JP4504146B2

JP4504146B2 - プラスチックボードの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP4504146B2
Application number: JP2004288808A
Authority: JP
Inventors: 周雄寺田; 克紀鈴木; 健河▲崎▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2005153505A

Description

本発明は、発泡層と表面層とを有する多層構造のプラスチックボードの製造方法及び製造装置に関し、特に廃棄プラスチックを原料とするプラスチックボードの製造方法及び製造装置に関するものである。

軽量かつ高剛性を有するプラスチックボードとして、発泡構造を有する中心層の両側に高強度の表面層を有する多層構造のボードが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような２種３層構造と呼ばれるプラスチックボードは、各層の原料を別々の押し出し機を用いて溶融混練して、ダイスから共押し出しして一体として成型して製造されている。ダイスから押し出す前にガスを添加することで中心層を発泡構造としている（例えば、特許文献２参照。）。

上記のようなプラスチックボードとして、廃棄プラスチックを原料に用いたものも知られており、廃棄プラスチックをマテリアルリサイクルするための有効な一手段となっている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１１−２１７９２９号公報特開２００２−３２７５３０号公報特許３３５６１７５号公報

しかし、上記のような表面層を有するプラスチックボードを製造する際には、表面にしわが発生し易く、表面性状の良好な製品の製造が困難であるという問題がある。特にプラスチックボードの原料に廃棄プラスチックを用いた場合は、しわの発生頻度が高く、歩留低下の大きな原因となっている。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、発泡構造を有する発泡層と表面層とを有するプラスチックボードを製造する際に、表面にしわが発生し難く、表面性状の良好な製品を製造できるプラスチックボードの製造方法及び製造装置を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードを押出成型により製造する方法であって、前記発泡層と前記表面層とが一体化された状態で押出された押出成形体の幅方向両端部を強制冷却した後に、前記押出成形体の厚さ方向に加圧してプラスチックボードとすることを特徴とするプラスチックボードの製造方法。
（２）強制冷却を、ガスの吹き付けにより行うことを特徴とする（１）に記載のプラスチックボードの製造方法。
（３）原料樹脂に廃棄プラスチックを用いることを特徴とする（１）または（２）に記載のプラスチックボードの製造方法。
（４）発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードを押出成型により製造する装置であって、前記発泡層と前記表面層とが一体化された状態で押出された押出成形体の幅方向両端部にガスを吹き付けて冷却するための吹き付け手段が設置されていることを特徴とするプラスチックボードの製造装置。

本発明によれば、表面にしわの発生のない、表面性状の良好なプラスチックボードが製造できる。このため製品の歩留が向上し、廃棄プラスチックのリサイクル利用も一層促進される。

本発明者らは上記の課題を解決すべく発泡層（中心層）と発泡層の両側に表面層（外層）とを有する多層構造のプラスチックボードの製造方法について検討を重ね、以下の（ａ）〜（ｄ）の事実を見出した。

（ａ）ダイスを用いて幅が約１５００ｍｍのプラスチックボードを押し出し成型した場合、ボード表面に発生するしわの大半は幅方向の板端部に発生し、端部から約２００ｍｍまでの範囲に発生している。

（ｂ）しわの発生状態は、プラスチックボードの幅を変更して製造してもあまり変化が無い。

（Ｃ）製造ラインの一方の側（ラインの進行方向に対して左右どちらかの側）でのみ、しわの発生率が高いことがあり、その場合に製造ライン付近の温度を測定したところ、しわのできやすい側の方が温度が高かった。

（ｄ）しわのできやすい側のライン付近の温度を低下させ、製造ライン上でプラスチックボードの両端の温度がほぼ一定となるようにしたところ、しわの発生頻度が低減し、また、形成されるしわの深さも浅くなった。

以上の事実から本発明者らは、プラスチックボード表面のしわ発生の問題はボードの軽量化のために発泡層に注入されたガスに起因すると考察した。すなわち、プラスチックボードは押出成型により発泡層と表面層とを一体化された状態で押出して押出成形体としたものを厚さ方向に加圧して製造するものであるが、ダイスから押し出された直後の押出成形体の温度は約２００℃であるため軟化しており、その後複数のロール等を用いて加圧して所定の厚さに成型する際に、特に幅方向両端部において発泡層に注入したガスが表面層と発泡層の境界部から漏れ出し、ガスの抜けた部分の板厚が不足して、しわの原因となっていると考えた。

そこで、加圧して所定の厚さに成型する際に押出成形体の両端部からのガスの漏れ出しを防止する方法を検討した。ダイスから押し出された直後の押出成形体の幅方向両端部にエアーを吹き付けて急冷し、端部を強制冷却して固化させることで、表面層と発泡層との境界部からのガスの漏れ出しの防止を試みたところ、しわの発生を激減させることができた。

本発明はこのような知見に基づきなされたものであり、発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードを押出成型により製造する方法であって、前記発泡層と前記表面層とが一体化された状態で押出された押出成形体の幅方向両端部を強制冷却した後に、前記押出成形体の厚さ方向に加圧してプラスチックボードとするものである。すなわち、発泡層（中心層）の両側に表面層を有する３層構造のプラスチックボード以外のボードを製造する場合にも本発明は適用可能であり、発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも一方の表面に接する表面層とを有する多層構造のプラスチックボードであれば効果がある。

プラスチックボード（押出成形体）の両端部の強制冷却は、ガスの吹き付けにより行うことが容易であり、望ましい。吹き付けガスの種類に制限はないが、空気を用いることが低コストであり、最も好ましい。押出成形体の上下表面（プラスチックボードの板面部分）に対して冷却を行うと、ボードの表面に荒れが発生する等、表面性状が悪くなる場合があるため、プラスチックボードの製品表面となる部分を直接冷却しないことが望ましい。プラスチックボードの両端部付近は、通常所定の製品形状とするために耳として切断する部分であるので、表面荒れが発生しても問題無い。

本発明は、廃棄プラスチックを原料としてプラスチックボードを製造する際に用いると、以下に述べるように特に効果的である。

廃棄プラスチックを原料として製造したプラスチックボードが、軽量且つ高剛性を有するためには、発泡層である中心層の両側に非発泡構造の表面層を有する構造とすることが効果的であることが知られている。特にプラスチックボードをコンクリート型枠用プラスチックパネルとして使用する場合には、表面の平滑性が要求されるため、しわの発生を防止する本発明方法を用いることで、表面性状が非常に向上する。廃棄プラスチックとは一般廃棄物プラスチックや産業廃棄物等の使用済みプラスチックであり、異物等が混入しているものである。特に一般家庭から排出される一般廃棄物プラスチックは、多種類のプラスチックの混合状態であり、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）及びＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）などで構成されているうえに、プラスチック以外に食品等に由来する有機物である厨芥類、金属、粉塵、紙等の異物が多量に混入している。これらの廃棄プラスチックに対して、通常は比重分離、洗浄等の処理を行うが、異物の混入に起因して気泡が発生しやすく、また気泡が異物を伝播して表面に移動するのでボードの表面に凹凸が発生しやすい。また、例えば水を用いて比重分離を行った場合、水に浮いたプラスチックとしてＰＥ、ＰＰを主体としたものを分離することもできるが、実際はいろいろな添加物が入っている等の理由で気泡が表面に排出されやすくボード表面のしわの発生が顕著である。したがって廃棄プラスチックを原料としたプラスチックボードの製造に本発明を用いることで、歩留が非上に向上する。

次に、本発明のプラスチックボードの製造方法を実施する際に用いるのに好適なプラスチックボードの製造装置について説明する。発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードは押出成型により製造する。押出成型機としては、プラスチックの溶融混練が可能であるシリンダーとＴダイとを用いることが好ましく、単軸スクリュー方式または２軸スクリュー方式のシリンダーを用いることが望ましい。発泡層と表面層とは別々のシリンダーを用いて溶融混練され、溶融状態で押出された発泡層用と表面層用のプラスチックはＴダイを用いて複層構造の押出成形体として溶融状態で一体化して成型することが望ましい。フィードブロック方式、マルチマニホールド方式等のＴダイを用いることが好ましい。そして、押出成型機から押出された押出成形体の幅方向両端部にガスを吹き付けるために、押出成型機（Ｔダイ）の出口付近に吹き付け手段を設置する。吹き付け手段によりガスを吹き付けることで押出成形体の幅方向両端部を冷却する。吹き付け手段としては、パイプやノズル等をガス噴出し口とする周知の手段を用いればよい。押出成形体の幅方向両端部を冷却するためには、ガス噴出し口は少なくとも２ヶ所必要である。両端部を冷却された押出成形体は、その後板厚方向に加圧されて適正な板厚とされ、冷却されてプラスチックボードが製造される。したがって吹き付け手段の設置位置は、押出成型機（Ｔダイ）の出口と、板厚方向の加圧を行なう加圧工程との間とする必要がある。

以下に本発明のプラスチックボードの製造方法及び製造装置の一実施形態を図面１、２を用いて説明する。

図１は、発泡層（中心層）と発泡層の両側に表面層とを有する多層構造のプラスチックボードの製造ラインの概略図である。発泡層製造用に、溶融混練装置１を用いてプラスチック原料を溶融混練しながらガスを封入（２）することで発泡状態とする。表面層用には、溶融混練装置３を用いてプラスチック原料を溶融混練する。溶融混練装置１、３として、押出し成型に用いるシリンダーの使用が好適である。シリンダー内のスクリュー方式は単軸と２軸のどちらでも良く、またスクリュー形状に特に制限はない。発泡に用いるガスとしては、窒素ガス、炭酸ガスなどの不活性ガスが好ましい。発泡剤を混入して発泡させることも可能である。４はフィルターであり、溶融状態のプラスチックを濾過して異物を除去するために通常設置する。フィルター４としては、例えば逆洗機構を有するスクリーンチェンジャーを用いる。５はギャーポンプであり、圧力調整のために設置することが望ましい。

溶融混練されて溶融状態で押出された、発泡層用と表面層用のプラスチックをＴダイ６（フラットダイ）を用いて複層構造の押出成形体７として溶融状態で一体化して成型する。フィードブロック方式、マルチマニホールド方式等のＴダイを用いることができる。

図２は、図１のＴダイ６付近の平面図である。図２の矢印はプラスチックボード製造ラインの進行方向を示す。Ｔダイ６から押出された直後の押出成形体７の両端部にエアノズル９を用いて空気を吹き付けて、押出成形体７の側面を急冷して固化させる。空気以外にも任意の冷却ガスを用いることができる。押出成形体７の両端部を冷却するために、ノズルを各端部近傍に１個ずつ以上設置することが望ましく、押出成形体７の端部全面を冷却しても良いが、表面層と発泡層との境界部にピンポイント的に行うと効率的である。ガスは継続して吹き付けることが好ましい。

端部を冷却固化した押出成形体７は、直ちに板厚方向に加圧することで、所定の形状になるように全体が冷却固化され、適正な板厚とされ、プラスチックボードとなる。冷却方式に特に制限はないが、加圧と冷却を同時に行なうことが望ましく、例えば冷却ロール８を用いて間接水冷により行なうことで、冷却ロール８で押出成形体表面をならしながら冷却固化させて、平滑性や寸法を整え、所定の板形状とすることができる。

以上のようにして製造したプラスチックボードは連続して引き取られて、所定の寸法に切断して製品とする。Ｔダイ押し出し直後に押出成形体７の幅方向両端部を強制冷却して固化させることで、発泡層のガスのボード端部からの漏れが発生することなく、しわのない良好な表面性状を有するプラスチックボードの製造が可能となる。

図１、２と同様の製造ラインを用いてプラスチックボードの製造を行った。発泡層（中心層）の原料として一般廃棄物系プラスチックから水を用いて比重分離して得られたポリオレフィン系樹脂を主成分とする使用済プラスチック（主成分はＰＰとＰＥ）を、非発泡である表面層の原料としてＰＰに剛性補強材としてのマイカを５〜２０mass%、白色系顔料としてのチタニアを１〜５mass%添加したものを用い、発泡層の両表層に表面層を設けた、板厚１１．５〜１２．５ｍｍ、表面層厚さ０．５〜１．５ｍｍの、複層構造（３層構造）のプラスチックボードを製造した。

溶融混練装置（シリンダー）は、同方向２軸のスクリュー方式で、フルフライト形状のものを用いた。溶融混練時の加熱温度は、１３０〜２７０℃とした。フィルターには、逆洗機構を有するスクリーンチェンジャーを用い多段スクリーン方式で段階的に異物を除去した。フィルターで除去された異物は、主に金属、高融点樹脂（ＰＥＴ等）等であった。

シリンダー内で、窒素ガスの圧入により発泡層内部を発泡させた。発泡率は１．５〜２．０倍となるようにした。

マルチマニホールド方式のＴダイを用い、各々独立して溶融した発泡層と表面層の成分樹脂を、Ｔダイ内部で一体化して、溶融一体化し、２種３層構造の複層構造の押出成形体とした。Ｔダイから押出された押出成形体は、両端部に対して、製造ラインの垂直方向で上側の表面層と発泡層との境界部分に空気を連続的に吹き付けた後、ボード表面の平滑性確保のため、直ちに冷却ロールで加圧して冷却した。空気の吹き付けは、圧縮空気を減圧弁を介して減圧して流量計でモニターし、内径４ｍｍの銅管を用いて吹き付け位置を微調整しながら、流量１００〜１５０（ｌ／ｈ）、流速２．２〜３．３（ｍ／ｓ）で行った。冷却ロールのロール温度は１０〜７０℃であり、小径ロールと大径ロールを上下２段に、ライン方向に多段に組み合わせて配置した、ロール表面はクロム鍍金により平滑にされたものを用いた。引き取りは従来技術であるロール方式で行なった。

以上の本発明の製造方法により、押出成形体（プラスチックボード）表面のしわの発生は激減し、Ｔダイから押出された直後の、両端部への空気吹き付けを行わない場合に比較して、歩留が約１０％向上した。製造されたプラスチックボードは、比重０．６〜０．８、曲げヤング率１２×１０³ｋｇｆ／ｃｍ²（２０℃）以上、表面が平滑で厚さの変動も小さく、軽量で、高剛性で、形状安定性に優れていた。

プラスチックボードの製造ラインの概略図。本発明の一実施形態であるプラスチックボード製造ラインの平面の概略図。

符号の説明

１溶融混練装置
２ガス封入
３溶融混練装置
４フィルター
５ギャーポンプ
６Ｔダイ
７押出成形体
８冷却ロール
９エアノズル

Claims

発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードを押出成型により製造する方法であって、前記発泡層と前記表面層とが一体化された状態で押出された押出成形体の幅方向両端部を強制冷却した後に、前記押出成形体の厚さ方向に加圧してプラスチックボードとすることを特徴とするプラスチックボードの製造方法。
強制冷却を、ガスの吹き付けにより行うことを特徴とする請求項１に記載のプラスチックボードの製造方法。
原料樹脂に廃棄プラスチックを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラスチックボードの製造方法。
発泡構造を有する発泡層と、該発泡層の少なくとも片面側に設けられる非発泡性の表面層とを有する複層構造のプラスチックボードを押出成型により製造する装置であって、前記発泡層と前記表面層とが一体化された状態で押出された押出成形体の幅方向両端部にガスを吹き付けて冷却するための吹き付け手段が設置されていることを特徴とするプラスチックボードの製造装置。