JP2002307046A

JP2002307046A - 繊維強化プラスチック廃棄物の処理方法および該方法により回収された強化繊維の再利用方法

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Publication number: JP2002307046A
Application number: JP2001154648A
Authority: JP
Inventors: Minoru Miwa; 實三輪; Akiyoshi Takeno; 明義武野; Teruyuki Yokoi; 輝之横井; Junta Hosokawa; 淳多細川; Yoshitaka Shinmyo; 良崇新明
Original assignee: NAKAJIMA KOGYO KK; Nakashima Kogyo Corp
Current assignee: NAKAJIMA KOGYO KK; Nakashima Kogyo Corp
Priority date: 2001-04-15
Filing date: 2001-04-15
Publication date: 2002-10-22
Anticipated expiration: 2021-04-15
Also published as: JP4371609B2

Abstract

(57)【要約】【課題】繊維強化プラスチック廃棄物のリサイクルに
おいて、強化繊維の損傷や、短繊維化がなく、マトリッ
クスのみを破壊し、強化繊維とマトリックスとを効率よ
く分離し、強化繊維を回収でき、ＦＲＰ製品の製造に再
利用するのに有効な繊維強化プラスチック廃棄物の処理
方法と該方法によって回収された強化繊維の再利用方法
を提供する。【解決手段】繊維強化プラスチック廃棄物を、温水浸
漬処理し、次いで、高温、高圧の水蒸気によって加温、
加圧した後、圧力を瞬時に開放して水蒸気爆砕処理する
ことで、強化繊維とマトリックスとを分離させ、少なく
とも強化繊維を回収すると共に、回収した強化繊維を繊
維強化プラスチックの強化材として再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、繊維強化プラス
チック廃棄物の処理方法および該方法により分離・回収
された強化繊維の再利用方法に関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、ガラス繊維強化プラスチック
等の繊維強化プラスチック廃棄物中の強化繊維とプラス
チックとを分離して強化繊維を回収する方法と該方法に
より分離・回収された強化繊維を再度有効利用する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】力学的性質の優れた繊維材料を強化材と
し、熱硬化性プラスチックをマトリックスとして複合し
た繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量で、高強度
であり、錆びたり腐食したりしない耐久性を有する優れ
た材料である。繊維強化プラスチックには、複合される
繊維材料により、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲ
Ｐ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、アラミ
ド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）等各種のものがあ
り、それぞれの特性に応じ、各種の用途に使用されてい
る。とりわけ、ＧＦＲＰは、ガラス繊維が安価であっ
て、高い引張強さを有していることから、船舶を始め、
建設材料、自動車、住宅設備器材等として広範囲に、し
かも、大量に使用されてきている。

【０００３】これらＦＲＰは、耐用年数が過ぎると廃
棄、または、リサイクルされることになるが、ＦＲＰの
優れた特性が廃棄、リサイクルにとって不利に働くこと
になる。すなわち、ＦＲＰをそのまま焼却して廃棄処理
しようとすると、マトリックスであるプラスチックが、
黒煙、悪臭を生じたり、有害ガスを生成したりすること
になる。埋立処理では、プラスチックの不朽性により処
分場の寿命を短縮することになる。さらには、不法投棄
による環境悪化の問題が生ずる。ＦＲＰのリサイクルに
おいては、再使用に耐えるＦＲＰは、再度、部品等とし
て利用することが望ましい。そのためには、再使用を考
慮に入れた製品設計が必要となるが、再使用できる部品
等を予め設計することは困難である。

【０００４】図７に、現在のＦＲＰのリサイクルの概念
図を示す。図７に示されているように、ＦＲＰのリサイ
クルとしては、粉砕等したＦＲＰを樹脂やセメントのフ
ィラーとして利用するマテリアルリサイクル、マトリッ
クスを化学的に分解し、モノマーやオイルとして回収す
るケミカルリサイクル、燃焼させてマトリックスの高い
燃焼熱を利用するエネルギーリサイクル等がある。ＦＲ
Ｐ製品は大型のものが多いことから、再使用またはいず
れのリサイクルにおいても、準備工程として、解体、粉
砕等が必要であるが、粉砕等の準備工程により、強化繊
維は損傷を受けたり、短繊維化した成分を多く含んだり
することになる。

【０００５】このように準備工程によって得られたＦＲ
Ｐの粉砕物は、マテリアルリサイクルにおいては、単な
るフィラーとしての利用の域をでるものではない。ケミ
カルリサイクルによってマトリックスから分離・回収さ
れた強化繊維は、ＦＲＰ製品への強化繊維としては、品
質、等級が低下することになり、再利用の対象範囲が限
定されることになる。なお、エネルギーリサイクルは、
燃焼による廃棄処理と同様、生成ガス等の問題があり、
プラスチックの燃焼により、強化繊維、例えば、ガラス
繊維は溶融して残渣となり、再利用することができな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな実情に鑑み鋭意研究の結果創案されたもので、ＦＲ
Ｐのリサイクルにおいて、強化繊維の損傷や、短繊維化
がなく、マトリックスのみを破壊し、強化繊維とマトリ
ックスとを効率よく分離し、強化繊維を回収でき、ＦＲ
Ｐ製品の製造に再利用するのに有効な繊維強化プラスチ
ック廃棄物の処理方法と該方法によって回収された強化
繊維の再利用方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の繊維強化プラスチック廃棄物の処理方法の発明は、繊
維強化プラスチック廃棄物を、温水浸漬処理し、次い
で、高温、高圧の水蒸気によって加温、加圧した後、圧
力を瞬時に開放して水蒸気爆砕処理することで、強化繊
維とマトリックスとを分離させ、少なくとも強化繊維を
回収することを特徴とする。

【０００８】温水浸漬処理を施すことで、繊維強化プラ
スチック廃棄物中の強化繊維とマトリックスとの界面が
劣化し、水蒸気爆砕処理での強化繊維の損傷や短繊維化
がなく、マトリックスを破壊でき、マトリックスと分離
された強化繊維を回収することができる。水蒸気爆砕処
理は、必要であれば、複数回繰り返して行うようにすれ
ばよい。繊維強化プラスチック廃棄物を温水浸漬処理す
ることで、強化繊維とマトリックスとの界面が劣化する
のは、強化繊維とマトリックスの熱膨張係数の差によっ
て発生する熱応力によって、強化繊維とマトリックスと
の界面の接着力が低下することで界面再編成が生じ、さ
らに、界面の剥離が生じ、剥離した界面の間へ温水が浸
透することによるものと考えられる。そして、この状態
において、高温、高圧の水蒸気によって加温、加圧する
と、強化繊維とマトリックスの間に水蒸気が浸入し界面
剥離がさらに進行し、圧力を瞬時に開放して水蒸気爆砕
処理することで、マトリックスのみが破壊されるものと
考えられる。これによれば、強化繊維の損傷や短繊維化
がなく、効率よく、しかも確実にマトリックスのみを破
壊し、マトリックスと分離された強化繊維を回収するこ
とができる。

【０００９】そして、この発明の前記繊維強化プラスチ
ック廃棄物の処理方法により回収された強化繊維の再利
用方法としては、それを繊維強化プラスチックの強化材
として再利用することを特徴とする。これによれば、繊
維強化プラスチック廃棄物から回収した強化繊維は、損
傷や短繊維化が少ないことから、繊維強化ブラスチック
の強化材として有効活用することで、繊維強化プラスチ
ックを安価に提供することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を示し、さらに
詳しくこの発明について説明する。もちろんこの発明は
以下の実施の形態によって限定されるものではない。図
１は、この発明の繊維強化プラスチック廃棄物の処理方
法の概略を示し、その内容は、前記した記載、および、
図面から明らかなことから説明は省略する。この発明に
おいて、繊維強化プラスチック廃棄物とは、熱硬化性プ
ラスチックをマトリックスとし、強化繊維を強化材とす
る繊維強化プラスチックの廃棄物を意味する。

【００１１】この発明において、繊維強化プラスチック
廃棄物のマトリックスと分離・回収される強化繊維とし
ては、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、アラミ
ド繊維等の有機繊維が例示できるが、これに限られるも
のではない。この発明において、繊維強化プラスチック
廃棄物が大型の場合は、準備工程において、解体し、適
宜の大きさに切断等し、これを使用すればよい。この発
明における水蒸気爆砕処理には、木材などに高温、高圧
で水を導入し、繊維間に高温、高圧の水を浸透させた
後、急激に常圧に戻すことで、水を気化させ、そのとき
の力で粉砕するのに使用されると同様なバッチ式の水蒸
気爆砕処理装置、または、連続式の水蒸気爆砕処理装置
が使用できる。バッチ式の水蒸気爆砕処理装置は、水蒸
気爆砕処理を複数回繰り返し行うことができる利点があ
る。

【００１２】繊維強化プラスチック廃棄物の温水浸漬処
理における液温、浸漬時間等の条件は、繊維強化プラス
チック廃棄物等（すなわち、強化繊維の種類、繊維長、
径、マトリックスの種類、硬化剤の種類及びこれらの割
合、硬化条件等）によって適宜決定されものである。ま
た、水蒸気爆砕処理における温度、圧力、および、これ
らの温度、圧力の保持時間等の条件も、繊維強化プラス
チック廃棄物等（すなわち、強化繊維の種類、繊維長、
径、マトリックスの種類、硬化剤の種類及びこれらの割
合、硬化条件等）によって適宜決定されるものである。

【００１３】そして、この発明の繊維強化プラスチック
廃棄物の処理方法によって分離・回収された強化繊維
を、繊維強化プラスチックの強化材として再利用するに
際しては、適当な長さの繊維長のものを選別して使用す
ることが好ましい。

【００１４】

【実施例】次に、実施例を示しさらに詳しく説明する。（参考例１）強化繊維としてガラスロービング（ＥＲ２
３１０ＭＡ８５９Ｘ、旭ファイバーグラス（株）製）
を使用した。該ガラスロービングは、密度２．５０ｇ／
ｃｍ^３、直径１２．７３μｍ、ヤング率８７．５ＧＰ
ａ、引張強度３．６８ＧＰａ、繊維と平行な方向の線熱
膨張係数６．６１×１０^−６Ｋ^−１、繊維と直交する方
向の線熱膨張係数５．００×１０^−６Ｋ^−１である。こ
のガラスロービングを定長切断機（ＬＢ−１２０、三木
プーリ（株）製）にて繊維長約３．５ｍｍに切断し、抄
紙器を用いて繊維が二次元ランダムに配向したマットを
作成した。次に、真空注型装置（Ｔｙｐｅ８０２２−２
４、蛇の目電機（株）製）中にシリコーン樹脂製の型に
入れたランダムマットをセットし、減圧（約４，０００
Ｐａ）し、それにマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂
（エピコート８２８、油化シェルエポキシ（株）製）１
００ｐｈｒ、硬化剤（Ｓ−Ｃｕｒｅ６６１、化薬アクゾ
（株）製）１０ｐｈｒを混合したものを注入し、硬化温
度８０℃で１７時間硬化させ、ガラス繊維が二次元ラン
ダムに配向した気泡のないガラス繊維強化エポキシ樹脂
複合板（ＥＰ−ＧＦＲＰ）を作製した。得られたＥＰ−
ＧＦＲＰの繊維の体積分率は約１０％である。このＥＰ
−ＧＦＲＰを参考例１とした。図２に参考例１の表面の
顕微鏡写真（倍率約７０倍）を示す。

【００１５】また、参考例１を図３に示すようにガラス
強化繊維の配向方向と平行に切断したものを試料とし、
引張試験に供した。引張試験は、引張試験機（テンシロ
ンＵＴＭ−Ｉ−２５００、オリエンテック（株）製）を
用い、ゲージ長５０ｍｍ、クロスヘッドスピード２０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、チャートスピード１０００ｍｍ／ｍｉｎで
行った。引張試験によって得られた破断強度は、１１
０．９６ＭＰａであった。

【００１６】（参考例２）参考例１におけると同様の二
次元ランダムマットを用い、真空注型装置（Ｔｙｐｅ８
０２２−２４、蛇の目電機（株）製）中にシリコーン樹
脂製の型に入れたランダムマットをセットし、減圧（約
４，０００Ｐａ）し、それにマトリックス樹脂として不
飽和ポリエステル樹脂（リゴラック２００４ＷＭ−２、
昭和高分子（株）製）１００ｐｈｒ、促進剤硬化剤（リ
ゴラック促進剤Ｅ、昭和高分子（株）製）０．５ｐｈ
ｒ、過酸化物触媒（カヤメックＡ、化薬アクゾ（株）
製）０．５ｐｈｒを混合したものを注入し、硬化温度６
０℃で１７時間硬化させ、ガラス繊維が二次元ランダム
に配向した気泡のないガラス繊維強化不飽和ポリエステ
ル樹脂複合板（ＵＰ−ＧＦＲＰ）を作製した。得られた
ＵＰ−ＧＦＲＰの繊維の体積分率は約１０％である。こ
のＵＰ−ＧＦＲＰを参考例２とした。図４に参考例２の
表面の顕微鏡写真（倍率約７０倍）を示す。

【００１７】また、参考例１と同様にガラス強化繊維の
配向方向と平行に切断したものを試料とし、同様の引張
試験を行った。引張試験によって得られた破断強度は、
８７．１６ＭＰａであった。

【００１８】（参考例３）参考例１のマトリックス樹脂
用のエポキシ樹脂（エピコート８２８、油化シェルエポ
キシ（株）製）１００ｐｈｒ、硬化剤（Ｓ−Ｃｕｒｅ６
６１、化薬アクゾ（株）製）１０ｐｈｒを混合したもの
を真空注型装置（Ｔｙｐｅ８０２２−２４、蛇の目電機
（株）製）中に設置したシリコーン樹脂製の型内に注入
し、参考例１と同様に硬化温度８０℃で１７時間硬化さ
せエポキシ樹脂板（ＥＰ）を作製した。

【００１９】得られたエポキシ樹脂板を図３と同様に切
断したものを試料とし、参考例１と同様の引張試験を行
った。引張試験によって得られた破断強度は、７７．６
６ＭＰａであった。

【００２０】得られたエポキシ樹脂板の線熱膨張係数
を、熱機械分析計（ＴＨＥＲＭＯＦＬＥＸＴＭＡ８１
４０、理学電機（株）製）によって常圧下で測定した。
得られた線熱膨張係数を表１に示す。

【００２１】（参考例４）参考例２のマトリックス樹脂
用の不飽和ポリエステル樹脂（リゴラック２００４ＷＭ
−２、昭和高分子（株）製）１００ｐｈｒ、促進剤硬化
剤（リゴラック促進剤Ｅ、昭和高分子（株）製）０．５
ｐｈｒ、過酸化物触媒（カヤメックＡ、化薬アクゾ
（株）製）０．５ｐｈｒを混合したものを真空注型装置
（Ｔｙｐｅ８０２２−２４、蛇の目電機（株）製）中に
設置したシリコーン樹脂製の型内に注入し、硬化温度６
０℃で１７時間硬化させ不飽和ポリエステル樹脂板（Ｕ
Ｐ）を作製した。

【００２２】得られた不飽和ポリエステル樹脂板を図３
と同様に切断したものを試料とし、参考例１と同様の引
張試験を行った。引張試験によって得られた破断強度
は、１２．３７ＭＰａであった。

【００２３】得られた不飽和ポリエステル樹脂板の線熱
膨張係数を、参考例３と同様にして測定した。得られた
線熱膨張係数を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】（実施例１）参考例１から切り出した立方
体の試験片を７０℃の温水中に１週間浸漬し、次いで、
バッチ式爆砕処理装置（ＨＩＳＡＫＡＷＯＲＫＳ
（株）製）中に入れ、圧力約２．７ＭＰａ、温度約２３
０℃の水蒸気で３０分加温、加圧した後、圧力を瞬時に
開放して水蒸気爆砕処理した。試験片は、角付近が全体
の約１０％程度破壊し、その表面にはむき出しとなった
ガラス繊維が多数観察できた。破壊の程度は、試験片の
水蒸気爆砕処理前後での写真を平面的に面積比較するこ
とにより求めた。水蒸気爆砕処理後の試験片の顕微鏡観
察によれば、ガラス繊維の損傷はみられなかった。図５
に水蒸気爆砕処理後の試験片の破壊部の顕微鏡写真（倍
率約７０倍）を示す。

【００２６】７０℃の温水中に１週間浸漬した試験片
は、強化繊維とマトリックス樹脂との界面に水が浸透し
たと考えられる白濁が観察された。そこで、温水浸漬処
理の作用を確認するために、参考例１からガラス強化繊
維の配向方向と平行に切り出した引張試験用に試料につ
いて、７０℃の温水中に１週間浸漬した後、参考例１と
同様にして引張試験を行った。引張試験によって得られ
た破断強度は、８５．５０ＭＰａであり、参考例１と比
べ破断強度が約２３％低下している。

【００２７】温水に浸漬したことによる引張強度の大幅
な低下や白濁は、７０℃程度の温度では、ガラス繊維の
劣化とは考えにくく、また、マトリックス樹脂の劣化だ
けでは説明が困難であり、ここで使用したガラス繊維の
線熱膨張係数（６．６１×１０^−６Ｋ^−１）とエポキシ
樹脂の７０℃での線熱膨張係数（１２．５３×１０^−５
℃^−１）の大きな差によって発生する熱応力によって、
強化繊維とマトリックスとの界面の接着力が低下するこ
とで界面再編成が生じ、さらに、界面の剥離が生じ、剥
離した界面の間へ温水が浸透し、強化繊維とマトリック
ス樹脂との分離がし易くなったことによると考えられ
る。なお、エポキシ樹脂の線熱膨張係数は、参考例３に
基づく測定値である。そして、この状態において、高
温、高圧の水蒸気によって加温、加圧することで、強化
繊維とマトリックスの間に水蒸気が浸入し界面剥離がさ
らに進行し、圧力を瞬時に開放して水蒸気爆砕処理する
ことで、強化繊維の損傷や短繊維化がなく、マトリック
スのみが破壊されたものと考えられる。

【００２８】（実施例２）参考例２から切り出した立方
体の試験片を、７０℃の温水中に１週間浸漬し、次い
で、実施例１に使用したバッチ式爆砕処理装置中に入
れ、圧力約２．７ＭＰａ、温度約２３０℃の水蒸気で４
分加温、加圧した後、圧力を瞬時に開放して水蒸気爆砕
処理した。試験片は、角付近が全体の約１５％程度破壊
し、その表面にはむき出しとなったガラス繊維が多数観
察できた。破壊の程度は、実施例１と同様にして求め
た。水蒸気爆砕処理後の試験片の顕微鏡観察によれば、
ガラス繊維の損傷はみられなかった。図６水蒸気爆砕処
理後の試験片の破壊部の顕微鏡写真（倍率約７０倍）を
示す。

【００２９】７０℃の温水中に１週間浸漬した試験片
は、強化繊維とマトリックス樹脂との界面に水が浸透し
たと考えられる白濁が観察された。白濁の程度は、実施
例１の試験片よりも大きいと確認できた。そこで、参考
例２からガラス強化繊維の配向方向と平行に切り出した
引張試験用に試料について、７０℃の温水中に１週間浸
漬した後、参考例１と同様にして引張試験を行った。引
張試験によって得られた破断強度は、３０．６８ＭＰａ
であり、参考例２と比べ破断強度が約３５％低下してい
る。

【００３０】温水に浸漬したことによる引張強度の大幅
な低下や白濁等の根拠等は、実施例１と同様と考えられ
ることから、説明は省略する。なお、７０℃での不飽和
ポリエステル樹脂の線熱膨張係数は、参考例４における
測定によれば、１６．５１×１０^−５℃^−１であり、白
濁の程度がＥＰ−ＦＲＰのそれより大きいことの主要因
と考えられる。

【００３１】

【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したように
構成されているので、以下に記載されるような効果を奏
する。すなわち、この発明の繊維強化プラスチック廃棄
物の処理方法は、温水浸漬処理と、水蒸気爆砕処理とを
採用することによってはじめて、強化繊維の損傷や、短
繊維化がなく、マトリックスのみを破壊することがで
き、強化繊維とマトリックスとを効率よく分離し、強化
繊維を確実にしかも安価に回収できることになる。ま
た、この発明の繊維強化プラスチック廃棄物の処理方法
によって回収された強化繊維は、ＦＲＰ製品の製造に有
効に再利用することができる。そして、強化繊維と分離
されたマトリックスは、ケミカルリサイクル、エネルギ
ーリサイクル等に有効に使用することができる。これら
のことから、環境汚染を減らし、廃棄物処分場の寿命を
延ばすことにも寄与することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の繊維強化プラスチック廃棄物の処理
方法を示す概略工程図である。

【図２】参考例１の表面の顕微鏡写真を示す。

【図３】引張試験に使用する試料をガラス繊維強化プラ
スチック板から切り出す方法の説明図である。

【図４】参考例２の表面の顕微鏡写真を示す。

【図５】実施例１における水蒸気爆砕処理後の試験片の
顕微鏡写真を示す。

【図６】実施例２における水蒸気爆砕処理後の試験片の
顕微鏡写真を示す。

【図７】従来のＦＲＰのリサイクルの概念図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三輪實岐阜県各務原市尾崎西町５丁目１番地合同宿舎尾崎西町住宅１−31 (72)発明者武野明義岐阜県岐阜市守口町３丁目１番地 (72)発明者横井輝之岐阜県各務原市那加南栄町69番地 (72)発明者細川淳多岐阜県郡上郡八幡町小野1128番地 (72)発明者新明良崇愛知県西春日井郡西春町徳重西出103番地Ｆターム(参考） 4D004 AA07 AA16 AA18 AA50 BA10 CA04 CA22 CA50 CB13 CC03 4D067 CG06 GA16 4F301 AA24 AA25 AB02 AB03 BF05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化プラスチック廃棄物を、温水浸
漬処理し、次いで、高温、高圧の水蒸気によって加温、
加圧した後、圧力を瞬時に開放して水蒸気爆砕処理する
ことで、強化繊維とマトリックスとを分離させ、少なく
とも強化繊維を回収することを特徴とする繊維強化プラ
スチック廃棄物の処理方法。
【請求項２】請求項１記載の繊維強化プラスチック廃
棄物の処理方法によって分離・回収された強化繊維を、
繊維強化プラスチックの強化材として再利用することを
特徴とする強化繊維の再利用方法。