JP3974399B2 - 熱可塑性樹脂の回収方法および繊維状物質の回収方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂組成物のリサイクル方法に関し、さらに詳しくは、繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物から効率よく繊維状物質を分離し、繊維状物質および／または熱可塑性樹脂を回収する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題が高まる中、繊維強化プラスチクスの処理においても繊維状物質を分離し、焼却可能なものとし、あるいは繊維状物質および／またはマトリクス樹脂を再利用する方法が検討されてきている。
【０００３】
マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂が用いられている場合は、溶融分離が現実的な分離・回収方法であるが、この分野では如何に効率よく両者を分離するかが主要な技術課題であり、そのための方法や装置が古くから検討され、開発されてきた。
【０００４】
効率的な分離・回収を行うための具体的な手段として、例えば圧搾が挙げられる。圧搾装置には、フィルタプレス、スクリュープレス、ローラープレス等の一般名称で呼ばれる周知の装置や、特開平８−１９８９７号公報記載の装置等が知られている。これら装置はいずれも、効率のよい分離を行うことを目的に開発されたものの、含有物質が円柱、角柱あるいは針のような繊維状物質であった場合には効率的に分離を行うことが困難である。また、特開平１０−３３９０８号公報では、濾過室に導入した固液混合物を加温して粘性を低下させ、脱水性を向上させる方法を開示しているが、該方法においても含有物質間にできる空隙が大きくなるため、空隙内に残る液体を充分には除去、分離できず、分離効率は必ずしも十分とは言えなかった。
【０００５】
そして、十分な分離効率が得られないと、樹脂が長時間熱に晒されるために劣化してしまい、回収された樹脂としても品質の良いものを得ることは困難であった。
また、近年、特にガラス繊維強化ポリカプラミド樹脂成形品は、自動車部品として多用されてきており、使用量が膨大であることから、この効率的な回収法が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガラス繊維のような繊維状物質を含む熱可塑性樹脂組成物から効率的に繊維状物質および／または熱可塑性樹脂を分離・回収し、それによってリサイクルに供しうる高品質の繊維状物質および／または熱可塑性樹脂を得ることが可能な方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱可塑性樹脂の回収方法は、アスペクト比が１０を超える繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物から繊維状物質を分離して熱可塑性樹脂を回収する方法であって、該熱可塑性樹脂組成物を溶融させ高剪断下で処理することにより該組成物中の繊維状物質のアスペクト比を１０以下に減ずる工程を含むことを特徴とする方法からなる。この方法においては、分離される繊維状物質のアスペクト比が１０以下である。
【０００８】
この方法においては、溶融した熱可塑性樹脂組成物を、押出機、ニーダ、ミキサから選ばれるいずれかを用いて高剪断下で処理することが好ましい。押出機を用いる場合には、押出機が二軸押出機であり、そのスクリュウが、複数のニーディングセグメントと、その下流側に置いた逆ネジフルフライトスクリュウセグメントとの組合せで構成される混練部を一つもしくは複数持ったものであることが好ましい。また、この方法は、とくに繊維状物質がガラス繊維である場合に有効である。また、とくに熱可塑性樹脂がポリカプラミドである組成物に対して有効である。
【０００９】
また、この回収方法では、繊維状物質の分離後に熱可塑性樹脂の解重合工程を含むことができる。
【００１０】
このような回収方法は、繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物が、大量のリサイクル要求がある自動車部品に由来するものである場合、とくに有効である。
【００１１】
本発明に係る繊維状物質の回収方法は、アスペクト比が１０を超える繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物を溶融し、熱時濾過または圧搾によって繊維状物質を濾別して繊維状物質を分離するに際し、濾別前に該熱可塑性樹脂組成物を高剪断下に該繊維状物質のアスペクト比を１０以下に減ずることを特徴とする方法からなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明における熱可塑性樹脂とは、加熱溶融することにより可塑化する樹脂をいい、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル／スチレン共重合体、アクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体などを挙げることができる。本発明に適用できる熱可塑性樹脂には特に制限はないが、ポリカプラミド樹脂は解重合工程などのリサイクル手段に適用可能であり、本発明の回収方法においても取り扱い性が良く、また回収品の品質も高いものが得られるので、好適に用いることができる。
【００１３】
本発明における回収前の熱可塑性樹脂組成物を構成する繊維状物質とは、熱可塑性樹脂組成物中に含まれる状態において、物質の長径と短径の比（以下、アスペクト比、あるいは単にＬ／Ｄという。）の平均値が１０を超えるものをいう。好ましくは１５を超えるものをいう。なお、直線状でない繊維状物質にあっては、そのアスペクト比は、外接円の直径を長径として、最小の内接円の直径を短径として求められる。アスペクト比の上限について特に制限はないが、一般的には１００以下程度のものが用いられる。かかる物質であれば、その化学組成において特に制限はないが、例えば、ガラス繊維、チタン酸カリウム繊維、炭素繊維、金属炭化物繊維等が挙げられる。中でもガラス繊維は本発明の方法が効果的に適用できるため好ましい。
【００１４】
本発明に用いる繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物は、前記繊維状物質と前記熱可塑性樹脂から構成されるが、これら以外の成分、例えば、可塑剤、耐熱剤、滑剤、着色剤等の第３成分が含有されていても構わない。また、本発明の目的を損なわない範囲でその他の粒子や充填材が含有されていても構わない。また、それらの形態としてはコンパウンディングしたペレット状のもの、あるいは、コンパウンドしたものを射出成形や押出成形によって特定の形を与えたもの等を含み、とくに制限されるものではない。
【００１５】
なお、熱可塑性樹脂組成物から成形されたものに付着あるいは含有されている粗大な異物を適当な前処理により分離することは差し支えない。
【００１６】
本発明の方法においては、繊維状物質のアスペクト比を１０以下に減ずることが必要である。好ましくは、５以下に減じる。下限については特に制限はないが、操業性を考慮すれば１．５程度である。分離される繊維状物質のアスペクト比が高い場合、繊維状物質相互に拘束し合うために熱可塑性樹脂組成物中に多くの空隙が生じ、嵩密度が小さくなるため、操業性が低下する。また、繊維状物質の塊中に樹脂成分が残留しやすく、分離効率が低下する。そのため、回収品の品質は低下してしまう。
【００１７】
アスペクト比を減ずる工程としては、例えば、溶融した熱可塑性樹脂組成物を押出機、ニーダ、ミキサ等を用いて高剪断下に処理する方法が挙げられる。より具体的には、二軸押出機を用いてガラス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融させる手段において、複数のニーディングセグメントと、その下流側に置いた逆ネジフルフライトスクリュウセグメントとの組合せで構成される混練部を一つもしくは複数設ける方法が好ましく採用される。更には、逆ネジスクリュウセグメントによって樹脂を逆流させたりやニーディングセグメントを用いることが効果的である。このようなセグメントに、フライト部に切欠きがあるフルフライトスクリュウセグメントや、あるいはフライト高さが通常より低いスクリュウセグメントなども用いることは差し支えない。また、スクリュウ溝深さの浅いものを用いても構わない。また、混練条件としても、吐出量やスクリュウピッチを調整して樹脂圧力を高めたり、樹脂の融点近傍で混練を行なったり、あるいは未溶融樹脂をサイドフィードすることが有効である。また、樹脂温度を低下させ、見かけの樹脂粘度を上昇させてもよい。
【００１８】
また、他の手段としては、射出成形と成形体の粉砕処理を繰り返す方法なども用いることができる。
【００１９】
次に、アスペクト比が１０以下に減じられた繊維状物質を熱可塑性樹脂組成物から分離する方法について説明する。分離方法には、濾過、圧搾、遠心分離、沈降等の方法が採用できるが、濾過および圧搾において顕著な効果を認めることができる。また、本発明者らは先に特願２０００−１１８５９８号に記載の分離方法を提案しているが、該方法を用いれば、その効果は極めて顕著である。
【００２０】
また、熱可塑性樹脂は一般に粘性が高いので、樹脂溶融後かつ固液分離前に、その粘度を低下させる工程を採用することが好ましい。かかる方法には例えば、ポリカプラミドの場合では、リン酸、酢酸、塩酸等の酸の共存下に加熱処理を行う工程を例示することができる。このような、粘度を低下させる工程を設けることで、固液分離の効率が一層向上する。
【００２１】
以上の方法によって繊維状物質が分離された熱可塑性樹脂、または繊維状物質は、既知の方法で再利用可能である。例えば、熱可塑性樹脂がコポリアミドであれば、既知の解重合工程に供し、高品質のε−カプロラクタムを回収することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
断面径１３μｍのガラス繊維を３０重量％コンパウンドしたポリカプラミド樹脂（平均ガラス繊維長０．４０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３１））を、（株）日本製鋼所製二軸押出機ＴＥＸ３０にて再溶融させ、冷却・切断してペレットを得た。この押出機のスクリュウには３つの混練部を設けた。各混練部の構成は、上流側（押出機モータ側）から順に、Ｌ／Ｄ（長さ／径比）＝１の順送りニーディングセグメント２ヶ、Ｌ／Ｄ＝０．５の順送りニーディングセグメント１ヶ、Ｌ／Ｄ＝０．５の逆ネジフルフライトスクリュウセグメント１ヶである。得られたペレット内の平均ガラス繊維長を測定したところ、０．１０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝８）であった。このペレット２００ｇを取り、酢酸８．４ｇを加えた後、ガラス製フラスコに入れ、常圧下、反応温度２５０℃で２時間加熱した。得られたポリアミド組成物は２３ｇであった。この反応物を、下部に目開き１０μｍの焼結フィルターを具した耐圧濾過器を用い、加熱窒素ガス０．４ＭＰａの圧力で加圧濾過を行った。次いで、充分通気した後、濾過ケークを０．６ＭＰａの圧力で圧搾しながら再度加熱窒素ガスを通気したところ、１１０ｇの濾液が得られた（添加した酢酸は全量ナイロン６中に含まれると仮定する。このとき、燒結金属フィルタ上に移液できたナイロン６の回収率は８８％）。このナイロン６を、リン酸触媒並びに過熱水蒸気を用いて解重合したところ、９９ｇのε−カプロラクタムが得られた。
【００２３】
実施例２
二軸押出機の混練部を４つにしたことを除き、実施例１と同様の操作を行なった。このとき、該押出機通過後の平均ガラス繊維長は０．０８ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝６）であり、焼結金属フィルタ上に移液できたナイロン６の回収率は８９％であった。
【００２４】
比較例１
実施例１の原料樹脂（平均ガラス繊維長０．４０ｍｍ）を２００ｇを取り、酢酸８．４ｇをまぶした後ガラス製フラスコに入れ、加熱溶融させた。以後の操作は実施例１と同様である。濾過装置への移液後にガラス製フラスコには３３ｇのナイロン６樹脂（ガラス繊維を含む）が付着・残留した。実施例１と同様の濾過処理をしたところ、９１ｇの濾液が得られた（添加した酢酸は全量ナイロン６中に含まれると仮定する。このとき、燒結金属フィルタ上に移液できたナイロン６の回収率は７７％）。このナイロン６を、リン酸触媒並びに過熱水蒸気を用いて解重合したところ、８２ｇのε−カプロラクタムが得られた。
【００２５】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る回収方法によれば、繊維状物質を含む熱可塑性樹脂組成物を、該熱可塑性樹脂の融点以上の状態にし、熱可塑性樹脂と繊維状物質を分離するに際し、予め繊維状物質のアスペクト比を所定値以下に小さくしておくことによって、両者を効率よく分離でき、さらに、熱可塑性樹脂および／または繊維状物質の効率のよいリサイクルが可能となる。

Claims (8)

1. アスペクト比が１０を超える繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物から繊維状物質を分離して熱可塑性樹脂を回収する方法であって、該熱可塑性樹脂組成物を溶融させ高剪断下で処理することにより該組成物中の繊維状物質のアスペクト比を１０以下に減ずる工程を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂の回収方法。
2. 溶融した熱可塑性樹脂組成物を、押出機、ニーダ、ミキサから選ばれるいずれかを用いて高剪断下で処理する、請求項１記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
3. 押出機が二軸押出機であり、そのスクリュウが、複数のニーディングセグメントと、その下流側に置いた逆ネジフルフライトスクリュウセグメントとの組合せで構成される混練部を一つもしくは複数持ったものである、請求項２記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
4. 繊維状物質がガラス繊維であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
5. 熱可塑性樹脂がポリカプラミドであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
6. 繊維状物質の分離後に熱可塑性樹脂の解重合工程を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
7. 繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物が自動車部品に由来することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の回収方法。
8. アスペクト比が１０を超える繊維状物質を含有する熱可塑性樹脂組成物を溶融し、熱時濾過または圧搾によって繊維状物質を濾別して繊維状物質を分離するに際し、濾別前に該熱可塑性樹脂組成物を高剪断下に該繊維状物質のアスペクト比を１０以下に減ずることを特徴とする繊維状物質の回収方法。