JP5127833B2 - 静電選別装置および静電選別方法ならびに再生プラスチック製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯電性材料の混合物を静電界中で選別する静電選別装置および静電選別方法ならびに再生プラスチック製造方法に関する。

一般的な静電選別装置としては、摩擦帯電序列の異なる材料からなる混合体を摩擦によって正極または負極のいずれかに帯電させ、帯電した混合体を電極間で発生させた静電場内を通過させることによって静電気力の差を利用して選別する静電選別装置がある。

また、一般的な静電選別装置よりも高精度な選別が可能である選別装置としては、傾斜された振動電極と振動電極の上方に分離空間を介して配置された静電電極を設け、上記２つの電極間に高電圧を印加して分離空間を静電場とするとともに、上記振動電極を傾斜方向以外の方向にプラスチック粒子を搬送するように振動させることで、振動電極と同じ極性に帯電したプラスチック粒子を傾斜方向の下方に移動させる。また一方で、振動電極と反対の極性に帯電したプラスチック粒子を振動電極の搬送方向に移動させ、帯電特性の違いによりプラスチックを種類別に選別する振動輸送式の静電選別装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３４６４３４号公報（第２頁２〜１７行、図５）

特許文献１に記載の従来の静電選別装置では、帯電した粒子は振動する電極上にて搬送され、静電気力によって合体した＋帯電および−帯電した粒子同士は振動によって分離するとされている。しかしながら、粒子同士の静電気力による合体は強固であることから、合体した粒子を分離させるには不十分であり、選別精度が低下する可能性が高い。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、帯電時に静電気力で合体した粒子が生じても高精度に静電選別できる方法および装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による静電選別方法は、２種類以上の材料混合物を帯電させる帯電工程と、搬送装置によって帯電された材料混合物を搬送する搬送工程と、搬送装置によって搬送された材料混合物を、電界中を通過させて静電選別する選別工程とを備えた静電選別方法であって、搬送装置は、振動する下板と、下板と相対し材料混合物が通過できるように下板と離間して配置された上板とを水平方向に有し、搬送工程は、下板の振動のみによって材料混合物を下板と上板との間で衝突を繰り返させ分離しながら搬送し、帯電工程は、材料混合物を＋帯電した材料と−帯電した材料との材料混合物とする工程であり、搬送装置の上板および下板における材料混合物と接触する面の材質は、＋帯電した材料のうちの帯電列が最も−側の材料、または、−帯電した材料のうちの帯電列が最も＋側の材料であり、上板および下板における材料混合物と接触する面の材質は、互いに異なる材質であることを特徴とする。

本発明によると、２種類以上の材料混合物を帯電させる帯電工程と、搬送装置によって帯電された材料混合物を搬送する搬送工程と、搬送装置によって搬送された材料混合物を、電界中を通過させて静電選別する選別工程とを備えた静電選別方法であって、搬送装置は、振動する下板と、下板と相対し材料混合物が通過できるように下板と離間して配置された上板とを水平方向に有し、搬送工程は、下板の振動のみによって材料混合物を下板と上板との間で衝突を繰り返させ分離しながら搬送し、帯電工程は、材料混合物を＋帯電した材料と−帯電した材料との材料混合物とする工程であり、搬送装置の上板および下板における材料混合物と接触する面の材質は、＋帯電した材料のうちの帯電列が最も−側の材料、または、−帯電した材料のうちの帯電列が最も＋側の材料であり、上板および下板における材料混合物と接触する面の材質は、互いに異なる材質であるので、帯電時に静電気力で合体した粒子が生じても高精度に静電選別できる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施形態１による静電選別装置の構成図である。 本発明の実施形態１による静電選別装置における搬送装置の構成図である。 本発明の実施形態２による静電選別装置の構成図である。 本発明の実施形態３による静電選別装置の構成図である。 本発明の実施形態４による再生プラスチック製造方法のフロー図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１による静電選別装置の構成図である。図１に示すように、材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃからなる混合物６は、少なくとも２種類以上の材料からなる混合物６を摩擦して帯電させる帯電装置１にて帯電され、搬送装置４１によって選別落下位置まで搬送される。選別落下位置から落下した混合物６を電界中を落下により通過させて選別するために、電界を発生すべく混合物６の落下経路を挟むようにして相対して配置された接地電極２１と高圧電極２２との間を通過させて接地側回収容器３１、高圧側回収容器３２、中央回収容器３３のうちのいずれかの容器に落下させて回収する。接地電極２１と高圧電極２２とは混合物６の落下経路に電界を発生させる電界発生装置を構成している。なお、帯電装置１では摩擦による帯電方法を用いているが、コロナ放電を用いるなど他の帯電方法を用いてもよい。

なお、図１では材料Ａは＋に帯電されて落下中に接地電極２１側に引き寄せられて接地側回収容器３１、材料Ｂと材料Ｃとは−に帯電されて高圧電極２２側に引き寄せられて高圧側回収容器３２に落下することで選別される様子が示されている。また、＋に帯電した材料Ａの粒子と−に帯電した材料Ｂと材料Ｃとが合体したものは、合体した全体の帯電量が小さくなり、電界の影響を受けにくく電界の中間位置に設置した中央回収容器３３に落下することを示している。

図２は、本発明の実施形態１による静電選別装置における搬送装置４１の構成図である。図２に示すように、搬送装置４１は、帯電装置１によって帯電された混合物６を搬送するために振動する下板５１と、下板５１と相対し離間して混合物６が通過できるように配置された上板５２とから構成されている。下板５１と上板５２との隙間は選別対象である材料の粒子径以上であり、材料の粒子径よりも０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度大きな隙間であることが好ましい。搬送装置４１に投入された混合物６は、下板５１の振動によって跳躍して上板５２に衝突し、上板５２に衝突した後落下して下板５１に衝突するというように、下板５１および上板５２への衝突を繰り返しながら選別落下位置まで搬送される。このときの衝突の衝撃力によって、静電気力によって合体した混合物６中の材料が分離される。なお、上板５２は固定されていてもよいが、下板５１と同様に振動させる方が下板５１および上板５２への衝突による混合物６中の材料の分離効率が高くなる。また、混合物６は下板５１に振動によって搬送されているが、搬送をより効率良く行なうために下板５１を搬送方向に傾斜させてもよい。

このように、帯電装置１により２種類以上の材料混合物を帯電させる帯電工程と、搬送装置４１によって帯電された材料混合物を電界発生装置の落下位置に搬送する搬送工程と、搬送装置４１によって搬送された材料混合物を電界中に落下させて静電選別するが、搬送装置４１は、振動する下板５１と、下板５１と相対し材料混合物が通過できるように下板４１と離間して配置された上板５２とを有し、搬送工程は、下板４１の振動によって材料混合物を下板４１と上板５２との間で衝突を繰り返させながら搬送するので、静電気力によって合体した混合物６中の材料の分離が効率的に行なわれ、選別の分離効率が向上する。つまり、＋に帯電した粒子と−に帯電した粒子とが合体して中央回収容器３３に落下することが防止され、＋に帯電した粒子と−に帯電した粒子とは本来落下すべき接地側回収容器３１や高圧側回収容器３２に落下する。また、上板５２のない構成で下板４１に強い振動を与えると粒子が搬送装置４１から飛散する恐れがあるが、本発明の実施形態１では下板４１と上板５２との間に挟まれた空間を伝搬させるので、安定的に確実に落下位置まで混合物６を搬送することができる。

例えば、３種類の帯電性材料からなる混合物６の材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃの順に＋に帯電しやすく、帯電装置１によって材料Ａが＋帯電、材料Ｂおよび材料Ｃが−帯電している場合において、下板５１および上板５２における混合物６との接触面の材質は、鉄などの導電材料で構成すると混合物６の帯電量が搬送中に著しく低下してしまうため、絶縁性の材料にする必要がある。しかし、例えば、材質を絶縁性である材料Ｃとすると、−帯電した混合物６中の材料Ｂが下板５１および上板５２との衝突時に生じる摩擦によって＋帯電する可能性がある。従って、下板５１および上板５２における混合物６との接触面の材質は、材料Ａか、材料Ｂか、あるいは帯電列が材料Ａと材料Ｂとの間の材料にする必要がある。

つまり、搬送装置４１の上板５２および下板５１の材料混合物と接触する面の材質は、＋帯電した材料の帯電列から−帯電した材料の帯電列までの間の帯電列を有する材料とすると、それぞれの帯電の極性が搬送中に反転したり、また、それらの帯電量が搬送中に低下したりすることを防げる。

また、混合物６が正または負に帯電する材料が３種類以上からなる場合には、上板５２および下板５１における混合物６と接触する面の材質は、混合物６を構成する材料であって＋帯電する材料のうちの帯電列が最も−側の材料、−帯電する材料のうちの帯電列が最も＋側の材料、または最も−側の材料と最も＋側の材料との間の帯電列の材料にするとよい。これらの材料を用いることによって、帯電装置１によって帯電した混合物６中の材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃのそれぞれは、帯電極性および帯電量を維持した状態で搬送装置４１中を搬送されて、接地電極２１と高圧電極２２との間で発生する電界中を落下して通過することによって材料Ａは接地側回収容器３１に、材料Ｂおよび材料Ｃは高圧側回収容器３２に選別して回収することが可能となる。なお、下板５１および上板５２における混合物６との接触面の材質は、上記の条件を満たしていればいかなる材料であってもよい。例えば、下板５１を材料Ａ、上板５２を材料Ｂというように違う材質によって構成する場合において、混合物６中の材料の帯電量は維持されるばかりでなく、材料Ｂおよび材料Ｃは下板５１との接触によって−帯電し、材料Ａは上板５２との接触によって＋帯電するため、材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃのそれぞれの帯電量が増大するという効果が得られる。

本発明の実施形態１による静電選別装置を用いた実施例として、例えば、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ＰＳ（ＰｏｌｙＳｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ＰＰ（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）樹脂のそれぞれがおよそ３：６：１の割合で混合しているプラスチックの混合物を選別する場合について説明する。帯電列は、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＰ樹脂の順で＋に帯電しやすく、これらの混合物６を帯電装置１によって帯電させると、ＡＢＳ樹脂は＋帯電し、ＰＳ樹脂およびＰＰ樹脂は−帯電する。搬送装置４１における下板５１および上板５２の材質をＡＢＳ樹脂として混合物６の選別を行なうと、接地側回収容器３１に回収されたＡＢＳ樹脂は、純度９９．５％、回収率７５％で選別することができた。なお、回収率とは、投入したＡＢＳ樹脂の総量に対して回収したＡＢＳ樹脂の量の割合をいう。

以上のことから、＋帯電した材料と−帯電した材料とが静電気力によって合体することを抑制して帯電量を維持し、簡単な構造で高精度に選別することが可能となる。

なお、接地電極２１あるいは高圧電極２２が回転ドラムで構成され、搬送装置４１によって搬送された材料混合物を回転ドラム上に落下させ、静電気力によって回転ドラムに吸引される材料と反発される材料、あるいは吸引される材料と反発される材料と吸引も反発もされずドラムの回転にともない落下する材料とに選別する選別装置を用いてもよい。

〈実施形態２〉
本発明の実施形態２は、実施形態１に記載の静電選別装置を２台以上備えて直列に配置することによって、少なくとも２種類以上の混合物６を各静電選別装置で順次に選別することを特徴としている。図３は、本発明の実施形態２による静電選別装置の構成図である。図３に示すように、高圧側回収容器３２に回収された材料Ｂおよび材料Ｃは第２帯電装置１０にて帯電され、第２搬送装置４２によって選別落下位置まで搬送される。選別落下位置から落下した材料Ｂおよび材料Ｃは、第２接地電極２３と第２高圧電極２４との間で発生する電界中を通過して第２接地側回収容器３４、第２高圧側回収容器３５、第２中央回収容器３６のうちのいずれかの容器に落下して回収される。また、第２搬送装置４２における第２下板５３および第２上板５４における混合物６との接触面の材質は、材料Ｂか、材料Ｃか、あるいは帯電列が材料Ｂと材料Ｃとの間の材料にする必要がある。これらの材料を用いることによって、第２帯電装置１０によって帯電した材料Ｂ、材料Ｃのそれぞれは、帯電極性および帯電量を維持した状態で第２搬送装置４２中を搬送されて、第２接地電極２３および第２高圧電極２４によって材料Ｂは第２接地側回収容器３４に、材料Ｃは第２高圧側回収容器３５に選別して回収することが可能となる。なお、その他の構成および動作は実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本発明の実施形態２による静電選別装置を用いた実施例として、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＰ樹脂のそれぞれがおよそ３：６：１の割合で混合しているプラスチックの混合物を選別する場合について説明する。帯電列は、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＰ樹脂の順で＋に帯電しやすく、これらの混合物６を帯電装置１によって帯電させると、ＡＢＳ樹脂は＋帯電し、ＰＳ樹脂およびＰＰ樹脂は−帯電する。搬送装置４１における下板５１および上板５２の材質をＡＢＳ樹脂とし、第２搬送装置４２における第２下板５３および第２上板５４の材質をＰＳ樹脂として混合物６の選別を行なった。選別の結果、接地側回収容器３１に回収されたＡＢＳ樹脂は、純度９９．５％、回収率７５％で選別し、第２接地側回収容器３４に回収されたＰＳ樹脂は、純度９９．１％、回収率７２％で選別し、また第２高圧側回収容器３５に回収されたＰＰ樹脂は、純度９６．３％、回収率７８％で選別することができた。

以上のことから、＋帯電した材料と−帯電した材料とが静電気力によって合体することを抑制して帯電量を維持し、複数台の静電選別装置を直列に配置することによって複数種類の材料混合物を簡単な構造で高精度に選別することが可能となる。

なお、本発明の実施形態２では、回収した２種類の材料についてさらに選別を行なったが、回収した１種類の材料についてさらに選別することによってより純度を向上させることができる。

〈実施形態３〉
本発明の実施形態３は、実施形態１の中央回収容器３３または実施形態２の第２中央回収容器３６に回収された材料を帯電装置１または搬送装置４１に戻すことによって、選別した材料の回収率を向上させていることを特徴とする。すなわち、選別工程において電界の中間に落下した材料混合物６を帯電工程または搬送工程に戻すことを特徴とする。図４は、本発明の実施形態３による静電選別装置の構成図である。図４に示すように、中央回収容器３３に回収された材料は、回収材料輸送装置７を通って帯電装置１に戻されている。中央回収容器３３に回収される材料は、帯電装置１における帯電が不十分であるか、または搬送装置４１において静電気力が原因で合体した粒子の分離が不十分であるため合体した粒子全体では帯電が小さい材料である。これらの材料は、帯電が十分または合体していなければ、本来、接地側回収容器３１または高圧側回収容器３２のいずれかに回収されるべきものである。しかし、上記のように帯電量が小さいので、実施形態１の中央回収容器３３または実施形態２の第２中央回収容器３６など、接地電極２１と高圧電極２２とが生じる電界の影響をほとんど受けずに電界の中間に落下して回収される。これらの材料によって、接地電極２１および高圧電極２２による選別の精度が低くなる。従って、中央回収容器３３に回収された材料を、回収材料輸送装置７を用いて帯電装置１に戻すことによって、再度選別を行なう。中央回収容器３３に回収された材料を搬送装置４１に戻してもよいが、回収された材料の帯電量の低下も考えられるため、帯電装置１に戻すことがより好ましい。

なお、接地電極２１あるいは高圧電極２２が回転ドラムで構成され、搬送装置４１によって搬送された材料混合物を回転ドラム上に落下させ、静電気力によって回転ドラムに吸引される材料と反発される材料とを選別する、あるいは吸引される材料と反発される材料と吸引も反発もされずドラムの回転にともない落下する材料とに選別する選別装置を用いてもよく、その場合はドラムに吸引も反発もされずに落下した材料を回収材料輸送装置７を用いて帯電装置１に戻すこととする。

以上のことから、選別精度が不十分である材料について再度選別することによって材料の回収率を向上させることができ、簡単な構造で高精度に選別することが可能となる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

〈実施形態４〉
本発明の実施形態４は、廃却された家電品を破砕し、金属とプラスチック混合物を選別した後、さらにプラスチック混合物を種類ごとに選別して、新しい家電品のプラスチック部品の材料とする再生プラスチック製造方法において、実施形態１および実施形態２に記載の静電選別装置および静電選別方法を用いることを特徴とする。

図５は、本発明の実施形態４による再生プラスチック製造方法のフロー図である。図５に示すフローによって、廃却された家電品から再生プラスチックを製造する。廃却された家電品は、まず解体が容易で有価な金属類や部品類が手解体などにより回収される。手解体後廃却家電品８は、解体と回収が難しい金属プラスチック類の複合物であり、一般的には破砕処理９を行った後に、比重または磁力を利用した金属選別処理９１により金属混合物８１とフレーク状のプラスチック混合物８２とに大別される。

プラスチック混合物８２は、主に家電品に多く用いられるＰＰ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂が含まれる。プラスチック混合物８２の選別では、まずプラスチックの比重差を利用した比重選別工程９２が行われ、比重の軽いＰＰ樹脂フレーク８３が純度９９％以上で選別、回収される。ＰＰ樹脂フレーク８３は、ＰＰ溶融混練工程９４を経て、製品破砕後のフレーク状からプラスチック部品の成形材料として用いられるペレット状に加工され、再生ＰＰ樹脂８７が得られる。一方、比重選別工程９２でＰＰ樹脂を回収した後に残る重プラスチック混合物８４は、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂および充填材により比重が１．０を超えたＰＰ樹脂がおよそ３：６：１の割合で含まれている。上記重プラスチック混合物８４は比重差が小さく、比重選別による高純度な選別は困難であるため、摩擦帯電を利用した静電選別工程９３が行われる。静電選別工程９３を経て回収されたＡＢＳ樹脂フレーク８５は、ＡＢＳ溶融混練工程９５により再生ＡＢＳ樹脂８８となり、ＰＳ樹脂フレーク８６はＰＳ溶融混練工程９６を経て再生ＰＳ樹脂８９となる。

なお、ＰＰ溶融混練工程９４、ＡＢＳ溶融混練工程９５およびＰＳ溶融混練工程９６では、必要に応じて溶融された樹脂をメッシュに通して溶融されない異物を除去する手法や酸化防止剤などの再生樹脂の性能、品質を向上させる改質材を添加する手法を用いることがある。

上記静電選別工程９３において、実施形態１および実施形態２に記載の静電選別装置および静電選別方法を用いることにより、ＡＢＳ樹脂フレーク８５およびＰＳ樹脂フレーク８６を純度９９％以上かつ回収率も７０％以上で選別することが可能となる。また、実施形態３に記載の静電選別方法を用いることにより、トータル回収率を９０％以上にすることが可能となる。

異種樹脂あるいは異物の混入は、再生プラスチックの機械物性を確保するためには、選別回収される樹脂フレークは少なくとも９５％以上、好ましくは９９％以上の純度が求められる。特に、純度９９％以上で選別することで、新材と同等の性能、品質を付与するために溶融混練工程で添加する改質材を削減あるいは低減することで、再生プラスチックの性能を向上させるだけでなく製造コストも同等性能を有する新材プラスチックの製造コスト以下に抑えることが可能となる。

以上のことから、新材と同等の性能を有する再生プラスチックを新材プラスチック以下のコストで製造することが可能となる。

Claims (5)

1. ２種類以上の材料混合物（６）を帯電させる帯電工程と、
   搬送装置（４１）によって帯電された前記材料混合物（６）を搬送する搬送工程と、
   前記搬送装置（４１）によって搬送された前記材料混合物（６）を、電界中を通過させて静電選別する選別工程と、
   を備えた静電選別方法であって、
   前記搬送装置（４１）は、振動する下板（５１）と、前記下板（５１）と相対し前記材料混合物（６）が通過できるように前記下板（５１）と離間して配置された上板（５２）とを水平方向に有し、前記搬送工程は、前記下板（５１）の振動のみによって前記材料混合物（６）を前記下板（５１）と前記上板（５２）との間で衝突を繰り返させ分離しながら搬送し、
   前記帯電工程は、前記材料混合物（６）を＋帯電した材料と−帯電した材料との材料混合物（６）とする工程であり、前記搬送装置（４１）の前記上板（５２）および前記下板（５１）における前記材料混合物（６）と接触する面の材質は、前記＋帯電した材料のうちの帯電列が最も−側の材料、または、前記−帯電した材料のうちの帯電列が最も＋側の材料であり、
   前記上板（５２）および前記下板（５１）における前記材料混合物（６）と接触する面の材質は、互いに異なる材質であることを特徴とする、静電選別方法。
2. ２種類以上の材料混合物（６）を帯電させる帯電装置（１）と、
   帯電された前記材料混合物（６）を搬送する搬送装置（４１）と、
   前記搬送装置（４１）によって搬送された前記材料混合物（６）の通過経路に電界を発生させる電界発生装置（２１、２２）と、
   を備える静電選別装置であって、
   前記搬送装置（４１）は振動する下板（５１）と、前記下板（５１）と相対し前記材料混合物（６）が通過できるように前記下板（５１）と離間して配置された上板（５２）とを水平方向に有し、前記下板（５１）の振動のみによって前記材料混合物（６）を前記下板（５１）と前記上板（５２）との間で衝突を繰り返させ分離しながら搬送し、
   前記帯電装置（１）は、前記材料混合物（６）を＋帯電した材料と−帯電した材料との材料混合物（６）とする装置であり、前記搬送装置（４１）の前記上板（５２）および前記下板（５１）における前記材料混合物（６）と接触する面の材質は、前記＋帯電した材料のうちの帯電列が最も−側の材料、または、前記−帯電した材料のうちの帯電列が最も＋側の材料であり、
   前記上板（５２）および前記下板（５１）における前記材料混合物（６）と接触する面の材質は、互いに異なる材質であることを特徴とする、静電選別装置。
3. 請求項２に記載の静電選別装置を２台以上備え、
   前記２台以上の静電選別装置を直列に配置することによって前記少なくとも２種類以上の材料混合物（６）を各前記静電選別装置で順次に選別することを特徴とする、静電選別方法。
4. 請求項１に記載の静電選別方法であって、
   前記選別工程において前記電界の中間に回収された前記材料混合物（６）を前記帯電工程または前記搬送工程に戻すことを特徴とする、静電選別方法。
5. 選別されたプラスチックを再び新製品のプラスチック部品に用いる材料とする再生プラスチック製造方法であって、
   （ａ）廃却された製品を混合破砕する工程（９）と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、金属（８１）とプラスチック混合物（８２）とに分ける工程（９１）と、
   （ｃ）前記プラスチック混合物（８２）を種類ごとに選別する工程（９２、９３）と、
   を備え、前記工程（ｃ）において請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電選別方法または装置を用いることを特徴とする、再生プラスチック製造方法。

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