JP6892509B2 - 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維を含む廃プラスチックを焼却して処理する方法に関する。
近年、軽量且つ高強度な構造材料として、樹脂又は金属等のマトリックス材料と炭素化合物とで形成された複合材料の需要が、飛躍的に増大している。特に、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなるマトリックス材料と炭素繊維とを複合化した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber reinforced plastics）の需要の増大は、目覚ましいものがある。その一方で、その需要の増大に伴い、炭素繊維強化プラスチックを含有する廃棄物の廃棄量も増大している。
このような炭素繊維強化プラスチックの処理方法としては、セメント製造プロセスにおいて、代替燃料として有効利用しながら焼却して処理する方法がある。
しかし、炭素繊維強化プラスチックを焼却して処理すると、プラスチックに含まれる炭素繊維が燃え残り、その燃え残った炭素繊維が、排ガス中に混入してしまうことがあった。その結果、排ガスの集塵設備（電気集塵機、バグフィルタ等）において、それらに付着した炭素繊維に起因する故障（電気短絡事故、フィルタの損傷等）が生じるおそれがあるという問題があった。
そのような問題を回避する方法としては、セメント製造プロセスによる処理を行う前に、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を除去する処理を行うという方法があるが、事前の処理を行うことは非常に煩雑であった。
そこで、事前に炭素繊維を除去する処理を省略することができる処理方法として、炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径が３ｍｍ以下になるように粉砕した後、その粉砕した炭素繊維強化プラスチックを、セメントキルンの内部温度が１２００℃以上である位置に供給するという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に記載の方法は、高強度の炭素繊維強化プラスチックを平均粒子径が３ｍｍ以下の極めて小さい粒子となるまで細かく粉砕する必要があり、その粉砕のために多大な労力が必要になるという問題があった。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、少ない労力で炭素繊維強化プラスチックを十分に燃焼させることができる炭素繊維強化プラスチックの処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法は、炭素繊維強化プラスチックを焼却する炭素繊維強化プラスチックの処理方法であって、前記炭素繊維強化プラスチックと、界面活性剤及び酸溶液とを接触させた後、該炭素繊維強化プラスチックを焼却することを特徴とする。
本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法では、界面活性剤によって炭素繊維強化プラスチックの濡れ性が改善し、酸溶液が炭素繊維強化プラスチックに十分に接触する。そして、焼却時には、その酸溶液と炭素繊維強化プラスチックが効率よく反応し、酸化劣化を伴う熱劣化が促進されるので、炭素繊維強化プラスチックの燃焼性が十分に高められる。
したがって、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法によれば、事前に炭素繊維の除去を行う必要がなく、また、炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径を、例えば３ｍｍ以下などの極めて小さいサイズにしなくてもよいので、少ない労力で炭素繊維強化プラスチックに含まれる炭素繊維を十分に燃焼させることができる。
本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法においては、前記炭素繊維強化プラスチックに前記界面活性剤を接触させて小径化し、これに更に前記酸溶液を接触させた後、その炭素繊維強化プラスチックを焼却することが好ましい。この態様では、炭素繊維強化プラスチックに界面活性剤を接触させて小径化するので、その界面活性剤により、炭素繊維強化プラスチックの小径化の際、あるいは炭素繊維強化プラスチックの小径化後の発塵を抑制することができる。
本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法においては、前記酸溶液の量は、前記炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたとき、１０質量部以上、且つ、２００質量部以下であることが好ましい。炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたときに、酸溶液の量が１０質量部未満であると、十分に炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善効果を得られないことがある。一方、酸溶液の量が２００質量部よりも多い場合については、酸溶液を増量しても、その増量にともなう炭素繊維強化プラスチックの燃焼性の改善の効果に乏しくなる。
また、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法においては、前記界面活性剤の量は、前記酸溶液の量を１００質量部としたとき、０．５質量部以上、且つ、１０質量部以下であることが好ましい。酸溶液の量を１００質量部としたときに、界面活性剤の量が０．５質量部未満であると、十分に炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善効果を得られないことがある。一方、界面活性剤の量の上限については、炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善の観点からは制約が生じない。しかし、薬剤コスト等の観点から、酸溶液の量を１００質量部としたときに、界面活性剤の量が１０質量部を超えると、コストが増加してしまうので好ましくない。
また、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法においては、前記炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。燃焼性改善効果は、炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径を極めて小さくしなくても得ることができるが、平均粒子径を１０ｍｍ程度まで小さくすると、特にその効果が大きくなる。
また、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法においては、前記炭素繊維強化プラスチックと、界面活性剤及び酸溶液とを接触させた後、該炭素繊維強化プラスチックをセメント製造設備で焼却するようにしてもよい。
本発明は、炭素繊維強化プラスチックを焼却して処理する炭素繊維強化プラスチックの処理方法に関する。
本発明の処理方法においては、炭素繊維強化プラスチックに、界面活性剤と酸溶液とを接触させる。
界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系及びカチオン系の各種界面活性剤のうちから選択される１種以上であればよく、特に、アニオン系又はノニオン系の界面活性剤を用いることが好ましい。
アニオン系の界面活性剤としては、例えば、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、アルキル硫酸エステルナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＬＡＳ）、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、アルファスルホ脂肪酸エステルナトリウム、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
また、ノニオン系の界面活性剤としては、例えば、しょ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等が挙げられる。
界面活性剤の量は、炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたときに、０．０５質量部以上２０質量部以下、好ましくは０．５量部以上１０質量部以下、より好ましくは０．５質量部以上５質量部以下である。
また、界面活性剤の量は、酸溶液の量を１００質量部としたときに、０．５質量部以上１０質量部以下、好ましくは０．５量部以上５質量部以下、より好ましくは０．５質量部以上３質量部以下である。
界面活性剤の量が上記の範囲でない場合には、十分に炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善効果を得られないことがある。
本発明に用いる酸溶液は、そのｐＨは、好ましくは４以下、より好ましくは２以下、特に好ましくは１未満であり、純度等が特に限定されるものではなく、通常に入手が可能なものを用いればよい。したがって、例えば、ｐＨが４以下の廃酸類も有効に使用することができる。
酸溶液の量は、炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたときに、１０質量部以上２００質量部以下、好ましくは１０質量部以上１００質量部以下、より好ましくは１０質量部以上５０質量部以下である。
酸溶液の量の下限については、炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたときに、酸溶液の量が１０質量部未満であると、十分に炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善効果を得られないことがある。
酸溶液の量の上限については、炭素繊維強化プラスチックの燃焼性改善の観点からは制約が生じない。しかし、薬剤コスト等の観点から炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたときに、酸溶液の量が２００質量部を超えると、コストが増加してしまうので好ましくない。
本発明の処理方法において、炭素繊維強化プラスチックと、界面活性剤及び酸溶液とを接触させる方法に、特に制限はない。すなわち、炭素繊維強化プラスチックに、界面活性剤と酸溶液とが作用するようにすればよい。具体的には、例えば、炭素繊維強化プラスチックに対して、界面活性剤及び／又は酸溶液を滴下、噴霧、塗布等したりすればよく、必要に応じてそれとともに混合、攪拌等の操作を施してもよい。あるいは、炭素繊維強化プラスチックを界面活性剤及び／又は酸溶液を含んだ溶液に含浸させたり、必要に応じてその炭素繊維強化プラスチックを揺動させながらその含浸を行ったりしてもよい。あるいは、また、界面活性剤及び／又は酸溶液が気化した雰囲気下に炭素繊維強化プラスチックを静置して曝露したり、必要に応じてその炭素繊維強化プラスチックを揺動させながらその雰囲気下に曝露したりしてもよい。より典型的には、例えば、焼却設備の内部で炭素繊維強化プラスチックの周囲で酸溶液の熱分解が生じる環境が構成される方法などであってもよい。
界面活性剤と酸溶液とは、混合状態で用いてもよく、各別の形態で用いてもよい。両者を混合状態で用いる場合には、その混合方法は特に限定されず、液体の混合方法として一般的なものであればどのような方法であってもよい。例えば、混合割合の多い酸溶液に所定量の界面活性剤を添加した後、撹拌することによって混合すればよい。また、両者をともに含有する水溶液を調製して用いてもよい。一方、界面活性剤と酸溶液とを各別の形態で用いる場合にも、水溶液の形態を別々に調製して用いることができる。ただし、界面活性剤を含む水溶液を調製する場合には、かかる水溶液の粘性を大きくしない観点から、水１００質量部に対して界面活性剤を０．１質量部〜３０質量部添加して調製されたものであることが好ましく、１質量部〜１０質量部添加して調製されたものであることがより好ましい。
また、界面活性剤と酸溶液とを、炭素繊維強化プラスチックに接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、例えば、炭素繊維強化プラスチックを焼却のための設備に投入する前であってもよく、投入と同時であってもよく、投入した後であってもよい。加えて、界面活性剤と酸溶液とを各別の形態で用いる場合にも、それらを炭素繊維強化プラスチックに接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、酸溶液より先に界面活性剤を炭素繊維強化プラスチックに接触させてもよく、同時に接触させてもよく、酸溶液よりあとに界面活性剤を炭素繊維強化プラスチックに接触させてもよい。ただし、炭素繊維強化プラスチックに十分な濡れ性を付与する観点からは、界面活性剤を酸溶液より先に炭素繊維強化プラスチックに接触させることが好ましい。
一方、本発明の他の態様では、炭素繊維強化プラスチックに界面活性剤を接触させて小径化し、これに更に酸溶液を接触させる。これによれば、その小径化により、燃焼性改善効果がより高められる。また、界面活性剤により、炭素繊維強化プラスチックの小径化の際、あるいは炭素繊維強化プラスチックの小径化後の発塵が抑制される。
上記の形態においても、界面活性剤と酸溶液とを、炭素繊維強化プラスチックに接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、例えば、炭素繊維強化プラスチックを焼却のための設備に投入する前であってもよく、投入と同時であってもよく、投入した後であってもよい。より具体的には、例えば、小径化した炭素繊維強化プラスチックに界面活性剤及び酸溶液を滴下した後、又は、界面活性剤及び酸溶液を含む溶液に小径化した炭素繊維強化プラスチックを含浸した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素繊維強化プラスチックに酸溶液を滴下した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素繊維強化プラスチックを酸溶液に含浸した後、焼却設備にそれらを投入する方法であってもよいし、焼却設備に小径化した炭素繊維強化プラスチックを投入する際に、もしくは投入した後に、焼却設備の内部に界面活性剤及び酸溶液を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素繊維強化プラスチックを焼却設備に投入した後、焼却設備の内部に酸溶液を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる方法などであってもよい。
以下、本発明の炭素繊維強化プラスチックの処理方法について、炭素繊維強化プラスチックの廃棄物（以下、「廃ＣＦＲＰ」という。）を、セメントキルンでサーマルリサイクルの処理を行う場合を例として、更に詳細に説明する。
まず、処理対象物である廃ＣＦＲＰについて説明する。炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber reinforced plastics）は、軽量でありながら機械的特性や耐蝕性に非常に優れた構造材料である。炭素繊維の含有率は、一般的に、３０質量％〜８０質量％程度とされている。なお、ＣＦＲＰの炭素繊維の含有率は、ＪＩＳ Ｋ ７０７５「炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率及び空洞率試験方法」に準拠した試験方法で求めることができる。
ＣＦＲＰで用いられる炭素繊維としては、グラファイト状の炭素から形成され、剛性等の機械的特性に優れた繊維が用いられている。具体的には、炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系又はセルロース系繊維等を酸化性雰囲気中で１５０℃〜４００℃に加熱して耐炎化処理を行なった後、不活性雰囲気中で３００℃〜２５００℃で炭化又は黒鉛化処理をして得られたものの他、水蒸気等の半活性雰囲気で賦活化した活性炭素繊維等が挙げられる。
ＣＦＲＰで用いられるマトリックス材料としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられている。具体的には、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、またはポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
本実施形態においては、まず、上記のような構成成分からなるＣＦＲＰの廃棄物である廃ＣＦＲＰを、回転型カッター式剪断粗砕機等の粉砕設備で５０ｍｍ以下に粗砕した後、ジョークラッシャ、ロールミル、ローラーミル、破砕機等の粉砕設備によって所定の大きさに小径化する。なお、硬いＣＦＲＰの粉砕作業を効率的に行うためには、後段の粉砕設備にはセパレーター等の分級装置を付設すると好ましい。
ここで、小径化処理後の廃ＣＦＲＰの平均粒子径は、小径化処理後に乾燥させたそれらをＪＩＳ Ｚ ８８０１「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に規定された篩を使用してふるい分けし、その篩上に残分した試料の５０質量％に相当する径を算出することにより求めることができる。
なお、本発明の処理方法においては、過度に労力のかかる小径化は必ずしも、必要ではないが、効率的に処理を行うためには、廃ＣＦＲＰをある程度小径化することが好ましい。具体的には、１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下とするとよい。
次に、小径化した廃ＣＦＲＰと界面活性剤及び酸溶液とを接触させる。この接触の方法としては、上述したように、廃ＣＦＲＰの周囲で酸溶液の熱分解が生じる環境がセメントキルンの内部で構成される方法等であればよい。さらに、廃ＣＦＲＰの小径化において、界面活性剤を滴下した廃ＣＦＲＰを小径化して、界面活性剤を含む廃ＣＦＲＰを得た後、この界面活性剤を含む廃ＣＦＲＰと酸溶液を接触させる方法でもよい。
具体的には、例えば、小径化した廃ＣＦＲＰに界面活性剤及び酸溶液を滴下した後、又は、界面活性剤及び酸溶液に小径化した廃ＣＦＲＰを含浸した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰに酸溶液を滴下した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰを酸溶液に含浸した後、セメントキルンにそれらを投入する方法であってもよいし、セメントキルンに小径化した廃ＣＦＲＰを投入した後、セメントキルンの内部に界面活性剤及び酸溶液を噴霧して、セメントキルンの内部でそれらを接触させる、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰを焼却設備に投入した後、焼却設備の内部に酸溶液を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる方法であってもよい。セメントキルンへの廃ＣＦＲＰの投入箇所は、特に限定されるものではなく、窯前側（キルンバーナー側）からでも、窯尻側からでも、仮焼炉からのいずれであってもよい。
ただし、酸溶液はセメントキルンに投入すると直ちに熱分解するので、酸溶液による燃焼性改善効果を効率的に利用するために、セメントキルンの内部で接触させる方法を用いる場合には、廃ＣＦＲＰと、界面活性剤及び酸溶液とを、共通のもしくはごく近傍の箇所から、同時にもしくは実質的に同時にセメントキルンへ投入することが好ましい。
具体的には、例えば、キルンバーナー等に廃ＣＦＲＰの第１の吹込み用ポートを設置するとともに、その第１の吹込み用ポートに隣り合うように界面活性剤及び酸溶液、または酸溶液のみの第２の吹込み用ポートを設置するようにすればよい。
最後に、廃ＣＦＲＰを、これに接触させた界面活性剤及び酸溶液と共に、セメントキルンの内部で加熱する。加熱温度は、固定炭素の燃焼温度域（５００℃〜８００℃）を超える温度にすることが好ましい。ここで、固定炭素とは、炭素繊維強化プラスチック中に揮発しない形態で存在する炭素化合物のことをいい、廃ＣＦＲＰに含まれる炭素繊維などが含まれる。
なお、本実施形態においては、炭素繊維強化プラスチックの焼却設備としてセメント製造設備であるセメントキルンの例を説明したが、本発明の処理方法においては、セメントキルン以外の焼却設備を用いてもよいことは勿論である。
次に、本発明の処理方法に係る試験結果（すなわち、本発明の処理方法の実施例）について説明する。
［試験例１］
炭素繊維強化プラスチックの大きさを一定とし、界面活性剤の量並びに酸溶液のｐＨ及び量を変化させて試験を行うことにより、界面活性剤及び酸溶液が炭素繊維強化プラスチックの燃焼性に与える影響を評価した。
炭素繊維強化プラスチックの大きさを一定とし、界面活性剤の量並びに酸溶液のｐＨ及び量を変化させて試験を行うことにより、界面活性剤及び酸溶液が炭素繊維強化プラスチックの燃焼性に与える影響を評価した。
具体的には、以下に示す試験水準を設定した。
炭素繊維強化プラスチック：廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径１ｍｍ
酸溶液ａ：ｐＨ０．６のＨＮＯ３溶液（６９％ＨＮＯ３溶液）
酸溶液ｂ：ｐＨ２のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
酸溶液ｃ：ｐＨ４のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
酸溶液ｄ：ｐＨ６のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
界面活性剤：直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム混合物（ライオン株式会社製：ママレモン（商品名））
界面活性剤及び酸溶液の使用方法：以下に示す実施例１〜８及び比較例１、２の１０通りの試験水準で試験を行った。
実施例１：界面活性剤及び酸溶液が気化した雰囲気下に炭素繊維強化プラスチックを曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰ（１００質量部）の周囲に、界面活性剤（０．０８質量部）と酸溶液ａ（１２．５質量部）からなる混合液ａ（酸溶液ａ１００質量部に対し０．６４質量部の界面活性剤を添加して得た混合液ａの１２．５８質量部）を滴下して、同時に加熱した。
実施例２：炭素繊維強化プラスチックを、界面活性剤及び酸溶液に含浸した後に燃焼させる条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液ａ１００質量部に対し０．６４質量部の界面活性剤を添加して得た混合液ａに含侵させた後、水切りした廃ＣＦＲＰを加熱した。（加熱時の廃ＣＦＲＰに付着していた、混合液ａは、該廃ＣＦＲＰ１００質量部に対し１３．５質量部であった。）
実施例３：酸溶液ａを酸溶液ｂに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例４：酸溶液ａを酸溶液ｂに変更した以外、実施例２と同様にした。
実施例５：酸溶液ａを酸溶液ｃに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例６：酸溶液ａを酸溶液ｃに変更した以外、実施例２と同様にした。
実施例７：酸溶液ａを酸溶液ｄに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例８：酸溶液ａを酸溶液ｄに変更した以外、実施例２と同様にした。
比較例１：界面活性剤及び酸溶液を使用することなく、廃ＣＦＲＰのみを加熱した。
比較例２：酸溶液のみが気化した雰囲気下に炭素繊維強化プラスチックを曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰ（１００質量部）の周囲に酸溶液ａ（１２．５質量部）を滴下して、同時に加熱した。
炭素繊維強化プラスチック：廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径１ｍｍ
酸溶液ａ：ｐＨ０．６のＨＮＯ３溶液（６９％ＨＮＯ３溶液）
酸溶液ｂ：ｐＨ２のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
酸溶液ｃ：ｐＨ４のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
酸溶液ｄ：ｐＨ６のＨＮＯ３溶液（酸溶液１を希釈して調整）
界面活性剤：直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム混合物（ライオン株式会社製：ママレモン（商品名））
界面活性剤及び酸溶液の使用方法：以下に示す実施例１〜８及び比較例１、２の１０通りの試験水準で試験を行った。
実施例１：界面活性剤及び酸溶液が気化した雰囲気下に炭素繊維強化プラスチックを曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰ（１００質量部）の周囲に、界面活性剤（０．０８質量部）と酸溶液ａ（１２．５質量部）からなる混合液ａ（酸溶液ａ１００質量部に対し０．６４質量部の界面活性剤を添加して得た混合液ａの１２．５８質量部）を滴下して、同時に加熱した。
実施例２：炭素繊維強化プラスチックを、界面活性剤及び酸溶液に含浸した後に燃焼させる条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液ａ１００質量部に対し０．６４質量部の界面活性剤を添加して得た混合液ａに含侵させた後、水切りした廃ＣＦＲＰを加熱した。（加熱時の廃ＣＦＲＰに付着していた、混合液ａは、該廃ＣＦＲＰ１００質量部に対し１３．５質量部であった。）
実施例３：酸溶液ａを酸溶液ｂに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例４：酸溶液ａを酸溶液ｂに変更した以外、実施例２と同様にした。
実施例５：酸溶液ａを酸溶液ｃに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例６：酸溶液ａを酸溶液ｃに変更した以外、実施例２と同様にした。
実施例７：酸溶液ａを酸溶液ｄに変更した以外、実施例１と同様にした。
実施例８：酸溶液ａを酸溶液ｄに変更した以外、実施例２と同様にした。
比較例１：界面活性剤及び酸溶液を使用することなく、廃ＣＦＲＰのみを加熱した。
比較例２：酸溶液のみが気化した雰囲気下に炭素繊維強化プラスチックを曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰ（１００質量部）の周囲に酸溶液ａ（１２．５質量部）を滴下して、同時に加熱した。
全ての試験水準で、上記試料を昇温速度１０℃／分で加熱し、１５０〜１０００℃の温度域で、重量減少率を測定した。重量減少率の測定は、熱重量・示差熱測定装置（ネッチ・ジャパン株式会社製：ＴＧ−ＤＴＡ ２０２０ＳＲ（商品名））を用いて行いた。
各試験水準で得られた熱重量曲線について、固定炭素の重量（熱重量曲線において、５００℃〜６００℃に生じる緩勾配の始点の重量と、８００℃付近の重量減少が生じなくなった地点での重量との差分）において、かかる固定炭素の重量を１００％とした場合の、所定温度における重量減少率（質量％）を算出した。結果を表１に示す。
その結果、表１に示されるように、界面活性剤と酸溶液とを組み合わせて、炭素繊維強化プラスチックに接触させる処理を行なうことにより、その燃焼性が向上することが明らかとなった。特に、界面活性剤とともにｐＨ４の酸溶液で処理した場合（実施例５，６）では、未処理の場合（比較例１）やｐＨ０．６の酸溶液の処理のみの場合（比較例２）に比べ、６５０℃ではおよそ２倍の燃焼性があり、また７００℃でもおよそ１．４倍の燃焼性が得られた。さらに、実施例１〜４の結果にみられるように、用いる酸溶液のｐＨが低いほど、より良好な燃焼性が得られることが明らかとなった。
なお、図１には参考のため、実施例１，２及び比較例１，２の熱重量曲線の結果を示す。図１中の重量減少曲線において重量減少が生じている３つの領域のうち、低温側の２つの領域（３００〜４００℃に対応する領域及び４５０〜５５０℃に対応する領域）が、主に樹脂等の揮発性炭素の燃焼による重量減少であり、最も高温側の減量域（５５０℃以上の領域）が、主に炭素繊維等の固定炭素の燃焼による重量減少である。よって、図１より、本発明の方法（実施例１，２）は、特に樹脂の燃焼性を促進することによって、その後の固定炭素の燃焼性をも促進していることがわかる。
［試験例２］
次に、炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径を変化させた場合の燃焼率の評価を行った。
次に、炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径を変化させた場合の燃焼率の評価を行った。
本試験の試料として、上記試験例１と同じ廃ＣＦＲＰを用いて、平均粒子径が１６ｍｍ、９．５ｍｍ、６．７ｍｍ、４．７５ｍｍ、２．８ｍｍの５種類の試料を作成した。
廃ＣＦＲＰへの、界面活性剤及び酸溶液の使用方法は、上記試験例１の実施例２と同じにした。すなわち、廃ＣＦＲＰを事前に酸溶液ａ１００質量部に対し０．６４質量部の界面活性剤を添加して得た混合液ａに含侵させた後、水切りした廃ＣＦＲＰを使用した。
上記の混合液ａに含侵させた試料を、１４００℃に温度設定された大気雰囲気の電気炉で３分間加熱し、加熱後の試料中に燃焼せずに残っている固定炭素（炭素繊維）の残存率を評価した。この加熱条件は、セメントキルンの窯前部に投入して燃焼処理を行った場合を模した条件である。
燃焼率の評価は、電気炉加熱後の試料は全て固定炭素とみなして、加熱後の残存試料量の測定値から、未加熱の廃ＣＦＲＰに含まれる固定炭素の重量（炭素繊維含有率：５８質量％）を１００％とした場合の質量残存率（％）を算出した。結果を表２に示す。
その結果、表２に示されるように、平均粒子径が１０ｍｍ以下、好ましくは、７ｍｍ以下であれば、燃焼性改善効果がより大きいことが明らかとなった。
Claims (6)
- 炭素繊維強化プラスチックを焼却する炭素繊維強化プラスチックの処理方法であって、
前記炭素繊維強化プラスチックと、界面活性剤及びｐＨが４以下の酸溶液とを接触させた後、該炭素繊維強化プラスチックを固定炭素の燃焼温度域を超える温度で焼却することを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、
前記炭素繊維強化プラスチックに前記界面活性剤を接触させ、小径化処理して、これに更に前記酸溶液を接触させた後、該炭素繊維強化プラスチックを固定炭素の燃焼温度域を超える温度で焼却することを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、
前記ｐＨが４以下の酸溶液の量は、前記炭素繊維強化プラスチックの量を１００質量部としたとき、１０質量部以上、且つ、２００質量部以下であることを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、
前記界面活性剤の量は、前記ｐＨが４以下の酸溶液の量を１００質量部としたとき、０．５質量部以上、且つ、１０質量部以下であることを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、
前記炭素繊維強化プラスチックの平均粒子径は、１０ｍｍ以下であることを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、
前記炭素繊維強化プラスチックと、前記界面活性剤及び前記酸溶液とを接触させた後、該炭素繊維強化プラスチックをセメント製造設備で固定炭素の燃焼温度域を超える温度で焼却することを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
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