JP2008050491A - プラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
プラスチックを亜臨界水により分解処理して得られた分解液中の固形物を、水洗浄して固液分離する際の濾過速度を速める、プラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法を提供する。
【解決手段】
不飽和ポリエステル樹脂と無機充填剤を含有するプラスチックを亜臨界水により分解処理して得られた分解液を、固形物と液体とに分離する方法であって、（１）分解液を濾過により固形物と液体とに分離する工程と、（２）分離した固形物にアルカリ液を供給して固形物に付着する不純物を除去する工程と、（３）不純物を除去した固形物に水を供給して固形物を洗浄する工程と、（４）洗浄した固形物と水とに固液分離する工程と、からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックの亜臨界水分解液から固形物を分離・洗浄する方法に関する。

プラスチックは、軽量、高強度であり、錆や腐食に強く、着色が自由で、電気絶縁性に優れ、成形が容易であり、さらに、大量生産が可能であるという利点を有し、自動車、航空機、家庭用品等の各部材として多用されている。このため、使用済みの廃プラスチックの量は増加の一途を辿っており、その処分方法が検討されている。

従来、廃プラスチックの大部分は、埋め立て、あるいは焼却して処分されていたが、廃プラスチックを埋め立てると、埋め立て後の地盤が不安定となり、また、埋め立て用地の確保が難しくなるという恐れも有していた。さらに、廃プラスチックを焼却すると、有害ガス（例えば、ＣＯ_２）や悪臭が発生し、環境汚染が懸念されるだけでなく、焼却炉が損傷してしまう恐れも有していた。

そこで、平成７年には容器包装廃棄物法（リサイクル法）が制定されて、廃プラスチックを回収し、再利用する事が義務付けられた。リサイクル法の施行に伴い、廃プラスチックを再資源化するための研究が急速に進められている。例えば、不飽和ポリエステル樹脂と無機充填剤を含有するプラスチックを亜臨界水分解処理によって分解処理する方法（特許文献１）が挙げられる。この亜臨界水分解処理方法では、分解反応を促進するために、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等のアルカリ液を添加して分解処理し、得られた分解液はフィルタープレス等の加圧濾過装置を用いて濾過処理し、固形物と液体に分離されている。そして、加圧濾過装置では、固形物はケークとして濾過膜の内側に残り、固形物を再利用するために、固形物に水を供給して洗浄されている。
特開２００５−３３６３２２号公報

しかしながら、上記の洗浄方法では、固形物に付着した成分の中には、スチレンフマル酸共重合体のように、アルカリ液には溶けているが、中性になると析出するものも含まれており、中性の水洗浄工程においてこれらが析出してしまうため、濾過抵抗が急速に増大し、洗浄に多大な時間を要するという問題点があった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、濾過速度を速めるプラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、第１に、不飽和ポリエステル樹脂と無機充填剤を含有するプラスチックを亜臨界水により分解処理して得られた分解液を、固形物と液体とに分離する方法であって、
（１）分解液を濾過により固形物と液体とに分離する工程と、
（２）分離した固形物にアルカリ液を供給して固形物に付着する不純物を除去する工程と、
（３）不純物を除去した固形物に水を供給して固形物を洗浄する工程と、
（４）洗浄した固形物と水とに固液分離する工程と、
からなることを特徴としている。

第２に、上記の特徴に加え、不純物を除去して得られたアルカリ洗浄液を、亜臨界水分解用の亜臨界流体として再利用することを特徴としている。

上記第１の発明によれば、（２）アルカリ液により不純物を除去するアルカリ洗浄工程において、固形物に付着する不純物を除去するため、（３）不純物を除去した固形物を水により洗浄する水洗浄工程において、水に不溶性の成分が析出せず、（４）洗浄した固形物と水とに固液分離する工程において、濾過速度を速めることができる。

上記第２の発明によれば、上記の発明の効果に加え、アルカリ液を再利用することができ、コストを低減することができる。

図１は、本発明のプラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法を示したフローチャートである。

以下、図１に示すフローチャートに従って本発明の実施の形態について説明する。

（１）の濾過処理工程では、不飽和ポリエステル樹脂と無機充填剤を含有するプラスチックＡを亜臨界水により分解処理した分解液Ｂ中に含まれる、不飽和ポリエステル樹脂の原料モノマーである有機酸（例えば、フマル酸等の不飽和二塩基酸）および多価アルコール（例えば、二価アルコール）と、不飽和ポリエステル樹脂の架橋部を形成する材料（例えば、スチレン等のビニル単量体）と有機酸の化合物（例えば、スチレンフマル酸共重合体）を含む溶液Ｃと、無機充填剤およびその他の固形物Ｄを、濾過により、溶液Ｃと固形物Ｄ（ケーク）とに分離する。

（２）のアルカリ洗浄工程では、得られた固形物Ｄを、アルカリ液であるアルカリ水溶液で洗浄濾過して、アルカリ洗浄液Ｅと固形物Ｆ（ケーク）に分離する。固形物Ｄに付着した成分の中には、例えば、スチレンフマル酸共重合体のように、アルカリ性の時は溶けているが、中性になると難溶となって析出してしまう不純物を含むが、このアルカリ洗浄工程においてアルカリ液で洗浄することによって、中性で析出してしまう不純物を除去することができる。従って、濾過抵抗は増大せず、容易に濾過することができる。

また、（２）のアルカリ洗浄工程で得られたアルカリ洗浄液Ｅは、亜臨界水分解用の亜臨界流体として再利用することができるので、アルカリ液のロスはない。

（３）の水洗浄工程では、アルカリ洗浄濾過した固形物ＦのｐＨを下げるために、水で洗浄し、次いで、（４）の固液分離工程で濾過して、水洗浄液Ｇと固形物Ｈ（ケーク）に分離する。この工程において、（２）のアルカリ洗浄工程において中性析出成分が除去されているため、こうして得られた固形物Ｈは、付着物が除去されており、ｐＨが７程度の状態であり、再利用が可能となる。

本発明におけるプラスチックＡは、有機酸（例えば、フマル酸、無水マレイン酸等の不飽和二塩基酸）と多価アルコール（例えば、プロピレングリコール等の二価アルコール）から得られる不飽和ポリエステルをビニル単量体（例えば、スチレン等）と共重合して架橋することによって調製される不飽和ポリエステル樹脂と無機繊維（例えば、ガラス繊維等）や無機粉体（例えば、炭酸カルシウム等）等の無機充填材を含有するＦＲＰ成形品（繊維強化不飽和ポリエステル樹脂成形品）や不飽和ポリエステル樹脂成形品等を挙げることができる。

亜臨界水とは、臨界点（温度３７４℃、圧力２２１気圧）以下の温度および圧力状態にある高温高圧水を意味し、本発明における亜臨界水による分解処理の条件としては、分解能を考慮すれば臨界点に近い高い温度、圧力が好ましいが、温度があまり高いと、亜臨界水による加水分解反応より熱分解反応が優先になり、分解により得られる有機酸や多価アルコール等の収率が低下してしまうため、１８０℃〜２７０℃、２ＭＰａ〜２２ＭＰａであることが好ましい。分解処理時間としては、反応温度などの条件によって異なるが、１〜４時間程度が好ましい。

不純物を除去するアルカリ水溶液としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物や、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルブチレンジアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ピリジン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノピリジン、トリエチレンジアミン等の有機アミン等を用いることができ、これらを単独または混合して用いることができる。

また、上記アルカリ水溶液は、プラスチックＡを分解処理する際のアルカリ水溶液と同じ溶質を用いることで、（２）のアルカリ洗浄工程で得られたアルカリ洗浄液Ｅを再利用することができるためさらに好ましい。

上記アルカリ水溶液のアルカリ濃度は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物を用いた場合０．１〜２モル／リットルが好ましく、プラスチックＡの組成や量、アルカリ水溶液の種類等によって最適濃度が異なるため、適宜選択することが好ましい。

また、上記アルカリ水溶液に、分解補助剤として、樹脂の溶解性を向上させるための有機溶媒を添加してもよい。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の水溶性の溶媒が挙げられ、樹脂分解成分の溶解性を有することを考慮して、適宜選択することが望ましい。

（１）〜（４）の工程において、取り扱いの容易性を考慮し、濾過機としてはフィルタープレスを使用することが好ましい。

そこで以下に本発明を実施例に基づいて説明する。

図１のフローチャートに従い、プラスチックを亜臨界水により分解処理した分解液Ｂを、（１）溶液Ｃと固形物Ｄ（ケーク）とに分離し、（２）固形物Ｄをアルカリ洗浄し、その後（３）水洗浄を行い、最後に（４）濾過を行って固形物Ｈを得た。

比較例として、分解液Ｂを、（１）溶液Ｃと固形物Ｄ（ケーク）とに分離した後、アルカリ洗浄を行わずに、固形物Ｄを直接（３）水洗浄して、（４）濾過を行った。

上記プラスチックＡは、有機酸として無水マレイン酸、多価アルコールとしてプロピレングリコール、ビニル単量体としてスチレンを用いて作製された不飽和ポリエステル樹脂に、無機充填剤として炭酸カルシウムを５０重量％添加したものを用いた。また、（２）アルカリ洗浄工程におけるアルカリ水溶液としては、プラスチックＡを分解処理する際のアルカリ水溶液と同じ０．２モル／リットルの水酸化カリウム水溶液を用いた。分解処理条件は、２３０℃、２．８ＭＰａで４時間行った。

図２には、アルカリ洗浄した場合とアルカリ洗浄しない場合の水洗浄における濾過液量と時間の関係を示す。

図２より、アルカリ洗浄したものは、アルカリ洗浄直後から傾き（濾過速度）が急になり、水洗浄に至っても濾過開始直後の濾過速度とほとんど変化がない。一方、アルカリ洗浄しない場合は、濾過開始から比べると明らかに傾きが小さくなり、濾過速度が減少していることがわかる。

もちろん本発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明によれば、アルカリ洗浄工程において、固形物に付着する不純物を除去することで、水洗浄工程において、水に不溶性の成分が析出せず、水洗浄した固形物と水とに固液分離する工程において、濾過速度を速めることができる。

図１は、本発明のプラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法を示したフローチャートである。 図２は、アルカリ洗浄した場合とアルカリ洗浄しない場合の（３）水洗浄工程後の（４）の固液分離工程における濾過液量と時間の関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 濾過処理
２ アルカリ洗浄
３ 水洗浄
４ 固液分離

Claims (2)

1. 不飽和ポリエステル樹脂と無機充填剤を含有するプラスチックを亜臨界水により分解処理して得られた分解液を、固形物と液体とに分離する方法であって、
   （１）分解液を濾過により固形物と液体とに分離する工程と、
   （２）分離した固形物にアルカリ液を供給して固形物に付着する不純物を除去する工程と、
   （３）不純物を除去した固形物に水を供給して固形物を洗浄する工程と、
   （４）洗浄した固形物と水とに固液分離する工程と、
   からなることを特徴とするプラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法。
2. 不純物を除去して得られたアルカリ洗浄液を、亜臨界水分解用の亜臨界流体として再利用することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの亜臨界水分解液からの固形物分離洗浄方法。

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