JP2003507164A - ポリマー材料からの塗料除去方法 - Google Patents

ポリマー材料からの塗料除去方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明はポリマー材料からコーティング・フィルムまたは塗料を分離するプロセスおよび装置に関する。プロセスを実施するのに用いられる装置にはホッパ（１２）、押出機（１４）、前処理混合タンク（２０）、および分離機（２２）が含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） （１．発明の分野） 本発明はポリマーの表面から塗料を除去するシステムとプロセスに関する。ポ
リマー材料はリサイクルされる。
【０００２】 （２．関連技術の考察） 工業的利用のために、フィルム、ステッカ、または塗料などの他の表面にポリ
マー材料がコートされる多くの加工作業がある。あらゆる大スケールの加工作業
では同様であるが、表面または塗料品質が劣ることあるいは不適切な色に基づく
ある割合の「不合格品」が不可避的に存在する。塗料とプラスチックの一体化さ
れた結びつきのために、これらの製品は通常廃棄されて埋め立て処分されるかま
たは新部品は塗装またはコートされない低級な最終用途にリサイクルされること
もある。材料がリサイクルされる場合、（粉砕されてスクリーンを通して押出さ
れて再成形される）小さな塗料粒子がプラスチックに残って加工中に表面に移行
する。次にこれらの粒子は塗料にクレータまたは隆起を作り出し、こうして新た
な廃棄部品を発生させる。使用済みポリマーは今日まで焼却で燃やされるかまた
は他の廃棄物と共に地下に埋められてきた。このようなポリマーの燃焼は大気中
の二酸化炭素濃度を増大させ地球温暖化に関する重大な問題につながる。それら
が地下に埋められた場合、それらは微生物により分解されえず、したがってその
まま残り、その結果地中に累積するポリマーの量は年々増加している。
【０００３】 最近、ポリマーのリサイクリングが資源保存および地球環境保護の観点から擁
護されている。
【０００４】 しかし、使用済みポリマーのリサイクルを成功させるためには様々な困難な問
題が解決されねばならない。
【０００５】 このような問題の一つは、最終製品としてのポリマーは単一材料の製品である
というよりむしろしばしば異種の材料のコンポジットであるという事実に関連し
ている。コンポジットであるこのようなポリマーが、異種の材料を分離すること
なくリサイクルされた場合、リサイクルされた製品の機械的性質および外観は、
元のポリマーのものに対してしばしば劣っている。
【０００６】 例えば、コートされたポリマー製品がそのまま微粉砕されペレット・ミル、ペ
レタイザまたは加熱押出機で再ペレットされて成型機でリサイクル・ポリマー製
品に再成型された場合、元のポリマー製品の表面に施されていたコーティングは
その中に細かく分散することなくリサイクル・ポリマー製品に残る。細かく分散
されえないコーティングは樹脂の均一なブレンドを妨げるので、リサイクル製品
の性質はかなり悪い。
【０００７】 このように、リサイクリングのための再加工に進む前にコートされたポリマー
製品からコーティングを除去することが最も重要である。
【０００８】 このような製品のリサイクリングの主な分野の一つは自動車産業の塗装された
バンパに対するものである。これらのバンパは、通常バンパが自動車の色にマッ
チするようにそれに塗られた塗料のついたポリマー材料である。
【０００９】 歴史的に、リサイクリングの試みは、加熱押出機で材料を単に溶融して残留塗
料粒子の異物をスクリーンまたはスクリーン・パックで捕捉しておこなわれてき
た。これは単一のスクリーン・パックまたはポンプと連動する列をなす多数のス
クリーンにより達成可能である。材料がこのタイプのシステムを通過すると、そ
れに類似のクリーンな材料（自動車バンパの場合コポリマー）を混合するするこ
とさえ行われており、スクリーンで捕捉されなかった残留塗料粒子の量をそのコ
ポリマーで希釈して低減する。このタイプのシステムは遅く、また得られるリサ
イクル材料を希釈するのに使用される良質の材料コストが大きいためにコストが
かかるということが立証された。
【００１０】 他のアプローチには塗料表面を浸食する腐食性の化学薬品で部品または粉砕粒
子を処理する化学的除去が含まれる。このタイプのプロセスもまた再使用するこ
とを難しくする有害な影響を処理後のプラスチック材料に及ぼす。
【００１１】 米国特許第５７８８８１１号、５８７６５５７号および５８９７８２０号はす
べてその表面に塗料がついた不合格ポリマー材料のリサイクリングを対象とし、
各々バンパ部品を主に扱うことに集中している。これらの各特許の目的はポリマ
ー材料から塗料を分離し、そうすることによりポリマー材料をリサイクルするこ
とである。
【００１２】 これらの各特許において、塗料が除去される主なメカニズムは、塗装されたポ
リマー部品のカットされた断片を一連の成形および剪断ロール−剪断ロールは様
々な周速をもつ−を通過させることにより、下側にあるポリマー材料から塗料を
剪断剥離するかまたは剥がすことである。この結果ポリマーは細片となり、それ
から、より小さい粒子に粉砕され次に溶融されて輸送のためにペレットにされる
かまたは新しい部品を製造するために直接成型機に入れられる。
【００１３】 これらの参照文献には記載されていないが、このプロセスの問題はポリマー細
片から塗料を効率よく分離することである。すなわち、塗料を剪断剥離するステ
ップの後に、ポリマー細片に付着する残留塗料粒子と後に得られる粒子とのよく
混ざり合った混合物が基本的には存在する。これらの塗料粒子は、プラスチック
のいかなる剪断または粉砕プロセスにおいても生じる静電結合によりプラスチッ
クに付着する。
【００１４】 また、これらのプロセスは労働集約的で、部品を断片にカットして次に一連の
ロールに供給することが必要である。さらにコストがかかることには、部品は最
初それらが「手を加えられていない」状態で取扱われねばならず、大容積の材料
の管理を必要とする（輸送および／または材料取扱いのための広い面積）。
【００１５】 （発明の概要） 本発明はポリマー材料からいかなるコーティング、例えば塗料をも分離するた
めの機械的プロセスおよびシステムを対象とする。
【００１６】 本発明は従来技術のプロセスと比較して、ポリマー材料からコーティングを剥
がすための異なるステップを実施する。１つの実施態様において、塗装されたポ
リマー材料は最初に材料の取扱いを容易にするために粉砕されて次に冷却された
スクリュ・タイプ押出機で破砕される。これでポリマー材料から塗料を除去する
。本発明はポリマー材料混合物から塗料微粒子を効率よく分離するためにさらな
るステップを含む。
【００１７】 広く、本発明は粒状の塗装ポリマー材料を冷却された剪断プロセスにかけて破
砕された材料とすることを含む。好ましくは、２軸または１軸スクリュ冷却タイ
プ押出機がこの剥離を実施するのに用いられる。これは従来技術のプロセスに記
載されるポリマー材料から塗料を剪断剥離することと別のステップであり、また
プラスチックを溶融するために押出機を従来のように加熱する代わりに押出機を
冷却して固体状態を維持して剪断剥離および破砕を促進することにより、他の押
出プロセスと異なる。破砕された材料は水と混合されてスラリを生成する。表面
活性剤（ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ）をスラリに加えポリマー
粒子混合物および塗料粒子の間で相分離をおこさせる。次に、スラリ中で密度分
割により塗料粒子がプラスチックから分離することを促進すると同時に塗料およ
びプラスチック粒子の間の静電結合を除去する。破砕されたポリマー粒子は次に
リサイクルされる。
【００１８】 本発明は、一つの態様において、ポリマー材料から塗料を剥がすために冷却１
軸または多軸スクリュ押出類似プロセスで材料に剪断を加えることを含む。好ま
しくは、本発明のこの態様において、（複数の）回転スクリュ外周のクリアラン
スは上流から下流の端部へと減少し、このクリアランスは水冷ジャケット壁面の
内側表面および回転スクリュ外周により定められる。このプロセスはプラスチッ
クが溶融状態（Ｔｍ）になるかあるいは粘性をもつことを防ぐ。
【００１９】 本発明の別の態様は、ポリマー材料の表面から塗料を剥がし破砕された材料を
形成する手段、塗料材料からポリマー材料を分離する手段およびポリマー材料を
回収する手段を含む。
【００２０】 本発明の好ましい実施態様は、粒状の塗料コート・ポリマー材料を破砕してポ
リマー材料および塗料を含む破砕材料とすること、ポリマー材料を塗料材料から
相分離させること、ポリマー材料を回収することおよび回収されたポリマーをリ
サイクルすることを含む。
【００２１】 （好ましい実施形態の説明） コートされたポリマーからコーティングの剥離 コートされたポリマー 本発明により加工されるコートされたポリマーは、その表面の部分または全体
にコーティングを有するどのようなポリマー製品でもよい。このようなポリマー
製品には一度使用された製品だけでなく、ある目的のために製造されたが何らか
の理由、例えば製品のスペックを満たさないという不具合で不要となった製品も
含まれる。
【００２２】 前記のポリマー製品は、射出成型、押出、ブロー成型、トランスファ成型、熱
成型、回転成型、および圧縮成型などの様々な成型法によるサーモポリマー樹脂
の成型により製造される様々な形の成型製品、例えば自動車バンパ、ホイール・
キャップおよびサイド・モールなどの自動車外装部品、計器パネル、レバーおよ
び内装用発泡材ライニングなどの自動車内装部品、ならびに掃除機、洗濯機、冷
蔵庫、照明器具、コンピュータおよびオーディオ機器などの電気機器などであっ
てよい。コーティングは金型の中または２次的な施工プロセスによっておこなわ
れる。
【００２３】 基材 前記ポリマー製品の基材はどのような熱可塑性樹脂であってもよい。具体例に
は、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンおよび線状
低密度ポリエチレンなどのエチレン樹脂、およびプロピレン・ホモポリマーおよ
びプロピレン−エチレン・ブロックまたはランダム・コポリマーなどのプロピレ
ン樹脂、熱可塑性オレフィンが典型的であるオレフィン樹脂、ポリエチレンテレ
フタラート、熱可塑性ポリエステルおよびポリブチレンテレフタラートなどのサ
ーモポリマー・ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニ
レンオキシド、ポリフェニレンエーテルおよびポリオキシメチレンなどのエンジ
ニアリング樹脂、アクリロニトリル−スチレン・コポリマーおよびアクリロニト
リル−スチレン−ブタジエン・コポリマー、アクリロニトリル−スチレン−ブタ
ジエンなどのスチレン樹脂、ポリブタジエン−テレフタラート、ビニルプラスチ
ック、ＲＩＭ材料または前記樹脂のコンポジット（アロイを含む）などが含まれ
るが、他のプラスチック、変性プラスチック、ゴム、または変性ゴム材料なども
除外されない。
【００２４】 前記熱可塑性樹脂の中で、オレフィン樹脂およびオレフィン樹脂を含むコンポ
ジットが好ましく、またエチレン−プロピレン−ジエンモノマー樹脂または他の
樹脂とベース樹脂としてのポリプロピレンとのブレンドが特に好ましい。
【００２５】 コーティング・ポリマーのこれらの基材はまた、前記熱可塑性樹脂以外のさら
なる成分、例えばタルク、ガラス繊維、酸化チタンおよびカーボンなどの無機フ
ィラー、天然ゴム、エチレン−プロピレン・コポリマーゴム、スチレン−ブタジ
エンゴム、スチレン−イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イ
ソプレンゴム、ウレタンゴムおよび水素化スチレン−ジエン・ブロックコポリマ
ーなどのゴム、ならびにキナクリドンおよびフェロシアニン・ブルーなどの顔料
を含んでもよい。
【００２６】 コーティング プライマ 本発明により加工されるコートされたポリマー製品は直接基材上にまたはプラ
イマ層を介したコーティングを有することができる。
【００２７】 プライマの例には、塩素化ポリプロピレン樹脂およびマレイン酸変性ポリプロ
ピレンなどの変性プロピレン樹脂、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン
・コポリマー（ＳＥＢＳコポリマー）ならびにスチレン−エチレン−プロピレン
−スチレン（ＳＥＰＳコポリマー）が含まれる。これらの中で、塩素化ポリプロ
ピレン樹脂が好ましい。
【００２８】 これらのプライマは通常３から３０μｍの範囲、好ましくは５から１５μｍの
範囲の厚さをもつプライマ層を形成するように用いられる。
【００２９】 塗料 コーティングを形成するためにポリマー製品基材表面の一部または全体に施さ
れる塗料またはコーティングとして、有機溶剤系塗料、水溶性樹脂塗料、水分散
性樹脂塗料および水性エマルジョン塗料を挙げることができ、美的効果、騒音ま
たは振動減衰、耐腐食性、難燃または防炎またはＥＭＩ／ＦＲＩシールドに用い
られるコーティングあるいはいかなる他のタイプの保護的、機能的または美的コ
ーティングまたはフィルムも含まれる。
【００３０】 このような塗料の具体例には、アクリル、エポキシ、ポリエステルまたはアル
キッド樹脂の樹脂成分およびウレタンまたはメラミン化合物の架橋成分を含む塗
料が含まれる。数ある中で、アクリルまたはポリエステル樹脂の樹脂成分および
メラミンまたはウレタン化合物（イソシアネート架橋タイプ）の架橋成分を含む
塗料が好ましい。
【００３１】 塗料は通常２０から２００μｍの範囲、好ましくは３０から１００μｍの範囲
の厚さを有するコーティングを形作るように用いられ、また用いられる塗料の量
は通常基材に対して１０重量％、好ましくは７重量％以下である。
【００３２】 本発明は特定の装置、粒子サイズなどに関して記載される。しかし、当分野の
技術者により十分に理解されるように、以下は本発明の単なる例示にすぎず、記
載されたものと同一または類似のステップを実施する他のプロセス制御装置も成
功裏に用いることができるということが理解される。
【００３３】 例 本発明の好ましい実施形態の例示的システムが一般的に１０で示されまたバン
パの粒状廃棄材料、すなわち１／４インチから３／４インチのペレットに粉砕さ
れた塗料コート・ポリマー材料を容れたホッパを備える。通常のポリマー・バン
パ材料は熱可塑性オレフィンまたはエラストマであり、通常の塗料はアクリルの
水系または溶剤系塗料であろう。
【００３４】 このペレットはホッパ１２からオーガまたは自重による流れで１軸または複数
スクリュ冷却押出機１４の上流端部１６へ導入される。特に好ましい押出機は、
例えばＧａｉａ ＲｏＫｅｌから商品名Ｒｏｔｏ Ｄｉｓｐｅｇａｔｏｒとして
市販されるものまたは先行する米国特許第４１１８１６３号、４８７５８４７号
、５４１５３５４号、５７０４５５５号、５７４３４７１号または５７６９３３
５号に開示されるかまたはそれらに合致する押出機である。このタイプの押出機
は冷却バレルまたはジャケット内に収容される（複数の）回転スクリュの使用に
より卓越している。（複数の）スクリュも同様に冷却できるか、または押出機が
材料に溶融効果でなく剪断効果を及ぼすように材料温度が融点より低く保たれる
限り冷却液を材料と共に導入できる。通常、材料は上流端部１６から下流端部１
８へ材料の吐出を可能とするサイズ・ギャップにより決まる速さで移動する。材
料は破砕された材料として排出され、粒子サイズは数ミクロンからプロセスの上
流端部で入る微粒子の元のサイズに渡る。プラスチックおよび塗料粒子の破砕さ
れた混合物は押出機１４の下流端部１８から前処理混合タンク２０に入る。
【００３５】 連続またはバッチ・プロセスで混合タンク２０内の水の容積は通常４０００リ
ットルに維持されまた典型的には約３００から４００ｋｇ、好ましくは約３４５
ｋｇの破砕された材料が存在する。破砕された材料はタンクに加えられスラリを
形成する。界面活性剤が２８０〜３３０ｐｐｍの間の量、例えば３１２ｐｐｍで
添加される。好ましい界面活性剤はＢｅｔｚ ＤｅａｒｂｏｒｎのＢｅｔｚＳｏ
ｌｖ（登録商標）２０３ａである。任意選択で、パラフィン留出物イオン性エマ
ルジョンなどの凝集剤が１０から２０ｐｐｍの間の量、例えば１５ｐｐｍ加えら
れる。好ましい凝集剤ポリマーＢｅｔｓ Ｄｅａｒｂｏｒｎの４４２５Ｌ。添加
剤を含むスラリは回転ブレードでかき回される。これは界面活性剤を均一に分散
して塗料およびポリマーの間の静電結合に影響を及ぼす。界面活性剤は静電気を
帯びた塗料粒子を中性化してこれらの粒子がポリマー粒子から自由に落下できる
ようにする。凝集剤は、用いられた場合、密度に基づいて材料の液分離が起こる
ように作用する。
【００３６】 次にスラリは機械的分離機２２にポンプで送られ、軽い相のポリマー材料は重
い相の塗料粒子から分離されて水は混合タンク２０に戻される。上述したような
分離を実施するための適切なシステムは、Ｋｒａｕｓｓ Ｍａｆｆｅｉの商品名
Ｆｌｏｔｔｗｅｇ Ｓｏｒｔｉｃａｎｔｅｒ（登録商標）遠心機である。重い相
の塗料粒子はさらなる環境上の処理のために貯蔵容器２５に集められる。ポリマ
ー粒子は空気、熱または圧縮ドライヤ２６に排出されてホッパ２８に移送されそ
こで押出機３０に排出される。
【００３７】 さらに、相分離プロセスは特定の界面活性剤および任意選択で凝集剤に関連し
て記載されたが、分離される破砕材料に依存して、それらが静電気、例えば大き
な表面張力、またはイオン性結合により結合しているかどうかが、分離プロセス
に最も適すると思われる特定の（複数の）表面活性剤とその量を決めるであろう
。
【００３８】 スラリに関して記載したが、特定のポリマー材料上のコーティングから分離さ
れる材料に依存して、破砕された材料を溶液、懸濁液、エマルジョン、コロイド
分散液またはスラリに入れることもできるということは本発明の範囲内である。
【００３９】 最後に、分離される材料の特性は、混合タンクにリサイクルされる水を含む重
い相から分離される軽い相があるかどうかを決めるであろう。すなわち、水相か
ら１つの材料を分離するが水相は他の材料を保持しており次に水相から他の材料
を分離するというのがより適当である。
【００４０】 前記の説明は本発明の特定の実施形態に限定されていた。しかし、本発明のい
くらかまたはすべての利点を達成する変形および修正を本発明になしうるという
ことが明かである。したがって、本発明の真の精神および範囲内にあるこれらの
すべての変形および修正を包含することが添付される特許請求の範囲の目的であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するシステムにおけるプロセスの流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマー材料からコーティング・フィルムまたは塗料を分離
    するプロセスであって、 別々になったポリマー材料とコーティング材料の混合物とするためにポリマー
    材料からコーティングを剪断剥離すること、 混合物を流体媒質に入れること、 前記流体媒質中でコーティングからのポリマー材料の分離を実施すること、 ポリマー材料を回収すること、および コーティングを別に回収すること を含むプロセス。
  2. 【請求項２】 流体媒質が水性媒質である請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 水性媒質がスラリである請求項２に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 表面活性剤を水性媒質に添加して相分離を起こすことを含む
    請求項３に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 表面活性剤が界面活性剤である請求項４に記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 表面活性剤が凝集剤である請求項４に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 コーティングが重い相を構成しまたポリマー材料が軽い相を
    構成し、軽い相および重い相を別々に回収することを含む請求項１に記載のプロ
    セス。
  8. 【請求項８】 分離された相から水をリサイクルすることを含む請求項７に
    記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 ポリマー材料を乾燥することを含む請求項７に記載のプロセ
    ス。
  10. 【請求項１０】 ポリマー材料を押出すことを含む請求項７に記載のプロセ
    ス。
  11. 【請求項１１】 コーティングが塗料またはフィルムである請求項１、３ま
    たは４に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 スクリュの外周とその中でスクリュが回転するバレルの内
    側表面との間にクリアランスがある冷却押出機を用いてポリマー材料の表面から
    コーティングを剥がす方法であって、 押出機の上流端部に材料を導入すること、 上流端部から下流端部へと減少してゆくクリアランスを上流端部から下流端部
    に通して材料を移動させること、 ポリマー材料から塗料を剪断剥離することによりポリマー材料から塗料コーテ
    ィングを剥がすこと、 材料をその融点より低い温度に維持すること、および 塗料材料から別々にされたポリマー材料を破砕された材料として排出すること
    を含む方法。
  13. 【請求項１３】 流体媒質が水性媒質である請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 水性媒質がスラリである請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 界面活性剤を水性媒質に添加して相分離を起こすことを含
    む請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 表面活性剤が界面活性剤である請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 表面活性剤が凝集剤である請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 コーティングが重い相を構成しまたポリマー材料が軽い相
    を構成し、軽い相および重い相を別々に回収することを含む請求項１５に記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 ポリマー材料からコーティングを分離するシステムであっ
    て、 別々にされたポリマー材料およびコーティング材料の混合物とするためにポリ
    マー材料からコーティングを剪断剥離する手段、 流体媒質に混合物を入れる手段、 コーティング材料からのポリマー材料の分離を実施する手段、および コーティング材料とは別にポリマー材料を回収する手段 を含むシステム。
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