JP4754246B2 - Plastic disassembly method - Google Patents
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Description
本発明は、特に、FRP(繊維強化プラスチック)などに代表される不飽和ポリエステル樹脂を含むプラスチックに適したプラスチックの分解方法に関する。 The present invention particularly relates to a method for decomposing a plastic suitable for a plastic containing an unsaturated polyester resin typified by FRP (fiber reinforced plastic).
プラスチックは、軽量、高強度であり、錆や腐食に強く、着色が自由、電気絶縁性に優れ、成形が容易であり、さらに大量生産が可能であるという利点を有することから、自動車、航空機、家庭用品の各材料として多量に使用されている。このため、廃プラスチックの量は増加の一途を辿っている。 Plastics are lightweight, high-strength, strong against rust and corrosion, free to color, excellent in electrical insulation, easy to mold, and capable of mass production. It is used in large quantities as materials for household goods. For this reason, the amount of waste plastic continues to increase.
従来、廃プラスチックの大部分は、埋め立て又は焼却して処分されていた。しかし、廃プラスチックを埋め立てると、埋め立て後の地盤が不安定となり、また埋め立て用地を確保し難いという問題が生じていた。また、廃プラスチックを焼却すると、有害ガス(例えば、CO2)や悪臭が発生し、環境汚染が懸念されるだけではなく、焼却炉が損傷してしまうという問題も生じていた。 Conventionally, most of the waste plastic has been disposed of by landfill or incineration. However, when waste plastic is landfilled, the ground after landfill becomes unstable, and it is difficult to secure land for landfill. In addition, when waste plastic is incinerated, harmful gases (for example, CO 2 ) and bad odors are generated, which not only causes concern about environmental pollution, but also causes a problem that the incinerator is damaged.
そこで、平成7年に容器包装廃棄物法(リサイクル法)が制定されて、廃プラスチックを回収し、その再利用が義務付けられた。この法律の施行に伴い、廃プラスチックを再資源化するための技術の開発が急速に進められている。 Therefore, the Containers and Packaging Waste Law (Recycling Law) was enacted in 1995, and waste plastics were collected and required to be reused. With the enforcement of this law, the development of technologies for recycling waste plastics is rapidly progressing.
例えば、超臨界水を反応媒体として廃プラスチックを熱分解した油状物質を回収する方法が開示されている(特許文献1参照)。 For example, a method for recovering an oily substance obtained by thermally decomposing waste plastic using supercritical water as a reaction medium is disclosed (see Patent Document 1).
また、廃プラスチックである硬化不飽和ポリエステル樹脂を粉砕した後、約100℃〜300℃の温度でジカルボン酸又はジアミンにより分解して得られた分解物を樹脂原料として再利用し、不飽和ポリエステル樹脂を再合成する方法も開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、上述した特許文献1に記載の超臨界法を用いて廃プラスチックを熱分解すると、処理温度が高すぎるため、廃プラスチック中の主鎖や側鎖が無秩序に切断されてしまい、得られる油状物質中には多種類の低分子化された成分が含まれていた。廃プラスチックを熱分解して得られた油状物質は、主に、液体燃料として再利用されるが、熱分解後の油状物質の品質を確保するために、熱分解後に油状物質を触媒(例えば、ゼオライト)によって改質しなければならず、後処理が必要となることから、処理コストが高くなる要因となっていた。また、改質処理をした場合であっても、改質後の生成油を石油製品(例えば、灯油、軽油など)そのものとして再利用することは難しかった。 However, when the waste plastic is pyrolyzed using the supercritical method described in Patent Document 1 described above, the treatment temperature is too high, so that the main chain and the side chain in the waste plastic are cleaved randomly and the resulting oily oil is obtained. The substance contained many kinds of low molecular weight components. The oily substance obtained by pyrolyzing waste plastic is mainly reused as a liquid fuel. However, in order to ensure the quality of the oily substance after pyrolysis, the oily substance is treated with a catalyst (for example, Zeolite) must be modified and post-treatment is required, which has been a factor in increasing the treatment cost. Further, even when the reforming process is performed, it is difficult to reuse the reformed product oil as a petroleum product (for example, kerosene or light oil) itself.
また、特許文献2記載の方法では、得られた分解物を不飽和ポリエステル樹脂原料として再利用することができるが、250℃を超える高温で硬化不飽和プラスチックを分解すると、熱分解が進行してしまい、再硬化させたときに熱硬化性樹脂の強度が低下するという問題を有していた。さらに、分解時の温度を約100℃〜250℃の低温とした場合であっても、熱分解後に回収できる樹脂原料の回収率が低かった。これらの理由から、回収した原料樹脂を再硬化させて製品として利用する割合は低くなっていた。
Further, in the method described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明のプラスチックの分解方法は、多価アルコールと、無水マレイン酸、マレイン酸及びフマル酸の中から選択される少なくとも一種の酸と、架橋剤とから成る架橋ポリエステル樹脂を含むプラスチックを、架橋ポリエステル樹脂を構成している酸と同じ又は類似の、無水マレイン酸、マレイン酸及びフマル酸の中から選択される少なくとも一種の酸を添加した180〜270℃の亜臨界水で処理して、前記架橋ポリエステル樹脂を多価アルコールと酸とに加水分解し、前記架橋ポリエステル樹脂を構成する酸及び架橋剤の共重合体を含む分解生成物を得ることを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, the plastic decomposition method of the present invention is at least one selected from polyhydric alcohols and maleic anhydride, maleic acid, and fumaric acid. and acids, the plastic containing the cross-linked polyester resin comprising a cross-linking agent, the same or similar with acids constituting the cross-linked polyester resin, maleic acid anhydride, of at least one selected from among maleic acid and fumaric acid Treatment with 180-270 ° C. subcritical water with acid added to hydrolyze the crosslinked polyester resin into a polyhydric alcohol and an acid , containing a copolymer of an acid and a crosslinking agent constituting the crosslinked polyester resin A decomposition product is obtained .
本発明のプラスチックの分解方法によれば、ポリエステル樹脂を含むプラスチックの加水分解を促進して分解率を高め、さらに再利用し易い形で樹脂原料を回収することができる。この結果、廃プラスチックを再資源化して有効活用することができる。 According to the method for decomposing a plastic of the present invention, it is possible to accelerate the hydrolysis of the plastic containing the polyester resin to increase the decomposition rate, and to recover the resin raw material in a form that can be easily reused. As a result, waste plastic can be recycled and effectively used.
以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るプラスチックの分解方法を説明する。 Hereinafter, a plastic disassembling method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施の形態に係るプラスチックの分解方法を用いて分解するプラスチックは、多価アルコール及び酸から成るポリエステル樹脂を含むプラスチックであり、例えば、多価アルコールと不飽和多塩基酸との共重合体を架橋剤により架橋した不飽和ポリエステル樹脂などである。なお、プラスチックは、これらに限定されず、ポリエステル樹脂を含むFRP(繊維強化プラスチック)などの複合材料であっても良い。多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどのグリコール類を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。不飽和多塩基酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸及びフマル酸などの脂肪族不飽和二塩基酸を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。架橋剤としては、スチレン、メタクリル酸メチルなどの重合性ビニルモノマを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 The plastic that is decomposed using the plastic decomposing method according to the embodiment of the present invention is a plastic that includes a polyester resin composed of a polyhydric alcohol and an acid. For example, a copolycarbonate of a polyhydric alcohol and an unsaturated polybasic acid is used. An unsaturated polyester resin obtained by crosslinking the coalescence with a crosslinking agent. The plastic is not limited to these, and may be a composite material such as FRP (fiber reinforced plastic) containing a polyester resin. Examples of the polyhydric alcohol include, but are not limited to, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and dipropylene glycol. Examples of unsaturated polybasic acids include, but are not limited to, aliphatic unsaturated dibasic acids such as maleic anhydride, maleic acid, and fumaric acid. Examples of the crosslinking agent include, but are not limited to, polymerizable vinyl monomers such as styrene and methyl methacrylate.
本発明の実施の形態に係るプラスチックの分解方法を図1に示す。図1に示すように、まず、多価カルボン酸を含む水に、ポリエステル樹脂を含む熱硬化性樹脂を混合する(工程A)。 FIG. 1 shows a plastic disassembling method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, first, a thermosetting resin containing a polyester resin is mixed with water containing a polyvalent carboxylic acid (step A).
水に含有させる多価カルボン酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸及びフマル酸の中から選択される少なくとも一種とすることが好ましい。 The polyvalent carboxylic acid to be contained in water is preferably at least one selected from maleic anhydride, maleic acid and fumaric acid.
ここで、熱硬化性樹脂と水との配合割合は、特に制限されないが、熱硬化性樹脂100質量部に対して、100〜500質量部の水を添加することが好ましい。また、水に含有させる多価カルボン酸の割合も特に制限されないが、熱硬化性樹脂100質量部に対して、10〜50質量部の多価カルボン酸を水に含有させることが好ましい。 Here, the mixing ratio of the thermosetting resin and water is not particularly limited, but it is preferable to add 100 to 500 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin. Moreover, the ratio of the polyvalent carboxylic acid to be contained in water is not particularly limited, but it is preferable to contain 10 to 50 parts by mass of the polyvalent carboxylic acid in water with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin.
次に、水を臨界点(臨界温度374.4℃、22.1MPa)以下の亜臨界状態にして、ポリエステル樹脂を分解する(工程B)。 Next, the polyester resin is decomposed by bringing water to a subcritical state below the critical point (critical temperature 374.4 ° C., 22.1 MPa) (step B).
一般に、プラスチックを分解する処理は、熱分解反応及び加水分解反応により起こるものであり、多価アルコール及び酸を含む原料により製造された熱硬化性樹脂においても同様であるが、特に、亜臨界水を熱硬化性樹脂に接触させて処理すると、熱分解よりも加水分解の反応が支配的となる。このため、加水分解反応が選択的に起こり、多価アルコール及び酸のモノマーあるいはこれらが複数個結合したオリゴマーの単位に分解することができる。 In general, the treatment for decomposing plastic occurs by a pyrolysis reaction and a hydrolysis reaction, and the same applies to a thermosetting resin produced from a raw material containing a polyhydric alcohol and an acid. When it is processed by bringing it into contact with a thermosetting resin, the hydrolysis reaction becomes more dominant than the thermal decomposition. For this reason, hydrolysis reaction occurs selectively and can be decomposed into polyhydric alcohol and acid monomers or oligomer units in which a plurality of these are combined.
このため、工程Bにおける分解時の温度は、熱硬化性樹脂を加水分解する温度であり、熱硬化性樹脂が熱分解する温度未満かつ酸と架橋部との共重合体が熱分解する温度未満とすることが好ましい。具体的には、180〜270℃である。この理由は、温度が180℃未満になると数十時間の処理時間を要し、長時間反応となるからである。一方、270℃を超えた臨界水(臨界点の臨界温度374.4℃、臨界圧力22.1MPa)を用いて、高温(約360℃)、高圧(約20MPa)下において熱硬化性樹脂を分解すると、加水分解よりもむしろ熱分解が進行し、酸及び架橋部の共重合体が分解されて、酸及び架橋部の共重合体を回収することができないからであり、さらに、装置の腐食が懸念されるからである。この時の分解時の圧力は、7MPa以下とすることが好ましい。また、分解時間は、分解温度に応じて異なるが、熱分解の反応が進行しない温度以下とした場合、約1〜4時間とすることが好ましい。 For this reason, the temperature at the time of decomposition in Step B is a temperature at which the thermosetting resin is hydrolyzed, less than the temperature at which the thermosetting resin is thermally decomposed, and less than the temperature at which the copolymer of the acid and the crosslinked portion is thermally decomposed. It is preferable that Specifically, it is 180-270 degreeC. This is because, when the temperature is lower than 180 ° C., a treatment time of several tens of hours is required and the reaction takes a long time. On the other hand, if the thermosetting resin is decomposed under high temperature (about 360 ° C) and high pressure (about 20MPa) using critical water (critical temperature 374.4 ° C, critical pressure 22.1MPa) exceeding 270 ° C, This is because thermal decomposition rather than decomposition proceeds, the acid and cross-linked copolymer are decomposed, and the acid and cross-linked copolymer cannot be recovered. Because. The pressure at the time of decomposition is preferably 7 MPa or less. In addition, the decomposition time varies depending on the decomposition temperature, but is preferably about 1 to 4 hours when the temperature is not higher than the temperature at which the thermal decomposition reaction does not proceed.
ここで、水に含有した多価カルボン酸は、プラスチックの加水分解反応を促進させる効果を有することから、水に多価カルボン酸を含有することなくプラスチックチックを加水分解した場合に比べて、分解率が高まる。さらに、加水分解反応を促進させる効果を有する多価カルボン酸は、ポリエステル樹脂を構成している酸と同じ又は類似の酸であり、樹脂原料として再利用できるため、加水分解後に多価カルボン酸を分離して回収する処理が不要となる。 Here, the polyvalent carboxylic acid contained in water has the effect of promoting the hydrolysis reaction of the plastic, so it decomposes compared to the case where the plastic tic is hydrolyzed without containing the polyvalent carboxylic acid in water. The rate increases. Furthermore, the polyvalent carboxylic acid having the effect of promoting the hydrolysis reaction is the same or similar to the acid constituting the polyester resin, and can be reused as a resin raw material. The process of separating and collecting becomes unnecessary.
ポリエステル樹脂を亜臨界水により処理すると(工程B)、水溶液が得られ、この水溶液には、分解された多価アルコールと、不飽和多塩基酸と、酸及び架橋部の共重合体と、が含まれる。この結果、ポリエステル樹脂を分解して得られたモノマーである多価アルコール及び不飽和多塩基酸と、オリゴマーである酸及び架橋部の共重合体を回収し、モノマーとオリゴマーをプラスチックの原料として再利用することができる。 When the polyester resin is treated with subcritical water (step B), an aqueous solution is obtained, and in this aqueous solution, a decomposed polyhydric alcohol, an unsaturated polybasic acid, and a copolymer of an acid and a cross-linked part are contained. included. As a result, the polyhydric alcohol and unsaturated polybasic acid, which are monomers obtained by decomposing the polyester resin, the acid, which is an oligomer, and a copolymer of the cross-linked portion are recovered, and the monomer and oligomer are recycled as plastic raw materials. Can be used.
以下、さらに具体的に実施例により説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
実施例
本実施例では、プラスチックとして、次のポリエステル樹脂の硬化物を用いた。ポリエステル樹脂の硬化物は、多価アルコールであるグリコール類のプロピレングリコール65wt%、ネオペンチルグリコール10wt%、ジプロピレングリコール25wt%と不飽和有機酸である無水マレイン酸をグリコール類と当量配合したワニスに、架橋剤としてスチレンをワニスと当量配合したポリエステル樹脂100質量部に炭酸カルシウム165質量部とガラス繊維90質量部を配合して硬化させた物である。
Example In this example, the following cured polyester resin was used as the plastic. The cured product of the polyester resin is a varnish in which a polyhydric alcohol glycol propylene glycol 65 wt%,
次に、無水マレイン酸0.24gを含有する水16gにポリエステル樹脂の硬化物4gを混合し、混合液1を、図2(a)に示す反応管2に仕込んだ後、反応管2内をアルゴンガスで置換封入した。水に含有させた無水マレイン酸は、ポリエステル樹脂の硬化物に含まれている無水マレイン酸と当量とした。
Next, 4 g of the cured polyester resin is mixed with 16 g of water containing 0.24 g of maleic anhydride, and after the mixed solution 1 is charged into the
その後、反応管2を230℃の恒温槽3に浸漬し、反応管1内の水溶液を亜臨界状態にして12時間浸漬したまま放置して、ポリエステル樹脂の硬化物を12時間分解処理した。なお、恒温槽3には攪拌羽根4が取り付けられており、反応管2内の温度を均一に維持することができる。
Thereafter, the
その後、恒温槽2から取り出した反応管2を、図2(c)に示す冷却槽5に浸漬して、反応管1を急冷して室温にまで戻した。
Thereafter, the
冷却後の反応管2内の内容物6には、水可溶成分、未反応樹脂残さ、炭酸カルシウム及びガラス繊維が含まれており、内容物6を濾過して固形物を分離して、反応管2から回収した。
The content 6 in the
水可溶成分と未反応樹脂残さを分析して、水可溶成分からガスクロマトグラフィー分析(GC分析)によりグリコールモノマー成分を定量し、式1からグリコールの回収率を算出した。 The water-soluble component and the unreacted resin residue were analyzed, the glycol monomer component was quantified from the water-soluble component by gas chromatography analysis (GC analysis), and the glycol recovery rate was calculated from Equation 1.
グリコールの回収率(%)=(グリコールモノマー成分の量/硬化物のグリコールモノマー成分の推定含有量)×100 …[式1]
また、イオン交換クロマトグラフィー分析(IC分析)により有機モノマー成分を定量し、式2から有機酸の回収率を算出した。
Glycol recovery rate (%) = (Amount of glycol monomer component / Estimated content of glycol monomer component of cured product) × 100 [Equation 1]
Further, the organic monomer component was quantified by ion exchange chromatography analysis (IC analysis), and the organic acid recovery rate was calculated from
有機酸の回収率(%)=(有機酸モノマー成分の量/硬化物の有機酸モノマー成分の推定含有量)×100 …[式2]
さらに、未反応樹脂残さ量から、式3により分解率(%)を算出した。
Recovery rate of organic acid (%) = (amount of organic acid monomer component / estimated content of organic acid monomer component of cured product) × 100 [Equation 2]
Further, the decomposition rate (%) was calculated from the unreacted resin residual amount according to
分解率=((硬化物の樹脂量−未反応樹脂残さ量)/硬化物の樹脂量)×100
… [式3]
比較例
本比較例では、無水マレイン酸0.24gを含有させた水の代わりに、純水16gを用いた以外は、実施例1と同様にポリエステル樹脂の硬化物を分解処理した。その後、実施例1と同様の方法を用いて、グリコール及び有機酸の回収率及び分解率を算出した。
Decomposition rate = ((amount of resin in cured product−amount of unreacted resin residue) / amount of resin in cured product) × 100
... [Formula 3]
Comparative Example In this comparative example, the cured product of the polyester resin was decomposed in the same manner as in Example 1 except that 16 g of pure water was used instead of water containing 0.24 g of maleic anhydride. Thereafter, using the same method as in Example 1, the recovery rate and decomposition rate of glycol and organic acid were calculated.
実施例及び比較例から算出された結果を表1に示した。
表1に示すように、水に無水マレイン酸を添加してポリエステル樹脂の硬化物を亜臨界水により処理した実施例では、水に無水マレイン酸を添加せずに処理した比較例に比べて、分解率が高い値を示していた。このため、水に含有した多価カルボン酸である無水マレイン酸が、ポリエステル樹脂の硬化物の加水分解を促進する効果を有していることが実証された。 As shown in Table 1, in the example in which maleic anhydride was added to water and the cured product of the polyester resin was treated with subcritical water, compared to the comparative example in which maleic anhydride was not added to water, The decomposition rate was high. For this reason, it was demonstrated that maleic anhydride, which is a polyvalent carboxylic acid contained in water, has an effect of promoting hydrolysis of the cured product of the polyester resin.
1…混合液,
2…反応管,
3…恒温槽,
4…攪拌羽根,
5…冷却槽,
6…内容物(水可溶成分、未反応樹脂残さ、炭酸カルシウム及びガラス繊維),
1 ... mixture,
2 ... reaction tube,
3 ... constant temperature bath,
4 ... stirring blade,
5 ... Cooling tank,
6 ... Contents (water-soluble component, unreacted resin residue, calcium carbonate and glass fiber),
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