JP5794520B2 - ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、抽出管に加熱装置を備えた加熱式ソックスレー抽出装置と、微量成分を抽出可能な簡易抽出装置と、この加熱式ソックスレー抽出装置及び簡易抽出装置を用いてポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックから複数の成分を分離して定性及び定量分析するポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法に関する。

近年、容器包装リサイクル法が制定されて容器包装材のプラスチック廃棄物からリサイクルされたポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とするリサイクルペレットが大量に出回るようになってきた。このリサイクルペレットでは、用途開発のため、ポリオレフィン以外の成分を含まない高品質のものへの要求が高まっており、品質管理するための分析方法が必要とされている。しかしながら、従来から広く使用されている赤外分光法においても、このリサイクルペレットでは多成分の吸収が重なってしまい各成分を定量することが困難であった。リサイクルペレットに形成される前の異種のプラスチックの混合物であるプラスチック廃棄物については、プラスチックの再利用を目的として各成分に分離する様々な手法が検討されている。

例えば、特許文献１には、「プラスチックの分析方法および脱塩素処理方法」という名称で、プラスチック混合物に含まれるプラスチック成分を簡便で正確に定性並びに定量分析して、塩素含有プラスチックの種類と量からプラスチックの脱塩素処理を効果的に行う脱塩素処理方法に関する発明が開示されている。
この特許文献１に開示された発明は、プラスチック混合物をトルエンに溶解し、トルエンに溶解する可溶分とトルエンに溶解しない不溶分とに分離して、この不溶分にテトラヒドロフラン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド及び二硫化炭素から選ばれる少なくとも１種の溶媒を添加し、この溶媒に溶解する可溶分と溶解しない不溶分とに分離して、分離した各成分を定性並びに定量分析するものである。そして、ポリ塩化ビニル及びポリ塩化ビニリデンの量に基づいて、プラスチック混合物の脱塩素化処理条件を決定するものである。
詳細には、主に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンから選ばれる２以上を主成分とするプラスチック混合物に適した分析方法であり、このようなプラスチック混合物に、まず最初に、トルエンを添加して４０〜８０℃の加熱下で１〜２時間溶解処理を行うと、ポリスチレンの単一成分がトルエンに溶解し、可溶分として分離される。次に、トルエンに溶解しない不溶分に、テトラヒドロフランを添加して溶解処理を行うと、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素含有プラスチックが溶解し、可溶分として得られ、一方、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートの結晶性プラスチックは溶解せずに不溶分として分離される。トルエンやテトラヒドロフランに溶解した可溶分は貧溶媒を用いた再沈殿法等により溶媒を除去して固体化し、不溶分の結晶性プラスチックとともに赤外分光法やＤＳＣ等の熱分析の公知の方法によって定性及び定量することができる。特に、ポリ塩化ビニルとポリ塩化ビニリデンの混合物を赤外分光法によって定性及び定量することによって、廃プラスチック中に含まれる塩素含有量を把握することができ、廃プラスチックを固体燃料や高炉還元剤等に利用する際に不可欠な脱塩素処理条件を、ポリ塩化ビニルだけでなくポリ塩化ビニリデンの量を考慮して決定することができ、脱塩素化されていない不良品の発生を抑えることが可能となる。

また、特許文献２には、「廃プラスチックの分別方法」という名称で、プラスチック廃棄物からポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂を精度よく分別するプラスチックの分別方法に関する発明が開示されている。
この特許文献２に開示された発明は、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂のうち２種以上を含む粉状の廃プラスチック原料に、まず冷キシレンを添加して、冷キシレンに溶解するポリスチレン系樹脂と、冷キシレンに不溶の不溶物（Ａ）に分離する工程と、次にこの不溶物（Ａ）にテトラヒドロフランを添加して、テトラヒドロフランに溶解するポリ塩化ビニル系樹脂と不溶の不溶物（Ｂ）に分離する工程と、そしてこの不溶物（Ｂ）に熱キシレンを添加して熱キシレンに溶解するポリオレフィン系樹脂と不溶の不溶物（Ｃ）に分離する工程と、最後にこの不溶物（Ｃ）に熱ｍ−クレゾールを添加してｍ−クレゾールに溶解するポリエステル系樹脂と不溶のフィラー及びその他の合成樹脂とに分離する工程とを有するものである。
すなわち、廃プラスチック原料に含まれる各成分に対して溶解性のある有機溶剤を順次添加して、溶解する成分を分離していく分別方法であり、まず、冷キシレンに溶解するポリスチレン系樹脂を分離し、次に、テトラヒドロフランに溶解する塩素を含むポリ塩化ビニル系樹脂を分離する。そして、熱キシレンに溶解するポリオレフィン系樹脂を分離し、最後に、熱ｍ−クレゾールに溶解するポリエステル系樹脂を分離する。したがって、廃プラスチック中のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂等の主要成分を効率良く、且つ精度良く分別することができ、廃プラスチックを資源としてリサイクルする場合において有効な方法になっている。

特開２００１−７４７２９号公報 特開平９−２４２９３号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された従来の技術では、分離対象のプラスチック廃棄物は異種プラスチックが単純に混合されたものであり、この混合物から特定の成分を各種の溶剤で溶解して分別する方法であるので、溶融混練して作成された，ポリオレフィン系樹脂を主成分とするリサイクルペレットの状態での分離及び分析は困難であるという課題があった。
容器包装リサイクル法下において廃棄されるプラスチックは、ポリオレフィン系樹脂が８０％以上含まれることが多く、溶融混練された状態におけるポリオレフィン系樹脂を６０％以上含んで主成分とするプラスチック廃棄物（ペレット）ではポリオレフィン系樹脂がプラスチック廃棄物の表面のほとんどを覆うため、通常の溶媒では溶出させることができず、順次溶解して分離、分析することはできないという課題があった。また、ポリオレフィン系樹脂を主成分として溶融混練された状態の複合プラスチックの各成分を短時間に効率良く抽出する装置については何ら開示されていない。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックから各成分を短時間に効率良く抽出する加熱式ソックスレー抽出装置及びこれに用いられた円筒濾紙内の残渣に含まれる微量成分を抽出する簡易抽出装置と、これらの加熱式ソックスレー抽出装置及び簡易抽出装置を用いて、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックをペレット等の混練成形体の状態から各種成分を化学的に分離して定性及び定量分析するポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１案の発明である加熱式ソックスレー抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能な容器部と、この容器部の底部を加熱する第１の加熱部と、容器部に接続され２本の側管を備え抽出成分を含む試料を投入する円筒濾紙を内設する抽出部と、この抽出部に接続される冷却部とを有する加熱式ソックスレー抽出装置であって、抽出部は円筒濾紙が配置される周部に第２の加熱部を備えるものである。
上記構成の加熱式ソックスレー抽出装置では、容器部に注入される有機溶剤は、第１の加熱部によって加熱されて気化し、一の側管を経て上方へ上昇して冷却部に達する。そして、冷却部では冷却されて再び液化し、抽出部内に設置される円筒濾紙内に向けて滴下され、円筒濾紙内の試料に含まれる成分を溶解させて抽出部の他の側管から容器部に戻されるように作用するが、特に、第２の加熱部は、抽出部の円筒濾紙が配置される周部の温度を上昇させ、冷却部から滴下する有機溶剤を加熱して高温に保持するように作用する。

また、第２案の発明である簡易抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能で着脱可能な蓋部を備える容器部と、この容器部の底部を加熱する加熱部と、容器部の底部に内設され，第１案の加熱式ソックスレー抽出装置に用いられた抽出後の残渣が残存する円筒濾紙を支持する台部と、蓋部に貫通され開口した上端部と円筒濾紙の上方に配置され開口した下端部を備える冷却部とを有するものである。
上記構成の簡易抽出装置では、加熱部は容器部の底部を加熱して、容器部内の有機溶剤を気化させて上方へ移動させる。そして、気化した有機溶剤は、冷却部において冷却されて液化し、冷却部の下端部から円筒濾紙内に滴下され、円筒濾紙内の残渣の成分を溶解させるように作用する。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明であるポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法は、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックをキシレン又はトルエンを溶媒として加熱式ソックスレー抽出装置によって抽出を行い，キシレン又はトルエンに溶解する可溶分を含む第１の溶液と，キシレン又はトルエンに溶解しない不溶分と，に分離する第１分離工程と、第１の溶液を冷却して第１の析出物を析出させて，この第１の析出物と，他の可溶分を含む第２の溶液とを分離する第２分離工程と、第２分離工程で析出させた第１の析出物の重量を測定する第１重量測定工程と、第２分離工程で析出させた第１の析出物を赤外分光法により分析する工程とを有し、前記加熱式ソックスレー抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能な容器部と、この容器部の底部を加熱する第１の加熱部と、前記容器部に接続され２本の側管を備え抽出成分を含む試料を投入する円筒濾紙を内設する抽出部と、この抽出部に接続される冷却部とを有する加熱式ソックスレー抽出装置であって、前記抽出部は前記円筒濾紙が配置される周部に第２の加熱部を備えるものである。
上記構成のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、第１分離工程において、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックをキシレン又はトルエンを溶媒として加熱式ソックスレー抽出装置によって抽出を行うと、キシレン又はトルエンに溶解する可溶分を含む第１の溶液と、キシレン又はトルエンに溶解しない不溶分とに分離されるという作用を有する。また、第２分離工程では、第１の溶液を冷却すると第１の析出物が析出し、この第１の析出物と他の可溶分を含む第２の溶液とが分離されるという作用を有する。そして、第１重量測定工程では、第２分離工程で析出させた第１の析出物の重量が測定され、続いて、次工程では、第１の析出物は赤外分光法により分析される。
なお、本願でいうポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックとは、ポリプロピレンとポリエチレンを併せて６０％以上となるように溶融混練した複合プラスチックをいい、これにポリスチレンを加えて８０％以上となって他の不純物の量が２０％以下となるようにして、溶融混練した複合プラスチックであることが望ましい。

また、請求項２に記載の発明であるポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法は、請求項１に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において、第２の溶液にメタノールを添加して第２の析出物を析出させて，この第２の析出物と，他の可溶分を含む第３の溶液とを分離する第３分離工程と、第３分離工程で析出させた第２の析出物の重量を測定する第２重量測定工程と、第３分離工程で析出させた第２の析出物を赤外分光法により分析する工程とを有するものである。
上記構成のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第３分離工程では、第２の溶液にメタノールを添加すると、第２の析出物を析出するので、この第２の析出物と他の可溶分を含む第３の溶液とが分離されるという作用を有する。また、第２重量測定工程では、第３分離工程で析出させた第２の析出物の重量を測定し、次工程では、第２の析出物は赤外分光法により分析される。

そして、請求項３に記載の発明であるポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法は、請求項１又は請求項２に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において、第１分離工程で発生した不溶分が残存する円筒濾紙を簡易抽出装置に装着し，有機溶剤を溶媒として簡易抽出装置によって抽出を行い，有機溶剤に溶解する可溶分を含む第４の溶液と，有機溶剤に溶解しない不溶分とに分離する第４分離工程とを有し、簡易抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能で着脱可能な蓋部を備える容器部と、この容器部の底部を加熱する加熱部と、容器部の底部に内設され，円筒濾紙を支持する台部と、蓋部に貫通され開口した上端部と円筒濾紙の上方に配置され開口した下端部を備える冷却部とを有するものである。
上記構成のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、第４分離工程では、第１分離工程で発生した不溶分が残存する円筒濾紙を請求項２に記載の簡易抽出装置に装着して、有機溶剤を溶媒として簡易抽出装置によって抽出を行うと、有機溶剤に溶解する可溶分を含む第４の溶液が得られ、また、有機溶剤に溶解しない不溶分が得られるという作用を有する。

最後に、請求項４に記載の発明であるポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法は、請求項３に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において、第４分離工程で発生した不溶分の重量を測定する第３重量測定工程と、第４分離工程で発生した不溶分を加熱して有機成分を熱分解して排除し無機成分を残存させる工程と、この無機成分の重量を測定する第４重量測定工程と、第３重量測定工程において測定した第４分離工程で発生した不溶分の重量値と，第４重量測定工程において測定した無機成分の重量値との差から有機成分の重量を算出する工程とを有するものである。
上記構成のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、請求項３に記載の発明の作用に加えて、第３重量測定工程では、第４分離工程で発生した不溶分の重量が測定される。また、次工程では、第４分離工程で発生した不溶分を加熱すると有機成分が熱分解して排除されて無機成分が残存するように作用する。第４重量測定工程では、残存した無機成分の重量が測定され、次工程では、第３重量測定工程において測定された第４分離工程で発生した不溶分の重量値と、第４重量測定工程において測定された無機成分の重量値との差から有機成分の重量が算出される。

本発明の第１案の加熱式ソックスレー抽出装置では、特に、抽出部に第２の加熱部を設けているので、液化する有機溶剤の温度を高温に保持することができるので、抽出対象の試料に含まれる成分の抽出を短時間で効率的及び効果的に行うことが可能であり、作業効率を格段に上げることが可能である。

また、本発明の第２案の簡易抽出装置では、加熱式ソックスレー抽出装置において抽出後の残渣が残る円筒濾紙を設置可能で、この円筒濾紙内の残渣に含まれる微量成分を少量の有機溶剤を用いて短時間に簡単且つ効率よく抽出することができる。また、簡単な構造であるので、安価な抽出装置を提供することができる。

本発明の請求項１記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、加熱式ソックスレー抽出装置を用いて、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックに含まれ、高温のキシレン又はトルエンに溶解する成分を効果的に抽出することができる。また、キシレン又はトルエンに溶解する可溶分のうちポリオレフィンは、冷却によって析出するので、この析出物を分離すると、重量測定や赤外分光法による分析を行うことができる。加熱式ソックスレー抽出装置を用いて抽出することによって目的の析出物は高い回収率で得られ、また、高温に保持されたキシレン又はトルエンを用いて短時間で効率的に分離することができる。

また、本発明の請求項２に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、第２の溶液にメタノールを添加することによって第２の析出物が得られるので、この第２の析出物の重量測定及び赤外分光法による分析を行い、第２の析出物の定量及び定性分析を行うことができる。

そして、本発明の請求項３に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、第１分離工程において円筒濾紙内に残存する残渣を、簡易抽出装置を用いて、簡単に有機溶剤中に抽出することができ、この抽出成分と有機溶剤に溶解しない不溶分とを分離することができる。簡易抽出装置を用いることによって、ごく少量の有機溶剤で微量の抽出成分を短時間に効果的に抽出することを可能としている。

最後に、本発明の請求項４に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法では、重量測定と加熱による有機成分の熱分解を利用して、無機成分及び有機成分の定量を簡便な方法で行うことを可能としている。

本発明の本実施の形態に係る加熱式ソックスレー抽出装置の概念図である。 本実施の形態に係る加熱式ソックスレー抽出装置の写真である。 本発明の本実施の形態に係る簡易抽出装置の概念図である。 本発明の本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法の工程を示す概念図である。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法においてソックスレー抽出法におけるＰＥの残分と環流時間の関係を示すグラフ図である。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法においてソックスレー抽出法におけるＰＰの残分と環流時間の関係を示すグラフ図である。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。 本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた残渣のＥＤＳ分析チャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係る加熱式ソックスレー抽出装置を図１及び図２に基づき説明する。
図１は、本発明の本実施の形態に係る加熱式ソックスレー抽出装置の概念図である。また、図２は、本実施の形態に係る加熱式ソックスレー抽出装置の写真である。
まず、図１において、加熱式ソックスレー抽出装置１は、キシレン等の有機溶剤３を注入可能なフラスコ２と、このフラスコ２の開口部に接続された抽出管４と、抽出管４の上方に接続される冷却管９を有している。そして、抽出管４には第１の側管５と第２の側管６が設けられており、また、抽出管４の内部には点線で示され、試料が投入される円筒濾紙７が設置されるようになっており、さらに、この円筒濾紙７が配置される抽出管４の周部には加熱ヒーター８が具備されている。そして、冷却管９は外管１０と内管１１で構成されており、外管１０と内管１１の間は冷却水通路１２となり、冷却管９の上方と下方にそれぞれ設けられる冷却水通水孔１３ａ，１３ｂから通水されて、内管１１の内部は水によって冷却されるようになっている。なお、ゴムホース１４ａ，１４ｂは給水設備と排水設備に接続して冷却水通路１２に通水するものである。また、図示していないが、加熱式ソックスレー抽出装置１は、フラスコ２を加熱する加熱装置を具備しており、この加熱装置は、例えば、マントルヒーターやオイルバス等である。
このような加熱装置を用いて、フラスコ２を加熱すると、フラスコ２内の有機溶剤３は加熱されて高温となり徐々に蒸発する。気体となった有機溶剤は、抽出管４の第１の側管５を通って冷却管９へ達する。冷却管９では、冷却水通路１２を通水する水によって冷却されて再び液化する。液体となった有機溶剤は、冷却管９から抽出管４内の円筒濾紙７に向けて滴下する。このとき、円筒濾紙７の周部には加熱ヒーター８が設置されているので、有機溶剤は再び加熱されて高温となって、円筒濾紙７に投入される試料に接触する。したがって、試料中の有機溶剤に対して溶解する成分は、特に、加熱された有機溶剤によって、短時間で効果的に抽出することができる。抽出管４に滴下して抽出管４の底部に溜まる有機溶剤はサイフォンの原理によって第２の側管６を通ってフラスコ２に戻される。フラスコ２に戻された有機溶剤３は、繰返し同様の経路を通って、試料中からの目的成分を抽出し、有機溶剤３中に濃縮していく。
なお、有機溶剤３は、試料中の抽出する目的の成分に合わせて自由に選定することができる。

次に、図２において、加熱式ソックスレー抽出装置の一部の写真を示しているが、加熱式ソックスレー抽出装置は、抽出管の下方位置に電気ケーブルが接続された加熱ヒーターが具備されており、また、フラスコはマントルヒーター上に載置されており、さらに、フラスコ周辺や第１の側管は保温のためにアルミ箔で被包して保温効果を高めている。本実施例では保温材としてアルミ箔を用いたが、特にアルミ箔に限定するものではなく、断熱性の高い繊維などを用いてもよく保温効果を発揮する断熱性の保温材であれば特に限定するものではない。

このように構成された本実施の形態では、従来のソックスレー抽出装置の抽出管に加熱ヒーターを具備しているので、溶媒が高温状態で試料中の成分を抽出することができ、常温では抽出しにくい成分を効率よく溶媒に溶解させることができる。例えば、試料がポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックで、溶媒にキシレンを選定した場合、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチック中のポリオレフィン、特にポリプロピレンは常温ではキシレンに溶解し難いが、高温のキシレンには溶解させることができ、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックからポリプロピレンを簡単に抽出することを可能とする。
すなわち、ポリオレフィンを主成分として６０％以上含む溶融混練した複合プラスチックでは、その表面がほとんどポリオレフィンで被覆されるものの、本実施の形態では、高温のキシレンを用いることで常温のキシレンには溶解し難いポリプロピレンも含めて短時間に効率的にポリオレフィンを抽出することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る簡易抽出装置を図３に基づき説明する。
図３は、本発明の本実施の形態に係る簡易抽出装置の概念図である。
図３において、簡易抽出装置２１は、蓋２３を備える容器２２と、蓋２３に貫通される冷却管２７とを有している。容器２２の内部には、円筒濾紙２５が円筒濾紙用台２６に載置されており、底部には有機溶剤２４が注入されている。蓋２３は開閉可能で、蓋２３を開閉すると円筒濾紙用台２６を設置や取り出しを行うことができる。冷却管２７は、上端部及び下端部は開口しており、下端部は円筒濾紙の上方に配置されている。
図示していないが、簡易抽出装置２１は加熱装置を具備しており、容器２２の下方からこの加熱装置を用いて容器２２を加熱すると、容器２２の内の有機溶剤２４が加熱されて蒸発し、気体となる有機溶剤は上方へ移動し、冷却管２７に入り込むが、冷却管２７の細長い形状内で徐々に冷却されて液化する。液体となった有機溶剤は冷却管２７の下端部から円筒濾紙２５内に滴下する。滴下した有機溶剤は円筒濾紙２５内の試料のうち有機溶剤に溶解する成分のみを溶解して抽出し、円筒濾紙２５から流れ出して容器２２の底部に戻される。そして、戻された有機溶剤２４は再び加熱されて同様の経路を繰り返し、抽出される成分が容器２２内の有機溶剤２４中に濃縮されていく。
ここで、円筒濾紙２５は、先に説明した加熱式ソックスレー抽出装置において抽出し終えた後の残渣が残存する円筒濾紙を設置することが可能であり、円筒濾紙２５内には、加熱式ソックスレー抽出装置において有機溶剤に溶解しない不溶分が残渣として残存しており、容器２２に注入される有機溶剤２４の種類を選定することによってさらにこの残渣から成分を抽出して分離することが可能となる。特に、微量の残渣に対してごく少量の有機溶剤で抽出が可能であり、簡便性が高い。
このように構成された本実施の形態では、簡単な構造で、微量の成分を含む試料をごく少量の有機溶剤で簡単に抽出することができ、特に、主成分に比べてその他の成分が微量にしか含まれない複合プラスチック混合物において有用である。また、加熱式ソックスレー抽出装置を用いて、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックからポリオレフィンやポリスチレンを抽出した後に、その加熱式ソックスレー抽出装置に用いられた円筒濾紙２５に不溶分として残存した微量成分を効率的に抽出することに適しており、一連の複合プラスチックの分析に用いられることが好適である。
なお、本願においてポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックとして、ポリプロピレンとポリエチレンを併せて６０％以上としつつ、これにポリスチレンを加えて８０％以上となって他の不純物の量が２０％以下となるようにして溶融混練した複合プラスチックであることが望ましいとしたのは、加熱式ソックスレー抽出装置で抽出されずに円筒濾紙２５に残存する成分量が簡易抽出装置２１の処理能力を上回らないことが望ましく、従って、熱キシレンで溶解可能なポリプロピレン、ポリエチレン及びポリスチレン以外の残渣量を少なくすることが望ましいためである。

続いて、本発明の実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法を図４に基づき説明する。（特に、請求項１乃至請求項４に対応）
図４は、本発明の本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法の工程を示す概念図である。
図４において、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法は、特に、ポリオレフィンを主成分とし、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の塩素含有プラスチックやポリアミド等のプラスチック成分が溶融混練されたリサイクルペレットに好適な分析方法であり、有機溶剤に対する溶解性の違いを利用して順次成分を分離し、重量測定を行い、さらに赤外分光法により分離した成分を特定するものである。
本実施例においては、ポリオレフィンを主成分とするプラスチック成分が溶融混練されたリサイクルペレットとは、ポリオレフィンを主成分とするプラスチック成分が溶融混練された複合プラスチックの形態の一つであって、ポリプロピレンとポリエチレンを併せて６０％以上となるように溶融混練されたリサイクルペレットをいう。これにポリスチレンを加えて８０％以上となって他の不純物の量が２０％以下となるようにして、溶融混練されたリサイクルペレットであることが望ましい。
まず、ステップＳ１ではポリオレフィンを含むリサイクルペレットを熱キシレン又は熱トルエンで抽出する。このステップＳ１はソックスレー抽出法によって行うことが好ましく、特に、先に説明した抽出管に加熱ヒーターを具備した加熱式ソックスレー抽出装置を用いるとよく、加熱式ソックスレー抽出装置を用いると、抽出時にキシレン又はトルエンを高温に保持して、抽出を効果的に行うことができる。加熱されたキシレン又はトルエンには、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチック中の成分のうち、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン及びポリスチレンが溶解する。特に、ポリプロピレンは常温のキシレン又はトルエンには溶解し難いが、キシレン又はトルエンを加熱して高温にすることによって溶解性を向上させることができる。また、ポリオレフィンを主成分とすることから複合プラスチック表面はポリオレフィンによって被覆されている状態となっているものの、まず、熱キシレンあるいは熱トルエンを用いることで、常温では溶解し難いポリプロピレンも含めて、まずポリオレフィン類を短時間に効率的に溶解させることができる。
そして、溶解が終了すると、濾過等によって熱キシレン又は熱トルエンに溶解する可溶分であるポリオレフィンを含む第１の溶液と、溶解しない不溶分とを分離する。なお、加熱式ソックスレー抽出装置を用いると、円筒濾紙内に不溶分が残存し、可溶分はキシレン又はトルエン溶液中に抽出されるので、不溶分と可溶分の分離が容易となる。

次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で分離した第１の溶液を冷却する。冷却すると、第１の溶液中のポリオレフィンが固形物として析出するので、濾過等によって固形分であるポリオレフィンと、その他の成分が溶解する第２の溶液に分離する。なお、ポリオレフィンに対して貧溶媒であり、かつポリスチレンは溶解するアセトン等の有機溶剤を加えると、ゲル状のポリオレフィンが粉末状になり、濾過性及び乾燥性が向上する。
続いて、ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた析出物の重量を、十分に乾燥した後に測定する。

そして、ステップＳ４では、ステップＳ２で得られたポリオレフィンの析出物を赤外分光法によって分析する。ここで、ポリオレフィンはポリエチレンとポリプロピレンの混合物であるので、ポリエチレンの７２０ｃｍ^−１の吸収ピーク強度又はピーク面積とポリプロピレンの９７３ｃｍ^−１の吸収ピーク強度又はピーク面積を用いてポリエチレンとポリプロピレンの割合を求めることができる。

また、ステップＳ５では、ステップＳ２において分離した第２の溶液にメタノールを添加する。メタノールを添加すると第２の溶液中に溶解しているポリスチレンが固形物として析出するので、濾過して、ポリスチレンとその他の可溶分を含む第３の溶液とに分離する。なお、第３の溶液には、可塑剤等が含まれている。
そして、ステップＳ６では、乾燥後のポリスチレンの重量を測定する。最後に、ステップＳ７では、ポリスチレンを赤外分光法により分析（ＩＲ分析）し、定性する。

そして、ステップＳ１において分離した熱キシレン又は熱トルエンに溶解しない不溶分について、ステップＳ８では、テトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦという。）を添加する。ＴＨＦには、不溶分に含まれる塩素含有プラスチックが溶解するので、ＴＨＦに溶解し塩素含有プラスチックを含む可溶分と溶解しない不溶分を濾過等によって分離する。ここで、ＴＨＦに塩素含有プラスチックを溶解させる作業を、先に説明した簡易抽出装置を用いると簡単に抽出することができる。すなわち、加熱式ソックスレー抽出装置において抽出が終了し、不溶分が残存した円筒濾紙をそのまま簡易抽出装置に設置し、ＴＨＦを溶媒として抽出を行うと、ごく少量のＴＨＦで塩素含有プラスチックを効率よく抽出することができる。

続いて、ステップＳ９では、ステップＳ８で分離した不溶分にギ酸を添加する。ギ酸を添加すると、不溶分に含まれるポリアミドがギ酸に溶解して可溶分として得られ、濾過等によって可溶分とその他の成分が含まれる不溶分とに分離される。なお、ステップＳ９についても先に示した簡易抽出装置を用いることができ、この簡易抽出装置を用いることによって少量のギ酸中に効果的にポリアミドを抽出し、可溶分と残渣である不溶分を分離することができる。

そして、ステップＳ１０では、ステップＳ９で分離した不溶分の重量を測定する。そして、ステップＳ１１において、この不溶分を加熱して、有機成分を熱分解して排除して無機成分のみにする。次に、ステップＳ１２において残存した無機成分の重量を測定する。最後に、ステップＳ１３において不溶分全体の重量値と無機成分の重量値との差から有機成分の重量値を算出する。なお、不溶分に残存する有機成分は、例えば、容器包装リサイクル法の適用の対象となる廃棄プラスチックではセルロースやポリエステル等である。
また、円筒濾紙をガラス繊維等で加熱による重量変化をしない材料のものを使用すると、円筒濾紙も含めて加熱することが可能となる。
また、ステップＳ８のＴＨＦの添加やステップＳ９のギ酸の添加を行わずに、ステップＳ１において分離された不溶物について、加熱処理によって有機成分を排除して、重量変化から無機成分と有機成分の重量を求めるようにしてもよい。

このように構成された本実施の形態では、特に、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とするリサイクルペレットについて、加熱式ソックスレー抽出装置を用いて、高温のキシレン又はトルエンで主成分であるポリオレフィンを効率良く抽出し、冷却工程を経て固形化したポリオレフィンの重量測定や赤外分光測定を行うことによって、ポリオレフィンの定量及び定性を精度よく行うことができる。また、ポリオレフィン以外の成分についても各種有機溶剤を用いて分離し、定量及び定性分析が可能である。
また、加熱式ソックスレー抽出装置の抽出終了後の円筒濾紙をそのまま使用して抽出可能な簡易抽出装置を用いることによって、微量成分の抽出を精度よく行うこともできる。

以下に、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法においてソックスレー抽出法におけるポリオレフィンの溶解性について検討した結果を実施例１として図５及び図６と、表１を用いて説明する。なお、以下、ポリエチレンをＰＥといい、ポリプロピレンをＰＰという。

ガラス繊維製の円筒濾紙にＰＥを約１ｇ投入し、加熱式ソックスレー抽出装置の抽出管に装着した。そして、フラスコにキシレンを注入してマントルヒーターを用いて加熱した。また、抽出管に具備される加熱ヒーターを用いて抽出管の周部を加熱した。フラスコ内のキシレンは次第に沸騰し始めて気体となり、冷却管で冷却された後再度液体となって円筒濾紙内のＰＥに滴下してＰＥを溶解してキシレン中に抽出した。なお、還流速度は５〜６回／時間とした。また、加熱ヒーターを用いずに抽出管を加熱しない場合についても、その他は同様の条件で抽出を行った。
図５は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法においてソックスレー抽出法におけるＰＥの残分と環流時間の関係を示すグラフ図である。
図５において、抽出管を加熱した場合では、ＰＥ残分は、環流時間が４時間で約１０％となり、５時間になると０％となり、短時間で効率的にキシレンに溶解して抽出されることがわかる。一方、抽出管を加熱しない場合では、ＰＥ残分は、環流時間が４時間では約４０％であり、７時間になると０％となり、加熱した場合に比べると長時間を要するもののキシレンに溶解して抽出されることがわかる。

次に、ガラス繊維製の円筒濾紙にＰＰを約１ｇ投入し、ＰＥと同様に、加熱式ソックスレー抽出装置の抽出管に装着し、抽出管に具備される加熱ヒーターを用いて抽出管の周部を加熱して、キシレンによるＰＰの抽出を行った。なお、還流速度は５〜６回／時間とした。また、加熱ヒーターを用いずに抽出管を加熱しない場合についても、その他は同様の条件で抽出を行った。
図６は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法においてソックスレー抽出法におけるＰＰの残分と環流時間の関係を示すグラフ図である。
図６において、抽出管を加熱した場合では、ＰＰ残分は、環流時間が３時間で約３０％、７時間になると０％となり、短時間で効率的にキシレンに溶解して十分に抽出されることがわかる。一方、抽出管を加熱しない場合では、ＰＰ残分は、環流時間が１５時間であってもほとんど変化しておらず、常温ではキシレンには溶解しないことがわかる。

また、抽出管の加熱ヒーターを用いて加熱した場合と加熱しない場合の抽出管の各位置の表面温度を測定した。結果を表１に示す。

表１において、抽出管の第１の側管から冷却管に向けて蒸気が導入される付近の蒸気導入部と、フラスコに接続されてフラスコ内から蒸気が発生する付近の蒸気発生部では、加熱ヒーターによる加熱の有無に関わらず、表面温度は同程度である。しかしながら、円筒濾紙の下方に位置する抽出管の底面、円筒濾紙の中央部に位置する抽出管の中央部及び円筒濾紙の上方でキシレンの液面がある抽出管液面位置では、加熱ヒーターで加熱した場合の温度は、加熱しない場合に比べて高温になっており、キシレンが加熱されてＰＰの溶解反応を促進していると推察される。なお、加熱した場合の抽出管中央部は、加熱ヒーターの表面温度を測定した結果である。

また、抽出管を加熱した場合のＰＥ及びＰＰの溶出液を冷却すると、ＰＥ及びＰＰが析出するので、ガラス濾過器等で回収して、重量を測定し回収率を求めると、ＰＥ及びＰＰの回収率はいずれも約９９％であった。なお、ＰＥ及びＰＰの貧溶媒であるメタノールやアセトンを加えると膨潤した析出物が粉末状になり濾過性が向上した。加熱式のソックスレー抽出器を用いることで短時間で効率的にポリオレフィン、特にポリプロピレンを回収することが可能となり、回収率を向上させることも可能となった。

続いて、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において、容器包装材のプラスチック廃棄物からのリサイクルペレットについて検討した結果を実施例２として図７乃至図１０と、表２乃至表５を用いて説明する。

リサイクルペレット約１ｇを精秤して円筒濾紙に入れ、加熱式ソックスレー抽出装置に装着し、キシレンを溶媒として抽出を行った。抽出完了後、フラスコからビーカーに溶出液を取り出し、さらに、フラスコ内部を温キシレンで洗浄してこの洗浄液を溶出液に加えた。また、抽出完了後の円筒濾紙には残渣が残っていたので乾燥後重量を測定した。そして、この溶出液を冷却すると、析出物が生成するので、この析出物を第１の析出物とし、濾過して回収し乾燥後重量を計り、赤外線分光光度計で分析した。
次に、第１の析出物を濾過して得られた溶液を濃縮して、メタノールを加えると、析出物が生成するので、この析出物を第２の析出物とし、濾過して回収し乾燥後重量を計り、赤外線分光光度計で分析した。

図７は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。また、図８は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。そして、測定した重量値を表２に示す。なお、リサイクルペレットの抽出は２回行い、重量値の測定についても２回行った。
図７において、得られた赤外吸収スペクトルは、ＰＥ及びＰＰのみの混合物であると分析できる。また、図８において、得られた赤外吸収スペクトルは、ポリスチレンであると分析できる。

表２において、いずれの回収物についても２回の測定値がほぼ同値であり精度が高い分離及び回収方法であるといえる。また、ポリオレフィンは、試料のリサイクルペレットの大半である約８８％を占めているが、ポリスチレンや残渣等のその他の成分が約１２％含有していることがわかり、リサイクルペレットの成分比率を把握することができる。

また、ポリオレフィンの赤外吸収スペクトルから、ＰＥとＰＰの割合を求めることができる。予め濃度が既知であるＰＥ及びＰＰの混合物の測定結果から作成される検量線と、ＰＥ特有の吸収である７２０ｃｍ^−１のピーク強度とＰＰ特有の吸収である９７３ｃｍ^−１のピーク強度との比から各割合が算出される。得られた結果を表３に示す。

表３において、測定を４回行って平均すると、第１の析出物であるポリオレフィンには、ＰＥは６１％、ＰＰは３９％含まれていることがわかった。なお、ＰＥ及びＰＰの割合の算出は、リサイクルペレットの２回の抽出で得られたポリオレフィンそれぞれについて行ったが、２回目の結果については省略する。また、得られた各割合と、表３に示すポリオレフィンの割合から、試料中のＰＥ及びＰＰの割合を算出した結果を表４に示す。

表４において、ＰＥ及びＰＰのいずれの算出結果も近値を示しており、試料であるリサイクルペレット中にＰＥは約５４％、ＰＰは約３４％含まれていることがわかった。

次に、円筒濾紙中の残渣について説明する。この残渣を赤外線分光光度計で分析した結果を図９に示す。
図９は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた生成物の赤外吸収スペクトルである。
図９において、得られた赤外吸収スペクトルには、セルロース、ポリアミド及びポリエステルの特有の吸収ピークが確認でき、残渣には有機成分として、セルロース、ポリアミド及びポリエステルが含まれていると分析できる。
ポリアミドはギ酸に溶解するので、残渣にギ酸を添加すると残渣中のポリアミドをギ酸中に溶解させて分離することも可能である。

また、残渣を電子顕微鏡ＥＤＳで分析した結果を図１０に示す。
図１０は、本実施の形態に係るポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法において得られた残渣のＥＤＳ分析チャートである。
図１０において、チタン、カルシウム、ケイ素等が検出されており、残渣にはこれらの無機成分が含まれることがわかる。なお、炭素や塩素は有機成分由来であると考えられる。

また、円筒濾紙をガラス繊維等の耐熱性の材料のものを選定し、加熱して有機成分を熱分解して排除すると、無機成分のみを得ることができる。すなわち、４００℃程度で加熱すると、セルロース、ポリアミド及びポリエステル等のプラスチックは熱分解するので分解して消失し、無機成分だけが残存する。したがって、加熱前後の重量測定値及び残渣の重量値から、無機成分及び有機成分の重量を得ることができる。表５に重量値の測定結果を示す。なお、重量値は、リサイクルペレットの２回の抽出で得られた残渣それぞれについて行った。

表５において、加熱によって微量ではあるが重量値が減量しており、有機成分が熱分解して消失している。また、残渣全量と有機成分の重量値の差から無機成分の重量値が算出される。なお、本実施例では、熱処理前後の減量値を測定して、有機成分の重量値とし、残渣重量値と有機成分の重量値の差から無機成分の重量値を算出しているが、熱処理後の残渣の重量値を測定して無機成分の重量値とし、残渣重量値と無機成分の重量値の差から有機成分の重量値を算出してもよい。

以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項６に記載された発明は、目的の抽出成分を高温に保持した溶媒で効率良く抽出可能な加熱式ソックスレー抽出装置と、この加熱式ソックスレー抽出装置で抽出が完了し微量の残渣が残存する円筒濾紙からさらに微量成分を抽出可能な簡易抽出装置と、ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックを，加熱式ソックスレー抽出装置及び簡易抽出装置を用いて精度よく各成分を分離して分析可能なポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法を提供可能であり、容器包装材の廃プラスチックの分析において利用可能である。

１…加熱式ソックスレー抽出装置 ２…フラスコ ３…有機溶剤 ４…抽出管 ５…第１の側管 ６…第２の側管 ７…円筒濾紙 ８…加熱ヒーター ９…冷却管 1０…外管 １１…内管 １２…冷却水通路 １３ａ，１３ｂ…冷却水通水孔 １４ａ，１４ｂ…ゴムホース ２１…簡易抽出装置 ２２…容器 ２３…蓋 ２４…有機溶剤 ２５…円筒濾紙 ２６…円筒濾紙用台 ２７…冷却管

Claims (4)

1. ポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックをキシレン又はトルエンを溶媒として加熱式ソックスレー抽出装置によって抽出を行い，前記キシレン又はトルエンに溶解する可溶分を含む第１の溶液と，前記キシレン又はトルエンに溶解しない不溶分と，に分離する第１分離工程と、前記第１の溶液を冷却して第１の析出物を析出させて，この第１の析出物と，他の可溶分を含む第２の溶液とを分離する第２分離工程と、前記第２分離工程で析出させた第１の析出物の重量を測定する第１重量測定工程と、前記第２分離工程で析出させた第１の析出物を赤外分光法により分析する工程とを有し、前記加熱式ソックスレー抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能な容器部と、この容器部の底部を加熱する第１の加熱部と、前記容器部に接続され２本の側管を備え抽出成分を含む試料を投入する円筒濾紙を内設する抽出部と、この抽出部に接続される冷却部とを有する加熱式ソックスレー抽出装置であって、前記抽出部は前記円筒濾紙が配置される周部に第２の加熱部を備えるものであることを特徴とするポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法。
2. 前記第２の溶液にメタノールを添加して第２の析出物を析出させて，この第２の析出物と，他の可溶分を含む第３の溶液とを分離する第３分離工程と、前記第３分離工程で析出させた第２の析出物の重量を測定する第２重量測定工程と、前記第３分離工程で析出させた第２の析出物を赤外分光法により分析する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法。
3. 前記第１分離工程で発生した不溶分が残存する円筒濾紙を簡易抽出装置に装着し，有機溶剤を溶媒として前記簡易抽出装置によって抽出を行い，前記有機溶剤に溶解する可溶分を含む第４の溶液と，前記有機溶剤に溶解しない不溶分とに分離する第４分離工程とを有し、前記簡易抽出装置は、溶媒としての有機溶剤を注入可能で着脱可能な蓋部を備える容器部と、この容器部の底部を加熱する加熱部と、前記容器部の底部に内設され，前記円筒濾紙を支持する台部と、前記蓋部に貫通され開口した上端部と前記円筒濾紙の上方に配置され開口した下端部を備える冷却部とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法。
4. 前記第４分離工程で発生した不溶分の重量を測定する第３重量測定工程と、前記第４分離工程で発生した不溶分を加熱して有機成分を熱分解して排除し無機成分を残存させる工程と、この無機成分の重量を測定する第４重量測定工程と、前記第３重量測定工程において測定した前記第４分離工程で発生した不溶分の重量値と，前記第４重量測定工程において測定した前記無機成分の重量値との差から前記有機成分の重量を算出する工程とを有することを特徴とする請求項３に記載のポリオレフィンを主成分として含む溶融混練した複合プラスチックの分析方法。