JP2010144132A

JP2010144132A - 複合材料の分解方法

Info

Publication number: JP2010144132A
Application number: JP2008325778A
Authority: JP
Inventors: Shin Matsugi; 伸真継
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】樹脂成分と無機物からなる複合材料を安価に効率よく分解することができる複合材料の分解方法を提供する。
【解決手段】樹脂成分と無機物からなる複合材料を粉砕し、次いで密度差、形状差、電気的性質または水に対する濡れ性により樹脂成分を主体とする樹脂粉砕物と無機物を主体とする無機粉砕物とに分離した後、樹脂粉砕物を超臨界または亜臨界の状態で溶媒にて分解処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合材料の分解方法に関するものである。

従来、廃プラスチックはそのほとんどが埋立処分あるいは焼却処分されており、資源として有効活用されていなかった。また、埋立処分では、埋立用地の確保が困難であることや埋立後の地盤が不安定化するといった問題点があり、一方、焼却処分では、炉の損傷、有機ガスや悪臭の発生、ＣＯ_２の発生といった問題点があった。このような状況のなかで本出願人は廃プラスチックの再資源化を検討している。その一つとして、多価アルコールと多塩基酸からなるポリエステルを架橋剤で架橋した熱硬化性樹脂を亜臨界水を用いて熱硬化性樹脂の熱分解温度未満で分解することで、熱硬化性樹脂の原料として再利用できるモノマーと共に架橋剤と多塩基酸の共重合体（スチレンフマル酸共重合体）を得る技術を提案している（特許文献１参照）。

分解対象物としての廃プラスチックは、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）に代表されるような無機充填材と熱硬化性樹脂を含む複合材料である。ＦＲＰの分解設備における分解処理においては、ＦＲＰを分解設備に供給可能な大きさに粉砕した後、その粉砕物をそのまま溶媒と共に分解設備に供給し、攪拌して分解している。分解設備に供給される溶媒量は分解対象物であるＦＲＰ中の熱硬化性樹脂の分解に必要な量を基準として設定されるが、ＦＲＰ中の無機充填材の含有量が熱硬化性樹脂の３倍程度である場合には、分解前の粉砕ＦＲＰと溶媒との混合流体の搬送性、混合流体の攪拌性、分解後の分解液の搬送性を確保するために、熱硬化性樹脂の分解に必要な量以上に溶媒量を増量する必要があった。この場合、設備コストが増大したり、分解効率が低下するという問題があるほか、溶媒量の増量に伴う分解液量の増量により分解液の固液分離の処理がコスト高になる等の問題がある。また、ＦＲＰ中の無機充填材は分解されずに分解設備内を流れていくが、この無機充填材が分解設備内に固着したり、配管を閉塞させてしまうという問題もある。

一方、分解処理前にＦＲＰを溶融して無機充填材と樹脂成分とに分離した後、樹脂成分を分解処理する方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法は、２００℃〜４００℃程度に加熱した植物油中にＦＲＰを添加し溶融し、植物油中の樹脂成分からフィルターによって無機充填材を分離するものである。この方法によれば、無機充填材と樹脂成分とを容易に分離することができるが、そのための設備がＦＲＰの分解処理のための分解設備以外にも必要になり、また、再利用のための後処理もコスト高になるという問題がある。
国際公開ＷＯ２００５／０９２９６２号パンフレット特開２００５−５４０８２号公報

本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、樹脂成分と無機物からなる複合材料を安価に効率よく分解することができる複合材料の分解方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、樹脂成分と無機物からなる複合材料を粉砕し、次いで密度差、形状差、電気的性質または水に対する濡れ性により樹脂を主体とする樹脂粉砕物と無機物を主体とする無機粉砕物とに分離した後、樹脂粉砕物を超臨界または亜臨界の状態で溶媒にて分解処理する。

第２に、上記第１の発明において、複合材料の粉砕およびその後の樹脂粉砕物と無機粉砕物との分離が、湿式で処理される。

第３に、第１または第２の発明において、複合材料粉砕後に分離した樹脂粉砕物を計量し、樹脂粉砕物の重量に応じた量の溶媒を前記樹脂粉砕物に添加して分解処理する。

第４に、上記第１から第３のいずれかの発明において、複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を回収し、複合材料の充填材として再利用する。

第５に、上記第１から第３のいずれかの発明において、複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を回収し、再度、これを粉砕して樹脂粉砕物と無機粉砕物とに分離する。

第６に、上記第１から第３のいずれかの発明において、複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を、超臨界または亜臨界の状態で溶媒にてバッチ式で分解処理する。

第１の発明によれば、樹脂比率の高い樹脂粉砕物を分解処理するため、分解処理後も固形分がほとんど残らない。したがって、分解設備内に固形分が固着したり配管が閉塞する等の心配がなくなり、連続処理が容易になって分解設備の操作性が向上する。また溶媒量の総量が減るため、設備コストを低く抑えることができる。

第２の発明によれば、新たな溶媒の供給設備が不要になるほか、樹脂粉砕物や無機粉砕物が容易に分散するため高い分離性能が期待でき、両者を効果的に分離することができる。

第３の発明によれば、最適な量の溶媒を分解設備に供給することができるので、複合材料をより安価に分解することができる。

第４の発明によれば、複合材料の分解処理前に無機粉砕物が複合材料の充填材として再利用可能になるので、プロセスコストの大きな削減になる。

第５の発明によれば、分離精度が向上して樹脂粉砕物の回収率が上がるとともに、粉砕物中の無機物の純度が向上する。

第６の発明によれば、樹脂粉砕物の分解処理とともに、別途、無機粉砕物を分解処理するため、複合材料中に含まれる樹脂成分の分解量を最大化することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の複合材料の分解方法の一実施形態を示すフローチャートである。

本発明における分解の対象物は、樹脂成分と無機物からなる複合材料である。樹脂成分の具体例は、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。無機物の具体例は、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラス繊維、シリカ粒子等の無機充填材、酸化チタンやカーボンブラック等の顔料等である。

本実施形態では、複合材料の一例として、不飽和ポリエステル樹脂と、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムおよびガラス繊維等を含むＦＲＰについて、その分解方法を説明する。

図１の実施形態は、分解設備にてＦＲＰを超臨界または亜臨界の状態で溶媒にて分解処理するものであるが、その前にあらかじめ粉砕設備でＦＲＰを粉砕し、その粉砕物を密度差、形状差、電気的性質または水に対する濡れ性により分離設備で樹脂粉砕物と無機粉砕物とに分離し、次いで、樹脂粉砕物について分解処理を施す。

粉砕設備でのＦＲＰの粉砕は、ＦＲＰを分離設備で分離可能な大きさまで粉砕するものである。粉砕径は分離設備に応じて決定され、特に限定されるものではないが、例えば、５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。

分離設備において分離される樹脂粉砕物は、樹脂成分を主体とする粉砕物であり、本発明では重量比で粉砕物中に樹脂成分が５０％以上含む粉砕物として定義される。他方、無機粉砕物は、無機成分を主体とする粉砕物であり、重量比で粉砕物中に無機物が５０％以上含む粉砕物として定義される。このような樹脂粉砕物と無機粉砕物は、粉砕物の密度差、形状差、電気的性質または水に対する濡れ性を利用して分離される。

密度差による分離は、樹脂粉砕物と無機粉砕物との比重の違いを利用して両者を分離する方法である。一般的には樹脂１００％の粉砕物の比重は１〜１．５、無機物１００％の粉砕物の比重は１．７〜３．０（例えば、ガラス繊維１００％であれば比重１．７〜２．７、無機充填材１００％であれば２．０〜３．０）であるので、これに基づき樹脂粉砕物と無機粉砕物の両者を分離することは可能である。このような密度差による分離は、例えば、重力（粉砕物の落下速度や落下位置の違い）を利用した自然沈降式分級機、慣性力（流体中の慣性力を利用）を利用したエアセパレータ、遠心力（流体の旋回を利用）を利用したサイクロンによる方法のほか、ジグ選別やスパイラル選別等の比重選別や風力選別が挙げられる。

形状差による分離は、例えば、ＦＲＰを粉砕すると樹脂は不定形な形状になり、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウム等は球状、ガラス繊維は繊維状の形状を有するため、ふるい網を適切に選定することにより樹脂粉砕物と無機粉砕物の両者を選別することができる。

電気的性質を利用する分離は、例えば、粉砕物の表面電気伝導性を利用する静電選別を挙げることができる。この方法は、粒子（粉砕物）を静電誘導やイオン・電子放射（衝突）、摩擦帯電等の方法により帯電させ、電界中に置くことで電磁力が働くことで分離するものであり、電気特性（帯電性）差を利用して同種物質を分別する。物質の帯電性は、導電率・耐電圧・含水率・誘電率等によって異なる。

水に対する濡れ性を利用する分離は、例えば、浮遊選別を挙げることができる。この方法は、粒子（粉砕物）表面の疎水性、親水性の差を利用し、粒子の懸濁液中に気泡を導入して、疎水性粒子を気泡に選択的に付着させ、その固体を付着させた気泡を浮上分離する方法である。プラスチックは一般的に疎水性であり、ガラス繊維や炭酸カルシウムは親水性であるため分離が可能となる。分離効率を向上させるために分散剤や起泡剤、補収剤などの助剤を用いてもよい。

このようにして分離された樹脂粉砕物は、次いで分解設備にて超臨界または亜臨界状態で水やアルコール等の溶媒で分解処理される。使用する溶媒量は、樹脂粉砕物中の樹脂成分の比率が高いため、その樹脂成分の分解のために必要な量で十分である。例えば、溶媒として水を用いた場合、熱硬化性樹脂１００重量部に対する水の添加量は１００〜５００重量部程度とすることができる。これに対し、無機物の含有量が樹脂成分の３倍程度である粉砕物の場合、熱硬化性樹脂１００重量部に対する水の添加量は１２００〜１６００重量部程度必要になり、分解設備がバッチ式であれば大きな分解槽が必要であり、連続式であれば水の供給量が増大する。また熱容量が大きく加熱コストが大きくなる等、設備コストが大きくなってしまう。したがって、本実施形態では、設備コストを低く抑えることができ、安価に効率よく分解することができる。また、本実施形態では、樹脂粉砕物の分解処理後の分解液中に残存する固形分としての無機物の量が少なくなるため、分解設備内に固形分が固着したり配管が閉塞する等の心配がなくなり、連続処理が容易になって分解設備の操作性が向上する。

分離された無機粉砕物は、無機物の比率が高くなっているため、複合材料の充填材として再利用することができる。従来は、ＦＲＰの分解処理後の分解液を固液分離（例えば、フィルタープレス等を使用すると無機物は板状のケーキとして回収される）して無機物を回収した後、乾燥、粉砕等の工程を経て再利用していたが、本実施形態ではこのような工程を経ることなく再利用可能になるので、プロセスコストの大きな削減になる。

このように本実施形態の樹脂粉砕物の分解処理は、溶媒を用いて超臨界または亜臨界の状態でなされる。例えば、分解設備に樹脂粉砕物と水を供給し、温度および圧力を上昇させて水を臨界点（臨界温度３７４．４℃、臨界圧力２２．１ＭＰａ）以下の亜臨界状態にすると、樹脂粉砕物中の樹脂成分は、加水分解反応によりその樹脂成分の原料であるモノマーやオリゴマー等に分解される。加水分解反応を促進させるために、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリを触媒として溶媒に共存させてもよい。樹脂粉砕物の分解処理温度は、樹脂成分の熱分解温度未満であることが好ましい。具体的な分解処理温度は樹脂の種類によって異なるが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂の場合は１８０〜２８０℃の範囲に設定される。分解時間は、分解温度等の条件によって異なるが、熱分解が生じない温度以下では３０分〜４時間程度である。分解反応時における圧力は、分解温度等の条件によって異なるが、例えば、２〜１５ＭＰａの範囲である。

図２は、本発明の複合材料の分解方法の別の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態では、ＦＲＰの粉砕と分離を湿式で処理する。湿式とは、ＦＲＰの粉砕と分離の処理に用いる流体が液体である方式のことをいう。なお、用いる流体が気体（主として空気）であれば乾式である。本実施形態では、ＦＲＰの粉砕と分離の処理に用いる液体として、分解処理に用いる溶媒を用いる。具体的には、あらかじめ混合部にて原料（ＦＲＰ）と溶媒を混合し、次いで湿式の粉砕設備で粉砕し、沈降分級や遠心分級（液体サイクロン）等の湿式の分離設備によって樹脂粉砕物と無機粉砕物とを分離し、樹脂粉砕物と溶媒をそのまま分解設備に供給するものである。本実施形態では、分解設備への新たな溶媒の供給設備が不要になる。また分離設備として湿式のものを用いるため、樹脂粉砕物や無機粉砕物が液体中に容易に分散し、高い分離性能が期待できる。分離方法が密度差等による方法の場合、後述する図４の実施形態のように、回収した無機粉砕物を粉砕設備に戻して再粉砕してもよい。

図３は、本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態では、分離設備で樹脂粉砕物と無機粉砕物とを分離した後、計量設備で樹脂粉砕物の重量を計量し、その計量値に基づき最適な溶媒量を決定する。本実施形態によれば、樹脂成分の分解に必要な量の溶媒量に抑えることができるので、ＦＲＰをより安価に分解することができる。

図４は、本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。複合材料中の原料無機物として炭酸カルシウムを含む場合、製造時の炭酸カルシウム粒径は数十〜数百μ程度であるため、この大きさまで粉砕すれば、かなりの精度で炭酸カルシウム分を除去することが出来る。このレベルまで粉砕しなくても微粉化することで分離精度は向上する。
この実施形態では、分離設備で樹脂粉砕物と無機粉砕物とに分離した後、無機粉砕物を回収し、回収した無機粉砕物を粉砕設備に戻して再粉砕する。分離設備が密度差や形状差等によるものの場合、樹脂成分主体の粉砕物が無機粉砕物として分離される場合があるが、本実施形態のように回収した無機粉砕物を再度粉砕することで、より粒径が小さくなり、樹脂粉砕物と無機粉砕物との分離精度が向上して樹脂粉砕物の回収率が上がるとともに、粉砕物中の無機物の純度も向上する。また、電気的性質や濡れ性による分離設備の場合であっても、粉砕を繰り返すほど、各粒子中の樹脂、無機物の純度は上がってくることから分離効率は向上する。

図５は、本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態では、分離設備で樹脂粉砕物と無機粉砕物とに分離した後、無機粉砕物を回収し、樹脂粉砕物の分解処理とは別に回収した無機粉砕物をバッチ式で分解処理する。具体的には、樹脂粉砕物の分解処理の分解設備１とは別に無機粉砕物専用の分解設備２を設け、回収した無機粉砕物を溶媒とともにその分解設備２に供給してバッチ処理を行う。分解設備２に供給する溶媒量は、無機粉砕物の攪拌性と分解後の分解液の搬送性等を考慮して決定される。本実施形態によれば、樹脂成分比率の高い樹脂粉砕物の分解処理を樹脂粉砕物専用の分解設備１で行うとともに無機物比率の高い無機粉砕物の分解処理を無機粉砕物専用の分解設備２で行うため、ＦＲＰ中の樹脂成分の分解量を最大化することができる。また、分解設備内の固着や閉塞のおそれがある無機粉砕物の分解処理を分解設備２で行うことから、分解設備１では分解設備内の固着や閉塞のおそれが低減し、樹脂粉砕物は連続処理でコンパクトな設備での分解処理が可能になる。

本発明の複合材料の分解方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の複合材料の分解方法の別の実施形態を示すフローチャートである。本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。本発明の複合材料の分解方法のさらに別の実施形態を示すフローチャートである。

Claims

樹脂成分と無機物からなる複合材料を粉砕し、次いで密度差、形状差、電気的性質または水に対する濡れ性により樹脂成分を主体とする樹脂粉砕物と無機物を主体とする無機粉砕物とに分離した後、樹脂粉砕物を超臨界または亜臨界の状態で溶媒にて分解処理することを特徴とする複合材料の分解方法。
複合材料の粉砕およびその後の樹脂粉砕物と無機粉砕物との分離が、湿式で処理されることを特徴とする請求項１に記載の複合材料の分解方法。
複合材料粉砕後に分離した樹脂粉砕物を計量し、樹脂粉砕物の重量に応じた量の溶媒を前記樹脂粉砕物に添加して分解処理することを特徴とする請求項１または２に記載の複合材料の分解方法。
複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を回収し、複合材料の充填材として再利用することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の複合材料の分解方法。
複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を回収し、再度、これを粉砕して樹脂粉砕物と無機粉砕物とに分離することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の複合材料の分解方法。
複合材料粉砕後に分離した無機粉砕物を、超臨界または亜臨界の状態で溶媒にてバッチ式で分解処理することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の複合材料の分解方法。