JP2006056267A

JP2006056267A - 廃棄プラスチックの成形方法

Info

Publication number: JP2006056267A
Application number: JP2005302407A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Ibaraki; 哲治茨城; Motoki Ikeda; 元樹池田; Eiji Matsukuma; 英治松隈
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】本発明は、家庭から回収された使用済みプラスチックを含む廃棄プラスチックを成形して、化学原料用の粒状化プラスチックを製造する方法に関わり、また、プラスチックの圧縮成形条件を改善するとともに、プラスチック粒状物の形状品質を高めるものである。
【解決手段】水分を４％超含む破砕された廃棄プラスチックを、貫通穴型から押し出す型式の圧縮成形機でプラスチックの成形体を製造した後に、当該成形体を分級して、篩上の部分を製品として利用して、また、当該破砕済みプラスチックに付着する水分よりも低い水分である、成形体を分級した際の篩下のプラスチック粉を当該圧縮成形機にリターンして、原料である破砕した廃棄プラスチックと混合して、再度、圧縮成形することを特徴とする廃棄プラスチックの成形方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、家庭から回収される使用済みの廃棄プラスチックを用いて、化学原料用と燃料用の粒状化プラスチックとするリサイクル方法に関するものである。特に、雑多な種類のプラスチックにて構成される家庭等から回収される使用済みプラスチックを高い歩留でリサイクルする技術に関する。

ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、その他のプラスチックは、成形性と耐久性に優れていることから、容器、包装、家電品の外枠、おもちゃ、等の多岐にわたる用途に用いられている。しかし、その結果、廃棄物としても大量に廃棄されている。廃棄物として発生するプラスチックは、型抜きの残り屑や成形時の切り残り等の加工工程から発生する廃棄プラスチック（以下、屑プラスチックと称す）と、容器包装プラスチックや製品プラスチックが使用後に廃棄される使用済みの回収プラスチック（以下、使用済みプラスチックと称す）が存在する。

大量のプラスチック廃棄物が発生することは、種々の社会問題を引き起こしており、特に、環境や資源上の問題は社会的に重要な問題点である。つまり、これらの廃棄プラスチックを、廃棄物として焼却する場合は、焼却炉の燃焼温度が上がりすぎて、焼却炉を損傷したり、燃焼時に有害な塩化水素ガスやダイオキシンを発生したりする問題がある。また、特に、使用済みプラスチックは、埋立処理されることが多く、この場合には、処分場の寿命が短くなる問題のみならず、プラスチックは腐敗しないため、土壌が固化せず、土地利用がしづらいなどの問題があった。

したがって、廃棄プラスチックを有効にリサイクルすることは、前述の環境問題点を解決するとともに、省エネルギーと省資源の観点からも有利であることから、種々の方法が実施されてきていた。例えば、マテリアルリサイクルの方法については、ポリエチレンテレフタレートのビンをプラスチックや繊維の原料にする方法がある。また、化学リサイクルの場合には、ガス化や油化する方法などが行われている。さらに、燃料へのリサイクルについては、ポリ塩化ビニルを除去した後に、圧縮成形して製造する粒状化物をボイラーや工業炉の燃料として利用する方法が一般的である。

このような廃棄プラスチックを有効にリサイクルするためには、燃料、もしくは、化学原料としての形状を整える必要がある。そのために、廃棄プラスチックに混在する異物を分離した後に粒状化することが一般的である。この粒状化処理の方法としては、例えば、特許文献１（特開平８−９９３１８号公報）に記載されるように、廃棄プラスチックを再利用に適正なサイズに破砕して、これを圧縮成形して、粒状のプラスチックを製造することが一般に行われている。
特開平８−９９３１８号公報

前述したように、廃棄プラスチックのリサイクルは、環境と資源の問題に対応する重要な方法である。しかし、廃棄プラスチックには、廃棄時の状態の影響や中間処置後の影響で、水分が付着しており、これが圧縮成形時の問題となる。一般廃棄物プラスチックは、容器包装に用いられたフイルム状のものが多く、比表面積が大きく、また、家庭での保管時や収集時に水分を含みやすいことから、付着水分が１０％を超える場合も認められる。

ところが従来は、一般的には、水分の管理が厳重になされていた屑プラスチックのみを化学原料に使用しており、水分の多い使用済みプラスチックの処置についての有効な技術が考案されていなかった。また、従来より、使用済みプラスチックの圧縮成形も行われていたが、これはリサイクルが目的でなく、埋立処分の際の容積を少なくすることが、主目的で実施されており、形状や粉化率等の形状的な品質については、十分な技術対応がなされていなかった。

廃棄プラスチックに付着している水分が多い場合は、圧縮成形する際に、成形機内で水分が蒸発し、その蒸気圧により半溶融状態のプラスチック内で突沸現象を誘発して、プラスチックが穴型から不連続的に飛び出したり、粒状化した成形体の形状が悪化したりする問題が生じていた。また、特に付着水分が多い場合は、圧縮成形時に付着水分の蒸発に熱を奪われ、廃棄プラスチックの温度が上がりきらず、プラスチックの軟化が起きなくなる。この結果、成形後のプラスチックが粒状体の内部で互いに粘着しておらず、搬送時にバラバラになることも多かった。そのため、一般廃棄物プラスチックが混在する、水分が多く付着している廃棄プラスチックを用いた圧縮成形では、形状的な品質が悪く、粉化しやすいプラスチック粒状物しか製造できていなかった。

以上に記載したように、従来技術では、廃棄プラスチックの特性に即した、圧縮成形の設備と操業の設計が不十分であり、前述したような種々の問題が生じていた。特に、使用済みプラスチックが主体である一般廃棄物プラスチックの圧縮成形に適合した処理を行うためには、水分の変動に対応するための新しい方法が求められていた。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、
（１）水分を４％超含む破砕された廃棄プラスチックを、貫通穴型から押し出す型式の圧縮成形機でプラスチックの成形体を製造した後に、当該成形体を分級して、篩上の部分を製品として利用して、また、当該破砕済みプラスチックに付着する水分よりも低い水分である、成形体を分級した際の篩下のプラスチック粉を当該圧縮成形機にリターンして、原料である破砕した廃棄プラスチックと混合して、再度、圧縮成形することを特徴とする廃棄プラスチックの成形方法、
（２）成形体を分級した篩下の部分である圧縮成形機へリターンするプラスチックと原料である破砕された廃棄プラスチックとを、備蓄槽内部で機械的に攪拌混合して、その後に両者の混合物を圧縮成形機に供給して、圧縮成形することを特徴とする前記（１）に記載の廃棄プラスチックの成形方法である。

本発明者らは、廃棄プラスチックを圧縮成形することにより、化学原料用又は燃料用のプラスチック粒状物を製造する技術を種々検討して、以下に記載される方法を発明した。この装置の概要を図１と図２に示す。

図１の装置は、プラスチック供給コンベア１、破砕機２、破砕物コンベア３、備蓄槽４、定量供給装置５、圧縮成形装置６、成形体冷却コンベア７、振動分級装置８、製品コンベア９、および、篩下リターンコンベア１０から構成される。また、備蓄槽４と定量供給装置５の詳細図を図２に示す。備蓄槽４の上部は、円筒形又は四角形などの多角形の筒状の形をしており、側壁はほぼ垂直である。また、備蓄槽４の下部は、下が狭くなるコーン状の形状をしている。備蓄槽４の内部の破砕済みとリターンのプラスチックを円滑に排出する観点からは、この部分の側壁の角度は垂直に近い方が良く、水平面に対して６０度以上の角度を持つことが良い。備蓄槽４の上には、破砕物コンベア３から落下する破砕済みプラスチックを供給する破砕物供給口１１と、篩下リターン物を供給するリターン品供給口１２が存在する。また、備蓄槽４の内部には、撹拌混合パドル１３が設置してある。備蓄槽４の下には、定量供給装置５が接続されている。

次に、本発明の装置による操業方法を説明する。まず、廃棄プラスチックをプラスチック供給コンベア１にて、破砕機２に送る。破砕機２では、廃棄プラスチックを圧縮成形装置６に適正な大きさに、切断する。通常は、破砕された廃棄プラスチックのサイズは、圧縮成形装置６の貫通穴型の直径とほぼ同じ大きさである。

破砕された廃棄プラスチックは、破砕物コンベア３で、備蓄槽４に送られ、備蓄槽４に設置してある破砕物供給口１１から、備蓄槽４の内部に供給される。また、リターン品供給口１２からは、圧縮成形された粒状化物を分級した際の篩下のプラスチック粉をリターンして落とし込む。

備蓄槽４の内部で、撹拌混合パドル１３を回転させることにより、破砕されたプラスチックとリターン粉を、機械的に撹拌することにより、両者を良く混合する。撹拌方法は、上記の方法でなくとも良く、備蓄槽４の下部から空気を吹き込んで混合する方法などでも良い。この混合物を定量供給装置５にて、圧縮成形装置６に送る。

圧縮成形装置６では、６ｍｍ以上、望ましくは、８〜５０ｍｍの貫通穴型を有している。廃棄プラスチックに混在する異物の量が少ない場合は、６ｍｍ以上の直径の貫通穴型で良い。しかし、混入異物の多い、家庭などから排出される使用済みプラスチックなどの一般廃棄物起因のものは、８ｍｍ以上の直径の貫通穴型を用いることが良い。

圧縮成形機の型式は、いくつかのものがあるが、樽型容器の内部には１又は２式の押し出しスクリューを有しており、当該樽型容器のエンドプレートに複数、通常は１０〜１００程度、の貫通穴型を有する装置や、回転する円筒に多数の貫通穴型を有しており、押し込みローラーで、プラスチックを押し込む型式の圧縮成形装置を用いることが良い。貫通穴型の直径が１０〜６０ｍｍ程度の場合は、前者の圧縮成形装置を用いることが望ましく、また、直径が６〜２０ｍｍ程度の場合は、後者の圧縮成形装置を用いることが望ましい。例えば、前者の圧縮成形機の構造を図３に示す。破砕されたプラスチックとリターンされたプラスチックの混合物を圧縮成形機の内部に供給する。プラスチック供給口１４から胴部１５の中に供給する。ここで、回転軸１６によって回転するスクリューブレード１７でこの混合プラスチックを練りながら押し込んでいき、貫通穴型１８から押し出す。この時の摩擦熱で混合プラスチックは１００〜１４０℃になり成形される。

水分が少ない混合物用に設計した圧縮成形装置では、内部での摩擦熱が少なくなるような設計をしてある。この装置では、混合物の水分が４質量％以上となると、粉の発生が多くなる。また、水分が多い混合物用に設計した圧縮成形装置では、内部での摩擦熱が多くなるような設計をしてある。この装置では、混合物の水分が８質量％以上となると、粉の発生が増加していた。つまり、廃棄プラスチックに含有される水分が４質量％以上となる場合は、本発明の方法は有効である。

定量供給装置５から供給された破砕済みプラスチックとリターン粉の混合物は、圧縮成形装置６のスクリューにて、練りこまれながら、エンドプレートに設置してある貫通穴型の方向に押し込まれる。この時の摩擦熱で、混合物の温度を１００〜１４０℃とする。この温度では、ポリエチレンなどの軟質プラスチックは軟化して、バインダーとして機能するようになる。バインダー機能を持つポリエチレンの比率が１０質量％以下の場合は成形体の内部結合が不十分である。また、ポリエチレンの比率が７０質量％以上の場合は、成形の際に成形体が軟化しすぎて、成形体が互いに粘着する問題が起きる。したがって、ポリエチレンの比率は１０〜７０質量％の範囲が良い。この方法で製造された成形体を、切断刃で、直径の１〜２倍の長さに切断する。

圧縮成形装置６を出た成形体は１００℃前後の温度であることから、成形体冷却コンベア７にて、成形体を冷却しながら、振動分級装置８に送る。振動分級装置８では、３ｍｍ以上の間隔の篩目を有する。篩目が３ｍｍ以下の場合は、粉プラスチックが格子間隔に詰まることが頻発することが、篩目間隔を決めた理由である。

振動分級装置８の篩上の部分は、形状の良い成形体であることから、化学原料や燃料となる製品とする。この製品となった成形体は、成形体コンベア９にて、ガス化プラント、油化プラント、高炉、コークス炉、その他の化学リサイクル先や発電所等に送られる。一方、篩下の部分である粉プラスチックは、このままでは、製品とならないため、篩下リターンコンベア１０にて、備蓄槽４にリターンされる。

備蓄槽４にリターンされた粉プラスチックは、１００℃以上の処理を行ったものであることから、原料である破砕済みプラスチックよりも含有水分が低いものとなる。したがって、リターンされた粉プラスチックを破砕済みプラスチックに混合することにより、圧縮成形装置６に供給されるプラスチックの水分を低減する効果があり、この効果を発揮することが本発明の主たる目的である。

以上に説明した本発明の方法による廃棄プラスチックの成形体の製造方法を示した。また、振動分級装置８の篩下のプラスチック粉は飛散しやすいことから、振動分級装置８から備蓄槽４に、プラスチック粉をリターンする篩下リターンコンベア１０は、粉の飛散を防止できる特別な型式のものが良い。篩下リターンコンベア１０の好ましい構成としては、図４に示すように、鋼製のパイプ１９の内部をチェーン２０で牽引されてパイプ１９の長さ方向に移動する移動板２１が複数ある型式のもので、この移動板２１の面は移動方向にほぼ垂直であるものである。篩下のプラスチックは篩下物供給口２２から古い下リターンコンベア１０に入る。なお、鋼製のパイプ１９はエンドレス状になって、移動板２１が循環する型式のものが良い。

実施例
本発明の方法を実施した結果を説明する。実施例での処理は、図１と図２に示す装置を用いて行った。圧縮成形装置６の型式は、押し出しスクリューを用いて貫通穴型から廃棄プラスチックを押し出すものであった。この装置を用いて、篩下リターンコンベア１０含有水分が平均では８質量％であるが、５〜１３質量％の廃棄プラスチックを成形する操業を行ったところ、以下の効果が確認された。

通常の処理操業では、廃棄プラスチックの水分が８質量％以上と多い場合は、圧縮成形時の温度が上昇しきらずに、１００〜１１０℃と比較的低温となっていた。この場合は、軟質プラスチックの軟化が不十分となるため、成形体が粉化しやすくなる問題があった。特に、成形体の切断時に粉が多く発生していた。一方、水分が低い場合は、混合物の温度が１１０℃以上となり、粉の発生は少なかった。圧縮成形機の型式や詳細な設計にもよるが、本発明の装置を用いた場合は、８質量％以上と、原料の水分が多くなり、成形体の粉の発生量が増加すると、振動分級装置８の篩下分の粉プラスチックが増加して、備蓄槽４を経由して、圧縮成形装置６へ返る粉プラスチックの比率が増加していた。圧縮成形装置６では、１００℃以上の温度で混合物を成形するため、成形体とこれから分離した粉に含有される水分は、原料である破砕済みプラスチックの水分よりも少なくなっていた。つまり、破砕済みプラスチックの水分が多くなると、リターン粉の比率が増加していた。この結果、原料水分が多い場合は、水分が少ないリターン粉の混合比率が増加するため、混合物の水分が、破砕済みプラスチックの元来の水分比率よりも低下した。この結果、圧縮成形装置６での成形温度が上昇して、成形体の粉の発生量が減少した。

このように、振動篩８の篩下粉を備蓄槽４にリターンして、破砕済みプラスチックと混合することにより、圧縮成形装置に供給される混合物の水分は低下し、ある水準で自律的に安定化する。この効果により、圧縮成形装置６に供給されるプラスチックが含有する水分は、５〜１０質量％と変動範囲が小さくなった。このように、篩下粉のリターンを行うことにより、成形体の粉化率を低い水準で安定化することができる。したがって、圧縮成形装置での成形温度制御が容易となる。

また、図1に示す装置の篩下リターンコンベア１０には、鋼製のパイプの内部を駆動チェーンで３０〜７０ｃｍの間隔で連結されている複数の鉄板が、移動していく型式のコンベアを使用した。この装置での搬送の結果、粉となったプラスチックが飛散することなく搬送できて、清掃作業が大幅に低減された。

さらに、図１と図２に示す、本発明の装置を用いた処理の実施例である実施例１から３を表1に示す。また、本発明の効果を確認するために、成形体の篩下粉のリターンを行わない処理の例を比較例として示す。なお、圧縮成形機６の定格処理速度は毎時２．２トンであった。成形体のサイズは、直径が１５ｍｍで、長さが２０ｍｍであり、また、振動分級装置８の篩目は４ｍｍであった。

実施例１では、原料の廃棄プラスチックのポリエチレン比率は３４質量％であり、また、平均的な水分は８質量％であった。圧縮成形装置６で製造した成形体振動分級装置８での篩下の粉プラスチックを備蓄槽４にリターンした。処理は順調に行われ、処理が定常状態となった時点では、成形体の粉率は１６％であり、この粉プラスチックの全量を備蓄槽４を経由して、圧縮成形装置６に戻した。この結果、原料と粉リターンの混合物の水分は６質量％となり、原料の水分の８質量％よりも低い値となった。この結果、成形温度は１２２℃で安定して、毎時２.１トンの処理速度で、安定的に低い粉率で成形でき、かつ、成形体の毛絵以上も良好であった。この安定操業は原料に含まれるポリエチレンの比率が３４質量％と成形に適切な比率であったことも一因である。

次に、実施例２では、実施例１とほぼ同一の処理条件であるが、原料である廃棄プラスチック中のポリエチレンの比率が７質量％と低いものの処理の結果である。この処理例では、ポリエチレン比率が低いために、粉プラスチックの発生比率が２１％と高かった。しかし、処理速度は毎時１.８トンとやや低いものの、処理そのものは安定的に実施でき、成形体の形状は良好であった。

また、実施例３は、実施例１とほぼ同一の処理条件であるが、原料である廃棄プラスチック水分比率が１１質量％と高いものの処理結果である。原料水分が高いものも、破砕済みプラスチックと粉プラスチックの混合物の水分は、８質量％と低下しており、成形に適正な温度範囲内である１０９℃を何とか確保できた。この結果、処理速度は毎時１.６トンとやや低いが、安定処理が行え、成形体の形状も良好であった。

一方、比較例は、原料の廃棄プラスチックの条件は、実施例３と同等であるが、粉プラスチックのリターンを行わなかった処理の例である。この処理では、圧縮成形装置６に送られるプラスチックの水分は１１質量％と高く、成形体の粉プラスチックの発生率は３４％と高かった。また、処理速度（製品となる成形体の生産速度）は毎時１.１トンと低く、また、成形成形体が十分に圧密されていなかった。

このように、本発明の方法を実施すれば、高い処理速度で、形状の良好な廃棄プラスチックの成形体を製造できた。

本発明に基づく、廃棄プラスチック粒状化物の成形装置の全体を示す設備フロー図である。廃棄プラスチックの備蓄槽の詳細を示す図である。圧縮成形機の構造を示す図である。篩下リターンコンベアの構成を示す図である。

符号の説明

１プラスチック供給コンベア
２破砕機
３破砕物コンベア
４備蓄槽
５定量供給装置
６圧縮成形装置
７成形体冷却コンベア
８振動分級装置
９製品コンベア
１０篩下リターンコンベア
１１破砕物供給口
１２リターン品供給口
１３撹拌混合パドル
１４プラスチック供給口
１５胴部
１６回転軸
１７スクリューブレード
１８貫通穴型
１９鋼製パイプ
２０チェーン
２１移動板
２２篩下物供給口

Claims

水分を４％超含む破砕された廃棄プラスチックを、貫通穴型から押し出す型式の圧縮成形機でプラスチックの成形体を製造した後に、当該成形体を分級して、篩上の部分を製品として利用して、また、当該破砕済みプラスチックに付着する水分よりも低い水分である、成形体を分級した際の篩下のプラスチック粉を当該圧縮成形機にリターンして、原料である破砕した廃棄プラスチックと混合して、再度、圧縮成形することを特徴とする廃棄プラスチックの成形方法。
成形体を分級した篩下の部分である圧縮成形機へリターンするプラスチックと原料である破砕された廃棄プラスチックとを、備蓄槽内部で機械的に攪拌混合して、その後に両者の混合物を圧縮成形機に供給して、圧縮成形することを特徴とする請求項１に記載の廃棄プラスチックの成形方法。