説明

架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法及びポリオレフィン樹脂

【課題】安定した加工特性及び表面性状等をもつ再生材(ポリオレフィン樹脂)を得ることができる架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法を提供する。
【解決手段】処理対象としての架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖に剪断力を加えることにより、前記架橋ポリオレフィン樹脂を熱可塑化する方法において、前記分子鎖に剪断力を加えるにあたり、前記架橋ポリオレフィン樹脂にその微粉粒子の最大断面粒径Dを0.2mm≦D≦2mmとするような微粉化処理を施すことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電線あるいは電力ケーブル・送水管等の被覆材料として用いられた架橋ポリオレフィン樹脂の可塑化方法に関し、特に使用済みとなった架橋ポリオレフィン樹脂の廃材から再生ポリオレフィン樹脂を得る場合に好適な架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法、及びその方法により得られたポリオレフィン樹脂に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、電線あるいは電力ケーブルの被覆材料として用いられている架橋ポリオレフィン樹脂のポリエチレンは、要求される耐熱特性を満足するため、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物によるラジカル反応,あるいはシランカップリング剤の縮合反応によるシロキサン結合の生成を用い分子間を結合する架橋処理が施されて作製されている。
【0003】
しかし、このように架橋処理された架橋ポリオレフィン樹脂は、耐熱性が高いという被覆材料としての利点を有する反面、良好な耐熱性が故に加熱しても軟化溶融せず,使用済みの架橋ポリエチレンをリサイクル材として再使用(リサイクル)することを困難なものにしている。
【0004】
近年、環境保全に対する要求が厳しくなり、使用済み廃材の資源としてのリサイクルが求められる中、架橋ポリオレフィン樹脂についても種々の再生技術が検討されてきている。
【0005】
この種の架橋ポリオレフィン樹脂の再生技術の一つとして、超臨界流体処理による方法(例えば特許文献1,2参照)を用いるものが知られている。
【0006】
この方法は、超臨界水や超臨界アルコール・超臨界二酸化炭素等を用いて行われ、実験的には再生化が可能であることが確認されているが、処理コストや設備(装置)コストが嵩み、実用化はまだ先という状況である。
【0007】
更に、他の再生技術として、架橋樹脂を粉砕する技術(例えば特許文献3〜5参照)も知られているが、これらの技術によって得られる架橋ポリオレフィン廃材の粉末は充填材以外の用途が見当たらないのが現状である。
【0008】
一方、混練機等を用い、架橋ポリオレフィン樹脂に剪断力を加えてその分子鎖を切断することにより低分子量化し、電線及び電力ケーブル等の被覆材料としてリサイクル可能な所望の特性が得られるよう架橋ポリオレフィン樹脂を熱可塑化する方法は、特に高トルク・高速回転数のモータを利用した高剪断用の二軸押出機の開発に伴い多用されてきている(例えば特許文献6〜9)。
【特許文献1】特開2002−187976号公報
【特許文献2】特開2001−252636号公報
【特許文献3】特開平9−31204号公報
【特許文献4】特開平9−157467号公報
【特許文献5】特開昭57−136号公報
【特許文献6】特許第3026270号公報
【特許文献7】特開平11−189670号公報
【特許文献8】特開2001−131331号公報
【特許文献9】特開2001−347559号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし、剪断により分子鎖を切断する従来の架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法(特許文献6〜9)では、使用済みの架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖の切断箇所を制御することが非常に難しいことから、得られるリサイクル樹脂中に架橋が切断された箇所と架橋が残存する箇所とが混在することとなり、所望する(安定した)加工特性及び表面性状等の各特性がバランスしているリサイクル樹脂が得られなかった。特に、電線・ケーブル廃材の場合、幾多の段階を経て最終的には不定形のナゲットに粉砕されるが、形状や大きさの異なるナゲットが混在しており,混練機に均一に噛み込まないため、物性が不均一であり、また局所的に架橋が残る微小な架橋樹脂塊(押出成型物や射出成型物に混入すると、外観異常の原因となる)が見られ、得られる再生材の特性低下の原因となっていた。
【0010】
そこで、本発明者等はナゲットサイズの均等化の検討を開始し、その過程で廃材をナゲットにする場合はその形状と大きさが均等化された状態となるような微粉化処理を施せば、混練機で同じ処理条件にて処理を行う場合,均等化しないナゲットと均等化した粉末との間で,得られる物性値に大きな差異が生じる事を見出した。すなわち、均等化する微粉化処理の有無により得られる再生材の熱可塑化の程度(ここでは、加工性の指標となるメルト・フロー・レート(MFR)及び架橋ポリオレフィンが残存しているかどうかを示すゲル分率により評価)が著しく進行する。この現象を利用することにより、安定したMFR(熱可塑化が十分に進み,容易に加工できるような値)及び低ゲル分率の再生材(ポリオレフィン樹脂)を得ることができる。
【0011】
従って、本発明の目的は、分子鎖の切断箇所を制御することができ、もって安定した加工特性及び表面形状等をもつ再生材(ポリオレフィン樹脂)を得ることができる架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するために、本発明は、処理対象としての架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖に剪断力を加えることにより、前記架橋ポリオレフィン樹脂を熱可塑化する方法において、前記分子鎖に剪断力を加えるにあたり、前記架橋ポリオレフィン樹脂にその微粉粒子の最大断面粒径Dを0.2mm≦D≦2mmとするような微粉化処理を施すことを特徴とする架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法を提供する。
更に、本発明は、前記架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法により得られたことを特徴とするポリオレフィン樹脂を提供する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によると、架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖の切断箇所を制御することができ、安定した加工特性及び表面形状等をもつ再生材(ポリオレフィン樹脂)を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
[架橋ポリオレフィンの熱可塑化方法]
本発明の熱可塑化方法に用いられる処理対象としての架橋ポリオレフィン樹脂は、シラン架橋及び化学架橋が施された架橋型屋外架空配電線の廃材を使用した。シラン架橋ポリオレフィン樹脂の架橋度はゲル分率で63%、化学架橋ポリオレフィン樹脂のそれは同じくゲル分率で82%であった。両廃材は、それぞれ粗粉砕後に平均粒径8mmのナゲットに粉砕した。粒径5mmのナゲットは、平均粒径8mmのナゲットを目開き5mm(直径)の篩いで選別し、さらに目開き2mm(直径)の篩いにかけて残ったものを使用した。粒径2mm以下の粉体については、平均粒径8mmのナゲットをミルにより粉砕する事により得た。なお,顕微鏡により粒径を実測して使用した。表1に供試材料の一覧を示す。
【0015】
多軸押出機としては同方向回転型の二軸押出機(スクリュ径D=15mm,スクリュ有効長L/D=60)と同方向回転型の四軸押出機(スクリュ径D=15mm,スクリュ有効長L/D=60)とを使用した。また、多軸押出機のスクリュを構成する全ゾーンに対し、架橋ポリオレフィン樹脂に剪断力を加えるために寄与するニーディング・ゾーンの占める比率(%)が互いに異なるスクリュA,Bを用いた。これを表2に示す。
【0016】
MFRは、多軸押出機のシリンダ温度190℃,荷重2.16kgにて測定した。ゲル分率は、JIS K 6769付属書2に準拠して測定した。
【0017】
【表1】

【0018】
【表2】

【0019】
以下、実施例1〜9及び比較例1〜4につき、表3〜5を用いて示す。実施例1〜5については表3に、実施例6〜10については表4に、実施例11〜13については表5に、また比較例1〜4については表6にそれぞれ示す。なお、多軸押出機の温度設定は、ニーディング・ゾーンが290℃となるように設定した。
【0020】
実施例1〜3は、ニーディング・ゾーンの比率が高いスクリュAを用いて高速回転させて処理した場合であるが、MFRが十分に高く、熱可塑化が十分に進んでいることが分かる。
【0021】
実施例4は、ニーディング・ゾーンの比率を下げたスクリュBを用い、高速回転させて処理した場合であるが、スクリュAを用いた場合と大差のない結果となっている。
【0022】
実施例5は、スクリュBを使用して実施例2〜4の場合の回転数より回転数を下げた場合であるが、MFRの低下が見られる。
【0023】
【表3】

【0024】
実施例6〜8は、スクリュBを用い、実施例5の場合の回転数より回転数をさらに下げた場合であるが、MFRが低下し,多少のゲルが残存するものの、押出成型上問題となるような塊状のゲルではなく、ゲル分率測定用の金網に付着するような糊状のものであることから、再生材料としての使用には問題のないレベルである。また、原料粉末のサイズによる影響は殆ど認められない。
【0025】
実施例9は、スクリュBを使用して実施例2〜4の場合の回転数と同一の回転数とした場合であるが、MFRが低下し,多少のゲルが残存するものの,押出成型上問題となるような塊状のゲルではなく、ゲル分率測定用の金網に付着するような糊状のものであることから、再生材料としての使用には問題のないレベルである。
【0026】
実施例10は、化学架橋材を使用し,スクリュBを使用して実施例6〜8の場合の回転数と同一の回転数とした場合であるが、MFRの低下が見られるものの,ゲルは残存しない結果となっている。
【0027】
実施例11は,四軸押出機を用い,スクリュBを使用して実施例9の場合の回転数と同一の回転数とした場合であるが,MFRが十分に高く,熱可塑化が十分に進んでいる事が分かる。
実施例12〜13は、原料粉末のサイズを細かくし,スクリュAを使用して実施例9の場合の回転数と同一の回転数とした場合であるが、MFRが十分に高く、熱可塑化が十分に進んでいることが分かる。
【0028】
【表4】

【0029】
【表5】

【0030】
比較例1〜4は、ナゲットを使用した場合である。この場合、実施例と同一処理条件でもMFRが十分に高くならない。
【0031】
【表6】

【0032】
これより、図1に示すように、ナゲットを処理対象とする場合は流動性(MFR)を上げても塊状のゲル分が残るのに対し,粉末を処理対象とする場合は流動性を上げてかつゲル分を減らす事ができる。
【0033】
また、ナゲットを処理対象とするものに残存する塊状のゲル分は、粉末を処理対象とすることにより解消されるため、押出成型物の表面性状が著しく改善される。
【0034】
なお、架橋の形態としては、特に限定されるものではなく、化学架橋及びシラン架橋の他、電子線や放射線を使用する架橋が挙げられる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン樹脂,ポリプロピレン樹脂,エチレン共重合体等が挙げられる。
【0035】
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【0036】
(1)同方向回転型の多軸押出機を用いて剪断力により架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖を切断し、架橋ポリオレフィン樹脂を熱可塑化する方法では、前記架橋ポリオレフィン樹脂にその微粉粒子の最大断面粒径Dを0.2mm≦D≦2mmとするような微粉化処理を施すため、架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖の切断箇所を制御することができ、安定した加工特性及び表面性状等をもつ再生材(ポリオレフィン樹脂)を得ることができる。粒径Dが5mm以上の粉末になると、上述した効果が得られない。粒径Dが5mm未満の粉末になると、十分に加工可能なMFRの領域を得ることができ、特に粒径が2mm以下の粉末でその効果が著しい。粒径が0.2mmより小さくなると、静電気の影響を受け易くなり、処理時の取り扱いが著しく困難なものとなる。
【0037】
(2)局所的に架橋の残った架橋樹脂塊の大きさが著しく小さくなり、押出成型物や射出成型物の表面性状が大きく改善される。この効果は、同方向回転型の多軸押出機として二軸押出機や四軸押出機を用いて得ることができる。
【0038】
(3)押出機の場合、スクリュを構成する全ゾーンのうち分子鎖の切断に寄与するゾーンはニーディング・ゾーンであると推定されるが、このニーディング・ゾーンの全ゾーンに対して占める比率Rを20%≦R≦60%の範囲に設定するため、押出機用モータへの負荷を高くせず、分子鎖切断の効果を高めることができる。R<20%である場合に分子鎖切断の効果が薄れ、またR>60%である場合には押出機用モータへの負荷が高くなり過ぎて実用的でない。
【0039】
(4)処理対象に微粉化処理を施して熱可塑化してなる再生材(ポリオレフィン樹脂)の用途としては、その加工性及び流動性のバランスから再生樹脂,ワックス等が考えられる。また、所定の特性をもつ新品の樹脂と混合することにより、より信頼性の高い品質の材料を供給することができ、従来の再生樹脂で問題となる押出成型物や射出成型物の表面性状が確実に改善される。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】再生材のMFRとゲル分率との関係を説明するために示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理対象としての架橋ポリオレフィン樹脂の分子鎖に剪断力を加えることにより、前記架橋ポリオレフィン樹脂を熱可塑化する方法において、
前記分子鎖に剪断力を加えるにあたり、前記架橋ポリオレフィン樹脂にその微粉粒子の最大断面粒径Dを0.2mm≦D≦2mmとするような微粉化処理を施すことを特徴とする架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法。
【請求項2】
前記分子鎖に対する剪断力は、同方向回転型の多軸押出機を用いて加えることを特徴とする請求項1に記載の架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法。
【請求項3】
前記多軸押出機のスクリュを構成する全ゾーンに対し、前記架橋ポリオレフィン樹脂に剪断力を加えるために寄与するニーディング・ゾーンの占める比率Rを20%≦R≦60%の範囲に設定することを特徴とする請求項2に記載の架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法。
【請求項4】
前記請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の架橋ポリオレフィン樹脂の熱可塑化方法により得られたことを特徴とするポリオレフィン樹脂。

【図1】
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【公開番号】特開2008−69209(P2008−69209A)
【公開日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−247208(P2006−247208)
【出願日】平成18年9月12日(2006.9.12)
【出願人】(501304803)株式会社ジェイ・パワーシステムズ (89)
【Fターム(参考)】