JP4381475B1

JP4381475B1 - ハロゲン捕集添加剤

Info

Publication number: JP4381475B1
Application number: JP2009138727A
Authority: JP
Inventors: 栄一猪野; 皓一木村
Original assignee: OPTY CO. , LTD.
Current assignee: OPTY CO. , LTD.
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: WO2010143316A1; JP2010285487A

Abstract

【課題】従来の再資源化装置に特別な装置を付加することなく、安価で簡便にハロゲンを捕集する添加剤を提供すること。
【解決手段】
課題を解決するための手段として、４９．５重量部以上７５重量部以下の尿素、２０重量部以上４９．５重量部以下のカルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物、及び、１重量部以上５重量部以下のステアリン酸金属塩からなる混合物１００重量部を含むハロゲン捕集添加剤とする。なおこの場合において、混合物は、粒径が０．０１ｍｍ以上５mm以下の粉体状であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハロゲン捕集添加剤に関し、具体的には、廃プラスッチックを再資源化するためのプロセスにおいて、再資源化装置の腐食原因となるハロゲン物質を捕集して無害化する添加剤に関するものである。

化石資源である石油から作られるプラスチック（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等）は大量に生産されており、使用済みの廃プラスチックを焼却すると大量の温暖化ガスである二酸化炭素を大量に発生するため、再資源化（リサイクル）が地球温暖化防止のために重要である。再資源化技術の中でも、廃プラスチックの再生利用（マテリアルリサイクル）や熱分解油化（ケミカルリサイクル）が特に期待されている。

再生利用（マテリアルリサイクル）は、廃プラスチックを種類毎に選別し熱溶融、ペレット化し再生プラスチックとして再び成型品の原料等に使うことである。この再生利用は、プラスチックを循環使用する点で最も環境負荷が小さく好ましいリサイクル法であるが、選別を完全に行うことが出来ないため、不純物としてポリ塩化ビニルや臭素系難燃剤の混入が避けられない。このため熱溶融時に腐食性のハロゲン化水素ガスが発生し再生装置の長期安定運転を困難にしている。

熱分解油化（ケミカルリサイクル）は、廃プラスチックを分解するまで加熱し、発生する分解ガスを冷却して液化し、この液体を燃料とするものでプラスチックを石油に戻すリサイクル法である。この方法は選別をあまり必要とせず、数種の廃プラスチックを処理できるが、やはり混入するポリ塩化ビニルや臭素系難燃剤から発生する腐食性のハロゲン化水素ガスが再生装置の長期安定運転を困難にしている、特にこの方法では処理温度が高いため、ハロゲン対策は必須である。

従って、再資源化装置の長期安定運転を可能にするために、熱融解や熱分解時にポリ塩化ビニル（以下「ＰＶＣ」という。）から発生する塩素化合物やプラスチック中に添加されている臭素系難燃剤から発生する臭素化合物を無害化する方法が要望されている。

ＰＶＣ中のハロゲン（塩素等）を処理する方法として、例えば下記特許文献１乃至３がある。

特開昭４９−１１２９７９号公報特開平７−１８８６７４号公報特開２００７−２４６６８１号公報

特許文献１には、アルカリ化合物等の無機添加剤を含む水溶液中でハロゲン含有ポリマーを加圧状態で加熱し、ハロゲン化水素として除去する方法が開示されている。しかしながら、圧力容器が必要なため装置が高価となり経済性、利便性に問題がある。

特許文献２には、アルカリ金属の水酸化物等を添加し、２５０〜７００℃で熱分解させ、アルカリ金属ハロゲン化合物を生成させる方法が開示されている。しかしながら、この方法は高温で反応させるためエネルギーを要する上に、生成したハロゲン化合物を系外に移送させる不活性キャリアーガスを使用するのでコストが掛かり汎用性に乏しいといった問題がある。

特許文献３には、ＰＶＣに酸化カルシウム（ＣａＯ）を混合し、常温で粉砕（メカノケミカル処理）し、脱塩素化する方法が開示されている。しかしながら、粉砕機が必要であり装置が大規模になるといった問題がある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、従来の再資源化装置に特別な装置を付加することなく、安価で簡便にハロゲンを捕集することのできるハロゲン捕集添加剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について精意研究を重ねた結果、尿素、水酸化物、及びステアリン酸金属塩の組合せからなる混合物を含むハロゲン捕集添加剤を新規に考案し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の一観点に係るハロゲン捕集添加剤は、５５重量部以上７５重量部以下の尿素、２０重量部以上４４重量部以下のカルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物、及び、１重量部以上５重量部以下のステアリン酸金属塩からなる混合物１００重量部を含むことを特徴とする。

なおこの観点において、限定されるわけではないが、ハロゲン捕集添加剤は、粒径が０．０１ｍｍ以上５mm以下の範囲にある粉状であることが好ましい。

以上、本発明により、従来の再資源化装置に特別な装置を付加することなく、安価で簡便にハロゲンを捕集する添加剤が提供でき、塩素、臭素、等のハロゲン物質による装置腐食が防止でき再資源化装置の長期安定運転が達成される。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は多くの異なる形態が実施可能であり、以下に示す実施形態、実施例の記載のみに限定されるものではない。

本実施形態は、廃プラスチック再資源化におけるハロゲン捕集添加剤に関するものである。

本発明形態に係るハロゲン捕集添加剤は、５５重量部以上７５重量部以下の尿素、２０重量部以上４４重量部以下のカルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物、及び、１重量部以上５重量部以下のステアリン酸金属塩からなる混合物１００重量部を含むことを特徴とする。この混合物をポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や臭素系難燃剤含有プラスチックを含む廃プラスチックに均一に塗して（散布して）加熱させると、効率的にハロゲンを捕集することができ再資源化装置の長期安定操業が可能になる。

ここで尿素（ＣＨ_４Ｎ_２Ｏ）は、加熱すると約１３３℃で分解してアンモニア（ＮＨ_３）を生成することができる。生成したアンモニアは、ポリ塩化ビニル〔（ＣＨ_２＝ＣＨＣｌ）_ｎ〕を加熱することにより発生する塩化水素（ＨＣｌ）と結合して塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）となるため、塩素捕集剤として用いることができる。また、尿素から生成したアンモニアは、廃プラスチック中に含まれている臭素系難燃化剤から発生する臭化水素（ＨＢｒ）と結合して臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂｒ）となるため、臭素捕集剤としても用いることができる。

ところでポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）は、プラスチックの中でも最も低温から熱分解するものであり、３００℃までに第一段階の分解を起こし、ＨＣｌを脱離させる。離脱したＨＣｌは強い腐食作用を有するため、再資源化装置の長期運転を妨げることとなる。しかしながら、尿素が分解する温度は低温（１３３℃）であるため、ポリ塩化ビニルと尿素とを混ぜて加熱すれば、ポリ塩化ビニルが熱分解温度領域（約３００℃）に至ったときには既に尿素からアンモニアを十分に発生させておくことができる。この結果、ＰＶＣから離脱するＨＣｌを捕集し、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）として無害化することができる。即ち、尿素は廃プラスチックの再資源化過程の初期から作用させることができ、極めて優位である。

ところで、尿素のみでもハロゲン捕集効果は大きいが、低温から作用するため、加熱初期に生成したハロゲン化アンモニウムが加熱時間とともに再び廃プラスチックに混入してしまう場合がある。そこで、カルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物を同時添加しておくことで、一旦生成したハロゲン化アンモニウムを安定化させ、かつハロゲン化物を生成させることによりハロゲン捕集効果が向上することができる。なお限定されるわけではないが、経済性の観点及び取扱容易の観点から、水酸化カルシウムがより好ましい。

ところで、尿素が低温の状態から作用するといった利点を生かすためには、この尿素と水酸化物の混合物を加熱前に廃プラスチックと混ぜておくことが有用である。廃プラスチックは形状・大きさが一定していないため、尿素を均一に塗すには細かい粉体状で混合することが極めて有用である。しかしながら、尿素には吸湿性があるため粒状化し易く、細かい粉体状態を維持するのが困難である。そこで本発明者らは、尿素のハロゲン捕集効果を損なうことなく細かい粉体状態を維持する薬剤を検討した結果、ステアリン酸金属塩を適量混合することで細かい粉体状態を維持できることを見出した。

ここでステアリン酸金属塩としては、限定されるわけではないがステアリン酸亜鉛及びステアリン酸カルシウムの少なくともいずれかであることが好ましく、ステアリン酸亜鉛には再生プラスチックが再生装置の金属に付着することを防止する効果があるためより好ましく、更にはこれらの併用添加も好ましい。

本実施形態に係るハロゲン捕集添加剤は、含まれる尿素、水酸化物及びステアリン酸金属塩の重量を１００重量部とした場合、尿素が５５重量部以上７５重量部以下、カルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物が２０重量部以上４４重量部以下、ステアリン酸金属塩が１重量部以上５重量部以下含まれ、好ましくは尿素５５重量部以上７５重量部以下、水酸化物２４重量部以上４４重量部以下、ステアリン酸金属塩が１重量部以上５重量部以下である。

尿素を５５重量部以上とすることでハロゲン捕集効果を顕著に発揮することが可能となる。一方、尿素を７５重量部以下とすることでハロゲン化アンモニウムの再混入を防止することができるといった効果がある。また、水酸化物を２０重量部以上とすることで、ハロゲン化アンモニウムの再混入防止を十分図ることができ、２４重量部以上とすることでこの効果がより顕著となる。一方水酸化物を４４重量部以下とすることで尿素の効果を顕著に発揮させることができる。また、ステアリン酸金属塩の添加量を１重量部以上とすることで粉体状態の維持を図ることが可能であり、５重量部以下とすることで尿素のハロゲン捕集効果を妨げないようにすることができる。なお、上記混合物には、不可避の不純物又は効果を妨げない程度の少量の添加剤を含んでも良い。

また、本実施形態に係るハロゲン捕集添加剤は粉体状であることが好ましく、数として８０％以上の粒径が０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。粉体の粒径が０．０１ｍｍ以上とすることで粉体製造コストを抑えることができるといった効果があり、５ｍｍ以下とすることで廃プラスッチックに十分均一に塗すことができるといった効果がある。

以上、本実施形態により、従来の再資源化装置に特別な装置を付加することなく、安価で簡便にハロゲンを捕集する添加剤が提供でき、塩素、臭素、等のハロゲン物質による装置腐食が防止でき再資源化装置の長期安定運転が達成される。

以下、上記実施形態において説明したハロゲン捕集添加剤について、以下に実施例として詳しく説明するが、本発明はこれらの範囲に限定されるものではない。

１〜５ｍｍ程度に破砕した、４９．１２ｇのポリエチレン（ＰＥ）と０．８８ｇのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を混合した総量５０ｇを原料とし、これに尿素、水酸化カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムからなる混合物（粒度：０．０５ｍｍ〜２ｍｍ）を、混合比を変えて１ｇ均一に塗した物を２２０℃に加熱した。発生した熱分解ガスを水相に捕集し塩素量を定量した。ここで実施例と比較例における熱分解発生ガス中の塩素量を表１に示す。

塩素量測定結果を示した表１から分かるように、実施例では発生ガス中の塩素濃度が小さく、塩素の固定無害化効果が大きいことが分かる。特に、上記の結果によると、尿素５５重量部以上７５重量部以下、水酸化物２４重量部以上４４重量部以下、ステアリン酸金属塩１重量部以上５重量部以下の範囲に抑えておくことで、補修添加剤を何ら加えていない状態（比較例１）に対し、最大３％程度まで塩素量を抑えることができている。

本発明は、廃プラスチックの再資源化において、特に再生利用（マテリアルリサイクル）や熱分解油化（ケミカルリサイクル）の産業上用途において広く利用でき、再資源化装置の長期安定運転を可能にする。このことは地球温暖化防止に大きな寄与をもたらすものである。

Claims

５５重量部以上７５重量部以下の尿素、２０重量部以上４４重量部以下のカルシウム、マグネシウム、バリウムの１種または２種以上からなる水酸化物、及び、１重量部以上５重量部以下のステアリン酸金属塩からなる混合物１００重量部を含むハロゲン捕集添加剤。
前記混合物は、粒径が０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下の粉体状である請求項１記載のハロゲン捕集添加剤。