JP3266826B2 - 含ハロゲン重合体組成物の脱塩素法 - Google Patents

含ハロゲン重合体組成物の脱塩素法

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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばポリ塩化
ビニルといった含ハロゲン重合体組成物の脱塩素法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチックは軽くて耐久性に富み、成
形性がよく、化学的にも比較的安定で他の材料にない優
れた特性がありしかも安価であるため、日用品等に広く
使用されている。
【０００３】しかしながら、その反面、廃棄物となった
ときは、この特性が裏目となり、一般家庭、各種事業
所、製造関連産業から廃棄される使用済みの廃プラスチ
ックは腐らず嵩張り、燃やすと混入しているポリ塩化ビ
ニル等から有害な塩化水素を発生し、このことに起因し
て燃焼炉を腐食させたり大気を汚染したりする厄介な問
題を惹起する。
【０００４】ところが、焼却処分を行うに当たっては、
燃焼炉の腐食を防止する有効な技術が確立しておらず、
都市系廃棄プラスチックの処理に際しては、塩化ビニル
等の含ハロゲンプラスチックを分別除去してその量を少
なくして焼却していた。しかし、多量の廃棄プラスチッ
クから含ハロゲンプラスチックを分別除去してすること
が大変であることにも起因して、大部分が埋め立て処分
されているのが現状である。
【０００５】廃プラスチックの利用を考えるときプラス
チックの発熱量は１０，０００ｋｃａｌ／ｋｇと高く、
塩素を除去すれば良質な重油代替燃料となるほか高炉に
おける還元剤或は熱源として微粉炭に代替し得る。
【０００６】高炉への利用法としては、廃プラスチック
を直径６ｍｍ程度の粒状にし、熱風とともに高炉内に吹
き込む方法があり、炉内の高温によってプラスチックが
瞬時にガス化し、これが鉄鉱石の還元剤として、また、
熱源として利用するもので、溶銑を１トン造るのに微粉
炭を１５０ｋｇ使っているが、廃プラスチックが利用で
きれば、５０ｋｇ／ｔ溶銑−ｐｉｇ代替でき、日産５，
０００ｔの高炉１基で２５０ｔ／日（８万ｔ／年）の廃
プラスチックが利用できることになる。
【０００７】ところが、廃プラスチックには、ポリ塩化
ビニルといった含ハロゲン重合体組成物が主体であるた
めに、燃焼によって腐食性の塩素ガスのようなハロゲン
ガスが発生し、この利用に際しては、脱塩素処理が必要
となる。
【０００８】しかしながら、これは、反応速度が遅いの
みならずオートクレーブ中１８０℃〜３００℃といった
高温領域でしか反応が進行せず、また、反応率が未だ十
分ではなく実用化に至っていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明における解決課
題は、可塑剤を配合した含ハロゲン重合体組成物であっ
ても速やかな脱ハロゲンが可能な含ハロゲン重合体組成
物の脱塩素法を確立することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の含ハロゲン重合
体組成物の脱塩素法は、可塑剤を配合した含ハロゲン重
合体組成物を有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶
液状物とする第１段階と、この溶液状物をアルカリ水溶
液と６０℃〜２００℃の温度域で反応させる第２段階か
らなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】含ハロゲン重合体組成物たとえば
ポリ塩化ビニルの脱塩素反応は、水溶液中で高温高圧条
件下（オートクレーブ中、１８０℃〜３００℃）でなけ
れば反応が進行し難いが、テトラヒドロフラン、ジオキ
サン等の有機溶媒で溶解或は懸濁状態などの液状にする
ことによりまたは、固化成形されたポリ塩化ビニルを有
機溶媒で溶解または懸濁させて溶液状態にしたものを、
ポリマー不溶のアルコール類で再結晶させて組織をほぐ
した状態の固形物ポリマーとしこれを有機溶媒で溶解或
は微細状に懸濁させて溶液状物とした後、苛性ソーダ水
溶液或は水酸化カルシウム水溶液等のアルカリ水溶液
中、６０℃〜２００℃の温度域で反応させることによっ
て、反応が格段に進行し易くなる。
【００１２】有機溶媒としては、水約１０％以上と混合
しポリ塩化ビニルといった含ハロゲン重合体組成物を溶
解或は懸濁状態などの液状にするものが好ましく、テト
ラヒドロフラン、ジオキサンのほかにアセトン、１・２
−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、Ｎ−Ｎ−ジメチルホル
ムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳ
O）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を使用することが
できる。
【００１３】脱塩素反応温度域を６０℃〜２００℃とし
たのは、６０℃未満では含ハロゲン重合体組成物の脱塩
素反応速度が遅くなり、実際的ではない。一方、２００
℃超では脱塩素反応速度が飽和するからである。
【００１４】また、有機溶媒で含ハロゲン重合体組成物
を溶解する過程では、ポリ塩化ビニルのような含ハロゲ
ン重合体組成物が選択的に溶解されるから、有機溶媒に
溶解されない他のプラスチックたとえばＰＥＴと含ハロ
ゲン重合体組成物を容易かつ確実に濾別（分別）するこ
とができる。
【００１５】図１に、本発明における第１段のプロセス
即ち、可塑剤を配合された含ハロゲン重合体組成物を有
機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶液状態にしたも
のまたは、溶液状態としたものをポリマー不溶のアルコ
ール類で再結晶させて固形物ポリマーとして取り出しこ
れを有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶液状態と
するプロセスにおける有機溶媒の種類をパラメータとし
て、第２段の加水分解反応における反応温度と反応率の
関係を示す。
【００１６】比較のために、先に挙げた特公昭５１−４
２６４０号公報に開示されている熱塩基性水溶液中にお
いてポリ塩化ビニルをオートクレーブ中１８０℃〜３０
０℃の温度域で反応させる反応温度と反応率の関係を併
せて図１に示す。
【００１７】この図１から、含ハロゲン重合体組成物を
ジオキサン、テトラヒドロフランといった有機溶媒で溶
解或は微細状に懸濁させて溶液状物とする第１段階のプ
ロセスを採ることによって、第２段の加水分解反応が格
段に低い温度域で高い反応率に達することが分かる。
【００１８】反応率を向上させるために、アルカリ水溶
液中、６０℃〜２００℃の温度域で反応させる段階で、
触媒としてアンモニウム（ＮＨ4 +）化合物を併用するこ
とおよびアルカリ水溶液中、６０℃〜２００℃の温度域
で反応させる過程を複数回繰り返す複数段反応プロセス
を採ることの何れか一方または双方のプロセスを採るこ
ともできる。
【００１９】図２に、本発明のプロセスにおける第２段
の反応即ち、アルカリ水溶液中、６０℃〜２００℃の温
度域で液状物を反応させる加水分解反応において、触媒
としてアンモニウム（ＮＨ4 +）化合物たとえば硫酸アン
モニウムを所定量添加するときの反応率の変化を、第１
段の溶解過程における有機溶媒をジオキサンとしたとき
の、第２段の加水分解過程における反応温度をパラメー
タとして示す。この図２からアンモニウム（ＮＨ4 +）化
合物たとえば硫酸アンモニウムを所定量添加することに
よって、反応率が１５％〜２０％向上することが分か
る。
【００２０】図３に、第１段の 溶解過程における有機
溶媒をジオキサンとしたときの、第２段の加水分解反応
過程を２回繰り返す２段反応プロセスを採るときの反応
率の変化を示す。これから、２段加水分解反応プロセス
を採ることによって、反応率が６０％〜８０％向上する
ことが分かる。
【００２１】図４に本発明の実施態様における処理フロ
ーを示す。同図に示すように、収集された種々のプラス
チックの混合物に対し、先ず、比重差を利用した分別を
行う。ここでは、液の比重を溶媒と溶質の種類および量
の組合せによって種々に変えることができるからプラス
チックの化学的組成に応じた比重による分別が可能とな
る。実際のプロセスの１つとしては、塩素等のハロゲン
元素を含まない群と、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）といっ
た含ハロゲン重合体組成物と、ポリエチレンテレフタレ
ート（ＰＥＴ）のような塩素を含まないものとが混在す
る群に分別し、塩素等のハロゲン元素を含まない群はそ
のまま燃料或は原料として利用する。
【００２２】一方、ＰＶＣのような含ハロゲン重合体組
成物と、ＰＥＴのような塩素を含まないものとが混在す
る群には、本発明を適用して、有機溶媒によってＰＶＣ
のような含ハロゲン重合体組成物が選択的に溶解或は微
細に懸濁した液状物とせしめられる。ＰＥＴのような塩
素を含まないものは不溶で固体のまま存在するから、こ
れを濾別することによって容易に分別できる。これが、
本発明の第１段階である。
【００２３】つぎに 第２段階として、第１段階で得た
液状物にアルカリ水溶液を加えて、６０℃〜２００℃の
温度域で加水分解反応させることによって塩素を除去す
る。このようにして脱塩素化されたたとえばＰＶＣは、
燃料或は原料として利用することができる。
【００２４】また、この第１段階として、有機溶媒によ
ってＰＶＣのような含ハロゲン重合体組成物が選択的に
溶解或は微細に懸濁した液状物にポリマー不溶のアルコ
ール類を適用してたとえばＰＶＣを再結晶させて固形物
ポリマー（不溶析出分）とし、これを分別して取り出し
た可塑剤を含まないものに有機溶媒を適用して再溶解さ
せて液状物とすることができる。これに第２段階として
アルカリ水溶液を加えて、６０℃〜２００℃の温度域で
加水分解 反応させることによって塩素を除去すことが
でき、こうして得られた例えば脱塩素ＰＶＣは、同様に
して、燃料或は原料として利用できる。
【００２５】さらに、本発明の実施態様を実施例によっ
て説明する。
【００２６】実施例１ 可塑剤を含むポリ塩化ビニル５ｇを、１００ｍｌのテト
ラヒドロフランに溶かし、１６規定の苛性ソーダ１０ｍ
ｌを加え、６６℃で５時間反応させた。次いで、アルコ
ール等のポリマーを溶かさないメタノール４００ｍｌで
処理し、ポリマーを取り除いた後の液から消費苛性ソー
ダ量を測定し、原料のポリ塩化ビニルのＣｌ含有量で除
して反応率を求めた。このとき、脱塩素化率即ち反応率
は、３０．５％であった。
【００２７】実施例２ ポリ塩化ビニル５ｇを常圧下においては３００ｍｌ三つ
口フラスコに、加圧下においては３００ｍｌオートクレ
ーブにそれぞれ仕込み、ジオキサン１００ｍｌでそれぞ
れ溶解させた後、ＮａＯＨ：６．６ｇを水１０ｍｌに溶
解させたものをそれぞれ仕込んで１００℃リフラックス
ならびに１２０℃、１６０℃および２５０℃の加圧下反
応を共に５時間で行なった。反応物は、アルコール等
の、ポリマーを溶かさないメタノール４００ｍｌで処理
し、ポリマーを取り除いた後の液から消費ＮａＯＨ量を
分析し、原料ポリ塩化ビニルのＣ１含有量で消費ＮａＯ
Ｈ量を除して反応率を求めた。反応率は、それぞれ２
７．６％、５２．８％、１００％および９６．７％であ
った。
【００２８】実施例３ ＮａＯＨ水溶液の他に触媒として（ＮＨ4）2ＳＯ4：
１．６ｇを追加して仕込み、それぞれ１００℃リフラッ
クスおよび１２０℃加圧の条件の他は実施例２における
と同一の条件で反応させた。反応率は、それぞれ４０．
３％および６７．２％であった。
【００２９】実施例４ 第１段の溶解過程における有機溶媒としてテトラヒドロ
フラン（以下、ＴＨＦと略称する）を用いてポリ塩化ビ
ニルを溶解させた。第２段階の加水分解反応において
は、ＴＨＦの沸点が６６℃であるので、常圧では６６℃
リフラックスで反応させ、加圧においては、オートクレ
ーブ中１２０℃、２００℃および２５０℃でそれぞれ反
応させた。先ず、ポリ塩化ビニル５ｇをＴＨＦ：１００
ｍｌに溶解させ、常圧では３００ｍｌ三つ口フラスコに
仕込み、加圧では３００ｍｌオートクレーブに仕込ん
だ。一方、ＮａＯＨ：６．６ｇを水１０ｍｌに溶解しそ
れぞれに加えた後、６６℃リフラックスおよび１２０
℃、２００℃および２５０℃の加圧下に５時間反応させ
た。
【００３０】実施例２と同様な方法でポリマーを取り除
いた後の液から消費ＮａＯＨ量を求め、反応率を算出し
た。反応率はそれぞれ、３０．５％、６８．６％、１０
０％および１００％であった。
【００３１】実施例５ ポリ塩化ビニル５ｇを３００ｍｌ三つ口フラスコ内でジ
オキサン１００ｍｌで溶解した後、ＮａＯＨ：６．６ｇ
を１０ｍｌの水に溶解したものを加え、常圧下、１００
℃リフラックスで５時間反応させた。反応後は、実施例
２におけると同様な方法でポリマーと液を分離し、液は
消費ＮａＯＨ量の分析に、ポリマーは二段目の反応に供
した。
【００３２】実施例２（一段）で得られたポリマーを上
記と同様にジオキサンで溶解させ、ＮａＯＨ：６．６ｇ
を１０ｍｌの水に溶解したものを加えさらに、１００℃
リフラックス５時間反応させた。反応後は、上と同様な
方法でポリマーと液を分離し、液は消費ＮａＯＨ量の分
析に供し、反応率を求めた。反応率は、実施例２（一
段）で２７．６％、二段目の処理後で９９．６％であっ
た。
【００３３】実施例６ 実施例５と反応操作を同様にし、第２段の加水分解反応
における一段反応にのみ（ＮＨ4）2ＳＯ4：１．６ｇを
添加した。 反応率は、一段目で２５．３％、二段目を
終了した全工程で１００％であった。
【００３４】実施例７ 実施例５と反応操作を同様にし、二段目の反応にのみ
（ＮＨ4）2ＳＯ4：１．６ｇを添加した。反応率は、一
段目で２７．０％、二段目を終了した全工程で８０％で
あった。
【００３５】実施例８ 可塑剤を含むポリ塩化ビニル５ｇを１００ｍｌのＴＨＦ
で溶解し、全量を４００ｍｌのメタノールに少量づつ攪
拌しながら添加した。添加と同時に固体が析出し再結晶
された固体ポリマーが得られた。この固体ポリマーを吸
引濾過によって濾別し乾燥した。 かくして得られた可
塑剤を含まない固体物ポリマー３．９２ｇをジオキサン
１００ｍｌに溶かし、水酸化カルシウム５．２ｇと水５
０ｍｌを加えて１００℃で５時間反応させた。
【００３６】反応物は白濁状態であるので、過剰の水酸
化カルシウムを中和するため塩酸を所定量加えた後、適
定により反応で消費された水酸化カルシウムの量を求め
反応率を計算した。反応率は、１３．２％であった。
【００３７】実施例９ ハロゲン重合体組成物を含有しない数種のプラスチック
とポリ塩化ビニルの混合物を、比重差によって予め分別
し、比重の大きいポリ塩化ビニルとポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）の２種混合物とした。この２種混合
物１０ｇをＴＨＦ１００ｍｌに溶かし、不溶のＰＥＴを
濾別した後秤量し、溶解された液状物中のポリ塩化ビニ
ルの量を計算で求めておき、液状物をそのまま直接第２
段階である加水分解による脱塩素工程で処理した。脱塩
素工程では、１６規定の苛性ソーダ１０ｍｌを加え、１
６０℃で５時間反応させた。反応率は、８０％であっ
た。
【００３８】比較例１ ポリ塩化ビニル５ｇを３００ｍｌ三つ口フラスコに入
れ、水１００ｍｌを加えて撹拌しながらＮａＯＨ６．６
ｇを加えて常圧下、１００℃リフラックスで５時間反応
させた。反応後、固液を分離した後濾液中の残ＮａＯＨ
を分析し、反応によって消費されたＮａＯＨ量を測定し
た。原料のポリ塩化ビニルのＣｌ含有量で消費ＮａＯＨ
量を除して反応率を求めた。脱塩素化率即ち反応率は、
６．１％であった。
【００３９】比較例２ 比較例１と同様な方法で１２０℃、２００℃および３０
０℃の反応を行なった。
【００４０】この場合、反応容器として３００ｍｌオー
トクレーブを用い、加圧下に反応させた。反応後は、比
較例１におけると同様に固液を分離し、液中のＮａＯＨ
量を分析し、反応によって消費されたＮａＯＨ量を求め
た。反応率はそれぞれ、３５．５％、８２％および９
７．０％であった。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、工業的規模で、可塑剤
を配合した含ハロゲン重合体組成物の脱塩素を従来技術
におけるよりも格段に低い温度域で高効率下に行なうこ
とができる。したがって、低いエネルギー・コストで脱
塩素が可能となり、廃プラスチックを重油代替燃料とし
て活用することができ埋立て処分が不要になるほか、高
炉操業における還元剤または熱源として利用でき微粉炭
の使用量を大きく減少させることができる等、プラスチ
ック廃棄物の再資源化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプロセスにおける有機溶媒の種別毎
の温度と反応率の関係を、従来技術と対比して示す。
【図２】 本発明のプロセスのジオキサンによる溶解系
において、アンモニウム化合物触媒として（ＮＨ4）2Ｓ
Ｏ4の反応率の影響を示す。
【図３】 本発明のプロセスのジオキサンによる溶解系
において、アルカリ水溶液と反応させる段階を二段に繰
り返すプロセスの効果を示す。
【図４】 本発明のプロセスにおける廃棄プラスチック
の分別および脱塩素処理工程のフローを示す。
フロントページの続き (72)発明者 木藤 武利 福岡県北九州市戸畑区仙水町１−１ 九 州工業大学内 (56)参考文献 特開 平７−11026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−64160（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−325407（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−179651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 11/00 - 11/28 B09B 3/00 304

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可塑剤を配合した含ハロゲン重合体組成
    物を有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶液状物と
    する第１段階と、この溶液状物をアルカリ水溶液と６０
    ℃〜２００℃の温度域で反応させる第２段階からなるこ
    とを特徴とする含ハロゲン重合体組成物の脱塩素法。
  2. 【請求項２】 可塑剤を配合され固化成形された含ハロ
    ゲン重合体組成物を有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁さ
    せた溶液状物を、ポリマー不溶のアルコール類で再結晶
    させて組織をほぐした状態の固形物ポリマーとして取り
    出し、この固形物ポリマーを有機溶媒で溶解或は微細状
    に懸濁させて溶液状物とする第１段階と、この溶液状物
    をアルカリ水溶液と６０℃〜２００℃の温度域で反応さ
    せる第２段階からなることを特徴とする含ハロゲン重合
    体組成物の脱塩素法。
  3. 【請求項３】 アルカリ水溶液と６０℃〜２００℃の温
    度域で反応させる第２段階が、アンモニウム化合物触媒
    の存在下に進行せしめられることを特徴とする請求項１
    および請求項２の何れかに記載の含ハロゲン重合体組成
    物の脱塩素法。
  4. 【請求項４】 アルカリ水溶液と６０℃〜２００℃の温
    度域で反応させる第２段階を複数段繰り返すことを特徴
    とする請求項１乃至３の何れかに記載の含ハロゲン重合
    体組成物の脱塩素法。
  5. 【請求項５】 可塑剤を配合した含ハロゲン重合体組成
    物を有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶液状物と
    する第１段階が、含ハロゲン重合体組成物とそれ以外の
    プラスチックに分別する段階を兼ねるものであることを
    特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の含ハロゲン
    重合体組成物の脱塩素法。
  6. 【請求項６】 可塑剤を配合した含ハロゲン重合体組成
    物を有機溶媒で溶解或は微細状に懸濁させて溶液状物と
    する第１段階で用いる有機溶媒が、テトラヒドロフラン
    またはジオキサンであることを特徴とする請求項１乃至
    ５の何れかに記載の含ハロゲン重合体組成物の脱塩素
    法。
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