発明に係る射出成型用樹脂が生成される（１４）。 図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した細かく裁断されたＰＰＣ用紙を処
理することによって生成した樹脂ペレットである。
また、前記各企業Ａ、官公庁Ｂ、自治体Ｃ等からシュレッダー装置によって細かく裁断されたＰＰＣ用紙を回収した場合、前記回収施設は、回収したＰＰＣ用紙の量および質に応じて、焼却の防止によるＣＯ₂の排出量抑制に対する証明を付与する。当該証明は、所
謂カーボンオフセット（１２）として、従来排出されていたＣＯ₂との差に相当する排出
ＣＯ2の削減量を数値的に評価して付与するものである。これは、温室効果ガス排出権を
得る上での基準とすることができるものであり、削減した温室効果ガスの排出量に基づいて企業や団体に付与されるものである。
さらに、ＰＰＣ用紙の質とは、シュレッダーにより裁断された用紙に対する不純物の混合度合いのことである。コピーに使用された用紙をシュレッダーによって裁断する際、ステープラーの針を付けたまま行われる場合がある。ステープラーの針は合成樹脂の生成には不要であるから、裁断の前にステープラーの針を除去することが望ましい。したがって、この不純物の除去が徹底している企業や団体には、ＣＯ₂の排出量抑制に対する貢献度
が高いことから貢献度に見合う証明を発行し、この不純物の除去が不十分である団体に対しては、ＣＯ₂の排出量抑制に対する意識が低いものとしてランクの低い証明を発行する
。当該証明の発行は、ＣＯ₂の排出量抑制に対する意識を高めさせ、ＣＯ₂の排出量抑制の動機付けとさせることができるものである。

回収された使用済み排出紙と使用済みＰＥＴ材または他の合成樹脂は、リサイクル施設内の処理装置によって、射出成形可能な熱可塑性の射出成形用樹脂（樹脂ペレット）として再生される。
熱可塑性樹脂の生成には、一例として特願２００６−２７４５２３号において既に出願されている加圧熱水処理を利用した装置が使用される。水を高温高圧にして亜臨界若しくは超臨界と呼ばれる状態にすると、高分子であるセルロースの分子構造を分解して低分子化する作用が生じる。そして、低分子化されたセルロースは原料となる木材等に含まれているリグニンおよび添加されたバインダーとともに熱可塑性の性質を有するに至る。本実施の形態では、この性質を利用して熱可塑性樹脂を生成する。

一方、リグニンは紫外線を受けて変色する性質があるので、ＰＰＣ用紙のような用紙の製紙工程ではリグニンの除去処理が行われる。このリグニンの除去処理を行った用紙の原料が化学パルプである。したがって、この化学パルプを使用した用紙を上記加圧熱水処理した場合、セルロースは低分子化するもののリグニンの含有量が低いために、プラスチックのような熱可塑性樹脂の原料としては不十分である。
本発明では、この除去したリグニンに相当する分量を補いつつ、さらに熱可塑性樹脂として十分な射出成形性および成型品としての強度を付与するために、前記ＰＥＴ材等の合成樹脂を添加する。現状、用紙の乾燥重量に対して約３０パーセント（３０パーセント以上）に相当する合成樹脂を添加することにより、良好な成型物が得られるようになっている。

回収された使用済み排出紙は、加圧熱水処理の前処理として含水処理が行われる。含水処理は、計量した裁断用紙を容器中に入れて水に浸し、所定時間経過させることによって紙に水を浸透させるものである。この処理で重要なことは、用紙を形成するパルプ繊維の間に十分に水分を行き渡らせることである。裁断されていない用紙では、紙面同士の重なり箇所が多くなり水が十分に行き渡らない。これに対して、シュレッダーによって裁断された用紙は、裁断面から水が浸透しやすく、紙面同士の重なり合いも少ないので、効率よく含水を行わせることが出来るという効果がある。

用紙に水を十分に含ませた後、脱水処理を行い余剰な水分を除去する。一例として、この脱水処理には遠心分離による脱水機が使用される。脱水量の目安としては、用紙から水がしたたり落ちない程度である。この際、用紙を乾燥させるような過剰な脱水処理は行わない。
本発明に係る射出成形用樹脂は、亜臨界水若しくは超臨界水によるセルロースの分解作用を利用するものであり、紙に含まれている水分を亜臨界若しくは超臨界状態にすることで射出成形用樹脂を生成するものである。用紙に含まれている水分が不足している場合には、不足分の水を反応室となるチャンバー内に供給した上で処理を行う。

含水および脱水処理を行った後に、前述したＰＥＴ材等の廃棄プラスチック(合成樹脂)をバインダーとして混合する。混合される合成樹脂は、できるだけ細かく粉砕されているものが好ましい。
また、用紙と合成樹脂の混合割合は、最終製品として形成された樹脂製品の物性を左右する要素であり、要求される物性に応じて適宜混合率が調整される。合成樹脂の混合比率を高くすれば、添加した合成樹脂の性質に近い射出成形性樹脂が得られるが、本実施の形態では、後の再廃棄を考慮してバインダーとなる合成樹脂の混合比率を３０パーセント以
下に設定している。

混合した前記使用済み排出紙および使用済みＰＥＴ材等は、耐熱機能を備えたチャンバー内に封入される。当該チャンバー内において、使用済み排出紙に含まれている水を亜臨界若しくは超臨界状態にすることにより当該使用済み排出紙に含まれているセルロースを分解するとともに、当該セルロースの分解物と溶融した前記使用済みＰＥＴ材を攪拌しながら混合する。
なお、水を亜臨界若しくは超臨界状態にする手法については種々存在する。例えば、前述した特願２００６−２７４５２３号に記載した技術の他、外部より圧力および熱量を加える形式の加圧可能な加熱炉をチャンバーとして、当該チャンバー内で撹拌をしながら反応を行わせるものであってもよい。

バインダーの含有率については、含有率が低くなるほど、脆い性質の射出成形性樹脂が得られる。しかし、用途によっては、脆くても良い場合もあり、要求される性質に応じてバインダーの含有率は調整される。
なお、バインダーの含有率を０とした場合、高分子の多糖類であるセルロースが分解され、互いの結合力が弱い低分子化された単糖類が得られる。セルロースは、自然界では分解されにくい性質の物質であるが、このように低分子化することにより土中で容易に分解され得るような物質に変化させることができる。このように、廃棄された用紙類を有機肥料等として再生することも極めて容易である。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示した紙を原料として生成した樹脂ペレットを使用して、射出成型により形成した樹脂製品１６の一例（中空カプセル）である。漂白された白い紙を原料として樹脂ペレットを生成すると白っぽい樹脂ペレットが生成される。そして、当該白っぽい樹脂ペレットを使用してそのまま射出成型を行うと、同様に白っぽい成型物が形成される。
図２（ｃ）に示した中空カプセルは、褐色に近い濃い色の成型物として形成されている。これは、白っぽい樹脂ペレットに褐色系の顔料を混入して射出成型をしたためである。顔料を混入して着色する場合には、発色性をよくするために、そのベースとなる素材は白であることが望ましい。したがって、同じセルロースを含む素材であっても木材をそのまま原料として熱可塑性樹脂を生成するよりも、本発明のような漂白された白い紙を原料とした熱可塑性樹脂の場合には着色による色映えが良いという効果がある。

図４は、本発明に係る射出成形樹脂を用いて形成した樹脂製品１６の一例を表した写真である。当該樹脂製品１６は、バインダーとなるＰＰの混合比率を３０パーセントに設定して形成したものである。図４（ａ）は、プラスチックモデルとして形成されたランナー付きのカブトムシであり、図４（ｂ）は連結ブロックを形成したものである。これら樹脂製品１６は、図１に示すように再び裁断された用紙と混合するバインダーとして再使用が可能となっている。
このように、本願に係る発明は、紙を原料として射出成形が可能な合成樹脂を生成すること、および環境保護の観点から焼却処理される紙の量を削減することを目的として発明されたものである。
なお、当然であるがバインダーとして混合する合成樹脂は、未使用のバージンチップであっても差し支えが無く、当該バージンチップを用いても前述したのと同様に排出紙によって熱可塑性の射出成型用樹脂を生成することができるものである。

本発明は、焼却処理されている紙の再資源化、ＣＯ₂の排出量削減による環境保全等に
利用可能である。

本発明に係る射出成型用樹脂の生成に使用される原料の調達モデルを表した説明図である。 本発明に係る射出成型用樹脂の原料である裁断された排出紙、当該排出紙から生成した樹脂ペレット、当該樹脂ペレットを用いて射出成型したカプセルの写真である。 本発明に使用可能なリサイクルされた合成樹脂の一例を表した写真である。 本発明に係る射出成型用樹脂を利用して形成した成型物の一例を表した写真である。

符号の説明

１０ ＰＰＣ用紙
１２ カーボンオフセット証明
１４ 回収施設、リサイクル施設
１６ 樹脂製品
Ａ 企業
Ｂ 官公庁
Ｃ 自治体

Claims (3)

1. 細かく裁断した化学パルプを主原料とした製紙の使用済み排出紙を水に浸して含水させるステップと、
   含水した前記使用済み排出紙を、少なくとも水がしたたり落ちない程度にまで脱水するステップと、
   前記脱水した使用済み排出紙に、細かく裁断若しくは粉末状に微細化したＰＥＴ材を混合するステップと、
   混合した前記使用済み排出紙およびＰＥＴ材を耐圧および耐熱機能を備えたチャンバー内に封入するステップと、
   前記チャンバー内において使用済み排出紙に含まれている水を亜臨界若しくは超臨界状態にすることにより当該使用済み排出紙に含まれているセルロースを分解するとともに、
   当該セルロースの分解物と溶融した前記ＰＥＴ材を攪拌しながら混合するステップとを有する射出成型用樹脂の製造方法。
2. 細かく裁断した化学パルプを主原料とした製紙の使用済み排出紙を水に浸して含水させるステップと、
   含水した前記使用済み排出紙を、少なくとも水がしたたり落ちない程度にまで脱水するステップと、
   前記脱水を行った使用済み排出紙および合成樹脂を、耐圧および耐熱機能を備えたチャンバー内に封入するステップと、
   前記チャンバー内において使用済み排出紙に含まれている水を亜臨界若しくは超臨界状態にすることにより当該使用済み排出紙に含まれているセルロースを分解するとともに、
   当該セルロースの分解物と溶融した前記合成樹脂を攪拌しながら混合するステップとを有する射出成型用樹脂の製造方法。
3. 前記合成樹脂が、再生ポリプロピレン若しくは容器リサイクル材であることを特徴とする請求項２記載の射出成型用樹脂の製造方法。