JP2007519798A - 廃棄ポリエチレンテレフタレート(pet)の化学的リサイクル手法 - Google Patents
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Abstract
Description
i)ポリエステルを分解するため、アルカリ性物質特に水酸化ナトリウムを水溶媒の中で使用し高温高圧により反応を進行させ、また場合により反応溶媒としてエチレングリコールを使用する、アルカリ性または塩基性加水分解法;
ii)高温の水を使用し反応を進行させる中性加水分解法;
iii)濃縮硫酸を使用しポリエステルを分解する酸性加水分解法。
欧州特許番号0 973 715 B1に開示されているアルカリ性加水分解法の一例では、PETはアンモニアを含む重炭素塩およびアルカリ性金属の群から選択した反応促進剤と共に、150℃〜280℃の水溶液の中で加熱される。
a)アルコール反応溶媒の中で、廃棄PETの粒子を理論量または過剰な量の強い塩基金属とアルコール反応溶媒の沸騰温度で反応させ、アルコール反応溶媒に吸収された塩基およびエチレングリコールから金属との反応によりテレフタル酸塩を得る、鹸化反応工程。望ましくは鹸化反応工程を大気圧で行い、また場合により大気圧より高い圧力でも可能である。
b)前記テレフタル酸塩をアルコール反応溶媒から分離するテレフタル酸塩分離工程、
c)工程(b)のテレフタル酸塩をテレフタル酸より強い酸と反応させ、テレフタル酸を生成し結晶状で沈殿させる、テレフタル酸生成工程、
d)工程(c)において沈殿したテレフタル酸を結晶化が行なわれた反応溶媒から分離する、固体−液体分離工程、
e)工程(b)において分離された反応溶媒からエチレングリコールおよびアルコール反応溶媒を分離回収する、エチレン回収工程。
廃棄PETボトルを小断片に切断し、該小断片3gを100mlのボールフラスコに入れ、薄片状の水酸化ナトリウム1.5gおよびオクタノール30mlを混合した。該混合液を攪拌しながら加熱し、15分間還流温度(約183℃)を維持した。この時間が経過後、反応混合液を冷却し、含有された固形物(テレフタル酸ナトリウム)を溶解するためフラスコに水50mlを加え、次に反応せず無価値な存在となったPETの量を確認するため、フラスコの内容物を濾過した。水相および有機相からなる濾過された液体を分離じょうごに注ぎ、両相を分離した。その後、水相が、ある水素イオン指数pHに達するまで濃縮塩酸を加え、テレフタル酸を沈殿させ、次に濾過、洗浄、および乾燥させた結果、得られた物質の重量は回収効率が96%であることを示した。該物質の特性をIR分光器により確認した結果、そのスペクトルはテレフタル酸に関する文献に報告されたものと同一であった。
実施例1の手順を繰返したが、今回は反応溶媒としてエチレングリコール20mlを使用し、混合液を加熱後5分間温度を183℃に保ち、次に冷却した後反応溶媒中に生成されたテレフタル酸ナトリウムからエチレングリコールを分離するため、フラスコの内容物を濾過した。沈殿物(塩)に染み込んでいるエチレングリコールを回収するため、沈殿物をエタノールで洗浄した。テレフタル酸ナトリウムの重量は3.2gであり、回収効率は98%であることを示した。新たに使用することができるエチレングリコールを回収するため、洗浄した液体からエタノールを気化させた。
実施例1の手順を再度繰返したが、今回はヘキサノール20mlを使用し、混合液を加熱し温度を15分間147℃に保ち、その後冷却した。生成されたテレフタル酸ナトリウムから水相を分離するためフラスコの内容物を濾過し、沈殿物に染み込んでいるヘキサノールおよびエチレングリコールを回収するため、該テレフタル酸ナトリウムをアセトンで洗浄した。得られた塩を水に溶解した結果、廃棄PETの残渣は観測されなかった。ヘキサノールおよびエチレングリコールを回収するため、洗浄した液からアセトンを気化させた。
ボールフラスコに小断片に切断したPET1gおよび水酸化ナトリウム0.5gを入れ、反応溶媒として1−ペンタノール10mlを使用し、10分間反応温度を124℃に保った。白い沈殿物(テレフタル酸ナトリウム)を溶解するため反応混合液に水12mlを加えた結果、有機相と水相の2つの相が形成された。両相を分離じょうごにより分離し、次に不溶性の不純物を除去するため水相を濾過した。水相を濾過した後、水素イオン指数pHが約2に達するまで硫酸を加えた結果、テレフタル酸を沈殿させることができた。得られた白い沈殿物を濾過し、水で洗浄した後乾燥させた。得られたテレフタル酸の重量は0.83gであり、回収効率は96%であることを示した。
実施例4を繰返したが、今回は鹸化反応溶媒として1−ブタノール7mlを使用し、15分間反応温度を108℃に保った。テレフタル酸を結晶化および乾燥させた結果、該化合物0.83gを得ることができ、96%の回収効率を達成した。
500mlのガラス反応器を使用し、1−プロパノール150mlの反応溶媒の中で粉砕した廃棄PET30gを水酸化ナトリウム15gと15分間89℃で反応させ、機械的に激しい攪拌を続けた。残存粒子を除去するため、ネットフィルターにより反応混合液を濾過した。テレフタル酸を生成沈殿させるため、濾過した液体を濃縮塩酸と反応させ、次にその混合液を濾過した結果、沈殿物からテレフタル酸を回収し、また濾過液を蒸留し1−プロパノールおよびエチレングリコールを回収することができた。PETの残渣の重量は1.1gであり、転換率が96%であることを示した。
PET1gを小断片に切断し、水酸化ナトリウム0.5gおよび体積量比40/60の1−ペンタノール/エタノールの混合液7mlと5分間78℃で反応させた。沈殿物(テレフタル酸ナトリウム)を溶解するために反応混合液に水12mlを加えた結果、2つの相を形成することができた。該混合液を濾過し、PETの転換率を確認するため残渣を洗浄し乾燥させた。PETの残渣の重量は0.02gであり、転換率が98%であることを示した。水相を硫酸で処理し、テレフタル酸を沈殿させ、次に濾過、洗浄、および計量を行った。水相からのテレフタル酸の回収率は95%を超えた。
実施例7の手順を繰返したが、今回はエタノール7mlを使用し、鹸化反応を15分間73℃で行った。反応終了後、生成されたテレフタル酸塩を溶解するため水を加え、次に反応しなかったPETを分離するため該混合液を濾過した結果、反応しなかったPETは0.31gであり、転換率は69%であった。次にテレフタル酸を回収するため濾過した液を硫酸で処理した。
実施例7の手順を繰返したが、今回はメタノール7mlを使用し、20分間59℃で反応させた。鹸化反応終了後、生成されたテレフタル酸塩を溶解するため充分な量の水を加え、次に反応しなかったPETの残渣を分離するためフラスコの内容物を濾過した結果、反応しなかったPETは今回は0.25であり、転換率は75%であった。次にテレフタル酸を回収するため濾過した液を硫酸で処理した。
Claims (11)
- 廃棄PETの化学的リサイクル手法において、
a)水に溶解しないアルコール反応溶媒の中で、廃棄PETの粒子を理論量のまたは過剰な量の強い塩基金属とアルコール反応溶媒の沸騰点に近い温度および大気圧で反応させ、アルコール反応溶媒に吸収された塩基およびエチレングリコールから金属との反応によりテレフタル酸塩を得る、鹸化反応工程と、
b)i)反応溶媒混合液の温度を90℃未満に冷却する、ii)テレフタル酸塩を溶解するため反応溶媒に充分な量の水を加え、それによりテレフタル酸塩が溶解した水相、およびエチレングリコールが吸収されたアルコール反応溶媒からなる有機相の2つの相を形成し、およびiii)固体−液体分離工程によりテレフタル酸を含む水相を有機相から分離する処理を含む、アルコール反応溶媒からテレフタル酸塩を分離する工程と、
c)工程(b)のテレフタル酸塩をテレフタル酸より強い酸と反応させ、テレフタル酸を生成し結晶状で沈殿させる、テレフタル酸生成工程と、
d)工程(c)において沈殿したテレフタル酸を結晶化が行なわれた反応溶媒から分離する、固体−液体分離工程と、
e)工程(b)において分離した反応溶媒から、エチレングリコールおよびアルコール反応溶媒を分離回収する、エチレングリコール回収工程と
を含むことを特徴とする廃棄PETの化学的リサイクル手法。 - アルコール反応溶媒が、4〜8個の炭素原子をもつアルコール、第一アルコール、第二アルコール、または第三アルコール、直鎖アルコールまたは枝分れ鎖アルコール、あるいは前記アルコールの混合液から選択した一価アルコールからなることを特徴とする請求項1記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- 廃棄PETの化学的リサイクル手法において、
a)水溶性のアルコール反応溶媒の中で、廃棄PETの粒子を理論量のまたは過剰な量の強い塩基金属と、アルコール反応溶媒の沸騰点に近い温度で反応させ、アルコール反応溶媒に吸収された塩基およびエチレングリコールから金属との反応によりテレフタル酸塩を得る、鹸化反応工程と、
b)i)鹸化反応工程(a)の反応溶媒混合液を随意に冷却し、ii)エチレングリコールが吸収されたアルコール反応溶媒から、テレフタル酸塩から生成される結晶を分離するため、反応溶媒混合液を濾過し、およびiii)テレフタル酸塩に染み込んでいる可能性がある、アルコール反応溶媒およびエチレングリコールの残渣を除去するため、アルコール反応溶媒に溶解する有機溶液で分離された結晶を洗浄する処理を含む、アルコール反応溶媒からテレフタル酸塩を分離する工程と、
c)テレフタル酸を生成し結晶状で沈殿させるため、テレフタル酸より強い酸と反応させ、工程(b)のテレフタル酸塩からテレフタル酸を得る、テレフタル酸生成工程と、
d)工程(c)において沈殿したテレフタル酸を結晶化し反応溶媒から分離する、固体−液体分離工程と、
e)工程(b)において分離された反応溶媒から、エチレングリコールおよびアルコール反応溶媒を分離回収する、エチレングリコール回収工程と
を含むことを特徴とする廃棄PETの化学的リサイクル手法。 - 有機溶媒をメタノール、エタノール、アセトン、ジクロロメタン、およびクロロホルムから選択することを特徴とする請求項3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- アルコール反応溶媒が、1〜3個の炭素原子をもつアルコール、第一アルコール、または第二アルコール、あるいは前記アルコールの混合から選択した一価アルコールからなることを特徴とする請求項3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- 廃棄PETの粒子が、使用済み飲料ボトルおよび容器等のあらゆる種類の廃棄資源から得ることができ、またその形状も薄膜、繊維など、いかなるものであってもよいことを特徴とする請求項1および3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- 鹸化反応工程において使用する塩基をアルカリ性金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物からなる群から選択することを特徴とする請求項1および3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- 使用する塩基が水酸化ナトリウム(NaOH)または水酸化カリウム(KOH)であることを特徴とする請求項7記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- テレフタル酸を生成する工程(c)において、反応が進行する溶媒の中が、ある水素イオン指数pHに達するまで、濃縮硫酸または塩酸を使用することにより、テレフタル酸の結晶を沈殿させることを特徴とする請求項1および3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- 固体−液体分離工程(d)において、濾過により結晶化させたテレフタル酸を反応溶媒から分離し、次に洗浄および浄化を行うことを特徴とする請求項1および3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
- エチレングリコールの回収工程(e)において、エチレングリコールが吸収されたアルコール反応溶媒を蒸留工程にかけ、アルコール反応溶媒からエチレングリコールを分離回収することを特徴とする請求項1および3記載の廃棄PETの化学的リサイクル手法。
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