JP2019108639A - リサイクルパルプ繊維の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】オゾン発生装置等の機械的な設備を必要とせず、高吸水性ポリマー量の少ないリサイクルパルプ繊維を簡易に得ることができる、リサイクルパルプ繊維の製造方法を提供すること。【解決手段】パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法であって、衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、上記高吸水性ポリマーを不活化する不活化ステップS1、不活化ステップS1を経た上記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された上記高吸水性ポリマーを分解する高吸水性ポリマー分解ステップS3、高吸水性ポリマー分解ステップS3を経た上記酸含有水溶液から、上記リサイクルパルプ繊維を回収するリサイクルパルプ繊維回収ステップS4を含むことを特徴とする方法。【選択図】図3

Description

本開示は、リサイクルパルプ繊維の製造方法に関する。
使用済の衛生用品から、リサイクルパルプ繊維を回収する方法が知られている。
例えば、特許文献1には、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み衛生用品からパルプ繊維を回収し、衛生用品として再利用可能なリサイクルパルプを製造する方法であって、該方法が、使用済み衛生用品を、多価金属イオンを含む水溶液またはpHが2.5以下の酸性水溶液中で、使用済み衛生用品に物理的な力を作用させることによって、使用済み衛生物品をパルプ繊維とその他の素材に分解する工程、分解工程において生成したパルプ繊維とその他の素材の混合物からパルプ繊維を分離する工程、および分離されたパルプ繊維をpHが2.5以下のオゾン含有水溶液で処理する工程を含むことを特徴とする方法が開示されている。
特開2016−881号公報
特許文献1では、オゾンを用いて高吸水性ポリマーを分解しているが、オゾンを用いて高吸水性ポリマーを分解すると、高吸水性ポリマー量の少ないリサイクルパルプ繊維を得ることができるものの、オゾン発生装置等の機械的な設備が必要となる。
従って、本開示は、オゾン発生装置等の機械的な設備を必要とせず、高吸水性ポリマー量の少ないリサイクルパルプ繊維を簡易に得ることができる、リサイクルパルプ繊維の製造方法を提供することを目的とする。
本開示者らは、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法であって、上記パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む、上記衛生用品を構成する衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、上記高吸水性ポリマーを不活化する不活化ステップ、上記不活化ステップを経た上記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された上記高吸水性ポリマーを分解する高吸水性ポリマー分解ステップ、上記高吸水性ポリマー分解ステップを経た上記酸含有水溶液から、上記リサイクルパルプ繊維を回収するリサイクルパルプ繊維回収ステップを含むことを特徴とする方法を見出した。
本開示のリサイクルパルプ繊維の製造方法は、オゾン発生装置等の機械的な設備を必要とせず、高吸水性ポリマー量の少ないリサイクルパルプ繊維を簡易に得ることができる。
図1は、本開示の実施形態の1つに従う方法を実施するためのシステム1のブロック図である。 図2は、図1の破袋装置11及び破砕装置12の構成例を示す模式図である。 図3は、システム1を用いた、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法を説明するフローチャートである。
<定義>
・高吸水性ポリマーに関する「不活化」
本明細書において、高吸水性ポリマー(Super Absorbent Polymer,SAP)に関する「不活化」は、排泄物等を保持している高吸水性ポリマーが、好ましくは50倍以下、より好ましくは30倍以下、そしてさらに好ましくは25倍以下の吸収倍率を有するように調整すること、例えば、保持している排泄物を放出させること、酸含有水溶液の吸収を抑制すること等を意味する。
上記吸収倍率は、以下の通り測定される。
(1)不活化した高吸水性ポリマーを、メッシュに入れて5分間吊るし、それらの表面に付着した水分を除去し、その乾燥前質量:m1(g)を測定する。
(2)不活化した高吸水性ポリマーを、120℃で10分間乾燥し、その乾燥後質量:m2(g)を測定する。
(3)吸収倍率(g/g)を、次の式:
吸収倍率(g/g)=m1/m2
により算出する。
具体的には、本開示は以下の態様に関する。
[態様1]
パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法であって、
上記パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む、上記衛生用品を構成する衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、上記高吸水性ポリマーを不活化する不活化ステップ、
上記不活化ステップを経た上記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された上記高吸水性ポリマーを分解する高吸水性ポリマー分解ステップ、
上記高吸水性ポリマー分解ステップを経た上記酸含有水溶液から、上記リサイクルパルプ繊維を回収するリサイクルパルプ繊維回収ステップ、
を含むことを特徴とする上記方法。
上記方法では、不活化ステップにおいて、酸を用いて高吸水性ポリマーを不活化するととともに、高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、当該酸と、二酸化塩素発生材料とを反応させることにより二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて高吸水性ポリマーを分解させる。従って、例えば、オゾンを用いて高吸水性ポリマーを分解する場合と比較して、オゾン発生装置等の機械的な設備が不要となり、簡易にリサイクルパルプを製造することができる。
また、高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、酸を消費して二酸化塩素を発生させるため、当該高吸水性ポリマー分解ステップの終わりに、酸含有水溶液のpHが高くなる(中性に近づく)ため、リサイクルパルプ繊維回収ステップにおいて、リサイクルパルプ繊維と分離された酸含有水溶液を廃棄する際に、酸含有水溶液を中和する中和剤の量を少なくすることができ、廃水処理がしやすくなる。
[態様2]
上記不活化ステップにおいて、上記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加し、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて上記パルプ繊維を殺菌する、態様1に記載の方法。
上記方法では、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液中に存在すると酸と、二酸化塩素発生材料とを反応させることにより二酸化塩素を発生させ、排泄物等から持ち込まれた菌を殺菌し、酸含有水溶液中有の菌量を少なくする(パルプ繊維に付着する菌量を少なくする)ので、製造されるリサイクルパルプ繊維に、使用済みの衛生用品に由来する菌が残存しにくくなる。
[態様3]
上記不活化ステップにおいて、上記高吸水性ポリマー分解ステップにおける上記二酸化塩素の濃度よりも低濃度の上記二酸化塩素を発生させる、態様2に記載の方法。
上記方法では、不活化ステップにおいて、パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む酸含有水溶液に、高吸水性ポリマー分解ステップにおける二酸化塩素の濃度よりも低濃度の二酸化塩素を発生させるので、不活化ステップにおいて、高吸水性ポリマーの分解を抑制しつつ、酸含有水溶液中有の菌量を少なくする(パルプ繊維に付着する菌量を少なくする)ことができる。
また、衛生用品構成資材が、後述する非特定資材を含む場合には、二酸化塩素が、非特定資材を酸化することに消費されることを抑制することができる。
[態様4]
上記不活化ステップにおいて、上記酸含有水溶液を、5〜30℃の温度に保持する、請求項3に記載の方法。
上記方法では、不活化ステップにおける酸含有水溶液の温度を、所定の温度で保持するので、二酸化塩素発生材料から発生する二酸化塩素が、酸含有水溶液に含まれる、排泄物等に由来する菌を殺菌することができる一方で、酸が高吸水性ポリマーを不活化する前に、酸が、二酸化塩素材料と反応して消費されることと、二酸化塩素が高吸水性ポリマーを分解することを抑制することができる。
[態様5]
上記高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、上記酸含有水溶液を、40℃以上且つ100℃未満の温度で保持する、態様3又は4に記載の方法。
上記方法では、高吸水性ポリマー分解ステップにおける酸含有水溶液の温度を、所定の温度で保持するので、二酸化塩素発生材料から二酸化塩素が発生しやすくするとともに、二酸化塩素のフリーラジカル部分を熱により活性化し、二酸化塩素の酸化力を高くすることができる。その結果、酸含有水溶液の温度を室温で保持する場合と比較して、高吸水性ポリマーを分解するための時間を短くすることができる。また、オゾンを用いて高吸水性ポリマーを分解する場合と比較して、複雑な装置等を用いずに、二酸化塩素の濃度を簡易に調整することができ、ひいては、簡易に、二酸化塩素による殺菌性と、分解性と制御することができる。
[態様6]
上記衛生用品構成資材が上記衛生用品であり、上記不活化ステップの後且つ上記高吸水性ポリマー分解ステップの前に、上記衛生用品構成資材のうち上記パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを除くものを除去する除去ステップをさらに含む、態様1〜5のいずれか一項に記載の方法。
上記方法では、上記不活化ステップの後且つ上記高吸水性ポリマー分解ステップの前に、上記衛生用品構成資材のうち上記パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを除くものを除去する除去ステップをさらに含むので、二酸化塩素が、高吸水性ポリマーを効率よく酸化し、高吸水性ポリマーを効率よく分解することができる。
本開示のリサイクルパルプ繊維の製造方法について、以下、詳細に説明する。
本開示のパルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法(以下、「リサイクルパルプ繊維の製造方法」、「本開示の製造方法」等と称する場合がある)は、以下のステップを含む。
・上記パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む、上記衛生用品を構成する衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、上記高吸水性ポリマーを不活化する不活化ステップ(以下、「不活化ステップ」と称する場合がある)
・上記不活化ステップを経た上記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された上記高吸水性ポリマーを分解する高吸水性ポリマー分解ステップ(以下、「高吸水性ポリマー分解ステップ」と称する場合がある)
・上記高吸水性ポリマー分解ステップを経た上記酸含有水溶液から、上記リサイクルパルプ繊維を回収するリサイクルパルプ繊維回収ステップ(以下、「リサイクルパルプ繊維回収ステップ」と称する場合がある)
<不活化ステップ>
不活化ステップでは、パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、上記高吸水性ポリマーを不活化する。
上記酸としては、特に限定するものではないが、例えば、無機酸及び有機酸が挙げられる。酸を用いて高吸水性ポリマーを不活化すると、石灰、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等を用いて高吸水性ポリマーを不活化する場合と比較して、パルプ繊維に灰分を残留させにくく、好ましい。
上記無機酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸が挙げられ、上記無機酸としては、塩素を含まないこと、コスト等の観点から硫酸が好ましい。上記有機酸としては、酸基、例えば、カルボキシル基、スルホ基等を有するものが挙げられる。なお、スルホ基を有する有機酸は、スルホン酸と称され、そしてカルボキシル基を有し且つスルホ基を有しない有機酸は、カルボン酸と称される。上記有機酸としては、設備を保護する観点から、カルボキシル基を有する有機酸、特に、カルボン酸であることが好ましい。
上記有機酸がカルボキシル基を有する場合には、上記有機酸は、1分子当たり、1又は複数のカルボキシル基を有することができ、そして複数のカルボキシル基を有することが好ましい。そうすることにより、有機酸が、排泄物等に含まれる2価以上の金属、例えば、カルシウムとキレート錯体を形成しやすくなり、使用済の衛生用品から製造されるリサイクルパルプ繊維の灰分を下げやすくなる。
上記有機酸としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、シュウ酸(以上、複数のカルボキシル基を有するカルボン酸)、グルコン酸(C6)、ペンタン酸(C5)、ブタン酸(C4)、プロピオン酸(C3)、グリコール酸(C2)、酢酸(C2)、例えば、氷酢酸、蟻酸(C1)(以上、1つのカルボキシル基を有するカルボン酸)、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸(以上、スルホン酸)等が挙げられる。
上記酸含有水溶液は、所定のpHを有することが好ましく、上記所定のpHは、好ましくは4.5以下、より好ましくは4.0以下、さらに好ましくは3.5以下、そしてさらにいっそう好ましくは3.0以下である。上記所定のpHが高すぎると、高吸水性ポリマーの不活化が十分に行われず、続く高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、高吸水性ポリマーを分解させにくくなる場合がある。
また、上記所定のpHは、好ましくは0.5以上、そしてより好ましくは1.0以上である。上記所定のpHが低すぎると、リサイクルパルプ繊維を損傷するおそれがある。
なお、上述の所定のpHは、25℃における値を意味する。上述の所定のpHは、例えば、株式会社堀場製作所製のtwin pHメーター AS−711を用いて測定することができる。
本開示の製造方法では、酸含有水溶液は、上記所定のpHを、高吸水性ポリマー不活化ステップの開始時点、例えば、衛生用品構成資材を、酸含有水溶液に浸漬する際において少なくとも満たすことが好ましい。高吸水性ポリマーを不活化させるためであり、高吸水性ポリマーの不活化が不十分な場合には、高吸水性ポリマーの不活化が十分に行われず、続く高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、高吸水性ポリマーを分解させにくくなる場合がある。
本開示の製造方法では、上記所定のpHを、高吸水性ポリマー不活化ステップの終了時点で満たすことが好ましい。高吸水性ポリマーを不活化させ続ける観点からである。
上記高吸水性ポリマーは、当技術分野で、酸基を有する高吸水性ポリマーとして用いられているものであれば、特に制限されず、例えば、カルボキシル基、スルホ基等を含むものが挙げられ、カルボキシル基を含むものが好ましい。
カルボキシル基を含む高吸水性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸塩系、ポリ無水マレイン酸塩系のものが挙げられ、スルホ基等を含む高吸水性ポリマーとしては、ポリスルホン酸塩系のものが挙げられる。
上記パルプ繊維は、衛生用品に含まれうるものであれば、特に制限されない。
なお、高吸水性ポリマーを不活化するための酸は、高吸水性ポリマーを効率的に不活化するため、高吸水性ポリマー中の酸基の酸解離定数(pKa,水中)よりも小さい酸解離常数(pKa,水中)を有することが好ましい。
上記酸が複数の酸基を有する場合、例えば、上記酸が二塩基酸又は三塩基酸である場合には、上記酸の酸解離定数(pKa,水中)のうち最も大きな酸解離定数(pKa,水中)が、高吸水性ポリマーの酸基の酸解離定数(pKa,水中)よりも小さいことが好ましく、そして高吸水性ポリマーが複数種の酸基を有する場合には、上記酸の酸解離定数(pKa,水中)のうち最も大きな酸解離定数(pKa,水中)が、高吸水性ポリマーの複数種の酸基のうち最も小さな酸解離定数(pKa,水中)よりも小さいことが好ましい。高吸水性ポリマーの不活化の効率の観点からである。
本明細書では、酸解離常数(pka,水中)は、電気化学会編集の電気化学便覧に記載の値を採用することができる。
電気化学便覧によると、主要な化合物の酸解離常数(pka,水中,25℃)は、以下の通りである。
[有機酸]
・酒石酸:2.99(pKa1),4.44(pKa2
・リンゴ酸:3.24(pKa1),4.71(pKa2
・クエン酸:2.87(pKa1),4.35(pKa2),5.69(pKa3
[無機酸]
・硫酸:1.99
電気化学便覧に記載されていない酸の酸解離常数(pka,水中)は、測定により求めることができる。酸の酸解離常数(pka,水中)を測定することができる機器としては、例えば、Sirius社製の化合物物性評価分析システム,T3が挙げられる。
本開示の製造方法では、衛生用品構成資材を、酸含有水溶液に浸漬することができれば、具体的な手法は特に限定されず、例えば、酸含有水溶液を含む槽に、衛生用品構成資材を投入してもよく、そして衛生用品構成資材が配置されている槽に、酸含有水溶液を投入してもよい。
上記衛生用品は、パルプ繊維と、高吸水性ポリマーとを含むものであれば、特に制限されず、例えば、使い捨ておむつ、使い捨てショーツ、生理用ナプキン、パンティーライナー、尿取りパッド、ベッド用シート、ペット用シート等が挙げられる。
上記衛生用品としては、例えば、液透過性シートと、液不透過性シートと、それらの間の吸収体(吸収コア及びコアラップ)とを含むものが例示される。
本開示の製造方法では、不活化ステップにおける衛生用品構成資材は、パルプ繊維と、高吸水性ポリマーとの混合物、例えば、使用済の衛生用品から取り出した吸収コアであることができる。また、衛生用品構成資材は、衛生用品そのものであってもよい。
酸含有水溶液に浸漬すべき衛生用品構成資材が、パルプ繊維及び高吸水性ポリマー(以下、「特定資材」と称する場合がある)に加え、追加の資材(以下、「非特定資材」と称する場合がある)、例えば、液透過性シート、液不透過性シート等を含む場合、例えば、衛生用品構成資材として、衛生用品そのものを、酸含有水溶液に浸漬する場合には、不活化ステップの後、そして後述する高吸水性ポリマー分解ステップの前に、非特定資材を除去する除去ステップ(以下、「除去ステップ」と称する場合がある)をさらに含むことができる。そうすることにより、二酸化塩素が、非特定資材を分解することを抑制し、二酸化塩素が、高吸水性ポリマーを効率よく分解することができる。
なお、上記除去ステップでは、非特定資材の全部を除去してもよく、そして非特定資材の一部を除去してもよい。
上記除去ステップの具体例については、図1に示されるシステム1、並びに図3に示されるフローチャートに関連して後述する。
本開示の製造方法では、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に二酸化塩素発生材料を添加し、二酸化塩素発生材料と、酸とを反応させることにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて上記パルプ繊維を殺菌することができる。そうすることにより、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液中有の菌量を少なくする(パルプ繊維に付着する菌量を少なくする)ことができ、ひいては製造されるリサイクルパルプ繊維に、使用済みの衛生用品に含まれる排泄物に由来する菌が残存しにくくなる。
本開示の製造方法において、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に二酸化塩素発生材料を添加する場合には、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に、高吸水性ポリマー分解ステップにおける二酸化塩素の濃度よりも低濃度の二酸化塩素を発生させることが好ましい。そうすることにより、不活化ステップにおいて、高吸水性ポリマーの分解を抑制しつつ、酸含有水溶液中有の菌量を少なくする(パルプ繊維に付着する菌量を少なくする)ことができる。また、衛生用品構成資材が、非特定資材を含む場合には、二酸化塩素が、非特定資材を酸化することに消費されることを抑制することができる。
酸含有水溶液を殺菌するために必要な二酸化塩素の濃度(量)は、高吸水性ポリマーを酸化し、分解させるための二酸化塩素の濃度(量)よりも少なく、そして二酸化塩素発生材料と、酸とを反応させることにより、酸含有水溶液のpHが上がる傾向があるため、上述の濃度関係(量関係)を有することが好ましい。
不活化ステップでは、例えば、酸含有水溶液を含む不活化槽中で、衛生用品構成資材を、温度にもよるが、約5〜60分攪拌することにより、高吸水性ポリマーを不活化することができる。
不活化ステップにおける酸含有水溶液の温度は、特に制限がなく、例えば、室温(25℃)であることができ、そして室温よりも高温であってもよい。
具体的には、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に二酸化塩素発生材料を添加しない場合には、不活化ステップにおける酸含有水溶液の温度は、好ましくは室温よりも高温、より好ましくは60〜100℃、さらに好ましくは70〜95℃、そしてさらにいっそう好ましくは80〜90℃に保持する。そうすることにより、酸含有水溶液に含まれる酸により、酸含有水溶液に含まれる、排泄物等に由来する菌を殺菌しやすくなる。
不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に二酸化塩素発生材料を添加する場合には、不活化ステップにおける酸含有水溶液の温度は、好ましくは低温、より好ましくは5〜30℃、さらに好ましくは10〜25℃、そしてさらにいっそう好ましくは15〜20℃に保持する。そうすることにより、二酸化塩素発生材料から発生する二酸化塩素が、酸含有水溶液に含まれる、排泄物等に由来する菌を殺菌することができる一方で、酸が高吸水性ポリマーを不活化する前に、酸が、二酸化塩素材料と反応して消費されることと、二酸化塩素が高吸水性ポリマーを分解することを抑制することができる。
<高吸水性ポリマー分解ステップ>
高吸水性ポリマー分解ステップでは、不活化ステップを経た酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された高吸水性ポリマーを分解する。
酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料としては、例えば、亜塩素酸塩、例えば、亜塩素酸のアルカリ金属塩、例えば、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸リチウム等が挙げられる。
高吸水性ポリマー分解ステップでは、上記二酸化塩素発生材料は、パルプ繊維と、不活化した高吸水性ポリマーとを含む衛生用品構成資材を含む酸含有水溶液に直接添加することができる。酸含有水溶液に添加する二酸化塩素発生材料の添加量は、特に制限なく、上記添加量が多いほど、高吸水性ポリマーを分解するのに必要な時間が短くなる傾向があり、そして上記添加量が少ないほど、高吸水性ポリマーを分解するのに必要な時間が長くなる傾向がある。目安として、例えば、上記二酸化塩素発生材料は、酸含有水溶液に含まれる高吸水性ポリマー(乾燥質量)の、好ましくは0.1倍〜100倍、より好ましくは1.0〜50倍量、そしてさらに好ましくは3.0〜30倍の質量比で添加される。
なお、上記乾燥質量は、高吸水性ポリマーを、70℃で24時間分間乾燥した後の質量を意味する。
上記二酸化塩素発生材料は、一度に全量を添加してもよく、連続的に添加してもよく、そして間欠的に、例えば、1時間おきに、所定の量を添加してもよい。例えば、上記二酸化塩素発生材料は、全量の20%を、1時間おきに、計5回に分けて酸含有水溶液に添加することができる。
高吸水性ポリマー分解ステップでは、酸含有水溶液を、高温、好ましくは40℃以上且つ100℃未満、より好ましくは50〜95℃、そしてさらに好ましくは60〜90℃の温度に保持する。そうすることにより、二酸化塩素発生材料から二酸化塩素が発生しやすくなるとともに、二酸化塩素のフリーラジカル部分が熱により活性化され、二酸化塩素の酸化力が高くなり、高吸水性ポリマーを分解するための時間を短くすることができる。
高吸水性ポリマー分解ステップの時間は、酸含有水溶液の温度、添加する二酸化塩素発生材料の量、製造すべきリサイクルパプルプ繊維の品質等によって変わりうるが、高吸水性ポリマー分解ステップは、好ましくは0.5〜10時間、より好ましくは1〜7時間、そしてさらに好ましくは2〜5時間実施することができる。
本開示の製造方法では、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液に浸漬すべき衛生用品構成資材が、非特定資材を含む場合であって、本開示の製造方法が、除去ステップをさらに含む場合には、除去ステップの後、酸含有水溶液の温度を上述の高温にすることが好ましい。そうすることにより、二酸化塩素が、高吸水性ポリマーに効率よく作用し、高吸水性ポリマーを効率よく分解することができる。
高吸水性ポリマー分解ステップでは、高吸水性ポリマーが不活化された状態を保持するために、少なくとも当該ステップの開始時点において、上述の所定のpH,すなわち、好ましくは4.5以下、より好ましくは4.0以下、さらに好ましくは3.5以下、そしてさらにいっそう好ましくは3.0以下のpHを有することが好ましく、そして好ましくは0.5以上、そしてより好ましくは1.0以上のpHを有する。
<リサイクルパルプ繊維回収ステップ>
リサイクルパルプ繊維回収ステップでは、高吸水性ポリマー分解ステップを経た酸含有水溶液から、リサイクルパルプ繊維を回収する。
リサイクルパルプ繊維の回収は、固液分離可能な装置であれば、特に制限なく用いることができ、固液分離可能な装置としては、例えば、ロータリードラムスクリーン、傾斜スクリーン、振動スクリーン等が挙げられる。
図1は、本開示の実施形態の1つに従う製造方法を実施するためのシステム1のブロック図である。図1は、本開示の実施形態の1つに従う製造方法を説明するための図であって,本開示を何ら制限するものではない。
システム1は、破袋装置11と、破砕装置12と、第1分離装置13と、第1除塵装置14と、第2除塵装置15と、第3除塵装置16と、二酸化塩素処理装置17と、第2分離装置18とを備える。
破袋装置11には、酸含有水溶液が充填されており、酸含有水溶液中で、使用済の衛生用品を含む収集袋に開孔部を形成する。破砕装置12は、酸含有水溶液の水面下に沈んだ使用済の衛生用品を、収集袋ごと破砕する。図2は、図1の破袋装置11及び破砕装置12の構成例を示す模式図である。
破袋装置11には、酸含有水溶液Bが充填されており、酸含有水溶液B中に沈降した収集袋Aに開孔部を形成し、使用済の衛生用品を含み、開孔部を有する収集袋91を形成する。破袋装置11は、溶液槽Vと、開孔形成部50とを含む。溶液槽Vは、酸含有水溶液Bを溜めている。開孔形成部50は、溶液槽V内に設けられており、収集袋Aが溶液槽Vに入れられたときに、収集袋Aの、酸含有水溶液Bに接する表面に開孔部を形成する。
開孔形成部50は、送り込み部30と、破袋部40とを含む。送り込み部30は、収集袋Aを(物理的且つ強制的に)溶液槽V内の酸含有水溶液B中に送り込む(引き込む)。送り込み部30は、例えば、攪拌機が挙げられ、撹拌羽根33と、撹拌羽根33を支持する支持軸(回転軸)32と、支持軸32を軸に沿って回転する駆動装置31とを備える。撹拌羽根33が、駆動装置31により回転軸(支持軸32)の周りを回転することで、酸含有水溶液Bに旋回流を起こす。送り込み部30は、旋回流により、収集袋Aを酸含有水溶液B(溶液槽V)の底部方向へ引き込む。
破袋部40は、溶液槽Vの下部(好ましくは底部)に配置されており、破袋刃41と、破袋刃41を支持する支持軸(回転軸)42と、支持軸42を軸に沿って回転する駆動装置43とを備える。破袋刃41は、駆動装置43により回転軸(支持軸42)の周りを回転することで、酸含有水溶液B(溶液槽V)の下部に移動した収集袋Aに開孔部を形成する。
破砕装置12は、酸含有水溶液Bの水面下に沈んだ収集袋A内の使用済の衛生用品を収集袋Aごと破砕する。破砕装置12は、破砕部60と、ポンプ63とを含む。破砕部60は、溶液槽Vと配管61で連接されており、溶液槽Vから排出された、使用済の衛生用品を含み、開孔部を有する収集袋91を、収集袋Aごと酸含有水溶液B中で破砕して、破砕物を含む酸含有水溶液92を形成する。
破砕部60としては、二軸破砕機(例えば、二軸回転式破砕機、二軸差動式破砕機、二軸せん断式破砕機)が挙げられ、例えば、スミカッター(住友重機械エンバイロメント株式会社製)が挙げられる。ポンプ63は、破砕部60と、配管62で連接されており、破砕部60で得られた、破砕物を含む酸含有水溶液92を、破砕部60から引き出して、次工程へ送出する。ただし、破砕物は、パルプ繊維、高吸水性ポリマー、収集袋Aの素材、フィルム、不織布、弾性体等を含む資材を含んでいる。
第1分離装置13は、破砕装置12で得られた、破砕物を含む酸含有水溶液92を撹拌して、破砕物から汚れ(排泄物等)を除去する洗浄を行いつつ、破砕物を含む酸含有水溶液92から、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、異物が除去された酸含有水溶液93を分離して、第1除塵装置14へ送出する。
第1分離装置13としては、例えば、洗濯槽兼脱水槽及びそれを囲む水槽を備える洗濯機が挙げられる。ただし、洗濯槽兼脱水槽(回転ドラム)が洗浄槽兼ふるい槽(分離槽)として用いられる。上記洗濯機としては、例えば、横型洗濯機ECO−22B(株式会社稲本製作所製)が挙げられる。
第1除塵装置14は、複数の開口を有するスクリーンにより、異物が除去された酸含有水溶液93中に存在する異物をさらに除去し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、異物がより除去された酸含有水溶液94を形成する。第1除塵装置14としては、例えば、スクリーン分離機が挙げられる(粗スクリーン分離機)、具体的には、例えば、パックパルパー(株式会社サトミ製作所製)が挙げられる。
第2除塵装置15は、複数の開口を有するスクリーンにより、第1除塵装置14から送出された、異物がより除去された酸含有水溶液94から、さらに細かい異物を除去し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、異物がさらに除去された酸含有水溶液95を形成する。第2除塵装置15としては、例えば、スクリーン分離機、具体的には、例えば、ラモスクリーン(相川鉄工株式会社製)が挙げられる。
第3除塵装置16は、遠心分離により、第2除塵装置15から送出された、異物がさらに除去された酸含有水溶液95から、さらにいっそう異物を除去し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96を形成する。第3除塵装置16としては、例えば、サイクロン分離機、具体的には、ACT低濃度クリーナー(相川鉄工株式会社製)が挙げられる。
二酸化塩素処理装置17では、第3除塵装置16から送出された、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加し、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素の酸化力により、不活化された高吸水性ポリマーを酸化分解、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを除去する。次いで、リサイクルパルプ繊維を含む酸含有水溶液97を排出する。
第2分離装置18は、複数の開口を有するスクリーンを用いて、二酸化塩素処理装置17にて処理された、リサイクルパルプ繊維を含む酸含有水溶液97から、リサイクルパルプ繊維を分離する。第2分離装置18としては、例えば、スクリーン分離機が挙げられる。
図3は、図1に示されるシステム1を用いた、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法を説明するフローチャートである。図3に示されるフローチャートは、例示であり、本開示を何ら制限するものではない。
図3には、不活化ステップS1、除去ステップS2、高吸水性ポリマー分解ステップS3、及びリサイクルパルプ繊維回収ステップS4が示されている。不活化ステップS1は、開孔部形成工程P11と、破砕工程P12とを含み、除去ステップS2は、第1分離工程P13と、第1除塵工程P14と、第2除塵工程P15と、第3除塵工程P16とを含み、高吸水性ポリマー分解ステップS3は、二酸化塩素処理工程P17を含み、そしてリサイクルパルプ繊維回収ステップS4は、第2分離工程P18を含む。以下、詳細に説明する。
開孔部形成工程P11は、破袋装置11を用いて実施される。使用済の衛生用品を封入した収集袋Aが、酸含有水溶液Bを溜めた溶液槽Vに投入されて、収集袋Aにおける酸含有水溶液Bに接する表面に開孔部を形成する。酸含有水溶液Bは、収集袋Aに開孔部が形成されたとき、収集袋A内の使用済の衛生用品の汚れ、菌類、臭気等が外部に放出しないように、収集袋Aの周りを囲んで封止する。上記開孔部から酸含有水溶液が収集袋A内に浸入すると、収集袋A内の気体が収集袋Aの外部へ抜け、収集袋Aの比重が酸含有水溶液Bより重くなり、収集袋Aが酸含有水溶液B内に沈降する。また、酸含有水溶液B内の酸は、収集袋A内の使用済の衛生用品内の高吸水性ポリマーを不活化する。
使用済の衛生用品内の高吸水性ポリマーが不活化され、その吸水能力が低下することで、高吸水性ポリマーが脱水して、粒径が小さくなるので、後続の各工程での取り扱いが容易になり、処理の効率が向上する。不活化に酸を用いると、石灰、塩化カルシウム等を用いて高吸水性ポリマーを不活化する場合と比較して、パルプ繊維に灰分が残留しない利点があり、不活化の度合い(粒径、比重等の大きさ)をpHで調整し易い利点がある。
酸含有水溶液に浸漬すべき衛生用品構成資材が、非特定資材、例えば、液透過性シート、液不透過性シート等を含む場合、例えば、衛生用品構成資材として、衛生用品そのものを、酸含有水溶液に浸漬する場合には、特定資材を構成するパルプ繊維の大きさ、比重等と、高吸水性ポリマーの大きさ、比重等とが比較的近い方が好ましい。当該観点からも、不活化ステップにおいて、酸含有水溶液が、上述の所定のpHを有することが好ましい。
図2の破袋装置11では、撹拌羽根33の回転軸(支持軸32)の周りの回転により、酸含有水溶液Bに旋回流が生じて、収集袋Aが物理的に強制的に酸含有水溶液B(溶液槽V)の底部方向へ引き込まれる。そして、底部に移動してきた収集袋Aが、破袋刃41の回転軸(支持軸42)の周りの回転により、破袋刃41に接触して、収集袋Aに開孔部が形成される。
破砕工程P12は、破砕装置12により実行される。使用済の衛生用品を含み、開孔部を有する収集袋91が、酸含有水溶液Bとともに、溶液槽Vから破砕装置12に移動し、破砕装置12内で、収集袋A内の使用済の衛生用品が、収集袋Aごと酸含有水溶液B中で破砕される。
例えば、図2の破砕装置12では、まず、破砕部60により、溶液槽Vから酸含有水溶液Bと共に送出された、使用済の衛生用品を含み、開孔部を有する収集袋91が、収集袋Aごと酸含有水溶液B中で破砕される(液中破砕工程)。図2の破砕装置12において、ポンプ63により、破砕部60(液中破砕工程)で得られた、破砕物を含む酸含有水溶液92が破砕部60から引き出され(引出工程)、次工程へ送出される。
第1分離工程P13は、第1分離装置13により実行される。破砕装置12で得られた、破砕物を含む酸含有水溶液92を撹拌しながら、破砕物から汚れを除去する洗浄を行いつつ、破砕物を含む酸含有水溶液92を、特定資材及び酸含有水溶液(すなわち、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む酸含有水溶液)と、衛生用品の非特定資材とに分離する。その際、洗浄効果を高めるため、そして/又はpHを調整するために、別途、酸含有水溶液を添加してもよい。
その結果、破砕物を含む酸含有水溶液92から、異物が除去された酸含有水溶液93が、貫通孔を通過して分離されて、第1分離装置13から送出される。一方、破砕物を含む酸含有水溶液92のなかで、比較的大きな非特定資材は、貫通孔を通過できず、第1分離装置13内に残存するか、又は別経路で送出される。なお、破砕された非特定資材のうち小さなものは、第1分離装置13にて分離しきれず、異物が除去された酸含有水溶液93に含まれる。
ここで、第1分離装置13として洗濯機を用いるとき、ふるいとして機能する洗濯槽の貫通孔の大きさとしては、丸孔の場合には5mm〜20mmφが挙げられ、それ以外の形状の孔の場合には丸孔と略同一面積の大きさが挙げられる。
第1除塵工程P14は、第1除塵装置14により実行される。第1分離装置13から送出された、異物が除去された酸含有水溶液93をスクリーンに通し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む酸含有水溶液と、破砕された非特定資材(異物)とをさらに分離する。その結果、破砕された非特定資材(異物)は、スクリーンを通過できずに分離されて、異物がより除去された酸含有水溶液94が、第1除塵装置14から送出される。一方、破砕された非特定資材(異物)は、スクリーンを通過できず第1除塵装置14内に残存するか、又は別経路で送出される。なお、破砕された非特定資材のうちより小さなものは、第1除塵装置14にて分離しきれずに、異物がより除去された酸含有水溶液94に含まれる。
第2除塵工程P15は、第2除塵装置15により実行され、第1除塵装置14から送出された、異物がより除去された酸含有水溶液94をスクリーンに通し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む酸含有水溶液と、破砕された非特定資材(異物)とをさらに分離する。その結果、破砕された非特定資材(異物)が、スクリーンを通過できずに分離され、異物がさらに除去された酸含有水溶液95が、第2除塵装置15から送出される。一方、破砕された非特定資材(異物)は、スクリーンを通過できず第2除塵装置15内に残存するか、又は別経路で送出される。なお、破砕された非特定資材のうちさらに小さなものは、第2除塵装置15にて分離しきれずに、異物がさらに除去された酸含有水溶液95に含まれる。
第3除塵工程P16は、第3除塵装置16により実行され、第2除塵装置15から送出された、異物がさらに除去された酸含有水溶液95を、逆さ向きの円錐筐体内で遠心分離し、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む酸含有水溶液と、破砕された非特定資材(異物)とをさらにいっそう分離する。その結果、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96が、第3除塵装置16(サイクロン分離機)の上部から送出される。一方、破砕された非特定資材(異物)、特に、金属等の重い資材が、第3除塵装置16(サイクロン分離機)の下部から送出される。
なお、酸含有水溶液のpHは、高吸水性ポリマーの比重及び大きさと、パルプ繊維の比重及び大きさとが所定の範囲内にあるように調整されている。
二酸化塩素処理工程P17は、二酸化塩素処理装置17により実行される。第3除塵装置16から送出された、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96を、二酸化塩素処理装置17に投入し、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96を加熱し、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96の温度を、高温、例えば、40℃以上且つ100℃未満に維持する。
次いで、第3除塵装置16内の、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料として、亜塩素酸ナトリウムを添加し、二酸化塩素を発生させ、二酸化塩素により、高吸水性ポリマーを酸化させ、分解させる。亜塩素酸ナトリウムの量、並びに二酸化塩素の量は、経時で減少するため、亜塩素酸ナトリウムは、連続的、又は間欠的、例えば、1時間ごとに、異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液96に添加することができる。
二酸化塩素により、パルプ繊維に付着(例えば、パルプ繊維の表面に残存)していた高吸水性ポリマーが、水溶液に可溶な低分子量の有機物に変化し、パルプ繊維から除去される。また、二酸化塩素により、パルプ繊維の殺菌、漂白及び消臭等が行われ、リサイクルパルプ繊維を含む酸含有水溶液97が形成する。
第2分離工程P18は、第2分離装置18により実行され、二酸化塩素処理装置17にて処理された、リサイクルパルプ繊維を含む酸含有水溶液97が、複数のスリットを有するスクリーンを通過して、リサイクルパルプ繊維と、酸含有水溶液とを分離する。リサイクルパルプ繊維は、スクリーンを通過せずに、第2分離装置18に残存するか、又は別経路で送出する。
以下、例を挙げて本開示を説明するが、本開示はこれらの例に限定されるものではない。
[実施例1]
ポリアクリル酸系の高吸水性ポリマー(住友精化社製、アクアキープ、未使用品)を、70℃で24時間乾燥し、高吸水性ポリマーの乾燥質量:m3(g)を測定した。
温度:25±5℃及び湿度:65±5%RHの恒温恒湿室において、初期質量:m0(g)の高吸水性ポリマーを、質量比で150倍量の生理食塩水に10分間浸漬した。
浸漬後、高吸水性ポリマーの浸漬後質量:m4(g)を測定したところ、生理食塩水の吸収倍率は、86.6(g/g)(=m4/m3)であった。
温度:25±5℃及び湿度:65±5%RHの恒温恒湿室において、生理食塩水に10分浸漬後の高吸水性ポリマー(住友精化社製、アクアキープ、未使用品、乾燥質量:1.0g)86.6gと、脱イオン水300mLとをビーカーに入れ、撹拌を続けながら、ビーカーの内容物の温度を80℃に加温した。ビーカーに、亜硝酸ナトリウム:2.0gと、内容物のpHを調整するための氷酢酸:0.4mLとを添加した。ビーカーの内容物を、80℃に保持したまま撹拌を続け、そして1時間おきに亜硝酸ナトリウム:2.0g及び氷酢酸0.4mLを添加したところ、撹拌開始から4時間後(亜硝酸ナトリウム:2.0g及び氷酢酸:0.4mL×3回添加後)、高吸水性ポリマーが消失していた。
以上より、二酸化塩素が、高吸水性ポリマーを分解することができることが分かる。また、二酸化塩素を用いることにより、高吸水性ポリマーの少ない高品質のリサイクルパルプ繊維を得ることができることがわかる。
[実施例2]
ビーカーの内容物の温度を60℃に保持した以外は、実施例1と同様にして、高吸水性ポリマーを分解させたところ、撹拌開始から5時間後(亜硝酸ナトリウム2.0g及び氷酢酸:0.4mL×4回添加)、高吸水性ポリマーの残存率は44質量%であった。
なお、上記残存率は、以下の通り測定した。
(1)試験終了後のビーカーの内容物を、メッシュ(株式会社NBCメッシュテック製,250メッシュナイロンネット)に入れて5分間吊るし、それらの表面に付着した水分を除去する。
(2)メッシュ上の高吸水性ポリマーを、70℃で24時間分間乾燥し、その試験後乾燥質量:m2(g)を測定する。
(3)残存率(質量%)を、次の式:
残存率(質量%)=100×m2/1.0
により算出する。
[実施例3]
ビーカーの内容物の温度を40℃に保持した以外は、実施例1と同様にして、高吸水性ポリマーを分解させたところ、撹拌開始から5時間後(亜硝酸ナトリウム2.0g及び氷酢酸:0.4mL×4回添加)、高吸水性ポリマーの残存率は68質量%であった。
1 システム
11 破袋装置
12 破砕装置
13 第1分離装置
14 第1除塵装置
15 第2除塵装置
16 第3除塵装置
17 二酸化塩素処理装置
18 第2分離装置
91 使用済の衛生用品を含み、開孔部を有する収集袋
92 破砕物を含む酸含有水溶液
93 異物が除去された酸含有水溶液
94 異物がより除去された酸含有水溶液
95 異物がさらに除去された酸含有水溶液
96 異物がさらにいっそう除去された酸含有水溶液
97 リサイクルパルプ繊維を含む酸含有水溶液
S1 不活化ステップ
S2 除去ステップ
S3 高吸水性ポリマー分解ステップ
S4 リサイクルパルプ繊維回収ステップ
P11 開孔部形成工程
P12 破砕工程
P13 第1分離工程
P14 第1除塵工程
P15 第2除塵工程
P16 第3除塵工程
P17 二酸化塩素処理工程
P18 第2分離工程

Claims (6)

  1. パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む、使用済の衛生用品からリサイクルパルプ繊維を製造する方法であって、
    前記パルプ繊維と、酸基を有する高吸水性ポリマーとを含む、前記衛生用品を構成する衛生用品構成資材を、酸を含む酸含有水溶液に浸漬し、前記高吸水性ポリマーを不活化する不活化ステップ、
    前記不活化ステップを経た前記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加することにより、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて、不活化された前記高吸水性ポリマーを分解する高吸水性ポリマー分解ステップ、
    前記高吸水性ポリマー分解ステップを経た前記酸含有水溶液から、前記リサイクルパルプ繊維を回収するリサイクルパルプ繊維回収ステップ、
    を含むことを特徴とする前記方法。
  2. 前記不活化ステップにおいて、前記酸含有水溶液に、酸と反応して二酸化塩素を発生しうる二酸化塩素発生材料を添加し、二酸化塩素を発生させ、当該二酸化塩素を用いて前記パルプ繊維を殺菌する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記不活化ステップにおいて、前記高吸水性ポリマー分解ステップにおける前記二酸化塩素の濃度よりも低濃度の前記二酸化塩素を発生させる、請求項2に記載の方法。
  4. 前記不活化ステップにおいて、前記酸含有水溶液を、5〜30℃の温度に保持する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記高吸水性ポリマー分解ステップにおいて、前記酸含有水溶液を、40℃以上且つ100℃未満の温度に保持する、請求項3又は4に記載の方法。
  6. 前記衛生用品構成資材が前記衛生用品であり、前記不活化ステップの後且つ前記高吸水性ポリマー分解ステップの前に、前記衛生用品構成資材のうち前記パルプ繊維及び高吸水性ポリマーを除くものを除去する除去ステップをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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