リサイクルＰＥＴペレットの製造方法、ペレット及びそれを用いた成形品
【課題】使用済みペットボトルから得られるリサイクルＰＥＴペレット及びそのペレットを主原材料とするリサイクル成形品を、効率的かつ低コストで製造することができると共に、耐衝撃性があり、含水率が低いペレットや成形品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】キャップ付又はキャップ無しのリサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給１し、これを押出成形機２により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料３を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置６を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化する、又はこのペレットを用いて成形機１１により再生成形品として成形することにより製造する。
【解決手段】キャップ付又はキャップ無しのリサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給１し、これを押出成形機２により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料３を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置６を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化する、又はこのペレットを用いて成形機１１により再生成形品として成形することにより製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みペットボトルをフレーク化したリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料としてペレット化したリサイクルＰＥＴペレットの製造方法、その製造方法により製作されたペレットを原材料として成形品を製作する再生成形品の製造方法及び当該方法により生産された再生成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペットボトルをはじめとするプラスチック製品の使用は甚大であり、環境問題やエネルギー資源問題の観点からも、使用済みプラスチックス製品の回収、リユース、リサイクルを行うことは非常に重要な社会問題の一つである。しかしながら、プラスチックスのリサイクル方法には、マテリアルリサイクルやケミカルリサイクル、サーマルリサイクルなどがあるが、従来法では、いずれもリサイクル時の過度のエネルギー消費やリサイクル製品の物性低下などの問題があった。例えば、熱可塑性ポリマーであり、重縮合反応により生成されたポリマーのマテリアルリサイクルにおいては、リサイクル時の水分の影響により、力学物性が低下する問題があった。
【０００３】
そこで、リサイクル製品の物性低下を防止するための対策が種々提案されている。例えば、リサイクルＰＥＴ樹脂を原料とし、改質材を添加して成形する方法において、フレーク、ペレット等のリサイクルＰＥＴ樹脂原料を加熱乾燥して成形する際に、改質材の融着現象（ブリッジ現象）を防止し、成形をスムーズに達成し得るものが提案されている（例えば、特許文献１）。この文献では、リサイクＰＥＴペレットを成形時の原材料として使用する際において、対策を施したものである。
【０００４】
また、ペットボトル等のリサイクル製品の使用時に、その耐久性の対策を施したものも提案されている（例えば、特許文献２）。これは、使用済みペットボトルから得られるリサイクルＰＥＴを利用した暗渠管において、リサイクルＰＥＴを主素材として、耐薬品性を有する被覆材との組合せや、その際に相溶化剤を用いてアロイ化する等により、劣化し難い耐久性に優れたものを提供しようとするものである。
【０００５】
また、２種類の高分子の共重合体を形成するための添加剤としての相溶化剤は、特に、種類が異なるリサイクルプラスチック材料をブレンドしてリサイクル成形品を製作する場合、不可欠なものとして注目されていた（非特許文献１）。
【０００６】
一方、リサイクル、再処理を意識したペットボトルとして、特にキャップ部の形状に工夫を施したものも提案されている（例えば、特許文献３）。また、回収した使用済みペットボトルから、本体とキャップを、分離、分別するための装置に関するものも、種々提案されている（例えば、特許文献４，５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６１８８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４９５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３７０７６０号公報
【特許文献４】特開２００２−２９２６３０号公報
【特許文献５】特開２００７−２７６２５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「プラスチックの相溶化剤と開発技術―分類・評価・リサイクル―」，（株）シーエムシー出版，編集：秋山三郎 １９９９年５月発行
【非特許文献２】Markku Heino, Jouni Kirjava, et al., Journal of Applied PolymerScience, vol.65(1997)pp.241-249.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、使用済みペットボトルのリサイクルに関連して、そのリサイクルプラスチックの再生成形品の品質改善等に向けた種々の対策や取り組みが行われているが、使用済みペットボトルの回収における現状は、原材料を可能な限り分別して使用するという観点から、ＰＥＴにより製作されたペットボトル本体とＰＰ（ポリプロピレン）等により製作されたボトルキャップとの分別を行わなければならず、その回収は、煩雑、かつ分別コスト、時間がかかるという問題があり、効率的なリサイクル方法とは言えなかった。このため、分別されずに回収した後、埋め立て処理されることもあり、回収後の用途等についても不明瞭であるため、消費者の環境問題およびリサイクルへの問題意識の関心が阻害されるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、使用済みペットボトルから得られるリサイクルＰＥＴペレット及びそのペレットを主原材料とするリサイクル成形品を効率的かつ低コストで製造することができると共に、その耐衝撃性があり、含水率が低いペレットや成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために、リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化することによりリサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１２】
また、第２の課題解決手段は、前記フレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とするプラスチック原料に、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを含んでリサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１３】
また、第３の課題解決手段は、前記フレークにしたリサイクルＰＥＴとして、ボトルキャップを取り外したＰＥＴを用い、このリサイクルＰＥＴに非ＰＥＴ材を混合して、非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料とし、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１４】
また、第４の課題解決手段は、前記非ＰＥＴ材として、ＰＰ（ポリプロピレン）を用いて、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１５】
また、第５の課題解決手段は、前記非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料に対し、相溶化剤を、少なくとも１ｐｈｒ以上添加して、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１６】
また、第６の課題解決手段は、前記相溶化剤として、極性基および非極性基を併せ持つブロック共重合体を使用することを要旨とする。
【００１７】
また、第７の課題解決手段は、以上のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴペレットである。
【００１８】
また、第８の課題解決手段は、キャップ付リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化し、更に、当該リサイクルＰＥＴペレットを原材料として、単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することにより、リサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品の製造方法である。
【００１９】
また、第９の課題解決手段は、手段８に記載の製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品である。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように本発明のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法は、使用済みペットボトルをフレーク化したものをペレット化するに際し、ＰＥＴ単独ではなく、非ＰＥＴ材を混合してプラスチック原料とすることができるため、使用済みペットボトルの回収時には非ＰＥＴ材であるボトルキャップを取り外す必要がないので、その分別に関する時間やコストが必要でなく効率的な回収が可能となる。
【００２１】
また、この製造方法では、リサイクルＰＥＴを主原料とした混合プラスチック原料を相溶化剤と共に混練するので、種類が異なる非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料にもかかわらず、混練された成形品は、耐衝撃性、強度、接着性の改質等に優れたリサイクルＰＥＴペレットが得られる。
【００２２】
また、混練し成形して乾燥する段階で、押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させることにより、徐冷により乾燥させることができ、その結果製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、ポリマーの結晶化度が上がり、含水率が低い、品質が安定したリサイクルＰＥＴペレットとなる。
【００２３】
また、前記非ＰＥＴ材を混合したプラスチック原料は、ペットボトルのボトルキャップを取り外したＰＥＴ材のみのリサイクルＰＥＴ材の場合でも、他のＰＰ等の非ＰＥＴ材と混合することにより、同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、このリサイクルＰＥＴペレットを使用し、製品に対応して単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することにより、含水率が低い、耐衝撃性、強度、接着性の改質等に優れた成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明製造方法の実施のための製造工程図
【図２】従来製造方法の実施のための製造工程図
【図３】ペレット内部構造を説明するためのイメージ図で、（ａ）図は本実施例を示すイメージ図、（ｂ）図は従来例を示すイメージ図
【図４】実施例と従来例におけるペレットの含水率と乾燥時間の関係を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１に基づいて、本発明におけるリサイクルＰＥＴペレットの製造方法の実施の形態の概要について、説明する。
【００２７】
図１は、本発明製造方法の実施形態を説明するための概略を示す製造工程図である。図において、１は原料の供給機であり、リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給する。２は成形機であり、供給機１で混合して供給されたプラスチック原料を混練すると共に押し出し成形する。この押出成形機２より押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料３は、次工程のアニーリングベルトコンベア４とヒートファン５を有する徐冷乾燥工程のコンベア装置６の中に搬送され、ここで溶融状態のプラスチック材料３は徐冷されて、このコンベア装置６の出口までに乾燥される。ここで乾燥されたプラスチック材料３は、次工程のペレット化工程である粉砕機７で所定の大きさにカッティングされることにより、リサイクルＰＥＴペレットとして製造される。
【００２８】
そして、以上のようにして製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、搬送手段８により、ブレンド工程９において、目的とする最終成形品の形態や物性に応じて、他のプラスチック材料ペレットとブレンドされ、成形直前の乾燥工程であるピッコロ乾燥機１０による乾燥の後、超高速射出成形機１１によって所定の形状に成形され、使用済みペットボトルを利用した再生成形品として搬出１２される。
【００２９】
前述の供給機１に供給される非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料は、後述する相溶化剤との混合を条件として、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを混合したままフレーク化したものを含むものである。一般に、使用されているペットボトルの本体はＰＥＴを材料として形成されているが、ペットボトルキャップはＰＰ（ポリプロピレン）等の非ＰＥＴ材であるため、使用済みペットボトルをリサイクルする際には、純度を高めるための原材料の分別の観点から、通常は、ボトルキャップはボトル本体から取り外して回収され、個別のプラスチック材料としてペレット化して利用されている。本実施形態では、後述する実施例の実験結果に基づき、このペットボトルのボトルキャップをボトル本体のＰＥＴと分離することなくそのまま回収してフレーク化したものを、ＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料として利用可能としたものである。
【００３０】
ここで、現在、一般に使用されているペットボトルのボトルキャップは、重量比で示すと、ＰＥＴ本体に対する割合が、５〜１０％である（これは、キャップの大きさがほぼ一定であるものに対して、本体は、メーカや種類によって大きさが異なるものや厚みが異なるものがあるため、必ずしも一定ではない。）。従って、本実施形態では、使用済みペットボトルのキャップを取り外した純粋な本体のみのＰＥＴと、ＰＰ等の非ＰＥＴ材との混合であっても、その割合が、ＰＥＴの９５〜９０％に対して、非ＰＥＴ材が５〜１０％であれば同等の物性を有するものとして利用することができる。すなわち、本実施形態における非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料は、使用済みペットボトルのボトルキャップを本体のＰＥＴと分離することなくそのまま回収してフレーク化したものと、使用済みペットボトルのキャップを取り外した純粋な本体のみのＰＥＴにＰＰ等の非ＰＥＴ材を混合したものを含む。
【００３１】
次に、供給機１に非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と共に供給される相溶化剤は、ＰＥＴ材とＰＰ等非ＰＥＴ材との共重合体を形成するために添加されるもので、ＰＥＴ材に混合される非ＰＥＴ材の種類に適合した相溶化剤を使用する必要がある。これは、ペットボトルの種類（特にボトルキャップの原材料等）や、純粋ＰＥＴ材に混合される非ＰＥＴ材の種類等により、高分子共重合体を形成する状態が異なるため、最も適合する特性を有する相溶化剤を選択すればよい。
【００３２】
ここで、ＰＥＴ材とＰＰ材との混合の場合、相溶化剤は、好ましくは例えばスチレン（Ａとする）とエチレンブチレン（Ｂとする）の様なＡ−Ｂ−Ａ型のブロック共重合体で、
主成分がＰＥＴ、副成分がＰＰの場合 → Ａ：極性基、Ｂ：非極性基
主成分がＰＰ、副成分がＰＥＴの場合 → Ａ：非極性基、Ｂ：極性基
で、かつ、ＡとＢの比重（Ａは両末端の合計）がＡ＜Ｂとなる様なブロックポリマーを利用すれば、ＰＥＴ材にＰＰ材を混入したリサイクルペレット、またはＰＰ材にＰＥＴ材を混入したリサイクルペレットが、製造できる。これは、一般的に極性の異なる分子同士は均一に分散・混合しない性質を示すが、極性基と非極性基を併せ持つブロックポリマーを導入することにより、ＰＥＴ材とＰＰ材との間で界面活性効果を発揮するためである。（非特許文献２参考）
【００３３】
また、コンベア装置６による徐冷乾燥工程は、溶融状態のプラスチック材料３が徐冷されて、このコンベア装置６の出口までに乾燥されるようにしているが、ここで、乾燥温度は、この工程における熱でプラスチック材料３が融解しない温度、すなわち融点以下の温度であり、コンベア通過時間は、入口で溶融状態のプラスチック材料３が十分に乾燥されるのに必要な時間を要するものであれば良い。本実施形態におけるこの工程は、図２に示す従来のように溶融状態のプラスチック材料３ａを水槽１３で急激に冷却して固化するのに対して、溶融状態のプラスチック材料３をコンベア装置６で徐冷により乾燥して固化するものであり、この徐例により固化する徐冷乾燥工程により含水率が低いリサイクルＰＥＴペレットとすることができるものである。
【００３４】
ここで、本実施形態で製作されたペレットの含水率が少なくなる理由について説明する。一般的に、熱可塑性プラスチックには、「結晶性」と「非晶性」の２種類があるが、これは合成方法にはよらず、ポリマーの分子構造に依存するものであり、ＰＥＴは結晶性ポリマーである。この結晶性ポリマーの結晶化は、溶融状態から冷却されて固体状態へと変わる過程に生成され、その冷却過程における環境が結晶化度に大きく影響する。すなわち、冷却過程において、溶融状態から急激に冷却して固化させると結晶性ポリマーの結晶化度が低下し、溶融状態からゆっくり冷却して固化させると結晶性ポリマーの結晶化度が上がる。結晶性ポリマーの結晶していない部分は「非晶状態」であり、結晶化度が低いと密度が低くなり、分子鎖間などから大気中の水分を吸収しやすく、成形後のペレット等の含水率が高くなり、結晶化度が高いと密度が高くなり含水率が低くなる。
【００３５】
また、この結晶の密度の違いは、前述した相溶化剤の有無も関係しており、この密度の違いによるペレット内部構造について、そのイメージ図として図３（ａ）（ｂ）に示す。ここでは、非ＰＥＴ材としてＰＰを用いた場合の例であり、同図において、（ａ）図は本実施形態により製作されたペレットの内部構造をイメージ図として示し、（ｂ）図は従来の方法により製作されたペレットの内部構造をイメージ図として示す。（ａ）図では、主原料のＰＥＴ内部において、ＰＰと相溶化剤が存在し、当該相溶化剤のＰＰに対する界面活性効果によりＰＰが微粒子を形成して均一に分散した状態となっているが、（ｂ）図ではＰＰの粒子が大きく不均一となっている。また、図から明らかなように、（ａ）図では表面近傍においてＰＰと相溶化剤の微粒子が緻密に並んで結晶化度が高い層を形成しているが、（ｂ）図ではＰＰが全体として不均一となっている。このため、（ａ）図では毛管現象による水分の浸透圧効果を防ぐ効果があり、含水率が増えるのを抑え、（ｂ）図では毛管現象による水分の浸透により容易に含水率が増える。
【００３６】
以上のことから、本実施形態では、原材料に相溶化剤を混合することと、熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させることとの相乗効果により、製造されたリサイクルＰＥＴペレットは、非ＰＥＴ材（ＰＰ）が均一かつ緻密に分散した状態で充填されていると共に、表面近傍に結晶化度が高い層を形成していることがわかる。この結果、この方法により製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、徐冷によりそれ自体が含水率が低いものであるばかりでなく、その後の水分の浸透も少なく含水率を増やさないものとなり、このペレットを利用して成形される再生成形品の含水率も低いものである。従って、この方法により得られたペレット及び再生成形品は含水率による物性の低下を防止できるものである。
【００３７】
また、以上の内容から、本実施形態に用いられる基材としては、結晶性のポリマーであることが好ましく、上記乾燥工程において、熱化学反応を生じないものが好ましく、基材の持つ結晶化度の大きさの違いには依存しない。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、製造されたリサイクルＰＥＴペレット及び当該ペレットにより（単独又は他の種類のペレットとブレンドして）製作した成形品は、含水率が低く、吸水性も低いので、特に水を含みやすい環境下で使用されるような成形品、例えば、傘のキャップ、洗面器やバケツ、多湿環境で使用されるフック、食事用の箸等々の成形品に利用して有効である。
【実施例１】
【００３９】
以上、本発明製造方法の実施形態について説明したが、次に、その具体的な実施例について説明する。以下、原材料から製作した成形品と、その成形品を試験片として行った力学試験方法及びその結果について説明する。
【００４０】
まず、試験片としての成形品の製作について、その原材料、製造方法について説明する。本実施例で用いたリサイクルＰＥＴは、使用済みＰＥＴボトルのフレークである。また、フレークは、使用前に不純物を最小限にするために洗浄し、乾燥させた。ボトルキャップはボトル本体から取り外し、全て廃棄されるため、キャップからＰＰ原料を得ることができない。そこで、リサイクルＰＰの代わりに、３種類のグレードのＰＰを使用した。各グレードは次の通りである。
【００４１】
ＰＰ１：Ｊ７００ＧＰ（ＭＩ＝８， Ｍｗ＝３．１ｘ１０５）（Ｈ：高分子量ＰＰ）
ＰＰ２：Ｊ９００ＧＰ（ＭＩ＝１３， Ｍｗ＝２．３ｘ１０５）（Ｍ：中分子量ＰＰ）
ＰＰ３：Ｊ３０００ＧＰ（ＭＩ＝３０， Ｍｗ＝１．９ｘ１０５）（Ｌ：低分子量ＰＰ）
【００４２】
これらＰＰは株式会社プライムポリマーから購入し、リサイクルＰＥＴと混練し、使用した。リサイクルＰＥＴ／ＰＰ比は、９５／５と、９０／１０で行った。これは、実際のＰＥＴボトルとボトルキャップの重量比に基づいて設定した。また、相溶化剤として、極性基変性スチレン・（エチレン・ブチレン）・スチレントリブロック共重合体（以下、ＳＥＢＳと記す）を使用し、添加量は１ｐｈｒ、３ｐｈｒ、５ｐｈｒおよび７ｐｈｒとした。（ｐｈｒ：樹脂１００％に対しての添加量）また参照サンプルとして、相溶化剤なしのブレンド試料も製作した。
【００４３】
そして、前述した実施の形態で説明した図１に示す製造工程に基づいて、ダンベル試験片を成形品として製作した。
【００４４】
まず、ブレンドを行う前に、リサイクルＰＥＴを１２０℃、５時間、除湿乾燥機中で乾燥させた。そして、リサイクルＰＥＴとＰＰをドライブレンドして、その後、供給機１を介して、押出成形機２に供給し、スクリュー温度２６５〜２９０℃、スクリュー回転速度３０ｍ／ｍｉｎに設定した、一軸スクリュー押出機（ＳＲＶ−Ｐ５００、日本油機社製）を使って混練した。押出された溶融状態のプラスチック材料３は、ペレット化前にコンベア装置６を通して徐冷乾燥さ、粉砕機７でペレット化した。その後、粉砕機７で製作されたペレットは、８０℃、５時間、ピッコロ乾燥機（五和工業社製）１０を用いて乾燥させた。そして、射出成形機１１として５０トン射出成形機（ＰＯ ＹＵＥＮ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＦＴＤ）を用いて、ダンベル試験片を製作した。ここで、本実施例で使用した金型は、長さ１７５ｍｍ、中央部幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍのダンベル形状キャビティーのものを使用し、ゲージ長さは１１５ｍｍであった。また、射出成形樹脂温度、金型温度、射出速度はそれぞれ２７０℃、３０℃、１００ｍｍ／ｓであった。
【００４５】
前述の実施例で製作された射出成形品としてのダンベル試験片の引張試験は、万能試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ ４４６６， ＩＮＳＴＲＯＮ ＵＳＡ）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に従って、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで行った。この試験では、ノッチ有り・無し試験片のＩｚｏｄ衝撃強度を測定するために東洋精機社製、ＤＧ−１Ｂを用いてＩｚｏｄ衝撃試験を行ったが、ダンベル試験片から、１０×６×３ｍｍのサイズに切り出して使用した。ノッチ深さは２ｍｍ、ノッチ角度は４５度に設定した。また試験は５サンプル以上で行い、衝撃強度を平均して算出した。
【００４６】
次に、表１に基づき、前述の力学試験結果について説明する。表中のデータ系列は５列あるが、第１列は「Ａ１〜Ａ５」及び「Ｂ１〜Ｂ５」の「サンプル」、第２列は各サンプルの「リサイクルＰＥＴの重量比」、第３列は各サンプルの「ＰＰの重量比」、第４列は各サンプルの「相溶化剤の添加量」、第５列はＩｚｏｄ衝撃試験を行った結果の破壊衝撃エネルギーを示している。ここで、リサイクルＰＥＴとＰＰ、および相溶化剤との配合比は、たとえば、サンプルＡ１〜Ａ５の場合、リサイクルＰＥＴ＝９５グラムに対して、ＰＰ＝５グラム混合し、相溶化剤を添加なし（０），１，３，５，７ｐｈｒ添加したサンプルであることを示している。また、サンプルＢ１〜Ｂ５の場合、リサイクルＰＥＴ＝９０グラムに対して、ＰＰを＝１０グラム混合し、相溶化剤を添加なし（０），１，３，５，７ｐｈｒ添加したサンプルであることを示している。また、第５列に示すＩｚｏｄ衝撃試験を行った結果の衝撃エネルギーの値は、この数値が大きい方が、強い衝撃に耐えられるということを示し、逆に値が小さいほど衝撃を与えた際に壊れやすいということを示しており、この表中の「ＮＢ」は破壊しないということを示している。なお、本試験では、ノッチ有り・無しについて行ったが、ＰＥＴとＰＰ及び相溶化剤を混合した成形品では、ノッチありのサンプルでは、Ｉｚｏｄ衝撃強度に差が見られなかった。表１ではノッチなしのデータのみ記載している。
【００４７】
【表１】
【００４８】
この表１から、前述した実施例に基づいて製作された成形品サンプルは、相溶化剤をＰＥＴとＰＰの材料に３ｐｈｒ以上添加することによって、製作したサンプル試験片が破壊しなくなったということがわかる。また、相溶化剤を１ｐｈｒのみ添加した場合においても、添加していない場合と比較して、Ｉｚｏｄ衝撃値が大きくなっていることがわかる。すなわち、本実施例で用いた相溶化剤を、ＰＥＴおよびＰＰと共にブレンドすることにより、衝撃特性を飛躍的に向上させることが可能であることがわかる。また、ＰＥＴとＰＰの重量比を異ならせたサンプル「Ａ１〜Ａ５」と「Ｂ１〜Ｂ５」においても、相溶化剤を３ｐｈｒ以上添加する場合、特に差がないことがわかる。
【００４９】
次に、図４に基づき、前述の実施例により製作されたリサイクルＰＥＴペレットの含水率について説明する。
【００５０】
縦軸にサンプルペレット中に含まれる水分量（重量％：１００グラムのサンプル中、何グラム含まれているかであり、例えば０．２ならば１００グラム中０．２グラムの水分が含まれていることを示している。）、横軸にペレットサンプルの乾燥機での乾燥時間を取り、乾燥時間の増加に伴う含水率の変化を表している。図では、本実施例で製作したリサイクルＰＥＴペレットを「□」（本実施サンプル）、一般的な製造工程で製作したリサイクルＰＥＴペレットを「■」（従来サンプル）で示している。
【００５１】
本実施例で製作したサンプルも従来例で製作したサンプルも、乾燥時間の増加に伴って、ペレット中の含水率が低下していることがわかる。また、乾燥なし（０ｍｉｎ：ペレット製作後１週間経過後）においても、本実施例で製作したリサイクルＰＥＴペレットの含水率は、一般的な製法と比較して、約半分の０．１１％であることがわかる。これより本実施例における製法では含水率が低いため、リサイクルＰＥＴ製品を成形（製作）する際に、原材料中に含まれる水分によって成形品の物性低下を生じにくくさせる、すなわち物性向上につながる。
【００５２】
以上、具体的な実施例に基づき製作されたペレットに基づき成形された試験片の試験結果から、前述した実施の形態で説明した作用効果が裏付けられた。
【００５３】
そして、実施例の結果から明らかなことは、リサイクルＰＥＴに対するＰＰの重量比が５％でも１０％でも大きな差異は無く、また、相溶化剤の添加の混合比については好ましくは３ｐｈｒ以上、従来品と単純比較すれば１ｐｈｒ以上あればその効果が得られるというものである。
【００５４】
実際の使用済みペットボトルについて着目した場合、ボトルキャップの大きさが同じで、ボトル本体は大きさと厚みが異なるものがあるので、その回収されたペットボトルの種類や大小の量によって、ボトルキャップ付のペットボトルをフレーク化した場合、そのリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料におけるＰＰの重量比が特定はできないが、ペットボトルの現状を考慮に入れた場合、その重量比は、ほぼ５％〜１０％に入り、前述のように、その作用効果に差異はない。
【００５５】
また、前述の実施例では、使用済みペットボトルの不純物を最小限にしたリサイクルＰＥＴと、別途、準備したＰＰとを原材料としているので、当然こととして、ボトルキャップを取り外したリサイクルＰＥＴと非ＰＥＴ材との混合であっても、本発明は含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
ＰＥＴを主原料として製作された使用済みペットボトルを回収して再利用する際に、そのボトルキャップがＰＥＴ材と異なるプラスチック材料であるＰＰ等により製作されていたとしても、分別することなくフレーク化したリサイクルＰＥＴを主原料として、これをペレット化するリサイクルＰＥＴペレットの製造方法や、その製造方法により製作されたペレットを原材料として成形品を製作する再生成形品の製造方法、及び当該方法により生産された再生成形品等に利用でき、使用済みペットボトルの種類や大小、非ＰＥＴ材を使用したボトルキャップの材料に限定されることなく、利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 原料の供給機
２ 成形機
３ 溶融状態のプラスチック材料３
４ アニーリングベルトコンベア
５ ヒートファン
６ コンベア装置
７ 粉砕機
８ 搬送手段
９ ブレンド工程
１０ ピッコロ乾燥機
１１ 超高速射出成形機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みペットボトルをフレーク化したリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料としてペレット化したリサイクルＰＥＴペレットの製造方法、その製造方法により製作されたペレットを原材料として成形品を製作する再生成形品の製造方法及び当該方法により生産された再生成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペットボトルをはじめとするプラスチック製品の使用は甚大であり、環境問題やエネルギー資源問題の観点からも、使用済みプラスチックス製品の回収、リユース、リサイクルを行うことは非常に重要な社会問題の一つである。しかしながら、プラスチックスのリサイクル方法には、マテリアルリサイクルやケミカルリサイクル、サーマルリサイクルなどがあるが、従来法では、いずれもリサイクル時の過度のエネルギー消費やリサイクル製品の物性低下などの問題があった。例えば、熱可塑性ポリマーであり、重縮合反応により生成されたポリマーのマテリアルリサイクルにおいては、リサイクル時の水分の影響により、力学物性が低下する問題があった。
【０００３】
そこで、リサイクル製品の物性低下を防止するための対策が種々提案されている。例えば、リサイクルＰＥＴ樹脂を原料とし、改質材を添加して成形する方法において、フレーク、ペレット等のリサイクルＰＥＴ樹脂原料を加熱乾燥して成形する際に、改質材の融着現象（ブリッジ現象）を防止し、成形をスムーズに達成し得るものが提案されている（例えば、特許文献１）。この文献では、リサイクＰＥＴペレットを成形時の原材料として使用する際において、対策を施したものである。
【０００４】
また、ペットボトル等のリサイクル製品の使用時に、その耐久性の対策を施したものも提案されている（例えば、特許文献２）。これは、使用済みペットボトルから得られるリサイクルＰＥＴを利用した暗渠管において、リサイクルＰＥＴを主素材として、耐薬品性を有する被覆材との組合せや、その際に相溶化剤を用いてアロイ化する等により、劣化し難い耐久性に優れたものを提供しようとするものである。
【０００５】
また、２種類の高分子の共重合体を形成するための添加剤としての相溶化剤は、特に、種類が異なるリサイクルプラスチック材料をブレンドしてリサイクル成形品を製作する場合、不可欠なものとして注目されていた（非特許文献１）。
【０００６】
一方、リサイクル、再処理を意識したペットボトルとして、特にキャップ部の形状に工夫を施したものも提案されている（例えば、特許文献３）。また、回収した使用済みペットボトルから、本体とキャップを、分離、分別するための装置に関するものも、種々提案されている（例えば、特許文献４，５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６１８８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４９５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３７０７６０号公報
【特許文献４】特開２００２−２９２６３０号公報
【特許文献５】特開２００７−２７６２５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「プラスチックの相溶化剤と開発技術―分類・評価・リサイクル―」，（株）シーエムシー出版，編集：秋山三郎 １９９９年５月発行
【非特許文献２】Markku Heino, Jouni Kirjava, et al., Journal of Applied PolymerScience, vol.65(1997)pp.241-249.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、使用済みペットボトルのリサイクルに関連して、そのリサイクルプラスチックの再生成形品の品質改善等に向けた種々の対策や取り組みが行われているが、使用済みペットボトルの回収における現状は、原材料を可能な限り分別して使用するという観点から、ＰＥＴにより製作されたペットボトル本体とＰＰ（ポリプロピレン）等により製作されたボトルキャップとの分別を行わなければならず、その回収は、煩雑、かつ分別コスト、時間がかかるという問題があり、効率的なリサイクル方法とは言えなかった。このため、分別されずに回収した後、埋め立て処理されることもあり、回収後の用途等についても不明瞭であるため、消費者の環境問題およびリサイクルへの問題意識の関心が阻害されるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、使用済みペットボトルから得られるリサイクルＰＥＴペレット及びそのペレットを主原材料とするリサイクル成形品を効率的かつ低コストで製造することができると共に、その耐衝撃性があり、含水率が低いペレットや成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために、リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化することによりリサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１２】
また、第２の課題解決手段は、前記フレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とするプラスチック原料に、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを含んでリサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１３】
また、第３の課題解決手段は、前記フレークにしたリサイクルＰＥＴとして、ボトルキャップを取り外したＰＥＴを用い、このリサイクルＰＥＴに非ＰＥＴ材を混合して、非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料とし、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１４】
また、第４の課題解決手段は、前記非ＰＥＴ材として、ＰＰ（ポリプロピレン）を用いて、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１５】
また、第５の課題解決手段は、前記非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料に対し、相溶化剤を、少なくとも１ｐｈｒ以上添加して、リサイクルＰＥＴペレットを製造するものである。
【００１６】
また、第６の課題解決手段は、前記相溶化剤として、極性基および非極性基を併せ持つブロック共重合体を使用することを要旨とする。
【００１７】
また、第７の課題解決手段は、以上のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴペレットである。
【００１８】
また、第８の課題解決手段は、キャップ付リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化し、更に、当該リサイクルＰＥＴペレットを原材料として、単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することにより、リサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品の製造方法である。
【００１９】
また、第９の課題解決手段は、手段８に記載の製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品である。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように本発明のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法は、使用済みペットボトルをフレーク化したものをペレット化するに際し、ＰＥＴ単独ではなく、非ＰＥＴ材を混合してプラスチック原料とすることができるため、使用済みペットボトルの回収時には非ＰＥＴ材であるボトルキャップを取り外す必要がないので、その分別に関する時間やコストが必要でなく効率的な回収が可能となる。
【００２１】
また、この製造方法では、リサイクルＰＥＴを主原料とした混合プラスチック原料を相溶化剤と共に混練するので、種類が異なる非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料にもかかわらず、混練された成形品は、耐衝撃性、強度、接着性の改質等に優れたリサイクルＰＥＴペレットが得られる。
【００２２】
また、混練し成形して乾燥する段階で、押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させることにより、徐冷により乾燥させることができ、その結果製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、ポリマーの結晶化度が上がり、含水率が低い、品質が安定したリサイクルＰＥＴペレットとなる。
【００２３】
また、前記非ＰＥＴ材を混合したプラスチック原料は、ペットボトルのボトルキャップを取り外したＰＥＴ材のみのリサイクルＰＥＴ材の場合でも、他のＰＰ等の非ＰＥＴ材と混合することにより、同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、このリサイクルＰＥＴペレットを使用し、製品に対応して単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することにより、含水率が低い、耐衝撃性、強度、接着性の改質等に優れた成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明製造方法の実施のための製造工程図
【図２】従来製造方法の実施のための製造工程図
【図３】ペレット内部構造を説明するためのイメージ図で、（ａ）図は本実施例を示すイメージ図、（ｂ）図は従来例を示すイメージ図
【図４】実施例と従来例におけるペレットの含水率と乾燥時間の関係を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１に基づいて、本発明におけるリサイクルＰＥＴペレットの製造方法の実施の形態の概要について、説明する。
【００２７】
図１は、本発明製造方法の実施形態を説明するための概略を示す製造工程図である。図において、１は原料の供給機であり、リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給する。２は成形機であり、供給機１で混合して供給されたプラスチック原料を混練すると共に押し出し成形する。この押出成形機２より押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料３は、次工程のアニーリングベルトコンベア４とヒートファン５を有する徐冷乾燥工程のコンベア装置６の中に搬送され、ここで溶融状態のプラスチック材料３は徐冷されて、このコンベア装置６の出口までに乾燥される。ここで乾燥されたプラスチック材料３は、次工程のペレット化工程である粉砕機７で所定の大きさにカッティングされることにより、リサイクルＰＥＴペレットとして製造される。
【００２８】
そして、以上のようにして製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、搬送手段８により、ブレンド工程９において、目的とする最終成形品の形態や物性に応じて、他のプラスチック材料ペレットとブレンドされ、成形直前の乾燥工程であるピッコロ乾燥機１０による乾燥の後、超高速射出成形機１１によって所定の形状に成形され、使用済みペットボトルを利用した再生成形品として搬出１２される。
【００２９】
前述の供給機１に供給される非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料は、後述する相溶化剤との混合を条件として、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを混合したままフレーク化したものを含むものである。一般に、使用されているペットボトルの本体はＰＥＴを材料として形成されているが、ペットボトルキャップはＰＰ（ポリプロピレン）等の非ＰＥＴ材であるため、使用済みペットボトルをリサイクルする際には、純度を高めるための原材料の分別の観点から、通常は、ボトルキャップはボトル本体から取り外して回収され、個別のプラスチック材料としてペレット化して利用されている。本実施形態では、後述する実施例の実験結果に基づき、このペットボトルのボトルキャップをボトル本体のＰＥＴと分離することなくそのまま回収してフレーク化したものを、ＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料として利用可能としたものである。
【００３０】
ここで、現在、一般に使用されているペットボトルのボトルキャップは、重量比で示すと、ＰＥＴ本体に対する割合が、５〜１０％である（これは、キャップの大きさがほぼ一定であるものに対して、本体は、メーカや種類によって大きさが異なるものや厚みが異なるものがあるため、必ずしも一定ではない。）。従って、本実施形態では、使用済みペットボトルのキャップを取り外した純粋な本体のみのＰＥＴと、ＰＰ等の非ＰＥＴ材との混合であっても、その割合が、ＰＥＴの９５〜９０％に対して、非ＰＥＴ材が５〜１０％であれば同等の物性を有するものとして利用することができる。すなわち、本実施形態における非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料は、使用済みペットボトルのボトルキャップを本体のＰＥＴと分離することなくそのまま回収してフレーク化したものと、使用済みペットボトルのキャップを取り外した純粋な本体のみのＰＥＴにＰＰ等の非ＰＥＴ材を混合したものを含む。
【００３１】
次に、供給機１に非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と共に供給される相溶化剤は、ＰＥＴ材とＰＰ等非ＰＥＴ材との共重合体を形成するために添加されるもので、ＰＥＴ材に混合される非ＰＥＴ材の種類に適合した相溶化剤を使用する必要がある。これは、ペットボトルの種類（特にボトルキャップの原材料等）や、純粋ＰＥＴ材に混合される非ＰＥＴ材の種類等により、高分子共重合体を形成する状態が異なるため、最も適合する特性を有する相溶化剤を選択すればよい。
【００３２】
ここで、ＰＥＴ材とＰＰ材との混合の場合、相溶化剤は、好ましくは例えばスチレン（Ａとする）とエチレンブチレン（Ｂとする）の様なＡ−Ｂ−Ａ型のブロック共重合体で、
主成分がＰＥＴ、副成分がＰＰの場合 → Ａ：極性基、Ｂ：非極性基
主成分がＰＰ、副成分がＰＥＴの場合 → Ａ：非極性基、Ｂ：極性基
で、かつ、ＡとＢの比重（Ａは両末端の合計）がＡ＜Ｂとなる様なブロックポリマーを利用すれば、ＰＥＴ材にＰＰ材を混入したリサイクルペレット、またはＰＰ材にＰＥＴ材を混入したリサイクルペレットが、製造できる。これは、一般的に極性の異なる分子同士は均一に分散・混合しない性質を示すが、極性基と非極性基を併せ持つブロックポリマーを導入することにより、ＰＥＴ材とＰＰ材との間で界面活性効果を発揮するためである。（非特許文献２参考）
【００３３】
また、コンベア装置６による徐冷乾燥工程は、溶融状態のプラスチック材料３が徐冷されて、このコンベア装置６の出口までに乾燥されるようにしているが、ここで、乾燥温度は、この工程における熱でプラスチック材料３が融解しない温度、すなわち融点以下の温度であり、コンベア通過時間は、入口で溶融状態のプラスチック材料３が十分に乾燥されるのに必要な時間を要するものであれば良い。本実施形態におけるこの工程は、図２に示す従来のように溶融状態のプラスチック材料３ａを水槽１３で急激に冷却して固化するのに対して、溶融状態のプラスチック材料３をコンベア装置６で徐冷により乾燥して固化するものであり、この徐例により固化する徐冷乾燥工程により含水率が低いリサイクルＰＥＴペレットとすることができるものである。
【００３４】
ここで、本実施形態で製作されたペレットの含水率が少なくなる理由について説明する。一般的に、熱可塑性プラスチックには、「結晶性」と「非晶性」の２種類があるが、これは合成方法にはよらず、ポリマーの分子構造に依存するものであり、ＰＥＴは結晶性ポリマーである。この結晶性ポリマーの結晶化は、溶融状態から冷却されて固体状態へと変わる過程に生成され、その冷却過程における環境が結晶化度に大きく影響する。すなわち、冷却過程において、溶融状態から急激に冷却して固化させると結晶性ポリマーの結晶化度が低下し、溶融状態からゆっくり冷却して固化させると結晶性ポリマーの結晶化度が上がる。結晶性ポリマーの結晶していない部分は「非晶状態」であり、結晶化度が低いと密度が低くなり、分子鎖間などから大気中の水分を吸収しやすく、成形後のペレット等の含水率が高くなり、結晶化度が高いと密度が高くなり含水率が低くなる。
【００３５】
また、この結晶の密度の違いは、前述した相溶化剤の有無も関係しており、この密度の違いによるペレット内部構造について、そのイメージ図として図３（ａ）（ｂ）に示す。ここでは、非ＰＥＴ材としてＰＰを用いた場合の例であり、同図において、（ａ）図は本実施形態により製作されたペレットの内部構造をイメージ図として示し、（ｂ）図は従来の方法により製作されたペレットの内部構造をイメージ図として示す。（ａ）図では、主原料のＰＥＴ内部において、ＰＰと相溶化剤が存在し、当該相溶化剤のＰＰに対する界面活性効果によりＰＰが微粒子を形成して均一に分散した状態となっているが、（ｂ）図ではＰＰの粒子が大きく不均一となっている。また、図から明らかなように、（ａ）図では表面近傍においてＰＰと相溶化剤の微粒子が緻密に並んで結晶化度が高い層を形成しているが、（ｂ）図ではＰＰが全体として不均一となっている。このため、（ａ）図では毛管現象による水分の浸透圧効果を防ぐ効果があり、含水率が増えるのを抑え、（ｂ）図では毛管現象による水分の浸透により容易に含水率が増える。
【００３６】
以上のことから、本実施形態では、原材料に相溶化剤を混合することと、熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させることとの相乗効果により、製造されたリサイクルＰＥＴペレットは、非ＰＥＴ材（ＰＰ）が均一かつ緻密に分散した状態で充填されていると共に、表面近傍に結晶化度が高い層を形成していることがわかる。この結果、この方法により製作されたリサイクルＰＥＴペレットは、徐冷によりそれ自体が含水率が低いものであるばかりでなく、その後の水分の浸透も少なく含水率を増やさないものとなり、このペレットを利用して成形される再生成形品の含水率も低いものである。従って、この方法により得られたペレット及び再生成形品は含水率による物性の低下を防止できるものである。
【００３７】
また、以上の内容から、本実施形態に用いられる基材としては、結晶性のポリマーであることが好ましく、上記乾燥工程において、熱化学反応を生じないものが好ましく、基材の持つ結晶化度の大きさの違いには依存しない。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、製造されたリサイクルＰＥＴペレット及び当該ペレットにより（単独又は他の種類のペレットとブレンドして）製作した成形品は、含水率が低く、吸水性も低いので、特に水を含みやすい環境下で使用されるような成形品、例えば、傘のキャップ、洗面器やバケツ、多湿環境で使用されるフック、食事用の箸等々の成形品に利用して有効である。
【実施例１】
【００３９】
以上、本発明製造方法の実施形態について説明したが、次に、その具体的な実施例について説明する。以下、原材料から製作した成形品と、その成形品を試験片として行った力学試験方法及びその結果について説明する。
【００４０】
まず、試験片としての成形品の製作について、その原材料、製造方法について説明する。本実施例で用いたリサイクルＰＥＴは、使用済みＰＥＴボトルのフレークである。また、フレークは、使用前に不純物を最小限にするために洗浄し、乾燥させた。ボトルキャップはボトル本体から取り外し、全て廃棄されるため、キャップからＰＰ原料を得ることができない。そこで、リサイクルＰＰの代わりに、３種類のグレードのＰＰを使用した。各グレードは次の通りである。
【００４１】
ＰＰ１：Ｊ７００ＧＰ（ＭＩ＝８， Ｍｗ＝３．１ｘ１０５）（Ｈ：高分子量ＰＰ）
ＰＰ２：Ｊ９００ＧＰ（ＭＩ＝１３， Ｍｗ＝２．３ｘ１０５）（Ｍ：中分子量ＰＰ）
ＰＰ３：Ｊ３０００ＧＰ（ＭＩ＝３０， Ｍｗ＝１．９ｘ１０５）（Ｌ：低分子量ＰＰ）
【００４２】
これらＰＰは株式会社プライムポリマーから購入し、リサイクルＰＥＴと混練し、使用した。リサイクルＰＥＴ／ＰＰ比は、９５／５と、９０／１０で行った。これは、実際のＰＥＴボトルとボトルキャップの重量比に基づいて設定した。また、相溶化剤として、極性基変性スチレン・（エチレン・ブチレン）・スチレントリブロック共重合体（以下、ＳＥＢＳと記す）を使用し、添加量は１ｐｈｒ、３ｐｈｒ、５ｐｈｒおよび７ｐｈｒとした。（ｐｈｒ：樹脂１００％に対しての添加量）また参照サンプルとして、相溶化剤なしのブレンド試料も製作した。
【００４３】
そして、前述した実施の形態で説明した図１に示す製造工程に基づいて、ダンベル試験片を成形品として製作した。
【００４４】
まず、ブレンドを行う前に、リサイクルＰＥＴを１２０℃、５時間、除湿乾燥機中で乾燥させた。そして、リサイクルＰＥＴとＰＰをドライブレンドして、その後、供給機１を介して、押出成形機２に供給し、スクリュー温度２６５〜２９０℃、スクリュー回転速度３０ｍ／ｍｉｎに設定した、一軸スクリュー押出機（ＳＲＶ−Ｐ５００、日本油機社製）を使って混練した。押出された溶融状態のプラスチック材料３は、ペレット化前にコンベア装置６を通して徐冷乾燥さ、粉砕機７でペレット化した。その後、粉砕機７で製作されたペレットは、８０℃、５時間、ピッコロ乾燥機（五和工業社製）１０を用いて乾燥させた。そして、射出成形機１１として５０トン射出成形機（ＰＯ ＹＵＥＮ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＦＴＤ）を用いて、ダンベル試験片を製作した。ここで、本実施例で使用した金型は、長さ１７５ｍｍ、中央部幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍのダンベル形状キャビティーのものを使用し、ゲージ長さは１１５ｍｍであった。また、射出成形樹脂温度、金型温度、射出速度はそれぞれ２７０℃、３０℃、１００ｍｍ／ｓであった。
【００４５】
前述の実施例で製作された射出成形品としてのダンベル試験片の引張試験は、万能試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ ４４６６， ＩＮＳＴＲＯＮ ＵＳＡ）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に従って、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで行った。この試験では、ノッチ有り・無し試験片のＩｚｏｄ衝撃強度を測定するために東洋精機社製、ＤＧ−１Ｂを用いてＩｚｏｄ衝撃試験を行ったが、ダンベル試験片から、１０×６×３ｍｍのサイズに切り出して使用した。ノッチ深さは２ｍｍ、ノッチ角度は４５度に設定した。また試験は５サンプル以上で行い、衝撃強度を平均して算出した。
【００４６】
次に、表１に基づき、前述の力学試験結果について説明する。表中のデータ系列は５列あるが、第１列は「Ａ１〜Ａ５」及び「Ｂ１〜Ｂ５」の「サンプル」、第２列は各サンプルの「リサイクルＰＥＴの重量比」、第３列は各サンプルの「ＰＰの重量比」、第４列は各サンプルの「相溶化剤の添加量」、第５列はＩｚｏｄ衝撃試験を行った結果の破壊衝撃エネルギーを示している。ここで、リサイクルＰＥＴとＰＰ、および相溶化剤との配合比は、たとえば、サンプルＡ１〜Ａ５の場合、リサイクルＰＥＴ＝９５グラムに対して、ＰＰ＝５グラム混合し、相溶化剤を添加なし（０），１，３，５，７ｐｈｒ添加したサンプルであることを示している。また、サンプルＢ１〜Ｂ５の場合、リサイクルＰＥＴ＝９０グラムに対して、ＰＰを＝１０グラム混合し、相溶化剤を添加なし（０），１，３，５，７ｐｈｒ添加したサンプルであることを示している。また、第５列に示すＩｚｏｄ衝撃試験を行った結果の衝撃エネルギーの値は、この数値が大きい方が、強い衝撃に耐えられるということを示し、逆に値が小さいほど衝撃を与えた際に壊れやすいということを示しており、この表中の「ＮＢ」は破壊しないということを示している。なお、本試験では、ノッチ有り・無しについて行ったが、ＰＥＴとＰＰ及び相溶化剤を混合した成形品では、ノッチありのサンプルでは、Ｉｚｏｄ衝撃強度に差が見られなかった。表１ではノッチなしのデータのみ記載している。
【００４７】
【表１】
【００４８】
この表１から、前述した実施例に基づいて製作された成形品サンプルは、相溶化剤をＰＥＴとＰＰの材料に３ｐｈｒ以上添加することによって、製作したサンプル試験片が破壊しなくなったということがわかる。また、相溶化剤を１ｐｈｒのみ添加した場合においても、添加していない場合と比較して、Ｉｚｏｄ衝撃値が大きくなっていることがわかる。すなわち、本実施例で用いた相溶化剤を、ＰＥＴおよびＰＰと共にブレンドすることにより、衝撃特性を飛躍的に向上させることが可能であることがわかる。また、ＰＥＴとＰＰの重量比を異ならせたサンプル「Ａ１〜Ａ５」と「Ｂ１〜Ｂ５」においても、相溶化剤を３ｐｈｒ以上添加する場合、特に差がないことがわかる。
【００４９】
次に、図４に基づき、前述の実施例により製作されたリサイクルＰＥＴペレットの含水率について説明する。
【００５０】
縦軸にサンプルペレット中に含まれる水分量（重量％：１００グラムのサンプル中、何グラム含まれているかであり、例えば０．２ならば１００グラム中０．２グラムの水分が含まれていることを示している。）、横軸にペレットサンプルの乾燥機での乾燥時間を取り、乾燥時間の増加に伴う含水率の変化を表している。図では、本実施例で製作したリサイクルＰＥＴペレットを「□」（本実施サンプル）、一般的な製造工程で製作したリサイクルＰＥＴペレットを「■」（従来サンプル）で示している。
【００５１】
本実施例で製作したサンプルも従来例で製作したサンプルも、乾燥時間の増加に伴って、ペレット中の含水率が低下していることがわかる。また、乾燥なし（０ｍｉｎ：ペレット製作後１週間経過後）においても、本実施例で製作したリサイクルＰＥＴペレットの含水率は、一般的な製法と比較して、約半分の０．１１％であることがわかる。これより本実施例における製法では含水率が低いため、リサイクルＰＥＴ製品を成形（製作）する際に、原材料中に含まれる水分によって成形品の物性低下を生じにくくさせる、すなわち物性向上につながる。
【００５２】
以上、具体的な実施例に基づき製作されたペレットに基づき成形された試験片の試験結果から、前述した実施の形態で説明した作用効果が裏付けられた。
【００５３】
そして、実施例の結果から明らかなことは、リサイクルＰＥＴに対するＰＰの重量比が５％でも１０％でも大きな差異は無く、また、相溶化剤の添加の混合比については好ましくは３ｐｈｒ以上、従来品と単純比較すれば１ｐｈｒ以上あればその効果が得られるというものである。
【００５４】
実際の使用済みペットボトルについて着目した場合、ボトルキャップの大きさが同じで、ボトル本体は大きさと厚みが異なるものがあるので、その回収されたペットボトルの種類や大小の量によって、ボトルキャップ付のペットボトルをフレーク化した場合、そのリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料におけるＰＰの重量比が特定はできないが、ペットボトルの現状を考慮に入れた場合、その重量比は、ほぼ５％〜１０％に入り、前述のように、その作用効果に差異はない。
【００５５】
また、前述の実施例では、使用済みペットボトルの不純物を最小限にしたリサイクルＰＥＴと、別途、準備したＰＰとを原材料としているので、当然こととして、ボトルキャップを取り外したリサイクルＰＥＴと非ＰＥＴ材との混合であっても、本発明は含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
ＰＥＴを主原料として製作された使用済みペットボトルを回収して再利用する際に、そのボトルキャップがＰＥＴ材と異なるプラスチック材料であるＰＰ等により製作されていたとしても、分別することなくフレーク化したリサイクルＰＥＴを主原料として、これをペレット化するリサイクルＰＥＴペレットの製造方法や、その製造方法により製作されたペレットを原材料として成形品を製作する再生成形品の製造方法、及び当該方法により生産された再生成形品等に利用でき、使用済みペットボトルの種類や大小、非ＰＥＴ材を使用したボトルキャップの材料に限定されることなく、利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 原料の供給機
２ 成形機
３ 溶融状態のプラスチック材料３
４ アニーリングベルトコンベア
５ ヒートファン
６ コンベア装置
７ 粉砕機
８ 搬送手段
９ ブレンド工程
１０ ピッコロ乾燥機
１１ 超高速射出成形機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化することにより製造することを特徴とするリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項２】
前記フレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とするプラスチック原料に、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを含むことを特徴とする請求項１に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項３】
前記フレークにしたリサイクルＰＥＴは、ボトルキャップを取り外したＰＥＴであり、このリサイクルＰＥＴに非ＰＥＴ材を混合して、非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料としたことを特徴とする請求項１に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項４】
前記非ＰＥＴ材は、ＰＰ（ポリプロピレン）であることを特徴とする請求項３に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項５】
前記非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料に対し、相溶化剤を、少なくとも１ｐｈｒ以上添加することを特徴とする請求項１〜４に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項６】
前記相溶化剤は、極性基および非極性基を併せ持つブロック共重合体を使用することを特徴とする請求項１〜４に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴペレット。
【請求項８】
キャップ付リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成型品をカットしてペレット化し、
更に、当該リサイクルＰＥＴペレットを原材料として、単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することを特徴とするリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品。
【請求項１】
リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成形品をカットしてペレット化することにより製造することを特徴とするリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項２】
前記フレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とするプラスチック原料に、非ＰＥＴ材であるリサイクルペットボトルのボトルキャップを含むことを特徴とする請求項１に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項３】
前記フレークにしたリサイクルＰＥＴは、ボトルキャップを取り外したＰＥＴであり、このリサイクルＰＥＴに非ＰＥＴ材を混合して、非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料としたことを特徴とする請求項１に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項４】
前記非ＰＥＴ材は、ＰＰ（ポリプロピレン）であることを特徴とする請求項３に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項５】
前記非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料に対し、相溶化剤を、少なくとも１ｐｈｒ以上添加することを特徴とする請求項１〜４に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項６】
前記相溶化剤は、極性基および非極性基を併せ持つブロック共重合体を使用することを特徴とする請求項１〜４に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載のリサイクルＰＥＴペレットの製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴペレット。
【請求項８】
キャップ付リサイクルペットボトルをフレークにしたリサイクルＰＥＴを主原料とした非ＰＥＴ材混合のプラスチック原料と、相溶化剤とを混合して供給し、これを押出成形機により混練するとともに押し出し成形し、この押し出し成形された溶融状態のプラスチック材料を、当該プラスチック材料の融点以下の乾燥温度に設定された熱乾燥手段を備えたコンベア装置を通して乾燥させ、その乾燥されたプラスチック成型品をカットしてペレット化し、
更に、当該リサイクルＰＥＴペレットを原材料として、単独又は他のペレット原材料とブレンドし、成形機によって所定の再生製品に成形することを特徴とするリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法に基づいて製造されたリサイクルＰＥＴに基づいて製作された再生成形品。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図２】
【図４】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−６５２１（Ｐ２０１１−６５２１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４９２２３（Ｐ２００９−１４９２２３）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（５０９１４０４１２）株式会社Ｓ−ｃｏｍｐａｎｙ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（５０９１４０４１２）株式会社Ｓ−ｃｏｍｐａｎｙ (2)
【Ｆターム（参考）】
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