JP2000044966A - 樹脂材の油化処理方法 - Google Patents

樹脂材の油化処理方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、油化処理の困難だった難燃性樹脂材な
どを分解、油化しうる処理方法を提供する。 【解決手段】 難燃性樹脂材又はエポキシ樹脂もしくは
ABS樹脂をベースとしてなる熱硬化性樹脂材を水素供
与性溶媒中で、多孔性炭素性物質の存在下、窒素雰囲気
において300〜420℃で水素化分解し、油状物を得
る樹脂材の油化処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック性廃棄
物を油化、資源化する方法に関し、さらに詳しくは本発
明は従来、油化処理の困難だった難燃性樹脂材や熱硬化
性樹脂材を水素化分解して油状物としうる油化処理方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】現在わが国で年間500万トン程度排出
されている廃プラスチックのうち、熱分解による油化処
理の困難なものは約4割強を占めている。特に、リン、
臭素系等の難燃剤を含有する難燃性樹脂材は、パソコン
のボディーなどをはじめ広く使用されているが、難燃剤
が水素移動反応を阻害したり、ハロゲンが生成油に混入
したりするため、難燃剤を含有しないベースマトリック
ス樹脂に比べ油化処理が困難であった。この難燃性樹脂
材を環境や人体に害の少ない方法で分解し完全に油化す
ることは、ゴミの減容化や廃材のフューエル・リサイク
ル、ケミカル・リサイクルの達成につながるため、環境
問題が重視される近年、この方法の開発が強く要望され
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
従来、油化処理の困難だった難燃性樹脂材などを分解、
油化しうる処理方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題に鑑
み鋭意研究した結果、水素供与性溶媒中で多孔性炭素性
物質の存在下に処理すると、難燃剤を含有する樹脂材や
エポキシ樹脂、ABS樹脂を300〜420℃で水素化
分解して油状物としうることを見出し、この知見に基づ
き本発明をなすに至った。すなわち本発明は、(1)難
燃性樹脂材を水素供与性溶媒中で、多孔性炭素性物質の
存在下、不活性雰囲気において300〜420℃で水素
化分解し、油状物を得ることを特徴とする難燃性樹脂材
の油化処理方法、(2)エポキシ樹脂又はABS樹脂を
ベースとしてなる熱硬化性樹脂材を水素供与性溶媒中
で、多孔性炭素性物質の存在下、不活性雰囲気において
300〜420℃で水素化分解し、油状物を得ることを
特徴とする熱硬化性樹脂材の油化処理方法、及び(3)
多孔性炭素性物質が表面積1000m2 /g以上の活性
炭及び/又はカーボンブラックであることを特徴とする
(1)又は(2)項記載の油化処理方法を提供するもの
である。なお、本明細書において水素供与性溶媒とは、
反応条件下において、その溶媒自体が含有する水素を放
出することが可能な溶媒をいう。また、多孔性炭素性物
質の表面積は、特に断らない限りBET法(N2 )によ
るものとする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明方法により油化処理しうる
難燃性樹脂材は、難燃剤を含有する樹脂材であり、具体
的には例えば骨格中にハロゲンやリン、窒素原子などを
有する樹脂材、リン系難燃剤(リン酸塩(具体的には例
えばリン酸二水素アンモニウム(NH42 PO4)、リ
ン酸エステル(リン酸トリクレシルなど)など)や有機
臭素系難燃剤(具体的には例えばテトラブロモビスフェ
ノールA、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロ
モジフェニルエーテルなど)をはじめとする難燃剤を含
有する樹脂材、架橋剤(1,5−ヘキサジエン−3−イ
ンなど)を含有する樹脂材などがあげられる。難燃剤の
含有量は特に制限はない。ベースマトリックス樹脂は特
に制限はないが、例えばエポキシ樹脂、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂などの熱硬化
性樹脂、及び芳香族ポリマーのような耐熱性熱可塑性樹
脂などがあげられる。また、本発明方法によれば分解の
困難な、難燃剤を有する樹脂材を油状物とすることがで
きるので、当然、難燃剤の入っていない樹脂材を処理す
ることも可能であり、エポキシ樹脂又はABS樹脂をベ
ースとする熱硬化性樹脂材を処理することができる。本
発明方法で処理しうる樹脂材として、具体的には例え
ば、難燃性樹脂材製であるパソコンの筐体(外壁材)や
基板、医療用プラスチック製品(含フッ素材料)、自動
車部品等があげられる。処理に際しては、被処理樹脂材
をペレット状などの形状に粉砕しておくことが好まし
く、粒径5mm以下として処理することがさらに好まし
い。
【0006】本発明で用いる溶媒は、部分水素化芳香族
炭化水素(例えばテトラリン(1,2,3,4−テトラ
ヒドロナフタレン)やアルキル芳香族炭化水素(例えば
1−メチルナフタレンなど)などの水素供与性溶媒であ
り、好ましくはテトラリン又は1−メチルナフタレンを
用いる。多孔性炭素性物質の触媒能によっては、デカリ
ンなども水素供与性溶媒として用いうる。本発明は溶媒
と被処理樹脂材から生ずる水素で水素化分解を行うこと
を特徴とし、高価な水素ガスを使用する必要がない。溶
媒の使用量は、被処理樹脂材と溶媒の種類、反応装置の
仕様などにより異なるが、樹脂材1gに対し通常3ml
以上、好ましくは5〜10mlである。
【0007】本発明における樹脂材の水素化分解反応
は、上記した水素供与性溶媒中で、多孔性炭素性物質の
存在下に行わせる。本発明で用いることのできる多孔性
炭素性物質としては、例えば活性炭、カーボンブラッ
ク、メソカーボンマイクロビーズなどがあげられ、表面
積と表面酸素量の大きい活性炭及び/又はカーボンブラ
ックが好ましい。多孔性炭素性物質の表面積は好ましく
は1000m2 /g以上、さらに好ましくは2000m
2 /g以上である。表面酸素量は、表面化学組成で5%
以上が好ましい。本発明において多孔性炭素性物質の使
用量は、被処理樹脂材1gに対し好ましくは2〜60m
g、さらに好ましくは2〜3mgである。本発明方法に
おいて多孔性炭素性物質は、水素移動触媒として作用す
るものと考えられ、炭素材そのものを用いることでハロ
ゲンやリンなどのヘテロ元素による失活が少なくてす
む。
【0008】本発明の油化処理は、用いる水素供与性溶
媒が分解しない温度で行うことが必要であり、また、処
理する樹脂材の種類により異なるが、通常300〜42
0℃、好ましくは300〜400℃の範囲で温度を設定
する。上記した溶媒と多孔性炭素性物質の使用により、
従来の樹脂材の熱分解油化反応に比べ50〜100℃程
度低い温度で処理できる。本発明の処理は、例えば窒素
雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性雰囲気において行
われ、好ましくは1〜2MPaの窒素雰囲気下とする。
反応器としてはオートクレーブなどを用いることがで
き、酸性ガス等による腐食の少ない材質のものが好まし
く、例えばハステロイC(商品名、Haynes Stellite C
o.)などの耐熱ニッケル合金製オートクレーブなどがあ
げられる。反応時間は樹脂材や溶媒の種類などにより異
なるが、通常30〜60分である。
【0009】本発明の油化処理により、樹脂材はガス状
生成物と油状物に分解される。分解で生ずる酸性ガス
は、発生すると速やかに気相に移動し、油状物中の有機
化合物との接触効率は低いと考えられる。酸性ガスを水
に吸収させるなどにより、反応器の腐食を防止すること
ができる。また、ダイオキシン類の生成は、ガス状生成
物中にも油状物中にもない。本発明における分解反応の
反応機構は必ずしも明らかではないが、例えば有機臭素
系難燃剤含有樹脂材を本発明方法で処理した場合、下記
のスキームのような反応が起こっていると考えられる。
【0010】
【化1】
【0011】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。なお、用いた活性炭の表面化学組成はXP
S(X線光電子分光)分析により求めた。 実施例1、2及び比較例1 白色のパソコン外壁材(ABS系樹脂がベースマトリッ
クス樹脂、有機臭素系難燃剤を含有する樹脂材。以下、
WP(W)という)を粒径2mm以下のペレットに粉砕
したもの5gを、80mlのテトラリン(市販特級品を
常法により精製したもの)、6mmHg、80℃で2時
間脱気乾燥した活性炭(表面積1260cm2 /g、表
面化学組成(%)C,82.68;H,2.83;N,
0.80;S,0.18;O,13.51 以下、AC
1という)300mgとともに200ml容のハステロ
イC製電磁攪拌式オートクレーブに仕込み、窒素で2.
0MPaまで加圧してから380℃まで昇温し、30分
間反応させた。また、反応温度を400℃、反応時間を
60分として、同じ処理を行った。反応後、オートクレ
ーブは氷水中で室温まで冷却した。どちらもWP(W)
は分解され、完全に油化して淡黄色の油状物がそれぞれ
約5g得られた。これらの油化処理の生成物について、
以下のように分析を行った。ガス状生成物は水を入れた
洗浄管を通した後、テドラーバッグに採取し、GC−M
Sにより同定した。一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、
エタン、エチレン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼ
ンについては、標準ガスを用いて定量した。その他の生
成物はテトラヒドロフラン(THF)120mlを加え
て回収し、固形成分は減圧濾過により濾別した。反応生
成物のTHF溶液は、そのままGPC(ゲル浸透クロマ
トグラフィー)(TOSOH Model CCP&8
020;column:GMHHR−M30cm×2、
展開溶媒THF)分析に供した。なお、発生した酸性ガ
スは全て水に吸収されたことを確認した。また、オート
クレーブの酸性ガスによる腐食は認められなかった。分
解処理で得られた生成物中の固体成分をヘキサンにより
3回洗浄してから乾燥し、重量を測定したところ、WP
(W)にもともと含まれていた無機成分の重量とほぼ一
致しており、THF不溶の重縮合生成物の生成はなかっ
たと推定される。また、反応生成物を一定量のクロロホ
ルムで希釈し、FID(自由誘導減衰)−GCによりテ
トラリンの溶媒転化率を求めたところ、2.6%であっ
た。テトラリンは反応してナフタレンになっており、水
素供与体として作用したことが確認された。
【0012】GC−MSの結果を表1に示す。併せて多
孔性炭素性物質を用いない以外は上記と同様に処理した
ものの結果を比較例1として示した。多孔性炭素性物質
を用いない比較例1では、反応後に茶褐色のワックス状
のTHF難溶成分約1gが生成していたが、AC1を使
用した実施例1、2ではこのような現象はなかった。表
1の実施例1、2の結果を見ると、AC1を用いない比
較例1に比べてメタン、エタン、ベンゼン、トルエンの
生成量が多く、二酸化炭素の生成量が少なくなってい
る。これは、AC1によってテトラリンからの水素移動
が促進されたためと考えられる。実施例1、2、比較例
1とも、表1に示した一酸化炭素、二酸化炭素、メタ
ン、エタン、エチレン、ベンゼン、トルエン、エチルベ
ンゼンの他に、2−メチルプロパン、ブタンが微量生成
していた。ニトリルについては2−メチルプロパンニト
リルが微量検出されたが、シアン化水素や臭化シアンは
検出されなかった。比較例1では、実施例1、2に比較
して有機シアノ化合物の生成量が多かった。また実施例
1、2において、ダイオキシン類の生成は、ガス状生成
物中にも油状物中にも認められなかった。
【0013】
【表1】
【0014】得られた油状物の組成は、GPCの溶出時
間で示すと、実施例1(380℃、30分)では16.
7minが21.2%、21.5minが0.6%、2
7.0minが77.5%であった。また、実施例2
(400℃、60分)では、19.23minが7.7
%、21.5minが1.3%、22.0minが9
0.5%であった。WP(W)そのものの場合には1
3.8minが100%であり、これと比較すると、実
施例1、2とも樹脂のほとんどがWP(W)より分子量
の低い化合物に分解されていることがわかる。これらの
GPCプロフィルを図1に示した((a)WP(W)そ
のもの;(b)実施例1;(c)実施例2)。図1で
(b)は(a)に比べ溶出容量の大きい方にピークが移
っているが、これはWP(W)のベースマトリックス樹
脂が低分子化していることを示し、(b)よりも高温で
長時間反応させた(c)はさらに低分子化が進んでいる
ことがわかる。(c)のピークは(a)のピークとほと
んど重なっていないので、(c)ではもとのWP(W)
成分はほとんど残っていないものと考えられる。WP
(W)に対し大過剰のテトラリンが存在しているが、分
解反応の進行に伴いテトラリンの溶出位置に重なる成分
が生成するようになり、その生成量が低分子化の度合い
に応じて多くなることがわかる。
【0015】実施例3及び比較例2 WP(W)に代えて黒色のパソコン外壁材(ABS系樹
脂がベースマトリックス樹脂、有機臭素系難燃剤を含有
する樹脂材。以下、WP(B)という)を用いた以外は
実施例1と全く同様の処理を行ったところ、完全に油化
することができ、淡黄色の油状物約5gが得られた。油
状物の色安定性は、実施例1のものより高かった。この
生成物の分析を実施例1と同様に行った。ガス生成物の
GC−MSの結果を表1に示した。併せて多孔性炭素性
物質を用いない以外は上記と同様に処理したものの結果
を比較例2として示した。多孔性炭素性物質を用いない
比較例2では、反応後に茶褐色のワックス状のTHF難
溶成分約0.4gが生成していたが、AC1を使用した
実施例3ではこのような現象はなかった。実施例1に比
べ、WP(B)の処理ではガス生成物の量が少なかっ
た。得られた油状物の組成は、GPCの溶出時間で1
4.7minが28.4%、22.4minが70.0
%であった。この反応生成物のTHF溶液のGPCプロ
フィルを、WP(B)そのもののプロフィルとともに図
2に示した。図2より、WP(B)は本発明の油化処理
により低分子化されているが、WP(W)の場合よりも
低分子化の度合いがやや低いことがわかる。
【0016】実施例4、5 WP(W)に代えてエポキシ樹脂材又はABS樹脂材を
用いた以外は実施例1と全く同様の処理を行ったとこ
ろ、いずれも完全に油化することができ、黄色と淡黄色
の油状物を得た。ABS樹脂材の分解では、WP(W)
の分解反応で生成したものと類似した組成のガス状生成
物が生成した。油状物の組成は、GPCの溶出時間で示
すと、15.9minが14.2%、21.4minが
10.1%、22.3minが75.5%であった。エ
ポキシ樹脂材の分解では、ガス状生成物の組成は一酸化
炭素2.2%、二酸化炭素1229ppm、メタン79
35ppm、エチレン260ppm、エタン2055p
pmで、油状物の組成は、GPCの溶出時間で19.5
minが18.0%、20.0minが20.7%、2
1.2minが61.3%であった。
【0017】
【発明の効果】本発明方法によれば、従来、油化分解処
理の困難であった難燃性樹脂材や熱硬化性樹脂を完全に
油化して燃料などに再利用でき、かつ、大幅に減容化す
ることができ、したがって、廃棄物処理やリサイクルに
大きく寄与することができる。本発明では高価な水素ガ
スを用いる必要がなく、反応温度も従来の方法に比べ低
いため、樹脂材の油化処理コストを低減できる。また、
ダイオキシン類などの発生もなく、環境への悪影響を防
止して樹脂廃材の処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1及び2の処理生成物のGPCプロフィ
ルである。
【図2】実施例3の処理生成物のGPCプロフィルであ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年7月16日(1999.7.1
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】GC−MSの結果を表1に示す。併せて
較例1として多孔性炭素性物質を用いない以外は上記と
同様に処理を行った。多孔性炭素性物質を用いない比較
例1では、反応後に茶褐色のワックス状のTHF難溶成
分約1gが生成していたが、AC1を使用した実施例
1、2ではこのような現象はなかった実施例1、2、
比較例1とも一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エタ
ン、エチレン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼンの
他に、2−メチルプロパン、ブタンが微量生成してい
た。ニトリルについては2−メチルプロパンニトリルが
微量検出されたが、シアン化水素や臭化シアンは検出さ
れなかった。比較例1では、実施例1、2に比較して有
機シアノ化合物の生成量が多かった。また実施例1、2
において、ダイオキシン類の生成は、ガス状生成物中に
も油状物中にも認められなかった。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【表1】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】実施例3及び比較例2 WP(W)に代えて黒色のパソコン外壁材(ABS系樹
脂がベースマトリックス樹脂、有機臭素系難燃剤を含有
する樹脂材。以下、WP(B)という)を用いた以外は
実施例1と全く同様の処理を行ったところ、完全に油化
することができ、淡黄色の油状物約5gが得られた。油
状物の色安定性は、実施例1のものより高かった。この
生成物の分析を実施例1と同様に行った。ガス生成物の
GC−MSの結果を表1に示した。併せて比較例2とし
多孔性炭素性物質を用いない以外は上記と同様に処理
を行った。多孔性炭素性物質を用いない比較例2では、
反応後に茶褐色のワックス状のTHF難溶成分約0.4
gが生成していたが、AC1を使用した実施例3ではこ
のような現象はなかった。実施例1に比べ、WP(B)
の処理ではガス生成物の量が少なかった。得られた油状
物の組成は、GPCの溶出時間で14.7minが2
8.4%、22.4minが70.0%であった。この
反応生成物のTHF溶液のGPCプロフィルを、WP
(B)そのもののプロフィルとともに図2に示した。図
2より、WP(B)は本発明の油化処理により低分子化
されているが、WP(W)の場合よりも低分子化の度合
いがやや低いことがわかる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 難燃性樹脂材を水素供与性溶媒中で、多
    孔性炭素性物質の存在下、不活性雰囲気において300
    〜420℃で水素化分解し、油状物を得ることを特徴と
    する難燃性樹脂材の油化処理方法。
  2. 【請求項2】 エポキシ樹脂又はABS樹脂をベースと
    してなる熱硬化性樹脂材を水素供与性溶媒中で、多孔性
    炭素性物質の存在下、不活性雰囲気において300〜4
    20℃で水素化分解し、油状物を得ることを特徴とする
    熱硬化性樹脂材の油化処理方法。
  3. 【請求項3】 多孔性炭素性物質が表面積1000m2
    /g以上の活性炭及び/又はカーボンブラックであるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の油化処理方法。
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