JP2009507955A - 熱硬化性プラスチックを再生利用可能及び再利用可能なプラスチックに変換するための工程 - Google Patents

Abstract

本発明は、硬化された熱硬化性プラスチックを再利用するための処理に関する。前記処理は、少量の熱可塑性物質を使用することと、これを熱と圧力の下において硬化された熱硬化性プラスチック（使用される全成分の重量の約７０％（最低））と混合することを含む。ある化学物質、すなわち官能基に接合された熱可塑性重合体は、使用される熱可塑性物質と硬化された熱硬化性プラスチックの間の結合を作成するために加えられ、処理を改善して最終製品の品質を向上させるために潤滑剤もまた加えられる。最終製品は主成分として硬化された熱硬化性プラスチックを有するが、熱可塑性物質のように機能する。最終製品は、可逆性の物理的変化を経ることができる。すなわち、最終製品は熱の下においてその物理的状態を固体から溶融状態に変化させ、その後熱が除去されたときに最終製品自体を逆に固体に戻すことができる。前記物理的変化は、最終製品におけるいかなる顕著な変化又は劣化もなしに反復され得る。

Description

本発明は、硬化された熱硬化性プラスチックを再生利用及び再利用するための工程に関する。熱硬化性プラスチックは、今までのところ、科学者と共に実業家によって再生利用不可能であると世界的に信じられ、かつ受け入れられている原料である。その工程は、二つの必須成分として硬化された熱硬化性プラスチック及び熱可塑性物質、並びに（結合促進剤として作用するための）いくつかの化学物質を使用し、その工程の最終結果物は、新規な再生利用可能かつ再利用可能なプラスチックである。

プラスチック（熱硬化性プラスチック並びに熱可塑性物質）は、驚くべき材料である。一般的に言えば、プラスチックは、高熱耐性を有し、非常に耐久性があり、軽量で、不浸透性であり、簡単に軟化され、異なる形状に成形され得る。これらの質は、かなり容易に終わりのない可能な応用及び可能性を備えたプラスチックを示す。多数の産業の製品及び国産品及び電話ケーシング、コンピュータケーシング、プリント基板、コンテナ、包装紙、窓枠、テーブル、いす、送水管、フィルム、布地、塗料等のような商品の製造のために使用される。プラスチック製品の幅の範囲は、その多用途性及び実用性の証拠として存在する。

不運にも、耐久性のある特徴が原因で、プラスチックが非常にゆっくり時間をかけて分解する。結果として、プラスチック原料、製品及び用品の処理は、非常に難しい環境問題になる。環境は、プラスチック原料、製品及び用品が任意の優先する処理なしにすぐに処理される場合、不必要に負担をかけられ得る。従って、処理の前にそれらを焼却処分することが一般的な方法になる。焼却処分からの熱は、それらの分子構造を破壊し、それらの耐久性のある特徴を崩壊し得る。しかしながら、前記処理は燃料を消費し、かつ環境の中へ一定量の有毒ガスを放出する。

再生利用は、良い代替案である。しかし、全てのプラスチックが、直ちに又は簡単に再利用可能／再生利用可能ではない。一般にプラスチックは、（１）熱可塑性物質及び（２）熱硬化性プラスチックの二つの幅広く受容されるカテゴリにおいて分類される。［他の分類も存在する（例えばエラストマー、エンジニアリング・プラスチック、付加重合体、縮合重合体等）。しかし、それらは明細書に記述される本発明に関係がない。］その分子構造を与えられた熱可塑性物質は、熱及び圧力を適用することによって繰り返し軟化され、成形され、再利用され得るが、熱硬化性プラスチックはできない。一度加熱され、成形された未使用の熱硬化性プラスチックは、再利用の目的のために再び再加熱及び再成形され得ない。言い換えれば、熱可塑性物質は再利用され得て、この意味で熱硬化性プラスチックはできない。過熱され成形されていた（わかりやすく言うと「使用された」）未使用の熱硬化プラスチックは、硬化された熱硬化性プラスチックとして記述される。ここで記述される本発明は、硬化された熱硬化プラスチックの再利用及び再生利用についてであり、そして特に指定のない限り、熱硬化性プラスチックに対する本明細書での全ての参照は、硬化された熱硬化性プラスチックについてである。

実際は、熱硬化性プラスチックは非常に制限された方法だけにおいてではあるが、熱硬化性プラスチックは再利用され得る。それは通常挽き砕きかれ、フィルタとして使用される。しかし、原料は簡単に再利用のそれぞれのサイクルと共に分解する。従って、有効性及び経済に関して、再生利用する熱硬化性プラスチックは、熱可塑性物質にかなり遅れをとる。故に、不要でない熱硬化プラスチックよりもっと普通の熱硬化性プラスチックが焼却処分される。シンガポールは、自国を熱硬化性プラスチックの焼却処分に関して、世界において重要な目標として確立した。

（ａ）概要
本明細書で記述された工程は、熱硬化性プラスチックの再利用が実用的、経済的及び効果的な方法において作られることを可能にする目的により発明された。前記工程は、新しい再利用可能な／再生利用可能なプラスチックの作成をも伴う。

新規なプラスチックは、押出機における熱及び圧力の下で、（結合する物質／促進剤として作用するための）化学添加剤及び潤滑系の補助により、熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックを結合することによって形成される。従って、製造された新しい原料は、実質的に二つのプラスチック原料の混合物である。容易に参照できるように、この新しいプラスチック原料は、名称「再生プラスチック（relivplastic）」によって知られ得る。

再生プラスチックは、独自の物理的及び化学的特性及び特徴を有する。そして何よりも、熱可塑性物質のような、可逆の物理的な変化を受け得て、すなわち、それは加熱下で固体から融解へと物理的な状態を変化し得て、かつ熱が取り除かれる時にそれ自身がもとの固形へ逆転させ得る。前記工程は、その化学反応、作用（behaviour）及び特徴に関して、いくつかの顕著な劣化又は変化なしに、無限に繰り返し得る。これらの性質は、再生利用のための適切な再生プラスチックを作る。さらには、熱可塑性物質のような再生プラスチックもまた外形の中へ押し出され得る。

（ｂ）化学反応
プラスチック（熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックに似ている）は、重合と呼ばれる化学工程の最終生成物である。従って、化学反応において、重合体の型として識別される。（しかしながら、全ての重合体がプラスチックではない。そのため誤解を避けるために、特に明記しない限り、本明細書における重合体への参照は、プラスチック重合体のみの参照である。）そして、実在の重合工程が採用され、かつ化学物質が加えられることにより、結果として生じる重合体は、それらの物理的及び化学的特性に関して、別の重合体とはかなり顕著に異なり得る。従って、多数の異なるタイプの既存のプラスチック、例えばセルロイド、ナイロン、テフロン、アクリル、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等が存在することを知ることは難しくない。

重合体は、高分子、すなわち、巨大分子である。そして重合は、重合体がその大規模な特徴を得る化学的な工程である。その工程は、大きい分子（重合体）を形成するために単純な分子単位（又は単量体）の反復的な化学反応を伴う。

化１は、ポリ塩化ビニル重合体の中へ塩化ビニル単量体の重合を示す。その連鎖における単量体は、共有結合の力によって適切な位置に結合される。

以下に示されるもの（化２）は、熱可塑性物質であるエチレンの単量体と、熱硬化性プラスチックであるエポキシ樹脂の単量体である。

化学的に、熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックは混ざらない。それぞれの重合体はお互いに反応し得ず、共有結合の力によって長連鎖の中に連結する。実際は、現在までうまく達成され得る既知の科学的方法又は工程が存在しない。

発明された工程は、熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックが混合することを可能にする。この工程は、完全に新しくかつ熱硬化プラスチックを再利用する目覚ましい方法を表す。そして、前記工程の最終生成物（すなわち、再生プラスチック‐再生利用可能なプラスチック原料）は、別の新しくかつ顕著な発明を表す。以下の発明を実施するための最良の形態は、前記工程の詳細な記述を含む。

前述の工程は、熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックの間の化学反応を含む。前記反応の結果は、二つのプラスチックが、それぞれの分子と共にファンデルワールス（Van Der Vaal）力によって結合される同種の方法において共に結合され得る。

本部分は、本発明を実行するための最良の方法と、熱可塑性物質及び熱硬化性プラスチックを共に再生プラスチックに混合及び溶融する処理の達成において行うべき必要な工程を記述する。

（ａ）設備
図面に示されるように、図１は、再生プラスチックの生成において使用され得る典型的な押出機の模式図である。前記押出機は、工業規格反回転円錐（cornical）二軸押出機である。

前記押出機の主な機能は、（ａ）原料の成分を溶融し、その後（ｂ）前記成分を混合し、かつ最終的に（ｃ）前記成分を押し出すことである。前記溶融は熱を与えることにより達成され、前記混合は溶融された成分を一対の反回転円錐軸を通じて強制することにより達成される。

原料の成分は最初にホッパー（１）に積載される。そこにおいて、成分を溶融させるために熱が与えられる。ホッパー（１）から、溶融された成分は混合室（２）に向かって流れる。混合室（２）には、対の円錐軸が位置する。前記軸の回転の動きは前記混合室内の溶融された成分をグルグルと回転させ、当該工程において、前記成分を均一な溶融物に混合する。そして同時に、（ａ）溶融物を（添付された金型（４）に向かって）前方に進ませ、（ｂ）溶融物からの閉じ込められた揮発物、ガス及び蒸気を抽出して、これらを一連の通気口（３）から排出する。その後均質な溶融物は添付の金型（４）を通じて押し入れられ、そこから最終製品として押し出される。

（ｂ）段階
段階を説明する前置きとして、本明細書において使用される二つの一般的表記の意味を規定し、それらを使用することについての目的を説明する必要がある。表記「ＴＳＰ」は熱硬化性プラスチックへの参照として採用され、表記「ＴＰ」は熱可塑性物質への参照として採用される。類似の最終結果、すなわち再利用可能な再生プラスチック（relivplastic）を伴う同一の処理が熱硬化性プラスチックと熱可塑性物質の任意の組み合わせについて繰り返され得るため、一般的表記が使用される。異なる構成物質から作られた再生プラスチックは、異なる物理的特性を有するであろう。それらはその圧縮／弾性強度、表面硬度、導電性等において異なるであろう。しかし、それらの全ては以下に述べられる方法により生成されれば、再使用可能かつ再利用可能である。

その段階は以下の通りである。

１．ＴＳＰをすり潰して細粉にし、９０℃にて４０分間予備乾燥する。

注記：
（ａ）ＴＳＰを粉末にすることは、成分（すなわちＴＰとＴＳＰ）の物理的混合を容易にし、その後の工程における混合均一性を増加させるであろう。さらに、粉末化された形態においては、成分は短い期間内に完全に溶融し得る。そしてこの方法において、環境は起こるべきより良くより完全な化学反応のための導電性を有するであろう。最終結果は、高度の均一性と一貫性を有する製品である。

（ｂ）蒸気、ガス及び他の揮発物は、化学反応を妨げ、化学反応に干渉するであろう。そして、ガスは最終製品の空洞部分を残すであろう。そして、これらの全ては最終製品の品質及び使用可能性について悪影響を有するであろう。乾燥した成分のみを使用することは決定的に重要である。このことは、粉末化されたＴＳＰを予備乾燥する理由である。

（ｃ）記述「予備乾燥」は、特定の理由のために使用される。押出機は実際に乾燥能力を有する（このことについての追加は後述）。しかし、乾燥した成分の使用の重要性を考えると、使用される成分が蒸気を有しないことを確実にするために、この追加の「予備乾燥」の段階が実施される。

２．本工程において使用される乾燥したＴＳＰ粉末及びＴＰの量を、以下の相対比率により重量比にて測定する。７５％‐ＴＳＰ、２０％‐ＴＰ。残りの重量比５％は、促進剤及び潤滑剤から作られる（前記二つの成分についての追加の詳細はステップ３にて）。

注記：
（ａ）上記相対的比率は変化され得る。実験は、本発明の処理がＴＳＰの非常に大きい比率を受け入れることが可能であることを示す。この処理は、少なくとも重量比７０％のＴＳＰを信頼可能に受け入れ得る。本発明においては、全成分の重量比７５％と測定されたＴＳＰが、予測可能かつ成功した結果を伴って実際に使用された。

（ｂ）上記比率に基づいて、生産される再生プラスチックはＴＳＰが７５％となる。手短に言えば、再生プラスチックは熱硬化性プラスチックそのものである。例えそうであっても、結果として生じる再生プラスチックは熱可塑性物質のように機能する。前記再生プラスチックは加熱されて溶融され得て、そうする過程において、熱可塑性物質に類似した物理的変化を経る。前記再生プラスチックは、熱可塑性物質のように最終製品の外形にも押し出され得る。

３．乾燥したＴＳＰ粉末とＴＰの測定された量を、以下の二つの本質的成分と共に予備混合する。

（１）官能基に接合されたポリオレフィン
加えられる官能基に接合されたポリオレフィンは、使用される全成分の重量比約３％に等しい。

注記：
（ａ）官能基に接合されたポリオレフィンは、二つのプラスチック成分のための結合剤／促進剤として働くように加えられる。

（ｂ）市場には、結合剤／促進剤としての本発明における使用に適し得る他の多数の容易に利用可能かつ同等の化学物質、例えば（二例を挙げると）化学的に変形されたポリプロピレン及び化学的に変形されたポリエチレンが存在する。前記各化学物質（官能基に接合されたポリオレフィンを含む）は、それ自体の特定かつ確立された用途を有する。しかし、産業においては、本明細書において説明されるのと同一の方法による、熱可塑性物質と熱硬化性プラスチックのための結合剤／促進剤としての前記化学物質からなる使用の既知の説明が存在しない。

（ｃ）本工程の目的のために、使用されるポリオレフィンは官能基と接合されなければならない。適合する又は適切な官能基と接合することは非常に重要である。ポリオレフィンは、単独では熱可塑性物質のタイプである。ポリオレフィンは、使用されたＴＰと反応することにより重合体を形成し得る。しかし、ＴＰとＴＳＰの間の結合に導く反応を引き起こすために、官能基が必要とされる。ポリオレフィン上に接合された官能基は、官能基自体をＴＳＰに結合させ、これにより重合鎖にまでＴＰとＴＳＰの間の結合を作り出す。官能基は、ＴＰとＴＳＰの間の結合の生成において役立つ。官能基は、二つのプラスチックの重合体を一緒に結ぶ「ブリッジ」として作用する。当該反応の最終結果は、ＴＰとＴＳＰのそれぞれの重合体が一緒に融合して（fused together）、ファンデルワールス力によって適切な位置に保持されるであろうことである。

（２）潤滑剤：低分子重量ポリエチレン及び長鎖脂肪酸エステル
加えられるべき重量は、使用される全成分の重量比約２％に等しい。

注記：
（ａ）容易な参照のため、当該化学物質は「潤滑系」と呼ばれる。さらに、市場にはここでの使用のために適合し得る多数の容易に利用可能かつ同等の化学物質が存在する。本発明の処理の目的のために、二つの名前を挙げられた潤滑剤により実験され、前記潤滑剤は満足な結果を生成した。

（ｂ）潤滑剤は溶融物の作用可能性を改善し、最終製品、すなわち再生プラスチックの均質性及び品質を確実にするために加えられ、これによりＴＰ、ＴＳＰ及び官能基に接合されたポリオレフィンの混合の均一性及び一貫性を増加させる。不均質なプラスチック成分は容易又は適切に柔化され得ず、型に入れられ得ない故に、適切又は効果的に再使用及び再利用され得ない。

（ｃ）四つの成分（ＴＳＰ、ＴＰ、結合剤／促進剤及び潤滑系）全ては、一回で混合され得る。

４．四つの成分全てを（図面に示されたものに類似する）押出機のホッパーに装填する。

注記：
（ａ）押出機においては、以下の処理が（順に）行われる。

（ｉ）四つの予備混合された成分は加熱され、ＴＰ及びＴＳＰの両方は溶融されるであろう。

（ii）溶融されたＴＰ及びＴＳＰは、（結合剤／促進剤及び潤滑系と一緒に）一対の反回転円錐軸により混合室内において均質な一貫した溶融物にまで連続的かつ完全に混合されるであろう。

（iii）存在し得る任意の残留蒸気又は溶融物内に閉じ込められたガス又は揮発物は、抽出されて除去されるであろう。

（iv）（蒸気、ガス及び揮発物がない）均質な溶融物は、押出機を通って、（射出成型によるさらなる処理のために）押出機からペレットとして押し出されるであろう。前記押出機の終端に金型が取り付けられている場合、最終的な外形が直接的に押し出され得る。

（ｂ）最適な結果のために、以下の処理パラメータが使用される。

（ｉ）温度：予備混合された成分を溶融するために１５０℃〜１７０℃に設定され、その後全体の処理が完了されるまで全体を通じて温度を当該水準に維持する。

（ii）回転速度（円錐軸）：回転速度は、注意して制御及び調整されなければならない。混合室の出口は断面積において入口より小さい。故に、円錐軸の回転速度の増加は混合室内部の（及び金型を通った）溶融物上に掛かっている圧力を増加させ、逆の場合にも同様であろう。回転速度は、溶融物の流れに影響を与えるであろう。故に、成分の一貫性及び最終製品の品質は、同様に回転速度によって影響を受けるであろう。最適な結果のために、溶融圧力は回転速度を決定するための指針として使用されるであろう。前記速度は、溶融物上に約４０バールの圧力をもたらすのに十分な水準に調整されて維持されなければならない。

（iii）電流：６０アンペアに設定する。

再生プラスチックの生成において使用され得る典型的な押出機の模式図である。

Claims (7)

1. 再生プラスチック（relivplastic）の生産において使用される、熱硬化性プラスチックと、熱可塑性物質と、結合剤／促進剤と、潤滑系の混合物（調合物）。
2. 硬化された熱硬化性プラスチックを再使用可能かつ再利用可能なプラスチック、すなわち再生プラスチックに変換し／変化させるのに使用される、熱硬化性プラスチックと、熱可塑性物質と、結合剤／促進剤と、潤滑系の混合物（調合物）。
3. 請求項１又は２において使用される全ての成分の重量の少なくとも７０％ある熱硬化性プラスチックの使用。
4. 熱可塑性物質と熱硬化性プラスチックの間の結合を作るための結合剤／促進剤としての官能基に接合されたポリオレフィン（及び官能基に適切に接合された他の類似又は同等の化学物質）の使用。
5. 適切な官能基に接合された熱可塑性重合体による熱硬化性プラスチックと熱可塑性物質の間のファンデルワールス（Van Der Vaal）結合の作成。
6. 請求項１又は２における混合処理の容易化、並びに混合物及び結果として生じる再生プラスチックの均質性及び一貫性の改善における潤滑系としての長鎖脂肪酸のポリエチレン及びエステル（並びに他の類似又は同等の化学物質）の使用。
7. 容易かつ反復的に加熱され、軟化され、その後溶融され得る、再生プラスチック。