JP2005350504A - 高分子樹脂の分解処理方法及び分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄された繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）製の商品が廃棄物となった後の処理と再利用を容易にする技術を提供するものである。
【解決手段】高分子樹脂と充填材とを分離するにあたり、水に対するハロゲン化合物の結合比Ｘｉが０≦Ｘｉ≦略０．５若しくは略０．５≦Ｘｉ≦１．０であり、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦２００℃である、ハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、圧力容器内で処理する分解処理装置Ａにより化学的に処理した後の高分子樹脂・充填材複合材料を、次行程において、ロータリーキルンにより焼却処理する。
【選択図】図４

Description

本発明は、高分子樹脂、特に繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）を構成している高分子樹脂の分解処理方法および処理装置に関するものである。

従来から、同一出願人により、ポリ塩化ビニールの廃棄フィルムや繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）等を、ハロゲン化合物特にメチレンクロライド溶液またはメチレンクロライド蒸気により分解処理する方法と装置に関しては、既に出願が公開されており、次の特許文献の如くである。
特開平８−２１７９０７号公報 特開平８−３１１２３７号公報 特開平８−３３７６７７号公報

本発明は、廃棄された繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）製の商品が廃棄物となった後の処理と再利用を容易にする技術を提供するものである。
これまでに、繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）は、非常に腐敗し難く、劣化しにくいという性質の為に、自動車部品、漁船やレジャーボート等の船体として使用されている。そして、逆にこの長所が欠点となって、廃船等となった後においても、木造船のように、腐敗して自然界に戻るということが無いのである。
故に、廃船となり，持ち主が放棄した後において、川岸や港の隅に放置されたまま、長時間、腐敗せずに残ることとなり、その処理に多大の費用を要することとなるのである。

特に、ガラス繊維が包含されている場合には、焼却処理してもガラス繊維の部分のみは、焼け残って粉塵状となり、周囲に飛び散って環境を破壊したり、炉壁に融着して焼却炉の寿命を縮めたりするのである。また、炭素繊維を含む場合には、炭素繊維の燃焼熱により、焼却炉の炉壁が傷むものである。
この理由により、高分子樹脂の部分のみを焼却しようとしても、ＦＲＰ中にガラス繊維などが存在する為に、焼却処分ができないという不具合があったのである。
このＦＲＰ廃船の処理の方法としては、ガラス繊維と高分子樹脂の分離が必要となるのであるが、焼却によるか又は溶媒中に浸けて、高分子樹脂部分を溶解するという方法以外に分離の方法が無い為に、大々的な廃船の処理が不可能となっていたのである。

本発明は、以上述べたように、高分子樹脂部分を具備した繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）を主体とした成形品である、船舶、ヘルメット、自動車部品、バイク部品等、その他の多数のＦＲＰ成形品が廃棄物となった場合の処理方法と処理装置と処理後の生成品の不具合を解消せんとするものである。

次に上記課題を解決する為の手段を説明する。
請求項１においては、水に対するハロゲン化合物の結合比Ｘｉが０≦Ｘｉ≦略０．５若しくは略０．５≦Ｘｉ≦１．０であり、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦２００℃である、ハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、圧力容器内で処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置である。

請求項２においては、水に対するハロゲン化合物の結合比Ｘｉが０≦Ｘｉ≦略０．５若しくは略０．５≦Ｘｉ≦１．０であり、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦５００℃で、圧力Ｐが０．１ＭＰａ≦Ｐ≦０．５ＭＰａである、ハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、圧力容器内で処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置である。
請求項３においては、請求項１または２において、ハロゲン化合物として、メチレンクロライドもしくはメチルクロライドを用いることを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置である。

請求項４においては、高分子樹脂と充填材とを分離するにあたり、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載する処理方法および処理装置で処理する高分子樹脂・充填材複合材料を、前行程において、切断機で細断して破砕裁断処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置である。
請求項５においては、高分子樹脂と充填材とを分離するにあたり、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載する処理方法および処理装置で処理する高分子樹脂・充填材複合材料を、次行程において、焼却処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法及び分解処理装置である。
請求項６においては、請求項５記載の焼却処理を、ロータリーキルンにより行うことを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法及び分解処理装置である。

以上のように構成したことにより、次のような効果を発揮するものである。
第１に、ＦＲＰ等を構成する高分子樹脂部分の処理を、ハロゲン化合物と水の気相の状態の中で処理することが出来るので、その後におけるガラス繊維と高分子樹脂部分との分離が容易にできるようになったのである。
第２に、ハロゲン化合物と水が、高温の気相状態で処理できるので、処理終了後におけるハロゲン化合物の回収と再利用のサイクルが容易に行えるのである。
第３に、ハロゲン化合物等の溶液に浸漬した状態でＦＲＰを処理することがなく、気相状態であるので、メチルクロライドもしくはメチレンクロライドの汚れが少なく、多数回数の使用が可能となったのである。
第４に、本発明の高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置により処理する前に、裁断等の機械的な処理行程を付加することにより、その後の分解処理装置Ａへの投入量を増加させることができ、高分子樹脂・充填材複合材料の均一な処理を行うことが出来るのである。
第５に、分解処理装置Ａで処理した後の高分子樹脂・充填材複合材料を、ロータリーキルンにおいて、燃焼処理することにより、ガラス繊維と高分子樹脂との分離をより確実に行うことができ、最終的には、ガラス繊維のみを，散逸させずに取り出すことが可能となったものである。
繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）を最初から焼却処理すると、ガラス繊維の部分が熱風排気と共に、排気管から飛び出して行くのであり、まず破砕処理装置Ｂで切断し、次に分解処理装置Ａで化学的処理をし、その後に焼却処理することにより、最終的には、ガラス繊維のみを、後処理の出来る状態で取り出すことが可能となったものである。

図１は、高分子樹脂の分解処理装置Ａを示す側面図と平面図、
図２は、分解処理装置Ａ内にて処理後の高分子樹脂・充填材複合材料の燃焼処理装置Ｃを示す平面図、
図３は、圧力容器本体１にて処理する前に、高分子樹脂・充填材複合材料を切断破砕処理する破砕処理装置Ｂの模式図、
図４は、ロータリーキルンを２基用いた燃焼処理装置の処理工程図、
図５は、ロータリーキルンを１基用いた燃焼処理装置のブロック図である。

次に、図１と図３において、高分子樹脂の分解処理装置において、圧力容器本体１内で処理する前の、前処理としての破砕処理装置Ｂについて、図１において説明する。
分解処理装置Ａの前段階において、破砕機２２が配置されている。該破砕機２２のホッパーに向けて、グランバー２０により繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）製のボート等の廃棄物が投入される。ボート等の廃棄物は余りにもその形状が大き過ぎる場合には、分断してから破砕処理装置Ｂに掛ける必要がある。
該破砕機２２により、この分断された高分子樹脂・充填材複合材料が更に細片に破砕されて、図３に示すテーブルフィーダー２４により、コンベア２３上の積載パレット１５に投入される。

該積載パレット１５に投入された破砕片がフォークリフト２１により、中台車１４の上に搬送されるのである。該中台車１４の上の積載パレット１５が、次工程において、分解処理装置Ａを構成する圧力容器本体１の内部に投入される。

図１において、高分子樹脂の分解処理装置のレイアウトについて説明する。
圧力容器本体１が１基配置されており、中台車１４が圧力容器本体１の内部に、移動可能に配置されている。該圧力容器本体１は、処理用の圧力容器として、内部に切断された高分子樹脂・充填材複合材料が投入される。
該中台車１４上に積載パレット１５が載置されていおり、該積載パレット１５内に処理物である、高分子樹脂・充填材複合材料としてのＦＲＰ廃棄物が投入載置されている。
台車引出用装置１７が設けられており、該中台車１４を強制的に移動する駆動機構が設けられている。

圧力容器本体１の側部に液体タンク２が付設されており、該液体タンク２内にハロゲン化合物であるメチレンクロライドや、水や界面活性剤等の混合液等が配置されている。３は深冷コンデンサ、４はコンデンサ、、６はカートリッジタンクである。
また、７は圧力容器本体１内を真空にする真空ポンプ、８は気相となっているハロゲン化合物であるメチレンクロライドを液相に戻す為のクーリングタワー、１０は冷凍機である。
更に、冷却水タンク１２とベビーコンプレッサ１３が付設されている。

以上のような高分子樹脂の分解処理装置において、中台車１４上の積載パレット１５に、処理物である高分子樹脂・充填材複合材料を載せて、中台車１４と共に、圧力容器本体１の内部に投入し、真空ポンプ７で真空にして、その後に、ハロゲン化合物であるメチレンクロライドと水の混合液体を加熱して気相とするのである。
この処理の段階で、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦５００℃である、圧力Ｐが０．１ＭＰａ≦Ｐ≦０．５ＭＰａであるハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、ＦＲＰを処理することとなるのである。

処理時間は、８〜１４時間であり、この間に、ＦＲＰのうちの高分子樹脂部分の部分にメチレンクロライドと水の混合物の気相が作用して、後述するように、高分子樹脂部分を分解する、または組成を変えるのである。
本発明は、ＦＲＰを構成するさまざまな高分子樹脂を、ハロゲン化合物、特にその中で、メチレンクロライド溶媒の蒸気で気相状態の中で処理するものであり、溶剤の中で浸漬して処理するのではないので、メチレンクロライドの液の分離が処理後に容易となったのである。

次に実施例について説明する。
まず本試験に試供した試料について説明する。
試料１：不飽和ポリエステル：日本特殊塗料が市販するポリエステル樹脂（不飽和ポリエステル、スチレンモノマー）に同上の硬化剤（ポリエステル樹脂硬化剤）を１００：１の割合で混合し、４０℃−２４ｈｒ−空気中の条件で硬化させたもの。
試料２：ＦＲＰ廃材（ジェットスキー）：廃棄されたジェットスキーよりＦＲＰ部材を適量だけ切り出したもの。
試料３：ＦＲＰ廃材（ヘルメット）：廃棄されたヘルメットよりＦＲＰ部材を適量だけ切り出したもの。

次に、高分子樹脂の分解処理方法としてのメチレンクロライド処理方法について説明する。
小型のメチレンクロライド処理装置を用い、上記試料の処理を行った。主な反応条件は温度を８０〜８３℃、内圧を３〜３．５ａｔｍ、時間を１３〜１８ｈｒの範囲とした。
メチレンクロライドは化学式ではＣＨ2 Ｃｌ2 として表示される。処理に用いるハロゲン化物としては、メチレンクロライドのほかにメチルクロライドを用いることも可能である。本実施例としては、ハロゲン化合物としてメチレンクロライド溶液を用いているが、その他のハロゲン化合物でも良いものである。

該圧力容器本体１により構成された分解処理装置Ａは前述の如くであるが、該分解処理装置Ａにより分解処理された後の高分子樹脂・充填材複合材料を、燃焼してより分解処理を促進させる燃焼処理装置Ｃについて、図２と図４と図５において説明する。
高分子樹脂と繊維材であるガラス繊維との界面部分において、高分子樹脂が弱くなり、ガラス繊維表面より高分子樹脂が剥離しやすい状態となるものである。ＦＲＰをハロゲン化物の蒸気もしくは、ハロゲン化物蒸気を含む水蒸気中に置くことにより、繊維材と高分子樹脂との結合面において材質の強度が低下して繊維材と高分子樹脂とが分離しやすくなる。

これにより、ＦＲＰの強度が急激に低下し、破砕等の処理が容易になる。このような現象が繊維表面に沿って発生することから、高分子樹脂と繊維材を分離する上で、必要最低限の処理が行われるものであり、ＦＲＰの処理の省力化を行えるものである。
また、架橋状態に緩みが発生することから、処理後において、ＦＲＰ廃棄物に適当な温度の熱を加えて燃焼させると、ガラス繊維からの部分と高分子樹脂部分の部分とが分離し易くなるのである。

図４においては、ロータリーキルンが２６と２７の２基が配置され、その後の排気ダクト３０・３１、再燃炉３２・３３、冷却筒３４・３９、ブロワー３６・３７、等がそれぞれ２基配置された実施例を図示している。
ロータリーキルン２６には、一方にバーナー２８・２９が配置されており、ロータリーキルン２６自体は内部に投入された高分子樹脂・充填材複合材料を回転しながら、投入コンベア２５のから投入し、ロータリーキルン２６の内部をバーナー２８の方向に回転しながら送られる。該部分の温度は５００℃で、熱量は４０００ｋｃａｌ／Ｋｇ程度である。着火温度は４８６℃で投入コンベアル２５から投入した直後の投入室の温度は、７００℃程度である。
該第１ロータリーキルン２６内の温度は、約３００℃〜６００℃程度が最適である。
該投入コンベア２５を駆動するモーターは、第１ロータリーキルン２６内の温度低下が発生しないように、高分子樹脂・充填材複合材料の投入量を制限すべく構成している。
また、第１ロータリーキルン２６内の温度低下に対して、第１バーナー２８の供給空気の量も制御すべく構成している。

そして、第１ロータリーキルン２６内において、燃焼されてその際に発生する排気は、バーナー２８により送風されて排気ダクト３０から再燃炉３２に投入されて、排気中に含まれる高分子樹脂・充填材複合材料の塵埃を再度燃焼させる。
そして、該再燃炉３２から出た排気は冷却筒３４に投入されて冷却され、次にブロワー３６を介して、バグフィルター３５に供給れれる。
ブロワー３６・３７から吐出されガラス粉や高分子樹脂・充填材複合材料の粉塵の混じった空気が、バグフィルター３５において分離清浄化されて、排気筒３８から外気に放出される。

図４のロータリーキルンを２基配置した実施例においては、第１ロータリーキルン２６により燃焼処理された高分子樹脂・充填材複合材料は、次にバーナー２８の下方から取り出され、スクリューコンベア４３を通過して、第２ロータリーキルン２７に再度投入される。該第２ロータリーキルン２７にも第２バーナー２９が設けられており、この内部でも燃焼されて、取出スクリュー４０から振動篩４１に供給される。

該振動篩４１において、高分子樹脂・充填材複合材料の中のガラス成分と塗料成分などが物理的振動により分離されて、塗料を構成する無機成分が残滓となって、繊維状のガラス線分と分離される。
最終的に取出コンベア４２の上には、繊維強化プラスティック（以下ＦＲＰとする）を構成するガラス繊維の部分のみが残った状態で取り出される。
４３はクーリングタワーである。

図５においては、ロータリーキルン２６が１基のみであり、処理後の排気を処理する脱臭炉４２と該脱臭炉４９の後工程の熱交換器４７が配置されている。
該熱交換器４１から出た排気は、冷却筒３４により冷却されて、バグフィルター３５と排気筒３８を介して、清浄空気として大気中に排出される。

ガラス繊維は、別に取り出して、溶融してガラス状として、再利用することが可能となり、分離した高分子樹脂部分は、溶融して再利用したり、それだけで、焼却して燃料としたりすることが可能となるのである。
このように、前処理段階で破砕機２２により破砕して破砕片とし、次に圧力容器本体１内において気相状態で処理し、更にその後に、燃焼と、振動による機械的に処理することにより、ガラス繊維と高分子樹脂部分を分離した状態に剥離することが可能であり、その後のＦＲＰ廃棄物の処理がリサイクル可能となるのである。

また、本高分子樹脂の分解処理装置において使用した、ハロゲン化合物としてのメチレンクロライドは、冷却することにより、元のメチレンクロライドの状態に戻すことが出来る。
圧力容器本体１から、深冷コンデンサ３、コンデンサ４、解氷用コンデンサ４等を通して、再度使用することが可能なので、外部に処理後のメチルクロライドが排出されることは無いのである。また数回の処理に使用したハロゲン化合物は、回収して、再処理してハロゲン化合物に戻すというサイクルを取るのである。

高分子樹脂の分解処理装置Ａを示す側面図と平面図、 分解処理装置Ａ内にて処理後の高分子樹脂・充填材複合材料の燃焼処理装置Ｃを示す平面図、 圧力容器本体１にて処理する前に、高分子樹脂・充填材複合材料を切断破砕処理する破砕処理装置Ｂの模式図、 ロータリーキルンを２基用いた燃焼処理装置のフローチャート図、 ロータリーキルンを１基用いた燃焼処理装置のフローチャート図である。

符号の説明

Ａ 分解処理装置
Ｂ 破砕処理装置
Ｃ 燃焼処理装置
１ 圧力容器本体
２ 液体タンク
７ 真空ポンプ
１４ 中台車
１５ 積載パレット
２２ 破砕機
２６ 第１ロータリーキルン
２７ 第２ロータリーキルン
３４ 冷却筒
３５ バグフィルター
３８ 排気筒
４１ 振動篩
４２ 取出コンベア
４９ 脱臭炉

Claims (6)

1. 水に対するハロゲン化合物の結合比Ｘｉが０≦Ｘｉ≦略０．５若しくは略０．５≦Ｘｉ≦１．０であり、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦２００℃である、ハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、圧力容器内で処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置。
2. 水に対するハロゲン化合物の結合比Ｘｉが０≦Ｘｉ≦略０．５若しくは略０．５≦Ｘｉ≦１．０であり、温度Ｔが４０℃≦Ｔ≦５００℃で、圧力Ｐが０．１ＭＰａ≦Ｐ≦０．５ＭＰａである、ハロゲン化合物と水の混合気体を用いて、圧力容器内で処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置。
3. 請求項１または２において、ハロゲン化合物として、メチレンクロライドもしくはメチルクロライドを用いることを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置。
4. 高分子樹脂と充填材とを分離するにあたり、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載する処理方法および処理装置で処理する高分子樹脂・充填材複合材料を、前行程において、切断機で細断して破砕裁断処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法および分解処理装置。
5. 高分子樹脂と充填材とを分離するにあたり、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載する処理方法および処理装置で処理する高分子樹脂・充填材複合材料を、次行程において、焼却処理することを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法及び分解処理装置。
6. 請求項５記載の焼却処理を、ロータリーキルンにより行うことを特徴とする高分子樹脂の分解処理方法及び分解処理装置。