JP2005036098A

JP2005036098A - 廃プラスチック熱分解物バインダー及びその製造法。

Info

Publication number: JP2005036098A
Application number: JP2003273953A
Authority: JP
Inventors: Isao Ikeda; 功池田; Hiroshi Shibata; 浩柴田; Hiroyuki Nakatani; 裕之中谷
Original assignee: DAINEN CO Ltd
Current assignee: DAINEN CO Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】廃プラスチックの有効利用
【解決手段】廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理して得られる熱分解物を含有するバインダー。該バインダーは加炭材、昇熱材、保温材、鎮静材、フォーミング抑制材、脱酸材、脱珪材用バインダー、鉄鋼副原料、固形燃料等を成形用のバインダーとして有用である。
【選択図】なし

Description

本発明は、廃プラスチックを熱分解して得られるバインダー及びその製造法に関する。

廃プラスチックから有用資源を回収する方法としては、熱分解法が広く採用されている。一般的な熱分解法は、熱分解槽内で酸素不存在化に廃プラスチックを３時間以上加熱して熱分解し、生成する低分子量の分解ガスを外部に取り出し、凝縮器で凝縮して油分として回収する方法である。一般に分解槽は常圧又は加圧条件下とされ、生成する分解ガスは原料である廃プラスチックの単量体及びその２量体や３量体を含有する低分子量物質を主成分とし、それ以外の僅かな不純物を含む混合物である。このように、熱分解法において回収される有用資源としては油分が注目されていた（例えば特許文献１参照）。

一方、バインダーとしては、多様な種類の物質が利用されている。鉄鋼副原料や固形燃料成形用バインダーとしては、デンプンを主成分とした水溶性バインダーが使用されている。しかし、水溶性バインダーでは、成形品の強度が不足がちであったり、耐水性に難があり保管条件を厳密に管理する必要があった。また、廃プラスチックを１８０℃以上の温度で略溶融させ、その溶融物を鉄鋼副原料成形用バインダーとして使用することができるが、成形時に１８０℃以上に加熱し分散性を向上させる必要があった。
特開平１０−１９５４５２号公報

本発明は、廃プラスチックを熱分解して得られるバインダー及びその製造法の提供を目的とする。

本発明者は、上記従来技術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理して得られる熱分解物がバインダーとして有用であることを見出した。

すなわち、本発明は、下記のバインダー及びその製造法を提供するものである。
項１．廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理して得られる熱分解物を含有するバインダー。
項２．加熱処理時間が２０分〜８０分であることを特徴とする項１に記載のバインダー。
項３．加熱処理温度が３５０℃〜４２０℃であることを特徴とする項１又は２に記載のバインダー。
項４．廃プラスチック中に含まれるポリオレフィン系樹脂及びポリスチレン系樹脂の含有量が８０重量％以上であることを特徴とする項１〜３のいずれかに記載のバインダー。
項５．廃プラスチック中に含まれるポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、難燃性樹脂及び熱硬化性樹脂の総含有量が１０重量％以下であることを特徴とする項１〜４のいずれかに記載のバインダー。
項６．バインダーが鉄鋼副原料成形用バインダーであることを特徴とする項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
項７．バインダーが、加炭材、昇熱材、保温材、鎮静材、フォーミング抑制材、脱酸材又は脱珪材用バインダーであることを特徴とする項１〜６のいずれかに記載のバインダー。
項８．バインダーが、固形燃料用バインダーであることを特徴とする項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
項９．バインダーが、舗装材、防水材、接着材又は充填材用バインダーであることを特徴とする項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
項１０．廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理することを特徴とする熱分解物バインダーの製造法。
項１１．加熱処理時間が２０分〜８０分であることを特徴とする項１０に記載の熱分解物バインダーの製造法。
項１２．加熱処理温度が３５０℃〜４２０℃であることを特徴とする項１０又は１１に記載の熱分解物バインダーの製造法。
項１３．項１〜７のいずれかに記載のバインダーにて成形された鉄鋼副原料。
項１４．項１〜５及び８のいずれかに記載のバインダーにて成形された固形燃料。
項１５．廃プラスチックが、アルミニウム層を有する積層フィルムを含有することを特徴とする項１〜９のいずれかに記載のバインダー。

本発明のバインダーは、廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理して得られる熱分解物を含有することを特徴とする。

原料として使用される廃プラスチックは、特に制限されない。例えば、プラスチック製造及び使用事業所、プラスチックリサイクル再生事業所等から出される廃プラスチックを広く使用することが可能である。また、廃プラスチックには、プラスチック成分以外に、金属類、ゴム類、カーボン類、紙類、木質類が少量混入していても、本発明の効果が発揮される限り、良い。しかし、これらの混入物は少ない方が好ましい。廃プラスチックは必要であれば熱分解に適した大きさに破砕されて熱分解炉に供給される。

廃プラスチックは、熱可塑性樹脂を多く含むものが好ましい。特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の単独重合体のほか、エチレン、プロピレン、ブチレン、スチレン、ブタジエンその他の共重合可能な単量体との共重合体などの熱可塑性樹脂を多く含むものが好ましい。廃プラスチックには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと称することがある）、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと称することがある）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（以下、ＡＢＳと称することがある）、ポリカーボネート（以下、ＰＣと称することがある）、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、その他のこれに類するプラスチックが含まれる。また、廃プラスチックにはアルミニウム層を有する積層フィルムが包含される。アルミニウム層を有する積層フィルムとは、アルミニウム層とプラスチック層が積層されたフィルムをいい、本発明の効果を妨げない限り、積層の順番は特に制限されず、また、その他の層が含まれていても良い。アルミニウム層を有する積層フィルムの例としては、アルミニウム箔の片面又は両面にポリエステル、ポリオレフィン等の樹脂が蒸着されたフィルムが挙げられる。アルミニウム層を有する積層フィルムは、食品包装用フィルム（お菓子、レトルトパウチ等）、医療用具包装用フィルム、医薬品包装用フィルムなどの分野で使用されている。

廃プラスチック中のポリオレフィン系樹脂（以下、ＰＯと称することがある）、及びポリスチレン系樹脂（以下、ＰＳと称することがある）の合計量が８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９５重量％以上、最も好ましくは９８重量％超である。

また、廃プラスチック中のＰＯ含有量は、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上であり、ＰＳ含有量は、好ましくは１０重量％以上、より好ましくは１０〜３０重量％である。

廃プラスチック中のＰＯ含有量が多いと熱分解物の硬度が増し、ＰＳの含有量が多いと熱分解物の硬度がやや減少し、粘着性が増す傾向がある。また、ＰＳ以外にもポリカーボネート系樹脂（以下、ＰＣと称することがある）やＡＢＳ樹脂の含有量が増すと熱分解物の硬度がやや減少し、粘着性が増す。

また、廃プラスチック中に含まれるポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、難燃性樹脂及び熱硬化性樹脂の総含有量は１０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは８重量％以下である。ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、難燃性樹脂及び熱硬化性樹脂の含有量が多いと得られる熱分解物に炭化物、未溶解物の混在が多くなり、バインダーとしての分散性が低下する傾向がある。

ポリオレフィン系樹脂（ＰＯ）としては、例えばポリエチレン系樹脂（以下、ＰＥと称することがある）、ポリプロピレン系樹脂（以下、ＰＰと称することがある）等が使用できる。

ポリスチレン系樹脂としては、ポリスチレン、発泡スチロール等が使用できる。

また、廃プラスチックにＰＶＣ等の塩素源が多く含まれるときは、熱分解に先立って脱塩素処理を行うことが望ましい。脱塩素処理は公知の方法を採用することが可能であり、例えば廃プラスチックを３２０℃程度に加熱し押出機によって溶融する方法が適用可能である。

本発明では、これらの廃プラスチックを加熱処理して、バインダーを製造する。

加熱処理は、３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間処理する。好ましい加熱温度は３５０℃〜４２０℃、より好ましい加熱温度は３８０℃〜４００℃である。好ましい加熱時間は２０分〜８０分、より好ましい加熱時間は２０分〜４０分である。

上記の加熱条件にて廃プラスチックを適当な炉内で熱分解する。加熱処理された廃プラスチックは、低分子量の分解ガスと熱分解物に変化する。分解ガスは熱分解炉外に排出することが好ましい。加熱処理後、約２００℃以上に保持すると、炉底には熱分解物が液状で蓄積しており、これを排出することによって熱分解物を回収することができる。

このようにして得られた熱分解物は、常温（２５℃）では固体である。熱分解物は以下の特性を備えていることが望ましい。

硬度（JIS K6253A）：７０〜１００度、好ましくは８０〜１００度
融点（DSC）：８０℃〜１３０℃、好ましくは９０℃〜１３０℃
粘度（90℃）：１０〜１８００Ｐａ・Ｓ
なお、粘度はＰＨＹＳＩＣＡ社のＭＣＲ−３００溶融粘度計を使用して測定した値である。

本発明のバインダーは熱分解物を含有する。熱分解物は適度な硬度と熱軟化性を備え、ブリケット成形用、押出成形用、プレス成形用バインダーとして有用である。殊に、非水溶性であることから、鉄鋼副原料（加炭材、昇熱材、保温材、鎮静材、フォーミング抑制材、脱酸材、脱珪材等の金属工業用副原料）成形用バインダー、固形燃料（ボイラー用燃料、焼却炉の助燃材等）用バインダーとして有用である。

鉄分、金属類、カーボン類等の主原料と本発明のバインダーとの混合割合は、バインダー成形物中における熱分解物の量が、特に制限されないが、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０％以上、最も好ましくは１３〜２０重量％となる量である。

熱分解物を含有するバインダーを５０℃〜１３０℃程度に加温することによって、熱分解物が軟化し、分散性が増し、バインダーとしての特性が増す。このため、熱分解物を使用する際には加温することが好ましい。

熱分解物をバインダーとしてブリケットを成形する場合、鉄分、金属類、カーボン類等の主原料と熱分解物を混合しながら約５０℃〜１３０℃に加熱昇温させ、ブリケット成型機にてブリケットを製造することができる。

本発明によれば、廃プラスチックを熱分解することにより、廃棄物から硬度と熱軟化性（混合分散性）に優れたバインダーを得ることができる。また、廃プラスチックを原料とすることから廃棄物の有効利用も図ることができる。

従来の水溶性バインダーでは、成形品の強度が不足がちであったり、耐水性に難があったが、本発明のバインダーでは両方において性能が向上する。また、水溶性バインダーでは成形後に乾燥工程が必要であったが、本発明のバインダーでは乾燥工程は必要ない。また、他の従来のバインダーとして廃プラスチックを１８０℃以上の温度で略溶融（熱分解ではない）させ、その溶融物を鉄鋼副原料成形用バインダーとして使用することができるが、成形時に１８０℃以上の高温に加熱し分散性を向上させる必要があった。本発明のバインダーでは３０〜１３０℃程度で十分な分散性を得られるため、より少ない熱エネルギーで成形が可能となる。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
一般ゴミ（分別回収されたプラスチック）中の廃プラスチックを、比重分離機（分離水槽）にかけ、水に浮いたプラスチックとそれ以外とに分別した。この分離により、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、発泡ポリスチレン（ＰＳ）を主成分とする、水に浮いたプラスチックが得られ、それ以外のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等と略分離された。

熱分解装置の概要を図１に示す。室温の熱分解槽（ＳＵＳ３０４、５０Ｌ）に、得られた水に浮いたプラスチック１０ｋｇ（水分１５〜２０重量％含有、１５〜２０ｍｍサイズの破砕物）を投入し、次いで槽内温度を上げ、約３８５℃に到達した状態でその温度を０．５分維持した。槽内に堆積した熱分解物をスクリューコンベアーにて取り出した。回収率は７０〜８０％であった。また、約３８５℃で２０分、４０分維持した以外は同様にして熱分解物を得た。それぞれの回収率は５５〜７０％、４０〜５５％であった。得られた３種の熱分解物について、融点、硬度及び粘度を測定した。なお、測定条件は以下のとおりである。

硬度：JIS K6253A
融点：DSC
粘度（90℃）：ＰＨＹＳＩＣＡ社のＭＣＲ−３００溶融粘度計を使用
測定結果を表１に示す。

実施例２
ＰＥ（再生品、３ｍｍ篩を通過するサイズ）、ＰＰ（再生品、７ｍｍ篩を通過するサイズ）及びＰＳ（再生品、１０ｍｍ篩を通過するサイズ）を表２に記載の割合でビーカーに入れて混合し、得られた混合物を室温の熱分解槽に投入し、温度を上げ約４００℃に到達した時点でその温度を表２に記載の時間維持した。槽内に堆積した熱分解物を取り出し、実施例１と同様に融点、硬度及び粘度を測定した。結果を表２に示す。

実施例３
熱分解物1-1、1-2及び1-3をバインダーとして使用し、昇熱材ブリケットを製造した。金属粉と熱分解物1-1（７ｍｍ篩を通過するサイズ）の混合物（混合比率：金属粉８７重量％、熱分解物１３重量％）４ｋｇを、あらかじめ４５℃に加熱したニーダーに投入した。ニーダーを外部加温して１２０〜１３０℃とし、混練し、目視にて均一に混合したことを確認し、混合物をプレスロール式ブリケットマシーン（ダイネン社製）にて成形し、マセック型の成形ブリケットを製造した。成形ブリケットの歩留まりは７５％であった。なお、ブリケットの大きさは３号（約３８ｍｍ(幅)×約３８ｍｍ(奥行き)×約２０ｍｍ(高さ)）であり、形状は図２に示すとおりである。

さらに、熱分解物1-1に代えて熱分解物1-2を使用し、ニーダーの外部加温温度１２０〜１３０℃を１０５℃と変更した以外は同様にしてマセック型の昇熱材用ブリケットを製造した。成形ブリケットの歩留まりは６９％であった。また、熱分解物1-1に代えて熱分解物1-3を使用し、ニーダーを４５℃に維持した以外は同様にしてマセック型の昇熱材用ブリケットを製造した。成形ブリケットの歩留まりは７０％であった。

得られた３種類のブリケットを耐圧強度試験に供した。試験方法の模式図を図３に示した。即ち、ブリケットの上から、鉄製プレート（５０ｍｍ×５０ｍｍ）付きエアシリンダーにて加圧した。加圧しながらブリケットにひび割れや変形等の形状変化を目視で確認した時点の圧力を耐圧強度とした。

その結果、熱分解物1-1で成形されたブリケット、熱分解物1-2で成形されたブリケット、熱分解物1-3で成形されたブリケットの耐圧強度は、それぞれ２４４ｋｇｆ、１２１ｋｇｆ、８３ｋｇｆであった。

さらに、熱分解物1-1を使用し、熱分解物の混合量を２０重量％に増加させ、上記のブリケットと同様にして製造されたブリケットの耐圧強度は４１７ｋｇｆであった。なお、品質管理上、耐圧強度は７０ｋｇｆ以上必要である。

熱分解装置の概略図である。実施例３にて成形されたブリケットの上面図及び正面図である。耐圧強度試験方法を示す模式図である。

Claims

廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理して得られる熱分解物を含有するバインダー。
加熱処理時間が２０分〜８０分であることを特徴とする請求項１に記載のバインダー。
加熱処理温度が３５０℃〜４２０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバインダー。
廃プラスチック中に含まれるポリオレフィン系樹脂及びポリスチレン系樹脂の含有量が８０重量％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバインダー。
廃プラスチック中に含まれるポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、難燃性樹脂及び熱硬化性樹脂の総含有量が１０重量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバインダー。
バインダーが鉄鋼副原料成形用バインダーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
バインダーが、加炭材、昇熱材、保温材、鎮静材、フォーミング抑制材、脱酸材又は脱珪材用バインダーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバインダー。
バインダーが、固形燃料用バインダーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
バインダーが、舗装材、防水材、接着材又は充填材用バインダーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバインダー。
廃プラスチックを３００℃〜４５０℃で０．５分〜１２０分間加熱処理することを特徴とする熱分解物バインダーの製造法。
加熱処理時間が２０分〜８０分であることを特徴とする請求項１０に記載の熱分解物バインダーの製造法。
加熱処理温度が３５０℃〜４２０℃であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の熱分解物バインダーの製造法。
請求項１〜７のいずれかに記載のバインダーにて成形された鉄鋼副原料。
請求項１〜５及び８のいずれかに記載のバインダーにて成形された固形燃料。