JP2006123193A - 使用済みプラスチックのリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック部品をリサイクルする際に、物性が高く安定した品質の再生製品を供給することを目的とする。
【解決手段】 使用済み製品のプラスチック部品をリサイクルする際にまず第一に劣化度を測定し、該劣化度に基づいて適切な再生手段を選択する。
【選択図】 図３

Description

本発明は使用済みプラスチック材料のリサイクル方法に関する。より詳しくは家電、ＯＡ、通信機器や自動車などから回収されたプラスチック材料を無駄なく、効率良くリサイクルするための方法に関するものである。

近年、環境保全及び省資源の観点からプラスチック材料のリサイクルが重要となっている。特に家電、ＯＡ、通信機器や自動車には軽量で強度に優れるプラスチック材料が多用されており、これらを無駄なく、効率良くリサイクルすることが強く求められている。使用済みプラスチック材料の再生手段としては、１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法、（特許3095739号公報）や２）より品質の低い難燃性や強度などの機能を必要としない他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法、３）使用済みプラスチック材料をプラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法（特開平9-248824号公報、特開2001-254024号公報、特開2002-59425号公報）、４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法（特開2002-86491号公報）、５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法（特開2001-287244号公報）、等様々な方法が考案されている。これらの方法は１）よりは２）の方が望ましく、２）よりは３）の方法が望ましいとされている。また、３）の方法では実質のリサイクル率すなわち再生されたプラスチック材料に対する使用済みプラスチック材料の混合率は20％程度が限界であるのに対し、４）の方法を用いると30％以上、５）の方法を用いると50％以上のリサイクル率の達成が可能である。したがって、上記のリサイクル方法は後者ほどより上位の望ましい手段となる。
特許3095739号公報 特開平9-248824号公報 特開2001-254024号公報 特開2002-59425号公報 特開2002-86491号公報 特開2001-287244号公報

しかし、家電、ＯＡ、通信機器や自動車などから回収されたプラスチック材料は使用中に強度や難燃性の低下、外観色の変色など物性劣化を引き起こしている上、その劣化のレベルが使用環境や使用期間によって千差万別であるため、すべての使用済みプラスチック材料を無駄なく、効率的にリサイクルすることは困難であった。すなわち、これまでは物性劣化の少ない特定の環境にて使用された特定の製品から回収された特定の部品はバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復できるため上記３）の方法にて再びプラスチック材料として利用していたが、その他の物性劣化の激しい使用済みプラスチック材料は廃棄するしかなかった。また、上記１)の燃焼に給してエネルギー源として利用するサーマルリサイクル方法を用いれば、すべての使用済みプラスチック材料を再利用できるが、物性劣化が少なくもう一度プラスチック材料として使用できる材料まで燃やしてしまうため、資源の節約という観点からは効率的ではなかった。このように同一の再生手段を行使するだけではより上位の望ましい手段でリサイクルを行おうとすると物性劣化の少ない材料しか再利用できず、廃棄される材料が発生してしまうため、すべての使用済みプラスチック材料を無駄なく、効率的に再利用することはできなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、使用済みプラスチック材料をリサイクルするにあたって、使用済みプラスチック材料の劣化度を判定した後、該劣化度に基づいて使用済みプラスチック材料の再生手段を決定することを特徴とした使用済みプラスチックのリサイクル方法を提供するものである。

具体的にはプラスチック材料がポリカーボネイト樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリアミド樹脂またはポリウレタン樹脂などのエーテル結合、エステル結合、酸アミド結合を持った縮合系ポリマーの場合、使用中に加水分解を引き起こすため、分子量が減少し粘度が低下する。したがって使用済みプラスチック材料の粘度を測定することにより、その劣化のレベルを知ることができる。粘度が減少するとポリマーのメルトフローレイトが大きくなるため、粘度を測定する代わりにメルトフローレイトを測定することでも使用済みプラスチック材料の劣化のレベルを知ることができる。すなわち本発明は使用済みプラスチック材料をリサイクルするにあたって、使用済みプラスチック材料の劣化度を判定した後、該劣化度に基づいて使用済みプラスチック材料の再生手段を決定することを特徴としたリサイクル方法を提供する。加えて、使用済みプラスチックのリサイクル方法において使用済みプラスチック材料が縮合重合によって得られたポリマーである場合に、前記使用済みプラスチック材料の劣化度を判定する手段として流動性を測定することを特徴としたリサイクル方法を提供する。また、本発明は使用済みプラスチック材料が縮合重合によって得られたポリマーである場合に、前記使用済みプラスチック材料の劣化度を判定する手段としてメルトフローレイトを測定することを特徴としたリサイクル方法を提供する。また、本発明は使用済みプラスチック材料がポリカーボネイト樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂、またはポリウレタン樹脂またはこれらを含んだアロイ樹脂であることを特徴とする前記記載のリサイクル方法を提供する。

さらに前記プラスチック材料の再生手段として具体的には１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法、２）より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法、３）プラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法、４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法、５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法、のいずれか一つ以上の方法を使用済みプラスチック材料の劣化度に応じて選択することができる。すなわち前記のように使用済みプラスチック材料の劣化度を流動性またはメルトフローレイトを測定することにより判定し、劣化度別に複数のグループに仕分けを行い、それぞれの劣化度に応じたリサイクル方法を適用することにより、すべての使用済みプラスチック材料を無駄なく再利用することができる。

より具体的には使用済みプラスチック材料を劣化度の判定結果により劣化度の小さい順に第一から第五のグループに分け、劣化度が非常に大きい第五グループの使用済みプラスチック材料は１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法にて再生し、劣化度が大きい第四グループの使用済みプラスチック材料は２）より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法にて再生し、劣化度が中程度の第三グループの使用済みプラスチック材料は３）プラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法にて再生し、劣化度が小さい第ニグループの使用済みプラスチック材料は４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法にて再生し、劣化度が非常に小さい第一グループの使用済みプラスチック材料は５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法にて再生することにより、すべての使用済みプラスチック材料を無駄なく効率的にリサイクルすることができる。すなわち、使用済みプラスチックの中で最も劣化度が非常に小さい第一グループの材料は図１に示すような二層成形品の裏面層樹脂として利用しても強度や難燃性がバージン材のみで成形した部品と同等の物性を維持した部品を得ることができる上、リサイクル率50％以上を達成することができる。使用済みプラスチックの中で比較的劣化度の小さい第ニグループの材料は図２に示すようなサンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用することで強度や難燃性がバージン材のみで成形した部品と同等の物性を維持した部品を得ることができる上、リサイクル率30％以上を達成し、効率的に再利用することができる。使用済みプラスチックの中で劣化度が中程度の第三グループの材料はプラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用することができる。使用済みプラスチックの中で劣化度が大きい第四グループの材料は前記のいずれの方法を用いてもバージン材と同等にまで物性を回復することが困難であるため、より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法にて再利用すれば廃棄することなく有効利用できる。さらに劣化度が非常に大きい第五グループの材料は再びプラスチック材料として利用することが困難であるため、燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法にて再利用すれば廃棄することなく有効利用できる。なお、使用済みプラスチック材料は必ずしも５つのグループに分ける必要はなく、劣化度の状況に応じて、各グループのうち、一つから四つのグループを省くことができる。

プラスチック部品をリサイクルする際に、物性が高く安定した品質の再生製品を供給することを目的とする。使用済み製品のプラスチック部品をリサイクルする際にまず第一に劣化度を測定し、該劣化度に基づいて適切な再生手段を選択する。これによって物性が高く安定した品質の再生製品を得ることが出来る上、プラスチック部品を資源として無駄なくリサイクルできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図３は本実施形態における工程の流れを模式的に示した説明図である。101は市場から回収された製品を分解、粉砕して使用済みプラスチック材料を回収する工程である。102は回収された使用済みプラスチック材料の流動性またはメルトフローレイトを測定し、該使用済みプラスチック材料の劣化度を判定する工程である。103は使用済みプラスチック材料を燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル工程である。104は使用済みプラスチック材料をより品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用工程である、105は使用済みプラスチック材料をプラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する工程である。106は使用済みプラスチック材料をサンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形工程である。107は使用済みプラスチック材料を二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形工程である。

本発明のリサイクルシステムを使用済み複写機の外装カバーから回収したプラスチック材料に適用した。キヤノン株式会社製使用済み複写20台を市場から回収した。該複写機の使用期間は短いもので2年、長いもので11年であった。該複写機の外装カバーにはＰＣ＋ＡＢＳ樹脂（ポリカーボネイト樹脂とＡＢＳ樹脂のアロイ樹脂）を使用している。まず該複写機は分解、粉砕工程101にて処理される。工程101では該複写機を分解し、外装カバーを回収し、外装カバーに付着しているラベルやビス、ナット、ゴム部品を分離除去した後、これを粉砕機によって粉砕し、粉砕樹脂100kgを得た。

この粉砕樹脂を1kgごとに100ロットに分け、それぞれのロットについて工程102にてメルトフローレイトの測定を行った。測定条件はJIS-K7210に準拠し、温度260℃、荷重5kgにて測定した。なお、複写機外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料におけるメルトフローレイトは50(g/10min)であった。粉砕樹脂のうち、メルトフローレイトが50〜90(g/10min)のロットを第一グループ樹脂Ｌ１、90〜140(g/10min)のロットを第ニグループ樹脂Ｌ２、140〜200(g/10min)のロットを第三グループ樹脂Ｌ３、200(g/10min)以上のロットを第五グループ樹脂Ｌ５として仕分けを行った。

第一レベル樹脂Ｌ１は工程107にて二層成形品の裏面層樹脂として再利用した。二層成形を行う方法として、成形には二組の射出装置を備えた専用機を使用し、第一シリンダより一層目の樹脂を射出した後、一次成形品をコア側に付着させたまま金型のコア部分を後退させて、発生した金型の隙間に第二シリンダより二層目の樹脂を射出して二層成形品を得るコアバック方式、第一シリンダより一層目の樹脂を射出した後、一次成形品をコア側に付着させたまま、金型回転盤を180゜回転させて型を閉じ、第二シリンダより二層目の樹脂を射出射出して二層成形品を得る回転方式等の方法があるが、本例では回転方式を用いて、一層目の樹脂として第一グループ樹脂Ｌ１を射出した後、二層目の樹脂として複写機外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料を射出して図１に示すような構造を持った厚さ3mmの複写機外装カバーＭ１を成形した。複写機外装カバーＭ１における第一グループ樹脂Ｌ１とバージン材料の重量比を射出成形機の計量値から求めた結果、13：7であった。すなわちリサイクル率は65％であった。この外装カバーについて面衝撃試験を行い、最大応力と破壊エネルギーを測定した。図４に実施例及び比較例１、２の面衝撃試験結果を示した。試験方法はASTM-D3763に準拠し、撃芯径12.7(mm)、下穴径25.4(mm)、試験速度5.0(m/sec)にて測定した。最大応力は4531(N)、破壊エネルギーは50.5(J)であった。

なお、前記バージン材料のみを原料として前記と同じ形状の厚さ3mmの複写機外装カバーＭVを成形し、これを前記と同様の方法にて面衝撃試験を行った結果、最大応力は4328(N)、破壊エネルギーは52.9(J)であった。

第二グループ樹脂Ｌ２は工程106にてサンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として再利用した。成形には二組の射出装置を備えた専用機を使用し、まずスキン層樹脂として外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料を射出した後、内部コア層樹脂として第ニグループ樹脂Ｌ２と前記スキン層樹脂を同時に射出し、再び前記スキン層樹脂のみを射出することによって図２に示すような構造を持った厚さ3mmの複写機外装カバーＭ２を成形した。複写機外装カバーＭ２における第ニグループ樹脂Ｌ２とバージン材料の重量比を射出成形機の計量値から求めた結果、9：11であった。すなわちリサイクル率は45％であった。この外装カバーＭ２を前記の方法にて面衝撃試験を行った結果、最大応力は4235(N)、破壊エネルギーは49.5(J)であった。

第三グループ樹脂Ｌ３は工程105にてプラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して再利用した。第三グループ樹脂Ｌ３と外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料を重量比で15：85に混合し、２軸混練機に通した後、ペレタイザーにてカットを行い再生ペレットを作成した。この再生ペレットを原料として前記と同じ形状の厚さ3mmの複写機外装カバーＭ３を成形した。この外装カバーＭ３を上記の方法にて面衝撃試験を行った結果、最大応力は4539(N)、破壊エネルギーは47.3(J)であった。

第五グループ樹脂Ｌ５は工程103にて高炉還元剤として再利用した。

（比較例１）
前記第五グループ樹脂Ｌ５を実施例1と同様の方法にてサンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として再利用した。成形には二組の射出装置を備えた専用機を使用し、まずスキン層樹脂として外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料を射出した後、内部コア層樹脂として第五グループ樹脂Ｌ５と前記スキン層樹脂を同時に射出し、再び前記スキン層樹脂のみを射出することによって厚さ3mmの複写機外装カバーM４を成形した。この複写機外装カバーにおける第五グループ樹脂Ｌ５とバージン材料の重量比を射出成形機の計量値から求めた結果、9：11であった。すなわちリサイクル率は45％であった。この外装カバーを実施例１と同様の方法にて面衝撃試験を行った結果、最大応力は3652(N)、破壊エネルギーは24.1(J)であった。

（比較例２）
前記第三グループ樹脂Ｌ３を実施例1と同様の方法にて二層成形品の裏面層樹脂として再利用した。成形には二組の射出装置を備えた専用機を使用し、上記回転方式を用いて、一層目の樹脂として第三グループ樹脂Ｌ３を射出した後、二層目の樹脂として外装カバーに使用されているＰＣ＋ＡＢＳ樹脂と同種のバージン材料を射出して厚さ3mmの複写機外装カバーM５を成形した。この複写機外装カバーにおける第三グループ樹脂Ｌ３とバージン材料の重量比を射出成形機の計量値から求めた結果、13：7であった。すなわちリサイクル率は65％であった。この外装カバーを実施例１と同様の方法にて面衝撃試験を行った結果、最大応力は3305(N)、破壊エネルギーは17.8(J)であった。

二層成形品の裏面層樹脂として利用する例を示す図 サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用する例を示す図 本実施形態における工程の流れを模式的に示した説明図 面衝撃試験結果を示す図

Claims (7)

1. 使用済みプラスチック材料をリサイクルするにあたって、使用済みプラスチック材料の劣化度を判定した後、該劣化度に基づいて使用済みプラスチック材料の再生手段を決定することを特徴とした使用済みプラスチックのリサイクル方法。
2. 使用済みプラスチック材料が縮合重合反応によって合成して得られたポリマーである場合に、前記使用済みプラスチック材料の劣化度を判定する手段として流動性を測定することを特徴とした請求項１記載のリサイクル方法。
3. 使用済みプラスチック材料が縮合重合反応によって合成して得られたポリマーである場合に、前記使用済みプラスチック材料の劣化度を判定する手段としてメルトフローレイトを測定することを特徴とした請求項１記載のリサイクル方法。
4. 使用済みプラスチック材料がポリカーボネイト樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリアミド樹脂またはポリウレタン樹脂またはこれらを含んだアロイ樹脂であることを特徴とする請求項２乃至３記載のリサイクル方法。
5. 前記使用済みプラスチック材料の再生手段として１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法、２）より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法、３）プラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法、４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法、５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法、のいずれか一つ以上の方法から選択されることを特徴とする請求項１乃至４記載のリサイクル方法。
6. 使用済みプラスチック材料を劣化度の判定結果により複数のグループに分け、劣化度が非常に大きい使用済みプラスチック材料のグループは１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法にて再生し、劣化度が大きい使用済みプラスチック材料のグループは２）より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法にて再生し、劣化度が中程度の使用済みプラスチック材料のグループは３）プラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法にて再生し、劣化度が小さい使用済みプラスチック材料のグループは４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法にて再生し、劣化度が非常に小さい使用済みプラスチック材料のグループは５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法にて再生することを特徴とする請求項５記載のリサイクル方法。
7. 使用済みプラスチック材料がポリカーボネイト樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリアミド樹脂またはポリウレタン樹脂またはこれらを含んだアロイ樹脂である場合に、該使用済みプラスチック材料を複数のグループに分け、各々のグループについてメルトフローレイトを測定し、該メルトフローレイトの値をMFR（R）、前記使用済みプラスチックと同じバージン材料のメルトフローレイトの値をMFR（V）とした時、
   MFR（R）／MFR（V）≧4.0
   の関係を満たす使用済みプラスチック材料のグループは１）燃焼に給して発生する熱エネルギーを利用するサーマルリサイクル方法または２）より品質の低い他分野の製品の材料として転用するカスケード利用方法にて再生し、
   2.8≦MFR（R）／MFR（V）＜4.0
   の関係を満たす使用済みプラスチック材料のグループは３）プラスチック材料のバージン材またはプラスチック材料の原料コンパウンドとブレンドおよび混練して物性を回復し、同一分野の製品の材料として利用する方法にて再生し、
   1.8≦MFR（R）／MFR（V）＜2.8
   の関係を満たす使用済みプラスチック材料のグループは４）サンドイッチ成形品の内部コア層樹脂として利用するサンドイッチ成形方法にて再生し、
   MFR（R）／MFR（V）＜1.8
   の関係を満たす使用済みプラスチック材料のグループは５）二層成形品の裏面層樹脂として利用する二層成形方法にて再生することを特徴とするリサイクル方法。

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