JP2009173732A - 再生ポリエステルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
回収された繊維製品をポリエステル製品の製造工程で発生するポリエステル屑に混合して解重合を行う再生ポリエステルの製造方法を提供する。
【解決手段】
染色されたポリエステル繊維製品を脱色し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステルおよびグリコールと混合して解重合を行ってエステルモノマーを主成分とする平均重合度１５以下の低重合体とし、得られた低重合体を重縮合して再生ポリエステルを製造することを特徴とする再生ポリエステルの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、染色された繊維を再生ポリエステルに再利用する方法に関する。

ポリエステルは、その優れた特性により、繊維、フイルム、ボトル、プラスチック等として広く用いられているが、地球環境保護のための資源の有効利用という点から有効なリサイクル化が求められている。リサイクル方法としては、例えばケミカルリサイクル方法、マテリアルリサイクル方法およびサーマルリサイクル方法などが知られている。

マテリアルリサイクル方法はポリマー製品をポリマーを分解することなく溶融して再利用するものであり、再生コストは比較的小さいが、再生ポリマーの品質が安定しない傾向にある。サーマルリサイクル方法はポリマー製品を燃焼してその熱エネルギーを利用するものであり、再生コストは小さいが、ポリマーの燃焼により発生する二酸化炭素が地球環境保護の面から問題視されている。ケミカルリサイクル方法はポリマー製品をモノマーに分解して、得られたモノマーを重合することにより再利用するものであり、再生ポリマーの品質が安定する傾向にある一方で、再生コストが高くなる傾向にある。

ポリエステルの製造工程において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状などのポリエステル屑は、染料などの不純物が混じっていないので、従来よりケミカルリサイクルにより有効利用され、コストなどの点で工業的に役立っている。

例えばポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記することもある）を工業的に製造する場合、まず、テレフタール酸（以下、ＴＰＡと略記することもある）やテレフタール酸ジアルキルなどの酸成分とエチレングリコール（以下、ＥＧと略記することもある）をエステル化反応装置に送り、酸成分に対して、反応性を向上させるため、ＥＧを過剰に用い、両末端にＥＧが縮合されたオリゴマーとした（エステル化反応）後に、これを高温減圧下の重縮合反応装置に送り、エステル交換による脱グリコール重縮合反応させて、高分子量のポリエステルを得る方法が採用されている。
ポリエステル屑をケミカルリサイクルする方法については、特許文献１で提案されており、ポリエステル製品の製造工程で発生するポリエステル屑をＥＧと混合して解重合を行ってエステルモノマーを主成分とする低重合体とし、得られた低重合体を重縮合して再生ポリエステルを製造する技術が開示されているが、染色がなされたような繊維製品をリサイクルすることについては開示されていない。染色された繊維製品をケミカルリサイクルすることについては、特許文献２や３で開示されている。特許文献２では、繊維製品を選別し、主にナイロンをケミカルリサイクルする技術が開示されているが、ポリエステルにケミカルリサイクルする具体的技術については開示されていない。また、特許文献３では、繊維製品を解重合して精製することにより高純度なエステルモノマーを得て、そのエステルモノマーを重縮合して再生ポリエステルにケミカルリサイクルする技術が開示されているが、高純度なエステルモノマーを得るための精製には大掛かりな設備が必要であり、再生ポリエステルのコストアップとなってしまう問題がある。このように、染色された繊維製品を効率的にケミカルリサイクルする技術は、現在のところ未だ確立されていないのが実情である。
特開昭４８−６１４４７号公報 特開平７−３３１５０９号公報 特開２００６−２３２７０１号公報

本発明は、上記した従来の技術が有する問題を解決すること、すなわち、染色された繊維製品を大幅なコストアップを伴わずにケミカルリサイクルする技術を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、次の構成を採用する。すなわち、染色されたポリエステル繊維製品を脱色し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステルおよびグリコールと混合して解重合を行ってエステルモノマーを主成分とする低重合体とし、得られた低重合体を重縮合して再生ポリエステルを製造することを特徴とする再生ポリエステルの製造方法である。

本発明によれば、染色された繊維製品を、大掛かりな設備投資によるコストアップを伴うことなく、安定した品質の再生ポリエステルにリサイクルすることができる。

本発明でいうポリエステルは、エチレンテレフタレートを主成分とするポリエステルであり、テレフタール酸成分として、テレフタル酸またはその低級アルキルエステルを用い、グリコール成分としてＥＧを用いて製造されるポリエステルである。そのテレフタル酸成分の一部をイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸や、ドデカンジオン酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸などの脂肪族カルボン酸、さらにはシクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、ヒドロキシ安息香酸、グリコール酸、ヒドロキシエトキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸などで置き換えてもよい。また、グリコール成分の一部をポリテトラメチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ｐ−キシレングリコール、１，４−シクロヘキサジメタノール、ビスフェノールなどの脂肪族、脂環族、芳香族のジオール化合物で置き換えてたものでもよい。さらに熱可塑性を損なわない程度であれば、三官能以上の多官能性化合物を共重合してもよい。また、ポリエステルには、顔料、耐熱材、蛍光増白剤などの添加物を含んでもよい。

本発明に適用されるポリエステル繊維製品としては、衣料製品、たとえば、ユニフォーム、レインウェア、スポーツウェア、アウターウェア、インナーウェア、ストッキング類、水着・レオタード類などの他に、カーシート、そのシートカバー車輌天井張り用や内壁張り用布帛のような自動車内装用布帛製品、ソファー張り布帛等の家具表装・内張り用布帛製品が挙げられる。まず、これらの繊維製品を市場から回収し、ファスナー、スナップ、ボタン、留め金などを取り外して実質的にポリエステル繊維のみからなる繊維製品とする。市場から回収されたポリエステル繊維製品は染色されているのが普通であるから、まず、染色されたポリエステル繊維製品を脱色する。ポリエステル繊維製品は、直接染料、反応染料、スレン染料、分散染料、カチオン染料、反応性染料、パット染料、ナフトール染料、硫化染料、媒染染料、クロム染料などの染料により染色する方法や着色顔料により染色する方法など多種多様な染色方法で染色されている可能性があるが、中でも分散染料による染色はポリエステルなどの合成繊維に対して良好な染色性を示し、極めて優れた染色方法であるため、分散染料による染色がされているポリエステル繊維製品が一般的であるから、脱色としては、還元洗浄による脱色を行うのが良い。還元洗浄とは、還元剤の水溶液で洗浄することをいうが、還元洗浄に用いられる還元剤としては、ハイドロサルファイト、二酸化チオ尿素、亜鉛スルホキシレート・ホルムアルデヒド、ナトリウムスルホキシレート・ホルムアルデヒドなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いても良く、２種以上を併用されてもよい。これらの還元剤は、０．１〜１０重量％の濃度、特に０．１〜３重量％の濃度の水溶液として用いるのが好ましい。この濃度が０．１重量％未満であると脱色が十分でないことがあり、１０重量％を超えても脱色効果にさほど差がなく、コスト的に不利である。特に、ハイドロサルファイトと二酸化チオ尿素とを併用するのが好ましく、その場合、ハイドロサルファイトが０．０７〜７重量％、二酸化チオ硫酸が０．０３〜３重量％の濃度となるように水溶液を作製するのが好ましい。一方、脱色には、酸化洗浄による脱色もあるが、脱色において、一般的に染色加工に用いられているステンレス製加工機を用いる場合、加工機が腐食してしまうため、チタンメッキ製などの加工機を用いることを余儀なくされ、設備費が高額となり、再生コストが高くなりがちである。還元洗浄は、ステンレス製加工機を使用して脱色処理でき、また人体に対して有害な有機溶剤を用いる必要性もないので、安価で、安全な脱色方法である。

脱色されたポリエステル繊維製品は、通常細かく裁断され、造粒処理されて繊維造粒物とされる。具体的には、細かく裁断されたポリエステル繊維製品を押出機に供給し、２６０〜２７０℃で溶融し、スクリーンチェンジャーを通して不要な残存物を取り除き、押出機の口金からポリマーを吐出し、ストランド状のポリマーをウォーターシュートに流してペレタイザーにより繊維造粒物を造る。

このようにして得られた繊維造粒物を回収ポリエステルおよびグリコールと混合して解重合を行ない、エステルモノマーを主成分とする低重合体となす。ここで、回収ポリエステルとは、ポリエステルの製造工程において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状などのポリエステル屑であり、ポリエステルの製造工程において発生するものであるから実質的に染色はなされていない。また、グリコールとしては、ＥＧの他、１，３−プロパンジオール（以下、ＰＧと略記することもある）または１，４−ブタンジオールを用いるのが良い。

繊維造粒物は、回収ポリエステル１００重量部当り１〜２５重量部混合するのがよい。繊維造粒物の混合割合が少なすぎると、ポリマー品質（色調）が安定しない問題があり、多すぎると、ポリマー品質（色調）が悪化しやすい問題がある。解重合は、得られる低重合体の平均重合度が１５以下となるまで行なうのがよい。平均重合度が１５を超える低重合体は解重合反応時間が延びるためにタイムサイクル内に収まらないことがある。なお、低重合体の主成分であるエステルモノマーはビス（２−ヒドロキシエチル）テレフタレート（以下、ＢＨＥＴと略記することもある）であることが多く、ＢＨＥＴのみの重合度は１０である。平均重合度は、ポリマーの分子量の目安とされており、ポリエステルの分子量は、約２００００で重合度１００とされている。

このようにして得られた低重合体が重縮合されて再生ポリエステルが製造される。

次に、本発明での解重合工程および重縮合工程を、グリコール成分としてＥＧを用いた場合を例にとって具体的に説明する。あらかじめポリエステル低重合体が存在する第１の回分式反応装置に前記した繊維造粒物、ポリエステル屑およびＥＧを、所定のモル比として投入する。第１の回分式反応装置では、温度を２３０〜２７０℃、常圧の条件にて解重合を行うのが好ましい。温度を２３０℃未満で行うと、反応速度が遅くなる。解重合にてエステルモノマーであるＢＨＥＴを主成分とする低重合体となす。

こうして得られた低重合体が次工程の第２の回分式反応装置に送られ重縮合される。第２の回分式反応装置では、温度を２５０〜３００℃、圧力を０．０５〜３０ＫＰａの範囲で攪拌しながら徐々に温度と真空度を高めていくと、目標とする再生ポリエステルが合成される。

このようにして製造された再生ポリエステルは、回収ポリエステルのみで製造された再生ポリエステルと同程度の特性を有するため、繊維、フィルム、ボトルなどの製品に加工しても品質が安定している。

以下、実施例にあげて本発明をさらに具体的に説明する。本実施例でいう「部」とは重量部を意味する。なお、本実施例で用いる特性値の測定方法は次のとおりである。

（１）固有粘度（以下、ＩＶと略称することもある）
チップから切り出した試料を２．０ｇ計量し、オルソクロロフェノールに０．０１２ｇ／ｍｌの濃度に溶解し、２５℃まで冷却し、１５ｍｌをオストワルド粘度計に入れ、落下秒数ｔを測定し、下式によりＩＶを算出する。

ＫＩ＝ＫＢ×ｔ
ここで、ＫＩは相対粘度、ＫＢはオストワルド粘度計計数、ｔは２５℃における試料溶液の流下秒数である。

ＩＶ＝（０．０２４２×ＫＩ＋０．２６３４）×ｆ
ここで、ｆは標準チップ基準値を標準チップ測定値で除した値である。

（２）色調（ｂ値）
スガ試験機（株）製のＳＣ３Ｐカラーマシンを使用して測定する。ｂ値は黄−青系の色相（＋は黄味、−は青味）を表し、ポリマーの色調として極端に小さくならない限りｂ値が小さいほど良好である。

（３）ジエチレングリコール含有率（以下、ＤＥＧ含有率と略記）
試料１．０ｇに１級モノエタノールアミン２．５ｍｌを加え、全還流下２８０℃で４０ 分間加熱後、内部標準液を加える。さらに特級テレフタル酸４０ｇと１級エタノール５ｍｌを加え測定用試料を調製する。調整した測定用試料を島津製ガスクロマトグラフィーＧＣ−９Ａ(使用カラム：島津Ｃ−Ｒ３Ａ)を用いてジエチレングリコール含有率を測定する。

（４）カルボキシル基含有量（以下、ＣＯＯＨ含有量と略記）
ベンジルアルコールに、得られたポリエステルを溶解し、０．０１規定の水酸化ナトリウム水溶液で滴定することにより求める。

（５）低重合体の平均重合度
ゲル浸透クロマトグラフィー分析装置（ＧＰＣ）を用い測定する。測定条件は以下のとおりである。

溶媒：メチレンクロリド、カラム：ＧＭＨ×１（東ソー（株）製）、試料濃度：０．１ｗ／ｖ％、流量：１ｍｌ／ｍｉｎ、試料注入量：３００μｌ、標準試料：ポリメタクリル酸メチル、温度：２３℃
平均重合度（分子量分布）は、上記の測定により求めた重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比として求める。

（実施例１）
回収された染色ポリエステル繊維製品を、還元剤としてハイドロサルファイト０．５重量％、二酸化チオ尿素０．２重量％の濃度に調整した水溶液に１３５℃で３０分間浸漬・攪拌して還元洗浄による脱色を行った後、細かく裁断する。その後、細かく裁断されたポリエステル繊維製品を押出機に供給し、２７０℃で溶融し、スクリーンチェンジャーを通して不要な残存物を取り除き、押出機の口金からポリマーを吐出し、ストランド状のポリマーをウォーターシュートに流してペレタイザーにより繊維造粒物を得た。次いで、第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑１６５０部、ＥＧ７７２部とともに、得られた繊維造粒物を５５０部仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４０分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１２であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間１６分後にＩＶが０．６５６の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例２）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑１９８０部、ＥＧ７７２部とともに、実施例１で得られた繊維造粒物２２０部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４３分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１３であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間１４分後にＩＶが０．６６０の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例３）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑２０９０部、ＥＧ７７２部とともに、実施例１で得られた繊維造粒物１１０部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４５分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１３であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間２０分後にＩＶが０．６５７の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例４）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑２１３４部、ＥＧ７７２部とともに、実施例１で得られた繊維造粒物６６部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４３分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１４であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間１８分後にＩＶが０．６５３の再生ポリエステルを得た。ＤＥＧ量、ＣＯＯＨ量も低い値となっており、得られたポリマーの色調はｂ値１３．０であった。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例５）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑２１７８部、ＢＧ７７２部とともに、回収繊維ペレットを２２部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４５分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１２であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間１７分後にＩＶが０．６５８の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例６）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑２１７８部、ＰＧ７７２部とともに、実施例１で得られた繊維造粒物２２部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４３分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１１であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間２０分後にＩＶが０．６５５の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。

（実施例７）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑１３２０部、ＥＧ７７２部とともに、実施例１で得られた繊維造粒物８８０部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間５７分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１３であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間３５分後にＩＶが０．６６２の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も高い値となっており、軟化点が低く、色調もあまり良くない再生ポリエステルであったが、繊維に加工することはできた。

（参考例）
第１の回分式反応装置に、繊維やフィルムの製造工程において得られた染色されていないポリエステル屑２２００部、ＥＧ７７２部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始した。その後、解重合反応を開始して２時間４２分後（この時の反応装置内の温度：２４５℃）に解重合反応を終了し、ＢＨＥＴを主成分とする低重合体を得た。得られた低重合体は平均重合度が１２であった。

得られた低重合体を第２の回分式反応装置に移液し、２９０℃、減圧下（１ｍｍＨｇ以下）で重縮合反応を行った。２時間１５分後にＩＶが０．６５４の再生ポリエステルを得た。得られた再生ポリエステルについて測定したＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量、軟化点、色調を表１に示す。ＤＥＧ含有率、ＣＯＯＨ含有量も低い値となっており、軟化点、色調も問題なく、良好な再生ポリエステルが得られていた。

なお、表１中で、ポリエステルのモル比とは、用いるポリエステル屑と繊維造粒物に対するグリコールのモル比である。

Claims (7)

1. 染色されたポリエステル繊維製品を脱色し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステルおよびグリコールと混合して解重合を行ってエステルモノマーを主成分とする低重合体とし、得られた低重合体を重縮合して再生ポリエステルを製造することを特徴とする再生ポリエステルの製造方法。
2. 脱色が還元洗浄による脱色である、請求項１に記載の再生ポリエステルの製造方法。
3. 回収ポリエステルが実質的に染色されていないポリエステル屑である、請求項１または２に記載の再生ポリエステルの製造方法。
4. 繊維造粒物を、回収ポリエステル１００重量部当り１〜２５重量部混合する、請求項１〜３のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。
5. グリコールが、エチレングリコール、１，３−プロパンジオールおよび１，４−ブタンジオールからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。
6. エステルモノマーが、ビス（２−ヒドロキシエチル）テレフタレートである、請求項１〜５のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。
7. 低重合体は、平均重合度が１５以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。