JP6853359B2

JP6853359B2 - 回収されたポリエチレンを精製するための方法

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Publication number: JP6853359B2
Application number: JP2019530405A
Authority: JP
Inventors: モンクリーフレイマンジョン; イオアニスコリアスディミトリス; シェーネマンハンス; ウィリアムズカーラ
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: MX2019007026A; CA3045907A1; RU2721005C1; CN110062788A; BR112019012859A2; CA3045907C; JP2020511560A; WO2018118578A1; CN110062788B

Description

本発明は概して、加圧溶媒及び固体媒体を使用することにより、汚染されたポリマーを精製するための方法に関する。より具体的には、本発明はリサイクルされたポリマー（消費者使用後及び産業使用後のリサイクルプラスチックなど）を精製し、無色又は透明で無臭の、バージンのようなポリマーを生成するための方法に関する。これは、特にポリエチレンの精製に有用である。

ポリマー、特に合成プラスチックは、比較的低生産コストと良好な材料特性バランスにより、日常生活に遍在する。合成プラスチックは、包装、自動車部品、医療機器、及び消費財などの幅広い用途に使用されている。これらの用途の高い需要に対応するため、何百億ポンドもの合成プラスチックが毎年世界中で製造されている。合成プラスチックの圧倒的多数は、ますます希少となる化石資源（例えば石油及び天然ガス）から生成されている。加えて、化石資源からの合成プラスチックの製造では、副生成物としてＣＯ_２が生成される。

合成プラスチックを至るところで使用している結果、毎年何百万トンものプラスチック廃棄物が生み出されている。プラスチック廃棄物の大半は自治体の固形廃棄物プログラムにより埋め立てられるが、プラスチック廃棄物のうちかなりの部分が環境中にゴミとして見出され、これは美観を損ね、環境系に危害をもたらす可能性がある。プラスチック廃棄物はしばしば、河川系へと流出し、最終的に海に至る。

プラスチックの広範な使用に伴う問題を軽減するため、プラスチックリサイクルが、１つの解決策として登場している。プラスチックを回収し再使用することで、廃棄物が埋め立て地へ投入されるのが回避され、化石系資源から製造されるバージンプラスチックの需要が低減し、この結果、温室効果ガス排出が削減される。米国及び欧州連合などの先進国では、消費者、企業、及び製造業の意識の高まりにより、プラスチックリサイクルが上昇している。プラスチックを含むリサイクルされた材料の大半は、混合されて単一の流れにされ、この流れは集められ、材料回収施設（ＭＲＦ）で処理される。ＭＲＦでは、材料が分類され、洗浄され、再販用に包装される。プラスチックは、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）などの個別の材料に分類することができ、あるいは、他の一般的なプラスチック（例えばポリプロピレン（ＰＰ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びポリアミド（ＰＡ））との混合した流れとなり得る。次いで、この単一の流れ又は混合した流れは、更に分類され、洗浄され、再処理されてペレットとすることができ、これは例えば吹込成形及び射出成形などのプラスチック加工において、再使用するのに好適である。

リサイクルされたプラスチックは分類されて主に均一な流れになり、水溶液及び／又は苛性溶液で洗浄されるが、最終的な再処理ペレットはしばしば、例えば腐敗した食品残留物や残留香料成分などの望ましくない廃棄不純物で高度に汚染されたままである。加えて、リサイクルされたプラスチックペレットは、リサイクルされた飲料容器から得られたプラスチックペレットを除き、プラスチック物品を着色するのに一般に使用される染料及び顔料の混合物により、濃く着色されている。色及び汚染をあまり問わない用途も一部存在するが（例えばペンキ用の黒色プラスチック容器、隠れた部分の自動車部品）、大半の用途は無色ペレットを必要とする。高品質の「バージン状態のような」リサイクル樹脂に対するニーズは、特に、食品の包装などの食品及び医薬品に接触する用途において重要である。不純物及び混合着色剤による汚染に加えて、多くのリサイクル樹脂製品はしばしば異種成分からなる化学組成を有し、ポリエチレン中のリサイクルポリプロピレン混入又はその逆などの、かなりの量のポリマー混入を含むことがある。

機械的リサイクル（二次的リサイクルとも呼ばれる）は、リサイクルプラスチック廃棄物を、後続の製造過程に再使用可能な形態に転換するプロセスである。機械的リサイクル及び他のプラスチック回収プロセスに関するより詳細なレビューは、Ｓ．Ｍ．Ａｌ−Ｓａｌｅｍ，Ｐ．Ｌｅｔｔｉｅｒｉ，Ｊ．Ｂａｅｙｅｎｓ，「Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｒｏｕｔｅｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ（ＰＳＷ）：Ａｒｅｖｉｅｗ」，ＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌｕｍｅ２９，Ｉｓｓｕｅ１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００９，ｐｐ．２６２５−２６４３，ＩＳＳＮ０９５６−０５３Ｘに記述されている。機械的リサイクル技術の進歩により、リサイクルポリマーの品質はある程度改善されたが、機械的除染アプローチには、例えばポリマーマトリックス内に顔料が物理的に閉じ込められるなどの、根本的な限界が存在する。ゆえに、機械的リサイクル技術の向上をもってしても、現在利用可能なリサイクルプラスチック廃棄物における濃い着色と高レベルの化学的汚染が、プラスチック産業によるリサイクル樹脂の幅広い使用を阻んでいる。

機械的リサイクルの根本的限界を克服するために、汚染されたポリマーを精製する、化学的アプローチ（化学的リサイクル）による数多くの方法が開発されている。これらの方法の多くは、溶媒を使用してポリマーの除染及び精製を行う。溶媒の使用により不純物の抽出とポリマーの溶解が可能になり、これにより更に、別の分離技術が可能になる。

例えば、米国特許第７，９３５，７３６号は、クリーニングの前にポリエステルを溶解するための溶媒を用いた、ポリエステル含有廃棄物からポリエステルをリサイクルする方法について記述している。米国特許第７，９３５，７３６号特許は更に、沈殿を用いて溶媒からポリエステルを回収するニーズについて記述している。

別の一例において、米国特許第６，５５５，５８８号は、他のポリマーを含むプラスチック混合物からポリプロピレンブレンドを生成する方法について記述している。米国特許第６，５５５，５８８号特許は、選択された溶媒（例えばヘキサン）で、所定の滞在時間にわたり、ポリマーの溶解温度より低い温度で、ポリマーから汚染物質を抽出することについて記述している。米国特許第６，５５５，５８８号特許は更に、溶媒（又は第２溶媒）の温度を高めて、濾過前にポリマーを溶解させることについて記述している。米国特許第６，５５５，５８８号特許はまた更に、剪断又は流れを使用して、溶液からポリプロピレンを沈殿させることについて記述している。米国特許第６，５５５，５８８号特許に記述されているポリプロピレンブレンドは、最大５．６重量％のポリエチレンを含んだ。

別の一例において、欧州特許出願第８４９，３１２号（ドイツ語から英語に翻訳）は、ポリオレフィン含有プラスチック混合物又はポリオレフィン含有廃棄物から、精製されたポリオレフィンを得るプロセスについて記述している。欧州特許出願第８４９，３１２号特許出願は、ガソリン又はディーゼル燃料の沸点９０℃超での炭化水素留分を用いた、９０℃とその炭化水素溶媒の沸点との間の温度での、ポリオレフィン混合物又は廃棄物の抽出について記述している。欧州特許出願第８４９，３１２号特許出願は更に、高温のポリオレフィン溶液を、漂白粘土及び／又は活性炭に接触させることにより、溶液から異物成分を除去することについて記述している。欧州特許出願第８４９，３１２号特許は更に、この溶液を７０℃未満の温度に冷却してポリオレフィンを結晶化させてから、次いでポリオレフィンの融点を超える温度までポリオレフィンを加熱するか、付着溶媒を減圧下で蒸発させるか、若しくはポリオレフィン沈殿にガス流を通すか、及び／又は、ポリオレフィンの融点より低い温度で沸騰するアルコール又はケトンで、この溶媒を抽出することによって、付着溶媒を除去することについて記述している。

別の一例において、米国特許第５，１９８，４７１号は、複数のポリマーを含む物理的に混ざり合った固体混合物（例えば廃棄プラスチック）からポリマーを分離する方法について記述しており、この方法は、第１のより低い温度で、溶媒を用いて、第１の単層溶液と残りの固体成分とを形成する。米国特許第５，１９８，４７１号特許は更に、この溶媒をより高い温度まで加熱して、第１のより低い温度で可溶化されなかった追加のポリマーを溶解させることについて記述している。米国特許第５，１９８，４７１号特許は、不溶性のポリマー成分を濾過することについて記述している。

別の一例において、米国特許第５，２３３，０２１号は、超臨界流体中で適切な温度及び圧力で各成分を溶解させ、次に温度及び／又は圧力を変えて、特定の成分を順に抽出することによって、多成分構造（例えばカーペット廃棄物）から純粋なポリマー成分を抽出する方法について記述している。しかしながら、米国特許第５，１９８，４７１号特許と同様、米国特許第５，２３３，０２１号特許は、不溶性成分の濾過についてのみ記述している。

別の一例において、米国特許第５，７３９，２７０号は、共溶媒及び作動流体を用いて、汚染物質及び他のプラスチック成分から、プラスチックのポリマー成分を連続的に分離するための方法及び装置について記述している。この共溶媒は少なくとも部分的にポリマーを溶解させ、第２の流体（これは液体で臨界又は超臨界状態である）がポリマーの成分を可溶化し、溶解しているポリマーの一部を共溶媒から沈殿させる。米国特許第５，７３９，２７０号特許は更に、熱可塑性共溶媒（作動流体あり又はなしで）を濾過することにより、ガラス粒子などの粒子状汚染物質を除去する工程について記述している。

上述の、汚染されたポリマーを精製するための既知の溶媒による方法は、「バージンのような」ポリマーを生成することはない。前述の方法において、共溶解、よってすなわち他のポリマーの交差汚染が、しばしば起こる。吸着剤を使用した場合、使用済み吸着剤を溶液から除去するために、濾過及び／又は遠心分離工程がしばしば使用される。加えて、加熱、減圧蒸発、及び／又は沈殿剤を用いた沈殿などによる溶媒除去のための分離プロセスを使用して、残留溶媒を含まないポリマーが生成される。

米国特許第７，９３５，７３６号米国特許第６，５５５，５８８号欧州特許出願第８４９，３１２号米国特許第５，１９８，４７１号米国特許第５，２３３，０２１号米国特許第５，７３９，２７０号

Ｓ．Ｍ．Ａｌ−Ｓａｌｅｍ，Ｐ．Ｌｅｔｔｉｅｒｉ，Ｊ．Ｂａｅｙｅｎｓ，「Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｒｏｕｔｅｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ（ＰＳＷ）：Ａｒｅｖｉｅｗ」，ＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌｕｍｅ２９，Ｉｓｓｕｅ１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００９，ｐｐ．２６２５−２６４３，ＩＳＳＮ０９５６−０５３Ｘ

したがって、容易かつ経済的にポリマーから除去可能な溶媒を使用し、装置操作数の点で比較的単純であり、顕著な量のポリマー交差汚染のないポリマーを生成し、本質的に無色のポリマーを生成し、かつ本質的に無臭のポリマーを生成する、汚染されたポリマーを精製するための改善された溶媒式方法に対するニーズが依然として存在する。

回収されたポリエチレンを精製するための方法が提供される。本方法は、
ａ．消費者使用後ポリマー、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される回収されたポリエチレンを取得することと、
ｂ．回収されたポリエチレンを、約８０℃〜約２２０℃の温度、及び約１５０ｐｓｉｇ（１．０３ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、約７０℃未満の標準沸点を有する第１流体溶媒と接触させて、抽出された回収されたポリエチレンを生成することと、
ｃ．抽出された回収されたポリエチレンを、約９０℃〜約２２０℃の温度、及び約３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、上記第１流体溶媒、第２流体溶媒、及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒に溶解させて、ポリエチレン及び懸濁された汚染物質を含む第１溶液を生成することと、
ｄ．ポリエチレン及び懸濁された汚染物質を含む上記第１溶液を、約９０℃〜約２２０℃の温度、及び約３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で沈殿させて、ポリエチレン及び残留汚染物質を含む第２溶液を生成することと、
ｅ．第２溶液を固体媒体と接触させることにより、約９０℃〜約２２０℃の温度、及び約３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、上記第２溶液を精製して、より高純度のポリエチレンを含む第３溶液を生成することと、
ｆ．より高純度のポリエチレンを第３溶液から分離することと、を含む。

第２流体溶媒は、第１流体溶媒と同じ化学組成又は異なる化学組成のいずれかを有してもよい。

一実施形態において、ポリエチレンは、約０℃〜約２２０℃の温度、及び約０ｐｓｉｇ（０ＭＰａ）〜約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）の圧力で第３溶液から分離される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で溶解される。更に別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。

一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。更に別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。

一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、最大２０％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。更に別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、流体溶媒又は流体溶媒混合物中に、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

一実施形態において、回収されたポリエチレンは、消費者使用後のリサイクルに由来するポリエチレンである。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、ポリエチレンホモポリマー、又は主にポリエチレンのコポリマーである。更に別の一実施形態において、流体溶媒は、約０℃未満及び約−４５℃超の標準沸点を有し、かつ約＋２５ｋＪ／ｍｏｌ未満の標準蒸発エンタルピー変化を有する。

一実施形態において、流体溶媒は、オレフィン系炭化水素、脂肪族炭化水素、及びこれらの混合物からなる群から選択される。別の一実施形態において、脂肪族炭化水素は、Ｃ_１〜Ｃ_６脂肪族炭化水素及びこれらの混合物からなる群から選択される。更に別の一実施形態において、脂肪族炭化水素及びこれらの混合物は、主にＣ_４脂肪族炭化水素から構成される。

別の一実施形態において、流体溶媒は、本質的にＣ_４液化石油ガスからなる。一実施形態において、流体溶媒は、ｎ−ブタン、ブタン異性体、又はこれらの混合物である。別の一実施形態において、接触、溶解、沈殿、及び精製工程の温度は、約１１０℃〜約１７０℃である。

一実施形態において、接触工程における圧力は、約１，１００ｐｓｉｇ（７．５８ＭＰａ）〜約５，５００ｐｓｉｇ（３７．９２ＭＰａ）である。別の一実施形態において、接触工程における圧力は、約１，１００ｐｓｉｇ（７．５８ＭＰａ）未満である。更に別の一実施形態において、溶解、沈殿、及び精製工程における圧力は、約４，５００ｐｓｉｇ（３１．０３ＭＰａ）超である。一実施形態において、溶解、沈殿、及び精製工程における圧力は、約５，５００ｐｓｉｇ（３７．９２ＭＰａ）超である。

一実施形態において、この固体媒体は、無機物質、炭素系物質、及びこれらの混合物からなる群から選択される。別の一実施形態において、この無機物質は、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、鉄酸化物、ケイ酸アルミニウム、非晶質火山ガラス、及びこれらの混合物からなる群から選択される。更に別の一実施形態において、無機物質は、シリカゲル、珪藻土、砂、石英、アルミナ、パーライト、フラー土、ベントナイト、及びこれらの混合物からなる群から選択される。

一実施形態において、この炭素系物質は、無煙炭、カーボンブラック、コークス、活性炭、セルロース、及びこれらの混合物からなる群から選択される。別の一実施形態において、ポリエチレン溶液を上記固体媒体と接触させることは、上記固体媒体の充填層内で行われる。更に別の一実施形態において、充填層は、２０ｃｍ超の長さである。

本発明の追加的な特徴は、実施例と共に以下の詳細な説明の検討によって当業者には明らかとなり得る。

本発明の一実施形態の主な工程を示すブロックフロー図である。

Ｉ．定義
本明細書で使用される用語「回収された（reclaimed）ポリマー」は、以前にある目的のために使用されてから、次いで更なる処理のために回収された（recovered）ポリマーを指す。

本明細書で使用される用語「回収された（reclaimed）ポリエチレン」は、以前にある目的のために使用されてから、次いで更なる処理のために回収された（recovered）ポリエチレンを指す。

本明細書で使用される用語「消費者使用後」は、末端消費者が消費財又は製品においてその材料を使用した後に生じる材料資源を指す。

本明細書で使用される用語「消費者による使用後のリサイクル」（ＰＣＲ）は、末端消費者が材料を廃棄物流に廃棄した後に生成される材料を指す。

本明細書で使用される用語「産業使用後」は、商品又は製品の製造中に生じる材料資源を指す。

本明細書で使用される用語「流体溶媒」は、特定の温度及び圧力条件下で、液体状態で存在し得る物質を指す。いくつかの実施形態において、この流体溶媒は、１種類の分子又は異性体の、主に均質な化学組成であってよく、また他の実施形態において、この流体溶媒は、いくつかの異なる分子組成又は異性体の混合物であってよい。更に、本発明のいくつかの実施形態において、用語「流体溶媒」は更に、その物質の臨界温度及び臨界圧力（臨界点）、その近く、又はそれを上回る状態にある物質にも適用される。ある物質がその物質の臨界点を超えたものは、「超臨界流体」として知られ、これは液体の典型的な物理的特性（すなわち密度）を有さないことが、当業者にはよく知られている。

本明細書で使用される用語「溶解」とは、分子レベルで、溶媒中に溶質（ポリマー又は非ポリマー）が少なくとも部分的に組み込まれていることを意味する。更に、溶質／溶媒溶液の熱力学的安定性は、下記の式１によって記述することができる：
式１
ΔＧ_ｍｉｘ＝ΔＨ_ｍ−ＴΔＳ_ｍｉｘ
式中、ΔＧ_ｍｉｘは溶質と溶媒との混合のギブズ自由エネルギー変化、ΔＨ_ｍｉｘは混合のエンタルピー変化、Ｔは絶対温度、ΔＳ_ｍｉｘは混合のエントロピーである。溶媒中における溶質の安定した溶液を維持するには、ギブズ自由エネルギーが負でかつ最小でなければならない。よって、適切な温度及び圧力で負のギブズ自由エネルギーを最小化するような、溶質と溶媒の任意の組み合わせを、本発明に使用することができる。

本明細書で使用される用語「標準沸点」は、国際純正・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）により確立されている、厳密に１００ｋＰａ（１ｂａｒ、１４．５ｐｓｉａ、０．９８６９ａｔｍ）の絶対圧力での沸点を指す。

本明細書で使用される用語「標準蒸発エンタルピー変化」は、その物質の標準沸点で、所定量の物質が液体から蒸気に変化するのに必要なエンタルピー変化を指す。

本明細書で使用される用語「ポリエチレン溶液」は、溶媒に溶解しているポリエチレンの溶液を指す。このポリエチレン溶液は、溶解していない物質を含んでいることがあるため、このポリエチレン溶液は、溶媒中に溶解しているポリエチレンの溶液中に懸濁している非溶解物質の「スラリー」でもあり得る。

本明細書で使用される用語「沈降」及び「沈殿」は、粒子に作用する力（典型的には重力）に応答して、懸濁液内の粒子が液体から分離する傾向を指す。

本明細書で使用される用語「懸濁された汚染物質」は、不均質な混合物の媒体のバルク全体に存在する不要な又は望ましくない構成成分を指す。

本明細書で使用される用語「固体媒体」は、使用条件下において固体状態で存在する物質を指す。この固体媒体は結晶質、準結晶質、又は非晶質であり得る。この固体媒体は粒状であってよく、かつ異なる形状（すなわち球形、円筒形、ペレットなど）で供給され得る。この固体媒体が粒状の場合、その粒径及び固体媒体の粒径分布は、その粒状媒体に使用されるメッシュサイズにより画定され得る。標準メッシュサイズ表記の例は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）標準ＡＳＴＭＥ１１「ＳｔａｎｄａｒｄＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＷｏｖｅｎＷｉｒｅＴｅｓｔＳｉｅｖｅＣｌｏｔｈａｎｄＴｅｓｔＳｉｅｖｅｓ」に見出すことができる。この固体媒体はまた、不織繊維マット又は織布であってもよい。

本明細書で使用される用語「より高純度のポリエチレン溶液」は、精製工程の前の同じポリエチレン溶液に比べて、より少ない汚染物質を有するポリエチレン溶液を指す。

本明細書で使用される用語「抽出」は、溶質種を、相境界を横切って液相（又は固体マトリックス）から別個の不混和性液相に移送する実践を指す。抽出のための駆動力（複数可）は、分割論によって説明される。

本明細書で使用される用語「抽出された」は、抽出工程の前に同じ材料に対してより少ない溶質種を有する材料を指す。本明細書で使用される用語「抽出された回収されたポリエチレン」は、抽出工程の前に、同じ回収されたポリエチレンに対して、より少ない溶質種を有する回収されたポリエチレンを指す。

本明細書で使用される用語「バージンのような」とは、本質的に汚染物質を含まず、顔料を含まず、無臭、均質で、特性がバージンポリマーと同様であることを意味する。

本明細書で使用される用語「主にポリエチレンのコポリマー」は、エチレン反復単位が７０ｍｏｌ％超のコポリマーを指す。

本明細書で使用するとき、圧力（例えばＭＰａ）の国際的単位へのいずれの言及も、ゲージ圧を指す。

ＩＩ．汚染されたポリエチレンを精製するための方法
驚くべきことに、好ましい実施形態において、温度及び圧力依存性のポリマー溶解度を呈する特定の流体溶媒は、比較的単純なプロセスにおいて使用したときに、汚染されたポリエチレン、特に、回収又はリサイクルされたポリエチレンを、ほぼバージンのような品質まで精製するのに使用できることが見出された。このプロセスは、図１に例示するように、１）回収されたポリエチレンを取得すること（図１の工程ａ）と、次に、２）抽出温度（Ｔ_Ｅ）及び抽出圧力（Ｐ_Ｅ）で、ポリエチレンを流体溶媒で抽出すること（図１の工程ｂ）と、次に、３）溶解温度（Ｔ_Ｄ）及び溶解圧力（Ｐ_Ｄ）で、ポリエチレンを流体溶媒に溶解させること（図１の工程ｃ）と、次に、４）溶解温度（Ｔ_Ｄ）及び溶解圧力（Ｐ_Ｄ）で、ポリマー溶液を沈降させること（図１の工程ｄ）と、次に、５）溶解温度（Ｔ_Ｄ）及び溶解圧力（Ｐ_Ｄ）で、この溶解したポリエチレン溶液を固体媒体に接触させること（図１の工程ｅ）と、次に、ポリエチレンを流体溶媒から分離すること（図１の工程ｆ）と、を含む。

本発明の一実施形態において、この精製したポリエチレンは、消費者使用後廃棄物流を資源とすることができ、本質的に汚染物質を含まず、顔料を含まず、無臭、均質で、特性がバージンポリエチレンと同様である。更に、好ましい一実施形態において、本発明の流体溶媒の物理的特性は、この精製されたポリエチレンから流体溶媒を分離するのに、よりエネルギー効率の良い方法を可能にし得る。

回収されたポリエチレン
本発明の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、回収されたポリエチレンを取得することを含む。本発明の目的上、回収されたポリエチレンは、消費者使用後、産業使用後、市販後、及び／又は他の特殊廃棄物流を資源とする。例えば、消費者使用後廃棄ポリエチレンは、路傍リサイクルの流れに由来するものであってよく、これは、末端消費者が、パッケージ及び製品に由来する使用済みのポリマーを、指定容器に入れ、これを清掃業者又はリサイクル業者が回収する。消費者使用後廃棄ポリマーはまた、店舗内の「返却」プログラムに由来するものであってよく、これは、消費者が廃棄ポリマーを店舗に持って来て、廃棄ポリマーを指定の回収容器に入れる。産業使用後廃棄ポリマーの一例は、メーカーにより使用不能な材料として集められた、商品又は製品の製造又は輸送中に生じた廃棄ポリマーであり得る（すなわち、裁ちくず、仕様外の材料、初期作動時の廃棄）。特殊廃棄物流に由来する廃棄ポリマーの一例は、「Ｅ−ｗａｓｔｅ」とも呼ばれる電子機器ゴミのリサイクルに由来する廃棄ポリマーであり得る。特殊廃棄物流に由来する廃棄ポリマーの別の一例は、自動車のリサイクルに由来する廃棄ポリマーであり得る。特殊廃棄物流に由来する廃棄ポリマーの別の一例は、使用済みカーペット及び布地のリサイクルに由来する廃棄ポリマーであり得る。

本発明の目的として、回収されたポリエチレンは、個々のポリマーの均質な組成物、又は複数の異なるポリエチレン組成物の混合物である。ポリエチレン組成物の非限定的な例は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、エチレン及びアルファ−オレフィンのコポリマー、並びに当業者に明らかであり得る他の溶解性ポリエチレンポリマーなど、エチレンのホモポリマー及びコポリマーである。

回収されたポリエチレンは更に、様々な顔料、染料、加工助剤、安定剤、充填剤、及び、元のポリマーを物品の最終形態に重合又は転換する際にポリマーに添加された他の性能向上添加剤を含み得る。顔料の非限定的な例は、有機顔料（例えば銅フタロシアニン）、無機顔料（例えば二酸化チタン）、及び、当業者に明らかであり得るような他の顔料である。有機顔料の非限定的な一例は、ベーシックイエロー５１である。加工助剤の非限定的な例は、帯電防止剤（例えばグリセロールモノステアレート）及び潤滑促進剤（例えばエルカ酸アミド）である。安定剤の非限定的な一例は、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−プロピオネートである。充填剤の非限定的な例は、炭酸カルシウム、タルク、及びガラス繊維である。

溶媒
本発明の流体溶媒は、約７０℃未満の標準沸点を有する。加圧により、本発明の動作温度範囲未満の標準沸点を有する溶媒が、溶媒蒸気をほとんど又は全く生じない状態に維持される。一実施形態において、約７０℃未満の標準沸点を有する流体溶媒は、二酸化炭素、ケトン類、アルコール類、エーテル類、エステル類、アルケン類、アルカン類、及びこれらの混合物からなる群から選択される。約７０℃未満の標準沸点を有する流体溶媒の非限定的な例は、二酸化炭素、アセトン、メタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、エチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブチレン、１−ペンテン、２−ペンテン、ペンテンの分枝状異性体、１−ヘキセン、２−ヘキセン、メタン、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ｎ−ヘキサン、イソヘキサンの異性体、及び、当業者に明らかであり得る他の物質である。

使用する流体溶媒の選択は、本発明の工程を実施するのに使用される温度及び圧力範囲を規定する。本発明に記述される種類の溶媒におけるポリマー相の性質についてのレビューは、参照文献：ＭｃＨｕｇｈｅｔａｌ．（１９９９）Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．９９：５６５−６０２に提供されている。

抽出
本発明の一実施形態において、ポリエチレンを精製するための方法は、そのポリマーが本質的に流体溶媒に不溶性である温度及び圧力で、その流体溶媒にその回収されたポリエチレンを接触させることを含む。理論に束縛されるものではないが、出願者らは、その流体溶媒がポリマーを完全に可溶化するのを防ぎながら、一方で、流体溶媒がポリマー内に拡散し、抽出可能な汚染物質を抽出できるような方法で、温度及び圧力依存性の溶解度を制御することができると考える。この抽出可能な汚染物質は、ポリマーに添加された残留加工助剤、ポリマーに接触した残留製品製剤、例えば香料及び着香料、染料、並びに他の、意図的に添加された又は非意図的にポリマーに組み込まれた（例えば廃棄物回収中及びその後の他の廃棄材料と共に蓄積された際の）抽出可能な材料であり得る。

一実施形態において、この制御された抽出は、ポリマー／流体溶媒系の温度を固定し、次に圧力を、そのポリマーがその流体溶媒に溶解する圧力又は圧力範囲よりも低い圧力に制御することによって、達成され得る。別の一実施形態において、この制御された抽出は、ポリマー／溶媒系の圧力を固定し、次に温度を、そのポリマーがその流体溶媒に溶解する温度又は温度範囲よりも低い温度に制御することによって、達成される。流体溶媒によるポリマーの温度及び圧力制御された抽出を行うには、好適な圧力容器を使用し、流体溶媒での連続的なポリマー抽出が可能になるような方法で構成することができる。本発明の一実施形態において、この圧力容器は、連続的液体−液体抽出カラムであってよく、溶融したポリマーがこの抽出カラムの一方の端にポンプで送り込まれ、流体溶媒が抽出カラムの同じ端又は反対側の端にポンプで送り込まれる。別の一実施形態において、この抽出した汚染物質を含む流体が、このプロセスから除去される。別の一実施形態において、この抽出した汚染物質を含む流体を、精製し、回収し、リサイクルして、その抽出工程に、又はプロセスの別の工程に使用する。本発明の一実施形態において、この抽出はバッチ手法で実施することができ、この場合、回収されたポリエチレンは圧力容器内に固定され、流体溶媒が連続的にポンプで送り込まれてこの固定されたポリマー相を通過する。使用する流体溶媒の抽出時間又は量は、最終的なより高純度のポリマーの望ましい純度と、出発物質の回収されたポリエチレン中にある抽出可能な汚染物質の量とに依存する。別の一実施形態において、後述の「精製」セクションに記述されるように、この抽出した汚染物質を含む流体を、別の工程で固体媒体に接触させる。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリマーが溶融し液体状態である温度及び圧力で、流体溶媒にその回収されたポリエチレンを接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンは、ポリマーが固体状態である温度及び圧力で、流体溶媒と接触される。

一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレンが実質的に溶解しないままである温度及び圧力で、流体溶媒にポリエチレンを接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約８０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１５０ｐｓｉｇ（１．０３ＭＰａ）〜約６，５００ｐｓｉｇ（４４．８２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約３，０００ｐｓｉｇ（２０．６８ＭＰａ）〜約６，０００ｐｓｉｇ（４１．３７ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約４，５００ｐｓｉｇ（３１．０３ＭＰａ）〜約５，５００ｐｓｉｇ（３７．９２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに接触させることを含む。

別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約８０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）〜約１０，０００ｐｓｉｇ（６８．９５ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５，０００ｐｓｉｇ（３４．４７ＭＰａ）〜約９，０００ｐｓｉｇ（６２．０５ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに接触させることを含む。

溶解
本発明の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、そのポリマーが流体溶媒に溶解している温度及び圧力で、その流体溶媒にその回収されたポリエチレンを溶解させることを含む。理論に束縛されるものではないが、出願者らは、流体溶媒中での回収されたポリマーの熱力学的に好ましい溶解を実現するような方法で、温度及び圧力を制御することができると考える。更に、温度及び圧力は、特定のポリマー又はポリマー混合物を溶解することができ、同時に他のポリマー又はポリマー混合物を溶解しないような方法で、温度及び圧力を制御することができる。この制御可能な溶解により、ポリマー混合物からのポリマー分離が可能になる。

本発明の一実施形態において、ポリマーを精製するための方法は、同じ温度及び圧力条件下で、汚染物質を溶解しない溶媒に、汚染された回収されたポリエチレンを溶解させることを含む。この汚染物質には、顔料、充填剤、泥、及び他のポリマーが含まれ得る。これらの汚染物質は、溶解時に回収されたポリエチレンから放出され、次に、後続の固体−液体分離工程によりポリマー溶液から除去される。

本発明の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレンが流体溶媒に溶解している温度及び圧力で、流体溶媒にポリエチレンを溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）〜約１２，０００ｐｓｉｇ（８２．７４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）〜約１０，０００ｐｓｉｇ（６８．９５ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約４，０００ｐｓｉｇ（２７．５８ＭＰａ）〜約６，０００ｐｓｉｇ（４１．３７ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、最大２０％の質量パーセント濃度で、ポリエチレンをｎ−ブタンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約３，０００ｐｓｉｇ（２０．６８ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５，０００ｐｓｉｇ（３４．４７ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約８，０００ｐｓｉｇ（５５．１６ＭＰａ）〜約１１，０００ｐｓｉｇ（７５．８４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、最大２０％の質量パーセント濃度で、ポリエチレンをプロパンに溶解させることを含む。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

沈降
本発明の一実施形態において、ポリエチレンを精製するための方法は、ポリマーが流体溶媒中に溶解したまま、ある温度及び圧力で、沈降（沈殿としても知られる）工程を介して、溶解していない汚染物質をポリエチレン溶液から分離することを含む。一実施形態において、沈降工程により、溶解していない汚染物質に力（溶解していない汚染物質をその力の方向に均一に移動させる）を受ける。典型的には、印加される沈降力は重力であるが、遠心力、向心力、又は何らかの他の力であってもよい。適用される力の量及び沈殿時間の持続時間は、汚染物質粒子の粒径、汚染物質粒子密度、流体又は溶液の密度、及び流体又は溶液の粘度が挙げられるが、これらに限定されない。以下の式（式２）は、前述のパラメータと、汚染物質沈降速度の尺度である沈殿速度との関係である。

式中、ｖは沈殿速度であり、ρ_ｐは、汚染物質粒子の密度であり、ρ_ｆは、流体又は溶液の密度であり、ｇは、適用される力（典型的には重力）による加速であり、ｒは、汚染物質粒子の半径であり、ηは、流体又は溶液の動的粘度である。溶液粘度を決定する重要なパラメータのいくつかは、流体溶媒の化学組成、流体溶媒中に溶解したポリマーの分子量、流体溶媒中の溶解ポリマーの濃度、流体溶媒溶液の温度、及び流体溶媒溶液の圧力である。

一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレンが流体溶媒に溶解しているままの温度及び圧力で、ポリエチレン／流体溶媒溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）〜約１２，０００ｐｓｉｇ（８２．７４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）〜約１０，０００ｐｓｉｇ（６８．９５ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約４，０００ｐｓｉｇ（２７．５８ＭＰａ）〜約６，０００ｐｓｉｇ（４１．３７ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含み、ポリエチレンは、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液から汚染物質を沈殿させることを含み、ポリエチレンは、最大２０％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約３，０００ｐｓｉｇ（２０．６８ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５，０００ｐｓｉｇ（３４．４７ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約８，０００ｐｓｉｇ（５５．１６ＭＰａ）〜約１１，０００ｐｓｉｇ（７５．８４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含み、ポリエチレンは、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン中に最大２０％の質量パーセント濃度で溶解されるポリエチレン／プロパン溶液から汚染物質を沈殿させることを含む。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

精製
本発明の一実施形態において、ポリエチレンを精製するための方法は、そのポリマーが流体溶媒に溶解したまま、ある温度及び圧力で汚染されたポリマー溶液を固体媒体に接触させることを含む。本発明の固体媒体は、本発明の流体溶媒に溶解している回収されたポリエチレンの溶液から、少なくとも一部の汚染物質を除去する、任意の固体材料である。理論に束縛されるものではないが、出願者らは、この固体媒体が、様々なメカニズムで汚染を除去すると考える。可能なメカニズムの非限定的な例としては、吸着、吸収、サイズ排除、イオン排除、イオン交換、及び、当業者に明らかであり得る他のメカニズムが挙げられる。更に、回収されたポリエチレン中に一般的に見出される顔料及び他の汚染物質は極性化合物であり得、これは、少なくともわずかに極性であり得る固体媒体と、優先的に相互作用し得る。この極性−極性相互作用は、非極性溶媒（例えばアルカン類）が流体溶媒として使用されている場合、特に好ましい。

本発明の一実施形態において、この固体媒体は、無機物質、炭素系物質、又はこれらの混合物からなる群から選択される。無機物質の有用な例としては、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、鉄酸化物、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、非晶質火山ガラス、シリカ、シリカゲル、珪藻土、砂、石英、回収ガラス、アルミナ、パーライト、フラー土、ベントナイト、及びこれらの混合物が挙げられる。炭素系物質の有用な例としては、無煙炭、カーボンブラック、コークス、活性炭、セルロース、及びこれらの混合物が挙げられる。本発明の別の一実施形態において、この固体媒体は回収ガラスである。

本発明の一実施形態において、この固体媒体を、攪拌しながら所定の時間にわたって、ポリマーに接触させる。別の一実施形態において、この固体媒体は、固体−液体分離工程を介して、より高純度のポリマー溶液から除去される。固体−液体分離工程の非限定的な例としては、濾過、デカンテーション、遠心分離、及び沈降が挙げられる。本発明の別の一実施形態において、この汚染されたポリマー溶液を、固体媒体の固定床に通過させる。本発明の別の一実施形態において、固体媒体の固定床の高さ又は長さは、５ｃｍ超である。本発明の別の一実施形態において、固体媒体の固定床の高さ又は長さは、１０ｃｍ超である。本発明の別の一実施形態において、固体媒体の固定床の高さ又は長さは、２０ｃｍ超である。本発明の別の一実施形態において、固体媒体は、所望の純度のポリマーを維持するために必要に応じて置き換えられる。更に別の実施形態において、この固体媒体はリサイクルされ、精製工程で再使用される。別の一実施形態において、この固体媒体は、再洗工程中に固体媒体を流動化することによってリサイクルされる。

一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレンが流体溶媒に溶解したままである温度及び圧力で、ポリエチレン／流体溶媒溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）〜約１２，０００ｐｓｉｇ（８２．７４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）〜約１０，０００ｐｓｉｇ（６８．９５ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約４，０００ｐｓｉｇ（２７．５８ＭＰａ）〜約６，０００ｐｓｉｇ（４１．３７ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体と接触させることを含み、ポリエチレンは、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液を固体媒体と接触させることを含み、ポリエチレンは、最大２０％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約９０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約２００℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１３０℃〜約１８０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約３，０００ｐｓｉｇ（２０．６８ＭＰａ）〜約２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５，０００ｐｓｉｇ（３４．４７ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約８，０００ｐｓｉｇ（５５．１６ＭＰａ）〜約１１，０００ｐｓｉｇ（７５．８４ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体に接触させることを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体と接触させることを含み、ポリエチレンは、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも１％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも３％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレン／プロパン溶液を固体媒体と接触させることを含み、ポリエチレンは、最大２０％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１８％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１６％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１４％の質量パーセント濃度で溶解される。別の一実施形態において、ポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で溶解される。

分離
本発明の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリマーが溶液から沈殿し、かつ流体溶媒にもはや溶解しない温度及び圧力で、より高純度のポリマーをその流体溶媒から分離することを含む。別の一実施形態において、流体溶媒からのより高純度のポリマーの沈殿は、固定温度で圧力を下げることにより達成される。別の一実施形態において、流体溶媒からのより高純度のポリマーの沈殿は、固定圧力で温度を下げることにより達成される。別の一実施形態において、流体溶媒からのより高純度のポリマーの沈殿は、固定圧力で温度を上げることにより達成される。別の一実施形態において、流体溶媒からのより高純度のポリマーの沈殿は、温度と圧力の両方を下げることにより達成される。溶媒は、温度及び圧力を制御することにより、液体から気相へと部分的又は完全に変換され得る。別の一実施形態において、分離工程中に溶媒の温度及び圧力を制御することにより、流体溶媒を１００％気相に完全に変換することなく、沈殿したポリマーが流体溶媒から分離される。沈殿した、より高純度のポリマーの分離は、液体−液体分離又は液体−固体分離の任意の方法によって達成される。液体−液体分離又は液体−固体分離の非限定的な例としては、濾過、デカンテーション、遠心分離、及び沈降が挙げられる。

一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、ポリエチレンが溶液から沈殿する温度及び圧力で、ポリエチレン／流体溶媒溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約０℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５０℃〜約１７５℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約１００℃〜約１６０℃の温度で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約０ｐｓｉｇ（０ＭＰａ）〜約４，０００ｐｓｉｇ（２７．５８ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５０ｐｓｉｇ（０．３４ＭＰａ）〜約２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約７５ｐｓｉｇ（０．５２ＭＰａ）〜約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／ｎ−ブタン溶液からポリエチレンを分離することを含む。

別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約−４２℃〜約２２０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約０℃〜約１５０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５０℃〜約１３０℃の温度で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約０ｐｓｉｇ（０ＭＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約５０ｐｓｉｇ（０．３４ＭＰａ）〜約５，０００ｐｓｉｇ（３４．４８ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。別の一実施形態において、回収されたポリエチレンを精製するための方法は、約７５ｐｓｉｇ（０．５２ＭＰａ）〜約１，０００ｐｓｉｇ（６．８９ＭＰａ）の圧力で、ポリエチレン／プロパン溶液からポリエチレンを分離することを含む。

相互参照されるか若しくは関連する任意の特許又は特許出願を含めた、本明細書で引用されるすべての文書は、明示的に除外又は別途限定されない限り、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本明細書において開示され請求されるいずれかの発明に関する先行技術であること、又はそれが単独でも若しくは他のいかなる参照とのいかなる組み合わせにおいても、このような発明を教示、示唆、若しくは開示することを認めるものではない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。

本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。したがって、本特許の範囲内にある、そのような変更及び修正のすべてを添付の特許請求の範囲で扱うものとする。

Claims

回収されたポリエチレンを精製する方法であって、
ａ．前記回収されたポリエチレンを取得することであって、前記回収されたポリエチレンは、消費者使用後ポリマー、産業使用後ポリマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、取得することと、
ｂ．前記回収されたポリエチレンを、８０℃〜２２０℃の温度、及び１５０ｐｓｉｇ（１．０３ＭＰａ）〜１５，０００ｐｓｉｇ（１０３．４２ＭＰａ）の圧力で、７０℃未満の標準沸点を有する第１流体溶媒と接触させる工程であって、ポリエチレンが流体溶媒に実質的に不溶性であり、抽出処理を受けた回収ポリエチレンを生成することと、
ｃ．前記抽出処理を受けた回収ポリエチレンを、９０℃〜２２０℃の温度、及び３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、前記第１流体溶媒、第２流体溶媒、及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒に溶解させて、ポリエチレン及び懸濁された汚染物質を含む第１溶液を生成することと、
ｄ．重力、遠心力、および向心力からなる群から選択される沈降力を印加することにより、ポリエチレン及び懸濁された汚染物質を含む前記第１溶液を、９０℃〜２２０℃の温度、及び３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で沈殿させて、ポリエチレン及び残留汚染物質を含む第２溶液を生成することと、
ｅ．前記第２溶液を固体媒体と接触させることにより、吸着、吸収、サイズ排除、イオン排除、およびイオン交換からなる群から選択されるメカニズムによって、９０℃〜２２０℃の温度、及び３５０ｐｓｉｇ（２．４１ＭＰａ）〜２０，０００ｐｓｉｇ（１３７．９０ＭＰａ）の圧力で、前記第２溶液を精製して、より高純度のポリエチレンを含む第３溶液を生成することと、
ｆ．前記より高純度のポリエチレンを前記第３溶液から分離することと、を含み、
前記第２流体溶媒は、前記第１流体溶媒と同じ化学組成又は異なる化学組成である、方法。
前記ポリエチレンは、０℃〜２２０℃の温度、及び０ｐｓｉｇ（０ＭＰａ）〜２，０００ｐｓｉｇ（１３．７９ＭＰａ）の圧力で、前記第３溶液から分離される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、少なくとも０．５％の質量パーセント濃度で、前記流体溶媒又は流体溶媒混合物中に溶解される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、少なくとも２％の質量パーセント濃度で、前記流体溶媒又は流体溶媒混合物中に溶解される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、少なくとも５％の質量パーセント濃度で、前記流体溶媒又は流体溶媒混合物中に溶解される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、最大２０％の質量パーセント濃度で、前記流体溶媒又は流体溶媒混合物中に溶解される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、最大１２％の質量パーセント濃度で、前記流体溶媒又は流体溶媒混合物中に溶解される、請求項１に記載の方法。
前記回収されたポリエチレンは、消費者使用後のリサイクルに由来するポリエチレンである、請求項１に記載の方法。
前記ポリエチレンは、ポリエチレンホモポリマー、又は主にポリエチレンのコポリマーである、請求項１に記載の方法。
前記流体溶媒は、０℃未満及び−４５℃超の標準沸点を有し、かつ＋２５ｋＪ／ｍｏｌ未満の標準蒸発エンタルピー変化を有する、請求項１に記載の方法。
前記流体溶媒が、オレフィン系炭化水素、脂肪族炭化水素、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
前記脂肪族炭化水素は、Ｃ₁〜Ｃ₆脂肪族炭化水素及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
前記脂肪族炭化水素及びこれらの混合物は、主にＣ₄脂肪族炭化水素から構成される、請求項１１に記載の方法。
前記接触、溶解、沈殿、及び精製工程における前記温度は、１１０℃〜１７０℃である、請求項１に記載の方法。
前記接触工程における前記圧力は、１，１００ｐｓｉｇ（７．５８ＭＰａ）〜５，５００ｐｓｉｇ（３７．９２ＭＰａ）である、請求項１に記載の方法。