Comments
Description
Transcript
パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル 技術
パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル 樹脂のリサイクル パソコン筐体用 技術 Technology for Recycling ABS Resin Housings of Personal Computers あらまし 循環型社会の形成のために施行された資源有効利用促進法により，パソコン製造メーカ に使用済み製品の回収，再資源化が義務付けられた。しかし，パソコンの樹脂筐体をリサイ クルするに当たり，回収された樹脂筐体は品質および供給量が安定しないため，再生材の作 製は難しく再びパソコン筐体に適用することが困難であった。富士通は今回，オープンリサ イクル技術とクローズドリサイクル技術を組み合わせることで問題を解決する「セミクロー ズドリサイクル技術」を開発した。これは，回収製品から樹脂筐体を選別し，適切な処理に より調製したクローズドリサイクル原資と，樹脂メーカが調達したオープンリサイクル原資 を初期材などと配合することで，回収パソコン筐体樹脂の欠点であった品質，供給量の不安 定を補完する技術である。本技術を用いることにより，初期材と同等特性を持つ再生材を得 ることができ，パソコン筐体への適用を可能にした。 Abstract The Law Concerning the Promotion of the Effective Use of Resources, which was enforced to promote a recycling-oriented society, obliges personal computer manufacturers to recover and recycle used products. However, there are wide variations in the quality and supply of the resin housings of used personal computers. As a result, it has been difficult to process the material recovered from these housings so it can be used to make new housings. To solve this problem, Fujitsu has developed a semi-closed recycling system that combines open recycling and closed recycling systems. This system processes resin housings that are separated from recovered products to make closed-recycled materials. The system then blends these materials with primary materials and open-recycled materials supplied by resin makers to make materials suitable for new housing. This system therefore overcomes the problems associated with quality and supply fluctuations. This new technology enables us to obtain recycled materials whose physical properties are equivalent to those of primary materials and use them in new products. This paper describes this new technology. 中村貴光（なかむら たかみつ） 木村浩一（きむら こういち） 御代政博（みよ まさひろ） 材料・環境技術研究所実装技術研究 部 所属 現在，パソコン筐体材料の成形技術 の開発に従事。 材料・環境技術研究所実装技術研究 部 所属 現在，パソコン筐体材料の成形技術 の開発に従事。 環境技術推進センター3R推進部 所属 現在，リサイクル技術の企画，推進 に従事。 FUJITSU.54, 6, p.465-470 (11,2003) P465-470：11-06青校.doc 465/1 最終印刷日時：03/11/18 9:12 465 パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル技術 ま え が き （2） デザイン性 （3） 難燃性 き ぐ 現在危惧されている環境汚染や産業廃棄物の増加 （4） 環境対応性 などの問題を解決するには，循環型社会の形成が求 （5） 放熱性 められている。近年大幅な普及率の増加に伴い国内 （6） 耐候性 で年間約1,000万台が出荷されているパソコンは， （7） 電磁波シールド性 性能が向上するスピードが速くライフサイクルが短 近年，リサイクル性や有害物質を含まないといっ いため，使用済み製品の適切な処理が必要である。 た環境対応性能が重要になっており，強度や難燃性 そのため法律による規制化が進んでおり，2001年4 と両立させる技術開発が進められている。樹脂筐体 月から事業系パソコン，2003年10月からは家庭系 のクローズドリサイクルを行う場合，回収製品の解 パソコンにも回収および再資源化がメーカに義務付 体作業性の悪さ，および再生後の樹脂における経年 けられた。これに伴い，パソコンメーカでは回収製 劣化や熱履歴による強度，難燃性の低下が問題で 品の有効利用が急務となっており，製品全体の約 (3) あった。 30％の重量を占める筐体材料のリサイクル技術の 発展が求められている。これまで樹脂筐体において 樹脂のリサイクル はサーマルリサイクルが行われてきたが(1)樹脂素材 樹脂リサイクルには大きく分けてサーマルリサイ の有効活用および資源再利用率の向上のために，回 クルとマテリアルリサイクルの2種類がある。前者 収した樹脂筐体を自社製品に再利用するマテリアル は焼却して発電・熱利用をする方法であり，後者は リサイクルが有効である。 廃プラスチックを再配合の上，成形材料としてもう 複写機メーカでは，業務用コピー機やプリンタを 一度利用する方法である。現在廃プラスチックの多 回収し，その樹脂筐体を再び自社製品に再生利用す くはサーマルリサイクルが行われているが，これは (2) るクローズドリサイクルの実施が報告されている。 資源再利用率には含まれない。またマテリアルリサ コピー機やプリンタは，企業にレンタルされている イクルは，資源再利用率の向上，CO2排出量の削減 場合が多く，数年で回収が可能であり，さらに筐体 (4) そのマテリアルリ に適していると言われている。 重量が重いため，回収樹脂筐体の供給量，質ともに サイクルで現在主に行われているのは，メーカから 安定している。しかしパソコンにおいては，筐体重 調達したリサイクル原資を樹脂メーカで初期材料と 量が軽いため，回収された樹脂筐体に品質のバラツ 混合し性能を保証したリサイクルグレードとして販 キ（組成の差異，外観の汚れ，異物混入）や供給量 売する方法で，オープンリサイクルと呼ばれている。 の不安定などが発生し，クローズドリサイクルが困 この場合の原資は主にスプルランナなどの成形時に 難であった。 発生する不要部分と成形不良品などであり比較的品 本稿では，回収されたパソコンの樹脂筐体から再 質と供給量が安定している。近年，資源有効利用促 びパソコンの樹脂筐体を製造するために開発した 進法などの法整備に伴い，積極的に推進されている 「セミクローズドリサイクルシステム」について述 のがクローズドリサイクルと呼ばれる方法である。 べる。 これはメーカが回収した製品の樹脂筐体を原資とし， パソコン筐体 パソコンの筐体には，ABS樹脂（アクリロニト リル・ブタジエン・スチレン共重合体）やポリカー 樹脂メーカで初期材料などと調製し再び同様な製品 に使用する方法で，製品の回収が容易で，安定した 品質のリサイクル原資を調達することが見込める場 合に有効である。 ボネートなどの樹脂，マグネシウムなどの金属が使 富士通は，自社製品のライフサイクルに責任を持 用されている。これらは，精密機器のハウジングと ち，資源の再利用率を向上させることが重要だと考 して重要な役割を担っており，以下の特性が要求さ えており，そのためこのクローズドリサイクルを推 れる。 (5) 進し，技術開発に力を注いできた。 （1） 軽量・高剛性 466 P465-470：11-06青校.doc 466/2 最終印刷日時：03/11/18 9:12 FUJITSU.54, 6, (11,2003) パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル技術 セミクローズドリサイクルシステム 富士通リサイクルセンターに回収されてくる機器 いて実験を行い検証を行った。 ● 選別工程 富士通リサイクルセンターに回収された筐体から， は多岐にわたっており，筐体の大きさ，色，素材な ABS樹脂で，難燃性がHB（UL規格），色が白系の どのバラツキが大きく，安定した品質の回収材を得 筐体を抽出し，リサイクル原資となる破砕材を製作 るのは困難であった。そのため回収された樹脂筐体 した。工程の異なる選別方法を数種類試作し，それ のクローズドリサイクルを行い，再びパソコンの筐 ぞれの工程により作成した材料を評価，比較するこ 体に適用することは現実的ではないと考えた。そこ とで適切な選別工程の確立を試みた。以下に代表的 で富士通の回収状況における最適なシステムとして な3種の工程を示す。 開発したのが「セミクローズドリサイクルシステ ム」である。これはリサイクル原資に，樹脂メーカ が調達したオープンリサイクル原資（オープン破砕 材）と富士通が回収した製品より調製した原資両方 を使用する。そしてこれらと初期材などを配合する （1） 工程Ⅰ ①装置の解体・分別 ②不要物の除去 （材料判別，難燃性試験，色調） ③選別 ④破砕（10∼ 25 mm）の4工程から成る基本工程である。 （2） 工程Ⅱ ことで供給量，色，物性のバラツキを補完し，製造 工程Ⅰをベースとし，③選別工程の材料判別にお したリサイクル材を再び富士通の製品に使用するこ いて材料判別機を導入し精度を向上させた。さらに とを可能にする技術である。概略を図-1に示す。今 筐体を金属検知機に通し，②不要物の除去工程で見 回，パソコン筐体で一般的に使用されているABS 逃した金属部品（ネジ，バネなど）を発見する金属 樹脂についてこのシステムの適用を試みた。 探知工程を追加し，除去を徹底した。 （3） 工程Ⅲ システムの開発 工程Ⅱの金属探知工程において，高感度検出の卓 このセミクローズドリサイクルシステムで重要な 上金属検出機を併用した。また破砕機のメッシュサ のが製品回収後の原資調製工程である。まず回収し イズ（破砕品のサイズを決定するもの）を8 mmに た製品を解体し，筐体やマザーボード，各種ドライ 変更した。さらに，破砕機出口に12,000ガウスの ブ類などに分類する。解体後の筐体の中から対応樹 マグネット棒（1段5本タイプ）を2段設置し破砕材 脂のみ選別し，ネジ類や銘板，シールといった不要 中の金属の除去を徹底し，その後2 mm格子のふる 物を除去する。つぎにペレット（樹脂成形に使用す いを用いて，樹脂粉を除去した。 るために粒状に加工したもの）化するために小さな 以上の工程により試作した破砕材をそれぞれ破砕 破片状に破砕を行う。これらの工程を無駄なく適切 材Ⅰ∼Ⅲとし，各種物性，異種樹脂の混入，コンタ に行うことがコストを抑え，再生材の性能を向上さ ミネーション（微細な異物の混入）などの調査を せるポイントである。そこで，性能やコストなどを 行った。以下に各項目の結果を示す。 考慮し，最適なシステムを確立するため，以下につ （1） 強度物性 評価項目は以下のとおりISOに準拠した測定を 行った。 樹脂メーカ 成形メーカ リサイクル業者 製品メーカ 再配合・コンパウンド 原資 再生材 初期材など オープンリサイクル 原資 （スプル，ランナなどの成形ロス品） 製造 セミクローズド 再生材 富士通 原資 クローズドリサイクル 原資 ・シャルピー衝撃強度 ISO 179 ・曲げ特性 ISO 178 ・HDT試験 ISO 75 ・密度 ISO 1183 ・M.V.R. ISO 1133 破砕材Ⅰ∼Ⅲの評価結果と初期材との比較結果を （回収樹脂筐体の選別破砕品） 製品筐体成形に使用 図-1 セミクローズドリサイクルシステム Fig.1-Semi-closed recycling system. FUJITSU.54, 6, (11,2003) P465-470：11-06青校.doc 467/3 最終印刷日時：03/11/18 9:12 表-1に示す。表より，M.V.R.で初期材との差が現れ ているが，これは回収筐体に使用されていた樹脂の 物性が異なるためであり，劣化ではないと思われる。 467 パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル技術 そのほかの物性については破砕材Ⅰ∼Ⅲに有意差は ション量を評価した結果，破砕材Ⅰでは2 mm以下 見られなかった。 のコンタミネーション総数が56個であったが，破 （2） 異種樹脂 砕材Ⅲでは19個に減少した。これはふるいによっ 破 砕 材 を 加 熱 プ レ ス し 直 径 約 150 mm， 厚 さ 1 mmの薄肉パンケーキを作成した（図-2）。破砕材 て微粉末樹脂を除去（および微粉末に含有に含有さ れる鉄粉除去）した効果であると考える。 はくり Ⅰ，Ⅱでは一部樹脂の剥離が発生したため，剥離部 以上より破砕材Ⅲの選別工程を用いることで良好 のIR分析を行った結果，破砕材ⅠではPOM（ポリ なリサイクル原資を得た。この工程調整により，ク アセタール樹脂），破砕材ⅡではHIPS（ハイイン ローズドリサイクルで一般的に行われている水によ パクトポリスチレン）が検出された。同時に金属粉 る洗浄工程を省くことが可能となり，水質汚染の低 や粉状の磁石が混入し物性およびペレット化の作業 減やコスト削減を実現した。 性が大きく低下したが，破砕材Ⅲでは異種樹脂，金 ● リサイクル原資の配合 属粉ともに検出されず良好な品質であった。 前節で説明した破砕材Ⅲとオープン破砕材 （3） 形状 破砕材Ⅰ，Ⅱでは，形状にバラツキが多く，50 剥離部（POM） 剥離部（HIPS） （a）破砕材Ⅰ （b）破砕材Ⅱ ∼70 mmのオーバサイズや粉状のアンダサイズが 多く含まれていた（図-3）。これらは押出混練機で ペレット化する場合にサージング（混練機の詰まり， 押出不良）発生の原因となるため再生材生産の妨げ となる。しかし破砕材Ⅲでは5∼10 mmに整ってお り，安定した生産を可能にした。 （4） コンタミネーション 破砕材をペレット化後，薄肉パンケーキを作成し （c）破砕材Ⅲ 図-2 破砕材パンケーキ Fig.2-Pancake of crushing material. サンプルとした。各サンプルにおけるコンタミネー 表-1 破砕材物性測定結果 項 目 初期材 破砕材Ⅰ 破砕材Ⅱ 破砕材Ⅲ シャルピー衝撃強度 （kJ/m2） 9 12 8 8 曲げ強度（MPa） 79 72 71 72 2,850 2,600 2,600 2,540 73 80 77 80 1.06 1.06 1.06 1.06 45 27 28 26 曲げ弾性率（MPa） HDT（℃）− 1.82 MPa 密度（g/cm3） M.V.R.（cm3/10 min) 1cm 1cm （a）オーバサイズ （b）アンダサイズ 図-3 破砕材の形状 Fig.3-Oversize and undersize in crushing material. 表-2 試作材物性測定結果 項 目 初期材 試作材A 試作材B 試作材C 試作材D シャルピー衝撃強度（kJ/m2） 9 9 8 9 10 曲げ強度（MPa） 79 77 76 74 72 2,850 2,810 2,760 2,750 2,660 曲げ弾性率（MPa） HDT（℃）− 1.82 MPa 密度（g/cm3） M.V.R.（cm3/10 min) 難燃性（UL94） 73 74 74 74 73 1.06 1.07 1.07 1.07 1.07 45 57 55 55 57 0.75 mm V-2 0.75 mm V-2 0.75 mm V-2 0.75 mm V-2 0.75 mm V-2 468 P465-470：11-06青校.doc 468/4 最終印刷日時：03/11/18 9:12 FUJITSU.54, 6, (11,2003) パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル技術 （ UMG ABS 社 製 ）， ABS 樹 脂 （ サ イ コ ラ ッ ク 評価結果を表-2に示す。曲げ強度および曲げ弾性率 VD200，UMG ABS社製）を用いてセミクローズ は，試作材に含まれる破砕材Ⅲの量の増加に伴い低 ド再生材を作製した。再生材の添加量は20％とし， 下する傾向があるが，試作Aと試作Bの値はほぼ同 残り80％はVD200をブレンドした。以下に再生材 等であるため，破砕材Ⅲの添加量は10％まで問題 中の破砕材Ⅲとオープン破砕材の添加割合を示す。 ないと考える。衝撃強度，難燃性，荷重たわみ温度 試作材A：オープン破砕材20％ は，各試作材ともにVD200とほぼ同等の値を示し 試作材B：破砕材Ⅲ5％，オープン破砕材15％ た。流動性も同等の値を示したが，より現実の成形 試作材C：破砕材Ⅲ10％，オープン破砕材10％ に近いメルトボリュームレート（溶融した樹脂を温 試作材D：破砕材Ⅲ20％ 度と荷重を一定にした状態でダイから押出した樹脂 （1） 物性評価 の吐出容量）は，VD200と比較すると試作材A∼D 試作材A∼Dについて各種物性を比較，評価した。 ともに増加した。これは試作材に含まれる再生材の 分子量が熱履歴によって小さくなった影響と考えら れるが，成形条件に大幅な変更は必要ないため問題 ないレベルであると考える。 （2） 製品成形試作 試作材A∼Dを用いて図-4に示すノートパソコン LCDフロントカバー（FMV BIBLO LOOX S）を 成形した。試作材Dではコンタミネーションや色調 の変化が発生したが，そのほかの試作材では成形性， 塗装性に問題なく，実機に適用可能であると考える。 以上のように，セミクローズドリサイクルに最適 な原資の調整工程と破砕材の配合割合を見出し，回 収樹脂筐体をリサイクルし製品適用を可能にした。 LCDフロントカバーの成形品（FMV BIBLO LOOX S） Fig.4-LCD front cover (FMV BIBLO LOOX S). 図-4 製 品 適 用 セミクローズドリサイクルシステム運用に当たり， オープンリサイクル原資 UMG ABS（株） 富士通リサイクルセンター クローズド リサイクル原資 解体・分別・原資調製 配合・混練・ペレット化 回収 セミクローズド 再生材 富士通（株） 製品 富士通化成（株） 筐体 製造・出荷 成形・加工 ユーザ 図-5 セミクローズドリサイクルシステム運用体制 Fig.5-Operation system of semi-closed recycling. FUJITSU.54, 6, (11,2003) P465-470：11-06青校.doc 469/5 最終印刷日時：03/11/18 9:12 469 パソコン筐体用ABS樹脂のリサイクル技術 樹脂メーカUMG ABS（株）と共同で以下の体制を 確立した（図-5） 。 を確立することができた。 今後も引き続き再生材使用率の向上，他種樹脂へ （1） 富士通リサイクルセンター：製品回収，解体 分別，原資調製 の応用などについて検討を進め，さらなる環境負荷 の低減および魅力ある製品づくりのための技術開発 （2） UMG ABS：配合，混練，ペレット化 を行っていく。 （3） 富士通化成：成形，加工 （4） 富士通：製造，出荷 参 考 文 献 富士通ではこのセミクローズドリサイクルシステ ムにより生産した再生材を，2002年冬モデルから FMV LOOX Sの筐体に適用した。 む す び 様々なリサイクル手段が開発される中，今回，資 （1） 経済産業省産業技術局監修：環境総覧2001．通産 資料調査会，2001． （2） 2002年プラスチックリサイクル市場．シーエム シー出版，2002． （3） 本多淳裕ほか：プラスチックリサイクル技術.シー エムシー出版，2000． 源再利用率の向上を目的に「セミクローズドリサイ （4） プラスチックリサイクル便覧編集委員会：プラス クルシステム」を開発し製品適用を行った。使用済 チックリサイクル便覧（2000年）．プラスチック処理 み製品を回収し，再び資源として製品適用するには， 促進協会，2000． 材料の特性のみではなく，コストダウンを考慮した （5） 中村貴光ほか：パソコン筐体用ABS樹脂のリサイ 技術開発が必要であり，困難を極めた。しかし事業 クル技術開発．第14回プラスチック成形加工学会年次 部，リサイクルセンター，樹脂メーカと協力した結 大会予稿集，東京，2003-6，プラスチック成形加工学 果，問題解決に至り，ABS樹脂のリサイクル技術 会，p.9-10（2003） ． 470 P465-470：11-06青校.doc 470/6 最終印刷日時：03/11/18 9:12 FUJITSU.54, 6, (11,2003)