JP2019189674A - 積層したチップ状または板状プラスチック複合材料の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
TASC法で使用できる半導体は高温、酸素雰囲気で安定な半導体であれば良い。従って、酸化物半導体が好んで用いられる。酸化物半導体の例として、BeO、CaO、CuO、Cu2O、SrO2、BaO、MgO、NiO、CeO2、MnO、GeO、PbO、TiO、VO、ZnO、FeO、PdO、Ag2O、TiO2、MoO2、PbO2、IrO2、RuO2、Ti2O3、ZrO2、Y2O3、Cr2O3、ZrO2、WO3、MoO3、WO2、SnO2、Co3O4、Sb2O3、Mn3O4、Ta2O5、V2O5、Nb2O5、MnO3、Fe2O3、Y2O2S、MgFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、ZnCo2O4、MgCr2O4、FeCrO4、CoCrO4、CoCrO4、ZnCr2O4、CoAl2O4、NiAl2O4等がある。この中で、酸化クロム(Cr2O3)は高温安定性(融点:約2200℃)に優れ、さらに飲料用のガラス瓶の染色にも使われる安全な材料である。また、酸化鉄(α−Fe2O3:ヘマタイト)は、安定性はCr2O3には及ばないが、安全で廉価な材料であるので実用性が高い。
さらに、加熱処理室にVOC(Volatile Organic Compounds、揮発性有機化合物)浄化装置を連結し、合わせガラスなどのプラスチックまたはプラスチック複合材料をTASC法により分解し、無害のガスに浄化する処理装置についても提案した(特許文献3)。
TASC法で用いる酸化物半導体をTASC触媒と呼ぶが、この触媒は「何回でも使うことが出来る」と言う意味で「触媒」に分類される。しかし、通常の化学触媒とは全く異なる機能を有する。化学触媒は、触媒物質と反応物質が活性錯合体を形成し、活性化エネルギーの低い反応パスを経由して反応を低温で進行させるものである。これに対し、TASC触媒は、上述のメカニズムにより、ポリマー等の被分分解物を不安定化し、さらに小分子化して十分な酸素下で完全燃焼させるものである。
これらの応用例は、ポリマー(重合体)等の巨大分子をTASC法により裁断化し、裁断化されたて分子を空気中の酸素と反応させて水とを炭酸ガスに分解するものであった。
近年、FRPなどのプラスチック複合材料は大量に廃棄されるようになってきており、今後ともその量は増え続けることが見込まれる。特に、色々な形態をとるFRP等のプラスチック複合材料を大量に一度に処理する方法の確立が望まれている。例えば、板状のFRP等の複合材料は単に、TASC触媒担持ハニカム上に載せるだけで、容易に処理が行える。しかし、大量の処理を行うには、これに見合った触媒担持ハニカムの枚数が必要となる。また、モールド・モータ等の任意形状の複合材料の場合には、半導体をディップ・コーティングして処理することが可能である。しかし、FRP等の製作段階で発生する端材、あるいは回転カンナ等で切削されたチップや配電線等に対しては、既存のTASC法では小片1つ1つに触媒担持ハニカムを接触させるか、半導体をディップ法で被覆する以外に方法はなかった。デイップ法の処理においては、処理過程で被処理物質内の有価物と半導体の粉体が混ざりあうので、デイップ法は限定的であった。
前段落で述べたラジカルのジャンプは、ポリマー母体の中では起こるが、個別の複合化合物間で起こることは期待できない。その理由は、固体物間では(同一のポリマー母体内のように)ポリマー鎖同士が絡み合う程度まで近接していないと判断されるからである。しかし、逆に、固体間の距離を、ポリマー鎖同士が絡み合う程度まで接近させることが出来れば、ラジカルは、固体物間をも伝播できる可能性があると考えた。例えば、FRP板を積層させる、あるいは、積層上部に重量のある別の触媒担持ハニカムを載せるとか、必要に応じて重量物で荷重をかけて、常時、固体物を近接させることが肝要である。チップ状試料の場合にも、触媒担持ハニカム上に一面に敷き詰め、上記と同様の処理を行えば上部に別の触媒担持ハニカムを載せて、同様な処理で固体物間のラジカルの移動が可能となると考えた。考察の基、鋭意試行を重ね、本発明をなすに至った。
本発明において板状FRPあるいはFRPチップなどのプラスチック複合材料を積層するに際し、各層同士が強く接触することが必須である。強く接触するとは、各層の境界に存在するポリマー鎖同士が近接していて、ポリマー鎖間でTASC効果に必要なラジカル・ジャンプが起こることを意味する。各層間が全面で強く接触している必要はなく、部分的に強く接触すればここを介して層間のラジカル・ジャンプが起こり、以後は層内のラジカル伝播により反応が進む。
チップの大きさ、形状、平板性などが同じような場合には、均一な積層が期待できるので、単に積層するだけでプラスチック複合材料の自重により各層間がラジカル・ジャンプが起こるに十分な強さで接触しうる。チップの形状が不定形である場合や歪みがある場合などは強く接触させるための工夫が必要となる。強く接触させる方法、手段としては積層した最上層の上面に重りを配置するのが最も簡便である。最上層の上面と最下層の下面に耐熱性の板を配置し、板同士をネジの締め付け強度を調整しながら連結する方法もある。上記のラジカル・ジャンプが起こる程度に積層同士を強く接触することができれば他の方法、手段でも良い。
(比較例1)
(比較例2)
(比較例3)
2 FRPチップ
3 炉
4 空気導入口
5 酸化物半導体を担持した通気性を有する構造体
6 排気口
7 VOC浄化装置
8 アルミナ板
9 FRP板
Claims (7)
- チップ状または板状のプラスチック複合材料を積層し、前記プラスチック複合材料同士を強く接触させ、前記積層したプラスチック複合材料の少なくとも一つの面に酸化物半導体を接触させ、前記酸化物半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度で、前記正孔の酸化力を利用して、前記プラスチック複合材料のポリマー母体内にラジカルを発生させ、前記ラジカルは前記プラスチック複合材料内及び積層した前記プラスチック複合材料間を伝播し、前記ラジカルにより不安定化したポリマーには小分子化が誘起され、酸素の存在下、すべての層の前記プラスチック複合材料に含まれる有機物が水と二酸化炭素に分解されることを特徴とするプラスチック複合材料の処理方法。
- 前記プラスチック複合材料は繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項1に記載のプラスチック複合材料の処理方法。
- チップ状または板状のプラスチック複合材料を積層し、前記プラスチック複合材料同士を強く接触させる手段を有し、前記積層したプラスチック複合材料の少なくとも一つの面に酸化物半導体を接触させた状態で炉内に配置し、前記炉は空気導入口と排気口と加熱機構を有し、前記酸化物半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度で、前記正孔の酸化力を利用して、前記プラスチック複合材料のポリマー母体内にラジカルを発生させ、前記ラジカルは前記プラスチック複合材料内及び積層した前記プラスチック複合材料間を伝播し、前記ラジカルにより不安定化したポリマーには小分子化が誘起され、酸素の存在下、すべての層の前記プラスチック複合材料に含まれる有機物が水と二酸化炭素に分解されることを特徴とするプラスチック複合材料の処理装置。
- 前記プラスチック複合材料は繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項3に記載のプラスチック複合材料の処理装置。
- 前記プラスチック複合材料同士を強く接触させる手段は前記最上層前記プラスチック複合材料の上面に載せる重りであることを特徴とする請求項3または4に記載のプラスチック複合材料の処理装置。
- 前記炉内の六方の壁付近には酸化物半導体を担持した通気性を有する構造体が前記積層されたプラスチック複合材料を包囲するように配置され、前記積層されたプラスチック複合材料から発生するガスが前記構造体を通過する際に、酸素の存在下、前記酸化物半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度で、前記正孔の酸化力を利用して、前記ガスが水と二酸化炭素に完全分解されることを特徴とする請求項3または4に記載のプラスチック複合材料の処理装置。
- 前記炉の前記排気口には、酸化物半導体を担持した通気性を有する構造体を備えたVOC浄化装置が連結され、前記構造体が酸素の存在下、前記酸化物半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度で、前記正孔の酸化力を利用して、前記ガスが水と二酸化炭素に完全分解されることを特徴とする請求項3ないし5に記載のプラスチック複合材料の処理装置。
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