JP4621877B2

JP4621877B2 - プラスチック製ボトルの洗浄方法

Info

Publication number: JP4621877B2
Application number: JP2006073874A
Authority: JP
Inventors: 智司福崎; 淳彦竹原; 一郎小沢
Original assignee: Okayama Prefectural Government
Current assignee: Okayama Prefectural Government
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007245041A

Description

本発明は、清涼飲料水等の容器として用いられるＰＥＴボトル等を、素材に損傷を与えることなく、効果的に洗浄して再利用可能にすることができることの外に、未使用のプラスチック製ボトルに付着した汚れをも洗浄することができるプラスチック製ボトルの洗浄方法に関するものである。

現在、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチック材料は、種々の用途で使用されている。例えば、ＰＥＴは清涼飲料水、液状食品、酒類、調味料用のボトル素材として、我々の日常生活に欠かせない材料の一つとなっている。現在、使用済みＰＥＴボトルのうち、６１％が自治体や小売店で回収されリサイクルされており、３９％がゴミとなっている。従来、再生されたＰＥＴは、ミネラルウォーター等の食品用ボトルへの利用はできず、もっぱら、繊維、シート、非食品用ボトル等の用途に利用されてきた。更に、再生ＰＥＴは平均分子量が低下するため、ブロー成形性に劣ることから、バージンＰＥＴに２０〜３０％程度ブレンドして使用される程度のものであった。

そして、最近になり、ヨーロッパ諸国を中心に使用済みＰＥＴボトルから高純度のＰＥＴを再生する技術が開発され、再生ＰＥＴから食品用ＰＥＴボトル（米国ＦＤＡ認可）を製造するプラントが稼働し始めている。

一方、ヨーロッパ諸国では、ミネラルウォーターや清涼飲料水用の容器に対し、リターナブルプラスチックボトル等の導入が急速に進められている。例えば、ドイツのリターナブルＰＥＴボトルでは、繰り返し使用回数が１２回にも及んでいる。回収されたＰＥＴボトルの洗浄・再充填ラインは、ラベルの切り離し工程、キャップの除去工程、残留異物の臭気検査工程、付着内容物を除去する洗浄工程、透明度や表面傷を検査する光学的検査工程、充填・キャッピング・ラベリング工程、抜き取り検査工程、そしてパッケージング工程から構成されている。一方、清浄度の回復にもっとも貢献する洗浄工程は、その重要性にもかかわらず、従来のガラス製びん類の洗浄方法に基づいて経験的に操作条件が設定されており、プラスチック表面とガラス製ビン類に対する汚れの付着相互作用を比較検討した科学的根拠に基づいて最適化された方法を採用されているわけではない。

ところで、ガラスは優れた耐食性、対薬品性、耐熱性を有することから、ガラス製びん類の洗浄には、一般にｐＨ１３以上の強アルカリ洗浄剤が使用されている。さらに、内壁に付着した有機物汚れの除去効率を向上させるために、通常は強アルカリ剤と熱を併用した高温アルカリ洗浄が行われている。

ＰＥＴは、テレフタル酸（あるいはテレフタル酸ジメチル）とエチレングリコールを重縮合して得られる熱可塑性ポリエステルである。ＰＥＴはエステル結合を有するため、耐熱水性と耐アルカリ性に劣ることから、ガラス製びん類の洗浄に適用される強アルカリ剤や熱の利用はおのずと制約されることになる。

また、プラスチックに共通する特徴は、表面の撥水性が高いという特性であり、通常のアルカリ剤を添加した洗浄水はプラスチックの表面ではじかれて表面の付着汚れを除去しにくいという状況があった。特に、ＰＥＴ等のポリエステル系プラスチックではその傾向が強い。そのため、ＰＥＴ素材等に損傷を与えることなく、効率的に汚れを除去する洗浄要素の選定が必要となる。

使用済みプラスチックボトルの再生利用を目的とするプラスチックボトルの洗浄方法につき、過去の特許文献を遡及検索したところ、特開２００２−１０２１８１３号に開示された「プラスチックボトルの殺菌洗浄方法および装置」が公知である。また、特開２００４−３５１３２８号に開示された「ペットボトルの自動洗浄殺菌装置」が公知であり、更に、特開２００１−１６３３１１号に開示された「ペットボトルの殺菌・洗浄システム」が公知である。

前記特許文献１に開示されたプラスチックボトルの洗浄方法は、プラスチックボトル内に挿入した螺旋ノズルにより殺菌洗浄液に旋回力を付与しながら、殺菌洗浄液を円錐状に噴霧し、プラスチックボトルの底面および内側面の全面に霧滴を直接当てて洗浄するようにしたものである。そして、殺菌洗浄液として、ボトルの内面を洗浄する場合は、無菌水、洗浄水を使用すること、またボトルの内面を殺菌する場合は、熱水、温水、オゾン水、過酸化水素水等を使用することが開示されている。

また、特許文献２には、ペットボトルの自動洗浄殺菌装置において、強酸性水と強アルカリ性水を時間的に前後させて噴射させることにより、ペットボトル内壁を洗浄殺菌する方法が開示されている。

更に、特許文献３には、ｐＨ５〜８の電解水を殺菌水としてペットボトルの内部に噴射する殺菌工程と、界面活性力のある機能水を無菌ろ過した無菌水を洗浄水として殺菌後のペットボトルの内部に噴射する洗浄工程からなるペットボトルの殺菌・洗浄システムが提案されている。

特開２００２−１０２８１３号公報特開２００４−３５１３２８号公報特開２００１−１６３３１１号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された発明においては、単に容器の内面を洗浄する場合は、無菌水と、洗浄水を使用する旨記載されているのみで、具体的にどのような洗浄水を使用するのかが開示されておらず、果たして再利用できる程度に使用済みプラスチック製容器を洗浄できるか否かを確認することができないという課題があった。

また、前記特許文献２に開示された洗浄殺菌に用いられる強酸性水と強アルカリ性水は、表面張力が著しく大きいため撥水性のペットボトルの表面に対しては有効な有機性付着物の除去が行えないという課題がある。そして、特許文献２には、アルカリ性水と界面活性剤または次亜塩素酸ナトリウムとの併用については記載されていない。

更に、特許文献３に開示されたものを、洗浄という観点から見ると、ｐＨ５〜８の電解水は水酸化物イオン（ＯＨ⁻）濃度と次亜塩素酸濃度が不十分であるため有機物汚れに対する洗浄効果が低い上、ここで使用されている無菌水の界面活性力という記述は、表面張力の低下とは無関係な作用力であり、また、アルカリ性水と界面活性剤または次亜塩素酸ナトリウムとの併用については記載されていない。

そこで、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、たとえ洗浄除去が困難なタンパク質、ポリフェノール、多糖類等の有機物汚れが、例えば、飲料容器として使用した後のプラスチック製ボトル、または、未使用のプラスチック製ボトルに付着していたとしても、このプラスチック製ボトルの汚染面に所定の非イオン界面活性剤濃度を含有する、所定のｐＨに調整されたアルカリ性溶液を接触させることにより、プラスチック素材に損傷を与えることなく、付着有機物汚れを効果的に除去できることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、従来のガラス製びん類よりも穏和な条件の洗浄方法であって、洗浄剤すべてを食品添加物として認められたものを使用することにより、洗浄作業を安全に行うことができ、素材に優しく、飲料用容器として再利用することが可能で、また洗浄効果としても優れているプラスチック製ボトルの洗浄方法、または、未使用のプラスチック製ボトルに付着した汚れをも洗浄することができるプラスチック製ボトルの洗浄方法を提供しようとするものである。

本発明は、プラスチック製ボトルを、非イオン界面活性剤を０．０１〜０．１重量％含有するｐＨ１１．５〜１２．５の次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選ばれた１種又は２種以上の成分を含むアアルカリ性溶液に接触させることにより、上記課題を解決した。

本発明において、洗浄の対象となるプラスチック製ボトルの材質としては、清涼飲料水、液状食品、酒類、調味料等に使用される材質がよく、好ましくはＰＥＴ、ＰＣ、ＰＥＮ等のエステル結合を有する高分子ポリマーがよい。また、プラスチック製ボトルの形状については、特に制限されるものではないが、洗浄液との接触効率の観点から、角（直方体）型、丸（円柱）型、楕円型の汎用的な形状であることが好ましい。更に、プラスチック製ボトルの容量については、市販用から業務用に使用されている２００ｍｌ〜１８ｌの範囲内で制限なく適用することができる。

そして、本発明のアルカリ性溶液の調製においては、有機物汚れに対する溶解力、酸化分解力、コストの観点から、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選ばれた１種又は２種以上の薬剤で構成される溶液であるのがよい。

また、非イオン界面活性剤については、安全性の観点から食品に適用可能な界面活性剤がよく、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン高級脂肪酸アルコール等を例示することができ、好ましくは親水性が高く、低気泡性で、水の表面張力の低下能に優れたものを選定するのがよい。

このようなプラスチック製ボトルを洗浄する際の処理条件については、アルカリ性溶液のｐＨを１１．５以上１２．５以下、好ましくは１１．８以上１２．３以下に調整し、該アルカリ性溶液に含まれる非イオン界面活性剤の濃度は０．０１重量％以上０．１重量％以下、好ましくは０．０２重量％以上０．０４重量％以下とする必要がある。また、該アルカリ性溶液の成分の一つに次亜塩素酸ナトリウムが選ばれる場合には、有効塩素濃度は重量比で５０ｐｐｍ以上１，０００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以上４００ｐｐｍ以下とする必要がある。アルカリ性溶液のｐＨが１１．５より低いと洗浄力が不足し、反対に、１２．５より高くなるとプラスチック素材の損傷の問題が生じ、また、非イオン界面活性剤の濃度が０．０１重量％より低いとアルカリ溶液がプラスチック表面ではじかれてしまい均一に濡らすことができず、反対に、０．１重量％より高くても洗浄効果の向上がみられないほか、水洗浄によるすすぎ性の悪化を生じ、更に、次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素濃度が重量比で５０ｐｐｍより低いと酸化分解効果が不十分であり、反対に、１，０００ｐｐｍより高くても酸化分解による洗浄効果の向上が期待できない。

本発明の洗浄に用いるアルカリ性溶液は、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムのほかに、界面活性作用を増強させる塩素イオン（Ｃｌ⁻）、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、リン酸イオン（ＰＯ_４ ^３−）等の陰イオンを、金属イオン封鎖作用を有するクエン酸やグルコン酸等の有機酸を、過剰の起泡を抑制する食品添加物に指定されたシリコーン系消泡剤を含有することにより、洗浄効率を一層高めることが可能となる。また、次亜塩素酸ナトリウム溶液は、市販品の試薬を使用してもよく、また、食塩水を原料として電気分解で生成した、食品への適用が認められた電解次亜水を使用してもよい。

尚、本発明の洗浄温度は、各プラスチック製ボトルの耐熱温度（ガラス転位点）よりも低く設定することが必要であるが、プラスチック素材の劣化温度に至らない範囲内であれば可能な限り温度が高い方が洗浄に有効であることはいうまでもない。また、洗浄液をプラスチック製ボトルに接触させる方法として、静置浸漬、攪拌浸漬、高圧噴射のいずれかを選択することができる。更に、洗浄時間については特に制限されるものではないが、１０分から２時間の間で最適な条件を設定すればよい。

本発明の作用は、次のように説明することができる。例えば、タンパク質、ポリフェノール等の有機物汚れが付着したプラスチック製ボトルに適用した場合を例にすると、非イオン界面活性剤がプラスチック製ボトルに対するアルカリ溶液の濡れ性を増加させ、洗浄液成分が有機物汚れと容器表面の間に浸透することを促進させる。汚れとボトル表面の間に浸透したアルカリ（ＯＨ⁻）は、タンパク質、ポリフェノール類、多糖類、油脂類等の広範囲の有機性汚れに対して優れた溶解作用を発揮する。また、次亜塩素酸ナトリウムは汚れを酸化分解（低分子化）し脱離性を向上させる作用を示す。更に、本発明者等の最近の研究により、タンパク質等の有機物汚れに対する洗浄力は、解離型の次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ⁻）の濃度に依存することが明らかとなっている。このように、非イオン界面活性剤、ＯＨ⁻及びＯＣｌ⁻の作用を相加的あるいは相乗的に発現させることにより、たとえアルカリ剤の濃度が低くても、有機物汚れが効率的に除去されるのである。

本発明によれば、穏和なアルカリ性条件下で洗浄を実施するためプラスチック素材にも優しく、また、洗浄剤すべてを食品添加物として認められたものを使用するので、洗浄作業が安全にでき、更には、洗浄効果としても優れており、更にまた、洗浄後は飲料用として再利用することができる。そして、本発明は、未使用のプラスチック製ボトルに付着した汚れをも洗浄することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。なお、本発明実施例においては、飲料容器等として使用された使用済みプラスチック製ボトルを洗浄する場合につき説明しているが、本発明は、未使用のプラスチック製ボトルに付着した汚れを洗浄する場合にも適用される。

〔実施例１〕
容積２５ｍｌのガラス製バイアル内に、ＰＥＴ容器を粉砕して調製したＰＥＴ粒子（平均粒子径４３μｍ）０．７ｇと、１０ｍｌの水酸化ナトリウム溶液（ｐＨ９〜１３．５）を入れ、４０℃で２時間、攪拌浸漬した。２時間の浸漬後、水酸化ナトリウム溶液に溶出した全有機炭素（ＴＯＣ）量（ＰＥＴの分解量）は、図１に示すとおりである（片対数グラフ）。なお、溶出試験のブランク値は０．０５０ｍｇ／ｍ^２である。図１から明らかなように、溶液のｐＨが９以上１２．３以下の範囲では、溶出はほとんど起こっていないか、あるいは低レベルの範囲内であるといえる。一方、ｐＨが１２．５以上１３．５以下の領域では、ｐＨの増加とともにＴＯＣ溶出量は著しく増加した。すなわち、高濃度のアルカリ溶液はＰＥＴの分解をもたらすことが明らかとなった。ＰＥＴ素材の劣化を考慮すると、アルカリ溶液のｐＨの上限は１２．５が好ましい。

〔実施例２〕
実施例１と同様に、ＰＥＴ粒子（平均粒子径４３μｍ）をｐＨ１０及び１２に調整した次亜塩素酸ナトリウム溶液（５０〜１，０００ｐｐｍ）中に、４０℃で２時間、攪拌浸漬した。溶出したＴＯＣ量と次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度の関係を図２に示す。ＴＯＣ溶出量は、ｐＨ１０（●）及び１２（△）のいずれにおいても、有効塩素濃度５０〜１，０００ｐｐｍにおいてほぼ一定の値であり、また、次亜塩素酸ナトリウム無添加（水酸化ナトリウム溶液）での溶出量と一致していた。すなわち、上記の濃度範囲内では、次亜塩素酸ナトリウムはＰＥＴに対して損傷を与えないことが判明した。

〔実施例３〕
容積２５ｍｌのガラス製バイアル内に、タンパク質の一種である牛血清アルブミン（ＢＳＡ）が均一に付着したＰＥＴ粒子を０．３４ｇ入れ、続いてｐＨ９〜１３．５に調整した水酸化ナトリウム溶液を５ｍｌを添加して、４０℃で２時間、攪拌洗浄した。ＢＳＡの除去率と溶液のｐＨの関係は、図３に示すとおりである。弱アルカリ性のｐＨ領域（ｐＨ９〜１０）では、除去率は２０〜３０％と低いものの、付着ＢＳＡ分子の一部が除去される現象が見られた。ｐＨ１１〜１３．５の領域では、ｐＨの増加とともに除去率は徐々に増加する傾向を示したが、ｐＨ１３．５の強アルカリ性溶液でも、除去率は８０％以下にとどまった。すなわち、アルカリ剤を過剰に添加しても、洗浄効率の向上は期待できないことが判明した。なお、ＢＳＡの除去率は、初期付着量に対する、洗浄後のＢＳＡ脱離量の重量百分率にて算出した。また、本実験系での操作上の誤差を勘案すると、除去率が９５％以上の数値をもって、ほぼ完全な除去が行えていると判断される。

〔比較例１〕
実施例３と同様の方法で、ガラスと同様の親水性表面を有する酸化アルミニウム粒子にＢＳＡを均一に付着させ、続いて種々のｐＨの水酸化ナトリウム溶液で洗浄したときのＢＳＡの除去率を測定した。除去率とｐＨの関係を図４に示す。ｐＨ９〜１０では、除去率は１０％以下であり、ＢＳＡはほとんど除去されなかった。一方、ｐＨ１１以上では、除去率はｐＨの増加とともに著しく向上し、ｐＨ１３以上では９５％以上に達した。図４の結果から明らかなように、親水性の固体表面の洗浄効率はアルカリ（ＯＨ⁻）濃度への依存性が極めて高く、撥水性のＰＥＴ表面の洗浄とは明確に異なるのである。

〔実施例４〕
実施例３と同様の方法で、ＢＳＡが均一に付着したＰＥＴ粒子を、０．００２〜０．２重量％の濃度のポリオキシエチレン高級脂肪酸アルコール（非イオン界面活性剤）を含有する、ｐＨ１１．０〜１２．５に調整した水酸化ナトリウム溶液を用いて、４０℃で２時間、攪拌洗浄した。ＢＳＡの除去率と界面活性剤の濃度は、図５に示すとおりである。いずれのｐＨにおいても、界面活性剤濃度の増加とともに除去率は増加した。ＢＳＡの除去率が９５％以上となった界面活性剤の濃度は、ｐＨ１１．５（●）では０．１重量％以上、ｐＨ１２．５（▲）では０．０１重量％以上であった。このように、界面活性剤を併用してアルカリ性溶液の表面張力を減少させ、濡れ性を改善することにより、たとえＯＨ⁻濃度が低くても良好な洗浄結果を得ることができた。なお、ｐＨ１１．０（○）では、界面活性剤濃度を０．２重量％に増加させても十分な除去率を得ることはできなかった。

〔実施例５〕
実施例３と同様の方法で、ＢＳＡが均一に付着したＰＥＴ粒子を、１００〜１，０００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを含有する、ｐＨ６．０〜１２．５に調整した水酸化ナトリウム溶液を用いて、４０℃で２時間、攪拌洗浄した。ＢＳＡの除去率と次亜塩素酸ナトリウムの濃度の関係は、図６に示すとおりである。ＢＳＡの除去率が９５％以上となった次亜塩素酸ナトリウムの濃度は、ｐＨ１１．５（●）では４００ｐｐｍ以上、ｐＨ１２．５（▲）では２００ｐｐｍ以上であった。なお、ｐＨ６．０（○）では、次亜塩素酸ナトリウムが非解離型のＨＯＣｌとして存在している比率が多いため、濃度を１，０００ｐｐｍに増加させても十分な除去率を得ることはできなかった。

〔実施例６〕
実施例３と同様の方法で、ＢＳＡが均一に付着したＰＥＴ粒子を、０．０２重量％のショ糖脂肪酸エステルと２００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを含有する、ｐＨ６．０〜１２．５に調整した水酸化ナトリウム溶液を用いて、４０℃で２時間、攪拌洗浄した。ＢＳＡの除去率と洗浄液のｐＨの関係は、図７に示すとおりである。ｐＨ１１．５〜１２．５の範囲では、界面活性剤による濡れ性の向上、ＯＨ⁻の溶解力及びＯＣｌ⁻の酸化力が相乗的に作用するため、ＢＳＡの除去率はいずれも９５％以上となった。なお、ｐＨ６．２、８．５、１０．０では、ＯＨ⁻及びＯＣｌ⁻の濃度が不十分なため、十分な除去率を得ることはできず、また、ｐＨ１１．０でも除去率は９５％に至らなかった。

本発明によれば、プラスチック製ボトルに対して、プラスチック素材に穏和な構成となる非イオン界面活性剤を含有するアルカリ性溶液に接触させることにより、ボトルの壁面を損傷することなく、プラスチック製ボトルの清浄度を回復することができるので、例えば、ＰＥＴ，ＰＣ，ＰＥＮ等のプラスチック製ボトルのリターナブルシステムにおいて、衛生上安全な使用済みボトルの洗浄方法として好適に利用することができる。

ＰＥＴ粒子から溶出したＴＯＣ量とｐＨの関係を示す図である。ＰＥＴ粒子から溶出したＴＯＣ量と有効塩素濃度の関係を示す図である。ＰＥＴ粒子に付着したＢＳＡの除去に及ぼす洗浄液のｐＨの影響を示す図である。酸化アルミニウム粒子に付着したＢＳＡの除去に及ぼす洗浄液のｐＨの影響を示す図である。ＰＥＴ粒子に付着したＢＳＡの除去に及ぼす界面活性剤の濃度の影響を示す図である。ＰＥＴ粒子に付着したＢＳＡの除去に及ぼす次亜塩素酸ナトリウムの濃度の影響を示す図である。ＰＥＴ粒子に付着したＢＳＡの除去に及ぼす種々のｐＨにおける界面活性剤と次亜塩素酸ナトリウムの併用効果を示す図である。

Claims

プラスチック製ボトルを、非イオン界面活性剤を０．０１〜０．１重量％含有するｐＨ１１．５〜１２．５の次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選ばれた１種又は２種以上の成分を含むアルカリ性溶液に接触させることを特徴とするプラスチック製ボトルの洗浄方法。
請求項１において、非イオン界面活性剤が食品添加物として認められた物質であることを特徴とするプラスチック製ボトルの洗浄方法。
請求項１において、次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素濃度を重量比で５０〜１，０００ｐｐｍとすることを特徴とするプラスチック製ボトルの洗浄方法。
請求項１において、プラスチック素材がエステル結合を有する高分子ポリマーであることを特徴とするプラスチック製ボトルの洗浄方法。
請求項１において、プラスチック製ボトルが使用済みボトルであることを特徴とするプラスチック製ボトルの洗浄方法。