JP6517235B2 - ポリエステル／羊毛混紡からポリエステルを回収するプロセス - Google Patents

Description

本出願は ２０１４年１月６日に出願されたインド特許出願Ｎｏ．４１３３／ＭＵＭ／２０１３への分割出願を成し、その全内容を参照文献としてここに特に合体した。

本発明はポリエステルの回収プロセスに関する。特に、本発明はポリエステル成分及びポリエステル以外の成分生成物をポリエステル／羊毛の混紡から構成される物品から回収するプロセスに関する。

ポリエステル及び、羊毛や絹等多くの物質とポリエステルの混紡は、柔軟性及び数々の望ましい特性があるので、衣類、家庭用備品、装飾材料、容器、カーペットや類似の物品等多くの物品に応用されている。

廃棄又は使用済みポリエステルは廃棄物処理場で焼却又は埋められている。これらの方法はよく行われているとはいえ、環境には極めて有害である。土壌中の微生物はポリエステルを分解できず、土壌中に蓄積するからである。このように蓄積されたポリエステルは土壌中環境に存在する植物界と動物界の成長及び拡大を妨害し、このため生態系均衡が阻害される。

科学研究者らによって上記の二律背反状況を克服する試みがなされてきた。しかし従来の方法には、リサイクルプロセスを厄介にする高価な加水分解薬剤と複雑な方法の使用といったようないくつかのデメリットがある。従って、ポリエステルを混合物から容易に分離でき、ポリエステルその他の加水分解生成物をリサイクリングや再使用のために適合させるための簡素で効果的なプロセスを提供するニーズが存在する。

発明の目的
いくつかの実施形態を適用した本発明の目的のうちのいくつかを次に説明する。

本発明の目的は、ポリエステル成分及び非ポリエステル成分生成物をポリエステル混紡から構成される物品から回収するプロセスを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、ポリエステル成分及び非ポリエステル成分生成物をポリエステルの混紡から構成される物品から回収するプロセスであって、ポリエステル製品の廃棄に関連した環境への危害を発生させないプロセスを提供することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、ポリエステル成分及び非ポリエステル成分生成物をポリエステルの混紡から構成される物品から回収する、簡素で複雑な処理工程を用いないプロセスを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ポリエステル成分をポリエステル／羊毛混紡から構成される物品から回収するプロセスを提供することである。

先行技術の持つ１つまたは複数の課題を改善するまたは少なくとも有用な代替手段を提供することが本発明のさらに一つの目的である。

本発明のその他の目的と優位性は、本発明の範囲をこれに限定することは意図されていない、次の説明および付帯図面によってさらに明らかとなる。

発明の要約
本発明はポリエステル成分及びポリエステル成分生成物をポリエステル混紡から構成される物品から回収するプロセスを提供する。典型的に、ポリエステルの混紡はポリエステル成分と非ポリエステル成分であって、ポリエステル成分はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、非ポリエステル成分は羊毛である。プロセスは一つ以上の加水分解剤を使用して物品を加水分解し、前記非ポリエステル成分を非ポリエステル成分の産物に転換し、この過程でポリエステル成分を生成させる。物品を加水分解する手順は、温度範囲９０〜１６０℃、処理時間１０〜９０分、圧力範囲５〜２５ｐｓｉで実行する。

限定されることがない付帯図面を参照しつつ本発明を説明する。：
図１は実施例１によって開示されたプロセスを経た後のＰＥＴ／綿（７５：２５）繊維の混紡の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図解したものである。図１Ａは対照区ＰＥＴ／羊毛（未処理）であり、ここに：（ａ）はポリエステル（ｂ）は羊毛を表す。図１Ｂはアルカリ、プロテアーゼ、リパーゼで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。図１Ｃは４％ＮａＯＨで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。 図２は実施例２によって開示されたプロセスを経た後のＰＥＴ／綿（７５：２５）繊維の混紡の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図解したものである。図２Ａは０．５％（ｗ／ｖ）炭酸カルシウムで処理後のＰＥＴ／羊毛生地を表す：（ａ）はポリエステル（ｂ）は羊毛を表す。図２Ｂは０．５％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛生地を表す。図２Ｃは０．５％（ｗ／ｖ）水酸化カルシウムで処理後のＰＥＴ／羊毛生地を表す。図２Ｄは０．５％（ｗ／ｖ）水酸化ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。 図３は実施例３によって開示されたプロセスを経た後のＰＥＴ／綿（７５：２５）繊維の混紡の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図解したものである。図３Ａは対照区ＰＥＴ／羊毛（未処理）であり、ここに：（ａ）はポリエステル（ｂ）は羊毛を表す。図３Ｂは０．５％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛生地を表す。図３Ｃは１．０％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。図３Ｄは２．０％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。図３Ｅは３．０％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。図３Ｆは４．０％（ｗ／ｖ）炭酸ナトリウムで処理後のＰＥＴ／羊毛を表す。

発明の詳細な説明
ポリエステルとポリエステル混合物の生産、流通及び消費は年を経るに連れ大幅に増大してきた。しかしこの事態は廃棄物処分の問題を悪化させることに繋がった。本発明の発明者らは、ポリエステルと非ポリエステル成分をポリエステル混紡を含む使用済み又は廃棄品から回収して再使用し、これらの環境への処分を不要にするためのプロセスを開発した。本発明の目的上、「物品」という場合元々の標準的意味に加え、ポリエステル／羊毛の混紡から成る製品も含むものとし、これは衣類、家庭用備品、装飾材料、容器、カーペット、ストライプ、パイプ類から構成される群から選択される物品から選択されるものとする。

本発明のプロセスに従って、ポリエステル混合物はポリエステル成分と非ポリエステル成分から組成される。典型的に、ポリエステル成分はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり、非ポリエステル成分は羊毛である。下記に説明されるプロセスを開始する前にこれらの物品をオプションとしてシュレッダーで粉砕する。

本発明のプロセスに従い物品は規定温度、圧力、処理時間一つ以上の加水分解剤を使用し加水分解して非ポリエステル成分をその生成物に変換する。この際ポリエステル成分が分離される。所定温度範囲９０〜１６０℃、加水分解時間１０〜９０分、所定圧力範囲５〜２５ｐｓｉで処理した。本発明に使用した加水分解剤は、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムから構成される群から選択される一種類以上のアルカリであり、濃度範囲３〜５％である。一実施例において、加水分解プロセスをオートクレーブで行った。加水分解による生成物を代替的には中和して加水分解地を洗浄する。

アルカリ加水分解後、物品は代替的には酵素で処理し、非ポリエステル成分をその生成物に転換し、さらにポリエステル成分と非ポリエステル成分を分離した。典型的に、酵素処理はリン酸ナトリウム等の緩衝剤の存在下でリパーゼとプロテアーゼから構成される群から選択される一種類以上の酵素で醸成する工程を含む。典型的に、緩衝剤の強度は８０〜１２０ｍＭ、ｐＨ６．０〜８．０である。さらに、醸成手順は処理時間１５〜４８時間、温度範囲４０〜６０℃で行い、次に回転速度範囲１５０〜２５０ｒｐｍで攪拌した。本発明のプロセスに従い酵素はリパーゼとプロテアーゼの混合物である。さらに、酵素の濃度範囲は１〜１０ｇ／Ｌである。前記の酵素による醸成でポリエステル成分が非ポリエステル成分からさらに分離され、分離された成分を回収した。

「非ポリエステル成分の生成物」という用語には、アルカリ加水分解及び／又は酵素処理の手順の後で得られる又は残留した非ポリエステル成分の生成物又はその断片を含む。一実施形態において、「非ポリエステル成分の生成物」は非ポリエステル成分の分解生成物である。

酵素処理段階を実施するという本発明の特質的な面としては、非ポリエステル成分とポリエステル成分を二回分離することで、最初の分離は加水分解段階に化学的に行われ、第二の分離は酵素を使用して生物学的に行う。この分離工程を経て両方の成分を効果的に分離し、最大限回収できる。

本発明を以下の限定することのない実施形態に照らして説明する。

ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）混紡は本発明のプロセスに従ってポリエステルと非ポリエステル成分の回収に関して試験した。プロセスを次のように最適化した。

実施例１：ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）の酵素加水分解

試料：ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）
ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）生地に数回加水分解処理を行い、ＰＥＴと羊毛を分離した。これらの実験とその結果を下の表１に示す。
アルカリ加水分解を試験した実験においては、ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）を４％ＮａＯＨでオートクレーブして１２１℃で１５分間加水分解した。もう一つの試験においては、処理せずにＰＥＴ／羊毛（７５：２５）を醸成し５０℃で醸成したプロテアーゼ（Ｐａｐａｉｎ，ＳＲＬ ｌｔｄ）次にリパーゼ（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）をｐＨ７．０の１００ｍＭＮａリン酸塩緩衝剤の存在下において処理した。ここに、緩衝剤４０ｍｌ当たり試料０．１ｇを採取した。プロテアーゼ処理による醸成時間は１６時間、リパーゼでは４８時間とした。両酵素の濃度は５ｇ／Ｌとした。

結果（表１）と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（図１）は以下のことを示す：
・ 羊毛を混紡から分離するにはアルカリ処理のみで十分である。
・ アルカリ処理せずに酵素のみで処理すると、羊毛をＰＥＴ／羊毛から加水分解する効果はない。
このことは図１Ｂ（アルカリと酵素で処理後の混紡）と図１Ｃ（アルカリのみで処理後）において、羊毛は完全に除去されＰＥＴ生地のみ見えるという事実から導かれた。

実施例２：異なるアルカリの効果

試料：ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）
重量０．５ｇのＰＥＴ／羊毛混紡（７５：２５）試料を炭酸ナトリウム０．５％（ｗ／ｖ）、水酸化ナトリウム０．５％（ｗ／ｖ）、炭酸カルシウム０．５％（ｗ／ｖ）、水酸化カルシウム０．５％（ｗ／ｖ）等の異なるアルカリで前処理した。実験に使用した生地重量比は１．２５％（ｗ／ｖ）、試料はアルカリ中で１２１℃で１５分オートクレーブした。オートクレーブ後、生地試料を完全に濯ぎ、アルカリ残留物を除去して乾燥し、減量値を記録した。

０．５％ＣａＣＯ_３では羊毛をＰＥＴから分離できないこと（図２Ａ）が観察された。同様に、微量の羊毛生地が０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３で処理後に観察された（図２Ｂ）。羊毛の完全除去は、０．５％Ｃａ（ＯＨ）_２（図２Ｃ）と０．５％ＮａＯＨ（図２Ｄ）で処理後に観察された。

結果（表２）と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像 （図２）は以下のことを示している：
・ ＣａＣＯ_３以外の全ての場合において羊毛を混紡から除去するにはアルカリ処理のみで十分である
・ ０．５％ＣａＣＯ_３のみでの処理は羊毛を除去する効果がない

ＮａＯＨとＣａ（ＯＨ）_２は環境の観点からより有害であるが、Ｎａ_２ＣＯ_３はＮａＯＨとＣａ（ＯＨ）_２と同様の結果が得られるのでプロセス最適化のために最優先されるアルカリである。

実施例３：プロセス最適化- アルカリ濃度

試料：ＰＥＴ／羊毛（７５：２５）
生地重量比１．２５％（ｗ／ｖ）のＰＥＴ／羊毛生地（７５：２５）を異なる濃度（０〜４％）のＮａ_２ＣＯ_３で前処理した。前処理は４０ｍｌＮａ_２ＣＯ_３と０．５ｇの生地試料で行った。オートクレーブは１２１℃で１５分行い、オートクレーブ後、生地試料を完全に濯ぎ、アルカリ残留物を除去して乾燥し、減量値を記録した。

結果（表３）とＳＥＭ画像（図３）に基づいて、濃度１％以上のＮａ_２ＣＯ_３で処理したところ羊毛は完全に除去された。未処理生地試料で減量は記録されなかった。

本発明の実施例ならびに多様な特長および優位性の詳細を限定することのない実施例を参照することによって次に説明する。確立している既存のコンポーネントならびに処理技術についての説明は省略し、本発明の実施例についての理解を不要に困難にしないようにした。本発明に使用されている例は単に本発明の実施例を実用化可能にする方法の理解を容易にし、この分野の技能を持つ者が本発明の実施例を実施することを可能にすることのみを目的としている。従って、例によって本発明の実施例の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

前記の具体的実施例は本発明の実施例が持つ一般的性質をじゅうぶんに明らかにしているので、現状の知識を適用することにより他者は前記の一般的概念から乖離することなく前記の具体的実施例を異なる用途のために変更および／または適合することができる。従って、同適合や変更は本発明の実施例と同等の物としての意味およびその範囲で理解されることが意図されるべきであり、意図されている。本明細書に使用されている句節の用法や用語は説明目的のためであって限定するために使用されてはいない。従って、本明細書に記載された実施例は優先的実施例に基づいて説明されていると同時に、同分野の技能を有する者は本明細書に記載された実施例が本明細書で説明された実施例の意図および範囲で変更しても実践可能であることが認められる。

技術的優位性と経済的意義
・ 本発明に開示されたプロセスはポリエステルの高回収率による回収とリサイクルを容易にする。
・ 本発明のプロセスは環境に無害な廃棄ポリエステルの処分手段を提供する。

本明細書を一貫して用語「成す」「構成する」やその類語としての「組成する」または「なしている」は記載されている要素、整数または手順または要素、整数または手順の群を含むがその他の要素、整数または手順またはその他の要素、整数または手順の群を除くことなくこれらを含むことを含意している。

「少なくとも」または「少なくとも１つの」という表現の使用は、１つまたは複数の目的物質または結果を得るために、本発明の実施例において使用される場合があることに従い、１つまたは複数の要素または成分または数量の使用を示唆している。

異なる物理パラメータ、寸法や数量を表す数値は概数であって、物理パラメータ、寸法や数量に代入された数値より高い値は本発明と請求項の範囲に含まれることが意図されている。但し、明細書に逆の記載がなされている場合はこの限りではない。

本発明のいくつかの実施形態が説明されたが、これらの実施形態は例までとしてのみ記載されているのであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明のプロセスまたは合化合物または処方または組み合わせの変種または変更は本発明の範囲内である限り、本発明を検討するに当たり当分野に関する技能を有する者には可能でありうる。このような変種や変更は本発明の範囲に含まれる。付帯請求項その等価項目は本発明の範囲と本質の範囲に入る同形態または変更を含むことを意図している。

Claims (8)

1. ポリエステル成分と非ポリエステル成分とを含み、前記非ポリエステル成分が羊毛であるポリエステル混紡から構成される物品からポリエステル成分及び、非ポリエステル成分の生成物を回収するプロセスであって、濃度範囲３〜５％（ｗ／ｖ）かつｐＨ範囲７〜１４の一種類以上のアルカリである一つ以上の加水分解剤を使用して、温度範囲９０〜１６０℃、処理時間範囲１０〜９０分、圧力範囲５〜２５ｐｓｉで前記物品を加水分解し、その後、洗浄を行って前記アルカリ及び前記非ポリエステル成分の生成物を除去し、乾燥を行って前記ポリエステル成分を回収することを特徴とするプロセス。
2. 請求項１で請求されるプロセスであって、ここに、前記の物品の前記の加水分解手順には前記の物品のシュレッド前処理を含む。
3. 請求項１で請求されるプロセスであって、ここに、前記の物品の前記の加水分解手順がオートクレーブを使用するものである。
4. 請求項１で請求されるプロセスであって、ここに、前記アルカリが、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムから選択される一種類以上である。
5. 請求項１で請求されるプロセスであって、アルカリ加水分解後、リパーゼとプロテアーゼから構成される群から選択される一種類以上の酵素による加水分解手順を経た後、物品を醸成してポリエステル成分と非ポリエステル成分をさらに分離して回収する。
6. 請求項５で請求されるプロセスであって、ここに、前記の醸成手順は、強度範囲８０〜１２０ｍＭ、ｐＨ範囲６．０〜８．０の緩衝剤を投入して、処理時間範囲１５〜４８時間、温度範囲４０〜６０℃で行い、前記の緩衝剤はリン酸ナトリウムである。
7. 請求項５で請求されるプロセスであって、ここに、醸成手順は回転速度１５０〜２５０ｒｐｍの範囲による攪拌である。
8. 請求項５で請求されるプロセスであって、ここに、前記の酵素はリパーゼとプロテアーゼの混合物であって、その濃度範囲は１〜１０ｇ／Ｌである。