JP2009120682A - 発泡ポリスチレン減容天然溶剤およびそれを用いた発泡ポリスチレン減容処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡ポリスチレンを安価、安全かつ迅速に溶解、減容化する方法を提供するものである。
【解決手段】酢酸ゲラニル、テルピノレン、α―テルピネン、γ―テルピネン、α―フェランドレン、ｐ−シメン、酢酸ボルニル、１，８―シネオール、β―ピネン、テルピネン―４―オール、イソチモール、シトラール、シトロネラール、酢酸テルピニル、酢酸シトロネリルから選ばれる少なくとも１種類の化合物からなることを特徴とする発泡ポリスチレン減容天然溶剤と、それを用いたポリスチレン減容処理方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、使用済の発泡ポリスチレンの処理用の溶剤と、処理方法に関する。

発泡ポリスチレンは、断熱性・耐衝撃性に優れ、軽量かつ安価であることから、生鮮食品や家電製品の包装用、惣菜のトレー、住宅の断熱材などに広く用いられている。

しかし、その使用量が多くなるほど、使用済みの発泡ポリスチレンの処理方法は大きな問題となってくる。特に、発泡ポリスチレンはその容積の９８％が空気であり非常に嵩高いため、いずれの処理方法をとる場合であっても保存、輸送、回収などの各工程の能率が非常に悪くなることもあって、処理には困難が増加する。

例えば、魚箱などの汚れや臭気のついた使用済み発泡ポリスチレンは、そのままでは再利用が難しいため主に埋め立て処分されているが、嵩高さにより、前記した諸問題に加えて埋め立てのスペース的な効率も悪い。さらにポリスチレンは素材的に土壌中でほとんど分解せず、資源利用や環境保全の点から埋め立ては処理方法としては好ましいものではない。

一方で、ポリスチレン樹脂は燃焼させると高温で燃えることから、熱エネルギーとして利用するサーマルリサイクルも考えられるが、完全に燃焼させるにはある程度の燃焼設備が必要であり、一般利用者が簡便に燃料として利用できるわけではなく、また燃焼処理は地球温暖化の観点からも好ましくない。

また、使用済の発泡ポリスチレン樹脂を再生する方法として、加熱溶融による減容化も広く用いられているが、この方法では、製品中に血液や脂肪などの汚れや塗料などの異物が混入したままの溶融状態で回収されることや、過熱下での酸化的劣化に起因する製品の品質低下や、有害な熱分解物の発生など、様々な問題点が生じる。

そこで、廃発泡ポリスチレンを、ある程度ポリスチレンの溶解度の高い溶媒に溶融して減容、その後に不純物および溶媒と分離、回収する方法が考えられる。例えば、ポリスチレンの溶解度が高い溶媒として、トルエンなどの汎用性の有機溶媒が挙げられる。しかし、これらの有機溶媒は人体や環境に悪影響を与える可能性がある。

一方で、主に柑橘類などから抽出され香料など食品添加物としても用いられるリモネンなど、人体や環境に害の少ないといわれる物質を溶剤として用いる減容化も提案されている。例えば特許文献１には、リモネンを用いて発泡ポリスチレンを減容化する手段が開示されている。また、例えば特許文献２には、リモネンを含む減容剤に発泡ポリスチレンを溶融、しかる後にポリスチレン溶解度の低い低級アルコールを加えてポリスチレンを析出させ回収する方法が開示されている。

しかし、リモネンは生産コストが高くなるため、現実的には使用後のリモネンの回収手段が必要となっている。例えば特許文献３、４には、リモネンを含む溶剤にポリスチレンを溶解した混合液を、蒸留を用い、あるいは特定の溶媒に対するそれぞれの物質の溶解度の差を利用して分離し、リモネンを再利用する機構を備えた発泡ポリスチレン回収装置が開示されている。しかしながら、発泡ポリスチレン処理に常にリモネンを回収する装置、設備が必要とすると、そのコスト、労力、スペース的な問題は少なくない。あるいは、廃発泡ポリスチレンを設備まで輸送することを考えると、前記した発泡ポリスチレンの輸送コストの悪さの問題などからも、その処理効率はきわめて悪い。

また、リモネンは柑橘類を原料とするため、収穫量やその価格変動の影響を受けやすく、発泡ポリスチレン処理をリモネンのみに依存することには、供給安定性やコストの面において不安定な部分が残る。

特許第２５１８４９３号 特開平７−２１４０２８号 特許第３９３３０６号 特開平１０−２７９７２７

そこで本発明は、モノテルペン類化合物ないしその誘導体から選ばれる化合物の１種あるいは２種以上を使用することにより、トドマツやユーカリの葉油に含まれ、またピネンから容易に誘導される、安全かつ容易に供給でき安価で、発泡ポリスチレンを迅速に溶解、減容化する収縮剤と、それを用いたポリスチレン回収法を提供するものである。

上記目的を達成すべく、本発明にかかる発泡ポリスチレン減容天然溶剤およびそれを用いた発泡ポリスチレン減容処理方法は、次のような手段を採用する。

すなわち、請求項１記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、酢酸ゲラニル、テルピノレン、α―テルピネン、γ―テルピネン、α―フェランドレン、ｐ−シメン、酢酸ボルニル、１，８―シネオール、β―ピネン、テルピネン―４―オール、イソチモール、シトラール、シトロネラール、酢酸テルピニル、酢酸シトロネリルから選ばれる少なくとも１種類の化合物を含有することを特徴とする。

そして、この発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、いずれも発泡ポリスチレンの高い溶解度を持ち、天然の植物葉油に含まれ、あるいはα−ピネンから容易に誘導できる化合物の溶媒成分（以下、植物溶剤成分と称する）からなる。

また、請求項２記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、植物精油を原料とすることを特徴とする。

そして、この発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、原料の植物精油が天然物で安全であり、容易に供給することができ、植物溶剤成分を多く含んでいる。

また、請求項３記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、トドマツ葉油、エゾマツ葉油、スギ葉油、ヒノキ葉油、ユーカリ葉油のいずれかを原料とすることを特徴とする。

そして、この発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、森林バイオマスとして特に容易に供給することができる植物精油を、植物溶剤成分の抽出の原料、または合成用の原料とする。

また、請求項４記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、上記化合物がα―ピネンより誘導されることを特徴とする。

そして、この発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、針葉樹の葉油などの主成分であるα―ピネンを植物溶剤成分の合成原料とする。

また、請求項５記載の発泡ポリスチレン減容処理方法は、請求項１から４のいずれかに記載の天然発泡ポリスチレン減容剤を５０〜７０℃に加熱し、発泡ポリスチレンを溶解させることを特徴とする。

そして、この発泡ポリスチレン減容処理方法では、上記いずれの天然発泡ポリスチレン減容剤に対しても発泡ポリスチレンの溶解度が高まる。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されたような効果を奏する。

すなわち、本発明の請求項１に係る発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、いずれも有機溶媒やリモネンと比べて発泡ポリスチレン溶解度がより高いか、リモネンの３分の１前後までという充分に実用的な溶解度を持つ。

さらに、この発泡ポリスチレン減容天然溶剤は、容易に原料を供給でき、リモネンの供給状態の不安定さの影響を受けず、比較的安価であり、これらの理由から必ずしも回収の必要がなく多量に用いることができるため、簡便に比較的複雑大規模な設備などを必要とせずに、発泡ポリスチレンを減容、処理することができる。

また、本発明の請求項２に係る発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、植物葉油が天然物であるため、原料そのものとしても、また製造の工程においても、人体および環境に対して悪影響が少ない。

また、本発明の請求項３に係る発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、現在森林伐採時に多量に放棄されている針葉樹の枝葉をはじめとする森林バイオマスとして安価かつ容易に供給することのできる天然質の原料から、上記化合物もしくはその合成元物質を抽出することができ、また人体および環境に対して特に悪影響が少ない。

また、本発明の請求項４に係る発泡ポリスチレン減容天然溶剤によれば、植物溶剤成分を容易に合成することができ、純粋かつ比較的多量の植物溶剤成分を得ることができる。

また、本発明の請求項５に係る発泡ポリスチレン減容処理方法によれば、上記の安価かつ安全な発泡ポリスチレン減容剤を用いて、特に効果的に発泡ポリスチレンを処理し回収することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の発泡ポリスチレン天然減溶剤が含有する植物溶剤成分は、モノテルペン類の化合物ないしその誘導体であり、高いポリスチレン溶解度を有する。モノテルペン類の化合物は、一般に香料などの食品添加物に用いられている、人体および環境への害の少ない物質である。なお、公知の天然系のポリスチレン減容溶媒であるリモネンもモノテルペン類に含まれる。

上記の化合物の中でも、特に酢酸ゲラニルは公知の主な発泡ポリスチレン減容剤であるリモネンを大きく上回るポリスチレン溶解度を示し、発泡ポリスチレン天然減溶剤の成分として最も好適である。酢酸ゲラニル同様に、分子内に遊離の水酸基を持たない鎖状モノテルペン化合物に、シトラール、シトロネラールなどがある。

また上記の化合物の中でも、α―テルピネン、γ―テルピネンもリモネンを上回る溶解度を示す。これらテルピネン同様の単環モノテルペン化合物に、テルピノレン、α―フェランドレンなどがある。

さらに、酢酸ボルニル、１，８―シネオール、β―ピネンなど分子内に双環構造を有するモノテルペン、分子内に遊離の水酸基を有するテルピネン―４―オールも高いポリスチレン溶解度をもつ。他にｐ―シメンやその誘導体であるイソチモール（カルバクロール）が植物精油に含まれる。

これらの植物溶媒成分は、いずれも植物精油を原料として抽出することができる。酢酸ゲラニル、テルピノレン、α―テルピネン、γ―テルピネン、α―フェランドレン、ｐ−シメン、酢酸ボルニル、１，８―シネオール、β―ピネン、テルピネン―４―オールは、いずれもトドマツ葉油、ユーカリ油などに含まれる。トドマツ同様の成分を含む針葉樹の葉油として、エゾマツ葉油、スギ葉油、ヒノキ葉油がある。シトロネラールはシネオールと共に、ユーカリ葉油の主成分であり、シトラール、シトロネラールは柑橘類やレモングラスなどのハーブ、カルバクロールは樹木精油のほかシソなどのハーブにも含まれる。

特に、現在トドマツ、エゾマツなどの針葉樹の葉枝は、伐採時に木材となる幹を除かれた後は、ほとんどの場合そのまま放置されており、針葉成分の再利用方法が検討されている。そのため発泡ポリスチレン減容天然溶剤の原料として針葉樹の葉油を用いることは、これらの再利用手段としても有効である。また、ユーカリ油は植物精油として採取され用いられる代表的なものである。

なお、ユーカリ油、トドマツ葉油は、精製を経なくとも、ポリスチレンフィルムの溶解に要する時間や見かけの活性化エネルギーにおいて、単一精製物のうち、例えば酢酸ボルニルやテルピネン―４―オールよりも好適な値を示す。そのため、植物葉油そのものを、加工せずに上記化合物の多種を含む発泡ポリスチレン減容天然溶剤として用いることもでき、製法としては簡易で安価であるため、きわめて好ましい。

一方で、より溶解度の高い発泡ポリスチレン減容天然溶剤を得るには、ユーカリ油、トドマツ葉油、エゾマツ葉油などの植物精油を精製し、上記植物溶剤成分のうち溶解度の高い酢酸ゲラニルやテルピネンによる、あるいはそれらを主成分とする溶剤とすることができる。

植物溶剤成分は、α―ピネンを出発物質として誘導することもできる。α―ピネンは多くの針葉樹に含まれ、特に松精油の主成分であり松脂にも多量に含まれていることで知られるモノテルペンの一種であり、テルピネオール誘導体、メンタジエン、シメンなどを経て多種のモノテルペンを合成することができる。

本発明による発泡ポリスチレンの減容化方法は、発泡ポリスチレンを上記の発泡ポリスチレン減容天然溶剤によって、室温あるいは５０〜７０℃の加温下で溶解させる。上記植物溶剤成分のいずれの成分を用いた減容剤であっても、室温よりも加温下の方が溶解度が高まるため効果が高いが、特に酢酸ボルニル、１，８―シネオールは５０〜７０℃において溶解度が大きく高まるため、これらの化合物が主成分あるいは含有量が多い発泡ポリスチレン減容天然溶剤では、加温下で行うのが特に望ましい。

なお、溶解させる温度が４５℃を下回ると、加温の効果が充分に得られない。また、一般に高温であるほど溶解度は上がるが、植物溶剤成分はいずれも天然の有機物であるため、加温が７５℃を越えるほどになると反応、発火などのおそれが大きくなり好ましくない。主に５０〜７０℃の範囲に設定するのがより望ましい。

その後、ポリスチレンへの溶解度の低い溶媒（貧溶媒）である低級アルコールもしくは含水アルコールを加えて、ポリスチレンを析出させ回収する。アルコールは１０〜３０％の水溶液で、発泡ポリスチレンの溶解した減容剤に対して、７０〜９０％となるように加えるのが望ましい。１〜５分の処理でポリスチレンが析出するので濾過などで回収する。ついで、減溶剤とアルコールの混合物からは蒸留によってアルコールを発泡ポリスチレン減容天然溶剤とを分離し、回収することもできる。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
温度５０℃において、植物溶剤成分のポリスチレン溶解度を測定した。結果を表１に示す。従来技術においてポリスチレンの減容剤として主に用いられていたトルエンおよびリモネンと比較して、テルピノレンとｐ―シメンはトルエンを上回る溶解度、α―テルピネンとγ―テルピネンはトルエンとリモネンを上回る溶解度を示し、特に酢酸ゲラニルはトルエンとリモネンを著しく上回る溶解度を示した。

（実施例２）
重量２．３ｇのポリスチレンフィルムを、温度３０〜７０℃、毎分１６０ストロークの振とう条件で０．５ｍｌの植物溶剤あるいはその成分に接触させ、ポリスチレンフィルムが完全に溶解するのに要する時間を測定した。

結果を表２に示す。溶解に要する時間は溶媒の種類に大きく依存し、また、加温すると溶解速度が増すことを示す。特に、５０℃以上に加熱した場合に１，８シネオールとα―ピネンは溶解時間が短縮し、酢酸ボルニルはさらに著しく短縮することが判明した。

（実施例３）
植物溶剤およびその含有成分のポリスチレン溶解試験から、見かけの活性化エネルギーを算出した。結果を表３に示す。活性化エネルギーの低さは実施例１の溶解時間の短さに概ね一致していた。フェランドレン、テルピノレンは実施例２より重量あたりの溶解度はリモネン等と比べて低いが、活性化エネルギーにおいてはこれらの中で最も低く、ポリスチレンを迅速に溶解できることが判明した。

（参考例）
植物溶剤成分とポリスチレンの溶解度パラメータを表４に算出した。一般には、溶質と溶媒の溶解度パラメータが近似している場合、溶媒に対する溶質の良好な溶解性が認められる。しかし、植物溶剤成分のポリスチレン溶解においては、溶解性と溶解度パラメータの厳密な相関性は認められなかった。植物溶剤成分によるポリスチレンの溶解性を判断するには、計算上の溶解度パラメータのみではなく、溶解時間や溶解度の実測によるデータを重視して判断すべきであると思われた。

Claims (5)

1. 酢酸ゲラニル、テルピノレン、α―テルピネン、γ―テルピネン、α―フェランドレン、ｐ−シメン、酢酸ボルニル、１，８―シネオール、β―ピネン、テルピネン―４―オール、イソチモール、シトラール、シトロネラール、酢酸テルピニル、酢酸シトロネリルから選ばれる少なくとも１種類の化合物を含有することを特徴とする発泡ポリスチレン減容天然溶剤。
2. 植物精油を原料とすることを特徴とする請求項１に記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤。
3. トドマツ葉油、エゾマツ葉油、スギ葉油、ヒノキ葉油、ユーカリ油のいずれかを原料とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤。
4. 上記化合物がα―ピネンより誘導されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発泡ポリスチレン減容天然溶剤。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の天然発泡ポリスチレン減容剤を５０〜７０℃に加熱し、発泡ポリスチレンを溶解させることを特徴とするポリスチレン減容処理方法。