JP3613198B2 - ペットボトルリサイクルにおけるフレーク異物の除去方法 - Google Patents
ペットボトルリサイクルにおけるフレーク異物の除去方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペットボトルリサイクル材から異物を除去する方法、及びこれに用いる異物選別洗浄装置、並びにペレットを作製する方法及びこれにより得られる樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペットボトルは、１９９７年４月よりリサイクルが義務付けられ、各市町村が回収しつつあるが、リサイクル用途が限られ、なかなか用途開発が進まないのが現状である。一方、回収率は年々進み、１９９８年には４万４６００トン回収され生産量の１６％に達する。今後、回収量はリサイクル業者である指定法人の増加と市民のリサイクルに関する関心の高まりから、２０００年には回収量が６万トンに達するものと推定される。現在は、主に繊維、卵パック用シートがリサイクルの大半であり、異物除去の難しさや、リサイクル後の価格の観点からエンジニアリングプラスチック用材料としての再利用は見送られてきた。
【０００３】
一方、リサイクル技術は、各国の企業等で盛んに研究され、ケミカルリサイクルとして、アルコールによる分解、グリコールによる分解技術が欧州を中心に開発され、パイロットプラント等が稼動しつつあるが、まだその採算性は極めて厳しい状況である。また一般廃棄物からのペットボトルは、その異物の多さから、リサイクル生産しようとするメーカーから敬遠され、生産工程内からでる異物の少ないペットシートの端材等を使用する事が大半であった。
【０００４】
マテリアルリサイクルは、ペットボトルをフレーク状に粉砕する事から始まる。まずペットボトルは、各市町村で分別回収された後、以下のような再生処理工程で、使用可能なフレークに加工される。
【０００５】
即ち、（１）塩ビボトルとペットボトルの種分け、（２）ペットボトルの色分け、（３）ラベル・キャップの除去、（４）粉砕機によるフレーク化、（５）水洗い洗浄、（６）比重分別によるポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の除去、（７）遠心脱水等による水分除去（８）フレコン詰め、の順である。
【０００６】
これらの工程は、大規模再生工場では、機械化が進み、小規模再生工場では、手作業が主流となっている。
【０００７】
この工程で製造されたボトル粉砕品（フレーク）は、十分に選別され、再生使用に耐えうるフレークとなっているはずであるが、実際は、ボトルが再生工場に輸送される時ボトル体積を少なくする為、減容圧縮され、つぶれた状態で搬入される為、ボトル内部が十分洗浄（大規模再生工場では、ボトルに穴を開け、水洗しているところも有る）できず、結果的に内部にある程度残留したまま粉砕される為、ボトルの中に入っていた石、木片等がフレークに混入してしまう。これはその後の比重選別（水による比重選別、風力選別）では、十分に除去しきれず、ラベル粉砕品などを含め、数百ｐｐｍ程度混入してしまうのが一般的である。
【０００８】
この異物を後工程で、いかに除去できるかが、その後の品質に大きく影響を与えてしまう。この為、石等の異物を除去する為、フレークは、一旦、ダイスの手前にメッシュ（２５０〜６００メッシュ）の金属製のフィルターで、こし取りながら、ペレットにするのが一般的である。このフィルターは、フレーク内の異物量から、すぐに目づまりをおこしてしまう為、フィルターを複数個セツトし、順に切り替えながら連続して、押し出す目的で、オートスクリーンチェンジャーを装備した物が大半で、またフィルターの寿命を延ばす為、目づまり時、押し出し方向と逆に樹脂を流す装置を装備したものまで使用されている。しかしながら、フレークを一旦押し出し加工する為、コストが割高になるばかりでなく、ラベル等の染料、顔料や、塩ビ等の成分の細かく焼けた物質、ラベルを貼り付けたのり成分、洗浄時に落ちなかったボトルの中身等は、熱で変質しながら、メッシュを通り抜けてしまう。この為、十分に異物が除去されず、生産されたペレットは、本来のペットの色調である無色透明から、やや黒ずんだペレットとなってしまう。この為、できる限り、安価に異物を精度良く除去し、直接エンジニアリングプラスチックの原料として、精製されたフレークを２軸押し出し機等に副原料と共に供給して、使用するのが、最も理想的である。
【０００９】
従ってペットボトルのリサイクルについては、現在まで色々な方法が検討されてきた。例えば、特開平１１−１０５０３２号には、粉砕手段と、洗浄手段と、すすぎ脱水手段と、サイクロンによりラベル類を除去する風選別手段を備えた異物除去手段を有するペットボトル粉砕洗浄装置が開示されている。しかしリサイクル材（粉砕材）の中には、実に様々な異物が混入しており、これをマテリアルリサイクルする場合、物質の帯電性の違いによる性質を利用した静電除去方法、例えば図１に示すハイドロサイクロン装置により水等を用いて物質の比重の違いを利用して分離するハイドロサイクロン、例えば図２に示す密閉循環式風力選別機を用いた風力を利用する風力選別法、図３に示す比重差選別機を用いる方法に代表される比重分離法等が試みられたが、その選別精度の悪さから、実用レベルに達していないのが、現状である。
【００１０】
また、フレークからの直接のペレット化をあきらめて、一度 フレークをフィルター付の押し出し機を通して異物を濾過し、除去する方法が試みられている。この方法では、押し出し機を使用してペレットを作製するコストが高く、また熱履歴を余分に１回多く受けることから、分子量の低下が懸念され、また、異物の多さからフィルターがすぐ詰まる為、極めて高価なオートスクリーンチェンジャーを押し出し機先端に付け、フィルター詰まりによる押し出し機シリンダー内の圧力上昇を感知し、スクリーンを自動的にチェンジし、詰まったフィルター部は、押し出し樹脂を逆洗し、目づまりを除き、フィルターの寿命を延ばす工夫がなされているが、やはりフィルター交換は、かなりの頻度でなされ、また、設備費も極めて高価になる等の問題があった。
【００１１】
また、色物のボトル粉砕フレークが混入している場合、同じペットで有る為、溶融し、フィルターを通る為、作製したペレットの色がくすむ等の問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ペットボトルのリサイクル材を有効に活用し、エンジニアリングプラスチックの原材料として、大量有効活用する為、フレークに含まれる異物を安価に且つ精度良く除去し、射出成形品にした場合に異物の少ないペレットを大量に生産し、安価にユーザーに提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、金属探知装置により金属を選択的に除去する工程、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程を有するフレーク異物の除去方法及びこれに用いる異物選別洗浄装置により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
即ち、本発明の第１は、回収ペットボトルを再利用する場合において、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する工程、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程を有する特徴とする、フレーク異物の除去方法に関する。
【００１５】
好ましい実施態様としては、粉砕異物が、金属、石、木片、ガムテープ、ラベル、粒状粉砕物、色物フレーク、印字フレークである前記に記載のフレーク異物の除去方法に関する。
【００１６】
本発明の第２は、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する手段、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する手段、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する手段、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する手段を有することを特徴とする、フレーク異物選別洗浄装置に関する。
【００１７】
本発明の第３は、本発明の第１に記載の方法により異物を除去した後のフレークと無機充填材とをブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法に関する。
【００１８】
好ましい実施態様としては、本発明の第１に記載の方法により異物を除去した後のフレーク、バージンペット、及び無機充填材をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法に関する。
【００１９】
更に好ましい実施態様としては、無機充填材がガラス繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウムである前記に記載の押し出し成形法に関する。
【００２０】
更に好ましい実施態様としては、更に安定剤、難燃剤、結晶核剤をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする前記いずれかに記載の押し出し成形法に関する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、異物の少ないエンジニアリングプラスチックの原料として、容器包装リサイクル法の施行に伴って、清涼飲料、醤油及び酒類用の容器であるペットボトルが回収され、これを有効利用する為に有る。以下本発明を詳述する。
【００２４】
本発明のフレーク異物の除去方法において、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、金属探知装置により金属を選択的に除去する工程とは、例えば、フレーク内の粉分及び粉砕し損ねた大寸法フレークをシフターで取り除き、磁石による鉄分除去、非鉄金属を磁界を利用して検出し、除去する工程である。金属探知装置としては例えば日新電子工業株式会社金属検出器ＮＤ−８００が使用できる。
【００２５】
また（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程とは、例えば、石、木片、ガムテープ、ラベル、粒状粉砕物、色物フレーク、印字フレーク等の粉砕異物を含むフレークをシフター上を概ね１層で流しながら、蛍光燈、白熱灯、キセノンランプ等により光を照射し、フレーク表面の明度を光センサーで測りながら、設定した明度以下の物体（この場合、異物）を光センサーで感知し、エアー、水流等により選択的に異物を吹き飛ばし、特に石、ラベル、色物フレーク、木片等の異物を除去する工程である。
【００２６】
また（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程とは、例えば、粉砕異物をストックタンク等に一旦貯めた後、順次フィーダーで、洗浄タンクに送り、攪拌洗浄する工程である。
【００２７】
また（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程とは、例えば、粉砕異物をハイドロサイクロンに送り、比重の大小で分別する工程である。
【００２８】
なお、ここでいう粉砕異物とは、石、木片、紙ラベル、色物ボトル、ラベル、ガムテープ、印刷フレーク等が挙げられるがこれに限られない。
【００２９】
（Ａ）〜（Ｄ）の各工程の順番は特に問わないが、異物除去ラインの配置の点から（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）の順が好ましい。
【００３０】
本発明の押しだし成形法は、上記（Ａ）〜（Ｄ）の工程でフレークの異物率を下げ、フレークを例えば、遠心脱水機により、脱水後、必要に応じて、フレークを除湿乾燥機等により、乾燥後、他の副原料である無機充填剤とブレンドして、同方向又は異方向回転等の２軸の押し出し機でダイレクトに押し出してエンジニアリングプラスチックのペレットとして樹脂組成物を生産することができる。
【００３１】
異物除去後のフレークにバージンペットを添加して用いることもできる。この場合、異物除去後のフレークとバージンペットとの比率は１００：０〜９５の割合で添加するのが好ましい。
【００３２】
２軸の押し出し機で押し出す際の無機充填剤の添加量はペレットの物性を満足させるため、押しだし成形法により得られる樹脂組成物に対して５〜８０重量％であることが好ましい。
【００３３】
またここで用いる無機充填剤には、無機充填材がガラス繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウムが挙げられるが、これに限られない。
【００３４】
また２軸の押し出し機で押し出す際、ペレット内に十分均一に分散させる点から、更に安定剤、難燃剤、結晶核剤をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製するのが好ましい。
【００３５】
ここでいう安定剤とは、例えば、ヒンダードフェノール系安定剤等が挙げられ、難燃剤とは、例えば、臭素化ポリスチレン等が挙げられ、結晶核剤とは、例えば、ターシャルブチル安息香酸ナトリウム等が挙げられる。
【００３６】
この場合、安定剤、難燃剤、結晶核剤の添加量は押しだし成形法により得られる樹脂組成物に対して通常０．５〜２０重量％であり、好ましくは、０．５〜１５重量％である。
【００３７】
本発明の押し出し成形法において、更に安定剤をブレンドして押し出し機を使用した押しだし成形法により得られる樹脂組成物がより好ましい。
【００３８】
また、一旦異物選別されたフレークを更に異物除去する為、前記述のスクリーンジェンジャー付きの押出し機で、４５０〜６５０メッシュ等の細かいフィルターを装着した押出し機で一旦、ＰＥＴ、またはＰＥＴと安定剤を混合したペレットを押出して作製し、更に充填剤等を配合して、再度押出しても良い。
この場合、先に記載した場合と比較し、著しく異物が取り除かれているので、フィルターの詰まりも少なくて済、出来上がりのＰＥＴペレット純度も高くなる。
【００３９】
【実施例】
実施例１
本発明におけるフレーク異物の除去方法を説明する。
【００４０】
図４に示すように、ボトルを８ｍｍから１２ｍｍ程度に粉砕したフレークをまず、原料フレコン１３から、フレーク内の粉分（主として１ｍｍ以下）及び粉砕し損ねた大寸法フレークまたは、間違って混入した未粉砕ボトルを大小のメッシュを両面（大を上面、小を下面）にセットした振動篩１５で取り除き、磁石１６により鉄分を吸着除去し、磁気式金属探知除去機１７により非鉄金属を磁界を利用して検出し、除去した。磁気式金属探知除去機は、例えば一例として、日新電子工業株式会社金属検出器ＮＤ−８００が使用できる。
【００４１】
金属を以上の工程で除去したフレークを概ね１層でシフター上を流しながら、明度選別装置１８より蛍光燈からの光を当て、フレーク表面の明度を光センサーで測定した。
【００４２】
このフレークの基準明度分布を測定し、ある明度（明るさ設定３６）内を良品とし、これ以外を異物と判定する様に良品フレークの下限域をセットしておく。センサーが異物を感知するとタイミングを合わせてエアノズルからエアを５ミリ秒間吹出し、異物を吹き飛ばし、特に石、ラベル、色物フレーク、木片等の異物を除去した。
【００４３】
選別されたフレークは、ホッパー１９に一旦貯めた後、順次フィーダーで、洗浄タンク２０に送り、攪拌機２１で攪拌洗浄し、比重選別の為、ハイドロサイクロン２２に送り、比重の大小で、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を分別した。
【００４４】
以上の工程でフレークの異物率を下げたＰＥＴフレークを、遠心脱水機２３により、脱水後、フレコン２４に詰めて、押出し工程前に除湿乾燥機等により、乾燥後、他の副原料とブレンドして、フレークＰＥＴだけのペレット工程を通ることなく、押し出し機でダイレクトに押し出してエンジニアリングプラスチックのペレットとして生産した。なおこのシステムの順番は、適宜変更可能である。
【００４５】
異物除去の結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
表１より、比較例の選別方法に対して極めて、高い異物分別除去率であった。また、本実験では、２５０Ｋｇ／時間の処理量で実験しており、分別後の良品側の回収率である収率も９５％であり、無駄無く分別されていた。
実施例２
図５は、金属除去工程（磁石１６、磁気式金属探知除去機１７（非鉄金属用））と明度選別装置１８の順番を変えた場合の実施例を示す。
実施例３
図６は、先に洗浄工程と比重選別工程があり、その後、金属除去工程、明度選別装置の順に変更した実施例を示す。
実施例４
図７は、先に洗浄工程と比重選別工程があり、その後、明度選別機、金属除去工程の順に変更した実施例を示す。
【００４７】
図６、図７は、先に洗浄工程がある為、洗浄工程の脱水装置の後、乾燥機でフレークの水分をある程度除去し、後の金属除去工程の通りを良くすることができる。
比較例１
図１で貯水タンク１の上部の投入口６より分別前フレークを貯水タンク１に供給し、貯水タンク１内にある攪拌機２により、分別前フレークと水を混合した後、該混合物をポンプにより、ハイドロサイクロン３に供給した。その後、循環流量４０ｍ３／ｈｒの旋回流をハイドロサイクロン内に発生させ、水より軽いＰＰ、ＰＥ等は出口４から排出させ、脱水後、水は貯水タンク１へ供給した。また水より重いペット等は出口５から排出させ、脱水後、水は貯水タンク１へ供給し、脱水後の分別後フレークを回収した。
【００４８】
ハイドロサイクロンによる異物分別の結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
また条件を変えて、循環流量３０ｍ３／ｈｒにしても大きな差はなく、期待できない結果であった。
比較例２
風力選別による除去実験を試みた。この風力選別の実験では、石等の重量物とラベル等の比較的軽い異物の同時除去は、極めて効率が悪いと判断された為、２段階で除去する事とした。
【００５０】
図２に示す密閉循環式風力選別機を使用し、投入口６から分別前フレークを投入し、該フレークをブロア７により発生させた風１１に乗せて移動させ、軽量物は軽量物出口９から排出させ、重量物は重量物出口１０から排出させ、分別した。
【００５１】
第１段で比較的軽量のラベル等を除去し、その後、ラベル等が除去された側のフレークを第二段として、石等の重量物を除去した結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
表３より、石は良く除去されているが、ガムテープ等やラベルについては、十分な除去結果が得られなかった。またこの方法では異物除去側に本来使用可能なフレークが多数混入してしまい、最終的な収率は、５０％と低効率であった。
比較例３
図３に示す比重差選別機を使用し、投入口６から分別前フレークを投入し、デッキ８と呼ばれる波形網の上に落下させ、デッキ８を左右に振動させながら、ブロア７により発生させた風１１をデッキ８の下方から送ることにより、軽量物は風１１により浮力を得、軽量物排出口９より排出させ、また重量物は風によっても浮くことができないのでデッキ８の振動に従って重量物排出口１０側へ移動させ、該出口１０から排出させ、分別した。
【００５３】
この装置も石等の重量物とラベル等の比較的軽い異物の同時除去は、極めて効率が悪いと判断された為、２段階で除去する事とした。
【００５４】
この時実験では運転条件を、第１段で、石等を除去する為、デッキの傾斜１０゜、振動６０Ｈｚ、ブロア４０Ｈｚ、第２段で、ラベル等を除去する為、デッキの傾斜９゜、振動５０Ｈｚ、ブロア３２．２Ｈｚとして実験した。その結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
この場合も異物除去側に本来使用可能なフレークが多数混入してしまい、最終的な収率は８５％であった。
実施例５
実施例１の方法で除去したフレーク４１．９３重量％にガラス繊維、炭酸カルシウム、マイカをフィラー量４０重量％になるように調整し、さらにハロゲン系難燃剤（臭素化ポリスチレン：日産フェロ−社製、商品名：ＰＣ−６８ＰＢ）１０重量％、熱安定剤（ヒンダートフェノール系：チバガイギー社製、商品名：ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０、離型剤：協栄社油脂製、ＷＨ−２５５Ｃ等）７．１２重量％、黒顔料（森下産業製、商品名：ＭＢ−９８０５）０．６重量％、結晶核剤（安息香酸ナトリウム系：Ｐ−ＴＢＢＡ）０．３５重量％を添加し、２軸押し出し機により、同条件でエンジニアリングプラスチックとして、ペレッティングした樹脂組成物を得た。
【００５６】
バージンペットを用いた場合との一般物性比較を行い、また射出成形機により１辺１２０ｍｍ、厚み１ｍｍの平板を成形し、目視異物量の比較した結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
表５より、リサイクルフレーク使用の場合はバージンペットを用いた場合と一般物性がほぼ同等であることがわかる。
実施例６
実施例１の方法で除去したフレーク１０．２１５重量％（ＰＥＴ中の４０重量％をリサイクルフレーク使用）及びバージンペット１５．３２５重量％に、ＰＥＴとポリエーテルの共重合体を６．５３重量％、ガラス繊維（日本電気硝子株式会社製、商品名：Ｔ１９５Ｈ）とマイカをフィラー量６５．１５重量％になるように調整し、熱安定剤（ヒンダートフェノール系：チバガイギー社製、商品名：ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０等）０．７３重量％、結晶核剤（安息香酸ナトリウム系：日本油脂社製、商品名：ノンサールＴＢＡＮ）０．０５重量％、黒顔料（森下産業製、商品名：ＭＢ−９８０５）２重量％を添加し、２軸押し出し機により、同条件でエンジニアリングプラスチックとして、ペレッティングした樹脂組成物を得た。
【００５８】
ペレッティングした場合と、バージンペットのみを用いた場合との一般物性比較を行い、また射出成形機により１辺１２０ｍｍ、厚み１ｍｍの平板を成形し、目視異物量の比較した結果を表６に示す。
【００５９】
【表６】
表６より、リサイクルフレーク使用の場合はバージンペットを用いた場合と一般物性がほぼ同等であることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は、容器包装リサイクル法により、大量に今後発生するペットボトルのフレークリサイクル材を有効に活用する為、エンジニアリングプラスチックの原材料として、短時間にボトル粉砕品に含まれる異物を安価に且つ精度良く除去し、射出成形品にした場合に異物の少ないペレットを大量に生産する事ができ、安価に質の良いペレットをユーザーに提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１記載のハイドロサイクロン装置
【図２】比較例２記載の密閉循環式風力選別機
【図３】比較例３記載の比重差選別機
【図４】実施例１記載の異物選別洗浄装置
【図５】実施例２記載の異物選別洗浄装置
【図６】実施例３記載の異物選別洗浄装置
【図７】実施例４記載の異物選別洗浄装置
【符号の説明】
１．貯水タンク
２．攪拌機
３．ハイドロサイクロン
４．出口
５．出口
６．分別前フレークの投入口
７．ブロア
８．デッキ
９．軽量物排出口
１０．重量物排出口
１１．風
１２．網通過物排出口
１３．原料フレコン
１４．乾燥機
１５．振動篩
１６．磁石
１７．磁気式金属探知除去機（非鉄金属用）
１８．明度選別装置
１９．ホッパー
２０．洗浄槽
２１．攪拌機
２２．ハイドロサイクロン
２３．遠心脱水機
２４．選別後のフレークフレコン
２６．水槽
２７．異物
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペットボトルリサイクル材から異物を除去する方法、及びこれに用いる異物選別洗浄装置、並びにペレットを作製する方法及びこれにより得られる樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペットボトルは、１９９７年４月よりリサイクルが義務付けられ、各市町村が回収しつつあるが、リサイクル用途が限られ、なかなか用途開発が進まないのが現状である。一方、回収率は年々進み、１９９８年には４万４６００トン回収され生産量の１６％に達する。今後、回収量はリサイクル業者である指定法人の増加と市民のリサイクルに関する関心の高まりから、２０００年には回収量が６万トンに達するものと推定される。現在は、主に繊維、卵パック用シートがリサイクルの大半であり、異物除去の難しさや、リサイクル後の価格の観点からエンジニアリングプラスチック用材料としての再利用は見送られてきた。
【０００３】
一方、リサイクル技術は、各国の企業等で盛んに研究され、ケミカルリサイクルとして、アルコールによる分解、グリコールによる分解技術が欧州を中心に開発され、パイロットプラント等が稼動しつつあるが、まだその採算性は極めて厳しい状況である。また一般廃棄物からのペットボトルは、その異物の多さから、リサイクル生産しようとするメーカーから敬遠され、生産工程内からでる異物の少ないペットシートの端材等を使用する事が大半であった。
【０００４】
マテリアルリサイクルは、ペットボトルをフレーク状に粉砕する事から始まる。まずペットボトルは、各市町村で分別回収された後、以下のような再生処理工程で、使用可能なフレークに加工される。
【０００５】
即ち、（１）塩ビボトルとペットボトルの種分け、（２）ペットボトルの色分け、（３）ラベル・キャップの除去、（４）粉砕機によるフレーク化、（５）水洗い洗浄、（６）比重分別によるポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の除去、（７）遠心脱水等による水分除去（８）フレコン詰め、の順である。
【０００６】
これらの工程は、大規模再生工場では、機械化が進み、小規模再生工場では、手作業が主流となっている。
【０００７】
この工程で製造されたボトル粉砕品（フレーク）は、十分に選別され、再生使用に耐えうるフレークとなっているはずであるが、実際は、ボトルが再生工場に輸送される時ボトル体積を少なくする為、減容圧縮され、つぶれた状態で搬入される為、ボトル内部が十分洗浄（大規模再生工場では、ボトルに穴を開け、水洗しているところも有る）できず、結果的に内部にある程度残留したまま粉砕される為、ボトルの中に入っていた石、木片等がフレークに混入してしまう。これはその後の比重選別（水による比重選別、風力選別）では、十分に除去しきれず、ラベル粉砕品などを含め、数百ｐｐｍ程度混入してしまうのが一般的である。
【０００８】
この異物を後工程で、いかに除去できるかが、その後の品質に大きく影響を与えてしまう。この為、石等の異物を除去する為、フレークは、一旦、ダイスの手前にメッシュ（２５０〜６００メッシュ）の金属製のフィルターで、こし取りながら、ペレットにするのが一般的である。このフィルターは、フレーク内の異物量から、すぐに目づまりをおこしてしまう為、フィルターを複数個セツトし、順に切り替えながら連続して、押し出す目的で、オートスクリーンチェンジャーを装備した物が大半で、またフィルターの寿命を延ばす為、目づまり時、押し出し方向と逆に樹脂を流す装置を装備したものまで使用されている。しかしながら、フレークを一旦押し出し加工する為、コストが割高になるばかりでなく、ラベル等の染料、顔料や、塩ビ等の成分の細かく焼けた物質、ラベルを貼り付けたのり成分、洗浄時に落ちなかったボトルの中身等は、熱で変質しながら、メッシュを通り抜けてしまう。この為、十分に異物が除去されず、生産されたペレットは、本来のペットの色調である無色透明から、やや黒ずんだペレットとなってしまう。この為、できる限り、安価に異物を精度良く除去し、直接エンジニアリングプラスチックの原料として、精製されたフレークを２軸押し出し機等に副原料と共に供給して、使用するのが、最も理想的である。
【０００９】
従ってペットボトルのリサイクルについては、現在まで色々な方法が検討されてきた。例えば、特開平１１−１０５０３２号には、粉砕手段と、洗浄手段と、すすぎ脱水手段と、サイクロンによりラベル類を除去する風選別手段を備えた異物除去手段を有するペットボトル粉砕洗浄装置が開示されている。しかしリサイクル材（粉砕材）の中には、実に様々な異物が混入しており、これをマテリアルリサイクルする場合、物質の帯電性の違いによる性質を利用した静電除去方法、例えば図１に示すハイドロサイクロン装置により水等を用いて物質の比重の違いを利用して分離するハイドロサイクロン、例えば図２に示す密閉循環式風力選別機を用いた風力を利用する風力選別法、図３に示す比重差選別機を用いる方法に代表される比重分離法等が試みられたが、その選別精度の悪さから、実用レベルに達していないのが、現状である。
【００１０】
また、フレークからの直接のペレット化をあきらめて、一度 フレークをフィルター付の押し出し機を通して異物を濾過し、除去する方法が試みられている。この方法では、押し出し機を使用してペレットを作製するコストが高く、また熱履歴を余分に１回多く受けることから、分子量の低下が懸念され、また、異物の多さからフィルターがすぐ詰まる為、極めて高価なオートスクリーンチェンジャーを押し出し機先端に付け、フィルター詰まりによる押し出し機シリンダー内の圧力上昇を感知し、スクリーンを自動的にチェンジし、詰まったフィルター部は、押し出し樹脂を逆洗し、目づまりを除き、フィルターの寿命を延ばす工夫がなされているが、やはりフィルター交換は、かなりの頻度でなされ、また、設備費も極めて高価になる等の問題があった。
【００１１】
また、色物のボトル粉砕フレークが混入している場合、同じペットで有る為、溶融し、フィルターを通る為、作製したペレットの色がくすむ等の問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ペットボトルのリサイクル材を有効に活用し、エンジニアリングプラスチックの原材料として、大量有効活用する為、フレークに含まれる異物を安価に且つ精度良く除去し、射出成形品にした場合に異物の少ないペレットを大量に生産し、安価にユーザーに提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、金属探知装置により金属を選択的に除去する工程、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程を有するフレーク異物の除去方法及びこれに用いる異物選別洗浄装置により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
即ち、本発明の第１は、回収ペットボトルを再利用する場合において、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する工程、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程を有する特徴とする、フレーク異物の除去方法に関する。
【００１５】
好ましい実施態様としては、粉砕異物が、金属、石、木片、ガムテープ、ラベル、粒状粉砕物、色物フレーク、印字フレークである前記に記載のフレーク異物の除去方法に関する。
【００１６】
本発明の第２は、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する手段、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する手段、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する手段、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する手段を有することを特徴とする、フレーク異物選別洗浄装置に関する。
【００１７】
本発明の第３は、本発明の第１に記載の方法により異物を除去した後のフレークと無機充填材とをブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法に関する。
【００１８】
好ましい実施態様としては、本発明の第１に記載の方法により異物を除去した後のフレーク、バージンペット、及び無機充填材をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法に関する。
【００１９】
更に好ましい実施態様としては、無機充填材がガラス繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウムである前記に記載の押し出し成形法に関する。
【００２０】
更に好ましい実施態様としては、更に安定剤、難燃剤、結晶核剤をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする前記いずれかに記載の押し出し成形法に関する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、異物の少ないエンジニアリングプラスチックの原料として、容器包装リサイクル法の施行に伴って、清涼飲料、醤油及び酒類用の容器であるペットボトルが回収され、これを有効利用する為に有る。以下本発明を詳述する。
【００２４】
本発明のフレーク異物の除去方法において、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、金属探知装置により金属を選択的に除去する工程とは、例えば、フレーク内の粉分及び粉砕し損ねた大寸法フレークをシフターで取り除き、磁石による鉄分除去、非鉄金属を磁界を利用して検出し、除去する工程である。金属探知装置としては例えば日新電子工業株式会社金属検出器ＮＤ−８００が使用できる。
【００２５】
また（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程とは、例えば、石、木片、ガムテープ、ラベル、粒状粉砕物、色物フレーク、印字フレーク等の粉砕異物を含むフレークをシフター上を概ね１層で流しながら、蛍光燈、白熱灯、キセノンランプ等により光を照射し、フレーク表面の明度を光センサーで測りながら、設定した明度以下の物体（この場合、異物）を光センサーで感知し、エアー、水流等により選択的に異物を吹き飛ばし、特に石、ラベル、色物フレーク、木片等の異物を除去する工程である。
【００２６】
また（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程とは、例えば、粉砕異物をストックタンク等に一旦貯めた後、順次フィーダーで、洗浄タンクに送り、攪拌洗浄する工程である。
【００２７】
また（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程とは、例えば、粉砕異物をハイドロサイクロンに送り、比重の大小で分別する工程である。
【００２８】
なお、ここでいう粉砕異物とは、石、木片、紙ラベル、色物ボトル、ラベル、ガムテープ、印刷フレーク等が挙げられるがこれに限られない。
【００２９】
（Ａ）〜（Ｄ）の各工程の順番は特に問わないが、異物除去ラインの配置の点から（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）の順が好ましい。
【００３０】
本発明の押しだし成形法は、上記（Ａ）〜（Ｄ）の工程でフレークの異物率を下げ、フレークを例えば、遠心脱水機により、脱水後、必要に応じて、フレークを除湿乾燥機等により、乾燥後、他の副原料である無機充填剤とブレンドして、同方向又は異方向回転等の２軸の押し出し機でダイレクトに押し出してエンジニアリングプラスチックのペレットとして樹脂組成物を生産することができる。
【００３１】
異物除去後のフレークにバージンペットを添加して用いることもできる。この場合、異物除去後のフレークとバージンペットとの比率は１００：０〜９５の割合で添加するのが好ましい。
【００３２】
２軸の押し出し機で押し出す際の無機充填剤の添加量はペレットの物性を満足させるため、押しだし成形法により得られる樹脂組成物に対して５〜８０重量％であることが好ましい。
【００３３】
またここで用いる無機充填剤には、無機充填材がガラス繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウムが挙げられるが、これに限られない。
【００３４】
また２軸の押し出し機で押し出す際、ペレット内に十分均一に分散させる点から、更に安定剤、難燃剤、結晶核剤をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製するのが好ましい。
【００３５】
ここでいう安定剤とは、例えば、ヒンダードフェノール系安定剤等が挙げられ、難燃剤とは、例えば、臭素化ポリスチレン等が挙げられ、結晶核剤とは、例えば、ターシャルブチル安息香酸ナトリウム等が挙げられる。
【００３６】
この場合、安定剤、難燃剤、結晶核剤の添加量は押しだし成形法により得られる樹脂組成物に対して通常０．５〜２０重量％であり、好ましくは、０．５〜１５重量％である。
【００３７】
本発明の押し出し成形法において、更に安定剤をブレンドして押し出し機を使用した押しだし成形法により得られる樹脂組成物がより好ましい。
【００３８】
また、一旦異物選別されたフレークを更に異物除去する為、前記述のスクリーンジェンジャー付きの押出し機で、４５０〜６５０メッシュ等の細かいフィルターを装着した押出し機で一旦、ＰＥＴ、またはＰＥＴと安定剤を混合したペレットを押出して作製し、更に充填剤等を配合して、再度押出しても良い。
この場合、先に記載した場合と比較し、著しく異物が取り除かれているので、フィルターの詰まりも少なくて済、出来上がりのＰＥＴペレット純度も高くなる。
【００３９】
【実施例】
実施例１
本発明におけるフレーク異物の除去方法を説明する。
【００４０】
図４に示すように、ボトルを８ｍｍから１２ｍｍ程度に粉砕したフレークをまず、原料フレコン１３から、フレーク内の粉分（主として１ｍｍ以下）及び粉砕し損ねた大寸法フレークまたは、間違って混入した未粉砕ボトルを大小のメッシュを両面（大を上面、小を下面）にセットした振動篩１５で取り除き、磁石１６により鉄分を吸着除去し、磁気式金属探知除去機１７により非鉄金属を磁界を利用して検出し、除去した。磁気式金属探知除去機は、例えば一例として、日新電子工業株式会社金属検出器ＮＤ−８００が使用できる。
【００４１】
金属を以上の工程で除去したフレークを概ね１層でシフター上を流しながら、明度選別装置１８より蛍光燈からの光を当て、フレーク表面の明度を光センサーで測定した。
【００４２】
このフレークの基準明度分布を測定し、ある明度（明るさ設定３６）内を良品とし、これ以外を異物と判定する様に良品フレークの下限域をセットしておく。センサーが異物を感知するとタイミングを合わせてエアノズルからエアを５ミリ秒間吹出し、異物を吹き飛ばし、特に石、ラベル、色物フレーク、木片等の異物を除去した。
【００４３】
選別されたフレークは、ホッパー１９に一旦貯めた後、順次フィーダーで、洗浄タンク２０に送り、攪拌機２１で攪拌洗浄し、比重選別の為、ハイドロサイクロン２２に送り、比重の大小で、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を分別した。
【００４４】
以上の工程でフレークの異物率を下げたＰＥＴフレークを、遠心脱水機２３により、脱水後、フレコン２４に詰めて、押出し工程前に除湿乾燥機等により、乾燥後、他の副原料とブレンドして、フレークＰＥＴだけのペレット工程を通ることなく、押し出し機でダイレクトに押し出してエンジニアリングプラスチックのペレットとして生産した。なおこのシステムの順番は、適宜変更可能である。
【００４５】
異物除去の結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
実施例２
図５は、金属除去工程（磁石１６、磁気式金属探知除去機１７（非鉄金属用））と明度選別装置１８の順番を変えた場合の実施例を示す。
実施例３
図６は、先に洗浄工程と比重選別工程があり、その後、金属除去工程、明度選別装置の順に変更した実施例を示す。
実施例４
図７は、先に洗浄工程と比重選別工程があり、その後、明度選別機、金属除去工程の順に変更した実施例を示す。
【００４７】
図６、図７は、先に洗浄工程がある為、洗浄工程の脱水装置の後、乾燥機でフレークの水分をある程度除去し、後の金属除去工程の通りを良くすることができる。
比較例１
図１で貯水タンク１の上部の投入口６より分別前フレークを貯水タンク１に供給し、貯水タンク１内にある攪拌機２により、分別前フレークと水を混合した後、該混合物をポンプにより、ハイドロサイクロン３に供給した。その後、循環流量４０ｍ３／ｈｒの旋回流をハイドロサイクロン内に発生させ、水より軽いＰＰ、ＰＥ等は出口４から排出させ、脱水後、水は貯水タンク１へ供給した。また水より重いペット等は出口５から排出させ、脱水後、水は貯水タンク１へ供給し、脱水後の分別後フレークを回収した。
【００４８】
ハイドロサイクロンによる異物分別の結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
比較例２
風力選別による除去実験を試みた。この風力選別の実験では、石等の重量物とラベル等の比較的軽い異物の同時除去は、極めて効率が悪いと判断された為、２段階で除去する事とした。
【００５０】
図２に示す密閉循環式風力選別機を使用し、投入口６から分別前フレークを投入し、該フレークをブロア７により発生させた風１１に乗せて移動させ、軽量物は軽量物出口９から排出させ、重量物は重量物出口１０から排出させ、分別した。
【００５１】
第１段で比較的軽量のラベル等を除去し、その後、ラベル等が除去された側のフレークを第二段として、石等の重量物を除去した結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
比較例３
図３に示す比重差選別機を使用し、投入口６から分別前フレークを投入し、デッキ８と呼ばれる波形網の上に落下させ、デッキ８を左右に振動させながら、ブロア７により発生させた風１１をデッキ８の下方から送ることにより、軽量物は風１１により浮力を得、軽量物排出口９より排出させ、また重量物は風によっても浮くことができないのでデッキ８の振動に従って重量物排出口１０側へ移動させ、該出口１０から排出させ、分別した。
【００５３】
この装置も石等の重量物とラベル等の比較的軽い異物の同時除去は、極めて効率が悪いと判断された為、２段階で除去する事とした。
【００５４】
この時実験では運転条件を、第１段で、石等を除去する為、デッキの傾斜１０゜、振動６０Ｈｚ、ブロア４０Ｈｚ、第２段で、ラベル等を除去する為、デッキの傾斜９゜、振動５０Ｈｚ、ブロア３２．２Ｈｚとして実験した。その結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
実施例５
実施例１の方法で除去したフレーク４１．９３重量％にガラス繊維、炭酸カルシウム、マイカをフィラー量４０重量％になるように調整し、さらにハロゲン系難燃剤（臭素化ポリスチレン：日産フェロ−社製、商品名：ＰＣ−６８ＰＢ）１０重量％、熱安定剤（ヒンダートフェノール系：チバガイギー社製、商品名：ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０、離型剤：協栄社油脂製、ＷＨ−２５５Ｃ等）７．１２重量％、黒顔料（森下産業製、商品名：ＭＢ−９８０５）０．６重量％、結晶核剤（安息香酸ナトリウム系：Ｐ−ＴＢＢＡ）０．３５重量％を添加し、２軸押し出し機により、同条件でエンジニアリングプラスチックとして、ペレッティングした樹脂組成物を得た。
【００５６】
バージンペットを用いた場合との一般物性比較を行い、また射出成形機により１辺１２０ｍｍ、厚み１ｍｍの平板を成形し、目視異物量の比較した結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
実施例６
実施例１の方法で除去したフレーク１０．２１５重量％（ＰＥＴ中の４０重量％をリサイクルフレーク使用）及びバージンペット１５．３２５重量％に、ＰＥＴとポリエーテルの共重合体を６．５３重量％、ガラス繊維（日本電気硝子株式会社製、商品名：Ｔ１９５Ｈ）とマイカをフィラー量６５．１５重量％になるように調整し、熱安定剤（ヒンダートフェノール系：チバガイギー社製、商品名：ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０等）０．７３重量％、結晶核剤（安息香酸ナトリウム系：日本油脂社製、商品名：ノンサールＴＢＡＮ）０．０５重量％、黒顔料（森下産業製、商品名：ＭＢ−９８０５）２重量％を添加し、２軸押し出し機により、同条件でエンジニアリングプラスチックとして、ペレッティングした樹脂組成物を得た。
【００５８】
ペレッティングした場合と、バージンペットのみを用いた場合との一般物性比較を行い、また射出成形機により１辺１２０ｍｍ、厚み１ｍｍの平板を成形し、目視異物量の比較した結果を表６に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
【発明の効果】
本発明は、容器包装リサイクル法により、大量に今後発生するペットボトルのフレークリサイクル材を有効に活用する為、エンジニアリングプラスチックの原材料として、短時間にボトル粉砕品に含まれる異物を安価に且つ精度良く除去し、射出成形品にした場合に異物の少ないペレットを大量に生産する事ができ、安価に質の良いペレットをユーザーに提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１記載のハイドロサイクロン装置
【図２】比較例２記載の密閉循環式風力選別機
【図３】比較例３記載の比重差選別機
【図４】実施例１記載の異物選別洗浄装置
【図５】実施例２記載の異物選別洗浄装置
【図６】実施例３記載の異物選別洗浄装置
【図７】実施例４記載の異物選別洗浄装置
【符号の説明】
１．貯水タンク
２．攪拌機
３．ハイドロサイクロン
４．出口
５．出口
６．分別前フレークの投入口
７．ブロア
８．デッキ
９．軽量物排出口
１０．重量物排出口
１１．風
１２．網通過物排出口
１３．原料フレコン
１４．乾燥機
１５．振動篩
１６．磁石
１７．磁気式金属探知除去機（非鉄金属用）
１８．明度選別装置
１９．ホッパー
２０．洗浄槽
２１．攪拌機
２２．ハイドロサイクロン
２３．遠心脱水機
２４．選別後のフレークフレコン
２６．水槽
２７．異物
Claims (9)
- 回収ペットボトルを再利用する場合において、（Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する工程、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する工程、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する工程、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する工程を有することを特徴とする、フレーク異物の除去方法。
- 粉砕フレーク内の粉分及び粉砕し損ねた大寸法フレークを予めシフターで取り除く工程を有する請求項１記載のフレーク異物の除去方法。
- 粉砕異物が、金属、石、木片、ガムテープ、ラベル、粒状粉砕物、色物フレーク、印字フレークである請求項１又は２に記載のフレーク異物の除去方法。
- （Ａ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、磁石により鉄分を除去し、金属探知装置により磁界を利用して非鉄金属を検出、除去して金属を選択的に除去する手段、（Ｂ）粉砕フレーク内に存在する粉砕異物を、光照射によりフレーク表面の明度を測定し、明度の低い異物を選択的に除去する手段、（Ｃ）粉砕フレークを洗浄する手段、及び（Ｄ）比重により粉砕フレークを選別する手段を有することを特徴とする、フレーク異物選別洗浄装置。
- 粉砕フレーク内の粉分及び粉砕し損ねた大寸法フレークを予めシフターで取り除く手段を有する請求項４記載のフレーク異物選別洗浄装置。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により異物を除去した後のフレークと無機充填材とをブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により異物を除去した後のフレーク、バージンペット、及び無機充填材をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする押し出し成形法。
- 無機充填材がガラス繊維、マイカ、タルク、ワラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウムである請求項６又は７に記載の押し出し成形法。
- 更に安定剤、難燃剤、結晶核剤をブレンドして２軸の押し出し機により押出し、ペレットを作製することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の押し出し成形法。
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