JP2020001021A - 無機材料の処理方法及び再生材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱い時の皮膚への刺激が少ない無機材料が得られる無機材料の処理方法の提供。【解決手段】無機材料を液体に接触させる工程を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、無機材料の処理方法。【選択図】図１

Description

本発明は、無機材料の処理方法及び再生材料の製造方法に関する。

樹脂等の有機材料と、炭素等の無機材料とを複合化したシート状の複合材料は、様々な分野で利用されている。このような複合材料としては、樹脂と炭素繊維を含むカーボン繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ、ＣＦＲＰ）、樹脂とガラス繊維を含むガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ、ＧＦＲＰ）等が知られている。

また、使用済みの複合材料の廃棄量が近年増大する傾向にあり、その再生利用技術の開発が検討されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、有機材料を分解しうる処理液で複合材料を処理し、有機材料を分解して無機材料を回収する方法が記載されている。

特開２００１−１７２４２６号公報 特開２００２−１９４１３７号公報

上述したような無機材料を含む複合材料の製造工程、又は無機材料を含む複合材料の再生利用工程においては、微細な無機材料が取り扱い中に飛散して作業者の皮膚に付着し、チクチクする等の違和感を生じる場合がある。

上記に鑑み、本発明の一態様は、取り扱い時の皮膚への刺激が少ない無機材料が得られる無機材料の処理方法及び再生材料の製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞無機材料を液体に接触させる工程を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、無機材料の処理方法。
＜２＞前記無機材料と接触した後の前記液体から最大径が５０μｍ以上の物体を除去し、除去後の前記液体を再度前記無機材料に接触させる工程を含む、＜１＞に記載の無機材料の処理方法。
＜３＞前記除去はフィルターを用いて行われる、＜２＞に記載の無機材料の処理方法。
＜４＞前記無機材料は炭素繊維である、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の無機材料の処理方法。
＜５＞前記無機材料は複合材料から回収したものである、＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の無機材料の処理方法。
＜６＞複合材料から回収した無機材料を液体に接触させる工程を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、再生材料の製造方法。

本発明の一態様によれば、取り扱い時の皮膚への刺激が少ない無機材料が得られる無機材料の処理方法及び再生材料の製造方法が提供される。

本開示の方法で使用する処理装置の構成の一例を示す概略図である。

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。
本明細書において「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。
本明細書において「〜」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。
本明細書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、本明細書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。

＜無機材料の処理方法＞
本開示の無機材料の処理方法は、無機材料を液体に接触させる工程（接触工程）を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、無機材料の処理方法である。

上記方法により処理された無機材料は、微細な無機材料の含有量が低減している。このため、無機材料の取り扱い時における微細な無機材料の飛散が抑制され、作業者の皮膚への刺激を少なくすることができる。

無機材料に接触させる液体の種類は、特に制限されない。例えば、無機材料が有機材料との複合材料から回収したものである場合は、複合材料に含まれていた有機材料を分解して除去するための液体（処理液）であっても、有機材料を分解して除去した後の無機材料を洗浄するための液体（洗浄液）であってもよい。

無機材料と液体との接触は、複数回行ってもよい。この場合は、少なくとも最後に無機材料と接触させる液体との接触を、無機材料と接触した後の液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行う。例えば、無機材料を処理液を用いて処理した後に洗浄液で洗浄する場合は、少なくとも洗浄液（洗浄を複数回行う場合は、最後に使用する洗浄液）との接触を、無機材料と接触した後の洗浄液に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行う。

無機材料と液体との接触を、液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行う方法は、特に制限されない。例えば、無機材料と接触させた液体を未使用の液体に交換しながら複数回の接触を実施してもよい。

液体の利用効率の観点からは、無機材料と接触させた液体を交換せずに複数回の接触を実施してもよい。例えば、無機材料と接触した後の液体から最大径が５０μｍ以上の物体を除去し、除去後の液体を再度前記無機材料に接触させてもよい。あるいは、無機材料と接触した後の液体に未使用の液体を混合して、最大径が５０μｍ以上の物体の濃度を低減させてもよい。

無機材料と接触した後の液体から最大径が５０μｍ以上の物体を除去する方法は特に制限されず、公知の手法を適用できる。たとえば、フィルターを用いてもよい。フィルターの孔径によって、液体中に含まれる微細な無機材料の量、フィルターにより捕捉される微細な無機材料のサイズ等を制御することができる。例えば、フィルターの孔径は５０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以下とすることがより好ましく、１０μｍ以下とすることがさらに好ましい。フィルターを用いる場合、その数は特に制限されず、１つであっても２つ以上であってもよい。

ある実施態様では、上記方法は、無機材料に液体を接触可能な処理装置を用いて行ってもよい。処理装置の具体的な構成は、特に制限されない。例えば、図１に示すように、無機材料１を収容する容器２と、容器２に液体を供給する配管３と、容器２から液体を回収する配管４と、配管３及び配管４の間に配置され、液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体を除去するフィルター５と、液体を流動させるポンプ６とを備える装置であってもよい。図１に示す処理装置は、必要に応じて他の手段を備えていてもよい。

図１に示す処理装置では、配管３と配管４の内部を液体が矢印で示す方向に流動する。配管３と配管４はフィルター５を介して連結しており、容器２から回収された液体は配管４、フィルター５、配管３をこの順に通過して再び容器２に供給される。再び容器２に供給される液体は、フィルター５によって最大径が５０μｍ以上の物体が除去されている。容器２への液体の供給と回収を、液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで繰り返すことで、微細な無機材料の残存量が低減した再生材料を得ることができる。

無機材料と接触させた後の液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行う際の「所定の基準」は、特に制限されるものではなく、得られる無機材料に残存する微細な無機材料の量等を考慮して設定できる。

皮膚への指摘を低減する観点からは、上記方法は、無機材料と接触させた後の液体に含まれる最大径が２０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行うことが好ましく、最大径が１０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行うことがより好ましい。

無機材料は、飛散しにくい又は皮膚への刺激を生じない程度の大きさの物体を含んでいてもよい。したがって、上記方法は、例えば、無機材料と接触させた後の液体に含まれる最大径が５０μｍ〜１ｍｍの物体の量が所定の基準以下となるまで行うものであってもよい。

無機材料が複合材料から回収したもの（再生材料）である場合、複合材料から回収した無機材料を得る方法は、特に制限されない。例えば、複合材料に含まれる有機材料を分解しうる処理液を用いて有機材料を分解し、無機材料を回収する方法（溶解法）、及び複合材料に含まれる有機材料が分解しうる温度に加熱して有機材料を分解し、無機材料を回収する方法（燃焼法）等が挙げられる。必要に応じ、複数の方法を組み合わせてもよい。

無機材料の回収を処理液を用いて行う場合の処理液は、特に制限されない。例えば、複合材料が有機材料としてエステル結合を含有する樹脂を含む場合は、エステル結合の分解を生じる処理液を用いてもよい。

処理液としては、有機溶媒と、必要に応じて分解触媒とを含むものが挙げられる。有機溶媒の種類は特に制限されない。例えば、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、アミド系溶媒、及びエステル系溶媒が挙げられる。

アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、 １−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、イソペンチルアルコール、ｔｅｒｔ−ペンチルアルコール、３−メチル−２−ブタノール、ネオペンチルアルコール、１−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−エチル−１−ブタノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、シクロヘキサノール、１−メチルシクロヘキサノール、２−メチルシクロヘキサノール、３−メチルシクロヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール（分子量２００〜４００）、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、グリセリン、ジプロピレングリコール、ベンジルアルコール等が挙げられる。

ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、２−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、ホロン、イソホロン、アセチルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。

エーテル系溶媒としては、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アニソール、フェネトール、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセタール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセタール等が挙げられる。

アミド系溶媒としては、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル尿素、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、カプロラクタム、カルバミド酸エステル等が挙げられる。

エステル系溶媒としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、３−メトキシブチルアセタート、２−エチルブチルアセタート、２−エチルヘキシルアセタート、酢酸シクロヘキシル、酢酸ベンジル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソペンチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸イソペンチル、イソ酪酸イソブチル、イソ吉草酸エチル、イソ吉草酸イソペンチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、γ−ブチロラクトン、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジブチル、マロン酸ジエチル、サリチル酸メチル、エチレングリコールジアセタート、ホウ酸トリブチル、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等が挙げられる。

上記した有機溶媒の中でも、変性しにくさの観点からはアルコール系溶媒が好ましく、ベンジルアルコール及び１，４−ブタンジオールからなる群より選択される少なくとも１種がより好ましく、ベンジルアルコールが更に好ましい。処理液に含まれる有機溶媒は、１種のみであっても、２種以上であってもよい。

処理液が分解触媒を含む場合、分解触媒としてはリン酸塩等のアルカリ金属化合物、金属水酸化物などが挙げられる。リン酸塩としてはリン酸三カリウム、リン酸三ルビジウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三リチウム等が挙げられる。金属水酸化物としては水酸化ルビジウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。

中でも安全性の観点からはリン酸塩が好ましく、リン酸三カリウムであることがより好ましい。処理液に含まれる分解触媒は、１種のみであっても、２種以上であってもよい。

複合材料と処理液が接触している時間は、特に制限されない。例えば、６０分〜６００分の範囲であってよく、９０分〜２４０分の範囲であることが好ましい。

複合材料と処理液が接触しているときの処理液の温度は、特に制限されない。例えば、１５０℃以上であってもよく、１８０℃以上であってもよい。処理液の温度の上限は特に制限されず、処理液の沸点未満であればよい。

複合材料と処理液を接触させた後、有機材料の分解物を含む処理液から無機材料を回収する。回収の方法は、特に制限されない。例えば、複合材料と処理液の接触を容器中で行った場合は、処理液を先に容器から取り出してもよく、無機材料を先に容器から取り出してもよい。

使用後の処理液は、廃棄しても、再利用してもよい。処理液を再利用する場合、処理液からの有機材料の分解物の除去、未使用の処理液の追加などの、何らかの処理を必要に応じて実施してもよい。

無機材料の回収を処理液を用いて行う場合、回収した無機材料を洗浄液で洗浄してもよい。洗浄液の種類は特に制限されず、水、有機溶媒等が挙げられる。洗浄液は、必要に応じて界面活性剤等の添加剤を含有してもよい。

無機材料を回収するための複合材料として具体的には、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等が挙げられる。複合材料は、使用済みの状態であっても、未使用（例えば、複合材料を含む製品の製造過程で生じる端材）の状態であってもよい。

複合材料から回収される無機材料としては、炭素（カーボン）、ガラス、セラミックス、金属、半導体等が挙げられる。複合材料中における無機材料の形状は特に制限されず、繊維状、クロス状、粒子状、層状、板状、棒状等が挙げられる。複合材料から回収される無機材料は、１種のみであっても、２種以上であってもよい。ある実施態様では、無機材料は炭素繊維であってもよい。

複合材料に含まれる有機材料としては、樹脂が挙げられる。複合材料が樹脂を含む場合、繊維状の無機材料に樹脂を含浸させた状態（プリプレグ）であってもよい。
複合材料が硬化性の樹脂を含む場合、複合材料は樹脂が完全に硬化していない状態（Ｂステージ）であっても、完全に硬化した状態（Ｃステージ）であってもよい。

複合材料は、切断片の状態であってもよい。切断片の大きさは特に制限されず、処理装置の大きさ、目的となる再生材料の状態等を考慮して設定できる。例えば、切断片の最大径（切断片を互いに平行な２つの平面で挟んだときに平面間の距離が最大となるときの距離）が１０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲となる大きさであってもよい。

複合材料に含まれる無機材料が繊維状の無機材料の織物の状態である場合は、繊維の方向に沿って四角形に複合材料を切断してもよい。これにより、長さの揃った無機材料を回収することができる。

炭素繊維が複合材料から回収されたものであるか否かは、例えば、炭素繊維が集束体を形成していない繊維を含んでいるか否かにより判断することができる。複合材料に含まれる炭素繊維は、通常、複数の単繊維（フィラメント）が集束体（ストランド）を形成した状態となっている。従って、炭素繊維が集束体を形成していない繊維を含んでいる場合には、当該炭素繊維が複合材料から回収されたものであると判断することができる。

（その他の工程）
本開示の方法は、必要に応じて上述した工程以外の工程を含んでいてもよい。具体的には、無機材料のサイズ（繊維長等）を調整する工程、無機材料を表面処理剤で表面処理する工程などが挙げられる。

上記方法で処理された無機材料の用途は、特に制限されない。例えば、樹脂との複合材料、断熱材、電磁波遮蔽フィルム等の原料として利用できる。
特に、上記方法で処理された無機材料が繊維状の再生材料である場合、不織布の材料として好適に使用できる。

上記方法で製造された無機材料が繊維状である場合、その長さは特に制限されない。例えば、１ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であってもよい。

＜再生材料の製造方法＞
本開示の再生材料の処理方法は、複合材料から回収した無機材料を液体に接触させる工程（接触工程）を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、再生材料の製造方法である。

上記方法により製造された再生材料（上記処理後の無機材料）は、微細な無機材料の残存量が低減している。このため、取り扱い時における微細な無機材料の飛散が抑制され、作業者の皮膚への刺激を少なくすることができる。

上記方法における複合材料、無機材料、及び接触工程の詳細及び好ましい態様は、上述した無機材料の処理方法における複合材料、無機材料、及び接触工程の詳細及び好ましい態様と同様である。

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明するが、本実施形態はこの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
無機材料として、炭素繊維とエポキシ樹脂を含むＢステージのＣＦＲＰシートから溶解法により回収した炭素繊維（２００ｇ）を準備した。この炭素繊維を、図１に示す構成の処理装置の容器２（１００リットル）に配置し、洗浄液としての水を配管３から供給した。容器内に供給した水は、配管４から回収し、孔径が５μｍのフィルター５にて微細な炭素繊維を除去し、再び配管３から容器２に供給した。
上記洗浄工程を３回（２０分間）実施した。洗浄処理後の水は、長さが５０μｍ以上の炭素繊維をほとんど含んでいなかった。

＜実施例２＞
フィルター５として、孔径が２０μｍのフィルターを用いたこと以外は実施例１と同様にして、洗浄工程を３回（２０分間）実施した。洗浄処理後の水は、長さが５０μｍ以上の炭素繊維をほとんど含んでいなかった。

＜比較例１＞
フィルター５を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、洗浄工程を３回（２０分間）実施した。洗浄処理後の水は、長さが５０μｍ以上の炭素繊維を含んでいた。

＜評価＞
洗浄工程の終了後、処理装置から取り出した炭素繊維を乾燥し、飛散の発生と皮膚への違和感の程度を調べるために、炭素繊維を入れた箱を評価者が室内で運搬する試験を行った。評価は下記の基準で実施した。結果を表１に示す。

（飛散の発生）
ほとんど観察されなかった…Ａ
わずかに観察された…Ｂ
はっきりと観察された…Ｃ

（皮膚への違和感）
ほとんどチクチクしなかった…Ａ
わずかにチクチクした…Ｂ
著しくチクチクした…Ｃ

１…無機材料
２…容器
３、４…配管
５…フィルター
６…ポンプ

Claims (6)

1. 無機材料を液体に接触させる工程を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、無機材料の処理方法。
2. 前記無機材料と接触した後の前記液体から最大径が５０μｍ以上の物体を除去し、除去後の前記液体を再度前記無機材料に接触させる工程を含む、請求項１に記載の無機材料の処理方法。
3. 前記除去はフィルターを用いて行われる、請求項２に記載の無機材料の処理方法。
4. 前記無機材料は炭素繊維である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の無機材料の処理方法。
5. 前記無機材料は複合材料から回収したものである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の無機材料の処理方法。
6. 複合材料から回収した無機材料を液体に接触させる工程を含み、前記接触は、前記無機材料と接触した後の前記液体に含まれる最大径が５０μｍ以上の物体の量が所定の基準以下となるまで行われる、再生材料の製造方法。