JP7175707B2 - 再生樹脂材料の不純物除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、再生樹脂材料に含まれる不純物を除去する方法に関する。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステルは、繊維、フィルム、その他の成型品として広く使用されている。特に食品や飲料用の容器として幅広く使用されており、一般にペットボトルと称される容器はその使用量も膨大である。近年の環境問題や省資源の面から、使用済みの飲料ペットボトル等は回収されて、一部は、再生樹脂材料として再び成型品に利用される。再生樹脂材料は非再生樹脂材料（バージン樹脂材料）に比べ、比較的安価な価格で提供されている。

成型品は押出機や金型などを利用し、樹脂を混練しながら溶融させて作られることになるが、再生樹脂材料は廃品を利用する関係で不純物が含まれやすく、再生樹脂材料に不純物が含まれていると、押出機内で不純物が炭化し、黒ずんだ粒状の物体が成型品に混ざりやすくなる。このような物体が成型品に混ざってしまうと、外観上の品質、形状の欠落、物性の低下等様々な不良の原因になる。

そのため、再生樹脂材料では成型品として加工する前に適切に不純物を取り除くことが不可欠である。不純物を取り除くための方法として、例えば、特許文献１に記載されるような方法により、洗浄を行う方法が挙げられる。

特開２００３－１３６５３１号公報

不純物を取り除くために、しっかりと洗浄を行ったつもりでも、再生樹脂材料には不純物が混ざりやすい傾向にある。特に、異なる樹脂が混入している場合には、洗浄するだけでは除去することが難しい。洗浄前に分別作業を行ったとしても、これを完全に分別することは困難である。さらには近年では積層技術が進み、異なる樹脂が混入しやすい状況にもなっている。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ポリエステルを再生樹脂材料とするにあたり、より確実に不純物を除去する再生樹脂材料の不純物除去方法を提供することを目的する。

前記目的を達成するために、本発明の再生樹脂材料の不純物除去方法は、不純物が混在するポリエステルの粉砕物を赤外線照射装置により熱処理し、不純物を変色させると共にポリエステルを乾燥及び結晶化させた後、変色した粉砕物を除去することを特徴とする。この構成によれば、不純物が混在するポリエステルの粉砕物に対し、赤外線照射装置による熱処理を行うことによって、不純物及び不純物を含む粉砕物を変色させ、可視化することにより、より確実に再生樹脂材料から不純物を除去することができる。

前記本発明の再生樹脂材料の不純物除去方法においては、以下の各構成とすることが好ましい。赤外線照射装置は回転ドラムを備え、粉砕物は回転ドラム内で熱処理されることが好ましい。この構成によれば、回転ドラムを回転させることにより、粉砕物同士の融着しにくい状態となり、さらには、変色や結晶化のムラも抑えることができる。

熱処理は少なくとも二段階の温度で処理され、高温で処理した後に温度を下げて処理がなされることが好ましい。この構成によれば、一段階目に変色のために短時間の高温処理を行い、二段階目に温度を下げて結晶化させるための温度で処理を行うことができ、熱量が多くなりすぎることによる粉砕物同士の融着を防止しつつ、変色と結晶化を両立させることができる。

熱処理は、その処理時間の前半に最も高い温度に加熱されることが好ましい。本発明における変色は、熱処理を開始してから、なるべく早い段階でかつ短時間でより高い温度に曝す方がよりはっきりと変色する傾向にある。

変色した粉砕物は、光学検出手段を備える色彩識別装置により識別されて除去されることが好ましい。本発明では不純物を含む粉砕物に対し、顕著に色をつけることができるために、色彩識別装置による識別がしやすく、不純物を含んだ粉砕物をより厳密に除去することができる。

本発明の効果は前記のとおりであり、不純物が混在するポリエステルの粉砕物に対し、赤外線照射装置による熱処理を行うことによって、不純物及び不純物を含む粉砕物を変色させ、可視化することにより、より確実に再生樹脂材料から不純物を除去することができる。

本発明に用いる赤外線照射装置の一実施形態の模式図である。 図１のＸ－Ｘ線における断面の模式図である。 本発明において赤外線照射装置により熱処理された粉砕物を示す写真である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。本発明は、ポリエステルの粉砕物を再生樹脂材料として再生する上で、混在する不純物を除去する方法である。

本発明で再生されるポリエステルは、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等であって、ポリエステル同士を混合したものや、共重合ポリエステルであってもよい。

本発明では粉砕物として、主に、容器、繊維、フィルム、その他の成型品として成型されていたものを粉砕したものが使用され、粉砕方法や粉砕される前の形状については、特に限定されない。粉砕後は５～２０ｍｍ程度の粉砕物となる。

本発明では、不純物が混在するポリエステルの粉砕物に対して処理がなされる。本発明でいう不純物は、付着や混入している異物や汚れにあたるものである。例えば、使用済みペットボトルの粉砕物においては、蓋やラベル片、充填される飲料に含まれる糖分なども不純物に含まれるし、一部のペットボトルではポリアミド層を積層している場合もあり、そのポリアミドも不純物に含まれる。

一般に、使用済のペットボトルは、他の材料やごみが混ざらないように選別され、ラベルなどを除去した後、粉砕され、洗浄が行われる。通常の洗浄ではペットボトル表面に付着した不純物を十分に取り除くことができないため、アルカリ洗浄が取り入れられている。この洗浄では水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ金属水酸化物の溶液を用いて洗浄が行われ、アルカリ洗浄に続き、すすぎ洗浄が行われる。これらの洗浄は数回繰り返して行い、乾燥にかけられることになる。

本発明において、上記の洗浄は省略してもよいが、洗浄の工程を省略すると除去する粉砕物が多くなり、結果として、再生樹脂材料として再生される樹脂が少なくなってしまう。本発明は上記の洗浄を行っても除去することが困難な粉砕物に混在する不純物を除去する上で特に効力を発揮する。上記のアルカリ洗浄は強力な洗浄ではあるが、付着した糖分などを完全に取り除くことは難しく、積層し複合されたポリアミドなどを取り除くことは特に困難である。そのため、本発明は特に上記洗浄の工程の後に行われることが好ましい。

本発明では、上記粉砕物を赤外線照射装置により熱処理することで、乾燥することになる。本発明で用いる赤外線照射装置は、赤外線を照射することによって、粉砕物を加熱する装置である。本発明は不純物を変色させることで不純物とポリエステル樹脂の間で色差をつくり、これによって不純物の除去を可能とするものであり、この色差が顕著に表れることが要求される。本願発明者らは、研究の結果、この変色は、ポリエステルを溶融させない温度で、かつ短時間で加熱することで可能になることを見出した。このような加熱の条件を満たすために、本発明では赤外線照射で加熱を行う。

上記変色は黒色、褐色、黄色といった色に変色するものであり、ポリエステルの非結晶や結晶による透明又はこれが白濁した色とは異なる色となる。この変色が生じるメカニズムは定かではないが、おそらくポリアミドや糖類などの不純物が炭化することによって生じているものであり、短時間で加熱することによってその反応が生じやすくなる傾向にある。

短時間で加熱するだけならば赤外線照射以外の方法も考え得るが、後に変色した粉砕物を除去することができなければならず、ポリエステルを溶融させない温度に留め、粉砕物の形を維持する必要がある。かかる条件を満たす上では、赤外線照射が最適であり、特に、赤外線の中でも近赤外線の照射量が多い光源を用いて照射することが好ましい。

変色した粉砕物の除去という観点では粉砕物同士が融着しにくいことも求められる。これは後に再生樹脂材料として押出機に供給する際にも求められることであり、これはポリエステルを結晶化させることで改善される。ポリエステルの結晶化は、結晶化温度まで昇温させ、一定時間維持することでなされる。本発明では、赤外線照射による加熱を行い、不純物を変色させ、さらにポリエステルの乾燥と結晶化の双方を行うことになる。

上記乾燥は上記結晶化をさせるに十分な温度で処理されていれば、同時に行われることになるが、本発明でより顕著に変色させようとするならば、結晶化のために処理する温度よりも高い温度で加熱することが好ましい。結晶化のための処理温度が１２０℃から融点の範囲であるならば、変色のための処理温度は１６０℃から融点の範囲であることが好ましく、すなわち変色のための処理温度が結晶化のための処理温度より２０℃以上高い温度で熱処理することが好ましい。

しかしながら、変色のための温度は高温であるため、長時間処理すると熱量が多くなりすぎ、粉砕物同士が融着することにつながりかねないし、不純物が変色するに要する時間はポリエステルが結晶化するに要する時間よりも短時間である。そのため、熱処理は少なくとも二段階の温度で処理されることが好ましく、本発明の変色は短時間で加熱しなければ生じにくい観点から、変色させるため高温で処理した後に、温度を下げて結晶化させるための温度で処理がなされることが好ましい。不純物を変色させ、さらにポリエステルの乾燥と結晶化が完了するまでに行う熱処理は、総じて、その処理時間の前半に最も高い温度に加熱されることが好ましいといえる。

本発明で行う熱処理時間としては、１０～３０分であることが好ましい。処理温度にもよるが、変色させるためには熱処理開始から１～１０分の間、熱処理を行うことが好ましく、当該時間が経過した後、結晶化させるための温度に下げて処理することが好ましい。

ところで、変色させることを考慮せず、ポリエステルの乾燥及び結晶化のために行う熱処理であれば、粉砕物同士の融着が生じやすくなるために、ある程度結晶化する状態まで温度を急激に上げず、徐々に温度を高くすることが望まれる。本発明では、変色のために短期間ではあるが高温に加熱するために、変色させることを考慮しない場合に比べ、粉砕物同士の融着が生じやすい傾向にはある。そのため、赤外線照射装置は回転ドラムを備え、粉砕物は回転ドラム内で熱処理されることが好ましい。回転ドラムを回転させることにより、粉砕物同士の融着しにくい状態となり、さらには、変色や結晶化のムラも抑えることができる。

上記のように熱処理された粉砕物は、光学検出手段を備える色彩識別装置によって、色差が判別され、粉砕物の変色の有無が識別される。その後、その識別を基に変色した粉砕物は、空気圧を吹き付けて弾き出す、ピンを当てて弾き出す、吸引ノズルを使って吸い出す等の除去機構を用いて粉砕物の集合から取り除き、その残りが再生樹脂材料となる。本発明では不純物を含む粉砕物に対し、顕著に色をつけることができるために、色彩識別装置による識別がしやすく、不純物を含んだ粉砕物をより厳密に除去することができる。

上記のようにして得られた再生樹脂材料は、主に溶融押出が行われ、ペレット、フィルム、繊維、その他の成形品となる。本発明で得られる再生樹脂材料は、炭化し得る不純物が予め除去され、極めて少ない状態になっているため、溶融押出によって得られた成形品において、外観上の品質、形状の欠落、物性の低下等の様々な不良が生じにくい。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、これは一例であり、本発明は以下の実施例にのみに限定されるものではない。図１に示す装置は、赤外線照射装置１である。この赤外線照射装置１は、供給装置２、赤外線を照射する加熱装置３、及び回転ドラム４を備えている。供給装置２は、粉砕物を赤外線照射装置１内に移送する装置であり、図１に示す装置では、投入口５に粉砕物を投入すると、ポンプからの空気圧により、移送管６の先の排出口７から排出され、回転ドラム４内に移送される。

回転ドラム４は、円形部分を側面とする円筒形をなしており、その内部にはスパイラル壁８を備えている。スパイラル壁８は、図２に示すように筒部分の内面にスパイラル状に形成された内壁であり、回転ドラム４に駆動輪９の回転を伝えて回転させることにより、回転ドラム４内に排出された粉砕物を回転ドラム４内で移送する。回転ドラム４内には、円形部分の側面の略中心部同士に渡るような形で、長尺体の加熱装置３が配置されている。

加熱装置３は近赤外線を主とする赤外線を照射する照射ユニット１０が長尺体の長手方向に沿って３台並べて備えられており、それぞれの照射ユニット１０から照射される赤外線の照射量を調節することで異なる温度条件に設定することができる。そのため、回転ドラム４内を移送される粉砕物は、加熱装置３の３台の照射ユニット１０による赤外線を順に浴びて加熱されながら通過していき、熱処理されることになる。すなわち図１に示す赤外線照射装置１は、粉砕物に対し、熱処理時間の経過と共に、温度条件を変更することができる。粉砕物に対し、各照射ユニット１０におけるそれぞれの加熱箇所を粉砕物が赤外線の照射を受ける順に、第１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーンとする。

使用済み飲料用ペットボトルを粉砕した粉砕物を用意し、赤外線照射装置１を用い、実施例１～３、比較例１として、表１に示す熱処理条件で熱処理を行った。また、比較例２として、ホッパー内に熱風を送り込むことで乾燥を行う除湿熱風乾燥装置（カワタ社製ホッパードライヤー）を用い、表１に示す熱処理条件で熱処理を行った。熱処理後、粉砕物の変色状態を目視にて、以下の評価基準により確認した。その結果を表１に示す。

なお、実施例１～３、比較例１、２に用いたいずれの粉砕物も、アルカリ洗浄及びすすぎ洗浄を繰り返し行われており、粉砕物の大きさは平均して１５ｍｍ程度の大きさである。また、粉砕物は実施例１～３、比較例１、２はいずれも熱処理前が３，０００～５，０００ｐｐｍ程度の水分率で、熱処理後は２００～４００ｐｐｍ程度の水分率になるように熱処理を行った。

表１の下段に変色状態の評価を記号で示した。評価基準は次のとおりである。
◎＝明らかに変色した粉砕物が混在している。
〇＝変色した粉砕物が混在しているといえるが、やや色が薄い。
×＝粉砕物の変色がない。またはほとんどない。

実施例１～３で熱処理された粉砕物は、図３に示すように大半は半透明の粉砕物であるが、一部の粉砕物が黒色や褐色に変色していた。これに対して比較例１、２で処理された粉砕物は、ほぼ半透明の粉砕物であった。また、実施例１で熱処理された粉砕物に比べ、実施例３で熱処理された粉砕物は変色が薄いように感じられた。

上記実施例１～３及び比較例１、２の粉砕物に対し、光学検出手段を備えた色彩識別装置（安西製作所製）をもって、色差の識別を行い、変色していると認識されたものを同装置（安西製作所製）を用いて除去したところ、実施例１～３の粉砕物は、変色した粉砕物を除去することができた。これに対して、比較例１、２の粉砕物は特に除去されるものがなかった。

すなわち、前記のとおり、実施例３で熱処理された粉砕物は変色が薄いように感じられたが、変色していると認識されるに十分な明確な変色であるといえる。したがって、実施例３は、ゾーン１～３で一律に処理温度が１８０℃であるが、最初に１６０℃を超えるような高温で処理することは、変色に有効であることが理解できる。

実施例１～３で、除去された粉砕物を顕微ＩＲ装置（パーキンエルマー・ジャパン社製１４００II）を用いて組成分析を行ったところ、黄色に変色した粉砕物からは、糖類やナトリウムが多く検出され、黒色に変色した粉砕物からは、ポリアミドが多く検出された。

１ 赤外線照射装置
２ 供給装置
３ 加熱装置
４ 回転ドラム
５ 投入口
６ 移送管
７ 排出口
８ スパイラル壁
９ 駆動輪
１０ 照射ユニット

Claims (4)

1. 不純物が混在するポリエステルの粉砕物を赤外線照射装置によりポリエステルを溶融させない温度で熱処理し、
   前記熱処理は少なくとも二段階の温度で処理され、高温で処理した後に温度を下げて処理がなされるものであり、
   前記熱処理により、不純物を変色させると共にポリエステルを乾燥及び結晶化させた後、
   変色した粉砕物を除去する再生樹脂材料の不純物除去方法。
2. 赤外線照射装置は回転ドラムを備え、粉砕物は回転ドラム内で前記熱処理される請求項１に記載の再生樹脂材料の不純物除去方法。
3. 前記熱処理は、その処理時間の前半に最も高い温度に加熱される請求項１又は２に記載の再生樹脂材料の不純物除去方法。
4. 変色した粉砕物は、光学検出手段を備える色彩識別装置により識別されて除去される請求項１から３のいずれかに記載の再生樹脂材料の不純物除去方法。

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