特開 2025-21917 ポリウレタン成形体、及びポリウレタン成形体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025021917

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】ポリウレタン成形体、及びポリウレタン成形体製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 7/00 20060101AFI20250206BHJP

   B29C 31/04 20060101ALI20250206BHJP

   B29C 31/10 20060101ALI20250206BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20250206BHJP

   B29K 75/00 20060101ALN20250206BHJP

【ＦＩ】

B29B7/00

B29C31/04

B29C31/10

B29C43/34

B29K75:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126027

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】000113517

【氏名又は名称】ＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣポリウレタン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100187791

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 晃志郎

(72)【発明者】

【氏名】牧原 伸征

【テーマコード（参考）】

4F201

4F204

【Ｆターム（参考）】

4F201AA31

4F201AA50

4F201AB25

4F201AG20

4F201AH48

4F201BA01

4F201BA06

4F201BC01

4F201BC02

4F201BC12

4F201BC25

4F201BC33

4F201BD01

4F201BK71

4F201BQ07

4F204AA42

4F204AA50

4F204AB25

4F204AC01

4F204AD16

4F204AG20

4F204AH48

4F204AL16

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB11

4F204FF05

4F204FN11

4F204FN15

4F204FN17

(57)【要約】

【課題】再生材料を使用した場合であっても高い強度が得られるポリウレタン成形体製造方法、及びポリウレタン成形体を提供すること。
【解決手段】ポリウレタン成形体製造方法は、ポリウレタン製の断片２、第一バインダー３及びバインダー繊維４を混合する第一工程と、第一工程の後の材料を型に投入して加熱成形する成形工程と、を備える。断片２は、発泡ポリウレタン製である。発泡ポリウレタンには、硬質ウレタンフォームと軟質ウレタンフォームを含む。また、断片２は再生材料を粉砕したものでもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリウレタン製の断片、第一バインダー及びバインダー繊維を混合する第一工程と、
前記第一工程の後の材料を型に投入して加熱成形する成形工程と、
を備えるポリウレタン成形体製造方法。

【請求項2】

前記断片は発泡ポリウレタン製である請求項１に記載のポリウレタン成形体製造方法。

【請求項3】

前記第一バインダーは湿気硬化型バインダーである請求項１又は２に記載のポリウレタン成形体製造方法。

【請求項4】

ポリウレタン製の断片、第一バインダー由来の第一樹脂、及び、バインダー繊維由来の第二樹脂を備えるポリウレタン成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主にリサイクルによる粉砕材を用いたポリウレタン成形体製造方法、及びポリウレタン成形体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、使用済みのウレタンフォーム等をリサイクルする方法が提案されている。例えば、特許文献１の記載によれば、軟質ウレタンフォームのリサイクル方法は、軟質ウレタンフォームを主成分とする細粒度の粉砕物と低融点ポリエステル短繊維を均一に混合し、この混合物を、成形器内にほぼ均等に充填し、前記成形器内で、低融点ポリエステル短繊維の軟化温度より高い温度で加熱加圧して成形品を得る。

【0003】

低融点ポリエステル短繊維と均一に混合することが可能となる程度に、軟質ウレタンフォームまたは軟質ウレタンフォームに繊維材の付いた被処理体を細粒度の粉砕物に加工する。次に、両方を混合した混合物を、成形器にほぼ均等に充填し、低融点ポリエステル短繊維の軟化温度より高い温度で加熱加圧することにより、低融点ポリエステル短繊維が溶け、低融点ポリエステル短繊維同志および低融点ポリエステル短繊維と被処理体の粉砕物が一体となり、均質で品質の安定した耐久性の高い成形品を得ることができる。

【0004】

これによれば、（ａ）粉砕物と低融点ポリエステル短繊維と均一に混合した混合物を、低融点ポリエステル短繊維の軟化温度より高い温度で加熱加圧することにより、均質で品質の安定した耐久性の高い成形品を得ることができる。（ｂ）成形器内での加熱温度が、低融点ポリエステル短繊維の軟化温度より高く、軟質ウレタンフォームの流動化温度より低い条件で成形が可能なため、成形時間の短縮と省エネルギー化が実現できる。（ｃ）軟質ウレタンフォームの流動化温度より低い加熱温度で成形が行われるため、軟質ウレタンフォームの熱分解がおこらず、シアン化水素の発生が防止できる、と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７－６８５５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に示される従来例では以下の課題がある。ウレタンフォーム等リサイクル方法による成形品は、住宅用断熱材、その他の用途に再利用される。建設現場等で作業者が施工するとき、成形品の強度が低いと破損してしまう。従来例による成形品は、十分な強度が得られないという課題がある。一例として図５に示す条件では、３点曲げ強度３Ｎ／ｃｍ^２という低い値である。

【0007】

本発明は、従来の課題を解決するものであり、再生材料を使用した場合であっても高い強度が得られるポリウレタン成形体製造方法、及びポリウレタン成形体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】

【0008】

本発明の第一の態様に係るポリウレタン成形体製造方法は、ポリウレタン製の断片、第一バインダー及びバインダー繊維を混合する第一工程と、前記第一工程の後の材料を型に投入して加熱成形する成形工程と、を備える。

【0009】

これによれば、断片が第一バインダー及びバインダー繊維によって結合するので、成形されたポリウレタン成形体は高い強度を得ることができる。

【0010】

また、前記断片は発泡ポリウレタン製でもよい。この場合、成形されたポリウレタン成形体は、高い強度の住宅用断熱材その他の建材として使用することができる。

【0011】

また、前記第一バインダーは湿気硬化型バインダーでもよい。この場合、バインダー繊維と混合された第一バインダーは、断片に付着して硬化するので、断片同士の結合力が強くなる。

【0012】

本発明の第二の態様に係るポリウレタン成形体は、ポリウレタン製の断片、第一バインダー由来の第一樹脂、及び、バインダー繊維由来の第二樹脂を備える。

【0013】

この場合、ポリウレタン成形体は、断片が第一樹脂によって覆われ、第二樹脂によって断片同士の結合力が高まるので、高い強度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のポリウレタン成形体製造方法によって製造されたポリウレタン成形体１の構成を示す模式図である。

【図2】本発明のポリウレタン成形体製造方法の工程の第一例を示す説明図である。

【図3】本発明のポリウレタン成形体製造方法の工程の第二例を示す説明図である。

【図4】本発明のポリウレタン成形体製造方法の工程を説明するフローチャートである。

【図5】各実施例と比較例、及び従来例の評価結果をまとめた図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照し、本発明を具現化したポリウレタン成形体製造方法、及びポリウレタン成形体１を説明する。なお、発明を実施するための形態、及び参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものである。本発明はこれらに限定されるものではない。図面に記載されている装置の構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

【0016】

＜ポリウレタン成形体製造方法の説明＞
ポリウレタン成形体製造方法を説明する。ポリウレタン成形体製造方法は、ポリウレタン製の断片２、第一バインダー３及びバインダー繊維４を混合する第一工程と、第一工程の後の材料を型２４に投入して加熱成形する成形工程と、を備える。

【0017】

断片２は、発泡ポリウレタン製である。発泡ポリウレタンには、硬質ウレタンフォームと軟質ウレタンフォームを含む。また、断片２は再生材料を粉砕したものでもよい。

【0018】

また、第一バインダー３は、湿気硬化型バインダーである。断片２が発泡ポリウレタンの場合、第一バインダー３は例としてイソシアネート２３とポリオール２２とを反応させて液体状態にしたイソシアネートプレポリマーを使用する。第一バインダー３は液体状態でバインダー繊維４と混合するので混ざりやすく、断片２にまんべんなく付着する。第一バインダー３は、その後空気中の水分と化学反応して硬化する。

【0019】

＜成形工程の説明＞
次に、図２から図４までを参照して、ポリウレタン成形体１の成形工程を説明する。断片２は、硬質ウレタンフォームを使用する場合について説明する。図４に示すように、まず硬質ウレタンフォーム回収処理Ｐ１を行う。次に、硬質ウレタンフォーム粉砕処理Ｐ２を行い、粉砕材２１である断片２を生成する。断片２は、一辺の長さが０．５ｍｍから５０ｍｍまでの範囲である。また、図２に示すように、第一バインダー３として、イソシアネート２３とポリオール２２とを反応させてイソシアネートプレポリマーである液体バインダー５を生成処理Ｐ３する。

【0020】

次に、図２及び図３に示すように、断片２と、第一バインダー３である液体バインダー５と、バインダー繊維４をブレンド器２０に投入して混合するブレンド配合処理Ｐ４を行う。ブレンド配合処理Ｐ４が第一工程に相当する。バインダー繊維４は、特に芯鞘構造の低融点樹脂繊維を使用することが望ましい。これは、芯を構成している樹脂よりも、鞘を構成している樹脂の融点が低いものである。断片２と、バインダー繊維４と、液体バインダー５の重量割合は、例として１００：５：１０である。

【0021】

図２及び図３に示すように、第一工程の後、得られた材料を型２４に投入Ｐ５する。図２に示す例を説明すると、次に型２５によって加熱しながら加圧して圧縮成形Ｐ６する。このときの加熱温度は１５０℃、加圧圧力は１Ｐａから５Ｐａ、加熱時間は１０分である。成形後、成形品を取り出しＰ７、用途に合わせて成形品を切り出しＰ８、ポリウレタン成形体１が完成する。図２に示す例は、加熱圧縮による成形の場合である。イソシアネートプレポリマーはポリウレタンと架橋結合するので、液体バインダー５が後述する第一樹脂１３となって、断片２と強固に結合する。

【0022】

バインダー繊維４は芯鞘構造の低融点ポリエステル短繊維を含み、図２に示す例では融点が１５０℃以下である。芯鞘構造の低融点ポリエステル短繊維は、鞘を構成している樹脂が加熱圧縮によって軟化し、断片２と結合しやすくなる。合わせて、芯鞘構造の低融点ポリエステル短繊維は、液体バインダー５に由来する第一樹脂１３とも結合しやすくなり、断片２同士の結合力が高まる。

【0023】

図３を参照して別の例を説明する。第一工程の後、得られた材料を型２４に投入Ｐ５した後、加熱された水蒸気２８を水蒸気孔２６へ導入しながら型２５によって加圧し、圧縮成形Ｐ１６する。この場合、加熱温度は１００℃で、加熱時間と加圧圧力は図２の場合と同様である。成形後、成形品を取り出しＰ１７、用途に合わせて成形品を切り出しＰ１８、ポリウレタン成形体１が完成する。図３に示す例は、加熱蒸気圧縮による成形の場合である。この場合に使用する芯鞘構造の低融点ポリエステル短繊維は融点が１００℃以下であり、加熱蒸気圧縮によって鞘を構成している樹脂が軟化し、断片２と結合しやすくなる。第一樹脂１３とも結合しやすくなるのも図２の場合と同様である。

【0024】

液体バインダー５は、一連の工程の中で硬化し、断片２に対して第一樹脂１３として結合した状態となる。工程中に液体成分は硬化するので、液体成分を除去する工程等は不要である。成形されたポリウレタン成形体１の構成は後述する。

【0025】

＜ポリウレタン成形体製造方法の効果＞
以上説明したポリウレタン成形体製造方法によれば、以下の効果を奏する。ポリウレタン成形体製造方法は、断片２と第一バインダー３とバインダー繊維４が混合されて加熱成形されるので、断片２間の結合力が高くなり、高い強度のポリウレタン成形体１を製造することができる。

【0026】

また、断片２は発泡ポリウレタン製でもよく、発泡ポリウレタンは第一バインダー３のイソシアネートプレポリマーと架橋結合するので、断片２同士の結合力が高くなる。よって、成形されたポリウレタン成形体１は、高い強度の住宅用断熱材その他の建材として使用することができる

【0027】

また、第一バインダー３は湿気硬化型バインダーなので、液体状態でバインダー繊維４と混合して断片２に付着した後に硬化し、断片２同士の結合力を高めることができる。第一バインダー３は、空気中の水分と化学反応して硬化するので、液体成分を除去する必要が無く、工数を低減できる。

【0028】

＜ポリウレタン成形体１の説明＞
次に、本発明の第二の態様に係るポリウレタン成形体１を説明する。図１に示すように、ポリウレタン成形体１は、ポリウレタン製の断片２、第一バインダー３由来の第一樹脂１３、及び、バインダー繊維４由来の第二樹脂１４を備える。なお、ポリウレタン成形体１は、すでに説明したポリウレタン成形体製造方法によって製造される。

【0029】

また、図１に示すように、第一樹脂１３は、断片２の周囲を覆うように結合している。断片２は発泡ポリウレタンを含み、第一樹脂１３は非発泡ポリウレタンを含む。

【0030】

また、第一樹脂１３は、引張伸び率が２００％以上である。断片２は、引張伸び率が１２０％以下である。断片２同士は、引張伸び率が大きい第一樹脂１３が接着剤の役割を果たして結合している。

【0031】

また、図１に示すように、第二樹脂１４は、第一樹脂１３の内部、又は／及び表面にある。第二樹脂１４は、低融点ポリエステル短繊維を含む。低融点ポリエステル短繊維の融点は１５０℃以下であり、芯鞘構造である。

【0032】

また、図１に示すように、断片２は、隣接する他の断片２との間が、第一樹脂１３同士、又は／及び第一樹脂１３と第二樹脂１４、又は／及び第二樹脂１４同士が結合した状態である。低融点ポリエステル短繊維は、芯を構成している樹脂よりも鞘を構成している樹脂の融点が低い。第二樹脂１４は、鞘を構成している樹脂が、芯を構成している樹脂よりも先に軟化し、第一樹脂１３と、及び／又は断片２と、及び／又は第二樹脂１４同士と結合しやすい。

【0033】

＜ポリウレタン成形体１の効果＞
以上説明したポリウレタン成形体１によれば、以下の効果を奏する。図１に示すように、ポリウレタン成形体１は、断片２が第一樹脂１３によって覆われ、さらに第二樹脂１４によって断片２同士の結合力が高まるので、高い強度を得ることができる。

【0034】

また、ポリウレタン成形体１は、第一樹脂１３が非発泡ポリウレタンを含むのでより結合力が強く、より高い強度を得ることができる。

【0035】

また、ポリウレタン成形体１は、第一樹脂１３が断片２よりも引張伸び率が大きいのでより結合力が強く、より高い強度を得ることができる。特に、硬質ウレタンフォームは一般的に伸びが小さいため単独では強度が低下する傾向にあるが、断片２の周りに覆われる第一樹脂１３の引張伸び率が大きいので、柔軟性が増して強度が高くなる。

【0036】

また、ポリウレタン成形体１は、第二樹脂１４によって断片２同士の結合力が高まるので、より高い強度を得ることができる。さらに、第二樹脂１４は低融点ポリエステル短繊維を含むので、加熱成形によって溶融して接着効果が増して断片同士の結合力を高め、より高い強度を得ることができる。

【0037】

また、ポリウレタン成形体１は、第一樹脂１３同士、又は／及び第一樹脂１３と第二樹脂１４、又は／及び第二樹脂１４同士が結合した状態なので断片２同士の結合力が高くなり、より高い強度を得ることができる。ポリウレタン成形体１は、複数の結合状態を含むことにより、単独の結合状態のみの場合に比べて、強度が高まる。

【0038】

＜本発明のポリウレタン成形体１における実施例と比較例、及び従来例との比較＞
次に、本発明のポリウレタン成形体１における実施例と比較例、及び従来例との比較評価結果を説明する。図５は比較評価結果をまとめたものである。実施例はＡからＣまでの三種類、比較例はＤとＥの二種類、従来例はＦとＧの二種類である。

【0039】

実施例、比較例、及び従来例にて使用した粉砕材２１は、硬質ウレタンフォームチップであり、使用したウレタンフォームはＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣポリウレタン株式会社製で、品番はＦＯＲＭＬＩＴＥ ＳＬである。実施例と比較例で使用したバインダー繊維４は、ユニチカ株式会社製で、品番はメルティ４０８０であり、材料はポリエチレンである。実施例と従来例で使用した液体バインダー５は、ＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣポリウレタン株式会社製で、品番はＦＯＲＭＬＩＴＥ １１５０で、イソシアネートプレポリマーを配合したものである。

【0040】

実施例ＡからＣまでの条件を説明し、実施例の中で結果を比較する。実施例のＡとＣとを比較すると、使用した材料は、共に粉砕材２１の質量が１０００ｇ、バインダー繊維４の質量が５０ｇ、液体バインダー５の質量が１００ｇである。成形品密度は共に５０ｋｇ／ｍ^３であり、粉砕材２１のサイズのみが異なる。すなわち、Ａは３～１０ｍｍの範囲であるのに対し、Ｃは１０～３０ｍｍの範囲である。この結果、３点曲げ強度は、Ａが７Ｎ／ｃｍ^２であるのに対し、Ｃは１４Ｎ／ｃｍ^２である。粉砕材２１のサイズが所定範囲で大きい方が３点曲げ強度が高い。

【0041】

実施例のＡとＢとを比較すると、使用した材料は、共に粉砕材２１のサイズが３～１０ｍｍの範囲であるが、他の条件が異なる。使用した粉砕材２１の質量は、Ａが１０００ｇに対してＢが１２００ｇである。使用したバインダー繊維４の質量は、Ａが５０ｇに対してＢが６０ｇである。使用した液体バインダー５は、Ａが１００ｇに対してＢが１２０ｇである。これらは、成形品密度に差をつけるための条件であり、Ａは５０ｋｇ／ｍ^３であり、Ｂは６０ｋｇ／ｍ^３である。この結果、３点曲げ強度は、Ａが７Ｎ／ｃｍ^２であるのに対し、Ｂは１０Ｎ／ｃｍ^２である。成形品密度が高い方が３点曲げ強度が高い。

【0042】

次に、実施例と比較例とを比較する。比較例は、実施例に対してバインダー繊維４を使用しない。使用した粉砕材２１のサイズが同様の実施例Ａと比較例Ｄとを比較する。比較例Ｄは、実施例Ａよりも使用した液体バインダー５の質量が２００ｇと多くなっている。他の条件は同様である。結果として比較例Ｄの３点曲げ強度は４Ｎ／ｃｍ^２であり、実施例Ａよりも強度が低い。また、使用した粉砕材２１のサイズが同様の実施例Ｃと比較例Ｅとを比較しても、比較例Ｅの方が使用した液体バインダー５の質量が２００ｇと多いにも関わらず、３点曲げ強度は７Ｎ／ｃｍ^２であり低い値である。以上の結果から、実施例と比較例とを比較すると、バインダー繊維４を使用した方が３点曲げ強度が高いことがわかる。

【0043】

次に、実施例と従来例とを比較する。従来例は、例として特許文献１に記載の内容に即した条件である。従来例Ｆは実施例Ａと対比する条件で、従来例Ｇは実施例Ｃと対比する条件で、従来例Ｆと従来例Ｇは共に液体バインダー５を使用しない例である。結果として従来例Ｆの３点曲げ強度は３Ｎ／ｃｍ^２であり、実施例Ａよりも強度が低い。従来例Ｇの３点曲げ強度は６Ｎ／ｃｍ^２であり、実施例Ｃよりも強度が低い。以上の結果から、実施例と従来例とを比較すると、液体バインダー５を使用する方が、３点曲げ強度が高いことがわかる。

【0044】

次に、比較例と従来例とを比較する。比較例と従来例とは、バインダー繊維４又は液体バインダー５のいずれか一方のみを使用した場合の比較である。比較例Ｄと従来例Ｆとの間、及び比較例Ｅと従来例Ｇとの間は、それぞれ使用した粉砕材２１の質量とサイズが同じである。この比較結果によれば、バインダー繊維４のみを使用する場合に比べ、液体バインダー５のみを使用する場合の方が３点曲げ強度が高いことがわかる。

【0045】

以上説明した比較結果により、本発明のポリウレタン製造方法によって製造されたポリウレタン成形体１は、比較例及び従来例と比べて強度が高い。よって、再生材を利用したポリウレタン成形体１は、住宅用断熱材その他の建材として適したものである。

【符号の説明】

【0046】

１ ポリウレタン成形体
２ 断片
３ 第一バインダー
４ バインダー繊維
１３ 第一樹脂
１４ 第二樹脂
２４、２５ 型

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】