JP6164581B2 - プラスチック複合材料の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
酸化物触媒体は被処理物の残留物の大きさとの兼ね合いから、残留物と確実に分別できる大きさのものを選択し、あわせてメッシュ体も適宜網目のものを使用する。
加熱炉により酸化物触媒体を加熱し、基材の表面に被着された酸化物半導体を熱活性作用が生じる温度にまで加熱し、酸化物半導体を被処理物に接触させることにより、被処理物が酸化開始されて被処理物が分解される。
本発明に係るプラスチック複合材料の処理方法は、半導体(酸化物半導体)の熱活性作用によりプラスチック複合材料を構成する有機化合物(ポリマー)を分解する作用を利用するものである。有機化合物の分解に使用する作用体として、本発明では球体等の粒体状とした基材を支持体とし、この基材の表面に半導体を被着形成した酸化物触媒体を使用する。本出願においては、球体等の粒体表面に半導体を被着形成したものを酸化物触媒体と呼ぶ。
図1は、球体の基材12の表面に半導体14を被着形成した酸化物触媒体10の構成を示す。半導体14は基材12の表面の全面を被覆するように形成されている。
また、酸化物触媒体の基材の形状は、球体状に限るものではない。楕円体状、立方体状等の他の適宜立体形状を選択することができる。ただし、酸化物触媒体は被処理物を分解処理した後、分別処理されるから、分別処理に適した形態を選択するのがよい。
また、酸化物触媒体の大きさも被処理物に合わせて、適宜大きさのものを使用すればよい。金属粒子の高速噴射法によれば、直径2、3、4、5、6、8、10、15、20mmといった球体の基材表面に金属粒子を高速噴射することは容易である。
図4は、酸化物触媒体を用いてプラスチック複合材料を分解処理する装置例を示す。この分解装置は、加熱炉30内に酸化物触媒体10とプラスチック複合材料である被処理物40を収容した容器20を収納し、酸化物触媒体10を350〜500℃に加熱して被処理物40を分解処理するように構成したものである。
加熱炉30の底部と側壁に加熱用のヒータ31を設け、その外側を断熱ブロック32によって包囲し炉内空間を構成する。加熱炉の側壁には炉内に空気を供給する空気孔34を設ける。
なお、酸化物触媒体10と被処理物40とを確実に接触させて、被処理物40に確実に酸化作用(分解作用)を作用させるようにするために、撹拌子を用いて、容器20内で酸化物触媒体10と被処理物40とを撹拌する操作を行う方法も有効である。
カチオン・ラジカルの作用により、ポリマーはエチレンやプロパンのような小分子に裁断され、裁断された小分子は空気中の酸素と反応して、最終的に炭酸ガスと水に完全分解される。
また、処理対象物の処理量や大きさによって、使用する分解装置の容量等を適宜設計する必要がある。バッチ方式による分解処理の他に、連続搬送式の加熱炉を使用し、酸化物触媒体とともに被処理物を加熱炉内で搬送させて、連続的に被処理物を分解処理する装置構成とすることもできる。
図4に示すような分解装置を用いて被処理物を分解処理した後には、酸化物触媒体と被処理物が分解された後の残留物(残渣)が残る。図5は、アルミナボールの表面に半導体としてCr2O3を被着させた酸化物触媒体を用いて、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を分解処理した状態を示す。酸化物触媒体の上に、被処理物であるCFRPに内包されていた炭素繊維のみが残留物として残っている。
図6は、ふるい分け用のメッシュ体70を用いて分別する方法を示す。メッシュ体70の上に、酸化物触媒体10と被処理物の残留物の混合物をのせてふるい分けすると、被処理物の残留物がメッシュ体70の網目を通過して落下し、酸化物触媒体10がメッシュ体70上に残って分別される。
図6では、メッシュ体70の上に酸化物触媒体10を残すように分別する例であるが、電子部品のインサート成形品のようにインサート物が比較的大きなものである場合には、酸化物触媒体10をメッシュ体70の網目を通過する大きさとし、インサート物がメッシュ体70上に残るようにして分別してもよい。
直径5mmのTi/Al2O3ボールを空気中、800℃で加熱し、アルミナボールの表面に被着しているTi層(厚さ約2μm)を酸化してTiO2とした。X線回折の結果、酸化チタンはルチル相であることを確認した。2〜3cmの長さに裁断したチップ状のカーボン・ファイバーFRPと直径5mmのTiO2/Al2O3ボールを、体積比で1:1となるように250 mlセラミック製のるつぼに入れ、空気中500℃で30分間、加熱した。その結果、カーボン・ファイバーFRPに内包されていたカーボン・ファイバーはほぼ無傷の形で回収され、網目が2cmのメッシュ体を使用し、TiO2/Al2O3ボールのみをメッシュ体を通過させてカーボン・ファイバーから分離した。
実施例1と同様に、直径2mmのCr/Al2O3ボールを空気中、800℃で加熱し、アルミナボール表面に被着しているCr層(厚さ約2 mm)を酸化して酸化クロムとした。X線回折の結果、薄緑色の酸化物相はCr2O3であることを確認した。2〜3cmの長さに裁断したチップ状のカーボン・ファイバーFRPと直径2mmのCr2O3/Al2O3ボールを体積比で1:1となるように250 mlセラミック製のるつぼに入れ、撹拌子で毎分1回転の速度で撹拌しながら、空気中、500℃で30分間、加熱した。その結果、カーボン・ファイバーFRPに内包されていたカーボン・ファイバーはほぼ無傷の形で回収され、網目が1cmのメッシュ体を用いてCr2O3/Al2O3ボールを分離した。
12 基材
14 半導体
20 容器
30 加熱炉
31 ヒータ
40 被処理物
50 浄化装置
51 触媒担持ブロック
52 ヒータ
60 吸引ファン
70 メッシュ体
Claims (7)
- 熱活性化された半導体の酸化作用を利用して、プラスチック複合材料である被処理物を分解処理するプラスチック複合材料の処理方法であって、
酸素の存在下、半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度領域で、粒体状に形成された基材の表面に金属粒子を高速噴射して金属層を形成し、前記金属層を酸化処理して酸化物半導体が被着されてなる酸化物触媒体を作用体として使用し、前記酸化物触媒体に前記被処理物を接触させ、前記正孔の酸化力を利用して被処理物を分解し、前記被処理物を分解処理する際に発生するガスを、半導体が担持された通気性を有する触媒担持ブロックと、該触媒担持ブロックを加熱して半導体を熱活性化するヒータとを備える気体の浄化装置を通して浄化することを特徴とするプラスチック複合材料の処理方法。 - 前記酸化物触媒体を用いて被処理物を分解した後、
分解処理後に残留する被処理物の残留物と分解処理に使用した酸化物触媒体との混合物から、メッシュ体を用いるふるい分けにより、酸化物触媒体を分別することを特徴とする請求項1記載のプラスチック複合材料の処理方法。 - 前記粒体状に形成された基材は球体状に形成された基材であることを特徴とする請求項1または2記載のプラスチック複合材料の処理方法。
- 前記球体状に形成された基材はセラミックボールからなる基材であることを特徴とする請求項3記載のプラスチック複合材料の処理方法。
- 粒体状に形成された基材の表面に金属粒子を高速噴射して金属層を形成し、前記金属層を酸化処理して酸化物半導体が被着されてなる酸化物触媒体を利用して、プラスチック複合材料である被処理物を分解処理するプラスチック複合材料の処理装置であって、
前記酸化物触媒体に前記被処理物を接触させて収容し、酸素の存在下、前記酸化物触媒体を半導体のバンド間遷移により大量の正孔と電子とが生成する温度領域に加熱して半導体の熱活性作用による酸化作用を被処理物に作用させることにより被処理物を分解する加熱炉を備え、前記加熱炉には、半導体が担持された通気性を有する触媒担持ブロックと、該触媒担持ブロックを加熱して半導体を熱活性化するヒータとを備える気体の浄化装置が付設されていることを特徴とするプラスチック複合材料の処理装置。 - 前記被処理物を分解処理した後に残留する被処理物の残留物と、分解処理に使用した酸化物触媒体との混合物から、メッシュ体を用いるふるい分けにより、酸化物触媒体を分別する分別装置を備えることを特徴とする請求項5記載のプラスチック複合材料の処理装置。
- 前記酸化物触媒体として、セラミックボールからなる基材の表面に酸化物半導体が被着されてなる粒体物を使用することを特徴とする請求項5または請求項6記載のプラスチック複合材料の処理装置。
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