JP2008534265A - 油汚染プラスチックから油とプラスチックを分離回収する改善された方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の有機溶剤システムおよび第２の二酸化炭素システムを用いて合成樹脂材料の容器から汚染物を除去する方法を提供する。
【解決手段】有機溶剤を用いて合成樹脂材料から汚染物を除去し、二酸化炭素を用いて合成樹脂材料から残留する有機溶剤を分離する。
【選択図】なし

Description

（政府支援開発）
米国政府は、米国エネルギー省との契約番号ＤＥ−ＡＣＯ４−０１ ＡＬ６６８５０に基づき、本発明において権利を有する。

（技術分野）
本発明は合成樹脂（特にプラスチック）材料から汚染物を除去するための改善された方法およびシステムに関する。特に詳細には、本発明は、汚染物を合成樹脂材料から除去するために、上流の溶剤洗浄システムおよび下流の二酸化炭素洗浄システムを含むツーパート方式の方法に関する。

（背景技術）
合成樹脂材料から製造された、リサイクル用の容器は、同様の埋立用の容器に代わるものとして非常に望ましいものである。しかしながら、これらの容器は、汚染されるとその材料が残留することが多い。そのような残留物が除去されない場合は、それによって容器の材料の価値が低下し、低級製品以外には適合しなくなってしまうことがある。従来は、これらの残留物または汚染物を除去するのは、困難であり、費用がかかり、また副産物として更なる廃棄物を生み出すことがあった。

この問題の例としてモータオイル容器のリサイクルが例示される。モータオイル容器は一般に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であり、十分清浄であればそれ自体はリサイクルに適している。しかしながら、「空になった」のモータオイル容器の内側表面を被覆する残留オイルは汚染物であり、そのため、それらの容器は高級プラスチックに用いることができない。使用済みのモータオイル容器のサンプリング測定によると、この残留オイル被覆物は使用済み合成樹脂材料容器の重量の、平均すると４．６％にあたり、容器の重量の２０％を示すこともある。これらの容器の大部分は現在埋立地の中に廃棄されており、大地や地下水の中にオイルを漏出し、また、かなりの埋立体積を占めている。しかし、もし容器からモータオイルが簡単に分離できれば、この埋立体積や、大地や地下水の汚染を大幅に減らすことができる。

廃棄合成樹脂容器を埋立る以外に現在可能な選択肢としては、（ａ）容器を粉砕し、非常に限定的な（希釈）単位で他のリサイクル処理で用いる；（ｂ）水性処理を用いて、合成樹脂材料からの汚染物を置換する；（ｃ）ハロゲン化溶剤を用いて汚染物を分解／希釈する；および（ｄ）可燃性または易燃性溶剤を用いて合成樹脂材料からの汚染油を分解／希釈する、などがある。

上述の選択肢に関する問題点としては次のものが挙げられる。
ａ．米国の既存のリサイクル業者は、限られた量の汚染された合成樹脂材料をリサイクルされた製品に混合することができる。リサイクル後の合成樹脂材料の特性に、汚染物の好ましくない影響があるため、大量に混合することはできない。例としては、「プラスチック用材」、および低級プラスチック製品がある。

ｂ．水性処理を用いて、合成樹脂材料からの汚染物を置換することができる。しかし、汚染物の置換を促進するには洗浄剤および／または界面活性剤が必要である。この方法により、使用可能な汚染のない合成樹脂材料の流れが生成されるが、置換された汚染物は、水溶液または分散液から置換された汚染物を分離するために、追加の処理が必要となる。水溶液または分散液はそれ自体、二次的廃棄流となり、廃液としてリサイクルまたは廃棄する前に処理を必要とする。

ｃ．ハロゲン化溶剤を用いて、合成樹脂材料からの汚染物を分解／希釈することができる。溶剤が合成樹脂材料から本質的な成分を抽出しない場合は、この方法でも使用可能な汚染のない合成樹脂の流れを生成することができる。ハロゲン化溶剤溶液は、汚染物を回収し溶剤をリサイクルするために、蒸留する必要がある。一般には、蒸留物から、使用可能な汚染物（油など）を完全に回収することは難しい。さらには、ハロゲン化溶剤の多くは、オゾン破壊化合物であり、人間の健康に有害であり、その結果それを用いたり、環境に解放したりすることは連邦および州政府による規制および綿密な調査の対象となっている。

ｄ．可燃性または易燃性溶剤を用いて合成樹脂材料から汚染物を分解、および／または置換することができる。溶剤が合成樹脂材料から本質的な成分を抽出しない場合は、この方法により使用可能な合成樹脂材料を生成することができる。可燃性または易燃性溶剤溶液は、溶剤から汚染物を回収するために蒸留が必要である。使用できる蒸留装置は、可燃性または易燃性溶剤に適したものに限られ、またその場合でも、防災安全注意することが重要である。ハロゲン化溶剤を用いる場合は、蒸留によって汚染物を完全に回収することができない場合がある。

上述した現行の方法は、油汚染容器から、使用可能な合成樹脂材料を提供することができる。しかしながら、それらが使用可能な油を回収できるのは、二次的廃棄物流を出すという犠牲を払った上のことであり、二次的廃棄物流はそれ自体に処理および追加の費用が必要となる。「空になった」油容器からの合成樹脂材料および油のリサイクルは、合成樹脂材料と油の分離に従来の有機または水溶性溶剤を用いる場合は、重大な環境問題および廃棄物流処理問題を呈する。残留油が最終的には大地や地下水に到達することを考えると、容器を埋立用廃棄物として処分することも、環境上の問題を呈する。

米国特許第５，７１１，８２０号には、液体または超臨界二酸化炭素を用いて、油で汚染されたプラスチックから油を分離する方法が記載されている。しかしながら、二酸化炭素が油を溶媒和する能力は相対的に低い。効果的にするには、二酸化炭素を非常に高い圧力下に置かなければならない。その結果、このシステムの装置を高圧動作用に設計する必要があり、また、それだけでなく、高圧二酸化炭素を提供するための利用コストも相当なものになる。

したがって、合成樹脂材料容器から汚染物を除去するための改良されたシステムおよび方法が求められている。更に詳細には、環境上安全であり、かつ経済的な方法により、本質的に汚染物のない合成樹脂材料を生成するシステムおよび方法が求められている。

本発明は上述の問題点を解決し、合成樹脂材料から汚染物を除去する分野において顕著な進歩を提供する。なお、ここで「合成樹脂材料」という表現にはプラスチック材料が含まれるが、それに限定されるわけではない。更に詳細には、本発明は、合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成樹脂材料を少なくとも１つの炭素原子と少なくとも１つの水素原子とを含有し、比重が少なくとも０．７６である有機溶剤に接触させる工程を含む方法を提供する。

他の態様では、本発明は、合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成材料を、一般式ＲＣＯＯＲ’を有するアルキルエステル溶剤に接触させる工程を含み、ＲおよびＲ’はＣ１〜Ｃ１０アルキル基から独立して選択され、Ｒは少なくとも１つの水酸基を含有する方法を提供する。

他の態様では、本発明は、合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、（ａ）少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成樹脂材料を二酸化炭素以外の溶剤に接触させる工程と、（ｂ）粒子状合成樹脂材料から溶剤の少なくとも１部分を除去する工程と、（ｃ）工程（ｂ）において除去されなかった溶剤の少なくとも１部分を除去するために、粒子状合成樹脂材料を、液体、または超臨界二酸化炭素に接触させる工程とを含む方法を提供する。

更に他の態様では、本発明は、合成樹脂材料から汚染物を除去するシステムであって、
（ａ）合成樹脂材料に接触させるための、一定量の二酸化炭素以外の一定量の液体溶剤を内部に有する、少なくとも１つの槽と、（ｂ）合成樹脂材料から溶剤の少なくとも１部分を除去するための少なくとも１つの分離装置と、（ｃ）合成樹脂材料と接触し、合成樹脂材料上に残留する溶剤の少なくとも１部分を除去するための、一定量の液体または超臨界二酸化炭素を内部に有する、少なくとも１つの二酸化炭素槽とを備えるシステムを提供する。

以下に、上述およびそれ以外の本発明の主な態様について更に詳細に説明する。

以下に、添付の図面を参照し、本発明の好適実施態様を詳細に説明する。
なお、図面は、本発明をここに開示および記載される特定の実施態様に限定するものではない。また、図面は必ずしも縮尺や強調したりするものではなく、本発明の原理を明確に示すために提供する。
ここで図面、特に図１を参照すると、本発明の１つの好ましい実施態様に係る、合成樹脂材料で製造された使用済みの容器から汚染物を除去するプロセスが図示されている。本発明は、特に、高密度ポリエチレン容器から油、ＨＤＰＥ容器から殺虫剤、ＨＤＰＥ容器から乳汁、ポリエチレン テレフタレート容器から「ソーダ水」、特に自動車用プラスチックからポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、およびその他、地域のリサイクルプログラムなど回収される、洗剤容器などの各種の使用済み容器から汚染物を除去するのに有用である。また、本システムは、合成樹脂材料容器からラベルおよびラベル接着剤を除去するのに非常に有効である。さらに、本発明は、合成樹脂材料からの汚染物回収を促進し、それによって汚染物を、安全でかつ環境にやさしい方法によって処理することができる。

このプロセスの上流部分には液体溶剤洗浄システム１０が含まれる。溶剤洗浄システムは一般に、３つの別々の洗浄ステージ１２、１４、および１６を備える。粒子状合成樹脂材料（供給ストリーム１８として図示）はまず、液体溶剤を含有する第１ステージ１２に送られる。粒子状材料が溶剤と厳密に混合される第１洗浄サイクルの後、粒子状材料（ストリーム２０として図示）は第２ステージ１４に送られる。ステージ１４は、ステージ１２とほぼ同様に動作し、粒子状材料を追加量の溶剤と混合する。第２洗浄サイクルの後、粒子状材料（ストリーム２２として図示）は第３洗浄ステージ１６に送られる。第３ステージ１６も、最初の２つのステージ１２、１４と同様に動作する。しかしながら、後で詳細に説明する理由から、このステージでは前の２つのいずれのステージよりも多い量の溶剤を用いることが好ましい。また、溶剤の純度は、ステージ１２、ステージ１４、ステージ１６の順に高くなることが好ましい。合成樹脂材料上に存在する汚染物を溶媒和するには、連続するステージの各々に含有される溶剤は、１つ前のステージよりも清浄度が高くなることが好ましい。

なお、ステージ１２、１４、および１６は別々の槽で実施しなければならないわけではない。これらのステージを直列に配置して実行すると、ほぼ連続したプロセスとして実施できるので、プロセス全体がもっとも効率良く機能すると考えられている。しかしながら、合成樹脂材料をタンクからタンクに移動するのではなく、溶剤を別々のバッチ（別々の純度を有する）にして、各ステージの際にタンクに入れたり出したりして、３槽よりも少ない数の槽を用いることも可能である。その場合でも、粒子状合成樹脂材料は３つの別々のバッチの溶剤に接触するが、単一の槽に限定する必要はない。

次に、粒子状材料（ストリーム２４として図示）は溶剤分離およびリサイクルステーション２６に送られる。ステーション２６では、溶剤の実質的な部分が粒子状材料から分離され、管路２８を介して第３洗浄ステージ１６へリサイクルされる。ステーション２６は、スピンドライヤなどの装置を採用し、機械的に粒子状材料から溶剤を分離することが好ましい。次に、粒子材料はストリーム３２を介してサイロ３０に送られ、次の処理を待つ。

プロセスの下流部分には、二酸化炭素洗浄システム３４が含まれる。システム３４の設定は、参照として本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７１１，８２０号に開示されるものとほぼ同様である。本発明の文脈では二酸化炭素システム３４の目的が、米国特許第５，７１１，８２０号のそれとは少し異なる。本発明のプロセスでは、二酸化炭素システム３４に到達する以前に合成樹脂材料から汚染物の実質的な部分および好ましくはほとんど全部が除去される。しかしながら、合成樹脂材料上に残留するものは、僅かに残った汚染物以外は、主に溶剤洗浄システム１０からの溶剤である。このステージでは、合成樹脂フレークはまだ、０．１〜５重量％の溶剤を含有しており、これらは除去されるべきものである。この残留する溶剤を二酸化炭素システム３４を用いて溶剤洗浄システム１０から除去する。米国特許第５，７１１，８２０号に示されるプロセスと異なり、本発明の二酸化炭素システム３４は合成樹脂フレークから油汚染物を除去することに主眼を置いているのではなく、むしろ、前段のシステムから残留する溶剤を除去することを目的としている。二酸化炭素システム３４の動作中にフレークから、少量の汚染物が除去されるが、これは付帯的な便益であって、汚染物の大部分は溶剤洗浄システム１０においてすでに除去されている。

溶剤洗浄システム１０で用いられる溶剤は、液体または超臨界二酸化炭素に相対的に（システム１０の合成樹脂材料から除去される汚染物に比べて）溶けやすいことが好ましい。従って、本発明の１つの利点は、二酸化炭素システム３４が汚染物を直接溶媒和する場合に比べて、二酸化炭素システム３４が低圧力で動作することである。低圧力で動作することは装置のコストおよび二酸化炭素を液化する際のエネルギーコストを大幅に低減する。

破線で示すように、システム１０は、溶剤が外部環境へ蒸発または漏えいしないように、窒素などの不活性ガスによってシールまたはブランケットされた槽を用いる閉鎖システムであることが好ましい。さらに、サイロ３０は、合成樹脂粒子に付着する残留溶剤が外部環境に漏えいしないように閉鎖槽であることが好ましい。閉鎖システムとしてのシステム１０は、相対的に自己搭載型であり、有意な放出を行わないため、重大な環境上の問題を呈することがない。また、システム１０の閉鎖型としての特性は、その中で用いられる液体溶剤の実質的な部分のリサイクルが可能になり、補給の需要が低減する。これらの特徴の結果、従来の水を用いた汚染除去システムに比べて動作コストがおよそ４０％削減でき、また、汚染された水の清浄化処理を不要にする。

次に、図２を参照すると、溶剤洗浄システム１０が詳細に図示されている。ステージ１２、１４、および１６は、装置のサイズによる違いを除いて、それぞれほぼ同様である。従って、３つのステージに共通の特徴は同じ参照番号を付して説明する。およそ３／８”のフレークに粉砕された粒子状材料の供給ストリーム１８はステージ１２に入り、最初に分離装置３６に向かう。そこでは主に、合成樹脂材料の粒子の内、処理が困難になるような許容不可能な大きさの粒子を分離する。この分離装置は、このような分離に適している、ふるい、またはフィルタ型の装置でよいが、Ｓｗｅｃｏ分離装置などの装置が好ましい。拒否された粒子は、ストリーム３８を介して分離装置３６の外に出され、許容可能なサイズ（およそ３／８”）になるまで処理を施すために、シュレッダーや粉砕機（図示省略）などに戻される。

許容サイズの合成樹脂粒子は、ストリーム４０を介して分離装置３６から外に出て、コンベア４２に向かい、そこから洗浄タンク４４、または４６のいずれかに供給される。コンベア４２は、粒子状合成樹脂材料を両方のタンク４４、および４６に案内することが可能な可逆オーガ４８を備える。動作としては、まず材料は１つのタンクの積載量に達するまでそのタンクに搭載される。そのタンクで洗浄サイクルが開始され、オーガ４８は方向を逆にし、もう一方のタンクに搭載が開始される。２つのタンクを平行に配置することによって、ほぼ連続したプロセスが達成できる。

タンク４４および４６（および全部の関連するタンク）は、合成樹脂材料上に存在する可能性のある汚染物を分解する能力を有する液体の溶剤を含有する内部コンパートメント４９を備える、二重壁タンクであることが好ましい。この二重壁の特徴は、溶剤および汚染物が何らかの事故で外に漏えいするのを防ぐための保護を提供する。

タンク４４および４６に特有の特徴としては、これらのタンクが、密度の高い合成樹脂材料から密度の低い合成樹脂材料を分離するために備えられていることである。例えば、ポリエチレン テレフタレート（ＰＥＴ）で製造された多くの合成樹脂容器は密度の低いポリプロピレン材料から製造された蓋を用いている。リサイクル中にこれらの２種類の材料を分離することが好ましいことが多い。これらの異なる材料を手動で分離することは非常にコストがかかる。本発明は、これらの２つの材料の比重の中間の比重を有する溶剤を注意深く選択することによって、この分離を実現している。したがって、低密度のポリプロピレン材料が溶剤中に浮き、それより密度の高いＰＥＴは沈む傾向がある。スキミング装置を用いて、タンク４４および４６からストリーム５２および５４を各々介して密度の低い材料を除去する。または、タンク４４および４６の上部近辺にゲートを配置し、それを開放して、密度の低い方の材料を、ある程度の量の溶剤とともに排出し、その後、ろ過し、溶剤を各々のタンクに戻す。いくつかの例では、所望の合成樹脂材料が、蓋の材料と密度が非常に接近していて分離ができない場合がある。その場合は容器を粉砕する前にコンテナから蓋を分離することが好ましい。

タンク４４および４６の各々は、タンクの中身を撹拌するためのミキサ５０を備えている。この撹拌はかなり重要であり、合成樹脂材料が溶剤に最大限に接触するような強度を有することが好ましい。本発明に用いるのに好ましいミキサ５０としては、ミキサのシャフトに少なくとも１つのプロペラが取り付けられたＮｅｐｔｕｎｅミキサがある。

既に述べたように、タンク４４および４６は被覆されている。各タンクの外側コンパートメント５６は、内部コンパートメント４９内の溶剤の温度を加温および維持するための熱媒液を含んでいる。好ましくは、適切な任意の熱媒液を用いることができるが、プロピレン グリコール、またはエチレン グリコールなどのグリコールが特に好ましい。熱媒液は好ましくは、熱交換機５８を用いて、およそ１７０〜１９０°Ｆ（７７〜８８℃）の温度に加熱するのが好ましい。その結果、内部コンパートメント４９内に含まれる溶剤が同様に、およそ１７０〜１９０°Ｆ（７７〜８８℃）の温度に加熱される。被覆された槽を用いることによって、溶剤槽の近くで裸火を使用することなく溶剤の加熱を行うことができる。この特徴により、システム全体の安全性が高くなる。グリコール溶液は、管路６０、６２、６４、および６８を介して、タンク４４および４６と熱交換機５０との間を常に循環している。

合成樹脂粒子および溶剤は所定の時間、撹拌される。この時間は、タンクのサイズ、溶剤の純度、溶剤そのものの特性および粒子状の汚染物を可溶化する能力、など様々なファクタに依存する。しかしながら、撹拌は相対的に短時間に行うのが好ましく、好ましくは１５分未満、より好ましくは１〜１２分の間、さらに好ましくは４〜５分の間である。撹拌サイクルの最後に、タンク４４または４６のいずれかの中味が各々管路７０または７２を介して空にされる。そして、溶剤および合成樹脂材料を含有するスラリーがポンプ７４によって押し出され、管路７６を介してステージ１４に送られる。

スラリーは第２の分離装置３６を通り、ここで、特定の材料が溶剤から分離され、管路７８を介してステージ１２に再循環される。ポンプ８０は再循環された溶剤を各々管路８２または８４を介してタンク４４または４６のいずれかに送る。合成樹脂材料（ストリーム８６として図示）は、粒子状材料をタンク４４ｂおよび４６ｂ間に分配する第２のコンベア４２へ送られる。次に、ステージ１４はステージ１２と同様に動作するが、密度の異なる合成樹脂材料を浮上除去によって分離する工程が追加されている。

撹拌サイクルが完了すると、溶剤と特定の材料のスラリーが管路８８または９０を介して各々のタンクから出て、ポンプ９２によって押されて管路９４を介してステージ１６に送られる。ステージ１６では、まず、スラリーを第３の分離装置３６内を通過させ、溶剤を分離し、管路９６を介してステージ１４に再循環させる。ポンプ９８は再循環された溶剤を、管路１００または１０２のいずれかを介して適切なタンクに戻す。

合成樹脂材料は、ストリーム１０４として分離装置３６を離れ、コンベア４２に向かい、そこでタンク４４ｃおよび４６ｃに分配される。次に、ステージ１６は、ステージ１２および１４と同様に動作する。撹拌サイクルが完了すると、溶剤および合成樹脂材料のスラリーは、各々管路１０６、１０８を介してタンク４４ｃおよび４６ｃから出て、ポンプ１１０によって押されて管路１１４を介してハイドロサイクロン１１２に送られる。

ハイドロサイクロン１１２は粒子状合成樹脂材料から、スラリー状で存在する固体廃棄物を分離する。固体廃棄物は、金属粒子およびその他の重い固体粒子などで、そのために、合成樹脂材料または溶剤から分離されないまま、スラリー状で存在する望ましくない粒子状材料などである。この廃棄物は、ストリーム１１６としてシステムから出る。ハイドロサイクロンに投入するスラリー中に存在する溶剤と合成樹脂材料との比率は、合成樹脂材料の密度など、様々なファクタによって異なる。更に、ハイドロサイクロンの内部はスラリー中に存在する合成樹脂材料のタイプに依存して変更する必要がある。

スラリーは管路１１８を介して、スピンドライヤ１２０へ向けて送られ、そこで、溶剤の実質的な部分は合成樹脂材料から分離され、管路１２２およびポンプ１２４を介してステージ１６に再循環される。再循環された溶剤は、次に、管路１２６および１２８を介してタンク４４ｃおよび４６ｃに分配される。スピンドライヤ１２０はスラリー中に存在する溶剤のおよそ９０重量％以上、より好ましくはおよそ９５％以上、さらに好ましくは９８重量％以上の溶剤を除去することが好ましい。合成樹脂材料はスピンドライヤを出た後、ストリーム１３０として保管用サイロ３０に送られ、そこで、二酸化炭素システム３４に送ることができるようになるまで、保管される。

システム１０で用いられる溶剤は、各種の所望の特性に基づいて、慎重に選択される。まず第１に、溶剤は多数の異なる汚染物を、その中に分散されている合成樹脂材料を大きく破壊することのなく、溶媒和する能力を備える必要がある。第２番目に、溶剤は密度が異なる合成樹脂材料の浮上分離を促進するために特定の比重を示すものでなければならない。ポリプロピレンのキャップとＰＥＴの容器の例を用いると、より価値の高いＰＥＴからキャップの材料を分離することが望ましい。ポリプロピレン材料の比重はおよそ０．９０であるのに対して、ＰＥＴの比重は一般に１．３〜１．４である。溶剤はこれらの２つの数字の間の比重を有することが好ましく、水の比重に近い比重を有することが更に好ましい。もし浮上分離がその特定のプロセスの重要な特徴ではない場合、溶剤の比重もまた重要なファクタではない。しかしながら、溶剤は、比重（好ましくは２０℃の時）がおよそ０．７６以上、より好ましくはおよそ０．９〜１．５の間、もっとも好ましくは０．９５〜１．２５の間である二酸化炭素以外の有機溶剤を含むことが好ましい。

適切な溶剤は、エステル、ケトン、グリコール、グリコール エーテル、ハロゲン化溶剤、芳香族、アルコール、脂肪族炭化水素、アミン、テルペンなどの様々な級の化学物質から選択することができる。さらに詳細には、溶剤は、アミル プロピオネート、ブチル ブチレート、アルキル ラクテート、エチル ヘキシル アセテート、二塩基酸エステル、メチル ソヤート、エチル ソヤート、シクロヘキサノン、メチル エチル ケトン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコール メチル エーテル、トリクロロエチレン、キシレン、エタノール、テトラヒドロフルフリル アルコール、ヘキサン、ミネラルスピリット、モノエタノールアミン、ｄ−リモネン、ジメチル ホルムアミド、ｎ−メチル ピロリドン、プロピレン カーボネート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、溶剤は、一般式ＲＣＯＯＲ’を有するアルキルエステル溶剤であって、ＲおよびＲ’はＣ１〜Ｃ１０アルキル基から独立して選択され、Ｒは少なくとも１つの水酸基を含有する。アルキル ラクテートは、本発明に用いるために、特に好ましい溶剤である。

好ましいアルキル ラクテートには、メチル ラクテート、エチル ラクテート、イソプロピル ラクテート、およびブチル ラクテートがあり、すべて、ＰＵＲＡＣ Ａｍｅｒｉｃａ社（リンカンシャー、イリノイ州）から製品名ＰＵＲＡＳＯＬＶとして販売されている。アルキル ラクテートの中では、エチル ラクテートが特に好ましい。これらの溶剤の比重は、２０℃の時に、０．９８〜１．０９の間であり、一般に水と混和性があり、グリースや油など各種の有機汚染物を溶媒和する能力が高い。更に、これらの溶剤は相対的に毒性がなく、いくつかの例では、ＦＤＡから食品用として認定されているものもある。溶剤に毒性がないということは、更なる便益であり、このシステムが環境にやさしい特性を有することに貢献している。

溶剤が、汚染物に加えて、合成樹脂材料を溶媒和することは望ましくないので、合成樹脂材料との溶剤の相溶性は重要な特性である。ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレン テレフタレート、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデン フルオリド、ポリカーボネート、フッ化エチレン プロピレン、ポリブチレン テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリブチレン、ポリフェニレン オキシド、ポリスチレン（polystryene)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリメチルペンテン、ポリビニル クロリド、アセタール、アクリル酸、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、およびそれらの組み合わせなどの合成樹脂材料は、本発明に係る好ましい溶剤の多くと相溶性があると考えられている。

図１に示す二酸化炭素システム３４は、溶剤システム１２において処理した後、合成樹脂粒子に接着している残留溶剤の分離に適した閉鎖ループ分離システムの例である。二酸化炭素システム３４は、また、合成樹脂粒子上に存在する可能性のある僅かな量の汚染物を除去する能力を有するが、このシステム３４の主要な特徴は、粒子から残留溶剤を分離し、それによって、溶剤および汚染物の残留していない物質を生成することである。

粒子状合成樹脂材料は保管用サイロ３０から、ストリーム１３４（好ましくはオーガ輸送装置）を介して抽出槽１３２へ送られる。一般に、材料は鋼鉄製網籠、または他の穴あき金属容器で囲い、合成樹脂材料が抽出槽１３２からシステム３４の他の部分に、後述する二酸化炭素の流れによって、流されることのないようにする。次に、貯蔵槽１３６から制御弁１３８を介してシステムに二酸化炭素を充填する。その際、後述する動作に望ましい圧力および温度条件を満たすために適切な圧力まで充填する。制御弁１３８および１４０を遮断して、二酸化炭素の流れを確立する。二酸化炭素の流れは、圧縮装置１４２と関連する熱交換機１４４から、制御弁１４６、抽出槽１３２、膨張装置１４８と関連する熱交換機１５０、および分離槽１５２を通って圧縮装置１４２に到達し、次のサイクルが開始される。圧縮装置１４２の速度、膨張装置１４８、および熱交換機１４４および１５０の温度の調整によって、抽出槽１３２および分離槽１５２を後述する所望の圧力および温度に維持することができる。このような調整は手動または市販のコンピュータソフトウエアおよび装置による制御により行うことができる。システム全体の充填は、二酸化炭素を制御弁１３８を介して貯蔵槽１３６から更に取り込むか、または制御弁１４０を介して貯蔵槽に排出するかによって調整することができる。

抽出槽１３２内では、液体または超臨界二酸化炭素中の溶剤の溶解作用に望ましい温度および圧力は、一般に、およそ６００〜５０００ ｐｓｉａ（より好ましくは６５０〜１０００ ｐｓｉａ、もっとも好ましくは７００〜８００ ｐｓｉａ）、およびおよそ２０〜１００℃（より好ましくはおよそ３０〜９０℃、もっとも好ましくはおよそ６０〜７０℃）である。溶剤の入っていない液体または超臨界二酸化炭素が連続的に抽出槽１３２の底部に入り、合成樹脂材料１５４のそばを通り過ぎて上方に流れ、材料１５４（システム１０からの）上で流れる溶剤を分解し洗い流す。上向きの流れは合成樹脂材料１５４の層を流動化し、溶剤の分解を促進する傾向があるため、二酸化炭素の流れが抽出槽１３２の底部に導入されることがある程度重要である。

溶剤を抱えた二酸化炭素は、抽出槽１３２の上部から連続的に出て、膨張装置１４８および熱交換機１５０へ流れる。膨張装置１４８および熱交換機１５０は、分離槽１５２に入る二酸化炭素が気相になるように、つまり、一般にはおよそ４００〜１０００ ｐｓｉａ、およびおよそ２０〜３５℃に設定される。これらの気相状態では、二酸化炭素は溶剤に関してほとんど溶解性を持たない。したがって、溶剤（わずかな量の汚染物を含む）は溶液の外に沈降し、液体の溶液と気体の二酸化炭素との２相システムを形成し、溶剤は分離槽１５２の底部に集まる。溶剤の残留していない二酸化炭素気体が、圧縮装置１４２により圧縮され、そこで圧力が抽出槽１３２の圧力と同等、またはそれ以上に上昇する。次に、二酸化炭素が熱交換機１４４の中を流れるにつれて、二酸化炭素の温度が所望の値に調整され、そこから、液体または超臨界のいずれかの（選択する温度および圧力によって決まる）二酸化炭素として抽出槽１３２に再び入り、再び、合成樹脂材料１５４から溶剤を分解し洗い流す。合成樹脂材料から溶剤がすべて除去され、分離槽１５２中に沈殿するまで、この二酸化炭素の再循環が継続される。

合成樹脂材料からの溶剤の分離が完了すると、制御弁１４６が閉鎖されて、二酸化炭素が制御弁１４０を介して貯蔵槽１３６に送られ、後に再び用いられる。溶剤の残留していない合成樹脂材料１５４は抽出槽１３２から除去され（好ましくは吸引システムによって）、保管用サイロに送られる。回収された溶剤１５６は分離槽１５２から排出される。このプロセスによって出される廃棄物は抽出槽１３２の最終減圧時に排気される少量の二酸化炭素だけである。

吸引装置を用いて、溶剤の残留していない生成物中に存在する、ラベル紙の切れ端などの軽材料から合成樹脂のフレークを分離することもできる。これらのフレークは、その後、別の保管用サイロに送られ、その後包装される。

二酸化炭素システム３４から回収された溶剤１５６は、好ましくは溶剤洗浄システム１０に再循環されるか、または必要があれば、純化システムに送られる。ステージ１２、１４、および１６で用いられる溶剤は、汚染物で飽和するので、定期的に交換および純化する必要がある。これらの交換の間隔は、溶剤を用いるステージや溶剤の能力、または溶媒和力（カウリ(Kauri) ブタノール価と呼ばれることもある）など各種のファクタによって異なるが、一般には数時間毎である。溶剤はそれぞれのステージから排出され、溶剤と汚染物を分離する蒸留システムに送られる。蒸留システムの動作条件はその溶剤の引火点によって大きく異なるが、本発明に係る好ましい溶剤は一般に、およそ３００°Ｆ（１４９℃）に加熱され、その後、再圧縮される。汚染廃棄物は、次に、適切に処分、または再循環される。適切に処分するための汚染廃棄物の回収は、本発明の重要な利点の１つである。汚染物が回収されなかった場合、特に、毒性の高い汚染物が回収されなかった場合、それらは最終的には合成樹脂材料とともに埋立ての中に入り、大地や地下水を汚染する恐れがある。

溶剤ステージ１２、１４、および１６は、「汚れた溶剤」の除去後すぐに新しい溶剤が追加され、また汚れた溶剤が純化されている間もこのプロセスが継続するので、このプロセスにかかる実質的な時間に関して、別のラインとして捉える必要はない。図２に示すシステム１０は、特に、このダウンタイムを避けるために設計されたものである。ここでは、タンク４４および４６が平行に配置され、１つのタンクが溶剤の交換のためにダウンしている間は別のタンクが動作する。つまり、システム１０は連続バッチプロセスとして機能する。

本発明は添付の図面に示す好ましい実施態様に関して記載してきたが、請求項に記載する本発明の範囲を逸脱することなく、等価物の採用および代替物の製造が可能であることはいうまでもない。

以上本発明の好ましい実施態様について記載してきたが、新規として特許証による保護を希望する請求項は特許請求の範囲のとおりである。

図１は、粒子状合成樹脂材料から汚染物を除去するための、３段階溶剤システム、および液体または超臨界二酸化炭素システムを示す概略流れ図である。 図２は、図１に示す３段階溶剤システムの詳細図である。

Claims (39)

1. 合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成樹脂材料を少なくとも１つの炭素原子と少なくとも１つの水素原子とを含有し、比重が少なくとも０．７６である有機溶剤に接触させる工程を含む方法。
2. 前記溶剤は、アミル プロピオネート、ブチル ブチレート、アルキル ラクテート、エチル ヘキシル アセテート、二塩基酸エステル、メチル ソヤート、エチル ソヤート、シクロヘキサノン、メチル エチル ケトン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコール メチル エーテル、トリクロロエチレン、キシレン、エタノール、テトラヒドロフルフリル、ヘキサン、ミネラルスピリット、モノエタノールアミン、ｄ−リモネン、ジメチル ホルムアミド、ｎ−メチル ピロリドン、プロピレン カーボネート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１の方法。
3. 前記粒子状合成樹脂材料の少なくとも１部分はフレーク状である請求項１の方法。
4. 前記接触工程は、前記粒子状合成樹脂材料を、少なくとも２つの別々の段階において、前記溶剤に連続的に接触させる工程を含む請求項１の方法。
5. 前記接触工程は、前記粒子状合成樹脂材料を、３つの別々の段階において、前記溶剤に連続的に接触させる工程を含む請求項４の方法。
6. 前記粒子状合成樹脂材料から前記溶剤の１部分を除去する工程を含む、請求項４の方法。
7. 前記溶剤を除去する工程は、前記粒子状合成樹脂材料を、ハイドロサイクロンを通過させ、その後ドライヤを通過させる工程を含む請求項６の方法。
8. 前記粒子状合成樹脂材料は、比重の高い材料の粒子と、比重の低い材料の粒子とを含み、前記接触工程は、前記溶剤中に前記比重の低い材料の前記部分を浮上させることによって、前記比重の低い材料の少なくとも１部分を、前記比重の高い材料の少なくとも１部分から、分離する工程を含む請求項１の方法。
9. 前記溶剤の比重は、およそ０．９〜１．５である請求項１の方法。
10. 前記少なくとも１つの汚染物は、油、殺虫剤、乳汁、洗浄剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１の方法。
11. 合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成材料を、一般式ＲＣＯＯＲ’を有するアルキルエステル溶剤に接触させる工程を含み、ＲおよびＲ’はＣ１〜Ｃ１０アルキル基から独立して選択され、Ｒは少なくとも１つの水酸基を含有する方法。
12. 前記合成樹脂材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレン テレフタレート、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデン フルオリド、ポリカーボネート、フッ化エチレン プロピレン、ポリブチレン テレフタラート、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリブチレン、ポリフェニレン オキシド、ポリスチレン（polystryene)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリメチルペンテン、ポリビニル クロリド、アセタール、アクリル酸、ＡＢＳ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１１の方法。
13. 前記溶剤はアルキル ラクテートである請求項１１の方法。
14. 前記アルキル ラクテートは、メチル ラクテート、エチル ラクテート、イソプロピル ラクテート、ブチル ラクテートおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１３の方法。
15. 前記接触工程は、前記粒子状合成樹脂材料を前記溶剤に、少なくとも２つの別々の段階において、連続して接触させる工程を含む請求項１１の方法。
16. 前記接触工程は、前記粒子状合成樹脂材料を前記溶剤に、３つの別々の段階において、連続して接触させる工程を含む請求項１５の方法。
17. 前記粒子状合成樹脂材料から前記溶剤の少なくとも１部分を除去する工程を含む請求項１１の方法。
18. 前記溶剤を除去する工程は、前記粒子状合成樹脂材料をハイドロサイクロンを通過させ、その後ドライヤを通過させる工程を含む請求項１７の方法。
19. 前記粒子状合成樹脂材料は異なる密度の粒子を含み、前記接触工程は低密度の合成樹脂粒子から高密度の合成樹脂粒子を、前記溶剤中に前記低密度の合成樹脂粒子を浮上させることによって、分離する工程を含む、請求項１１の方法。
20. 合成樹脂材料から汚染物を除去する方法であって、
    （ａ）少なくとも１つの汚染物を含有する粒子状合成樹脂材料を二酸化炭素以外の溶剤に接触させる工程と、
    （ｂ）前記粒子状合成樹脂材料から前記溶剤の少なくとも１部分を除去する工程と、
    （ｃ）工程（ｂ）において除去されなかった前記溶剤の少なくとも１部分を除去するために、前記粒子状合成樹脂材料を、液体、または超臨界二酸化炭素に接触させる工程とを含む方法。
21. 前記合成樹脂材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレン テレフタレート、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデン フルオリド、ポリカーボネート、フッ化エチレン プロピレン、ポリブチレン テレフタラート、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリブチレン、ポリフェニレン オキシド、ポリスチレン（polystryene)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリメチルペンテン、ポリビニル クロリド、アセタール、アクリル酸、ＡＢＳ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２０の方法。
22. 前記溶剤は、アルキル ラクテート、エチル ヘキシル アセテート、二塩基酸エステル、メチル ソヤート、エチル ソヤート、シクロヘキサノン、メチル エチル ケトン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコール メチル エーテル、トリクロロエチレン、キシレン、エタノール、テトラヒドロフルフリル アルコール、ヘキサン、ミネラルスピリット、モノエタノールアミン、ｄ−リモネン、ジメチル ホルムアミド、ｎ−メチル ピロリドン、プロピレン カーボネート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２０の方法。
23. 前記アルキル ラクテートは、メチル ラクテート、エチル ラクテート、イソプロピル ラクテート、ブチル ラクテートおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２２の方法。
24. 前記工程（ａ）は前記粒子状合成樹脂材料を前記溶剤に、少なくとも２つの別々の段階において、連続して接触させる工程を含む請求項２０の方法。
25. 前記工程（ａ）は前記粒子状合成樹脂材料を前記溶剤に、３つの別々の段階において、連続して接触させる工程を含む請求項２４の方法。
26. 前記溶剤除去工程は、前記粒子状合成樹脂材料を、ハイドロサイクロンを通過させ、その後ドライヤを通過させる工程を含む請求項２０の方法。
27. （ｄ）前記粒子状合成樹脂材料から前記二酸化炭素を分離し、その後、工程（ｃ）において除去した前記溶剤を前記二酸化炭素から分離する工程、
    を更に含む請求項２０の方法。
28. （ｅ）工程（ｄ）において前記二酸化炭素から分離された前記溶剤を純化し、前記純化された溶剤を工程（ａ）へ再循環させる工程、
    を更に含む請求項２７の方法。
29. 合成樹脂材料から汚染物を除去するシステムであって、
    （ａ）前記合成樹脂材料に接触させるための、一定量の二酸化炭素以外の一定量の液体溶剤を内部に有する、少なくとも１つの槽と、
    （ｂ）前記合成樹脂材料から前記溶剤の少なくとも１部分を除去するための少なくとも１つの分離装置と、
    （ｃ）前記合成樹脂材料と接触し、前記合成樹脂材料上に残留する前記溶剤の少なくとも１部分を除去するための、一定量の液体または超臨界二酸化炭素を内部に有する、少なくとも１つの二酸化炭素槽とを備えるシステム。
30. （ｄ）前記合成樹脂材料を前記分離装置から前記二酸化炭素槽へ移送する輸送装置、
    を更に含む請求項２９のシステム。
31. 前記輸送装置は、保管用サイロおよび前記サイロを前記二酸化炭素槽へ接続する導管を備える請求項３０のシステム。
32. 前記溶剤は、アミル プロピオネート、ブチル ブチレート、アルキル ラクテート、エチル ヘキシル アセテート、二塩基酸エステル、メチル ソヤート、エチル ソヤート、シクロヘキサノン、メチル エチル ケトン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコール メチル エーテル、トリクロロエチレン、キシレン、エタノール、テトラヒドロフルフリル、ヘキサン、ミネラルスピリット、モノエタノールアミン、ｄ−リモネン、ジメチル ホルムアミド、ｎ−メチル ピロリドン、プロピレン カーボネート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２９のシステム。
33. 前記溶剤は、メチル ラクテート、エチル ラクテート、イソプロピル ラクテート、ブチル ラクテートおよびそれらの組み合わせからなる群から選択されるアルキル ラクテートである請求項３２のシステム。
34. 前記分離装置はスピンドライヤを備える請求項２９のシステム。
35. 前記システムは、直列に配置される、少なくとも３つの別々の溶剤槽を備える請求項２９のシステム。
36. 前記溶剤槽の各々は、前記溶剤と前記合成樹脂材料とを混合させるための機械的撹拌装置を備える請求項３５のシステム。
37. 前記少なくとも３つの溶剤槽の第１番目は、浮遊する合成樹脂材料を前記第１の槽から除去するための装置を備える請求項３５のシステム。
38. 前記少なくとも１つの溶剤槽は、前記溶剤を有する内部タンクと、外部タンクと、それらの間の空間とを備え、前記空間には、前記内部タンク内の前記溶剤の温度を制御するための、熱媒液を有する請求項２９のシステム。
39. 前記熱媒液はグリコールを含む請求項２９のシステム。

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