JP6340950B2

JP6340950B2 - 発泡ポリスチレンの減容方法及び発泡ポリスチレンの減容装置

Info

Publication number: JP6340950B2
Application number: JP2014128895A
Authority: JP
Inventors: 片野　泰男; 泰男片野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016008242A

Description

本発明は、発泡ポリスチレンの減容方法及び発泡ポリスチレンの減容装置に関する。

家庭、家電量販店、大型ショッピングセンター等の事業所、店舗から、大量の廃棄物が排出されている。特に、発泡ポリスチレンは、軽量性、緩衝性、断熱性、コスト等の理由から、流通容器や断熱性建材として、頻繁に利用されている。このため、発泡ポリスチレンをリサイクルすることが強く望まれている。

一般に、廃棄された発泡ポリスチレンは、地域単位のリサイクルセンターに一括回収して処理される。ここで、発泡ポリスチレンは、密度が極めて小さい。このため、廃棄された発泡ポリスチレンをリサイクルセンターに運搬するコストが高くなるという問題がある。

そこで、大量に発泡ポリスチレンが廃棄される場所毎に、発泡ポリスチレンの減容装置が設置されている。

特許文献１に、ポリスチレン発泡プラスチック廃棄物を回収する方法として、ポリスチレン発泡プラスチック廃棄物をゲル化混合溶剤に混合して、脱泡されたゲル物質を生成する工程と、溶剤除去装置によって、脱泡されたゲル物質からゲル化混合溶剤を回収する工程と、ポリスチレンを得る工程を包含する方法が開示されている。ここで、ゲル化混合溶剤は、ポリスチレン発泡プラスチック廃棄物を脱泡およびゲル化するために充分な量で添加される。また、ゲル化混合溶剤は、実質上、ポリスチレン可溶性溶剤及びポリスチレン不溶性溶剤を含む。さらに、ポリスチレン可溶性溶剤及びポリスチレン不溶性溶剤は、沸点が１００℃よりも高く、ゲル化混合溶剤中のポリスチレン可溶性溶剤の含量が５〜５０容量％の範囲である。

しかしながら、ポリスチレン発泡プラスチック廃棄物をゲル化混合溶剤に混合した後、溶剤除去装置を用いて、脱泡されたゲル物質からゲル化混合溶剤を回収する必要がある。

本発明の一態様は、上記従来技術が有する問題に鑑み、発泡ポリスチレンを減容した後、発泡ポリスチレン用減容剤を簡便に除去することが可能な発泡ポリスチレンの減容方法及び発泡ポリスチレンの減容装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、発泡ポリスチレンの減容方法において、発泡ポリスチレン用減容剤を発泡ポリスチレンに付与して減容する工程と、該減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬して前記発泡ポリスチレン用減容剤を除去する工程を有し、前記発泡ポリスチレン用減容剤は、ポリスチレンを溶解又は膨潤させることが可能な水溶性有機化合物及び水を含む。
本発明の他の一態様は、発泡ポリスチレンの減容装置において、発泡ポリスチレン用減容剤を発泡ポリスチレンに付与して減容する手段と、該減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬して前記発泡ポリスチレン用減容剤を除去する手段を有し、前記発泡ポリスチレン用減容剤は、ポリスチレンを溶解又は膨潤させることが可能な水溶性有機化合物及び水を含む。

本発明の一態様によれば、発泡ポリスチレンを減容した後、発泡ポリスチレン用減容剤を簡便に除去することが可能な発泡ポリスチレンの減容方法及び発泡ポリスチレンの減容装置を提供することができる。

発泡ポリスチレンの減容装置の一例を示す模式図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

発泡ポリスチレンの減容方法は、発泡ポリスチレンに減容剤を付与して減容する工程と、減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬して発泡ポリスチレン用減容剤を除去する工程を有する。このとき、減容剤は、ポリスチレンを溶解又は膨潤させることが可能な水溶性有機化合物及び水を含む。

発泡ポリスチレンとしては、特に限定されないが、梱包材として利用されている発泡スチロール、スタイロフォーム等の断熱材等が挙げられる。

発泡ポリスチレンに減容剤を付与すると、発泡ポリスチレンは、減容剤により軟化し、泡立ちながら減容する。このとき、減容剤により軟化した発泡ポリスチレンは、減容剤中に溶出していない。このため、発泡ポリスチレンの減容装置の各種機械部品に減容された発泡ポリスチレンが固着しにくい。これは、各種機械部品の表面に、減容剤中の水の薄層が形成されるためであると考えられる。また、減容されたポリスチレンを水に浸漬すると、減容されたポリスチレン内の水溶性有機化合物が水に拡散する。このため、減容された発泡ポリスチレンから減容剤を簡便に除去することができる。

なお、発泡ポリスチレンと減容剤の界面においては、水溶性有機化合物が発泡ポリスチレンに拡散するため、発泡ポリスチレンを軟化させることができる。一方、水は、ポリスチレンの貧溶媒であるため、減容された発泡ポリスチレンは、水に溶出することができない。また、減容されたポリスチレンを水に浸漬すると、水と減容されたポリスチレンの間で水溶性有機化合物の濃度勾配が発生するため、水溶性有機化合物が水に拡散する。

一方、水溶性有機化合物を単独で発泡ポリスチレンに付与すると、発泡ポリスチレンは、泡立ちながら水溶性有機化合物に溶出し、減容する。このとき、減容された発泡ポリスチレンは、粘調なペースト状となる。このため、発泡ポリスチレンの減容装置の各種機械部品に減容された発泡ポリスチレンが固着しやすい。ここで、水溶性有機化合物の質量の２倍程度の発泡ポリスチレンが溶解できる限界といわれており、発泡ポリスチレンを減容するためには、大量の水溶性有機化合物を必要とする。また、減容された発泡ポリスチレンから水溶性有機化合物を除去するのに、長時間を要する。

水溶性有機化合物の溶解度パラメーターは、通常、８．０〜９．５ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３である。

なお、水溶性有機化合物とは、２５℃における水に対する溶解度が１ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏ以上である有機化合物を意味する。ここで、有機化合物が水に溶解しているとは、有機化合物及び水を混合した後、１日静置した場合に、均一で透明な状態を維持していることを意味する。

減容剤の水溶性有機化合物に対する水の質量比は、通常、５／９５〜２５／８５であり、１０／９０〜２０／８０であることが好ましい。減容剤の水溶性有機化合物に対する水の質量比が１０／９０以上であることにより、減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬する時間を短縮することができる。一方、減容剤の水溶性有機化合物に対する水の質量比が２０／８０以下であることにより、発泡ポリスチレンを減容する時間を短縮することができる。

水溶性有機化合物は、揮発性であってもよいが、回収しやすいことから、不揮発性であることが好ましい。

水溶性有機化合物は、ジアルキルグリコールエーテルであることが好ましい。

ジアルキルグリコールエーテルとしては、特に限定されないが、一般式

（式中、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基又はアラルキル基であり、ｎは、３〜１０である。）
で表される化合物、一般式

（式中、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基又はアラルキル基であり、ｎは、３〜１０であり、ｍは、１〜３である。）
で表される化合物等が挙げられる。

Ｒ_１及びＲ_２におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等が挙げられる。

Ｒ_１及びＲ_２におけるアルケニル基としては、アリル基等が挙げられる。

Ｒ_１及びＲ_２におけるアラルキル基としては、ベンジル基等が挙げられる。

ｎが３又は４であると、水溶性有機化合物及び水を含み、水溶性有機化合物に対する水の質量比が４である混合液が曇点を有する。この場合、減容された発泡ポリスチレンを浸漬する水の温度を混合液の曇点以上にすることにより、水溶性有機化合物及び水が相分離するため、水溶性有機化合物を回収しやすくなる。

図１に、発泡ポリスチレンの減容装置の一例を示す。

発泡ポリスチレンの減容装置１０は、発泡ポリスチレンＦを投入する投入口１１と、投入された発泡ポリスチレンＦに減容剤（不図示）を塗布して減容するスプレーガン１２と、投入口１１に対して、鉛直方向下側に設置されており、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'を加圧して板状に変形させる加圧ローラ対１３と、加圧ローラ対１３に対して、鉛直方向下側に設置されており、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水に浸漬して減容剤を除去する水槽１４と、減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'を装置外に搬送する搬送ベルト１５から構成される。

ここで、発泡ポリスチレンＦの表面に減容剤が付着すると、水溶性有機化合物が直ちに発泡ポリスチレンＦの内部に拡散するため、発泡ポリスチレンＦが軟化して減容する。また、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'は、加圧ローラ対１３により加圧されると、内部の気体が抜けて、板状に変形する。さらに、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、水槽１４に自由落下して水に浸漬される。その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'からの水溶性有機化合物が水に拡散して除去される。また、減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'は、搬送ベルト１５により装置外に搬送された後、積み重ねられ、再生ポリスチレン原料となる。

再生ポリスチレン原料は、減容剤が除去されているため、機械的強度を向上させることができる。

このとき、板状に圧縮された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水に浸漬すると、水槽１４中の水溶性有機化合物の濃度が上昇する。このため、水槽１４に水溶性有機化合物の濃度を検知するセンサを設置して、所定の水溶性有機化合物の濃度で、水槽１４の水を交換してもよい。

センサとしては、特に限定されないが、粘度センサ、導電率センサ等が挙げられる。

また、例えば、２５℃における水に対する溶解度が１０ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏである水溶性有機化合物を用いてもよい。この場合、板状に圧縮された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水に浸漬すると、水槽１４内で、溶解度を超える水溶性有機化合物の相が水相と分離する。このため、水槽１４内で、板状に圧縮された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水相に浸漬するようにしておけば、水を交換しなくてもよい。また、水溶性有機化合物の相から水溶性有機化合物を回収する機構を設置して、水溶性有機化合物を再利用してもよい。

さらに、水溶性有機化合物及び水を含み、水溶性有機化合物に対する水の質量比が４である混合液が曇点を有する水溶性有機化合物を用いてもよい。この場合、水槽１４を混合液の曇点以上に加熱すると、水及び水溶性有機化合物が相分離するため、水溶性有機化合物を回収しやすくなる。

このとき、混合液に含まれる水及び水槽１４中の水に同一の濃度でアルカリ金属塩が溶解していることが好ましい。ここで、混合液において、水の代わりに、アルカリ金属塩の水溶液を用いると、曇点を低下させることができる。このため、水槽１４を加熱する温度を低下させることができる。

アルカリ金属塩としては、特に限定されないが、塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、硫酸ナトリウム等が挙げられる。

水に対するアルカリ金属塩の質量比は、通常、０．１０〜０．２０程度である。

本実施例中、部は、質量部を意味する。

（実施例１）
溶解度パラメーターが８．４９ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のトリエチレングリコールアリルメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝アリル基、Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝３）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

発泡ポリスチレンの減容装置１０（図１参照）を用いて、発泡ポリスチレンＦを減容した。このとき、発泡ポリスチレンＦとして、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさに裁断した密度が０．０１５ｇ／ｃｍ^３の発泡ポリスチレンの断片を用いた。また、加圧ローラとして、直径が４０ｍｍの鋳造金属ローラを用い、２個の加圧ローラ間の距離を１ｍｍに設定した。このとき、加圧ローラ対１３を鉛直方向に２段設置し、２回加圧した。さらに、水槽１４は、水１Ｌで満たした。

その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、厚さが１ｍｍであり、手で容易に曲がる程度の硬さであった。このとき、発泡ポリスチレンＦに減容剤を塗布してから３秒後に、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が加圧されるように、加圧ローラ対１３を設置した。また、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水槽１４中の水に１時間浸漬すると、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'が得られ、減容剤を簡便に除去することができた。

（実施例２）
溶解度パラメーターが８．５７ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のテトラエチレングリコールアリルメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝アリル基、Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝４）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

得られた減容剤を用いた以外は、実施例１と同様にして、発泡ポリスチレンＦを減容した。

（実施例３）
溶解度パラメーターが８．９０ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のヘキサエチレングリコールアリルメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝アリル基、Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝６）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例４）
溶解度パラメーターが８．５１ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のテトラエチレングリコールジアリルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝Ｒ_２＝アリル基、ｎ＝４）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例５）
溶解度パラメーターが９．２０ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のノナエチレングリコールジアリルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝Ｒ_２＝アリル基、ｎ＝９）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例６）
溶解度パラメーターが８．４８ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のテトラエチレングリコールジメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝４）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例７）
溶解度パラメーターが８．４９ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のテトラエチレングリコールジエチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝Ｒ_２＝エチル基、ｎ＝４）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例８）
溶解度パラメーターが８．４５ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のテトラエチレングリコールイソブチルメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝イソブチル基、Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝４）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（実施例９）
溶解度パラメーターが９．３３ｃａｌ^１／２／ｃｍ^２／３のペンタエチレングリコールベンジルメチルエーテル（一般式（１）において、Ｒ_１＝ベンジル基、Ｒ_２＝メチル基、ｎ＝５）９０部及び水１０部を混合攪拌して減容剤を得た。

（比較例１）
減容剤として、トリエチレングリコールアリルメチルエーテルを単独で用いた以外は、実施例１と同様にして、発泡ポリスチレンＦを減容した。

その結果、発泡ポリスチレンＦが減容剤に溶出し、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が粘調なペースト状となって、加圧ローラ対１３に巻きつき、水槽１４に落下しなかった。

なお、加圧ローラ対１３に巻きついた発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'を剥がして水槽１４中の水に浸漬したところ、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物を得るのに１日を要した。

（実施例１０）
トリエチレングリコールアリルメチルエーテル９５部及び水５部を混合攪拌して減容剤を得た。

その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、厚さが１ｍｍであり、手で容易に曲がる程度の硬さであった。このとき、発泡ポリスチレンＦに減容剤を塗布してから３秒後に、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が加圧されるように、加圧ローラ対１３を設置した。また、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水槽１４中の水に半日浸漬すると、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'が得られ、減容剤を簡便に除去することができた。

（実施例１１）
トリエチレングリコールアリルメチルエーテル８５部及び水１５部を混合攪拌して減容剤を得た。

その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、厚さが１ｍｍであり、手で容易に曲がる程度の硬さであった。このとき、発泡ポリスチレンＦに減容剤を塗布してから１０秒後に、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が加圧されるように、加圧ローラ対１３を設置した。また、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水槽１４中の水に１時間浸漬すると、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'が得られ、減容剤を簡便に除去することができた。

（実施例１２）
トリエチレングリコールアリルメチルエーテル８０部及び水２０部を混合攪拌して減容剤を得た。

その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、厚さが１ｍｍであり、手で容易に曲がる程度の硬さであった。このとき、発泡ポリスチレンＦに減容剤を塗布してから２０秒後に、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が加圧されるように、加圧ローラ対１３を設置した。また、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水槽１４中の水に３０分間浸漬すると、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'が得られ、減容剤を簡便に除去することができた。

（実施例１３）
トリエチレングリコールアリルメチルエーテル７５部及び水２５部を混合攪拌して減容剤を得た。

その結果、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'は、厚さが１ｍｍであり、手で容易に曲がる程度の硬さであった。このとき、発泡ポリスチレンＦに減容剤を塗布してから１分後に、発泡ポリスチレンの減容物Ｆ１'が加圧されるように、加圧ローラ対１３を設置した。また、板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物Ｆ２'を水槽１４中の水に３０分間浸漬すると、手では変形しない程度の硬さの減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物Ｆ３'が得られ、減容剤を簡便に除去することができた。

（実施例１４）
投げ込み式のヒーターを用いて、水槽１４を６０℃に加熱した以外は、実施例１と同様にして、発泡ポリスチレンＦを減容した。ここで、トリエチレングリコールアリルメチルエーテル及び水からなり、質量比が２０：８０の混合液は、曇点が４０℃であった。

さらに、発泡ポリスチレンの減容を繰り返すと、水槽１４中の水が濁り始め、トリエチレングリコールアリルメチルエーテル及び水が相分離した。このとき、相分離したトリエチレングリコールアリルメチルエーテルをポンプで回収し、減容剤の原料として再利用した。

（実施例１５）
水槽１４を２０質量％酢酸ナトリウム水溶液１Ｌで満たした以外は、実施例１と同様にして、発泡ポリスチレンＦを減容した。ここで、トリエチレングリコールアリルメチルエーテル及び２０質量％酢酸ナトリウム水溶液からなり、質量比が２０：８０の混合液は、曇点が２５℃であった。

１０発泡ポリスチレンの減容装置
１１投入口
１２スプレーガン
１３加圧ローラ対
１４水槽
１５搬送ベルト
Ｆ発泡ポリスチレン
Ｆ１' 発泡ポリスチレンの減容物
Ｆ２' 板状に変形した発泡ポリスチレンの減容物
Ｆ３' 減容剤が除去された発泡ポリスチレンの減容物

特表平９−５０３２３５号公報

Claims

発泡ポリスチレン用減容剤を発泡ポリスチレンに付与して減容する工程と、
該減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬して前記発泡ポリスチレン用減容剤を除去する工程を有し、
前記発泡ポリスチレン用減容剤は、ポリスチレンを溶解又は膨潤させることが可能な水溶性有機化合物及び水を含むことを特徴とする発泡ポリスチレンの減容方法。
前記発泡ポリスチレン用減容剤は、前記水溶性有機化合物に対する水の質量比が１０／９０以上２０／８０以下であることを特徴とする請求項１に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
前記水溶性有機化合物がジアルキルグリコールエーテルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
前記ジアルキルグリコールエーテルは、一般式

（式中、Ｒ _１及びＲ _２は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基又はアラルキル基であり、ｎは、３以上１０以下である。）
で表される化合物又は一般式

（式中、Ｒ _１及びＲ _２は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基又はアラルキル基であり、ｎは、３以上１０以下であり、ｍは、１以上３以下である。）
で表される化合物であることを特徴とする請求項３に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
前記ｎは、３又は４であることを特徴とする請求項４に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
前記水溶性有機化合物及び水を含み、前記水溶性有機化合物に対する水の質量比が４である混合液が曇点を有し、
前記減容された発泡ポリスチレンが浸漬される水の温度が該混合液の曇点以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
前記混合液に含まれる水及び前記減容された発泡ポリスチレンが浸漬される水に、同一の濃度でアルカリ金属塩が溶解していることを特徴とする請求項６に記載の発泡ポリスチレンの減容方法。
発泡ポリスチレン用減容剤を発泡ポリスチレンに付与して減容する手段と、
該減容された発泡ポリスチレンを水に浸漬して前記発泡ポリスチレン用減容剤を除去する手段を有し、
前記発泡ポリスチレン用減容剤は、ポリスチレンを溶解又は膨潤させることが可能な水溶性有機化合物及び水を含むことを特徴とする発泡ポリスチレンの減容装置。