JP2014034682A - 回収したポリエチレンからワックスを得る方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子量ＰＥ原料から、トナーおよびインクに用いられる、分子量が小さい、狭い多分散性を有するＰＥ−ワックスを、経済的かつ環境に優しく製造する方法を提供する。
【解決手段】回収したポリエチレンからワックスを得るために、加熱マントル１５、ミキサー付きガラス樹脂ケトル１０、蒸留物収集部２０および減圧ポンプを備える装置にて、ポリエチレンを減圧度１０ｍｍＨｇで約４００℃まで加熱し、解重合し、解重合により得られたワックスフラグメントを同時に蒸留し、小さなワックスフラグメントを除去する。小さなワックスフラグメントは分子量が約２００〜約２０００で多分散性が約１．０１〜約１．５である。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、回収したポリエチレンから蒸留済ワックスを得るための経済的かつ環境に優しい方法に関する。

ワックスは、種々の製造プロセスで大量に用いられ、このようなプロセスを用いる企業にとって、供給するのに多大な費用がかかっている。例えば、印刷産業では、ワックスは、トナーおよびインクについて、かなりの部分を占める重要な構成要素である。さらに、これらの多くのプロセスでは、使用するワックスは、高価な蒸留済ワックスである。蒸留済ワックスは、蒸留プロセスに供給する原材料が乏しく、供給するワックスの大部分が蒸留プロセスで無駄になるため、高価である。

高分子量ポリエチレンの熱分解は、数十年にわたって行われてきている。主に大学で行われている従来の研究の主要な目的は、分解の機構を解明し、主に、分子量が非常に低い炭化水素燃料である材料を作り出そうとする試みであった。他のプロセスの原材料として適切なＰＥ−ワックスを得るようなポリエチレン（ＰＥ）を分解する分野には、ほとんど関心が払われてこなかった。

高分子量ＰＥ原料からＰＥ−ワックスを製造する方法は、すべてとは言わないがほとんどが熱分解を介する熱的な分解を含む。しかし、これらの方法は、分解工程だけを行うため、特定の用途例えば、トナーまたはインクを製造する用途のための高品質ワックスを製造するには適していない。分解量を制御するのが困難なため、得られた材料は、分子量分布が広く、その結果、望ましくない程度まで融点範囲が広い材料が得られてしまう。狭い分子量分布を得て、ひいては鋭敏な融点を有する材料を得るには、蒸留工程が必要である。

したがって、他のプロセスのための原材料として使用可能であり、効率的かつ費用対効果が良く、例えば、それほど高価ではない原料を用いる蒸留済ワックスを製造する新しい経路が非常に望まれている。

本明細書に示す実施形態によれば、回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、ある量の回収したポリエチレンを準備することと、回収したポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、回収したポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、前記分解中に、回収したポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することとを含むプロセスが提供される。具体的な実施形態では、この方法は、ポリエチレンワックス、ポリメチレンワックス、パラフィンワックスおよびＦｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈワックスと性質および構造が似たワックスを製造するために、回収した高分子量ポリエチレンから蒸留済ワックスを得る。

特に、本実施形態は、回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、以下の一般的な構造を有するある量の回収したポリエチレンを準備することと、

〔ｎは繰り返し単位をあらわし、さらに、準備したポリエチレンは、ｎが約２５０〜約３５００である〕
回収したポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、回収したポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、前記分解中に、回収したポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することとを含み、ここで、回収したポリエチレンが、ｎが約１５〜約１００の小さなポリエチレンフラグメントに変換されるプロセスを提供する。

さらなる実施形態では、回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、ある量のポリエチレンを準備することと、減圧下、このポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、前記加熱する工程の間にポリエチレンを撹拌し、ポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、前記分解中にポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することとを含む、プロセスが提供される。

本実施形態をよりよく理解するために、添付の図面を参照しなければならないだろう。

図１は、本実施形態にしたがって、回収したポリエチレンから蒸留済ワックスを得るために用いられる装置の設置図である。

本実施形態は、ワックスを製造するための経済的かつ環境に優しい方法に関する。

特に、本明細書に示す実施形態は、回収した高分子量ポリエチレンからワックスを製造するプロセスを提供する。高密度（ＨＤＰＥ）ポリエチレンまたは線形低密度（ＬＬＤＰＥ）ポリエチレンのいずれかであってもよいポリエチレンは、元々の分子と構造が似た小さなフラグメントを作成するような高温で分解を起こす。材料を減圧下で同時に蒸留し、小さなフラグメントを捕捉する。この方法によって製造されるワックスは、ポリエチレンワックス、ポリメチレンワックス、パラフィンワックスおよびＦｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈワックスと性質および構造が似ている。

本明細書には、回収したポリエチレンから、狭い分布をもつワックスを製造する反応性蒸留プロセスが記載されている。いくつかの実施形態では、回収した高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）および／または線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を、ポリエチレンが解重合を起こすような高温にほぼ等しい温度まで加熱する。例えば、この温度は、約２００〜約５００℃、または約２５０〜約４５０℃、または約３５０〜約４２５℃までの加熱である。具体的な実施形態では、ポリエチレンを４００℃の温度まで加熱して解重合させる。さらなる実施形態では、減圧下でポリエチレンを加熱し、撹拌する。このような実施形態では、減圧を、約１〜約７６０ｍｍＨｇ、または約１〜約１００ｍｍＨｇ、または約１〜約１０ｍｍＨｇの圧力に設定する。ポリエチレンを約１００〜約２００ＲＰＭ、または約１２５〜約１７５ＲＰＭ、または約１４０〜約１６０ＲＰＭの速度で混合してもよい。

この方式で、重量平均分子量（Ｍｗ）が大きい元々のポリエチレンを、これより低い分子量を有する小さなポリエチレンフラグメントへと分解することができる。例えば、元々のポリエチレンは、分子量（Ｍｗ）が約１０，０００〜約１００，０００、または約２０，０００〜約８０，０００、または約３０，０００〜約６０，０００であってもよい。具体的な実施形態では、元々のポリエチレンは、分子量が約５０，０００の範囲である。小さなポリエチレンフラグメントは、分子量が約２００〜約２０００、または約３００〜約１０００、または約５００〜約７５０の範囲である。

加熱プロセスと同時に、生成した小さなポリマーフラグメント（またはワックス）が留去され、分解反応器から除去されるように蒸留を行う。このようにして、ポリエチレンの分子量は、分解生成物を留去している間に熱による分解によって小さくなり、狭い分布をもつワックス留分が製造される。蒸留と同時にポリエチレンを分解することによって、ポリエチレンが全体的に望ましいワックスフラクションに変換され、回収したポリエチレンを処理するときに、廃棄物が非常に少なく、非常に効果的な方式が得られる。例えば、出発物質である回収したポリエチレンの約５０〜約１００％または約６０〜約８０％が、望ましいワックスに変換される。熱分解と蒸留を組み合わせることで、廃棄分が、望ましい特定の性質を有するワックスへと完全に変換され、このようなワックスが回収される。

製造される小さなポリエチレンフラグメントは、分子量が小さく、多分散性（ＰＤ）も狭い。いくつかの実施形態では、小さなポリエチレンフラグメントは、多分散性が約１．０〜約２．０、または約１．１〜約１．５、または約１．２〜約１．３である。このプロセスによって、高密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンを含む回収した高分子量ポリエチレンから、このような小さなポリエチレンフラグメントを得ることができる。例えば、いくつかの実施形態では、準備される出発物質であるポリエチレンは、多分散性が約２．０〜約６．０、または約３．０〜約５．０、または約３．５〜約４．５であってもよい。この方式で、原料全体からの分布が狭いワックスの製造物を集めることができ、純粋な形態で使用することができる。蒸留は、プロセス全体に対し、工程と費用を増やすものであるが、その結果、プロセス全体を経済的にする最終生成物が得られる。このような蒸留プロセスは、現行技術とは対照的に、望ましい生成物を製造するために、安い回収した材料を原料として使用することができる。本実施形態をバッチモードまたは連続モードで使用することができる。

上述のように、本実施形態は、ポリエチレンを分解するために熱分解を使用する。このポリマーを、元々の分子の炭素−炭素化学結合を破壊するような高温にさらし、小さなフラグメントを得る。ポリエチレンは、多くの脂肪族構造を有し、得られるフラグメントも同様に脂肪族の性質を有する。

以下の構造は、ポリエチレンの繰り返し単位を示し、ｎは、繰り返し単位の数である。

使用する出発物質は、ｎ値が約５００〜約３５００、または約１０００〜約２０００、または約１５００〜約１７５０である。具体的な実施形態では、出発物質は、ｎ値が約１７５０であり、この値は、約５０，０００の分子量に対応する。熱分解によって、繰り返し単位の数は、１０〜２５の範囲の値まで小さくなり、この値は、約３００〜７００の分子量に対応する。この形態で、ポリエチレンを種々の用途に使用することができる。例えば、このプロセスによって製造されるポリエチレンワックスは、インクおよびトナーにおいて潜在的に有用な用途を有する。

図１に示す実験装置を有する実施形態において、熱分解と蒸留を行うことができる。この図からわかるように、実験装置５は、ワックスまたはポリエチレンを入れるためのミキサー付きガラス容器１０と、このガラス容器を加熱するための加熱デバイス１５と、蒸留物収集部２０と、減圧ポンプ（図示せず）とを備えている。いくつかの実施形態では、蒸留プロセスを補助するためにドライアイス２２を用いてもよい。具体的な実施形態では、このシステム５は、手動式モーター制御部２３も備えていてもよい。使用する加熱デバイスは、Ｋ型熱電対２５からの供給制御部を有する加熱マントルを備えていてもよく、ガラス容器１０は、ガラス樹脂ケトルミキサーおよび温度制御部３０である。いくつかの実施形態では、このシステムによって、約１０〜約１５ｍｍＨｇの絶対減圧度を達成することができる。このシステムは、システムの減圧度を示し、制御するために圧力ゲージ３５を備えていてもよい。

（実施例１）
Ｋ型熱電対からの供給制御部を有する加熱マントル、ミキサー付きガラス樹脂ケトル、蒸留物収集部および減圧ポンプを備える実験装置を用い、線形低密度ポリエチレン（Ｍｗ＝５００００、ＰＤ＝３．４）約２００グラムを本実施形態にしたがって処理した。このポリエチレンを１５０ＲＰＭで混合しつつ、減圧度１０ｍｍＨｇで約４００℃まで加熱した。

実施例１において、ポリエチレンを３８０℃まで加熱した。ポリエチレンを分解し、１．５時間後に蒸留物として集めた。

（実施例２）
実施例１で使用したのと同じ実験装置を実施例２で用いたが、但し、ポリエチレンを４１５℃まで加熱し、ポリエチレンを分解し、３．５時間後に蒸留物として集めた。

（実施例３）
実施例１で使用したのと同じ実験装置を実施例３で用いたが、但し、ポリエチレンを４１５℃まで加熱し、ポリエチレンを分解し、１．５時間後に蒸留物として集めた。

（結果）
上の実施例から集めた材料は、Ｍｗの範囲が５００であり、多分散性がかなり低かった（約１．２）。表１を参照。

（まとめ）
まとめると、本実施形態は、反応性蒸留を経て、廃棄物であるポリエチレンから製造される分布が狭いワックスを製造するプロセスを提供する。このプロセスによって、廃棄物から低コストのワックスが調達しやすくなる。このようなワックスは、種々の用途（例えば、インクおよびトナーの製造）に幅広く用いられる。本実施形態によって、高価であり、環境に優しくない現行の供給モデルへの依存度を減らすことができる。

Claims (10)

1. 回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、
   ある量の回収したポリエチレンを準備することと、
   回収したポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、
   回収したポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、
   前記分解中に、回収したポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することと、を含む、プロセス。
2. 前記回収したポリエチレンが、高密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記回収したポリエチレンを約２００〜約５００℃の高温まで加熱する、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記回収したポリエチレンは、数平均分子量が約１０，０００〜約１００，０００である、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記小さなワックスフラグメントは、分子量が約２００〜約２０００である、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記小さなワックスフラグメントは、多分散性が約１．０１〜約１．５である、請求項１に記載のプロセス。
7. 回収したワックスの約６０〜約８０％が、前記小さなワックスフラグメントに変換される、請求項１に記載のプロセス。
8. 請求項１に記載のプロセスによって製造されるワックス。
9. 回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、
   以下の一般的な構造を有するある量の回収したポリエチレンを準備することと、
   〔ｎは繰り返し単位をあらわし、さらに、準備したポリエチレンは、ｎが約２５０〜約３５００である〕
   回収したポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、
   回収したポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、
   前記分解中に、回収したポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することと、を含み、ここで、回収したポリエチレンが、ｎが約１５〜約１００の小さなポリエチレンフラグメントに変換される、プロセス。
10. 回収したポリエチレンからワックスを製造するプロセスであって、
    ある量のポリエチレンを準備することと、
    減圧下、前記ポリエチレンを高温まで加熱して解重合させることと、
    前記加熱する工程の間にポリエチレンを撹拌し、ポリエチレンを小さなワックスフラグメントに分解することと、
    前記分解中に、前記ポリエチレンを同時に蒸留し、前記小さなワックスフラグメントを集め、除去することと、を含む、プロセス。