JP2007504028A - ポリエステル材料からの汚染物質の乾式分離 - Google Patents
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Abstract
汚染物質からポリエステルを分離する方法を開示し、例えば、ポリエステルリサイクルシステムに適切である。本方法は、乾式分離法であり、洗浄チャンバー内でポリエステルと汚染物質の混合物を高速でスピンさせることを含む。混合物がスピンしている間に、汚染物質は分解されて、チャンバーの壁の金網を通過し、一方、ポリステルは実質的に分解せず、洗浄チャンバー内に残ることができる。ポリエステル微粉も、洗浄チャンバー内に残ることができる。また、本プロセスでの使用に適切な洗浄装置も開示されている。本装置は、汚染物質を分解するのに役立ちうる硬化された材料の金網と、装置内で混合物をスピンさせることができ且つ汚染物質材料を分解するのにも役立ちうる多数の回転羽根とを備えることができる。
Description
本出願は、２００３年９月３日に提出された米国特許出願第６０／４９９，８６２号の一部継続出願である。
ポリエステルは、多塩基有機酸と多価酸とのエステル化から作られるポリマー材料である。おそらく最も一般的に作られ、使用されるポリエステルは、テレフタル酸とエチレングリコールとが反応することにより製造できるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
現在ポリエステルは、様々な用途において使用量が増加している。例えば、一般的にポリエステルは、多くのタイプの飲料容器又は食品容器、写真フィルム、Ｘ線フィルム、磁気録音テープ、絶縁体、人工動脈などの外科的補助器具、布地及びその他の繊維製品を作るのに用いられる。
ポリエステルは再溶融して、再成形できることから、使用後にできるだけ多くのポリエステルを効果的にリサイクルするために、継続的な取り組みが進行中である。しかしながら、ポリエステルをリサイクルする前に、消費者から回収されたポリエステルを、汚染物質、すなわちポリエステルと混合されている又は付いていると認められるであろう材料から分離する必要がある。多くのリサイクルプロセスは、ポリエステルから汚染物質を分離するために水性溶液でポリエステルを洗浄する分離ステップを含む。水性洗浄（ａｑｕｅｏｕｓ ｗａｓｈｉｎｇ）は多くの汚染物質を取り除くことができる一方で、それにより大量の水が利用されるとともに、汚水から汚染物質を取り除くために、処理後の洗浄溶液に関するさらなるステップも必要とされる。また、残念ながら水性洗浄は、ガラス、砂などのポリエステル材料に埋め込まれることとなる相対的に硬質な汚染物質を取り除くことに効果の無いことが判明する場合がある。
ポリエステル基材から埋め込まれた材料を取り除こうとして、汚染されたポリエステルを溶融し、次いで固体の汚染物質を取り除くためにろ過する溶融ろ過プロセスが使用されてきた。しかしながら、これらは非常に経費に効果的な方法というわけではなく、しばしば経済的に実施できないことが判明する。
当技術分野で必要とされていることは、ポリエステル材料から、特に消費者から回収されたポリエステル材料から汚染物質を取り除くための新規な方法である。加えて、当技術分野で必要とされていることは、既知のリサイクルプロセスに比べ、処理水の汚染レベルを下げたポリエステルのリサイクルプロセスである。
一実施形態において、本発明は、ポリエステルを汚染物質から分離するプロセスに関する。例えば、本プロセスは、汚染物質材料と混合されたポリエステルの乾燥混合物を洗浄チャンバーに供給すること、そして混合物が流動化するように洗浄チャンバーの軸の周りに混合物をスピンさせることを含む。混合物はスピンしながら、洗浄チャンバーの壁と接触することができる。特に、混合物内の汚染物質が壁と接触することができる。加えて、少なくとも壁の一部が、メッシュ状材料、例えば金網（メタルスクリーン）であってもよい。そのようにして、小さな汚染物質材料が壁と接触したときに、それらはメッシュ状材料の開口部を通過し、洗浄チャンバー内に不純物のないポリエステル材料を残すことができる。
また、洗浄チャンバーは、混合物が軸の周りをスピンする間、回転する心棒を中央軸に沿って備えてもよい。例えば、この心棒は少なくとも約２０００ｒｐｍの速度で回転することができる。加えて、洗浄チャンバーは、心棒から出た多数の羽根（ｂｌａｄｅ）を備えていてもよく、この羽根は、例えば約２０ｍ／秒より早い先端速度で心棒と共に回転してもよい。一実施形態において、この羽根は４０ｍ／秒より早い先端速度で回転してもよい。他の実施形態において、この羽根は約６０ｍ／秒より早い先端速度で回転してもよい。
ポリエステルに混ざった汚染物質材料は、遊離した汚染物質ばかりでなく、物理的にポリエステルに付いている材料を含んでもよい。例えば、汚染物質は、ポリエステル材料の表面に付着していてもよく、ポリエステルに埋め込まれていてもよい。本明細書に記載のプロセスにより、そのような物理的に付いた汚染物質材料もポリエステルから分離することができる。さらにこのことは、実質的にポリエステル材料自体を分解させることなく行うことができる。
また、汚染物質は、ガラス、土、コンクリートなどの壊れやすい材料も含むこともできる。この実施形態によれば、本方法は、例えば汚染物質をチャンバーの壁及び／又は羽根と接触させるなど、洗浄チャンバー内で壊れやすい汚染物質を分解することを含むことができる。
特定の一実施形態において、汚染物質はガラスを含んでもよい。例えば、ポリエステルに混ざった及び／又はポリエステルに埋め込まれたガラスである。この実施形態によれば、このプロセスは、ほとんどのガラスを混合物から取り除くことができる。例えば、このプロセスは、混合物から約９７％以上のガラスを取り除くことができる。一実施形態において、このプロセスは、混合物から約９８％以上のガラスを取り除くことができる。
一実施形態において、本発明は、開示されたプロセスに適切な洗浄容器に関する。例えば、この洗浄容器は、壁で取り囲まれた洗浄チャンバーを含むことができ、その壁は少なくとも一部が３１６グレードのステンレス鋼と同等又はそれ以上の硬さを有する硬化されたメッシュ状材料であってもよい。また、洗浄チャンバーは、ポリエステルと汚染物質の乾燥混合物をチャンバーまで運ぶことのできる投入口も備えてもよい。
また、洗浄容器は中央軸に沿った心棒と、心棒から出た多数の羽根とを含んでもよい。任意選択的に、この羽根は硬化された材料、例えば４００グレードのステンレス鋼の硬度と同等又はそれ以上の硬度を有する材料から形成されてもよい。さらに、この羽根は、心棒がスピンするときに洗浄チャンバーを通過する気流を促進するように、心棒上に配置されているか、及び／又はそのような切断面を有していてもよい。
所望により、洗浄チャンバーの壁の一部はメッシュ状でなく、中空でなくてもよい。例えば、洗浄チャンバーの投入口を取り囲む壁の一部は中空でない材料、例えば中空でない硬化鋼であってもよい。
通常の当業者に対して、そのベストモードを含む、本発明に関する全ての、且つ権利を授与しうる開示は、付随する図を参照することを含む、本明細書の残部に特に記載されている。
本明細書及び図において参照される符号を繰り返し使用することにより、本発明の同一もしくは類似した特徴又は構成要件を表現することを意図する。
これから、本発明の種々の実施形態に関して細部にわたり言及することとなり、それらの一又は複数の実施例は、添付する図において説明される。各実施例は本発明を説明する目的で提供され、本発明を限定するものではない。実際には、本発明の特許請求の範囲又は精神から外れることなく、本発明において、種々の変更及び変形しうることを、当業者は認識するであろう。例えば、一実施形態の部分として説明又は記載された特性を、さらなる実施形態をもたらすために他の実施形態に用いてもよい。そのため、本発明は、添付した特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内から生じるような、そのような変更及び変形を包含することを意図するものである。
概して、本発明は、消費者から回収されたポリエステルを、種々の汚染物質材料から分離し、回収するための洗浄プロセスに関する。また、本発明は、開示されたプロセスに適切な洗浄容器にも関する。消費者から回収されたポリエステルを、ガラス、土、紙、金属などを含む種々の汚染物質から分離するのに本発明を利用することができる。有益なことに、開示されたプロセスは乾式分離プロセスであり、汚水の全産出量とともに、ポリエステルリサイクルプロセスにおける汚水の汚染レベルをも著しく下げることができる。
本出願で開示されたプロセスは、汚染された乾燥ポリエステルを洗浄容器に供給することを含む。洗浄容器は、乾燥混合物が充填されるチャンバーを備える。チャンバーは、少なくとも部分的に、所定の開口サイズを有するメッシュにより取り囲まれている。チャンバー内には、チャンバーの軸の長さに沿って配置された一連の羽根があってもよい。この羽根は、分離プロセス中に乾燥混合物を流動化させながら高速スピードでスピンすることができ、スピンしている混合物はチャンバーの壁と接触して、汚染物を分解させるとともに、埋め込まれたか、ないしは付いた汚染物質をポリエステルから分離させることもできる。汚染物質は取り囲むメッシュを通過することができ、一方でポリエステルはチャンバー内に残ることができる。驚くべきことに、このプロセスを利用して、埋め込まれた汚染物質でさえも、実質的にポリエステルを分解することなく、ポリエステルから汚染物質を分離して分解することができる。加えて、汚染物質がポリエステルから分離されて、取り囲むメッシュを通過することができる一方で、ポリエステルは洗浄チャンバー内に残ることができる。このポリエステルがメッシュの開口部よりサイズの小さいポリエステルフレークを含むそれらの実施形態においてでさえ、大部分の小さなポリエステル微粉は、洗浄チャンバー中に残ることができ、分離プロセス中に汚染物質と共に失われることはない。
本明細書中において、ポリエステルを、多塩基有機酸とポリオールとの間のエステル化生成物又は反応生成物であると定義する。既知の任意のポリエステル又はコポリエステルを、本発明のプロセスに使用できると思われる。しかしながら、特定の一実施形態において、本発明のプロセスは、テレフタル酸ポリオールと本明細書中で呼ばれる、テレフタル酸が多塩基有機酸として機能するある種類のポリエステルに関する。
本明細書中において、多塩基有機酸は、２又はそれ以上のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する任意の有機酸のことをいう。多くのポリエステルが、ジカルボン酸とも呼ばれる２塩基酸から誘導される。多塩基酸は、直鎖構造又は環状構造を有することができる。ポリエステルを作るのに使用できる直鎖多塩基酸の具体例は、脂肪族ジカルボン酸を含む。特に、その鎖中に炭素原子を１０まで有する脂肪族ジカルボン酸を使用することができる。これらの酸は、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、マロン酸、オキサリル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、及びフマル酸を含む。
一方、環状多塩基有機酸は、炭素環式ジカルボン酸を含む。これらの酸は、フタル酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸を含む。特に、テレフタル酸は、おそらく最も一般的に商業的に入手可能なポリエステルであるポリエチレンテレフタレートを作るのに使用される。
上述の通り、多塩基有機酸をポリオールと反応させて、ポリエステルを製造することができる。ポリオールは、少なくとも２個の水酸基を含有する化合物である。多くのポリエステルはジオールを用いて合成される。通常、ジオールはアルケンから、ヒドロキシル化として知られる方法において、二重結合に２つのヒドロキシル基を最終的に付加することにより調製される。一般的にポリオールは、グリコール及び多価アルコールと呼ばれる。ポリエステルを作るのに使用されるポリオールの具体例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、及びシクロヘキサンジメタノールを含む。
代表的な目的のために、表１は、本発明に従い回収及びリサイクルできる、商業的に入手可能なポリエステルの非包括的なリストを含む。各ポリエステルに対して、相応する多塩基有機酸及びポリオールが提供されている。
一実施形態において、本発明は、消費者から回収されたポリエステルを種々の汚染物質材料から分離して回収するための洗浄プロセスに関する。例えば、例として、遊離した泥、紙、砂の粒などの、ポリエステルと単に混ざりうる遊離した汚染物質を、洗浄容器に充填された材料の混合物から取り除くために本プロセスを利用することができる。加えて、本開示のプロセスは、ポリエステルに付着するコーティングを除くこともできる。例えば、本発明に従い、ポリエステル基材に接着されたラベルを、ポリエステルから物理的に分離することができる。加えて、本プロセスは、例えばガラス、泥、及び金属などの汚染物質がより柔らかいポリエステル基材中に埋め込まれているポリエステルから、汚染物質を分離するために有利に利用することができる。これらの接着された材料がいったんポリエステルから物理的に分離されると、それらは本発明に従い、混合物から取り除かれ、汚染物質がなく、不純物のないポリエステルを残すことができる。
洗浄容器に充填する前に、所望により、汚染されたポリエステル材料をフレーク形状に切り刻み、又はすりつぶしてもよい。本開示の便宜のため、ポリエステルフレークという用語は、小片に切り刻まれ、又はすりつぶされたポリエステル材料をいう。取り扱いやすくする目的で、材料のフレーク化を行うことができる。全ての異なったサイズ及び形状の材料を本発明のプロセスで使用してもよく、そして単一のサイズ及び形状が必要とされないことは理解すべきことである。しかしながら、一般的に洗浄容器に充填された個々のポリエステル片の大部分は、混合物を操作しやすくするために、洗浄容器のメッシュ状材料の開口部よりも大きくてもよい。本プロセス中、洗浄容器内で多くの汚染物質をメッシュを通過する前に分解させることができるが、洗浄容器に材料を充填する前に材料のサイズを測ることは、汚染物質がメッシュを通過するサイズであることを保障するためにも役立ちうる。
本発明に従い、ポリエステルを含む材料の混合物を洗浄容器に充填できる。特に、洗浄容器に充填された材料の混合物は、少なくとも少しの、消費者から回収されたポリエステルを含み、且つこの混合物は乾燥しているであろう。すなわち、この混合物はスラリー形状ではないだろう。しかしながら、材料の乾燥混合物を過度に乾燥させる必要はない。例えば、混合物を前処理して混合物から全ての水分を取り除く必要はなく、且つ混合物を大気レベルの湿度で容器に充填することができる。
図１は本発明のプロセスに適切な洗浄容器１００の一実施例を説明している。ポリエステル材料と汚染物質材料を含む乾燥混合物を、投入口１１０から洗浄容器１００に充填することができる。例えば、材料の混合物を、重力送り（ｇｒａｖｉｔｙ ｆｅｅｄ）、スクリューフィーダー、又は他の任意の適切な供給方法によって容器１００に充填することができる。材料の混合物は、ポリエステルと単に混ざっているだけで必ずしもポリエステルと物理的に付いていない汚染物質とともに、物理的にポリエステルに付いている汚染物質をも含むことができる。例えば、容器１００に充填される混合物は、紙やその他のラベルなどの種々のコーティングが接着されたポリエステル材料；土及びガラスなどの汚染物質を埋め込んだポリエステル材料；物理的に付いている汚染物質を有さないポリエステル材料；さらに単にポリエステル材料と混ざった土、金属、遊離した紙などの遊離した汚染物質を含むことができる。
図１を参照すると、投入口１１０を経由して容器１００内のチャンバー１０２の一方の端に材料の混合物を充填できる。図２においてより明確に見られるとおり、この特定の実施形態において、チャンバー１０２は円形の断面を有する。加えて、本発明をこれに限定するものではないが、一般に、チャンバー１０２において、直径に対する長さの比Ｌ／Ｄは少なくとも約２であることができる。例えば、一般に、チャンバー１０２の直径は、約０．５〜約３ｍの間である。
チャンバー１０２は、チャンバー１０２の中心軸に沿って進む心棒１１６から放射状に延びた一連の羽根１０４を備えてもよい。一実施形態において、個々の羽根１０４を羽根の上方の気流を調整するように方向付けるか、及び／又は形作ることができる。例えば、各個の羽根１０４は、心棒がスピンしているときに１１０及び１１２における指示矢印により示されるようにチャンバーを通過する気流をより強めるために、心棒１１６に対してわずかな角度で据付けられ、及び／又は、そのように特別にデザインされた断面形状を有することができる。
この実施形態によれば、図１及び図２に見られるように、多数の羽根１０４を心棒１１６に沿って一列に並べて、チャンバー１０２の中央軸の長さに沿って延びている一又は複数の羽根の列を形成させることができる。列内の隣り合った個々の羽根１０４を、他のものから距離Ａだけ離してもよい。この実施形態において、距離Ａは心棒上の羽根の幅とほぼ同等であってもよい。他の実施形態においては、羽根を他のものと軸方向に一列に並べ、列を形成させる必要はなく、そして、図で説明されているよりもより不規則に、心棒１１６の周りに配置してもよい。
また、羽根１０４を、心棒１１６の外周の周りに互いに埋め合わせるように、心棒１１６から伸ばしてもよい。例えば、そして図２に見られるように、羽根１０４の列は、隣り合った列どうしの間が９０°の角度を有して心棒１１６から伸びることができる。しかしながら、羽根１０４の列のこの特定の配列は、本発明の要件ではない。例えば、他の実施形態において、羽根１０４の列は、図２に示されるよりも列どうしの間が大きいか又は小さい角度で心棒１１６から伸びてもよい。例えば、一実施形態において、２列又は３列の羽根を、心棒１１６の周りに等間隔に間を開けて配置してもよい。他の実施形態においては、４列以上の羽根を、心棒１１６の周りに配置してもよく、例えば、５列、６列、及びそれ以上の列を中心棒１１６の周りに配置してもよい。
一実施形態において、羽根がプロセス中に不経済に早期劣化するのを防ぐために、個々の羽根１０４を相対的に硬質な材料から作ることができる。例えば、一実施形態において、個々の羽根を、硬化ステンレス、又はカーボン鋼などの硬化鋼で作ることができる。例えば４００又はより高いグレードのステンレス鋼で、これらの羽根を作ってもよい。これらの羽根を、ほぼ同等か又はそれ以上の硬度を有するような他の硬質材料で任意選択的に作ってもよい。例えば、他の実施形態においては、羽根を、耐磨耗鋼などで作ることができる。
容器１００に充填させた後、例えば、羽根１０４の回転により、材料を心棒１１６の周りに回転又はスピンさせるようにすることができる。上述の通り、一実施形態において、羽根１０４の回転により、チャンバーを通過する気流と、チャンバー１０２の一方の端から他方への材料の移動とを促進することができる。
羽根１０４は高速スピードで回転し、混合物の流動化、すなわち浮遊化ばかりでなく、チャンバー内で材料の回転も促進することができる。例えば、羽根１０４は、２０ｍ／秒より早い速度で回転することができる。一実施形態において、羽根は２０００ｒｐｍより早く回転することができる。一実施形態において、羽根１０４の先端速度は、約５０ｍ／秒などの約４０ｍ／秒から約１００ｍ／秒の間であってもよい。他の実施形態において、羽根１０４の先端速度は、約６０ｍ／秒から約８０ｍ／秒の間であってもよい。
一実施形態において、心棒１１６は、材料をチャンバー１０２に供給しながら回転していてもよい。この実施形態によれば、チャンバー１０２の入口における材料の初期運動は、規則正しい回転よりもむしろ放射状でありうる。従って、本発明のいくつかの実施形態において、チャンバー１０２の投入口１１０近くのチャンバー１０２を取り囲む壁２０は、材料の放射状の初期運動によりチャンバー１０２の壁を劣化させないように中空でない材料であるのが好ましい。例えば、一実施形態において、チャンバー１０２の長さのはじめの約５〜約２０％は、図１に見られるように、中空でない壁２０により取り囲まれている。加えて、本発明の一実施形態において、材料の放射状の初期運動による壁の劣化をさらに防ぐように、チャンバー１０２の均一な壁を相対的に硬質な材料で作ってもよい。
チャンバー１０２に充填された後、ポリエステルと汚染物質を含む乾燥混合物は、スピンする羽根の影響の下で心棒１１６の周りを回転し始めることができる。さらに、羽根の高速回転スピードに起因して、材料は心棒１１６の周りを回転しながらチャンバー中で浮遊し始めることができる。加えて、心棒１１６の周りを回りながら、チャンバーの壁２０、１０６と互いに衝突するとともに、スピンする羽根によっても材料は連続的に研磨されうる。
材料がチャンバー１０２内で研磨されるにつれて、ポリエステル基材に付いていた汚染物質は、基材から分離されうる。加えて、ポリエステル基材に埋め込まれた材料を、材料から取り去ることができる。驚くべきことに、本プロセスが多くの汚染物質を分解するとともに、埋め込まれた材料を含むポリエステルからの汚染物質の分離をも促進する一方で、ポリエステル自体は、本プロセスにより実質的に分解されない。例えば、紙のラベル材料や防湿コーティングなどのコーティング材料、ならびに埋め込まれたガラス及び土などの埋め込まれた材料が本開示プロセスを通してポリエステル基材から分離することになりうる一方、ポリエステルフレーク自体は容器１００に当初充填されたのと同等のサイズ及び形状を実質的に保持することとなる。
洗浄プロセス中にポリエステルフレークが分解しないことは、チャンバー１０２を少なくとも部分的に取り囲む壁１０６のメッシュサイズには関係がないとともに、羽根の速度にも関係ないようである。例えば、羽根の速度が相対的に遅いか、又は少々早いかに関係なく、本プロセスにおけるポリエステルの分解はほとんどないようである。
ポリエステル材料とは対照的に、ポリエステルからすでに物理的に分離されて容器に１００に充填されていようが、又はチャンバー１０２内でポリエステルと物理的に分離されようが、混合物と混ざっている壊れやすい汚染物質材料及び繊維性汚染物質材料を本プロセスにより分解することができる。例えば、ガラス、土、コンクリート、壊れやすいポリマー又は金属材料などを本プロセスにより分解することができる。加えて、紙などの繊維性材料も本プロセスにより分解することができる。
少なくともチャンバー１０２の壁１０６の一部はメッシュ状材料であってもよい。本開示の便宜のため、本明細書においてメッシュを、ネットワーク中に多数の開口スペースを規定する材料と定義する。例えば、メッシュは任意のすかし細工の織物又は網状構造を含んでもよく、網、金網、ざるなどを含んでもよい。
例えば、図１に説明される実施形態では、壁２０により取り囲まれた初期部を過ぎたチャンバー１０２全体が、メッシュ状材料で作られた壁１０６で取り囲まれてもよい。壁１０６の早期劣化を実質的に防ぐとともに、混合物中に含まれる汚染物質の分解を促進するためにも、壁１０６を硬化材料で作ることができる。例えば、壁１０６を硬化ステンレス又はカーボンスチール網で作ることができる。一実施形態において、壁１０６を、３１６グレードもしくはよりグレードの高いステンレス鋼の金網又は同等もしくはそれより硬度の高い材料で作ることができる。
一般に、壁１０６は所定のメッシュサイズを有する。特に壁１０６のメッシュサイズは、混合物中のポリエステル基材片の大部分がメッシュ壁１０６の開口部より大きいようなサイズであってもよい。例えば、一実施形態において、壁１０６は金網であってもよく、約８〜約１２の間の市販グレードのメッシュサイズを有してもよい。
チャンバー１０２内で汚染物質は分解されながら、壁１０６の開口部よりも小さくなり、図１の矢印１０８に表されるようにチャンバー１０２の外に通過することができ、チャンバー１０２の中に洗浄されたポリエステル基材を残すことができる。
本開示のプロセスは、ガラスとポリエステルの両方を含む混合物からガラスを取り除く場合に特に効果的でありうる。ガラスは、ポリエステルリサイクルプロセス中で消費者から回収されたポリエステルから分離するのが最も難しい材料の一つであり、もし完全に取り除けなければ、本プロセスに対して有害となる可能性がある。リサイクルプロセスで取り除けなかったガラスは、リサイクルプロセス中に処理装置に深刻な被害を与える原因となるだけでなく、リサイクルされたポリエステルから作られた材料を破壊する可能性もある。例えば、リサイクルプロセス中に取り除かれなかったガラスは、続く材料成形プロセス（例えば飲料容器成形プロセス）中にポリエステルに組み込まれることになる可能性があり、そして、例えばポリエステル製品に穴を形成することによって、ポリエステルから成形された材料を破壊する可能性がある。
本プロセスの一実施形態によれば、ガラスとポリエステルの両方を含む混合物中の約９７％以上のガラスを混合物から取り除くことができる。一実施形態において、混合物中の約９８％以上のガラスを取り除くことができる。別の実施形態においては、約９９％以上のガラスを取り除くことができる。
驚くべきことに、ガラスのような壊れやすい汚染物質材料を分解し、１０６のメッシュを通過させながら、ポリエステル材料自体はチャンバー１０２中に残ることができる。これは、上記で述べたように、一部には、ポリエステルがプロセス中にチャンバー１０２内で分解されないという事実のためである。しかしながら、メッシュ開口部より小さいサイズのポリエステルフレークでさえ、本発明の洗浄プロセス中にチャンバー１０２内に残ることができることが見出された。特に、ポリエステル微粉がプロセス中にチャンバー内に残ることができることが見出された。任意の特定の理論により拘束されることを望まないが、チャンバー１０２中の混合物の高い回転速度に起因して、チャンバー内の材料は、心棒１１６のまわりを回転しながら、流動化及び浮遊化することができると考えられる。さらに、浮遊物に働く遠心力により、混合物中の材料は分離され、より密度の高い材料、特に、ガラス、金属、紙などの汚染物質は塊の外側に移動し、（研磨により分解された後）壁１０６を通過することとなると考えられる。一方、より軽いポリエステル材料、特に小さいポリエステル微粉は、チャンバーの中央部に近いところに浮遊して残ることができると考えられる。特に、ガラスのような材料と繊維性材料は金網を通過することができ、一方でＰＥＴのようなエラストマー材料は金網の向こう側に残ることとなる。金網の穴よりも小さいＰＥＴ粒子でさえ、ＰＥＴの大部分とともに残ることとなる。ポリエステル微粉が、浮遊し、回転している材料の塊の中心に残るので、本プロセス中に金網を通過するであろうポリエステル粒子はほとんどなく、本発明の洗浄プロセスにおいて高い収率のポリエステルを得ることができる。
分離プロセスに続いて、不純物のないポリエステル材料を、チャンバー１０２から取り除くことができる。例えば、チャンバー中の材料の滞留時間は、一実施形態において、約０．５〜約３秒の間である。例えば、図１は、経路（アクセス）１１２においてチャンバー１０２からポリエステル材料を取り除くことができ、その一方で、開示された分離プロセスの後で１１４のような分離経路において容器１００から分離された汚染物質を取り除くことができるという連続的なプロセスを説明している。
代替的な実施形態において、例えばバッチプロセスにおいては、チャンバーは、ポリエステル材料の導入及び除去の両方のための唯一の経路を備えることができる。加えて、バッチプロセスを考慮した場合には、チャンバーの全長に渡って中空でない壁を備えたチャンバーの基部を有することが好ましい。例えば、図３に説明される一実施形態においては、チャンバー１０２は、チャンバー１０２の全長の基部に沿って中空でない壁２０と、チャンバーの全長に沿ったメッシュ状の壁１０６とを備えることができる。そのような実施形態は、例えば、混合物がスピンしていないときに金網を通ってポリエステル基材が落ちることのないように、混合物が回りはじめる前にチャンバーに材料の乾燥混合物を充填することを含むバッチプロセスにおいて好ましい場合がある。
有益なことに、本開示の洗浄プロセスは乾式プロセスである。したがって、プロセス中に洗浄水を利用することなく、汚染物質をポリエステルから分離して、洗浄プロセスの全体のコストを下げることができる。
さらに、開示された乾式洗浄プロセスの後で、ポリエステルの水性処理を行う場合ですら、汚染レベルをより低くすることができ、したがって、本プロセスにより必要とされる汚染水処理をより少なくできる。例えば、所望により、上述の乾式洗浄プロセスの後に、ポリエステル基材を水性すすぎ洗いにかけて、残っている不純物を取り除いてもよい。例えば、ポリエステルフレークを攪拌しながら次の水のすすぎ洗いにかけることができる。多くの汚染物質材料及び不純物を上述の乾式洗浄プロセスにより取り除くことができるので、例えば、分離したコーティング材料の凝固や高額な水処理の必要性などの、従来の水性分離技術で直面した問題が、本発明のポリエステル回収プロセスにおいてはほとんど問題ではない可能性がある。例えば、一般に、本発明の乾式洗浄プロセスの後での洗浄水は、汚染されたポリエステル材料を直接使用した洗浄水と比べて、少なくとも約１５％（使用した羽根の先端速度により依存する）の化学的酸素要求量の減少を示すことができる。同様に、水性洗浄の前の本発明のプロセスの使用を通じ、種々の実施形態において、洗浄水の全溶存固形物量のレベルは約３０％まで減少することができ、全浮遊物質は少なくとも約５０％まで減少することができ、油性物及びグリースは約１５％まで減少することができる。
本開示のプロセスを、任意選択的に、当技術分野で一般に知られているような他のポリエステルリサイクル処理プロセスと連結して使用してもよい。例えば、本開示の乾式洗浄プロセスは、Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊｒ．らの特許文献１、Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊｒ．らの特許文献２、Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊｒ．の特許文献３、Ｈｏｌｍｅｓらの特許文献４（これらは参照により本明細書に組み込まれる）に開示されているようなポリエステル処理プロセスと連結して利用することができる。
本発明は、続く実施例を参照することでより理解されうるであろう。
本発明に従い、米国ポリエステルフレークを乾式洗浄容器中で洗浄した。対照として、６２０．５ｇの米国ポリエステルフレークを、本発明の乾式洗浄プロセスにかけずに、一般的な水性洗浄プロセスに従って、洗浄した。ほぼ同量の米国フレークを本発明に従い洗浄し、次いでこの乾式洗浄プロセスの後、対照と同様に洗浄した。本発明に従い、各々４０ｍ／秒（６２０．２ｇサンプル）又は６０ｍ／秒（６２０．７ｇサンプル）の洗浄容器の羽根の先端速度を用いて米国フレークの二つのサンプルを乾式洗浄した。洗浄水について比較した結果は以下のとおりであった。
図４は、上述の通りに洗浄された材料の粒度分布を示す。見てわかるとおり、本発明に従い洗浄された材料の粒度分布は、洗浄プロセスのみに従って洗浄したものから明らかには変わらなかった。すなわち、全ての洗浄された材料の粒度分布は、異なる洗浄プロセスにかかわりなく、ほぼ同じままであり、ポリエステルフレークは本開示のプロセス中で明らかな分解はされていないことを示した。
本開示のプロセスに従い洗浄されたサンプルと対照について、所定のメッシュサイズより大きいサイズの洗浄ポリエステル材料の割合を表にして示した結果を、以下、表２に示す。
見てわかるとおり、ポリエステル微粉は、本開示のプロセスの間に汚染物質の除去とともに失われてはいない。
加えて、プロセスを８０ｍ／秒の羽根速度で操作した場合、乾式洗浄装置に充填された全材料の約４．６６重量％がプロセス中に汚染物質として取り除かれ、プロセスを４０ｍ／秒の羽根の速度で操作した場合、乾式洗浄装置に充填された全材料の約２．６５重量％がプロセス中に汚染物質として取り除かれたことが確認された。
本発明に従い、メキシコポリエステルフレークを乾式洗浄容器中で洗浄した。対照として、６２１．２ｇのメキシコのポリエステルフレークを、本発明の乾式洗浄プロセスにかけずに一般的な水性洗浄プロセスに従い、洗浄した。ほぼ同量のメキシコのフレークを本発明に従い洗浄し、次いでこの乾式洗浄プロセスの後、対照と同様に洗浄した。本発明に従い、各々４０ｍ／秒（６２０．４ｇサンプル）又は６０ｍ／秒（６２０．４ｇサンプル）の洗浄容器の羽根の先端速度を用いてメキシコのフレークの二つのサンプルを乾式洗浄した。洗浄水について比較した結果は以下のとおりであった。
図５は、上述の通りに洗浄された材料の粒度分布を示す。見てわかるとおり、本発明に従い洗浄された材料の粒度分布は、洗浄プロセスのみに従い洗浄されたものから明らかには変わらなかった。すなわち、全ての洗浄された材料の粒度分布は、異なる洗浄プロセスにかかわりなく、ほぼ同じままであり、ポリエステルフレークは本開示されたプロセス中で明らかな分解はされていないことを示した。
本開示のプロセスに従い洗浄されたサンプルと対照について、所定のメッシュサイズより大きいサイズの洗浄ポリエステル材料の割合を表にして示した結果を、以下、表３に示す。
加えて、プロセスを６０ｍ／秒の羽根の速度で操作した場合、乾式洗浄装置に充填された全材料の約７．８重量％がプロセス中に汚染物質として取り除かれ、プロセスを４０ｍ／秒の羽根速度で操作した場合、乾式洗浄装置に充填された全材料の約５．１２重量％がプロセス中に汚染物質として取り除かれたと推定された。
本発明に従い、ガラスとポリエステルの混合物を処理した。３つの混合物を、異なる羽根速度：５５ｍ／秒、６１ｍ／秒、６７ｍ／秒で上述の通りに乾式洗浄した。初期混合ガラス成分と分離プロセスの結果を、以下、表４にまとめる。
本発明に対する、これら及び他の修正あるいは変更は、当業者により、本発明の精神及び範囲を外れることなく、行われてもよい。加えて、種々の実施態様の様相を全て又は部分の両方において交換してもよいと理解されるべきである。さらに当業者は、前述の記載は単に実施例という目的であり、発明を限定することは意図されていないものと認識するであろう。
２０ 壁
１００ 洗浄容器
１０２ チャンバー
１０４ 羽根
１０６ 壁
１０８ 矢印
１１０ 投入口
１１２ 経路（アクセス）
１１４ 分離経路
１１６ 心棒
１００ 洗浄容器
１０２ チャンバー
１０４ 羽根
１０６ 壁
１０８ 矢印
１１０ 投入口
１１２ 経路（アクセス）
１１４ 分離経路
１１６ 心棒
Claims (27)
- 汚染物質からポリエステルを分離する方法であって、
ポリエステル材料と汚染物質材料とを含む乾燥混合物を、軸を設定する洗浄チャンバーに供給する工程、
洗浄チャンバーの軸の周りに混合物をスピンさせる工程、
混合物が洗浄チャンバーの軸の周りをスピンするように、壁の少なくとも一部がメッシュ状材料を含む洗浄チャンバーの壁に、汚染物質を接触させる工程、及び
少なくとも一部の汚染物質を前記メッシュ状材料の開口部に通過させる工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記メッシュ状材料は金網であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 混合物が軸の周りをスピンする間、前記洗浄チャンバーは、回転する軸に沿った心棒を備え、前記心棒は少なくとも約２０００ｒｐｍの速さで回転することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記洗浄チャンバーは、心棒から出る多数の羽根をさらに備え、混合物がスピンする間、前記羽根は約２０ｍ／秒より早い先端速度で回転することを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記羽根は約４０ｍ／秒より早い先端速度で回転することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記羽根は約６０ｍ／秒より早い先端速度で回転することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記汚染物質は、ポリエステルに物理的に付いている材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記汚染物質は、ポリエステルに埋め込まれている材料を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記方法は、さらに材料が付いているポリエステルから物理的に付いている材料を分離することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記汚染物質は壊れやすい材料を含み、前記方法は洗浄チャンバー内で壊れやすい汚染物質を分解することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記方法は連続プロセスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 混合物を分離する方法であって、
ポリエステルとガラスとを含む乾燥混合物を、軸を設定する洗浄チャンバーに供給する工程、
洗浄チャンバーの軸の周りに混合物をスピンさせる工程、
混合物が洗浄チャンバーの軸の周りにスピンする間、少なくとも一部の壁が網を含む洗浄チャンバーの壁に、ガラスを接触させる工程、及び
前記ガラスの少なくとも一部を前記網の開口部に通過させる工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 混合物が軸の周りをスピンする間、前記洗浄チャンバーは、回転する軸に沿った心棒を備え、前記心棒は少なくとも約２０００ｒｐｍの速さで回転することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記洗浄チャンバーは、心棒から出る多数の羽根をさらに備え、混合物がスピンする間、前記羽根は約２０ｍ／秒より早い先端速度で回転することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記混合物内のガラスの一部は、ポリエステル内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記方法は、ポリエステルから埋め込まれたガラスを離すことをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 前記方法は、洗浄チャンバー内で前記ガラスを分解することをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記混合物中のガラスの約９７％以上が金網を通過することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記混合物中のガラスの約９８％以上が金網を通過することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 洗浄容器であって、
壁に囲まれ、中央軸を設定する洗浄チャンバーであって、前記洗浄チャンバーの壁の少なくとも一部は硬化されたメッシュ状材料を含み、前記メッシュ状材料は３１６グレードのステンレス鋼の硬度とほぼ同等か又はそれより大きい硬度を有する洗浄チャンバーと、
前記中央軸に沿った心棒と、
前記心棒から出る多数の羽根と、
ポリエステル材料と汚染物質材料を含む乾燥混合物を洗浄チャンバーに運ぶための入口と、
を備えることを特徴とする洗浄容器。 - 前記壁の一部は中空でない材料を含むことを特徴とする請求項２０に記載の洗浄容器。
- 前記中空でない壁材料は前記入口近傍の洗浄チャンバーを囲むことを特徴とする請求項２１に記載の洗浄容器。
- 前記中空でない壁の部分は、硬化鋼で形成されることを特徴とする請求項２１に記載の洗浄容器。
- 前記羽根は、４００グレードのステンレス鋼の硬度とほぼ同等か又はそれより大きい硬度を有する硬化された材料から形成されることを特徴とする請求項２０に記載の洗浄容器。
- 前記羽根は中央軸の周りを回転することができ、回転する羽根により洗浄チャンバーを通過する気流が促進されることを特徴とする請求項２０に記載の洗浄容器。
- 前記洗浄容器から乾燥汚染物質を取り出すために、洗浄チャンバーの外側に第一の放出口をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の洗浄容器。
- 前記洗浄容器から不純物のないポリエステル材料を取り出すために、洗浄チャンバーの壁に第二の放出口をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の洗浄容器。
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