JP2022031256A - ロールツーロール処理工程による溶剤ベースの再利用 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラスチック廃棄物を再利用するための改善された方法を提供する。【解決手段】プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を除去するための方法であり、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素と、第二のポリマー構成要素とを少なくとも備え、この方法は、前記プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴を通って移動させる工程を含み、前記溶剤は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、前記溶剤には不溶性である。【選択図】図1
Description
本発明は、ポリマーの再利用に関し、詳細には、ロールツーロール処理工程による溶剤ベースの再利用のための方法に関する。
プラスチックは、主としてそれが一般的には生分解性ではないことから、環境に対して多大な影響をもたらすことがよく知られている。毎年、プラスチック袋、ペレット、及びプラスチックボトル等、数百万トンのプラスチック製の物体が、最終的に海に流れ込み、時間と共に蓄積されている。前記プラスチック製の物体は、分解が非常に遅く、最終的には、重大な環境問題であるマイクロプラスチックを形成する。DDT及びBPA等の毒素がマイクロプラスチックに付着して前記問題を悪化させることが見出されている。また、海岸に打ち寄せられたプラスチック廃棄物が、遠く離れた地域でも見られる。プラスチック廃棄物、特にマイクロプラスチックは、動物の命を脅かし、肉や魚を消費した場合には人間にとっても危険である可能性がある。
プラスチックの再利用は、実際に生産されて環境中に排出されるプラスチック廃棄物の量を削減する持続可能な方法を提供する。この目的のために、プラスチック廃棄物を再利用する様々な機構が、次第に開発されてきた。
欧州特許出願公開第0359106(A2)号明細書には、汚染されたプラスチックを洗浄し、再利用する方法が開示されている。閉じた系の中で、プラスチックのチップが洗浄溶液で洗浄され、異なる種類のプラスチックが分離される。次に、再利用されるべきチップが、下流の段階で乾燥される。有害な蒸気の排出は回避され、溶剤は処理されてサイクルに戻される。
独国特許出願公開第4414750(A1)号明細書は、紙が混入している可能性のあるビスコースポリマー溶融物を洗浄するためのプロセス及び装置に関し、不純物は、遠心分離によってポリマー溶融物から分離される。
独国特許第19818183(C2)号明細書は、少なくとも2種類のプラスチック物質、又はプラスチック物質と金属物質とを含有する製品の構成要素を分離するための方法に関する。製品は、プラスチック物質の軟化温度まで加熱され、遠心分離機のローター中でその温度で遠心分離され、続いてプラスチック物質は、別個に廃棄される。
欧州特許出願公開第0894818(A)号明細書には、廃棄物材料からの可溶性ポリマー又はポリマー混合物の再生利用のためのプロセスが開示されており、このプロセスでは、(i)ポリマー又はポリマー混合物が、ポリマー系材料から選択的に溶解され;(ii)所望に応じて、不要な不溶性構成要素が、得られた溶液から除去され;(iii)所望に応じて、不要な可溶性構成要素が、溶液から除去され;(iv)ポリマー又はポリマー混合物が、ガス又はガス混合物の存在下、沈澱剤との乱流混合によって選択的に沈澱され;(v)沈澱したポリマー又はポリマー混合物が、液相から分離され;並びに(vi)所望に応じて、ポリマー又はポリマー混合物が乾燥される。好ましくは、さらに、可溶性ポリマー又は混合物は、得られた懸濁液からの分離後に、分離された不溶性構成要素から溶解され、及び/又は不溶性構成要素は、最終水洗工程に掛けられる。ポリマー溶液は、クロマトグラフィ、好ましくはゲル浸透クロマトグラフィ、及び/又はカーボンを用いることが好ましい固相抽出、及び/又は液液抽出工程に掛けられる。
独国特許出願公開第4033604(A1)号明細書は、廃棄物からの可溶性プラスチックの回収に関し、この場合、回収されるべきプラスチックは、プラスチック含有廃棄物から、適切な溶剤によって選択的に溶解される。こうして得られた溶液は、そのプラスチックにとっての非溶剤である媒体で満たされた容器に注入される。この媒体の温度は、この場合、プラスチックが溶解されていた溶剤の沸点よりも高い必要がある。その結果、溶剤は蒸発し、回収されるべきプラスチックは放出される。蒸発した溶剤は回収される。プラスチックの沈澱は、プラスチック溶液の注入が、このプラスチックにとっての非溶剤の非常に大過剰量の中に行われるという意味で、定量的となるはずである。
国際公開第2018/114046(A1)号パンフレットには、廃棄物材料の懸濁液から少なくとも1つの固体を分離するための遠心分離機が開示されており、この懸濁液は、固体と、少なくとも1つの溶剤及びそれに溶解した少なくとも1つのプラスチックによるポリマー溶液とを含む。
米国特許第5728741(A)号明細書には、廃棄物ポリマー系材料の混合物を含む廃棄物ポリマー系材料を再利用するためのプロセスが開示されており、切断した混合物を、廃棄物ポリマー系材料のサイズよりも少なくとも約100倍小さい断片に粒状化する工程、及び粉砕した混合物を、最も融点の低い廃棄物中の脂肪族ポリアミドポリマー系材料のTg近辺よりも低い温度で押出す工程、を含む。
米国特許出願公開第2007/0265361(A1)号明細書は、ポリエステル含有廃棄物からポリエステル又はポリエステル混合物を再利用するための方法に関し、この方法では、ポリエステル又はポリエステル混合物が溶剤中に溶解され、続いて沈澱剤によってそこから易流動性粒子が沈澱される。沈澱剤は、続いての沈澱剤及び溶剤の分離が、簡便な方法で可能となるように選択される。
米国特許出願公開第2008/0281002(A1)号明細書は、ポリスチレンをベースとする少なくとも2つのポリマー、コポリマー、又はこれらのブレンドを含有するプラスチック材料を再利用するための方法に関する。プラスチック材料は、この場合、ポリマー、コポリマー、又はブレンドにとっての溶剤と混合される。続いて、対応する沈澱剤の添加によって沈澱が引き起こされ、それによって、その後、ゼラチン状の沈澱生成物を、プラスチック材料のさらなる構成要素から分離することができる。この方法は、いかなるプラスチック材料の再利用のためにも用いられ、特に、電子スクラップ処理から、及びシュレッダー処理軽質分(shredder light fractions)からのプラスチック材料の再利用に用いられる。
米国特許第4968463(A)号明細書には、プラスチック材料を含有する廃棄物から成形物又は押出し物を作製するためのプロセスが開示されており、そのプロセスは、前記廃棄物の予備的な物理的処理、前記廃棄物の乾燥、80℃~160℃の温度への予備加熱、120℃~250℃の温度での混練、及び射出成形又は押出しを含む。
国際公開第2011/082802(A1)号パンフレットは、少なくとも1つのポリマー及び分離されるべき少なくとも1つの材料を備えた廃棄物材料を再利用する方法に関し、この方法では、a)少なくとも1つの膨潤剤が添加されてポリマーゲルが形成され、b)その中で不溶性である少なくとも1つの不純物が、ろ過又は沈降によってポリマーゲルから分離される。
国際公開第2017/013457(A1)号パンフレットには、熱可塑性材料を含む廃棄物材料を処理するための、特に破砕した廃棄物材料を処理するための処理装置が開示されており、この処理装置は、空気流によって廃棄物材料を乾燥するように構成された乾燥装置、乾燥装置による乾燥に掛けられた廃棄物材料を溶融するように構成された溶融装置、溶融装置による溶融に掛けられた廃棄物材料に殺菌熱処理を施すように構成された殺菌装置、乾燥装置と溶融装置との間に延びる熱回収チャネル、及び乾燥中に乾燥装置中で発生する流体を排出するように構成され、乾燥装置と溶融装置の排気管とに接続された排出チャネル、を備える。
国際公開第1993/001036(A1)号パンフレットには、ポリオレフィン廃棄物材料を処理する方法が開示されており、この方法では、プラスチック材料を溶解することなく箔構成成分及びポリエチレンワックスを除去するために、抽出が用いられる。
国際公開第2017/003804(A1)号パンフレットには、ポリエチレンを精製するためのプロセスが開示されており、このプロセスでは、プラスチック材料を溶解することなく、抽出を介してポリマーマトリックスから不純物が除去される。
上記で述べた再利用技術のうちの一部は、粒子をシュレッダー処理し、それを直ちに溶融して押出しに掛ける。しかし、これには、高純度の廃棄物材料が必要であり、そうでなければ、低品質のポリマーペレット及びポリマー製品が得られる結果となる。
他の再利用技術は、溶剤ベースの方法であり、この方法では、対象ポリマーは溶液に移される。この方法の利点は、プラスチック廃棄物が溶液又は懸濁的に移された場合、対象ポリマーの単離が、ほとんどの場合に、より容易となることである。しかし、対象ポリマーに加えて、数多くの所望されない不純物も、その溶液に移される。ポリマー溶液が濃縮され、溶剤が、例えば蒸発及び/又は押出しによって除去された場合、不純物は、対象ポリマーと一緒に混合物中に依然として残留する。したがって、結果として得られた、例えばペレット又は顆粒の形態で得られる再利用ポリマー材料は、これらの不純物を含有することになる。そのような汚染された材料の品質は、その結果として、バージンポリマーと比較して低く、そのことがさらなる用途を限定している。例えば、毒性の不純物を含有する再利用ポリマー系材料は、食品の包装には用いることができない。
先行技術の方法のいくつは、溶解工程の前に不純物の含有量を低下させる目的で、液体又は固液抽出によってプラスチック材料を洗浄することによって、この課題を解決しようと試みている。しかし、これらの方法では、所望されない不純物を本質的に含まないポリマーを得ることは、ほとんど実現することができない。所望されない構成要素を除去するために用いられる抽出剤は、ポリマーマトリックス中に浸透する必要があり、これは、表面領域においては容易に実現可能であるが、内部領域においては非常に困難である。その結果、主として表面領域の不純物は除去されるが、ポリマーマトリックスの内部は、かなりの量の不純物を依然として含有している。
他の再利用技術では、ポリマーを溶解はするが、溶液からのポリマーの回収が課題である。プラスチック廃棄物が溶液又は懸濁液に移された場合、これは、溶解したポリマーの単離を補助し得る。一部のポリマーは水に浮遊し、浮遊しない物体を分離することができる。他のポリマーは適切な溶液中に溶解する。後者の場合、溶剤は、蒸発又は沈澱によって除去され得る。しかし、前記プロセスは、多くのエネルギーを必要とし、毎年数億トンのプラスチックが世界中で生産されていることを考えると、再利用プロセスにおける少しのエネルギー削減であっても、莫大な影響を有し得る。また、低分子不純物は、前記低分子の沸点が高い場合には除去されないことが多い。また、重合反応によって新しいポリマーを製造する場合も、先行技術に付随する上記の問題を考えると、溶剤の除去が課題となり得る。
純ポリマーは、多くの場合、その加工時又は最終用途での使用時において、外部因子(極端な温度又は機械応力)に対して弱い耐性を呈する。安定性、ポリマーの加工性を改善し、ポリマー製品の寿命を向上させるために、一般的には、ある特定の添加剤がポリマーマトリックスに添加される。
ポリマー添加剤は、ポリマー安定剤又は機能性剤として分類され得る。ポリマー安定剤は、実用上の使用に不可欠であり、なぜなら、それらは、使用時の高温及び紫外線への曝露により促進される酸化分解を抑制することによって、プラスチック材料の固有の特性及び他の特徴を維持する補助となるからである。機能性添加剤は、プラスチックの機械的強度を向上させるために、又は可撓性若しくは難燃性等の新しい機能特性を付与するために添加されるものであり、したがってプラスチックの用途範囲が拡大し、その商業的価値が高められる。
消費者使用後プラスチックは、それが発生した形態又はそれが回収された形態では、多くの場合使用に適さない。消費者使用済みプラスチックの再利用における主要な問題の1つは、その寿命期間中におけるポリマーの分解である。再利用された材料が、意図する用途のための長期的な安定性を保証するのに必要な品質を有し得ることを確実にするために、ある特定の化学物質の添加が多くの場合必要である。この目的のために、様々な添加剤が利用可能であり、例えば、酸化防止剤、光安定剤、色保持剤(color hold agents)等である。
先行技術の再利用技術では、安定剤の添加によって、ポリマー分解による負の影響を低減するよう試みている。しかし、これらの再安定化技術では、ポリマーマトリックス中に固体添加剤を完全に分布させることができない。したがって、最終再利用製品は、添加剤の濃度が異なる領域を含有する。添加剤が過飽和の状態である領域もあれば、一方添加剤の量が不充分である領域も存在する。その結果、再利用プラスチック材料のある部分は、高温及びUV照射によって促進される酸化分解をより強く受けてしまう。この問題は、再利用製品のすべての領域が、意図する用途のための長期的な安定性を確保するのに充分な量を含有するように、添加剤の量を増加させることによって解決され得る。しかし、この手法では、再利用プロセスのコストが増加することは避けられない。加えて、ポリマーマトリックス中の安定剤の存在量が増加すると、再利用製品の安定性が改善するが、一方で、規則的構造を構築するための分子鎖の整列がある程度阻害される程に、添加剤がポリマーマトリックスに強く干渉する場合、それはポリマーの機械特性に対して負の影響を有し得る。また、一部の添加剤は、有害な化合物であり、それらの添加量を増加させることは、まったく不可能な場合もある。現時点で、先行技術の方法は、固体機能性補助剤の最適な投入量及び分布を可能とするプラスチック廃棄物再利用技術を提供していない。
ポリマーの溶剤ベースの再利用プロセスの前に、切断又はシュレッダー処理によってプラスチック廃棄物由来のプラスチック材料を小さくすることは、溶解しないために溶剤ベースの再利用プロセスに含まれないだけでなく、再利用最終製品の品質も損ねる微細なダスト粒子を大量に発生させる。したがって、本発明の目的は、溶剤ベースの再利用プロセスへのプラスチック廃棄物の組み込み効率を改善すること、さらには再利用最終製品の品質を改善することでもあり、溶剤にポリマーを溶解することを含む下流の再利用プロセスに提供されるポリマーの本質的にすべてが含まれ、及び再利用最終製品の品質が改善される。
プラスチックのシュレッダー処理及び分類の分野における先行技術は、以下の通りである。
仏国特許出願公開第2881676(A1)号明細書には、光ディスク及びその包装材料から構成される不均質廃棄物を処理して高純度のポリマー顆粒を製造するためのプロセスが開示されている。
国際公開第02/04185号パンフレットには、光学機械式手段によって透明度を例とする基準を満たすプラスチック要素を選別することから成るプラスチック要素を分類するためのプロセスが開示されている。
国際公開第04/04997号パンフレットには、回収のための一式の高濃縮ポリマーを構成する目的で、自動車産業、コンピュータ産業、又は他の産業からの廃棄物を分類するためのプロセスが開示されている。このプロセスは、篩、気流によって廃棄物を順に分類すること、及び廃棄物を粉砕すること、及び続いてポリマー画分を気流によってさらに分類することから成る。
国際公開第03/86733号パンフレットには、プラスチックの分類を、特に前処理(粉砕)を用い、密度、サイズ、色(光学的分類)によって分類することで行うためのプロセスが開示されている。
中国実用新案第202984061(U)号明細書には、粒子材料のための自動除塵及び篩装置が開示されている。
中国実用新案第207616963(U)号明細書には、ダスト除去機能を備えたプラスチック製おもちゃ廃棄物の微粉砕装置が開示されている。
米国特許第4121514(A)号明細書には、恐らくはアルミニウム廃棄物のシュレッダー処理の前に、ダスト及び非常に小さい粒子が吸引ファンで吸い出されてフィルターバッグに回収されることが開示されている。
独国特許出願公開第3932366(A1)号明細書には、空気分級によって、シュレッダー処理材料から材料含有固体構成要素を抽出するためのプロセスが開示されている。
本発明の目的は、第一の対象ポリマーを溶解し、続いて液液抽出することに基づいて、プラスチック材料、特にはプラスチック廃棄物を再利用するための改善された方法を提供することである。この方法は、ポリマー鎖の間に閉じ込められている不純物を除去することを可能とするものであり、このことは、ポリマーが溶解される場合にのみ可能である。溶解されている間、ポリマー鎖間の距離は増加しており、このことが、不純物を溶液中に放出する補助となる。所望されない構成要素は、液液抽出によって除去される。その結果、本質的に不純物を含まないポリマー系材料が得られる。そのような方法で処理した材料の品質は、バージンポリマーと同等である。したがって、得られる再利用ポリマー材料は、大きな制限なく再使用することができる。さらに、この方法は、供給材料の品質に対する要求が低く、このことは、より複雑な多構成要素構造物、例えば着色プラスチックの再利用を可能とするものである。染色及び色付けがされたプラスチックは、市場価値が非常により低く、再利用もより困難であることから、一般には、材料回収施設にとって煩わしいものである。透明プラスチックが、再利用材料市場では常に好まれるが、それは、主として、透明プラスチックは、典型的には、より高い柔軟性での染色が可能だからである。この問題は、追加の再分類工程を導入することによって解決可能であるが、それは、再利用プロセスのコストを大きく上昇させてしまう。前記方法を用いると、所望されない着色剤を、液液抽出によって効率的に除去することができる。前記方法を用いると、他の所望されない不純物、例えば臭気源物質又は熱安定化剤も、効率的に除去することができる。例えば、脂肪酸の分解生成物は、プラスチック材料の不快な臭気の原因である場合があり、それは、食品包装でのそのさらなる使用を制限する。最終的には、不純物の量を低減することは、再利用材料の機械特性及び加工性に対して良い影響を与える。本発明の目的はさらに、対象ポリマーを含むプラスチック廃棄物を再利用するためのプラスチック廃棄物再利用システムを提供することである。
本出願の主題は、プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を除去するための方法であり、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素と、第二のポリマー構成要素とを少なくとも備え、この方法は、
プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴中を通って移動させる工程を含み、前記溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性である。
プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴中を通って移動させる工程を含み、前記溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性である。
本発明を詳細に記載する前に、本明細書全体を通して用いられるいくつかの技術用語の定義を提供することは役に立つものと思われる。本発明を特定の実施形態に関して記載するが、この記載は、限定する意味で解釈されるべきではない。本発明の好ましい実施形態を詳細に記載する前に、本発明を理解するために重要である定義を提供する。
定義
本明細書及び添付の請求項で用いられる場合、「1つの(a)」及び「1つの(an)」といった単数形は、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、対応する複数形も含む。
本明細書及び添付の請求項で用いられる場合、「1つの(a)」及び「1つの(an)」といった単数形は、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、対応する複数形も含む。
本発明の文脈において、「約」及び「およそ」の用語は、対象となる特徴の技術的効果が依然として確保されるものと当業者であれば理解するであろう精度の範囲を意味する。この用語は、典型的には、示された数値からの±20%、好ましくは±15%、より好ましくは±10%、さらにより好ましくは±5%の偏差を示す。
「備える(comprising)」の用語は、限定するものではないことは理解されたい。本発明の目的のために、「から成る(consisting of)」の用語は、「を備える(comprising of)」の用語の好ましい実施形態であると見なされる。以降で、ある群が少なくともある特定の数の実施形態を含むとして定められる場合、これは、これらの実施形態のみから成る群も包含することを意図している。
さらに、本明細書及び請求項における「第一の」、「第二の」、「第三の」、又は「(a)」、「(b)」、「(c)」、「(d)」等、及び同種の用語は、類似の要素を区別するために用いられ、連続的な又は時系列的な順序について必ずしも述べるためのものではない。そのようにして用いられるこれらの用語は、適切な状況下において交換可能であること、及び本明細書で述べる本発明の実施形態が、本明細書で述べる又は示されるものとは異なる順序で操作可能であることは理解されたい。
「第一の」、「第二の」、「第三の」、又は「(a)」、「(b)」、「(c)」、「(d)」等の用語が方法又は使用の工程に関する場合、本明細書の上記又は下記で示される適用において特に断りのない限り、工程間に時間若しくは時間間隔の一貫性はなく、すなわち、工程は同時に行われてよく、又はそのような工程間に秒、分、時間、又はさらには日の時間間隔が存在してもよい。
本明細書で用いられる場合、「平均温度」の用語は、経時で、好ましくは対応する工程の継続時間にわたって平均された温度を意味する。連続システムでは、工程の継続時間は、前記工程について記載した条件下に廃棄物材料がある平均時間を意味する。溶剤中の位置に応じた変動が存在し得るが、これは撹拌によって低減することができる。前記の場合では、平均温度を特定するために、温度は、前記の位置全体についても平均されるべきである。撹拌が充分である場合、平均温度の位置依存性は、通常、小さい度合いでしかなく、平均温度は、工程の継続時間にわたる一箇所での測定によって特定することができる。
本明細書で用いられる場合、「ピーク温度」の用語は、工程の過程で実現される最高温度を意味する。それは、温度を継続的にモニタリングして、最大温度を選択することによって特定され得る。工程をバッチで実施する例では、例えば冷たいプラスチック廃棄物が溶剤中に投入されると、温度は低下し得る。溶剤が次の工程へ送られる前に前記ピーク温度を実現するために、加熱システムが容器を加熱し得る。連続システムでは、温度は一定となり得るものであり、多くの場合、「平均温度」と「ピーク温度」との間に差はない。溶剤中での位置に応じた変動もあり得るが、前記の場合、温度は、前記位置全体で(経時ではなく)平均されて、ピーク温度が特定され得る。
本明細書で用いられる場合、「いくつかの」の用語は、2、3、4、又は5つ以上の実体を、好ましくは2又は3つの実体を意味する。
本発明の文脈において、産業使用後プラスチックは、様々な樹脂に由来する。ポリスチレン(PS)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、ナイロン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)は、再利用及び再使用が可能であるプラスチックポリマーのほんの一部である。産業使用後プラスチック廃棄物は、製造又は生産時に既に発生しており、したがって、その純粋な形態で回収が可能であるという利点を有する。
本明細書で用いられる場合、「溶剤」の用語は、単一の溶剤又は異なる溶剤の混合物を意味する。単一の溶剤は、回収が容易であり得る一方で、混合物は、有毒溶剤の使用を低減し得る、又はポリマーの溶解を促進し得る。
本明細書で用いられる場合、「対象ポリマー」の用語は、単一のポリマー又は異なるポリマーの混合物を意味する。ポリマーは、コポリマー及びブロックポリマーも含む。ポリマーの混合物を完全に回避することは、多くの場合不可能である。好ましくは、「対象ポリマー」の用語は、工程ii)について述べたように溶剤中に溶解可能であり、ポリマーペレットの製造に用いられ得る単一のポリマー又は異なるポリマーの混合物を意味する。いくつかの例では、「対象ポリマー」は、主構成要素としての1、2、又は3つのポリマーの混合物であり、この場合、対象ポリマーの総重量と比較して5重量%未満の重量の不純物は、存在する可能性がある。さらに、「対象ポリマー」の用語の使用は、「1つの対象ポリマー」、「その対象ポリマー」、又は「前記対象ポリマー」が言及される場合も、それが1つだけのポリマーである、又は異なるポリマーの混合物であると明示的に記載されていない限り、上記のように理解されるべきであり、すなわち、特に断りのない限り、「1つの対象ポリマー」は、「少なくとも1つの対象ポリマー」であり、「その対象ポリマー」は、「その少なくとも1つの対象ポリマー」であり、「前記対象ポリマー」は、「前記少なくとも1つの対象ポリマー」である。非対象ポリマーは、用いられる溶剤に溶解することのできないポリマーであってもよく、それは、工程ii)において、固液分離によって除去され得る。
本明細書で用いられる場合、「プラスチック廃棄物」とは、プラスチックを含む廃棄物を意味する。好ましくは、プラスチック廃棄物は、一次使用の後に廃棄される、及び/又は例えば不良品である理由から廃棄された何れかの物質である。いくつかの実施形態では、「プラスチック廃棄物」は固体である。いくつかの実施形態では、「プラスチック廃棄物」は、特に公衆によって廃棄される日用品を含む、都市固形廃棄物を意味する。いくつかの実施形態では、「プラスチック廃棄物」は、消費者使用後ポリマー、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせを意味する。
本明細書で用いられる場合、「混合プラスチック廃棄物」の用語は、異なる種類のプラスチック物体を含有するプラスチック廃棄物を意味する。多くの場合、プラスチックは、使用される前に分類され、例えば、プラスチック袋だけ、又はプラスチック箔だけが提供される。これには、通常、プラスチックの分類が必要である。いくつかの例では、混合プラスチック廃棄物は、家庭から出される都市プラスチック廃棄物、すなわち、プラスチック袋、プラスチック包装材、プラスチック管であり、それらは混合されている場合もある。混合プラスチック廃棄物は、同一の材料及び/又は物体の群での回収を必要とすることなく、本発明に従ってポリマーを製造するために用いることができることが分かった。
本明細書で用いられる場合、対象ポリマーに関する「本質的に可溶性」の用語は、前記溶剤又は前記溶剤混合物中での前記対象ポリマーの溶解度が、前記溶剤又は溶剤混合物及び溶解しているポリマーの総重量に対して、5重量%以上、より好ましくは7重量%以上、特には10重量%以上の量であることを意味する。
本明細書で用いられる場合、添加剤に関する「本質的に不溶性」の用語は、前記溶剤又は前記溶剤混合物中での前記対象ポリマーの溶解度が、前記溶剤又は溶剤混合物及び溶解しているポリマーの総重量に対して、1重量%未満、特には0.5重量%未満、特には0.1重量%未満の量であることを意味する。
本明細書で用いられる場合、前記抽出剤に関する「非溶剤」の用語は、前記抽出剤中での前記対象ポリマーの溶解度が、前記抽出剤及び溶解しているポリマーの総重量に対して、1重量%未満、特には0.5重量%未満の量であることを意味する。
本明細書で用いられる場合、「本質的に非混和性」の用語は、互いに溶解することが実質的に不可能であり、多相系、特には二相系、を形成する液体を意味し、各相は、単一流体を少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、より好ましくは少なくとも99.0%、特には少なくとも99.5%含有する。相間の境界は、特に目視によって判断される。
本明細書で用いられる場合、「本質的に異なる密度」の用語は、複数の液体であって、前記液体の密度が、0.05g/cm3超、特には0.10g/cm3超異なっている、液体を意味する。
本明細書で用いられる場合、「抽出剤」の用語は、対象ポリマーに対して非溶剤である液体を意味する。
本明細書で用いられる場合、「アルカン」の用語は、5~20個の炭素原子、典型的には5~12個の炭素原子を有する直鎖状炭化水素を意味する。例としては、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、及びn-ノナンが挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で用いられる場合、「イソ-アルカン」の用語は、5~20個の炭素原子、典型的には5~12個の炭素原子を有する分岐鎖状炭化水素を意味する。例としては、イソオクタンが挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で用いられる場合、「環状アルカン」の用語は、環状飽和炭化水素を意味し、環を形成する各原子(すなわち、骨格原子)は、炭素原子である。環状アルカンは、所望に応じて、1~4個の炭素原子を有するアルキル基によって置換されていてもよい。例としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンが挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で用いられる場合、「ケトン」の用語は、炭素原子に結合したカルボニル基を有する有機化合物を意味する。例としては、アセトン、ブタノンが挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で用いられる場合、「有機酸」の用語は、式C(=O)OHの官能基を有する有機化合物を意味する。例としては、ギ酸、酢酸が挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で用いられる場合、「エステル」の用語は、式C(=O)ORの官能基を有する有機化合物を意味し、式中、Rはアルキル基を表す。例としては、酢酸エチル、酢酸ベンジルが挙げられるがこれらに限定されない。
「数平均分子量」は、好ましくは、対応するポリマーサンプル、例えば対象ポリマーの総重量をサンプル中のポリマー分子の数で除したものである。「平均分子質量」は、ISO16014-1:2012及び/又はISO16014-2:2012、好ましくはISO16014-1:2012に従って特定されてよい。
本明細書で用いられる場合、「本質的に垂直である方向付け」の用語は、厳密に垂直である方向付けからの差が20°以下、特には10°以下、好ましくは5°以下である方向付けを意味する。本明細書で用いられる場合、「本質的に平行である方向付け」の用語は、厳密に平行である方向付けからの差が20°以下、特には10°以下、好ましくは5°以下である方向付けを意味する。
本明細書で用いられる場合、「巻かれた材料」の用語は、中心軸線周りに円筒形状に巻かれているが、ロールの中心又は内側面からの材料の取り出しが可能であるプラスチックフィルムを意味する。
以降では、本発明の様々な実施形態についてより詳細に説明する。組成物中の構成成分、構成成分の濃度、時間の長さ、頻度に関して対応する別の選択肢が言及される場合は何れも、技術的に可能である限りは、又はそうでないことが明示的に示されていない場合は、個々の組み合わせが可能であることは当業者であれば直ちに理解するであろう。
1つの実施形態では、本発明は、プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を除去するための方法に関し、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素と、第二のポリマー構成要素とを少なくとも備え、この方法は、
プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴中を通って移動させる工程を含み、溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性であり、前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料であり、
及び前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる。
プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴中を通って移動させる工程を含み、溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性であり、前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料であり、
及び前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる。
本発明の別の実施形態は、プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を少なくとも部分的に除去するための方法に関し、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき少なくとも1つの第一のポリマー構成要素及び/又は少なくとも1つの第二のポリマー構成要素を備え、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つのリンス浴を通って進められ、この方法は、以下の工程:
1.前記プラスチック廃棄物フィルム材料、特にプラスチックフィルム及び/又は箔を提供する工程;
2.所望に応じて行われてよい工程として:洗浄工程を含む機械的前処理によって前記プラスチックフィルム材料を調製する工程;
前記プラスチックフィルム材料を、ある特定の溶剤/抽出剤で満たされた少なくとも1つのリンス浴中を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とする工程であって、前記溶剤/抽出剤は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、前記溶剤/抽出剤には不溶性である、工程、
3.前記リンス浴中、その溶剤/抽出剤/水溶液で、プラスチックフィルム材料から少なくとも第一のポリマー構成要素を溶解する工程、
を含む。
1.前記プラスチック廃棄物フィルム材料、特にプラスチックフィルム及び/又は箔を提供する工程;
2.所望に応じて行われてよい工程として:洗浄工程を含む機械的前処理によって前記プラスチックフィルム材料を調製する工程;
前記プラスチックフィルム材料を、ある特定の溶剤/抽出剤で満たされた少なくとも1つのリンス浴中を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とする工程であって、前記溶剤/抽出剤は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、前記溶剤/抽出剤には不溶性である、工程、
3.前記リンス浴中、その溶剤/抽出剤/水溶液で、プラスチックフィルム材料から少なくとも第一のポリマー構成要素を溶解する工程、
を含む。
本発明の別の実施形態は、プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を少なくとも部分的に除去するための方法に関し、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき少なくとも1つの第一のポリマー構成要素及び/又は少なくとも1つの第二のポリマー構成要素を備え、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つのリンス浴を通って進められ、この方法は、以下の工程:
(i)前記プラスチック廃棄物フィルム材料、特にプラスチックフィルム及び/又は箔を提供する工程;
(ii)所望に応じて行われてよい工程として:洗浄工程を含む機械的前処理によって前記プラスチックフィルム材料を調製する工程;
(iii)前記プラスチックフィルム材料を、ある特定の溶剤/抽出剤で満たされた少なくとも1つのリンス浴中を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とする工程であって、前記溶剤/抽出剤は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、前記溶剤/抽出剤には不溶性であり、前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料であり、
及び前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる、工程、
(iv)前記リンス浴中、その溶剤/抽出剤/水溶液で、プラスチックフィルム材料から少なくとも第一のポリマー構成要素を溶解する工程、
を含む。
(i)前記プラスチック廃棄物フィルム材料、特にプラスチックフィルム及び/又は箔を提供する工程;
(ii)所望に応じて行われてよい工程として:洗浄工程を含む機械的前処理によって前記プラスチックフィルム材料を調製する工程;
(iii)前記プラスチックフィルム材料を、ある特定の溶剤/抽出剤で満たされた少なくとも1つのリンス浴中を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とする工程であって、前記溶剤/抽出剤は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、前記溶剤/抽出剤には不溶性であり、前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料であり、
及び前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる、工程、
(iv)前記リンス浴中、その溶剤/抽出剤/水溶液で、プラスチックフィルム材料から少なくとも第一のポリマー構成要素を溶解する工程、
を含む。
本発明の別の実施形態は、プラスチックフィルム材料が洗浄工程を含む機械的前処理に掛けられる方法に関する。
本発明の別の実施形態は、プラスチックフィルム材料がニードルロールによる穿孔を含む機械的前処理に掛けられる方法に関する。
本発明の別の実施形態は、溶解された第一のポリマー構成要素を脱色する工程を含む方法に関する。
本発明の1つの実施形態は、プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を少なくとも部分的に除去するための方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料である。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤及び/又はその混合物で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる。
本発明の別の具体的な実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも4つの回転ドラムによって、ある特定の溶剤及び/又はその混合物で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも4つの回転ドラムによって、少なくとも1つの浴を通って進められており、前記回転ドラムは、前記プラスチックフィルム材料を連続フローで前記少なくとも1つの浴を通って移動させるために、互いに向き合って設計されている。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、第二のポリマー構成要素が豊富な状態とされた前記プラスチックフィルム材料は、回転ドラムから押出機へ送られる。
本発明のさらなる実施形態は、前記方法に関し、溶剤は、熱溶剤分離、機械的固液分離、クロスフローろ過、及び/又はフラッシュ蒸発によって、溶解した第一のポリマー構成要素から分離される。
本発明の別の実施形態では、前記プラスチックフィルム材料を機械的前処理によって調製する工程(工程ii)は、洗浄工程を含み、それは、投入物(プラスチックフィルム材料)の汚染の度合いに依存する。消費者使用後廃棄物は、それがロール/トラック廃棄物(roll/track waste)として入手可能である場合、洗浄による前処理が必要である。スクラップ材の場合、それは清浄であることから、別個の前処理は必要ではない。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、プラスチック廃棄物、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせ、数多くのポリマー系及び非ポリマー系構成要素を備えた複雑なプラスチック、プラスチックフィルム、多層フィルム、ポリマー多層フィルム、箔、プラスチック箔、多層箔、トレイ、プラスチックトレイ、多層トレイ、プラスチック複合体、金属-プラスチック複合体、紙-金属プラスチック複合体、紙-プラスチック複合体を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記プラスチックフィルム材料が巻かれた材料である方法に関する。
本発明の別の実施形態は、前記プラスチックフィルム材料が巻かれた材料である方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルムは、ポリマー系フィルムである。
本発明の1つの具体的な実施形態は、前記方法に関し、前記フィルムは、多層フィルムである。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルムは、少なくとも2つの層を備える。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、前記フィルムは、ポリマー系構成要素、及び少なくとも1つの金属層を備える。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチックフィルム材料は、PE/Al/PET、PE/PET、PE/PA、PE/PP、及び/又はポリマー/ポリマー、ポリマー/金属、ポリマー/金属/ポリマー等の組み合わせを含む群より選択される。
本発明の別の具体的な実施形態は、前記方法に関し、前記多層フィルムは、少なくとも2つの層、ポリマー/ポリマー又はポリマー/金属、を備える。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、多層フィルムの前記層は、ポリマー系構成要素の層、金属層、紙層、及びこれらの組み合わせを含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、溶解されるべき前記第一のポリマー構成要素は、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤を含む群より選択される。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、前記不溶性の第二のポリマー構成要素は、二次構成要素、補助構成要素、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、残った第二のポリマー構成要素は、回転ドラムによってプロセスを通して引き抜くのに充分に機械的に安定である。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、ポリマーフィルムは、回転ドラムによって進められ、移動しながら、フィルムは、ある特定の溶剤を含む少なくとも1つの浴を進み、そこで、少なくとも第一のポリマー構成要素が溶解される。
例えば、フィルムが構成要素A、B、及びCを備える場合、溶剤は、構成要素A及びBだけが溶解される一方、構成要素Cの溶解は発生しないように選択される。最終段階では、フィルムは、リンス浴を通って移動する。構成要素Cが豊富な状態とされたフィルムは、押出機へと送られる。
本出願の別の実施形態では、ある特定の溶剤及び/又はその混合物を含む浴は、フィルムの第一のポリマー構成要素を洗い流す噴霧器に置き換えられてもよい。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記浴及び前記浴の上部にある空間は、気密系となるように配置される。
別の実施形態では、浴は、浴上部の溶剤蒸気又はアルカリ性/酸性雰囲気を制御するために、気密室内に置かれる。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、少なくとも1つの浴の溶剤は、ケトン、エステル、有機酸、水、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、少なくとも1つの浴の溶剤は、水溶液及び/又はその混合物である。
本発明の別の好ましい実施形態では、少なくとも1つの浴の溶剤は、水溶液であり、前記水溶液は、酸及び塩基、好ましくはNaOH、NH3、HCl、HNO3、酢酸、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される。
本出願の文脈において、NaOHは、ポリマー-金属の組み合わせに用いられる金属層を、例えばアルミニウムを溶解することができる。本出願の1つの具体的な実施形態では、アルミニウムは、NaOH中に、及び/又はNaOHと他の溶剤との混合物中に溶解される。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、前記第一のポリマー構成要素は、熱可塑性ポリマーである。
1つの実施形態では、前記熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン、ポリアミド(PA)、及びこれらの組み合わせを含む群より選択される。
いくつかの実施形態では、熱可塑性ポリマーは、ポリスチレン(PS)、特に発泡ポリスチレン(EPS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアミド(PA)、スチレン-アクリロニトリル樹脂(SAN)、アクリロニトリルスチレンアクリレート(ASA)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、及びポリエチレンテレフタレート(PET)から成る群より選択される。特に適切な熱可塑性対象ポリマーは、ポリエチレン(PE)、特に低密度ポリエチレン(LDPE)、及び/又は高密度ポリエチレン(HDPE)、及び/又はこれらの混合物である。
いくつかの実施形態では、第一のポリマー構成要素の平均分子質量は、50~20000kDa、特には100~4000kDa、特に好ましくは200~2000kDaである。いくつかの実施形態では、対象ポリマーの数平均分子量は、50~20000kDa、特には100~4000kDa、特に好ましくは200~2000kDaである。
第一の対象ポリマーに加えて、他の非対象ポリマーが存在してもよい。好ましくは、非対象ポリマーは、工程iv)の条件下で溶剤に溶解する、又は前記条件下で第一の対象ポリマーよりも高い溶解度を有する。例えば、プラスチック廃棄物が再利用される場合、非対象ポリマーは、好ましくは、第一の対象ポリマーよりも少ない度合いで存在する。好ましくは、非対象ポリマーは、溶剤及び溶解しているポリマーの総重量に対して、1重量%未満、特には0.5重量%未満の量で溶解される。
いくつかの実施形態では、熱可塑性ポリマーは、前記溶剤又は前記溶剤混合物中に、前記溶剤又は溶剤混合物及び溶解しているポリマーの総重量に対して、5重量%以上、より好ましくは7重量%以上、特には10重量%以上の量で溶解される。
本発明の文脈において、熱可塑性とは、ある特定の高い温度で柔軟な状態又は成形可能な状態となり、冷却すると固化するプラスチックポリマー材料に関する。熱可塑性ポリマーは、熱可塑性ポリマーを構成するモノマーが中性の分子を互いに弱く引き付けるファンデルワールス力を介して一緒に集まることから、非常に特別なものとなっている。これらの繰り返し単位は、熱可塑性ポリマー分子が一緒に混ざり合った多くの真珠のストランドのように見えるように、配列している。
本発明の1つの具体的な実施形態は、前記方法に関し、熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン、特には低密度ポリエチレン(LDPE)である。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、第一のポリマーは、ポリオレフィン、ポリアミド(PA)、及びこれらの組み合わせを含む群より選択される。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、第一のポリマーは、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリアミド(PA)、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムは、金属ドラム、固体プラスチックドラム、ポリマードラムを含む群より選択され、ドラムはさらに、その面がコーティングされていてもよい。
本発明の別の具体的な実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムが作られている金属は、鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンを含む群より選択される。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムの面のコーティングは、PFE、ポリアミド、PTFE、及び/又はこれらの混合物等のポリマー層を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、第一の回転ドラムは、プラスチックフィルム/材料を穿孔するために用いられるニードル/穿孔ドラムである。本発明の文脈において、第一のロールは、フィルムを穿孔して溶解/エッチングのために比表面積を増加させることができるように、ニードルロールとして設計される。
本発明の別の具体的な実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムのライン速度は、30cm/分、好ましくは45cm/分、より好ましくは60cmである。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムは、ロールの直径が類似している場合、類似の速度で動く。
本発明の1つの具体的な実施形態は、前記方法に関し、回転ドラムは、ロールの機能に応じて、互いに同じ方向に及び/又は互いに反対の方向に動き、1つ1つのロールは、輸送ロールとして又は方向転換ロール(diversion roll)として作用することができる。
本発明の1つの実施形態は、前記方法に関し、溶剤浴の平均温度は、少なくとも30℃、好ましくは少なくとも40℃、より好ましくは少なくとも60℃、さらにより好ましくは少なくとも80℃、さらにより好ましくは少なくとも100℃、さらにより好ましくは少なくとも120℃、さらにより好ましくは少なくとも140℃である。
本発明の1つのさらなる実施形態は、前記方法に関し、溶剤浴の温度は、溶解されるべき構成要素に応じて選択され、特に、LDPEの場合、溶剤のn-ヘプタンは約90℃であり、又はPAの場合、溶剤のプロピレングリコールは140℃であり、アルミニウムの場合、溶剤のNaOH(5重量%)は40℃である。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、第一のポリマー構成要素を溶解するために用いられる前記溶剤は、アセトン、ブタノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ベンジル等のエステル、ギ酸若しくは酢酸等の有機酸、水、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、第一のポリマー構成要素を溶解するために用いられる前記溶剤は、アセトン、ブタノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ベンジル等のエステル、ギ酸若しくは酢酸等の有機酸、水、n-ヘプタン若しくはn-オクタン等のアルカン、シクロヘキサン及びメチルシクロヘキサン等の環状アルカン、並びに/又はこれらの混合物を含む群より選択される。1つの実施形態では、前記溶剤は、メチルシクロヘキサンである。
本発明の1つの具体的な実施形態は、前記方法に関し、熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン、特には低密度ポリエチレン(LDPE)であり、前記溶剤は、メチルシクロヘキサンである。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、第一のポリマーは、ポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及びこれらの組み合わせを含む群より選択され、前記溶剤は、メチルシクロヘキサンである。1つの実施形態では、第一のポリマーは、ポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)、及びこれらの組み合わせを含む群より選択され、前記溶剤は、メチルシクロヘキサンである。別の実施形態では、第一のポリマーは、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及びこれらの組み合わせを含む群より選択され、前記溶剤は、メチルシクロヘキサンである。
本発明の別の実施形態では、浴は、プラスチックフィルム材料の補助構成要素を洗い流す噴霧器に置き換えられてもよい。
本発明の別の具体的な実施形態では、前記方法は、プラスチック廃棄物を再利用するためであり、プラスチック廃棄物再利用プラント中で行われる。
本発明の別の実施形態は、前記方法に関し、前記プラスチック廃棄物再利用プラント、特に上述の実施形態の何れかに従う方法を実行するための前記プラスチック廃棄物再利用プラントは、以下のステーション、
1.プラスチック廃棄物のためのシュレッダー装置を備えた第一のステーション、
2.好ましくは、シュレッダー処理後のプラスチック廃棄物を洗浄するための第二のステーション、
撹拌器、及び/又は加熱システム、及び/又は有機溶剤を備えた容器を備えた第三のステーション、
3.好ましくは、固液分離のための遠心分離機を備えた第四のステーション、
4.膜を有するクロスフローろ過ユニットを備えた第五のステーションであって、膜は、溶剤に対しては透過性であり、熱可塑性対象ポリマーの一部又はすべてに対しては不透過性である、第五のステーション、
5.好ましくは、ポリマーペレットを製造するためのプラスチック押出機を備えた第六のステーション、
を備え、
6.プラスチック廃棄物再利用プラントは、各ステーションから次のステーションへ、上記で挙げた順番に材料を移送する移送システムを有する。
1.プラスチック廃棄物のためのシュレッダー装置を備えた第一のステーション、
2.好ましくは、シュレッダー処理後のプラスチック廃棄物を洗浄するための第二のステーション、
撹拌器、及び/又は加熱システム、及び/又は有機溶剤を備えた容器を備えた第三のステーション、
3.好ましくは、固液分離のための遠心分離機を備えた第四のステーション、
4.膜を有するクロスフローろ過ユニットを備えた第五のステーションであって、膜は、溶剤に対しては透過性であり、熱可塑性対象ポリマーの一部又はすべてに対しては不透過性である、第五のステーション、
5.好ましくは、ポリマーペレットを製造するためのプラスチック押出機を備えた第六のステーション、
を備え、
6.プラスチック廃棄物再利用プラントは、各ステーションから次のステーションへ、上記で挙げた順番に材料を移送する移送システムを有する。
本出願の前記方法によって得られるポリマー材料も、本出願の主題である。
いくつかの実施形態では、前記ロールツーロール処理工程は、1000mg超の、特には100mg超の、好ましくは10mg超の重量である何れの粒子も除去する。固液分離は、50mg超の、特には5mg超の、好ましくは1mg超の重量である何れの粒子も除去する。固液分離の後、懸濁液は、好ましくは、対象ポリマーを含む溶液と固体粒子とに分離する。
いくつかの実施形態では、工程iv)は、第一のポリマーの少なくとも50重量%、特には少なくとも90重量%、好ましくは99重量%を除去することを含む。
いくつかの実施形態では、工程iv)は、6バール(600kPa)未満、特には2バール(200kPa)未満の圧力で行われる。いくつかの実施形態では、工程ii)は、1バール(100kPa)~1.2バール(120kPa)の圧力で、特には大気圧(この場合は、追加の圧力が掛けられてはならない)で行われる。
いくつかの実施形態では、第一のポリマーは、1つしか存在しない。他の実施形態では、第一のポリマーのブレンドが存在する。
いくつかの実施形態では、前記第一のポリマー構成要素を溶解するために用いられる前記溶剤は、アセトン、ブタノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ベンジル等のエステル、ギ酸若しくは酢酸等の有機酸、水、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される。
いくつかの実施形態では、前記第一のポリマーは、前記抽出剤中、抽出剤及び溶解しているポリマーの総重量に対して、1重量%未満、特には0.5重量%未満の量で溶解される。
いくつかの実施形態では、前記第一のポリマー構成要素を溶解するために用いられる溶剤は、少なくとも部分的に再利用される。いくつかの実施形態では、再使用するための抽出剤は、溶剤の蒸発及び濃縮によって、並びに/又は蒸留によって精製され、この場合、不純物は、蒸発によって除去され、溶剤が残る。多くの場合、最良の手法は、溶剤の沸点に応じて異なる。しかし、いくつかの実施形態では、精製は必ずしも必要ではなく、溶剤は直接再使用されてもよい。
いくつかの実施形態では、ポリマーペレットが、上述した分離方法によって得られる溶解した第一のポリマー構成要素から形成される。いくつかの実施形態では、箔、管、ボトル、パレット、ローングリッド(lawn grids)、又は家用の建築材料等の製品が、前記ペレットから、又は濃縮された第一のポリマー構成要素から、ブロー成形、押出し、プレス加工、及び/又は射出成形によって形成される。
いくつかの実施形態では、上述した分離方法による溶解した第一のポリマー構成要素からの溶剤の分離は、押出し前にポリマー溶融物を形成すること、及び/又は、押出し後にペレットカッターを用いてペレット若しくは製品を形成すること、を含む。残留溶剤は、そのようなポリマー溶融物からより効率的に除去される。
いくつかの実施形態では、溶液からの前記第一のポリマーの分離とは、溶剤の少なくとも50重量%、特には少なくとも75重量%、好ましくは少なくとも90重量%が除去されることを意味する。いくつかの実施形態では、溶剤の少なくとも99重量%が除去される。
プラスチック廃棄物を再利用するための方法のいくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物の少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも80重量%、特には90重量%がプラスチックであり、前記プラスチックは、対象ポリマーも含む。いくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物の少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも80重量%、特には90重量%が、対象ポリマーである。いくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物の少なくとも10重量%、好ましくは少なくとも20重量%、特には50重量%が、非プラスチックである。
好ましい実施形態では、プラスチック廃棄物は、少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90重量%の前記対象ポリマー、特には単一ポリマー又は2若しくは3つのポリマーの混合物、から構成される。
工程i)に従って前記プラスチック材料を提供することは、前記プラスチック材料を分類することを含み得る。しかし、いくつかの実施形態では、混合プラスチック廃棄物が用いられ、分類はほとんど又はまったく行われない。
別の選択肢として又は加えて、いくつかの実施形態によると、工程i)に従って対象ポリマーを提供することは、プラスチック廃棄物を溶剤中に投入する前にプラスチック廃棄物を洗浄することを含んでよく、例えば水で洗浄される。洗浄によってある程度の不純物が除去される。いくつかの実施形態では、洗浄は、前記材料を液体と接触させて懸濁液を調製し、続いて得られた懸濁液を、特には機械的固液分離によって精製することで行われる。いくつかの実施形態では、前記液体は水である。いくつかの実施形態では、洗浄は、40℃超、特には80℃超の平均温度の水による洗浄を含んでよい。水による洗浄はまた、摩擦洗浄機を、特にローターがプラスチック廃棄物を輸送し、及び/又は水がプラスチック廃棄物とは反対の方向に輸送される洗浄機を用いて行われてもよい。ローター及び水による摩擦が、不純物を除去する。いくつかの実施形態では、摩擦洗浄機によるそのような工程はなく、シュレッダー処理されたプラスチック廃棄物が直接用いられる。これは、産業使用後残留物からのプラスチック廃棄物が再利用される場合に当てはまり得る。消費者製品からのプラスチック廃棄物を用いる場合は、前記洗浄工程が多くの場合有利である。
いくつかの実施形態では、前記プラスチック廃棄物が、ポリエチレン(PE)及びアルミニウムを含有し、好ましくはポリエチレン、アルミニウム、及び紙を含有する。いくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物の少なくとも60重量%、特には少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90重量%が、前記材料から成る。
いくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物は、包装材料及び/又は箔から少なくとも部分的に得られる。いくつかの実施形態では、プラスチック廃棄物の少なくとも60重量%、特には少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90重量%が、包装材料及び/又は箔から成る。
回転ドラムによって進められているポリマー多層フィルムは、各々がある特定の溶剤で満たされたいくつかの浴を通って移動している。各溶剤は、フィルムのある特定のポリマー構成要素がその中に溶解されうるように選択される。例えば、アルミニウム層を備えたポリエチレンフィルムは、NaOHの水溶液を通って進められ、そこでAlが溶解される。2つのポリマー系構成要素から成るフィルムは、有機溶剤を通って進められ、そこで構成要素のうちの一方が選択的に溶解される。純度が高められて得られたポリマーは、さらなる処理のための押出機へと送られる。
本発明において、数多くのポリマー系構成要素及び非ポリマー系構成要素を備えた複雑なプラスチックを、単一の工程で、及び連続フローの方法で処理することができる。浴のシステムは、再利用されることになるある特定のプラスチックに対して容易に調節することができ、それによって、再利用可能なプラスチック材料の範囲は、先行技術の方法の何れの場合よりも、本発明の方が広い。本発明の有利な効果は、それが、異なるポリマーに対してほとんど自由に組み合わせることが可能な工程を含む単一のプロセスであることである。
上記の文脈と共に、以下の連番を付した実施形態は、本発明の他の具体的な態様を提供する。
1.プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を除去するための方法であって、プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素と、第二のポリマー構成要素とを少なくとも備え、方法は、
(i)プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴を通って移動させる工程であって、溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性である、工程、
を含む、方法。
(i)プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴を通って移動させる工程であって、溶剤は、少なくとも溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも第二のポリマー構成要素は、その溶剤には不溶性である、工程、
を含む、方法。
2.プラスチックフィルム材料が、洗浄工程を含む機械的前処理に掛けられる、実施形態1に記載の方法。
3.溶解された第一のポリマー構成要素を脱色する工程を含む、実施形態1又は2に記載の方法。
4.浴及び前記浴の上部にある空間が、気密系となるように配置される、実施形態1~3の何れか1つに記載の方法。
5.溶剤浴の平均温度が、少なくとも30℃、好ましくは少なくとも40℃、より好ましくは少なくとも60℃、さらにより好ましくは少なくとも80℃、さらにより好ましくは少なくとも100℃、さらにより好ましくは少なくとも120℃、さらにより好ましくは少なくとも140℃である、実施形態1~4の何れか1つに記載の方法。
6.溶剤浴の温度が、溶解されるべき構成要素に応じて選択され、特に、LDPEの場合、溶剤のn-ヘプタンは約90℃であり、又はPAの場合、溶剤のプロピレングリコールは140℃であり、アルミニウムの場合、溶剤のNaOH(5重量%)は40℃である、実施形態5に記載の方法。
7.溶剤が、アセトン、ブタノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ベンジル等のエステル、ギ酸若しくは酢酸等の有機酸、水、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、実施形態1~6の何れか1つに記載の方法。
8.少なくとも1つの浴の溶剤が、水溶液であり、前記水溶液は、酸及び塩基、好ましくはNaOH、NH3、HCl、HNO3、酢酸、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、実施形態1~7の何れか1つに記載の方法。
9.溶解されるべき前記第一のポリマー構成要素が、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、実施形態1~8の何れか1つに記載の方法。
10.第一のポリマー構成要素が、熱可塑性ポリマーである、実施形態9に記載の方法。
11.熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン、特には低密度ポリエチレン(LDPE)である、実施形態10に記載の方法。
12.第一のポリマーが、ポリオレフィン、ポリアミド(PA)、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、実施形態9に記載の方法。
13.第一のポリマーが、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリアミド(PA)、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、実施形態9又は12に記載の方法。
14.前記第二のポリマー構成要素が、二次構成要素、補助構成要素、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、実施形態1~8の何れか1つに記載の方法。
15.溶剤が、熱溶剤分離、機械的固液分離、クロスフローろ過、及び/又はフラッシュ蒸発によって、溶解した第一のポリマー構成要素から分離される、実施形態1~8の何れか1つに記載の方法。
16.第一のポリマー構成要素が、精製及び押出しによってさらに再利用され得る、実施形態1~7の何れか1つに記載の方法。
17.前記プラスチックフィルム材料が、巻かれた材料である、実施形態1~16の何れか1つに記載の方法。
18、前記プラスチックフィルム材料が、少なくとも1つの回転ドラムによって、溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる、実施形態17に記載の方法。
19.前記回転ドラムが、前記プラスチックフィルム材料を連続フローで前記少なくとも1つの浴を通って移動させるために、互いに向き合って設計/配置されている、実施形態18に記載の方法。
20.前記プラスチックフィルム材料が、回転ドラムから押出機へ送られる、実施形態18~19の何れか1つに記載の方法。
21.回転ドラムが、金属ドラム、固体プラスチックドラム、ポリマードラムを含む群より選択され、ドラムはさらに、その面がコーティングされていてもよい、実施形態18~20の何れか1つに記載の方法。
22.回転ドラムが作られている金属が、鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、実施形態18~21の何れか1つに記載の方法。
23.回転ドラムの面のコーティングが、PFE、ポリアミド、PTFE、及び/又はこれらの混合物等のポリマー層を含む群より選択される、実施形態18~22の何れか1つに記載の方法。
24.第一の回転ドラムが、プラスチックフィルム/材料を穿孔するために用いられるニードル/穿孔ドラムである、実施形態18~23の何れか1つに記載の方法。
25.回転ドラムのライン速度が、30cm/分、好ましくは45cm/分、より好ましくは60cm/分である、実施形態18~24の何れか1つに記載の方法。
26.回転ドラムが、ロールの直径が類似している場合、類似の速度で動く、実施形態1~34の何れか1つに記載の方法。
27.回転ドラムが、ロールの機能に応じて、互いに同じ方向に及び/又は互いに反対の方向に動き、1つ1つのロールは、輸送ロールとして又は方向転換ロールとして作用することができる、実施形態18~26の何れか1つに記載の方法。
28.前記プラスチックフィルム材料が、プラスチック廃棄物、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせ、数多くのポリマー系及び非ポリマー系構成要素を備えた複雑なプラスチック、プラスチックフィルム、多層フィルム、ポリマー多層フィルム、箔、プラスチック箔、多層箔、トレイ、プラスチックトレイ、多層トレイ、プラスチック複合体、金属-プラスチック複合体、紙-金属プラスチック複合体、紙-プラスチック複合体を含む群より選択される、実施形態1~27の何れか1つに記載の方法。
29.前記プラスチックフィルムが、ポリマー系フィルムである、実施形態28に記載の方法。
30.プラスチックフィルムが、少なくとも2つの層を備える、実施形態1~29の何れか1つに記載の方法。
31.前記フィルムが、ポリマー系構成要素、及び少なくとも1つの金属層を備える、実施形態30に記載の方法。
32.前記プラスチックフィルム材料が、PE/Al/PET、PE/PET、PE/PA、PE/PP、及び/又はポリマー/ポリマー、ポリマー/金属、ポリマー/金属/ポリマー等の組み合わせを含む群より選択される、実施形態28~31の何れか1つに記載の方法。
33.前記フィルムが、少なくとも2つの層、ポリマー/ポリマー又はポリマー/金属、を備える、実施形態30~32の何れか1つに記載の方法。
34.多層フィルムの前記層が、ポリマー系構成要素の層、金属層、紙層、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、実施形態30~33の何れか1つに記載の方法。
35.前記方法が、プラスチック廃棄物を再利用するためであり、プラスチック廃棄物再利用プラント中で行われる、実施形態1~34の何れか1つに記載の方法。
36.前記プラスチック廃棄物再利用プラント、特に上述の実施形態の何れかに従う方法を実行するための前記プラスチック廃棄物再利用プラントが、以下のステーション、
(i)プラスチック廃棄物のためのシュレッダー装置を備えた第一のステーション、
(ii)好ましくは、シュレッダー処理後のプラスチック廃棄物を洗浄するための第二のステーション、
(iii)撹拌器、及び/又は加熱システム、及び/又は有機溶剤を備えた容器を備えた第三のステーション、
(iv)好ましくは、固液分離のための遠心分離機を備えた第四のステーション、
(v)膜を有するクロスフローろ過ユニットを備えた第五のステーションであって、膜は、溶剤に対しては透過性であり、熱可塑性対象ポリマーの一部又はすべてに対しては不透過性である、第五のステーション、
(vi)好ましくは、ポリマーペレットを製造するためのプラスチック押出機を備えた第六のステーション、
を備え、
プラスチック廃棄物再利用プラントは、各ステーションから次のステーションへ、上記で挙げた順番に材料を移送する移送システムを有する。
(i)プラスチック廃棄物のためのシュレッダー装置を備えた第一のステーション、
(ii)好ましくは、シュレッダー処理後のプラスチック廃棄物を洗浄するための第二のステーション、
(iii)撹拌器、及び/又は加熱システム、及び/又は有機溶剤を備えた容器を備えた第三のステーション、
(iv)好ましくは、固液分離のための遠心分離機を備えた第四のステーション、
(v)膜を有するクロスフローろ過ユニットを備えた第五のステーションであって、膜は、溶剤に対しては透過性であり、熱可塑性対象ポリマーの一部又はすべてに対しては不透過性である、第五のステーション、
(vi)好ましくは、ポリマーペレットを製造するためのプラスチック押出機を備えた第六のステーション、
を備え、
プラスチック廃棄物再利用プラントは、各ステーションから次のステーションへ、上記で挙げた順番に材料を移送する移送システムを有する。
37.実施形態1~36の何れか1つに記載の方法によって得られるポリマー材料。
分析方法
示差走査熱量測定
装置:
DSC 214 Polyma;Netzsch
示差走査熱量測定
装置:
DSC 214 Polyma;Netzsch
分析方法:
30K/分の昇温速度での25~300℃の第一の昇温曲線
30K/分の降温速度での300~25℃の降温曲線
10K/分の昇温速度での25~300℃の第二の昇温曲線
30K/分の昇温速度での25~300℃の第一の昇温曲線
30K/分の降温速度での300~25℃の降温曲線
10K/分の昇温速度での25~300℃の第二の昇温曲線
計算:
エンタルピーシェア=単一構成要素の溶融エンタルピー/全構成要素の溶融エンタルピーの和
ポリマー構成要素シェア=全構成要素の溶融エンタルピーの和*(エンタルピーシェア/(結晶度*単一構成要素の溶融エンタルピー))
エンタルピーシェア=単一構成要素の溶融エンタルピー/全構成要素の溶融エンタルピーの和
ポリマー構成要素シェア=全構成要素の溶融エンタルピーの和*(エンタルピーシェア/(結晶度*単一構成要素の溶融エンタルピー))
例1
PEを備えたプラスチックフィルム廃棄物からPEを抽出するためのプロセス
1.室温での水による洗浄工程を含む機械的前処理によってPEフィルム廃棄物を調製すること。
2.前記PEフィルム材料を、90℃のn-ヘプタン満たしたリンス浴を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とすることであり、n-ヘプタンは、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、n-ヘプタンには不溶性である。
3.PEを、n-ヘプタン中、90℃で60分間にわたって溶解すること。この工程では、プラスチックフィルム廃棄物を、溶剤n-ヘプタンによる撹拌リンス浴中で60分間処理する。
4.未溶解相は、ロールから引き出されるフィルムであり、複雑な固液分離を備える必要はない。フィルムは、空気又は窒素でパージして乾燥し、続いて押出し成形してよく、又は巻きなおしたフィルムとして再度販売してもよい。
PEを備えたプラスチックフィルム廃棄物からPEを抽出するためのプロセス
1.室温での水による洗浄工程を含む機械的前処理によってPEフィルム廃棄物を調製すること。
2.前記PEフィルム材料を、90℃のn-ヘプタン満たしたリンス浴を通って移動させ、それによって、プラスチックフィルム材料を第二のポリマー構成要素が豊富な状態とすることであり、n-ヘプタンは、溶解されるべき第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、前記第二のポリマー構成要素は、n-ヘプタンには不溶性である。
3.PEを、n-ヘプタン中、90℃で60分間にわたって溶解すること。この工程では、プラスチックフィルム廃棄物を、溶剤n-ヘプタンによる撹拌リンス浴中で60分間処理する。
4.未溶解相は、ロールから引き出されるフィルムであり、複雑な固液分離を備える必要はない。フィルムは、空気又は窒素でパージして乾燥し、続いて押出し成形してよく、又は巻きなおしたフィルムとして再度販売してもよい。
例2
この例によると、98重量%の透明箔、2重量%の着色箔、4重量%のHDPE-箔、及び0.2重量%未満の金属及び木材(固形分の総重量に基づく)を備えたプラスチック廃棄物を供給する。透明箔及び着色箔は、主としてLDPEを含む。それを穿孔し、所望に応じて洗浄し、次に平均温度が85~95℃の溶剤ヘプタン中に60分間投入し、その結果、溶解したLDPEを含む懸濁液又は溶液を得る。その後、前記懸濁液の未溶解構成要素を、遠心分離機での機械的固液分離によって除去する。ポリスルホン製の細孔サイズ180kDaである膜を用いたクロスフローろ過によって、LDPEを含む供給原料を形成する。前記供給原料は、ゲル様の粘度を有し得る。それを脱気し、押出し成形して、LDPEポリマーペレットを得る。
この例によると、98重量%の透明箔、2重量%の着色箔、4重量%のHDPE-箔、及び0.2重量%未満の金属及び木材(固形分の総重量に基づく)を備えたプラスチック廃棄物を供給する。透明箔及び着色箔は、主としてLDPEを含む。それを穿孔し、所望に応じて洗浄し、次に平均温度が85~95℃の溶剤ヘプタン中に60分間投入し、その結果、溶解したLDPEを含む懸濁液又は溶液を得る。その後、前記懸濁液の未溶解構成要素を、遠心分離機での機械的固液分離によって除去する。ポリスルホン製の細孔サイズ180kDaである膜を用いたクロスフローろ過によって、LDPEを含む供給原料を形成する。前記供給原料は、ゲル様の粘度を有し得る。それを脱気し、押出し成形して、LDPEポリマーペレットを得る。
例3
対象熱可塑性ポリマーの懸濁液又は溶液からの溶剤ベース抽出を含むプラスチック材料の再利用のための方法の例であり、膜を有するクロスフローろ過ユニットを用いる。以下の工程を実施する:
1.産業使用後の入手源からのPE/PA多層(20~90重量%のPE、平均値70%)材料を洗浄すること
2.前記PE/PA多層体を、90℃の温度下のn-ヘプタン溶剤浴中へ移動させ、投入量中のPEの割合を知ることで、5重量%溶液を実現すること
3.溶解ポリマーと非溶解PAを備えたプラスチックフィルムとを分離すること
4.極性抽出剤として、PEにとっての溶剤ではない酢酸エチルを50重量%で添加して、溶剤/非溶剤系を合わせて計算して10重量%のポリマー溶液を実現すること
5.溶液の圧力を最大10バール(1000kPa)まで上げて、精密ろ過を可能とするために細孔サイズ>0.1μmのポリエーテルスルホン膜を適用した膜ユニットに加圧下で通して、溶剤含有量を減少させること
6.溶剤含有量を減少させた溶液(50重量%)を、溶融ろ過ユニットを備えた二軸脱気押出機で押出すこと。押出機の出口部には、水中ペレット化システムを置き、最終製品としてのポリマーペレットを得る。
7.ポリアミドフレークは、溶融ろ過及び水中ペレット化システムを備えた二軸脱気押出機で直接押出す。
対象熱可塑性ポリマーの懸濁液又は溶液からの溶剤ベース抽出を含むプラスチック材料の再利用のための方法の例であり、膜を有するクロスフローろ過ユニットを用いる。以下の工程を実施する:
1.産業使用後の入手源からのPE/PA多層(20~90重量%のPE、平均値70%)材料を洗浄すること
2.前記PE/PA多層体を、90℃の温度下のn-ヘプタン溶剤浴中へ移動させ、投入量中のPEの割合を知ることで、5重量%溶液を実現すること
3.溶解ポリマーと非溶解PAを備えたプラスチックフィルムとを分離すること
4.極性抽出剤として、PEにとっての溶剤ではない酢酸エチルを50重量%で添加して、溶剤/非溶剤系を合わせて計算して10重量%のポリマー溶液を実現すること
5.溶液の圧力を最大10バール(1000kPa)まで上げて、精密ろ過を可能とするために細孔サイズ>0.1μmのポリエーテルスルホン膜を適用した膜ユニットに加圧下で通して、溶剤含有量を減少させること
6.溶剤含有量を減少させた溶液(50重量%)を、溶融ろ過ユニットを備えた二軸脱気押出機で押出すこと。押出機の出口部には、水中ペレット化システムを置き、最終製品としてのポリマーペレットを得る。
7.ポリアミドフレークは、溶融ろ過及び水中ペレット化システムを備えた二軸脱気押出機で直接押出す。
例4
PE/PAフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図2)。上層のIRスペクトルは、PAに相当し、下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なピークを表9で明らかにする)。
PE/PAフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図2)。上層のIRスペクトルは、PAに相当し、下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なピークを表9で明らかにする)。
示差走査熱量測定
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図3)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図3)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
IR及びDSCのデータに基づくと、分析したフィルムは、少なくとも2つの層:PAの上層及びPEの下層、を含有する。
PE/PAフィルムからPEを抽出するためのプロセス
640gのメチルシクロヘキサンをビーカーに注ぎ入れた。溶剤を95℃に加熱した。寸法7×26cmであるPE/PAフィルムのサンプルを、円筒形状ベースに固定し、撹拌しながら溶剤浴中に30分間入れた。円筒形状ベースは、溶剤に対して易透過性であった。その後、未溶解の材料を除去し、溶剤を減圧留去して、抽出材料を得た。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図4及び図5)。
640gのメチルシクロヘキサンをビーカーに注ぎ入れた。溶剤を95℃に加熱した。寸法7×26cmであるPE/PAフィルムのサンプルを、円筒形状ベースに固定し、撹拌しながら溶剤浴中に30分間入れた。円筒形状ベースは、溶剤に対して易透過性であった。その後、未溶解の材料を除去し、溶剤を減圧留去して、抽出材料を得た。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図4及び図5)。
円筒形状ベースにフィルムを固定することで、溶剤浴を通るフィルムの経路が固定されて方向が決められ、材料の巻き上がりが防止され、及びフィルムの考え得る最大表面積が溶剤と接触することが確保される。未固定の材料は、フィルムのポリマー系構成要素の膨張率の相違によって巻き上がる傾向にあり、線形膨張係数の低い材料の方向へ屈曲する。円筒形状ベースにフィルムを固定することで、この過程が防止され、プラスチックフィルム材料が少なくとも1つの回転ドラムで少なくとも1つの溶剤浴を通って進められるプロセスの条件を完全にモデル化するように働く。その結果、材料に張力が発生し、そのことが溶剤の材料中への浸透を促進し、したがって、溶解の収率を高め、溶解時間を短縮し、したがって、溶解プロセスの効率が向上する。
実験の結果を表11にまとめて示す。
溶解及び未溶解材料のDSC分析結果を表12にまとめて示す。
例5
PE/PA/PEフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図6)。上層及び下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なIRピークを表9で明らかにする)。
PE/PA/PEフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図6)。上層及び下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なIRピークを表9で明らかにする)。
示差走査熱量測定
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図7)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図7)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
PAの存在が確認された。IR及びDSCのデータに基づくと、分析したフィルムは、少なくとも3つの層:PEの上層及び下層、並びにPAの中間層、を含有する。
PE/PA/PEフィルムからPEを抽出するためのプロセス
PE/PA/PEフィルムからのPEの抽出を、例4と同様にして行った。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図8及び図9)。
PE/PA/PEフィルムからのPEの抽出を、例4と同様にして行った。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図8及び図9)。
実験の結果を表14にまとめて示す。
溶解及び未溶解材料のDSC分析結果を表15にまとめて示す。
例6
PE/PETフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図10)。上層のIRスペクトルは、PETに相当し、下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なピークを表16で明らかにする)。
PE/PETフィルムの分析
赤外分光分析
フィルムの上層及び下層を、全反射法IRによって分析した(図10)。上層のIRスペクトルは、PETに相当し、下層のIRスペクトルは、PEに相当する(特徴的なピークを表16で明らかにする)。
示差走査熱量測定
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図11)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
材料を示差走査熱量測定によって分析した(図11)。
DSC分析によると、材料は以下の組成を有している。
IR及びDSCのデータに基づくと、分析したフィルムは、少なくとも2つの層:PETの上層及びPEの下層、を含有する。
PE/PETフィルムからPEを抽出するためのプロセス
PE/PETフィルムからPEの抽出を、2つの異なる抽出媒体:メチルシクロヘキサン、及びn-ヘプタンとメチルシクロヘキサンとの50:50(体積/体積)混合物、を用いて、例4と同様にして行った。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図12~図15)。
PE/PETフィルムからPEの抽出を、2つの異なる抽出媒体:メチルシクロヘキサン、及びn-ヘプタンとメチルシクロヘキサンとの50:50(体積/体積)混合物、を用いて、例4と同様にして行った。抽出材料及び未溶解材料を、DSCで分析した(図12~図15)。
実験の結果を表17及び表18にまとめて示す。
溶解及び未溶解材料のDSC分析結果を表19及び表20にまとめて示す。
Claims (16)
- プラスチック廃棄物フィルム材料から少なくとも1つのポリマー構成要素を除去するための方法であって、前記プラスチック廃棄物フィルム材料は、溶解されるべき第一のポリマー構成要素と、第二のポリマー構成要素とを少なくとも備え、前記方法は、
(i)前記プラスチックフィルム材料を、溶剤で満たされた少なくとも1つの溶剤浴を通って移動させる工程であって、
前記溶剤は、少なくとも溶解されるべき前記第一のポリマー構成要素に対する溶剤であり、及び少なくとも前記第二のポリマー構成要素は、前記溶剤には不溶性であり、
前記プラスチックフィルム材料は、巻かれた材料であり、及び
前記プラスチックフィルム材料は、少なくとも1つの回転ドラムによって、前記溶剤で満たされた少なくとも1つの浴を通って進められる、工程、
を含む、方法。 - 前記プラスチックフィルム材料が、洗浄工程を含む機械的前処理に掛けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記溶解された第一のポリマー構成要素を脱色する工程を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記浴及び前記浴の上部にある空間が、気密系となるように配置される、請求項1~3の何れか一項に記載の方法。
- 前記溶剤浴の平均温度が、少なくとも30℃、好ましくは少なくとも40℃、より好ましくは少なくとも60℃、さらにより好ましくは少なくとも80℃、さらにより好ましくは少なくとも100℃、さらにより好ましくは少なくとも120℃、さらにより好ましくは少なくとも140℃である、請求項1~4の何れか一項に記載の方法。
- 前記溶剤が、アセトン、ブタノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ベンジル等のエステル、ギ酸若しくは酢酸等の有機酸、n-ヘプタン若しくはn-オクタン等のアルカン、シクロヘキサン及びメチルシクロヘキサン等の環状アルカン、水、並びに/又はこれらの混合物を含む群より選択される、請求項1~5の何れか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの浴の前記溶剤が、水溶液であり、前記水溶液は、酸及び塩基、好ましくはNaOH、NH3、HCl、HNO3、酢酸、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、請求項1~6の何れか一項に記載の方法。
- 溶解されるべき前記第一のポリマー構成要素が、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤、及び/又はこれらの混合物を含む群より選択される、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
- 前記第一のポリマーが、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリアミド(PA)、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、請求項8に記載の方法。
- 前記第二のポリマー構成要素が、二次構成要素、補助構成要素、ポリマー系構成要素、添加剤、不純物、金属構成要素、印刷インク、接着剤、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
- 前記溶剤が、熱溶剤分離、機械的固液分離、クロスフローろ過、及び/又はフラッシュ蒸発によって、前記溶解した第一のポリマー構成要素から分離される、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
- 前記プラスチックフィルム材料が、前記回転ドラムから押出機へ送られる、請求項11に記載の方法。
- 前記プラスチックフィルム材料が、プラスチック廃棄物、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせ、数多くのポリマー系及び非ポリマー系構成要素を備えた複雑なプラスチック、プラスチックフィルム、ポリマー系フィルム、多層フィルム、ポリマー多層フィルム、箔、プラスチック箔、多層箔、トレイ、プラスチックトレイ、多層トレイ、プラスチック複合体、金属-プラスチック複合体、紙-金属プラスチック複合体、紙-プラスチック複合体を含む群より選択される、請求項1~12の何れか一項に記載の方法。
- 前記プラスチックフィルム材料が、PE/Al/PET、PE/PET、PE/PA、PE/PP、及び/又はポリマー/ポリマー、ポリマー/金属、ポリマー/金属/ポリマー等の組み合わせを含む群より選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記フィルムが、少なくとも2つの層、ポリマー/ポリマー又はポリマー/金属、を備える、請求項14に記載の方法。
- 前記多層フィルムの前記層が、ポリマー系構成要素の層、金属層、紙層、及び/又はこれらの組み合わせを含む群より選択される、請求項14又は15に記載の方法。
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