JP2008255554A

JP2008255554A - 布地の処理方法

Info

Publication number: JP2008255554A
Application number: JP2008060970A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshida; 弘之吉田
Original assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University
Current assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University
Priority date: 2007-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】２種類以上の繊維を含む布地を処理する有効な方法を提供する。
【解決手段】タンパク繊維、綿繊維、ナイロン繊維、またはポリエステル繊維を少なくとも２種類以上含む布地を、亜臨界水温度２００℃〜２２０℃で所定時間処理すると、羊毛などのタンパク繊維が分解され、アミノ酸を生ずる。その後２５０℃〜３００℃で処理すると綿繊維が分解され、糖もしくは有機酸が生ずる。さらに３００℃〜３５０℃で処理し、ポリエステル繊維、ナイロン繊維が分解する。亜臨界水の処理温度または処理時間を変える事で、繊維の原料となる分解物、残渣繊維として、分離、再利用できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、２種以上の繊維を含む布地の処理方法に関する。

廃棄物中に含まれる廃繊維製品は、従来焼却処分や廃棄処分されている。環境の面からこのような廃繊維製品を再利用することが試みられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献1には、ポリエステル繊維とウール繊維を、所定の条件で、水熱反応させ、ウール繊維を溶解させた後、ポリエステル繊維を回収する方法が開示されている。
特開２００３−１６４８２７号公報

しかし、実際の廃繊維中には、ポリエステル繊維とウール繊維以外に、綿繊維やナイロン繊維などの多種類の繊維を含んでいる。これら多種類の繊維を含む廃繊維から、ポリエステル繊維とウール繊維とを分離することは、実情に沿わない。

すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、２種類以上の繊維を含む布地を処理する有効な方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、２種類以上の繊維を含む布地を、処理温度または処理時間を変えて、亜臨界状態の水と接触させ、前記布地に含まれる繊維の分解物あるいは繊維を得ることを見出し、本発明を完成した。

前記布地は、タンパク繊維、綿繊維、ナイロン繊維、またはポリエステル繊維を少なくとも２種以上含むと好ましい。

本発明は、亜臨界状態の水を用いて、２種類以上の繊維を含む布地を処理することで、前記布地に含まれる繊維の分解物あるいは繊維を得る、布地の処理方法を提供することができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。

［布地に含まれる繊維］
本発明の処理方法に用いられる布地には、通常布地に用いられる繊維が含まれていればよい。具体的には、タンパク繊維、綿繊維、ナイロン繊維、またはポリエステル繊維を少なくとも２種以上含むものであればよい。

タンパク質繊維としては、タンパク質（ケラチン）を主成分とする繊維であって、羊毛（ウール）、モヘヤ、カシミヤ、山羊毛、アルパカ、ラクダ、ウマ、ウサギの毛などの動物繊維が挙げられる。また、天然繊維を溶解して紡糸し再凝固させてつくった再生繊維、天然繊維の高分子に化学反応を施し誘導体として紡糸した半合成繊維などである。タンパク繊維を含有する布製品は、例えば布製品の廃棄物であってもよい。

ナイロン繊維は、ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１０、ナイロン１０、ナイロン１２、ナイロン６−１２などの脂肪族ポリアミド又はコポリアミドなどであればよい。

ポリエステル繊維は、芳香族ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレートなどのポリアルキレンアリレート系樹脂など）、脂肪族ポリエステル（ポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ヒドロキシブチレート−ヒドロキシバリレート共重合体、ポリカプロラクトンなどの脂肪族ポリエステル又はコポリエステルなど）などである。

布地は、上記繊維に加え、他の天然繊維、合成繊維を含んでいてもよい。

布地は、直接またはスラリー状態で反応器に供給される。前記処理物は、そのまま用いてもよく、前処理を施してもよい。布製品などの場合は、切断処理をして反応器に供給してもよい。

［分解条件］
本発明の布地の処理方法は、２種類以上の繊維を含む布地を、処理温度または処理時間を変えて、亜臨界状態の水と接触させ、前記布地に含まれる繊維の分解物あるいは繊維を得る。布地と、亜臨界状態の水との混合比は、特に制限されないが、例えば、繊維を含有する処理物１質量部に対して、水を２〜３０質量部、好ましくは３〜２５質量部の範囲であるとよい。

ここで、水の亜臨界状態とは、３７４℃以下でその温度における飽和蒸気圧以上の高温高圧状態をいう。本発明の布地の処理方法では、処理時間、処理温度は、布地に含まれる繊維の種類によって異なる。

本発明の布地の処理方法は、以下に説明するように、亜臨界水に対する各繊維の分解温度が異なることを用いる。図１は、羊毛、綿繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維をそれぞれ、１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、それぞれ、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、５分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の固相残存率を示す図である。混合繊維は、各単成分の値から求めた理論値である。図１において、横軸は、処理温度（Ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を、縦軸は下記式（１）に示す固相残存率を示す。

図１から、羊毛は、反応温度１８０℃、綿繊維は２２５℃で、ポリエステル繊維は２５０℃で、ナイロンは２７５℃で分解が始まることがわかる。ポリエステル繊維の固体残存率は、３００℃付近から固体残存率が再び増加している。これは、固体残存率を常温で測定したためであると考えられる。ポリエステル繊維の分解物であるテレフタル酸エステルオリゴマーやテレフタル酸ジメチルが常温で析出したためと考えられた。

また、個別の繊維の固体残存率から求めた混合繊維の固体残存率の理論値と、実際の混合繊維の固体残存率は、ほぼ一致している。このことから、混合繊維を用いた場合にも、それぞれの繊維はほぼ同様の温度で分解していることがわかる。

図２は、綿繊維１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、反応温度２７０℃、３１０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、０〜１２分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の核反応時間に対する糖生成率を示す図である。図２において、横軸は、反応時間（分）を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの糖生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図２から、綿繊維を亜臨界水で分解させると、グルコースなどの各種糖類が生成することがわかる。また、２７０℃と３１０℃とで比較すると、処理温度が高いほど、生成する糖の濃度のピークが短時間で現れている。

図３は、綿繊維１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、２７０℃、３１０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、０〜１０分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の核反応時間における有機酸生成率を示す図である。図３において、横軸は、反応時間（分）を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの有機酸生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図３から、綿繊維を亜臨界水で分解させると、グルコースなどの各種糖類が生成に比べ、有機酸の生成時間が遅いことがわかる。これは、糖類が分解して有機酸を生成するためである。また、２７０℃と３１０℃とで比較すると、処理温度が高いほど、生成する有機酸の収率が高くなる。例えば、グリコール酸は、３１０℃で約５質量％得られる。また。乳酸は、３１０℃で２分間処理した場合約１．５質量％得られ、１０分間処理した場合は、約４質量％得られる。

図２、３の結果から、綿繊維を亜臨界水で分解する場合に、糖を回収するか、有機酸を回収するかの目的により、好適な反応温度、反応時間を適宜選択すればよいことがわかる。

図４は、ポリエステル繊維（ポリエチレンテレフタレート）１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、１７５℃〜３３０℃の間で温度条件を変えた恒温槽に浸漬して急激に加熱し、５分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の各反応時間における固相、０．１ＮＮａＯＨ溶解物、テレフタル酸、エチレングリコール、水相中のＴＯＣ（全有機炭素）生成率を示す図である。図４において、横軸は、処理温度（Ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図４から、２５０℃以上でポリエステル繊維が分解し始め、３００℃以上で、ポリエステル繊維の分解モノマーであるテレフタル酸、エチレングリコールの生成率が増加することがわかる。

図５は、ポリエステル繊維（ポリエチレンテレフタレート）１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、３５０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、０〜１０分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の核反応時間における固相、０．１ＮＮａＯＨ溶解物、テレフタル酸、エチレングリコール、水相中のＴＯＣ（全有機炭素）生成率を示す図である。図５において、横軸は、反応時間（分）を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図５から、３５０℃で、５分間反応すると、エチレングリコールの収率が０．１０であることがわかる。また、水相中の構成成分はほぼエチレングリコールであった。すなわち、３５０℃で、５分間の亜臨界処理で、ポリエステル繊維は完全にモノマー化が行えることがわかる。

図６は、ナイロン繊維（６−ナイロン）１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、１７５℃〜３３０℃の間で温度条件を変えた恒温槽に浸漬して急激に加熱し、５分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の各反応時間における残留固相、ε-カプロラクタム、６-アミノヘキサン酸、水相中のＴＯＣ（全有機炭素）生成率を示す図である。図６において、横軸は、処理温度（Ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図６から、ナイロン繊維（６−ナイロン）は、反応時間５分の場合は、反応温度３００℃以上の条件で分解することがわかる。これは、ポリエステル繊維の分解条件よりも高い。

図７は、ナイロン繊維（６−ナイロン）１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した反応管を、３５０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、０〜１０分間保持して、分解反応を行った後、常温に戻した際の核反応時間における残留固相、ε-カプロラクタム、６-アミノヘキサン酸、水相中のＴＯＣ（全有機炭素）生成率を示す図である。図７において、横軸は、反応時間（分）を、縦軸は、仕込み試料乾燥質量（ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）当たりの生成量（ｇ／ｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を表す。

図７から、ＴＯＣ収率が０．６４の場合（反応時間１０分）に、水相中にε-カプロラクタムのみが存在していることがわかる。このことから、ナイロン繊維（６−ナイロン）は、３５０℃で１０分で全てモノマーまで分解していることがわかる。

図１から、例えば処理温度を段階的に上げていくことで、布地に含まれる繊維の分解物あるいは未分解の繊維が得られることがわかる。図２〜図７から、各々の繊維を分解する際に、適切な温度と分解時間を選択すると、分解に用いる繊維に基づく分解物が得られることがわかる。例えば、２００℃〜２２０℃の温度で所定時間処理すると、羊毛などのタンパク繊維が分解されてアミノ酸を生ずる。その後、２５０℃〜３００℃程度の温度で所定時間処理すると、綿繊維が分解される。分解物として糖を得るか有機酸を得るかにより、処理温度、処理時間を適宜決定すればよい。その後、３００℃〜３５０℃程度に昇温して、ポリエステル繊維、次にナイロン繊維を順次分解する。得られた分解物は、公知の方法により、分離・精製し、繊維の原料やその他の原料として再利用することができる。

本発明の布地の処理方法は、回分式、半回分式、連続式いずれの方法で行ってもよい。一方、過度な条件で分解すると、有用な分解物までも分解される可能性がある。処理効率を考えると、好ましいのは、半回分式と連続式である。連続式では反応管を対象繊維の分解に最適な低温から高温に順次変え、それぞれの温度で取り出し口を設けて、各繊維の分解生成物を取りだす方法が考えられる。あるいは、複数の反応管を備える処理装置を用いてもよい。反応管内の処理温度の低い順から高い順に、設定温度を変えることで、各反応管ごとに、対象繊維を処理することができる。

本発明の布地の処理方法は、亜臨界水に対する繊維の分解温度が異なることを用いる。したがって、動物繊維、綿製品、ポリエステル繊維、ナイロン繊維に限られず、他の繊維を含む布地に適用することができる。

図１は、羊毛、綿繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維を温度を変えて亜臨界水処理をした場合における、固相残存率を示す図である。図２は、綿繊維を温度を変えて亜臨界水処理をした場合における、糖生成率を示す図である。図３は、綿繊維を温度を変えて亜臨界水処理をした場合における、有機酸生成率を示す図である。図４は、ポリエステル繊維を温度を変えて亜臨界水処理をした場合における、分解物の生成率を示す図である。図５は、ポリエステル繊維を３５０℃で亜臨界水処理をした場合における、分解物の生成率を示す図である。図６は、ナイロン繊維を温度を変えて亜臨界水処理をした場合における、分解物の生成率を示す図である。図７は、ナイロン繊維を３５０℃で亜臨界水処理をした場合における、分解物の生成率を示す図である。

Claims

２種類以上の繊維を含む布地を、処理温度または処理時間を変えて、亜臨界状態の水と接触させ、前記布地に含まれる繊維の分解物あるいは繊維を得る、布地の処理方法。
前記布地は、タンパク繊維、綿繊維、ナイロン繊維、またはポリエステル繊維を少なくとも２種以上含む、請求項１に記載の布地の処理方法。