JP3350696B2 - ポリエチレンテレフタレ−トよりテレフタル酸とエチレングリコールとを回収する方法 - Google Patents

ポリエチレンテレフタレ−トよりテレフタル酸とエチレングリコールとを回収する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば近年清涼飲料水
容器、調味料容器、包装材料等として、広く利用されて
いる、いわゆるポリエチレンテレフタレ−ト(以下、P
ETと略す)容器の廃棄物を原料モノマ−として回収
し、資源の有効利用とともに、社会的な問題となってい
る廃棄物公害を減少させ、生産流通更に生活を快適なら
しめんとするものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】一般に、高分子材料を回収
し、再利用するとき、性能の劣化、汚れ等のため、非常
に低い価値の用途にしか向けるほかない。しかも、これ
らの加工は面倒な手順を経、結局屡々焼却という処理手
段に頼ることになる。
【0003】一方、PETを解重合して原料を再生する
方法としては、これまでに次の方法が知られていた。 (1)加水分解法 PETを強酸或いはアルカリ水溶液とともに加熱処理す
ることにより、テレフタル酸(以下、TPAと略す)或
いはその塩に変換して回収する方法。この方法によって
TPAを回収することができるが、生成したエチレング
リコ−ル(以下、EGと略す)が水中に溶解するため、
回収は困難であり、且つ廃水処理という問題を伴う。
又、反応時間を短縮するためには、高温高圧の過酷な条
件が必要である。 (2)加グリコ−ル分解法 金属塩触媒存在下でPETをEGやプロピレングリコ−
ル等とともに加熱処理することにより、解重合させて、
ビスヒドロキシエチルテレフタレ−ト(以下、BHET
と略す)及びPETのオリゴマ−等を回収する方法。こ
の方法によって完全なモノマ−まで分解するのは困難で
あり、多量のEGや長い反応時間も必要である。生成し
たBHETの一部はEGに溶解するので、その分離は煩
雑となり、収率の点にも問題がある。又、これらが原因
となって回収コストが高い。 (3)加メタノ−ル分解法 金属塩触媒存在下でPETをメタノ−ルとともに加熱処
理することにより、TPAジメチルを回収する方法。こ
の方法によってTPAジメチルを回収することができる
が、生成したEGと溶媒メタノ−ルとの分離、又、TP
Aジメチルはメタノ−ルに可溶であるため、その分離工
程には蒸留を必要とし、収率も決して高くない。更に、
加水分解の場合と同様に高温高圧の過酷な分解条件が必
要である。
【発明が解決しようとする課題】
【0004】前述の(1)〜(3)の方法のように、P
ETから水溶液中での加アルカリ分解法或いは金属塩触
媒存在下での加アルコ−ル分解法によって、その構成モ
ノマ−を回収する研究については、今までも数多く報告
されている。しかし、EG中での加アルカリ分解につい
ては、全く報告されていない。
【0005】次に、本発明の基本手法となる化学反応式
を式1に示す。
【0006】
【化1】
【0007】即ち、PETをEG中で加アルカリ分解す
ると、TPA塩とEGを生成する。生成したTPA塩は
EG中で析出するため、反応は完全にモノマ−まで分解
できる上、濾過により両方を分離回収できる。
【0008】更に驚くべきことに、比較的穏和な条件下
で短時間内にモノマ−にまで分解でき、特に生成したT
PA塩とEGとの分離操作は簡単であり、しかもそれら
の回収率も高く、連続的に分解回収することが可能であ
る点は、本発明の最大の特徴である。即ち、式1で生成
するTPAジナトリウムのEG中への溶解度が大変小さ
く、このため反応は全く容易に右式へ移行することが見
出されたのである。
【0009】反応は、PET表面で進行するので、苛性
ソ−ダの量、溶解度、攪拌が大切であり、反応速度の上
昇のためにも高い温度が有利であるが、反応を制御する
上から、適宜操作温度を選ぶ必要がある。表面積の小さ
い形状の材料を処理するときは、高温にするか、或いは
温度を上げずに、アルコ−ル類、テトラヒドロフラン、
ジオキサン、1,2−ジメトキシエタンを代表とするエ
チレングリコ−ル系エ−テル類なる群から選ばれる促進
剤を適宜加えるのが有効である。反応温度は、室温〜1
95℃の範囲がよいが、経済性、安全性の点で、80〜
180℃で行うのが通常である。
【0010】苛性ソ−ダのPETのカルボキシル基に対
する使用量は、1.0ないし3.5がよい。少ないと時間
が長くかかり、多すぎると系のかき混ぜの抵抗のため
か、遅くなる傾向がある。PETのEGに対する投入割
合が少ないほど反応が容易なのは、当然であるが、本発
明ではむしろ容積比で35%と高い割合でもかき混ぜが
できる限り、分解反応には支障のないことを見出すこと
ができた。
【0011】反応促進剤の効果は、苛性ソ−ダのPET
表面との接触並びに反応速度の加速に役立つとみられ、
その使用量に特に制限はないが、多く用いると経済的で
なくなるため、必要最小量にすべきである。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施の態様を述べて、本発明
の有効性を一層明らかにする。しかし、本発明の主旨を
逸脱せざる限り、この説明のみに本発明の範囲が限定さ
れるものではない。
【0013】まず、試料及び試薬は、次のものを用い
る。PETには2mm×1mm(長さ×直径)のペレッ
ト状試料[重量平均分子量Mwは30000([η]=
0.941dl/g)]を用いた。EGと水酸化ナトリ
ウム(NaOHを96%含有)には市販一級品をそのま
ま使用した。滴定用HCl標準水溶液では市販の1N標
準溶液を蒸留水で0.2Nに希釈したものを使用した。
【0014】0.48〜1.92gのPETペレットと
0.21〜0.84gのNaOH及び5mlのEGを試験
管中に入れ、窒素雰囲気下で150〜180℃のオイル
バス中で攪拌しながら、所定時間分解した。分解後、反
応を止め、試験管を速やかに冷水中で室温に冷却した。
試験管中の反応物と反応液を50mlの蒸留水中に投入
後、0.2NのHCl標準溶液でpH7まで滴定し、N
aOHの消耗量、つまり−COONaの生成量の変化を
追跡した(分解生成したテレフタル酸塩及び未分解のP
ETペレットをEGから濾過分離した後、濾液を滴定し
た結果と、未分離のまま滴定した結果とが同じであった
ので、滴定は未分離のまま行った。)。
【0015】滴定後、濾過により未分解のペレット(ほ
とんどの場合は溶解して存在しなかった。)と分解生成
したTPA塩とを分離し、更に濾液中に過量のHCl溶
液を滴下することによりTPAを沈殿させ、濾過後にT
PAが得られた。得られたTPAと残ったペレットを乾
燥し、それらの重量を測定してPETの残留率とTPA
の収率を算出した。更に、1H NMRと蛍光X線で分解
生成物と残ったペレットを解析した。
【0016】次にPETの分解におけるペレットの重量
変化を図1に示す。分解につれてPETペレットの重量
は速やかに減少し、分解温度の増加につれてその減少速
度も速くなる。ペレットが完全になくなるまでに必要な
時間は150℃で約80分間、160℃で50分間、1
70℃で30分間及び180℃で15分間である。
【0017】得られたTPA塩を過量のHCl中でTP
Aに変換後秤量し、数式1に従って算出したTPAの収
率を図2に示す。180℃で約15分間加熱するとPE
Tが完全に分解され、TPAを100%回収できること
が示されている。
【0018】
【数1】
【0019】図1及び図2の結果を比較すると、任意の
分解時間におけるTPAのモル収率はPETペレットの
モル減少率に等しいことがわかる。このことはEG中で
のPETの加アルカリ分解がPETペレットの表面で進
行することを示唆している。
【0020】又、一定時間分解後生成した白い沈殿物と
残ったペレットを蛍光X線で解析した。そのスペクトル
を図3に示す。白い分解物は55.19(deg)(2
θ)の付近にナトリウムの強い散乱ピ−クを示すのに対
して、残留ペレットは反応条件を問わず、ほとんど散乱
を示さなかった。この結果によっても、EG中でのPE
Tの加アルカリ分解はPETペレットの表面で進行する
ことが明らかである。
【0021】分解速度に及ぼすNaOHの影響につい
て、次に述べる。160℃で種々のNaOH初期濃度下
でPETを5分間反応させ、生成した −COONa を
測定した。これから求めた分解速度に及ぼすNaOH濃
度の影響を図4に示す。いずれのPET初期添加量でも
NaOH濃度の増加につれて分解速度が増加するが、N
aOH濃度が2mol/lを越えると分解速度はかえっ
て遅くなる。又、これと同じ結果を用いて、分解速度に
及ぼすPET初期添加量の影響を図5に示す。PET濃
度の増加につれて分解速度が遅くなることが示されてい
る。
【0022】PETの分解が進行するにつれて、EG中
でTPA塩の不溶性の白い沈殿物が生成する。この沈殿
物は水中で可溶であり、TPA或いはTPAにその低量
体オリゴマ−酸のナトリウム塩が微量混合したものであ
る可能性が疑われた。そこで次に、これを過量のHCl
水溶液中でTPA(及びそのオリゴマ−)に変換後、濾
過により得られたものついて、1H NMRで解析した。
160℃で25分間分解後、得られたものの1H NMR
スペクトルを図6に示す。このスペクトル解析の結果か
らEGの残基の存在は全く認められないので、生成した
白い沈殿物は完全なTPA塩であることがわかる。
【0023】PETとEGの仕込み比を1mol/l及
びNaOHの初期濃度を2mol/lとして、種々の反
応温度で測定した −COONa の生成速度を図7に示
す。反応はPETペレットの表面で進行することから、
図1、2及び7の結果によって、任意の反応時間の後に
生成した白い沈殿物は完全なTPAモノマ−のナトリウ
ム塩であることがわかる。これは図6の解析結果と一致
する。このことから本分解法において反応の途中で反応
を止めても、完全なTPA塩及びEGの回収ができるこ
とがわかる。
【0024】PETの分解速度は、分解操作に供せられ
るPETのペレットの表面積と攪拌速度に関係がある。
従って、回収廃PETを使用するとき、その破砕には注
意してできるだけ表面積の大きい形状にするのが好まし
い。特にポリオレフィン等との複合材料の回収品の場
合、分解処理の途中でポリオレフィンを系外へ取り出す
ようなことも必要になる。つまり、本発明者等は、発明
の技術を分かりやすくするためにPETペレットでの実
施例を示したが、PETが主体になる回収品を用いる限
り、本法が有効なことは明白である。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、実施例にも示した通
り、PETをEG中で加アルカリ分解することにより、
比較的穏和な条件で短時間内にTPA塩とEGが生成
し、モノマ−単位として回収することが可能である。生
成したTPA塩とEGの両者の回収率が高く、分離も極
めて簡単であるため、廃棄PETプラスチックの工業的
リサイクル方法として価値が大きく、社会的に重要な課
題となっている廃棄プラスチック問題に対しても、明る
い材料を提供することができるので、本発明の産業上の
利用性は、非常に高いといえる。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】反応時間経過によるPETペレットの残存重量
変化を示す図である。
【図2】反応時間経過によるTPA収率の変化を示す図
である。
【図3】反応物の蛍光X線スペクトルを示す図である。
【図4】種々のPET初期仕込量において、NaOH添
加量が加アルカリ分解に及ぼす効果を示す図である。
【図5】種々のPET初期仕込量が種々のNaOH濃度
において、加アルカリ分解に及ぼす効果を示す図であ
る。
【図6】PETを160℃で25分間加アルカリ分解
後、過量HCl水溶液中で沈殿するにより得られたテレ
フタル酸の1H NMRスペクトルを示す図である。
【図7】滴定により求めた反応時間経過にともなうテレ
フタル酸ジナトリウム塩の生成量変化を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−157402(JP,A) 特開 平8−302061(JP,A) 特開 平6−199734(JP,A) 特開 平6−72922(JP,A) 特開 平7−330662(JP,A) 特開 昭58−4735(JP,A) 特開 昭50−104276(JP,A) 特開 昭49−28578(JP,A) 特表 平11−502870(JP,A) 特表 平11−502868(JP,A) 特表 平11−502869(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 27/02 C07C 31/20 C07C 51/087 C07C 63/26 C07C 63/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレンテレフタレ−トの小粒、粉
    末、小片或いはこれらの集まった塊状物、又はこれらの
    2つ以上の混合物を、エチレングリコ−ル中にて過剰の
    苛性ソ−ダと、室温から195℃の間でかき混ぜ、接触
    させ、生成するテレフタル酸ソ−ダを固形物として分離
    することを特徴とする、ポリエチレンテレフタレ−トよ
    りテレフタル酸とエチレングリコ−ルとを回収する方
    法。
  2. 【請求項2】 反応促進剤として、メチルアルコ−
    ル、エチルアルコ−ル、プロピルアルコ−ル類、ブチル
    アルコ−ル類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,
    2−ジメトキシエタンなるエ−テル群から選ばれる、少
    なくとも1つ或いは2つ以上の混合物を適宜反応系に添
    加することを特徴とする、請求項1記載のポリエチレン
    テレフタレ−トよりテレフタル酸とエチレングリコ−ル
    とを回収する方法。
  3. 【請求項3】 原料ポリエチレンテレフタレ−トが50
    %以上含有されるプラスチックス廃棄物である、請求項
    1記載のポリエチレンテレフタレ−トよりテレフタル酸
    とエチレングリコ−ルとを回収する方法
  4. 【請求項4】 苛性ソ−ダの対ポリエチレンテレフタレ
    −トの使用割合が、ポリエチレンテレフタレ−トのカル
    ボキシル基当たり1.0ないし3.5である、請求項1記
    載のポリエチレンテレフタレ−トよりテレフタル酸とエ
    チレングリコ−ルとを回収する方法。
  5. 【請求項5】 ポリエチレンテレフタレ−トの対エチレ
    ングリコ−ルの容積比が35%以下である、請求項1記
    載のポリエチレンテレフタレ−トよりテレフタル酸とエ
    チレングリコ−ルとを回収する方法。
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DE102018122210B4 (de) * 2018-09-12 2023-06-29 Rittec Umwelttechnik Gmbh Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Wiederaufarbeitung von Polyalkylenterephthalat enthaltenden Abfällen
CN114195632A (zh) * 2021-12-08 2022-03-18 南京道港贸易有限公司 对苯二甲酸及其制备方法和回收高聚合度聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法

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