JP2019089909A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂の分解を行わずに高い効率で炭素繊維と熱可塑性樹脂とを分離する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法を提供する。【解決手段】炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法であって、前記熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を準備する準備工程と、前記炭素繊維強化熱可塑性樹脂を前記処理液に接触させて前記熱可塑性樹脂を前記処理液に溶解させる溶解工程と、前記炭素繊維と前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液とを分離する固液分離工程と、を有する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。【選択図】なし

Description

本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法に関するものである。

ガラス繊維等の繊維を強化材として用いた繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics；ＦＲＰ）は、軽量、高強度、かつ高弾性の材料であり、小型船舶、自動車、鉄道車両等の部材に幅広く使用されている。また、更なる軽量化、高強度化、及び高弾性化を目的として、強化材に炭素繊維を、母材樹脂に熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics；ＣＦＲＰ）が開発されている。一方、母材樹脂に熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics；ＣＦＲＴＰ)は、加熱溶融し易いので、成形時間が短く、リサイクル性も良いという利点があり、注目されている。

ＣＦＲＴＰは、その優れた力学的特性により、ＯＡ機器、家電製品の部品等に用途が拡大しており、それらの部品の使用後に回収された材料及びそれらの部品を成形する過程で発生する廃材が大量に生じてきている。地球規模での環境対策のためには、これら使用廃材から再び炭素繊維及び熱可塑性樹脂を回収し、リサイクルする技術が求められている。

ＣＦＲＴＰから炭素繊維を回収するには、ＣＦＲＴＰから熱可塑性樹脂を除去する必要がある。
ここで、従来の母材樹脂に熱硬化性樹脂を用いたＣＦＲＰから熱硬化性樹脂を除去する処理方法として、１）５００℃〜７００℃程度の高温で燃焼して熱硬化性樹脂の硬化物を熱分解する方法、２）溶解液を用いて熱硬化性樹脂を分解する方法、等が知られている。特に、上記２）の処理方法は、回収した炭素繊維の損傷が少ない等の利点があり、種々の処理方法が提案されている。尚、上記「分解」とは、熱硬化性樹脂の硬化物が処理液の作用によって元の分子よりも分子量の小さい分子になることを意味する。

例えば、特許文献１には、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、リン酸、リン酸塩、有機酸、及び有機酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の触媒と、アミド溶媒、アルコール溶媒、ケトン溶媒、及びエーテル溶媒からなる群より選択される少なくとも１種の有機溶媒とを含有する溶解液を用いて、熱硬化性樹脂を分解及び溶解処理する方法が開示されている。
一方、特許文献２には、熱硬化性樹脂で含浸された炭素繊維を含むプリプレグを切断し、加熱分解により処理する方法が開示されている。

また、特許文献３には、触媒としてアルカリ金属水酸化物を含むトリエチレングリコールを用いて、ＦＲＰ等の複合系プラスチック廃棄物を処理して各成分を分別回収する方法が開示されている。
さらに、特許文献４には、不飽和ポリエステル樹脂をマトリックスとする繊維強化プラスチック廃棄物の処理方法として、廃棄物の破砕後にグリコールを用いて分解し、得られた分解生成物から不飽和ポリエステルを合成する方法が開示されている。

特開２００１−１７２４２６号公報 特開平１１−２９０８２２号公報 特開２０１３−６９４８号公報 特開２００７−２３１１９号公報

既述したように、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から炭素繊維を回収する方法の１つに熱分解法がある。この方法では、樹脂を熱分解してガス化するため、エネルギーとして再利用することはできても、樹脂そのものを再利用することは難しい。また、樹脂を分解させるためには、通常５００℃以上の高温での処理が必要であり、回収した炭素繊維の損傷が大きくなるという問題があった。さらにガス化することのできなかった樹脂残留物が炭素繊維に付着してしまい、炭素繊維から樹脂残留物を除去するのが困難という問題もあった。

一方、特許文献１に記載の常圧溶解法を炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）の処理に適用し、ＣＦＲＴＰから炭素繊維を回収した場合、溶解液に含まれる触媒により熱可塑性樹脂が分解してしまう。そのため、回収した樹脂を再利用しようとすると、樹脂の力学特性が再現されにくいという問題があった。さらに熱可塑性樹脂を分解することにより、熱可塑性樹脂の分解物が有機溶媒に溶解した溶液の粘度が上昇し、高粘度の溶液が炭素繊維に付着してしまい、炭素繊維と溶液の分離が上手くできないという問題もあった。この高粘度の溶液を炭素繊維から除去するために、繰り返し溶媒で洗浄を行う必要があり、経済的ではなかった。

本発明の一形態は、熱可塑性樹脂の分解を行わずに高い効率で炭素繊維と熱可塑性樹脂とを分離する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための具体的な手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞ 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法であって、前記熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を準備する準備工程と、前記炭素繊維強化熱可塑性樹脂を前記処理液に接触させて前記熱可塑性樹脂を前記処理液に溶解させる溶解工程と、前記炭素繊維と前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液とを分離する固液分離工程と、を有する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。
＜２＞ 前記粘度低下剤はアセトンを含む＜１＞に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。
＜３＞ 前記固液分離工程後、前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液から前記熱可塑性樹脂を分離する樹脂分離工程をさらに有する＜１＞又は＜２＞に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。

本発明の一形態によれば、熱可塑性樹脂の分解を行わずに高い効率で炭素繊維と熱可塑性樹脂とを分離する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。

［炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法］
一実施形態に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法であって、前記熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を準備する準備工程と、前記炭素繊維強化熱可塑性樹脂を前記処理液に接触させて前記熱可塑性樹脂を前記処理液に溶解させる溶解工程と、前記炭素繊維と前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液とを分離する固液分離工程と、を有する。これにより、本開示の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法では、熱可塑性樹脂の分解を行わずに高い効率で炭素繊維と熱可塑性樹脂とを分離することができる。

上記効果を奏する詳細な理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えることができる。
炭素繊維強化熱可塑性樹脂（以下「ＣＦＲＴＰ」ともいう）を、ＣＦＲＴＰに含まれる熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒（以下、単に「有機溶媒」ともいう）で処理する場合、熱可塑性樹脂が有機溶媒に溶解することで粘度の高い溶液となることがある。そして、熱可塑性樹脂が溶解した溶液の粘度が高すぎると、高粘度の溶液が炭素繊維に付着し、炭素繊維と溶液との固液分離が難しく、炭素繊維側に熱可塑性樹脂が残りやすくなる。そして、炭素繊維側に残留した熱可塑性樹脂を除去するために、有機溶媒による洗浄を繰り返す必要が出てくる場合がある。

これに対して、上記実施形態に係るＣＦＲＴＰの処理方法では、有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液にＣＦＲＴＰを接触させて熱可塑性樹脂を処理液に溶解させる。つまり、上記処理方法では、有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液によって、ＣＦＲＴＰから熱可塑性樹脂を抽出する。そのため、粘度低下剤を含まない処理液で熱可塑性樹脂を抽出した場合に比べ、熱可塑性樹脂の溶解による処理液の粘度上昇が抑制される。そして、処理液の高粘度化が抑制されることで、処理液が炭素繊維に付着及び残留しにくくなるため、洗浄回数及び洗浄に使用する溶媒の使用量が低減し、結果として、炭素繊維と熱可塑性樹脂との分離効率が向上する。
また、上記実施形態に係るＣＦＲＴＰの処理方法では、有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を用いることで分離効率を高めているため、加熱又は触媒により熱可塑性樹脂を分解することで分離効率を高めた場合と異なり、処理対象物を分解することなく処理できる。つまり、熱可塑性樹脂を分解させずに抽出することで、その樹脂成分を再利用可能な状態で容易に回収することができる。

なお、上記実施形態に係るＣＦＲＴＰの処理方法は、少なくとも前記準備工程、溶解工程、及び固液分離工程を有していればよく、さらに他の工程を有していてもよい。他の工程としては、前記固液分離工程後に熱可塑性樹脂が溶解した処理液から熱可塑性樹脂を分離する樹脂分離工程のほか、分離された炭素繊維又は熱可塑性樹脂を洗浄又は乾燥する工程（つまり、洗浄工程又は乾燥工程）等が挙げられる。
以下、処理対象物及び各工程について詳細に説明する。

＜炭素繊維強化熱可塑性樹脂＞
上記処理方法の処理対象物は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むＣＦＲＴＰであれば特に限定はされず、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を主な構成材料とする一般的なエンプラ（すなわち、エンジニアリング・プラスチック）が挙げられる。

ここでいうエンプラとは、耐熱温度が１００℃以上あり、強度が５０ＭＰａ以上、曲げ弾性率が２．４ＧＰａ以上あるプラチックのことをいう。また、一般的に、エンプラよりも耐熱性が更に高く、１５０℃以上の高温でも長時間使用できるものは、特殊エンプラ、又はスーパーエンプラと呼ばれているが、ここでいうエンプラには、これらのものも含まれるのものとする。

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維、ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、気相法で製造される炭素繊維等が挙げられる。
ＣＦＲＴＰ全体に対する炭素繊維の含有率は、例えば、５質量％〜９０質量％の範囲が挙げられる。
また、ＣＦＲＴＰは、強化材として、炭素繊維に加えて炭素繊維以外の繊維が１種類又は２種類以上含まれていてもよい。炭素繊維以外の繊維としては、具体的には、ガラス繊維、金属繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維、アルミニウム繊維等の無機繊維、麻、合成繊維等の有機繊維などが挙げられる。
炭素繊維は、不織布状であっても織布状であってもよい。炭素繊維が織布状の場合、繊維束を織って作製したクロス材であってもよく、繊維束を一方向に配列したＵＤ(Uni-Direction)材であってもよい。

熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、超高分子量ポリエチレン、液晶ポリマー等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、１種を単独で含んでいてもよく、２種以上を含んでいてもよい。

ＣＦＲＴＰは、特性向上のため、炭素繊維等の強化材及び熱可塑性樹脂の他に添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、難燃剤、結晶化核剤、結晶化促進剤、離形剤、安定剤、滑剤、着色剤等が挙げられ、処理対象物であるＣＦＲＴＰに１種類の添加剤が単独で含まれてもよく、２種類以上の添加剤が含まれてもよい。

処理対象物であるＣＦＲＴＰの大きさ及び形状には特に制限はない。ＣＦＲＴＰは、シート状であってもよく、任意の形状の成形体であってもよく、切断、破砕、又は粉砕されたものでもよい。シート状又は成形体であるＣＦＲＴＰの大きさとしては、４０ｍｍ角、１ｍ角、直径２００ｍｍ×長さ１ｍ、直径１ｍ×厚み１５０ｍｍ等が挙げられる。切断、破砕、又は粉砕されたＣＦＲＴＰは処理時間が短縮できる。一方、破砕片が小さすぎると得られる再生材の用途が狭まることを考慮すると、具体的には、破砕片の大きさを概ね５ｍｍ以上とすることが好ましく、１０ｍｍ以上とすることがより好ましい。

＜準備工程＞
準備工程では、熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を準備する。
つまり、処理液は、少なくとも有機溶媒と粘度低下剤とを含み、必要に応じて他の成分を含んでもよい。

（有機溶媒）
上記「熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒」は、処理対象物であるＣＦＲＴＰに含まれる熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒であれば特に限定されない。つまり、上記有機溶媒は、ＣＦＲＴＰに含まれる熱可塑性樹脂が溶解可能な有機溶媒であり、有機溶媒の沸点以下において熱可塑性樹脂の溶解度が０．０１ｇ／ｌ以上である有機溶媒が好ましく、前記溶解度が０．０５ｇ／ｌ以上である有機溶媒がより好ましい。
前記有機溶媒の具体例は、処理対象物であるＣＦＲＴＰに含まれる熱可塑性樹脂の種類によっても異なるが、ベンジルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ホルムアミド等が挙げられる。これらの有機溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

使用する有機溶媒は、熱可塑性樹脂を抽出する温度以上の沸点を有する溶媒が好ましい。抽出温度よりも低い沸点を持つ溶媒を使用すると、抽出時に溶媒が蒸発することにより、処理液中の樹脂濃度が上昇し、高粘度化してしまうおそれがある。これを抑制するために、使用する溶媒は、処理温度（抽出温度）よりも高い沸点を有する溶媒であることが好ましい。具体的には、処理温度より５℃以上高い沸点を有する溶媒が好ましく、より好ましいのは、処理温度より１０℃以上高い沸点を有する溶媒、最も好ましいのは処理温度より１５℃以上高い沸点を有する溶媒である。処理温度より５℃以上高い沸点を有する溶媒を用いることで、溶媒の蒸発量を低減することができ、処理温度より１０℃以上高い沸点の溶媒を用いることで、より溶媒の蒸発量を低減することができる。さらに処理温度より１５℃以上高い沸点の溶媒を用いることで、溶媒の蒸発量がほとんどなくなり、高粘度化を抑制することができる。

２０℃における有機溶媒の粘度は、特に限定されず、炭素繊維と熱可塑性樹脂との分離効率向上の観点から、０．３０ｍＰａ・ｓ〜１０．０ｍＰａ・ｓが好ましく、１．０ｍＰａ・ｓ〜８．０ｍＰａ・ｓがより好ましく、１．５ｍＰａ・ｓ〜６．０ｍＰａ・ｓがさらに好ましい。
上記粘度の測定方法は、特に限定されず、回転式粘度計を用いて測定する方法、レオメーターを使って測定する方法等が挙げられる。下記粘度低下剤の粘度及び処理液全体の粘度の測定方法についても同様である。

処理液全体に対する有機溶媒の含有率は、処理液に対する熱可塑性樹脂の溶解度を高くする観点から、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上がさらに好ましい。

（粘度低下剤）
上記「粘度低下剤」は、添加することで処理液の粘度をより低くする液体である。粘度低下剤を含む処理液に熱可塑性樹脂を溶解させることで、粘度低下剤を含まない処理液に熱可塑性樹脂を溶解させた場合に比べて粘度上昇が抑制される。
粘度低下剤は、前記有機溶媒よりも粘度（２０℃における粘度）の低い液体であれば特に限定されず、液体の有機化合物であってもよく、液体の無機化合物であってもよい。
また、粘度低下剤は、熱可塑性樹脂が可溶な液体、難溶な液体、不溶な液体のいずれでもよく、粘度低下剤の沸点以下において熱可塑性樹脂の溶解度が０．０５ｇ／ｌ未満である液体が好ましく、前記溶解度が０．０１ｇ／ｌ未満である液体がより好ましい。
粘度低下剤の具体例としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、フルオロベンゼン等が挙げられる。これらの粘度低下剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

処理液中の粘度低下剤の含有率は、炭素繊維と処理液との分離効率をより向上させる観点から、合計量として、０．０１質量％以上の濃度であることが好ましく、０．1質量％以上であることがより好ましく、１．０質量％以上であることが更に好ましい。粘度低下剤の含有率を０．０１質量％以上とすることで、処理液中の粘度を低下させることができ、粘度低下剤の含有率を０．１質量％以上とすることで、より処理液中の粘度を低下することができる。さらに粘度低下剤の含有率を１．０質量％以上とすることで、処理液中の粘度がさらに低下し、これにより、炭素繊維と処理液との分離効率を向上させることができる。

使用する粘度低下剤は、熱可塑性樹脂を抽出する温度以上の沸点を有する粘度低下剤が好ましい。抽出温度よりも低い沸点を持つ粘度低下剤を使用すると、抽出時に粘度低下剤が蒸発することにより、粘度低下効果が得られなくなり、処理液の高粘度化が進行してしまうおそれがある。これを抑制するために、使用する粘度低下剤は、処理温度（抽出温度）よりも高い沸点を有する粘度低下剤であることが好ましい。具体的には、処理温度より５℃以上高い沸点を有する粘度低下剤が好ましく、より好ましいのは、処理温度より１０℃以上高い沸点を有する粘度低下剤、最も好ましいのは処理温度より１５℃以上高い沸点を有する粘度低下剤である。処理温度より５℃以上高い沸点を有する粘度低下剤を用いることで、粘度低下剤の蒸発量を低減することができ、処理温度より１０℃以上高い沸点の粘度低下剤を用いることで、より粘度低下剤の蒸発量を低減することができる。さらに処理温度より１５℃以上高い沸点の粘度低下剤を用いることで、粘度低下剤の蒸発量がほとんどなくなり、高粘度化を抑制することができる。

２０℃における粘度低下剤の粘度は、特に限定されず、処理液の粘度上昇抑制の観点から、０．２０ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓが好ましく、０．２５ｍＰａ・ｓ〜２．０ｍＰａ・ｓがより好ましく、０．３０ｍＰａ・ｓ〜１．０ｍＰａ・ｓがさらに好ましい。
また、２０℃における粘度低下剤の粘度は、処理液の粘度上昇抑制の観点から、２０℃における有機溶媒の粘度の０．７倍以下が好ましく、０．５倍以下がより好ましく、０．３倍以下がさらに好ましく、０．１倍以下が特に好ましい。

（他の成分）
処理液は、必要に応じて他の成分を更に含有していてもよい。
他の成分としては、界面活性剤等が挙げられる。
なお、処理液中における熱可塑性樹脂の分解を抑制する観点から、処理液は、熱可塑性樹脂の分解を促進する触媒を実質的に含まないか、処理液全体に対する前記触媒の含有率が０．１質量％以下（より好ましくは０．０１質量％以下）であることが好ましい。上記触媒としては、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属水酸化物等が挙げられる。
また、処理液中全体に対する他の成分の含有率としては、炭素繊維と熱可塑性樹脂との分離効率の観点から、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下がさらに好ましい。

（処理液の準備）
処理液を準備する方法は特に限定されず、上記有機溶媒及び粘度低下剤（並びに必要に応じて用いられる他の成分）を混合して処理液を得る方法が挙げられる。

＜溶解工程＞
溶解工程では、ＣＦＲＴＰを処理液に接触させてＣＦＲＴＰに含まれる熱可塑性樹脂を処理液に溶解させる。
ＣＦＲＴＰを処理液に接触させる方法は特に制限されず、処理対象物（すなわちＣＦＲＴＰ）を処理液中に浸漬してもよく、処理液をスプレー等によって処理対象物に吹き付けてもよい。熱可塑性樹脂をより効率的に抽出する観点からは、処理対象物を処理液中に浸漬することが好ましい。

処理対象物に対する処理液の量には特に制限がなく、処理液が処理対象物に接触する量以上であればよい。
なお、処理対象物であるＣＦＲＴＰ１質量部に対して用いる処理液の量としては、３質量部以上１００質量部以下が好ましく、５質量部以上５０質量部以下がより好ましく、６質量部以上２０質量部以下がさらに好ましい。

処理対象物を処理液中に浸漬させる場合、処理対象物から熱可塑性樹脂を抽出する具体的態様としては、例えば、処理対象物をカラムに収容し、処理対象物が処理液中に浸漬した状態でカラム内に処理液を流通させる態様が挙げられる。それにより、熱可塑性樹脂が処理液に溶解し、熱可塑性樹脂の抽出が行われる。また、他の実施態様では、例えば、処理対象物を容器内の処理液中に浸漬し、必要に応じて処理対象物が浸漬した処理液を撹拌することにより、熱可塑性樹脂を抽出する。
なお、撹拌方法は、特に制限はなく、撹拌羽根による方法、噴流を起こす方法、容器を揺動する方法、不活性気体の気泡を用いる方法、超音波による方法等がある。

溶解工程における処理液の温度としては、処理液の融点以上沸点以下であれば特に限定されず、室温（２５℃）以上、処理液に用いる有機溶媒の沸点以下であることが好ましい。また、溶解工程における処理液の温度は、有機溶媒の沸点以下であり、かつ、粘度低下剤の沸点以下であることがより好ましい。溶解工程における処理液の温度を室温よりも低い温度にすると冷却する必要があり、経済性の点から好ましくない。一方、溶解工程における処理液の温度が処理液の沸点を超えた場合は加圧することになり、安全性及び経済性の点から好ましくない。分離した炭素繊維及び抽出した熱可塑性樹脂を再利用できる状態で得る点から、溶解工程における処理液の温度は、１５０℃以下であることが好ましく、１００℃以下であることがより好ましい。
溶解工程において処理液を加熱する場合、処理液の加熱方法は特に制限はなく、処理液を直接ヒーターで加熱することもできるし、処理液の入った容器をヒーターで間接的に加熱することもできる。また、オイル、水、蒸気等の熱媒を用いて加熱してもよい。

溶解工程において処理対象物であるＣＦＲＴＰと処理液とを接触させる時間（すなわち、熱可塑性樹脂を処理液に抽出する時間）は、０．１時間以上１００時間未満が望ましく、０．５時間以上５０時間未満とすることがより望ましく、１．０時間以上１０時間未満とすることがさらに望ましい。抽出時間が０．１時間以上であれば、熱可塑性樹脂の抽出の観点で好適である。また、抽出時間を０．５時間以上にすることでほとんどの熱可塑性樹脂を抽出することができ、より望ましくは１．０時間以上が最も適している。
さらに、抽出時間を５０時間未満とすることで、経済性が良くなり、より望ましくは１０時間未満が最も適している。

溶解工程を経て熱可塑性樹脂が溶解した処理液の２０℃における粘度は、炭素繊維と熱可塑性樹脂との分離効率向上の観点から、１０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、７ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、４ｍＰａ・ｓ以下がさらに好ましい。

＜固液分離工程＞
固液分離工程では、炭素繊維である固体と、熱可塑性樹脂が溶解した処理液である液体と、を分離する。
固液分離の方法はとくに限定されず、ろ過、沈殿分離、遠心分離等が挙げられ、これらを併用してもよい。

固液分離工程で分離された処理液は、さらにそのまま続けてＣＦＲＴＰの処理液として使用することができる。熱可塑性樹脂の抽出にかかる時間又は沈殿物の量が一定以上の値になり、処理効率が悪化したら、新たな処理液（すなわち、熱可塑性樹脂を含まない処理液）と交換することが望ましい。

＜他の工程＞
ＣＦＲＴＰの処理方法は、前記固液分離工程後、熱可塑性樹脂が溶解した処理液から熱可塑性樹脂を分離する樹脂分離工程をさらに有してもよい。樹脂分離工程では、熱可塑性樹脂が溶解した処理液を熱可塑性樹脂と処理液とに分離することで、熱可塑性樹脂が溶解した処理液から熱可塑性樹脂を取り出す。
熱可塑性樹脂が溶解した処理液から熱可塑性樹脂を分離する方法は特に限定されず、減圧等により有機溶媒及び粘度低下剤を留去する方法、熱可塑性樹脂の溶解度が低い貧溶媒の添加により熱可塑性樹脂を析出させて濾過する方法等が挙げられる。

また、ＣＦＲＴＰの処理方法は、前記固液分離工程によって分離された炭素繊維及び前記樹脂分離工程によって分離された熱可塑性樹脂を、水、有機溶媒等の溶剤によって洗浄する洗浄工程をさらに有していてもよく、洗浄後に乾燥する乾燥工程をさらに有していてもよい。

以上のようにして得られた炭素繊維及び熱可塑性樹脂の用途には特に制限はない。例えば、得られた炭素繊維及び熱可塑性樹脂をＣＦＲＴＰの原料等として再利用することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
（処理対象物の準備工程及び処理液の準備工程）
処理対象物であるＣＦＲＴＰとして、炭素繊維５０質量％とポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）５０質量％とからなるＣＦＲＴＰを用いた。具体的には、７０ｍｍ×７０ｍｍ×１ｍｍの板状の上記ＣＦＲＴＰを切断し、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの試験片を得た。
一方、熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒としてベンジルアルコール９５ｍｌと、粘度低下剤としてアセトン５ｍｌと、を混合し、処理液１とした。

（熱可塑性樹脂の溶解工程及び固液分離工程）
５０℃に加熱した処理液１００ｍｌと攪拌子とが入った容器中に、上記試験片を１０ｇ分投入して浸漬させ、５０℃に維持しながら３時間、攪拌子で処理液及び処理対象物を攪拌することで、処理対象物に含まれる熱可塑性樹脂を処理液に溶解させた。
その後、吸引ろ過により、炭素繊維と、熱可塑性樹脂が溶解した処理液と、を固液分離した。
なお、熱可塑性樹脂が溶解した処理液の２０℃における粘度は、３ｍＰａ・ｓであった。

（炭素繊維における樹脂残りの確認）
固液分離により分離された炭素繊維を２１０℃で１時間乾燥させた。
乾燥した炭素繊維を、顕微鏡により５０倍及び１００倍の倍率で観察することで、炭素繊維に付着した樹脂（樹脂残り）の有無を確認した。結果を表１に示す。

［実施例２］
処理液１に代えて、熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒としてベンジルアルコール９５ｍｌと、粘度低下剤としてイソプロピルアルコール５ｍｌと、を混合して得られた処理液２を用いた以外は、実施例１と同様にして処理対象物の処理を行った。熱可塑性樹脂が溶解した処理液の２０℃における粘度は、８ｍＰａ・ｓであった。
固液分離により分離された炭素繊維の乾燥及び樹脂残りの確認を行った。結果を表１に示す。

［比較例１］
処理液１に代えて、熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒であるベンジルアルコール１００ｍｌからなり、粘度低下剤を含まない処理液３を用いた以外は、実施例１と同様にして処理対象物の処理を行った。熱可塑性樹脂が溶解した処理液の２０℃における粘度は、２０ｍＰａ・ｓであった。
固液分離により分離された炭素繊維の乾燥及び樹脂残りの確認を行った。結果を表１に示す。

［比較例２］
処理液１に代えて、熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒であるベンジルアルコール９５ｍｌと、粘度低下剤の代わりの他の溶媒（増粘剤）であるグリセリン５ｍｌと、を混合して得られた処理液４を用いた以外は、実施例１と同様にして処理対象物の処理を行った。熱可塑性樹脂が溶解した処理液の２０℃における粘度は、５０ｍＰａ・ｓであった。
固液分離により分離された炭素繊維の乾燥及び樹脂残りの確認を行った。結果を表１に示す。

上記結果から、本実施例では、熱可塑性樹脂の分解を行わずに炭素繊維と熱可塑性樹脂とが分離され、かつ、粘度低下剤を用いない比較例に比べて炭素繊維と熱可塑性樹脂との分離効率が高いことが分かった。
なお、表１中「−」は、該当する成分を含まないことを意味する。

Claims (3)

1. 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法であって、
   前記熱可塑性樹脂を抽出可能な有機溶媒と粘度低下剤とを含む処理液を準備する準備工程と、
   前記炭素繊維強化熱可塑性樹脂を前記処理液に接触させて前記熱可塑性樹脂を前記処理液に溶解させる溶解工程と、
   前記炭素繊維と前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液とを分離する固液分離工程と、
   を有する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。
2. 前記粘度低下剤はアセトンを含む請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。
3. 前記固液分離工程後、前記熱可塑性樹脂が溶解した処理液から前記熱可塑性樹脂を分離する樹脂分離工程をさらに有する請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の処理方法。