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まいかすえたけ
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1 広島県立総合技術研究所東部工業技術センター研究報告 No. p.4-8 (9 技術報文 (6 トリアセチルセルロースの再資源化再資源化技術技術の開発 * 塚脇聡, 谷口勝得, 橋本寿之, 中司建一 Developent of recycling technology for ricetyl cellulose SUKWKI Stoshi, NIGUHI Ktsunori, HSHIMOO oshiyuki nd NKSUK Kenichi * he set of tricetyl cellulose is in odule of the liquid crystl disply. It is disposed of lrge ount of wste fro fctory. It is iportnt to develop the recycling technology. herefore we were selected unique crushing technique. Next, to use it s filler of polypropylene nd oly(butylene succinte syste bio-degrdble plstic, echnicl properties nd hetproof were investigted. Moreover we blended of polypropylene, tricetyl cellulose nd leic nhydride polypropylene. s for this prototype, it ws found tht hetproof iproves t copred with tht of the polypropylene. It ws confired tht soe products cn be olded with this polyer blend. 液晶工場等からシート状のトリアセチルセルロースが排出されており, リサイクル技術の開発が求められているそのため, シート状のトリアセチルセルロースを粉砕する技術を選定した次に, ポリプロピレンやポリブチルサクシネート系生分解性プラスチックの充填材として利用するために, 機械的性質や耐熱性を調査したまた, ポリプロピレンとトリアセチルセルロースとマレイン酸変性ポリプロピレンのポリマーブレンドを行い, ポリプロピレンと比較して耐熱性が向上することがわかった得られた配合を元に実際のプラスチック工場のラインでの試作を行い, 製品化できる事を実証したキーワード : トリアセチルセルロース, リサイクル, 有機フィラー, 再資源化, ポリマーブレンド. 緒言現在, 産業廃棄物として廃棄されたプラスチックは年間万トン排出されているその処理の内訳は,% が熱回収や発電, 残りが埋め立てや単純焼却といった処分が行われており, 再生され原料として活用されているのは % に留まっている一般的に, 不要物をマテリアルリサイクルする際, 従来品の代替を行おうとするために, リサイクル製品は価格が問題となることが多い -4 そこで, 本研究技術によって新規のプラスチックを開発することによって新しい需要を掘り起こすことができれば販売しやすくなると考えているポリマーブレンド技術はプラスチック素材メーカーが市販樹脂の性能改善を行うための基本的な技術であるこの技術にプラスチック再生業者が取り組むことによって, トリアセチルセルロース ( 通称トリアセチルセルロース, 以下の再生技術に留まらず, 以前からある処理費に加えて新製品による高付加価値を生み出すことが可能となり業界全体の技術力と収益率の向上が見込まれる今回目標としているセルローストリアセテートは, 液晶ディスプレイなどに使われており使用量が年 % と急 9.. 受理材料技術研究部 * 協同組合福山金属工業センター増しているプラスチック素材であり, 全世界の 9% である 4 億 8 千万が国内で生産されている東広島市, 三原市, 尾道市, 福山市などにを用いて液晶ディスプレイ, プラズマディスプレイを生産をしている工場が社あり, 歩留まりが悪いため廃は県内企業でトン年程度排出されており, 多くが埋め立て処分されている廃は純粋なとごく薄膜の表面コーティングを行ったものの二種類が主として排出されており, リサイクルで一番問題となる分離工程が不要であるため再利用しやすい廃棄物である微小な異物や高分子の配向による光学特性の問題により廃棄されており, 光学樹脂以外になら十分に再利用可能な性能を有しているこのプラスチックの持つ難燃性, 耐熱性, 高強度, 生物由来の素材であるなどのさまざまな利点があるは融点が 9 と高いため, マテリアルリサイクルが難しいとされており, 一部はセメント製造の固形燃料や舗装用材料として使用されている近年, 非常に出荷量が伸びている素材であるため, リサイクル技術に関する特許は無い今後は生産工程から排出される廃トリアセチルセルロースは増加するため, リサイクル技術の確立が求められているを再資源化するために汎用樹脂であるポリプロピレン ( やポリブチルレンサクシネート系生分解性プラスチック (BS と複合しハンドリングをよくする必要があ - 4 -

2 塚脇ほか 3 名 : トリアセチルセルロースの再資源化技術の開発,6 る本研究ではそれらの樹脂の充填材や両方の素材を溶かし合わせることによって性能を向上させるポリマーブレンド - について検討を行うこのような方法により, 高性能なハンドリングの良い, 両者の中間的な性能のプラスチックを製造し, 特色のある素材として製品展開できる. 実験方法. 供試材はのみのシートとウレタンコートを行ったシートの二種類の形で排出企業より提供されたは上市されている MFR( メルトフローレートの一般的なものを利用した生分解性プラスチックは現在最も出荷量の多いポリブチルサクシネート系 (BS 生分解性プラスチックを利用した相容化剤は上市されているメタクリル酸変性を利用した相容化剤 B は上市されているエチレングリシジルメタクリレート共重合体を利用した. 粉砕技術の選定はフィルムで排出されるため, 粉砕技術の検討を行ったは融点が高く容易に溶融できないのでなどとの分散が難しいそのため粉砕をおこなった粉砕機メーカー社に粉砕を委託した際の粉砕条件を表に示す粉砕機メーカーは通常行われている荒粉砕, 微粉砕, 冷凍粉砕の 3 段階で粉砕を行ったこの方法を粉砕法とする粉砕機メーカー B はフィルム専用の粉砕機を用いて段階で行ったこの方法を粉砕法 B とする得られた粉砕物は μ,μ,μの目明きの篩によって分級した粉砕法の粉砕物の粒度分布を図に, 粉砕法 B については図に示す粉砕法は粒度分布にばらつきがあり μ 以上 μ 以下の粉砕物が比較的多く入っていたこれに対して, 粉砕法 B は,-μ の範囲に 99% の粉砕物が入っていることがわかったそのため,B 社の装置 (c--6 吉工製により実験用のの粉砕品を製造した.3. 成形加工ポリマーブレンドやフィラーの充填は主として二軸押出機を用いて行った二軸押出機 (EX3HSS-3W- 日本製鋼所製は, スクリュー外径 3, セグメント方式,LD 3. のものを使用したシリンダー温度は各実験で変更した押出, 水冷してカッティングして, ペレットに加工した押出速度は -kgh であった二軸押出機により作製されたペレットは, 射出成形機 (ISG OSHIB 製により - で加工し,JIS K3 号試験片の形に成形した.3 物性評価ポリマーブレンドにより作製した樹脂の強度試験を行った試験方法は, 引張試験, 曲げ試験, 衝撃試験, 熱変形温度測定である引張試験は, JIS K3 に従い, オートグラフ (G-kNE 島津製作所製で, 引張速度は分で行った曲げ試験は JIS K に従い, 同様の装置で行った曲げ速度は分で測定を行った衝撃試験は, アイゾット衝撃試験法 JIS K に従ってアイゾットインパクトテスター ( テスター産業製でおこなったこのときノッチをノッチングマシーン (-4E 東洋精機製でいれた熱変形温度測定は,JIS K9 に従い,HD テスター (3M- 東洋精機製で行った融点と熱分解温度の測定は G-D( 示差熱分析装置, 島津製作所製で行った処理速度粉砕段数備考 % ( 布分 % ( 布分表粉砕の状況について粉砕法 kgh の処理量 ( 実験機 3 段階粉砕 ( 液体窒素利用粉砕中に熱が発生し材料が変性粉砕法図粉砕法の分級結果粉砕法 B kgh の処理量 ( 実験機段階粉砕粉砕中に熱は発生せず粉砕法ウレタン - ~ ~ + 粒度 (μ 粉砕法 B - ~ ~ + 粒度 (μ 図粉砕法 B の分級結果粉砕法 B ウレタン - -

3 広島県立総合技術研究所東部工業技術センター研究報告 No. (9 3. 実験結果考察 3. にを配合した場合の機械的特性変化について粉砕したを溶融せずに有機性充填材として利用した場合についての検討を行った充填材として利用する場合には, 一般的に利用されている炭酸カルシウムやタルクと比較しては無色透明であり, 色がつかないという利点があるまた, リサイクル品は通常色が濃くなるという傾向にあるため, 無色透明なものは製品化しやすいまた, 従来のの成形温度条件で製造可能であれるため製品への利用が容易になると考えられる機械的性質について, とポリウレタン (UR コートの比較, の粒度による比較, の配合量に関する比較を行った及び UR コートしたの粒度を ~μ, ~μ の計 4 種類をに % 混合した試料の機械的性質を図 3 に示す図に見られるように, 単体と比較してを配合すると引張強さ曲げ強さは低下することがわかったまた, の UR コートの有無や粒度の違いは機械的性質に大きな影響を与えてはいないことがわかったまた, 粒子の大きさは ~μ と ~ μ では大きな違いは無かったに UR コートしたを,,3 wt.% 混ぜた場合の引張強さ, 曲げ強さ, 引張弾性率, 曲げ弾性率の関係について図 4 に示す図に示すように, の混合率を増やすと機械的強度は下がる傾向にあり, 弾性率はほとんど変化していないことがわかったなお, 耐熱性試験を行ったところ % 配合することにより 6 程度上昇し, 相容化剤やタルクの配合について検討したが, 大きな改善は見られなかった引張強さ曲げ強さ 3. にを半溶解した場合の機械的特性変化についてを G-D により測定し, は 93 で融解する事を確認したまた, より高温になると重量減がおこり一部分解気化していることがわかったそのため, 加熱温度と製造ペレットの性状の検討を行う必要があるまた, を融解し, とポリマーブレンドした場合の機械的性質についての割合を変えた場合, 相容化剤を添加した場合について調べた二軸押出機での試料のポリマーブレンドを行った際の加工温度と引張強さ, 引張弾性率, 曲げ強さ, 曲げ弾性率, 衝撃値, 溶融樹脂の流動性 FR について図に示すまた比較のためにのみのデータも併せて添付した図に見られるように, 機械的性質については加工温度では大きな差はなかった MFR は 3,3 加工において大きな流動性を示しており, の分子が切れている可能性が高いため加工温度は 9 が最適である.. さ. 強. げ曲 3. さ強. 張引.. 引張強さ引張弾性率曲げ強さ曲げ弾性率 % % % 3% (UR 比図 4 に UR コートの配合比を変化させた場合の引張試験, 曲げ試験結果性弾げ曲率性率弾張引引張弾性率曲げ弾性率さ強げ3 曲さ強張引 R U μ ( - μ - R U ( μ - μ 図 3 に %(UR コート配合による引張試験, 曲げ試験結果率性弾げ曲率性弾張引値性物加工加工 3 加工 3 加工のみさ強張引率性 M 弾 ( 張引 (% び伸張引さ強げ曲率性 M 弾 ( げ曲値 J 撃 (k 衝図 : における加工温度による機械的性質違いについて R F M - 6 -

4 塚脇ほか 3 名 : トリアセチルセルロースの再資源化技術の開発と考えられるへを,3,wt.% 配合した場合の機械的性質の変化について図 6 に示す図に見られるように, の配合量を増やすと衝撃値, 引張強さ, 引張弾性率, 引張伸びは減少した曲げ強さ, 曲げ弾性率は大きな変化は無かった wt.% のものと比較して低下したこれは相容性の悪い材料同士ではよく見られる結果である一方, 熱変形温度はを wt.% 混ぜると向上していることがわかった次に, にを wt.% と相容化剤,wt.% 添加した場合の衝撃値, 引張弾性率, 引張強さ, 引張伸び, 曲げ弾性率, 曲げ強さ, 熱変形温度について図に示すこの図にも参考してのみのデータを添付する図に示すように, 相容化剤を添加すると引張強さと曲げ強さが相容化剤を加えないものより回復し, 相容化剤 Bを添加すると, 引張伸びが回復することがわかったこのように, 目的に応じて相容化剤を選定すれば十分に物性面でも活用できることがわかった最後に, にを 3wt.% と相容化剤を wt.% 添加した場合, を wt.% と相容化剤を wt.% 添加した場合の衝撃値, 引張弾性率, 引張強さ, 引張伸び, 曲げ弾性率, 曲げ強さ, 熱変形温度について図 8 に示す比較のためににを 3,wt.% 添加したデータと, のみのデータも併せて図に示す図に見られるように, 相容化剤の効果により引張強さ, 曲げ強さが回復しており, 熱変形温度も相容化剤を添加することにより向上している wt.%, 相容化剤 wt.% 添加した場合, 熱変形温度が向上したこれにより, 蒸気消毒に耐えうるプラスチックとなると考えられる 3.3 生産機へのスケールアップ実験東部工業技術センターで開発したポリマーブレンド技術を生産機で使えるかどうかの検討を行った加工は非常に容易であり, 生産は問題なく行えることがわかった次に, 試作した入りを用いて, 射出成形機の生産機で蒸気消毒用容器の試作を行った写真に示すように実際の商品用の型で射出成形品を試作した容易に成形できる事を確認した値性物 3 衝撃値 (kj : 8 : 剤化 : 容 : 相 : : 剤化容 : : 相 : : 引張弾性率引張強さ引張伸び (% 曲げ弾性率熱変形温度 ( 曲げ強さ B 剤化 : 容 : 相 : : B 剤化容 : : 相 : : 図に wt.% と相容化剤,wt.% 添加した場合の機械的特性の変化値性物 3 衝撃値 (kj : 8 : : 引張弾性率引張強さ引張伸び (% 曲げ弾性率熱変形温度 ( 曲げ強さ : : 図 6 の配合を変えた場合の機械的強度の変化値性物 3 衝撃値 (kj 引張強さ伸び (% 曲げ弾性率熱変形温度 ( : 剤化容 : : 相 6 : : : 引張弾性率曲げ強さ剤化容 : : 相 4 : : 図 8 相容化剤においての配合を変えた場合の機械的性質の変化について - -

5 広島県立総合技術研究所東部工業技術センター研究報告 No. (9 3.4 生分解性プラスチックにを配合した場合の機械的特性変化については生分解性を示しており, 生分解プラスチックの増量剤, 充填材として十分な性能を示しているその用途開発ため, 生分解性プラスチックとのポリマーブレンドを行い性能の評価を行った生分解性プラスチック (BS に UR コートを,,3% 配合したときの引張強さ, 引張弾性率, 曲げ強さ, 曲げ弾性率についての結果を図 9 に示す曲げ強さは配合を多くすると増加する傾向にあった引張強さは減少した謝辞本研究は NO 法人広島循環型社会推進機構からの受託研究として行いました共同研究者として, 広島大学環境安全センター西嶋渉教授, クリーン技研黒田代表取締役社長, 大和技研工業方川代表取締役, 広島県立総合技術研究農業技術センター伊藤栄治副主任研究員のご協力により実施いたしました厚く御礼申し上げます文献佐古猛ら廃棄物処理再資源化技術シーエムシー出版大柳康らプラスチックリサイクルの基本と応用シーエムシー出版 3 本田淳裕らプラスチックリサイクル技術シーエムシー出版 4 伊澤槇一らプラスチック成形加工による高機能化シーエムシー出版日本ゴム協会編フィラーハンドブック大成社 6 フィラー研究会編フィラー活用事典大成社 Utrcki らポリマーアロイとポリマーブレンド東京化学同人 8 浅井治海らポリマーブレンドの開発シーエムシー出版 9 秋山三郎らポリマーアロイの開発と応用シーエムシー出版井出文雄実用ポリマーアロイ設計工業調査会写真試作品 ( 左試作品右従来品引張強さ曲げ強さ引張弾性率曲げ弾性率さ強げ 3 曲さ強張引 % % % 3% BS(UR 比図 9 BS に UR コートの配合比を変化させた場合の引張試験, 曲げ試験結果弾げ曲率性率弾性張引 - 8 -

テクノロジーレポート

テクノロジーレポート造粒タルク中央研究所開発室水本敏之 1. はじめにポリプロピレンを代表とする熱可塑性樹脂は引張り破断伸び曲げ弾性熱変性温度等の機械的物性および体積安定性を向上させるためにタルクを適正量添加して加熱溶融混練した後造粒工程を経て固形化する方法が一般的であるまた電化製品の筐体といった用途では製品の表面性状が重要視されるため添加されるタルクの平均粒径がより微細なものを使用する傾向にあるしかしながら