JP5880027B2

JP5880027B2 - 樹脂片の選別方法

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Publication number: JP5880027B2
Application number: JP2011283788A
Authority: JP
Inventors: 基文三原; 筒井　一就; 一就筒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013132584A

Description

この発明は、主として破砕されたリサイクル樹脂原料を静電気により種類ごとに選別する静電選別装置に関するものである。

再資源化のために破砕された樹脂片を樹脂原料として再利用するためには、樹脂片を材質別に選別し回収することが求められる。このため、樹脂片を帯電させ、その材質による帯電状態の相違を利用して、それら帯電された樹脂片に電界をかけることにより選別する静電選別法が広く用いられている。

例えば、廃家電類より得られた樹脂混合原料（主としてＰＰ（ポリプロピレン。以下ＰＰと記載する場合もある）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン。以下ＡＢＳと記載する場合もある）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン。以下ＰＳと記載する場合もある）樹脂よりなる）を選別回収する方法として、まず、比重選別法で比重の軽いＰＰ樹脂を選別回収し、残るＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂（残渣のＰＰ樹脂を含む）よりなる樹脂混合原料から静電選別法でＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂を回収する。あるいは、上記３成分系（ＡＢＳ，ＰＳ，ＰＰ）から主たる２成分（ＡＢＳ，ＰＳ）を静電選別法で取り出す場合、例えば静電選別処理を２段階に組合せ、一段目でＡＢＳ樹脂を選別回収し、二段目でＰＳとＰＰの混合物からＰＳ樹脂を回収する。この静電選別法は、特に、比重が近接し比重選別法だけでは分離回収が難しい破砕された樹脂片の混合物の選別処理に適している。

樹脂のリサイクルにおいて、選別精度の向上および樹脂回収量の増大は、マテリアルリサイクルの目的および事業面において極めて重要である。これらを実現するために、従来の樹脂選別装置の樹脂片帯電検出方法として、種類別に色分けされた樹脂片を、攪拌帯電させる帯電容器に監視窓を形成し、監視窓に張り付いた樹脂片をＣＣＤカメラにより撮像し、画像処理部によりＣＣＤカメラの画像データから監視窓に張り付いた樹脂片の種類を識別し、帯電判定部により画像処理部のデータから監視窓に張り付いた一種類の樹脂片が監視窓の面積の所定割合以上を占めた時に樹脂の帯電量が飽和状態近くになったと判断することにより、樹脂片を十分に帯電させ、選別対象物の種類や条件が変化しても、帯電不足による誤選別をなくし、精度良く確実に選別するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の樹脂選別装置では、合成樹脂を含む選別材料の帯電を促進する材料を内張りした輸送装置と帯電装置を用い、輸送中にも選別材料を帯電させながら輸送することで、帯電量が向上し、精度が高く、選別時間の短い樹脂選別装置を実現している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３５５５７８号公報（３頁１９行〜４頁１００行、図１、図２、図３）特開平７−３２８４８２号公報（６頁２６〜３７行、８頁１６〜２８行）

しかしながら、上記従来の樹脂選別装置において、樹脂片を選別部に搬送する搬送部には、主として金属または樹脂が使用されている。搬送部に金属を用いた場合は、電気的な接地が明確になされていない場合でも、金属自体の電気的な抵抗値が低いことから、帯電させた樹脂片の電荷が金属部へ流出し帯電量が低下するといった問題があった。

また、搬送部に樹脂を用いた場合は、樹脂自体の電気的な抵抗値が大きいことから、樹脂と樹脂片が摩擦接触することにより樹脂が電荷を帯び、樹脂片や異物を静電的に吸着するため搬送の阻害を引き起こしていた。このような現象が生じた場合、樹脂片の帯電量が低下するため、選別効率が低下する問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、樹脂片の電荷流出を抑制または搬送する際に樹脂片と接触する部品の帯電を抑制することにより、樹脂片の選別効率の高い静電選別装置を提供することを目的としている。

この発明に係る樹脂片の選別方法は、樹脂片を帯電する帯電工程と、帯電工程で帯電した樹脂片を搬送する搬送工程と、搬送工程で搬送された樹脂片を静電界により選別する選別工程とを有し、搬送工程は、樹脂片に接する部分となる絶縁層と該絶縁層に重なり合う導電層とを備え、樹脂片を帯電した状態で搬送する振動フィーダを用いて樹脂片を搬送するとともに、搬送中に導電層を介して、樹脂片との摩擦により絶縁層に蓄積した電荷をアースに逃がすものである。

この発明に係る樹脂片の選別方法は、静電選別装置の搬送部に絶縁部及び該絶縁部に対応する導電部を形成することで、樹脂片の電荷の流出および樹脂片や異物の吸着を防止することができ、選別効率の高い樹脂片の選別を行うことができる。

この発明の実施の形態１にかかる静電選別装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１にかかる静電選別装置の動作原理を示す図である。この発明の実施の形態１にかかる静電選別装置の動作原理を示す図である。この発明の実施の形態１にかかる搬送装置を示す断面図である。

実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、本発明の実施の形態１における静電選別装置１を示す概略図である。図において、帯電装置２は選別対象となる樹脂片３ａ，３ｂをそれぞれ異なる電荷に帯電させる。供給装置４は帯電装置２に樹脂片３ａ，３ｂを供給する。搬送量を計測する計測装置６が設けられた振動フィーダ等の搬送装置５は搬送部を形成し、導電部である導電層５ａと導電部に対応する絶縁部である絶縁層５ｂの２層構造を有し、帯電部である帯電装置２により帯電された樹脂片３ａ，３ｂを搬送し、選別部である分離用静電界を形成する正電極７ａと接地電極７ｂからなる一対の選別電極７間を通過するように落下させる。

なお、導電部と絶縁部は層状構造として説明しているが、例えば、絶縁部を層状構造とし、導電部を線状構造または網目状構造としても良い。また、ここでいう導電部と絶縁部との対応関係とは、導電部と絶縁部が層状構造の場合は、直接重なり合う構造であっても、間に他層を挟む構造であってもよい。また、全体が重なり合う構造であっても、その一部が重なり合う構造であっても構わない。

制御装置９は、計測装置６から搬送量情報により、電源８から正電極７ａに印加する電圧、供給装置４から供給される樹脂片量、及び、帯電装置２の帯電時間等を制御して、搬送装置５で搬送される樹脂片３ａ，３ｂの量を調整する。樹脂片３ａ，３ｂは一対の選別電極７間を通過する間に力を受け、それぞれの回収容器１０ａ，１０ｂに回収される。一方、樹脂片３ａであるか樹脂片３ｂであるかが明らかでないものは、回収容器１０ｃに回収される。

次に、この発明の実施の形態における静電選別装置の動作原理について、図を用いて具体的に説明する。ここでは、例えば、樹脂片３ａがポリスチレン樹脂（以下、ＰＳ樹脂とも記載する）、樹脂片３ｂがアクリルニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂（以下、ＡＢＳ樹脂とも記載する）である場合について説明する。樹脂の摩擦帯電列に従って、ＡＢＳ樹脂はプラス（＋）に帯電され、ＰＳ樹脂はマイナス（−）に帯電される。

供給装置４から帯電装置２に投入された樹脂片３ａ，３ｂは、傾斜された帯電装置２内で回転攪拌され、摩擦により樹脂片３ｂはプラス（＋）に帯電され、樹脂片３ａはマイナス（−）に帯電される。帯電された樹脂片３ａ，３ｂは、帯電装置２から排出され振動フィーダにより構成される搬送装置５上に均等に広げられながら正電極７ａと接地電極７ｂから構成される選別電極７間に投入される。

図２は、この発明の実施の形態１における静電選別装置の選別原理を示した図である。図に示すように、正電極７ａと接地電極７ｂの間に形成される分離用静電界を通過する間にプラス（＋）に帯電した樹脂片３ｂは、接地電極７ｂ側に引かれながら落下していき、回収容器１０ｂに回収される。一方、マイナス（−）に帯電した樹脂片３ａは、正電極７ａ側に引かれながら落下して、回収容器１０ａに回収される。

また、図３に、この発明の実施の形態１における静電選別装置において、十分に帯電されなかった樹脂片３ａ，３ｂ、または、帯電されない樹脂片である無帯電片３ｃが回収される原理について示す。これらの微帯電片もしくは無帯電片は、落下時に選別に必要なクーロン力を受けられず、そのまま落下して回収容器１０ａと回収容器１０ｂの間に置かれた回収容器１０ｃで回収される。無帯電片３ｃとしては、ゴム樹脂等があげられる。なお、ここでは、樹脂片の回収に独立の容器を用いているが、一つの容器内を壁等で仕切ったものを用いてもよく。また、特に回収する必要がないものは、容器等を用いなくてもそのまま廃却するような構成をとっても構わない。

静電選別装置１で選別される樹脂片は、通常廃却家電から回収されたものを加工して得られる。例えば、樹脂片の径を８ｍｍ以下に粉砕し、２ｍｍのふるいをかけた樹脂混合物で、ＡＢＳ樹脂の含有量が約３５％、ＰＳ樹脂の含有量が約５５％、残留ポリプロピレン樹脂（以下、ＰＰ樹脂とも記載する）の含有量が約１０％であるものを選別回収する場合、帯電装置２で１０分以上撹拌すると樹脂片同士の摩擦によりＡＢＳ樹脂はプラス（＋）に帯電し、ＰＳ樹脂と残留ＰＰ樹脂はマイナス（−）に帯電する。

帯電装置２から排出された樹脂片を振動輸送式による搬送装置５により分離用静電界に搬送し、２００ｋＶ／ｍ以上の静電界を発生させた選別電極７間を通過させると、樹脂片３ｂであるＡＢＳ樹脂がプラス（＋）帯電物の回収容器１０ｂに回収され、樹脂片３ａであるＰＳ樹脂と残留ＰＰ樹脂がマイナス（−）帯電物の回収容器１０ａに回収される。

静電選別装置１を構成している帯電装置２および振動フィーダ等の搬送装置５は、導電部である導電体から構成される層と絶縁部である絶縁体から構成される層の少なくとも二層の構造を有する。もちろん、導電層と絶縁層が繰り返すような多層構造であっても、導電層と絶縁層とのサンドイッチ構造であってもよく、また、これらの組み合わせからなる構造であっても構わない。ただし、樹脂片と接する部分は絶縁部（絶縁層）で構成される必要がある。

従来の静電選別装置を構成している帯電装置および振動フィーダ等の搬送装置は、樹脂片と接触する部分に、主として金属材料、例えばステンレスまたはアルミニウム、もしくは、樹脂材料、例えばＡＢＳ樹脂またはＰＰ樹脂が用いられていた。

そのため、帯電装置および搬送装置が金属材料で製造されている場合は、帯電した樹脂片の電荷が金属材料へ流出し、樹脂片の帯電量が低下するといった問題があった。一方、樹脂材料で製造されている場合は、樹脂片との連続的な摩擦により帯電装置および搬送装置の表面が帯電し、樹脂片や異物が付着し、樹脂片の搬送不良や帯電を阻害するといった問題が発生していた。

図４は、この発明の実施の形態１にかかる搬送装置の一部を示した断面図である。図を用いてこの発明の実施の形態１の搬送装置の効果について説明する。この発明の実施の形態１にかかる搬送装置は、樹脂片と接触する部分に絶縁性材料からなる絶縁層を用い、絶縁層と重なる部分に導電性材料からなる導電層を有する二層構造をもつ。ここでは、簡単のために搬送装置が二層構造を有する場合について説明するが、搬送装置同様に帯電装置が二層構造を有する場合であっても、同様の効果が得られる。

このように樹脂片と接触する部分を絶縁層５ｂで構成することで、帯電された樹脂片の電荷流出を防止することができる。さらに絶縁層５ｂと重なる部分を有するように導電層５ａがあるため、絶縁層５ｂに樹脂片との摩擦などによりわずかに蓄積する電荷が導電層５ａを介してアースに逃げることができるため、絶縁層５ｂの帯電を防止することが可能である。その結果、絶縁層５ｂの帯電によって生じる樹脂片や異物の吸着を防止でき、吸着した樹脂片や異物による搬送不具合や帯電の阻害を防止できる。この絶縁層としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＰＳ、ＰＰ、ＡＢＳ、ポリカーボネート、または、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)などを用い、導電層としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、または、真鍮などの銅合金などを用いれば良い。

また、絶縁層５ｂが樹脂片と接触すればよいため、長期的な設備の可動に耐えうるステンレス製の振動フィーダ等の搬送装置５に、樹脂フィルムを接着剤もしくは両面テープなどを用いて貼り付けたり、アルミニウム板や鉄板に溶射法を用いてセラミック層をコートしたものを機械的に取り付けて振動フィーダ等の搬送装置５を構成しても構わない。さらに、一面にアルマイト処理を施したアルミニウム板を用いてもよい。

さらに、導電層５ａを接地することにより、絶縁層５ｂから流入した電荷がアースへ放出されるため、絶縁層５ｂの帯電抑制効果を永続的なものとすることが可能となる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、静電選別装置の帯電装置もしくは搬送装置に用いる一般的な構成について述べたが、通常の静電選別装置の時間当たりの樹脂処理量は、おおよそ１００ｋｇから６００ｋｇである。この量の樹脂片を搬送する場合、振動フィーダ等の搬送装置５のサイズにもよるが、搬送方向に対して幅が２ｍの絶縁性である搬送装置５を使用すると、搬送装置５に蓄積する電荷が飽和する飽和時間は約３０時間である。そのため、飽和時間より十分短い時間で、蓄積する電荷を放出させれば、絶縁材への電荷蓄積を防止できる。

上記実施の形態１で示した絶縁層５ｂと導電層５ａからなる材料を用いた場合は、絶縁層５ｂの電気抵抗値と誘電率から流出する時間が決定される。そこで、電気抵抗値をＲ（Ω）、静電容量をＣ（Ｃ）とし、電荷が流出する時間を示す時定数をτとすると、τ＝（Ｒ×Ｃ）^０．５となる。一般的な静電選別装置を本発明の実施の形態１に係る静電選別装置に置き換えた場合、τが２０時間以下であれば、本発明の効果が顕著に得られる。

実施の形態３．
上記実施の形態１で示した導電層５ａの構成は、一般的には先に述べた導電性材料の板形状のものを、曲げ加工や切欠加工により作製される。その上に、絶縁層５ｂを接着加工や両面テープにより貼り付け加工されるのが簡便である。または、アルマイト処理を施したアルミ板の場合は、曲げ加工や切欠加工などのみで実現できる。さらに、軽量化が望まれる場合は、樹脂製の構造体に導電性材料で作製された金属箔を貼り付けて、その上に絶縁層５ｂを固定する場合もある。

ここで、絶縁層５ｂと導電層５ａが十分な剛性を持ち、ボルト固定やばね材料などによる押さえ固定のみでも電荷を流出できる密着性を実現できる場合は、接着加工や貼り付け加工を省略することが出来る。

導電層を用いない搬送機にて選別対象となる樹脂を搬送する場合、絶縁層がプラス帯電（＋）したとすると、マイナス帯電（−）する樹脂はプラス帯電した絶縁層に貼り付き、搬送が困難となる。また、長時間プラス帯電した絶縁層とマイナス帯電した樹脂が密着することで、電荷の移動が発生し、樹脂の帯電量が失われ、樹脂の選別効率が低下する問題が発生する。これらの現象は、τを短くする構成を選択することで、確認できない程度まで、影響を小さくすることが可能である。

例えば、選別樹脂にＡＢＳ樹脂とＰＳ樹脂を使用し、絶縁層に酸化アルミニウム、導電層にアルミニウムを用いた場合、酸化アルミニウムとプラスに帯電したＡＢＳ樹脂が接触した場合、ＡＢＳ樹脂はさらにプラス側の帯電を得ることができ、酸化アルミニウムはマイナスの帯電となる。一方、酸化アルミニウムとマイナスに帯電したＰＳ樹脂が接触した場合、ＰＳ樹脂はさらにマイナス側の帯電を得ることができる。ここで、帯電した酸化アルミニウムは電荷が飽和してくると、それぞれの樹脂に逆の電荷移動を誘発し、帯電量を低下させる懸念があるが、導電層を併設することで、酸化アルミニウムの帯電量を減少させることが可能となり、永続的な帯電量増加効果を得ることが可能となる。

さらに、絶縁層５ｂがＡＢＳ樹脂と摩擦接触した場合にプラス（＋）帯電し、絶縁層５ｂがＰＳ樹脂と摩擦接触した場合にマイナス（−）帯電するような材料で構成されれば、ＡＢＳ樹脂およびＰＳ樹脂をより効果的に選別することができる。

ここで、プラス帯電（＋）する樹脂としては、ＡＢＳ樹脂があり、マイナス（−）帯電する樹脂としては、ＰＳ樹脂がある。そのため、絶縁層５ｂには酸化アルミニウム、ＡＢＳ樹脂、または、ＰＳ樹脂などを使用するとよい。

以上記載したように本発明の実施の形態における静電選別装置では、樹脂片の帯電低下を抑制することが可能であり、樹脂片の回収量を著しく向上することができる。

また、上記実施の形態では、搬送装置を振動フィーダとして説明したが、ベルトコンベア方式による搬送装置であってもよい。

また、上記実施の形態では、樹脂としてＡＢＳ樹脂とＰＳ樹脂とを選別する場合について述べたが他の樹脂であってもよく、さらに、ゴム等帯電が可能な材質のものにも適用が可能である。

１静電選別装置、２帯電装置、３ａ樹脂片、３ｂ樹脂片、３ｃ無帯電片、４供給装置、５搬送装置、６計測装置、７選別電極、７ａ正電極、７ｂ接地電極、８電源、９制御装置、１０ａ回収容器、１０ｂ回収容器、１０ｃ回収容器

Claims

樹脂片を帯電する帯電工程と、
前記帯電工程で帯電した樹脂片を搬送する搬送工程と、
前記搬送工程で搬送された樹脂片を静電界により選別する選別工程とを有し、
前記搬送工程は、
樹脂片に接する部分となる絶縁層と該絶縁層に重なり合う導電層とを備え、樹脂片を帯電した状態で搬送する振動フィーダを用いて樹脂片を搬送するとともに、
搬送中に前記導電層を介して、樹脂片との摩擦により前記絶縁層に蓄積した電荷をアースに逃がすことを特徴とする樹脂片の選別方法。
前記搬送部はアルミニウム板にアルマイト処理を施したものであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂片の選別方法。
前記電荷が前記絶縁層から流出する時間を示す時定数が２０時間以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂片の選別方法。