JP6535178B2 - ポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法 - Google Patents
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Description
PETボトルのリサイクル方法としては、一般に回収されたPETボトルを粉砕、アルカリ洗浄して繊維等に再利用するマテリアルリサイクルや、回収されたPETボトルを化学分解して、原料レベルに差し戻してポリエチレンテレフタレートを再合成するケミカルリサイクル(化学分解法)、及びマテリアルリサイクルにおけるアルカリ洗浄をより厳密に行うこと、或いは高温で真空乾燥すること等によって、マテリアルリサイクルよりもPETの汚れを確実に取り除くことを可能にし、更に固相重合等によって重合度を高めたメカニカルリサイクルが知られている(特許文献1及び2等)。
PETボトルの粉砕及び異物除去の方法として、例えば、下記特許文献3には、PETボトルの粉砕に湿式粉砕機を用い、粉砕機内に水又は洗剤を含有する水を注入して粉砕を行うことが記載されている。
このように、リサイクルPETに、多層PETボトルから製造されたPET以外の樹脂が含有されてしまうと、このリサイクルPET材を使用した製品が黄色味を帯びる等、品質が低下するという問題がある。
1.前記加熱工程において、粉砕物を80〜250℃の温度で加熱すること、
2.前記粉砕工程後に、前記粉砕物からの異物分離除去工程、粉砕物の洗浄工程、洗浄後の脱水工程を有し、粉砕工程後、または粉砕工程より後の何れかの工程後に粉砕物の加熱を行う、加熱工程を有し、加熱工程よりも後の工程に少なくとも1つの選別工程を有すること、
3.前記粉砕工程直後の粉砕物の温度が50℃以下であること、
4.前記粉砕工程を水分の存在下で行うこと、
5.前記ポリエチレンテレフタレートとは熱膨張係数の異なる樹脂が、ポリアミド樹脂であること、
が好適である。
また本発明により製造されたPETフレークは、ケミカルリサイクルは勿論、メカニカルリサイクルにも使用することができる。
更に本発明においては、従来のPETフレークの製造工程の所定の段階に加熱工程を加えることで効率よく多層PETボトルの層間剥離を促進することが可能になり、既存のPETフレーク製造システムを利用することもできる。
本発明においては、前述したとおり、市場に出回り、リサイクルのために回収されるPETボトルが多層PETボトルを含有し、この多層PETボトルのPET樹脂以外の樹脂がPETの熱膨張係数と相違する点に着目し、粉砕工程により粉砕された多層PETボトルの粉砕物を加熱することにより、多層PETボトルの粉砕物においてPETから成る層とPET以外の樹脂を含む層の界面に熱膨張係数の相違による歪を生じさせることにより、層間が剥離し、PETとPET以外の樹脂を分離することが可能になる。
本発明のPETフレークの製造方法に適用可能な多層PETボトルは、PETから成る層と、PETとは熱膨張係数(ASTM D 696に準拠)の異なる樹脂を含む層を有するものであり、使用されているPETと熱膨張係数が異なる限り、PET以外の樹脂を含む層が一層であってもよいし、複数の層であってもよい。またPET以外の樹脂は複数種であってもよい。
尚、多層PETボトルにおいて、PETから成る層とPET以外の樹脂を含む層の胴部における各層の厚み比は、1:4〜1:12の範囲にあることが、後述するように、PET以外の樹脂を含む層を容易に除去する上で望ましい。
また本発明の製造方法においては、このような多層PETボトルと共に、単層PETボトルが一緒に製造工程に供給されてもいいことは言うまでもない。
テレフタル酸成分以外のカルボン酸成分としては、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、p−β−オキシエトキシ安息香酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェノキシエタン−4,4’−ジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等を挙げることができる。
一方、エチレングリコール以外のアルコール成分としては、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−へキシレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビタン等のアルコール成分を挙げることができる。
尚、一般にPETボトルに使用されているPETは、共重合PETを含めて成形方法によるが、熱膨張係数は、ガラス転移点(約80℃)未満において約17(10−5/K)、ガラス転移点(約80℃)を超えると大きくなり、約39(10−5/K)である。
本発明においては、PET以外の樹脂は、使用されているPETとの熱膨張係数の差があれば良いが、加熱温度において20(10−5/K)以上であることが特に好適である。これによりPET層とPET以外の樹脂を含む層を容易に剥離することができ、加熱温度を過度に上昇させる必要がなく、熱効率よくPETとPET以外の樹脂を分離することが可能になる。
尚、一般にPETボトルは、上記PETから成るプリフォームを二軸延伸ブロー成形して成るボトルを意味するが、本発明においては、PETを主成分とする限り、ボトル形状に限定されず、圧空成形等によるカップやトレイ等のポリエステル容器であっても有効にPETのみから成るフレークを製造することができる。
本発明のPETフレークの製造方法は、PETボトルの粉砕工程、加熱工程及び選別工程を少なくとも有していることが必要であり、選別工程としては、磁選別工程、アルミニウム選別工程、風力選別工程、比重分離工程等の工程を挙げることができ、この選別工程で異物の選別と除去を行う。また、これに限定されないが、図1及び図2に示した工程順序で行うことが望ましい。
また図2は、本発明のPETフレークの製造工程の他の一例を示すフローチャートであり、この製造方法においては、振動篩による異物分離・除去工程、磁選別工程、アルミ選別工程、湿式粉砕工程、スラッジ分離工程、加熱工程、比重分離工程、洗浄工程、脱水工程、風力選別・除去工程から成っている。
粉砕機内に水分が存在する湿式粉砕においては、粉砕時の温度上昇を抑制して樹脂の融着を防止できると共に、粉砕機への噛み込み等を防止することができるが、乾式粉砕による場合でも、粉砕機の回転速度やPETボトルの導入量を制御して、粉砕機内の温度をPETのTg以下の温度に維持しながら粉砕することにより、樹脂の融着などを防止することができる。
加熱された多層フレークは熱膨張係数の相違から、PETから成る層とPET以外の樹脂を含む層の界面で歪が生じることから、これらの層間が剥離し、PETから成る層とPET以外の樹脂を含む層が部分的或いはほぼ完全に剥離したPETフレークとなる。
湿式粉砕により粉砕されたPET等フレークでは、特にPETから成る層とPET以外の樹脂を含む層の層間に水分が入り込み、加熱することにより水分が膨張し、PETから成る層とPET以外の樹脂を含む層の剥離を促進する。一方、乾式粉砕により粉砕されたPET等フレークでは、より高い加熱温度の方が、熱膨張の影響がでて剥離が促進される。しかし、加熱温度が250℃よりも高いと、PETから成る層とPET以外の樹脂を含む層との融着が起きてしまい剥離されず、80℃より低いと、熱膨張係数の相違が小さく剥離が促進されない。
尚、乾式粉砕及び湿式粉砕の方法においても加熱工程を経たPETフレーク等の温度は50℃以下であることが好ましい。上記温度よりもPETフレーク等の温度が高いと粉砕時のフレークの融着、装置へのPETボトルの噛み込み、及び装置への過負荷のおそれがあり、リサイクルPET材の品質の低下、生産効率の低下のおそれがある。
洗浄水を脱水した後、図1に示す乾式粉砕による場合では、目的物であるPETフレークが製造される。また湿式粉砕による場合には、脱水後、風力選別工程で、今までの工程で除去できなかったPET以外の樹脂から成るフレークや、ラベルや粉塵等を除去することによって、目的物であるPETフレークが製造される。
これらのPETフレークはPET以外の異物、特に多層PETボトルに含有されていたPET以外の樹脂が除去されており、フレークの最長部分の長さが5〜20mmの範囲にあるPETフレークが効率よく製造されている。
例えば、図1に示した乾式粉砕による場合には、粉砕工程で、粉砕と同時に加熱することもできるが、加熱温度によってはPETが軟化し、樹脂の噛み込みを生じるおそれがあるので、加熱条件を制御する必要がある。また粉砕工程後から洗浄工程の前までの間、または同時に加熱工程を設けることもできる。
図2に示した湿式粉砕による場合には、粉砕工程後、最終選別工程である風力選別工程までの各工程間、または同時に加熱工程が設けられていればよい。
また図1及び図2に示した工程の順序は一例であり、その順序及び洗浄工程や風力選別工程の回数は限定されない。例えば、乾式粉砕後また洗浄工程における洗浄水を利用してラベル等の比重分離工程を行うこと等、種々の変更が可能である。
各実施例、比較例にて使用した多層のPETボトル、測定方法は次のとおりである。
PETボトルA:PET層/バリア材入り層/PET層
PETボトルB:PET層/バリア材入り層/PET層/バリア材入り層/PET層
上記PETボトルA,Bをそれぞれ、1.5mm角(正方形)のPET片に切り出して
測定に用いた。
<測定方法>
(1)乾式粉砕様測定
切り出したPET片をアルミシャーレに採取し、PET層とバリア材入り層が剥離していないPET片10枚を、各設定温度にて各設定時間加熱後、剥離を確認し、下記基準で評価した。
(2)湿式粉砕様測定
切り出したPET片を水道水に10時間浸漬させた後、PET層とバリア材入り層が剥離していないPET片10枚を、各設定温度にて各設定時間加熱後、剥離を確認し、下記基準で評価した。
10枚全て全剥離:◎
10枚が全剥離と部分剥離の混合:○
部分剥離5〜10枚と剥離無し5〜0枚:△
部分剥離4〜0枚と剥離無し又は融着6〜10枚:×
PETボトルA,Bから切り出したPET片を、表1の各温度、各時間加熱して、剥離を確認し、評価結果を表1に示す。
[実施例17〜32、比較例6〜10]
PETボトルA,Bから切り出したPET片を、10時間水に浸漬させた後、表2の各温度、各時間加熱して、剥離を確認し、評価結果を表2に示す。
また、表2に示すように、PET片に水分を与えた場合も、80〜250℃で加熱することで、PET層とバリア材入り層の剥離が促進されることが確認できた。加熱時間は、水分を与えない場合と同様に、加熱温度によって好ましい加熱時間があり、加熱時間1〜8分間では、140〜250℃で剥離が促進されることも確認できた。
よって、水分を与えてPETボトルを粉砕する湿式粉砕では、加熱温度80〜250℃で、特に生産効率と剥離の促進の観点から140〜250℃で、1〜8分間加熱することが好ましい。
Claims (6)
- ポリエチレンテレフタレートから成る層及び該ポリエチレンテレフタレートとは熱膨張係数の異なる樹脂を含む層を有する多層ポリエステル容器を、リサイクル工程に供するためのポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法であって、
少なくとも前記多層ポリエステル容器の粉砕工程、該粉砕工程を経て得られた粉砕物を加熱することにより前記ポリエチレンテレフタレートから成る層と前記ポリエチレンテレフタレートとは熱膨張係数の異なる樹脂を含む層の界面に歪を生じさせて両者を層間剥離させる加熱工程及びポリエチレンテレフタレートフレークの選別工程から成ることを特徴とするポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法。 - 前記加熱工程において、粉砕物を80〜250℃の温度で加熱する請求項1記載のポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法。
- 前記粉砕工程後に、前記粉砕物からの異物分離除去工程、粉砕物の洗浄工程、洗浄後の脱水工程を有し、粉砕工程後、または粉砕工程より後の何れかの工程の後に粉砕物の加熱を行う、加熱工程を有し、加熱工程より後の工程に、少なくとも1つの選別工程を有する請求項1又は2記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法。
- 前記粉砕工程直後の粉砕物の温度が50℃以下である請求項1〜3の何れかに記載のポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法。
- 前記粉砕工程を水分の存在下で行う請求項1〜4の何れかに記載のポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法。
- 前記ポリエチレンテレフタレートとは熱膨張係数の異なる樹脂が、ポリアミド樹脂である請求項1〜5の何れかに記載のポリエチレンテレフタレートフレークの製造方法。
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