JP7258839B2 - 複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複数種類の小片が集まった判別対象に対する、樹脂とセルロースとを複合させた複合樹脂に含まれるセルロースの複合判別方法及び装置に関するものである。
大量消費及び大量廃棄型の経済活動によって、地球温暖化又は資源の枯渇など、地球規模での環境問題が発生している。
このような状況の中、資源循環型社会の構築に向けて、日本国内では、平成１３年４月から家電リサイクル法が施行されている。家電リサイクル法により、使用済みの家電製品（エアコン、テレビ、冷蔵庫、冷凍庫、洗濯機、又は衣類乾燥機など）のリサイクルが義務付けられている。これにより、使用済の家電製品は、家電リサイクル工場で破砕されて小片となった後に、磁気、風力、又は振動等を利用して材種ごとに判別回収され、リサイクル材料として再資源化されている。樹脂材料においては、ポリプロピレン（以下、ＰＰと表記。）、ポリスチレン（以下、ＰＳと表記。）、又はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（以下、ＡＢＳと表記。）が家電製品に多く用いられており、樹脂の分子構造による近赤外線領域（波数範囲４０００～１００００ｃｍ－１）の吸光特性を利用した判別装置によって、樹脂種ごとに判別回収されている。
この判別装置は、コンベア搬送される小片に近赤外線領域を含む光を照射し、非接触で樹脂からの反射又は吸収スペクトルを検知し、樹脂種を判別することができるため、大量の小片を判別処理することができる。
近年、エコマテリアルの観点から天然由来の材料が注目されており、特に樹脂にセルロースを複合した複合樹脂を用いた家電製品が発売され始めている。今後は、多くの家電製品にセルロースが広がっていくと予想され、各社複合割合等が異なることが考えられる。それにより、今後は、樹脂にセルロースを複合した複合樹脂のような２種類以上の有機化合物を含んだ物質を判別する必要が出てくると予想される。
複数種類の有機化合物が複合された物質の判別方法に関する前記の課題を考慮した方法が、特許文献１で提案されている。特許文献１に記載の技術では、未加硫ゴム組成物中の組成物を解析するためにフィラーゲル化処理を行い、フーリエ変換型赤外分光法で図８に示すような反射スペクトルを取得し、得られたスペクトルから、検出対象であるスチレンブタンジエンゴム由来のピーク（９６０ｃｍ－１、９０３ｃｍ－１、６９７ｃｍ－１）を特定することによって、組成の判別を行っている。また、特許文献１において、未加硫ゴム組成物に対してフィラーゲル化処理を行わない場合は、スチレンブタンジエンゴム由来のピークだけでなく、天然ゴム由来のピークも混在したスペクトルが検出されている。
セルロースを複合した樹脂をリサイクルするにあたっては、複合樹脂を非破壊でかつ複合されたセルロースの割合ごとに判別して分ける必要がある。
しかしながら、特許文献１のような組成による分析では、樹脂とセルロースとが成形された複合樹脂の判別においては、セルロースのピーク強度が弱く、さらに樹脂、セルロース、及び成形時に添加される酸化防止剤のピークがお互いに重なってしまうので、ピーク強度の割合からセルロースの複合比を導出することは困難である。詳細に説明すると、一般的に家電で使用される成形された複合樹脂には、酸化防止剤が含まれる。この酸化防止剤のピークは、セルロース特有のピークであるＯ－Ｈ伸縮と重なる。もう１つのセルロース特有のピークであるＣ－Ｏ－Ｃ伸縮も、複合樹脂種によっては樹脂特有のピーク位置が重なるため、得られたスペクトルのピーク値による判別がしにくい課題がある。さらに、セルロースのピーク強度は鋭く発現されないため、１０％以下の複合率では、その複合率の複合樹脂のスペクトルと樹脂単独でのスペクトルとの差が判別しにくい課題もある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、中赤～遠赤外線領域（波数範囲５００～４０００ｃｍ－１）における反射又は吸収スペクトルを用いて複合樹脂のセルロースの複合を判別する際に、得られたスペクトルのピーク値ではなく、樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値に着目し、樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値の増減を利用することによって、低濃度時においても、複合樹脂種に関係なくセルロースの複合を判別する、複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる複合樹脂のセルロース複合判別方法は、
セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射し、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光し、
前記反射光から得られた反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別し、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を取得し、
前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を予め取得しておき、それらの値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する。
セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射し、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光し、
前記反射光から得られた反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別し、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を取得し、
前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を予め取得しておき、それらの値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する。
前記課題を解決するために、本発明の別の態様にかかる複合樹脂のセルロース複合判別装置は、
セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射する照射部と、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部で得られた前記反射光から反射又は吸収スペクトルを取得し、取得した反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別する樹脂種判別部と、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報として取得する複合判別情報取得部と、
前記複合判別情報取得部で取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値と、前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法で予め取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値とを比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する複合樹脂判別部とを備える。
セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射する照射部と、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部で得られた前記反射光から反射又は吸収スペクトルを取得し、取得した反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別する樹脂種判別部と、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報として取得する複合判別情報取得部と、
前記複合判別情報取得部で取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値と、前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法で予め取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値とを比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する複合樹脂判別部とを備える。
以上のように、本発明の前記態様にかかる複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置によれば、判別対象物における反射又は吸収スペクトルを用いて、判別した樹脂種に応じて１０００ｃｍ－１以下の波数における樹脂由来のピーク位置の波数とは異なる位置の波数を選択し、その選択した波数におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比を取得し、取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値の増減を利用して、複合樹脂内に複合されているセルロースの複合を高精度に判別することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図１～図７の図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる、複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置は、
例えばセルロースファイバーなどのセルロースを含む複合樹脂等に赤外光を照射し、
赤外光が照射された複合樹脂からの反射光を受光し、
反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルから、複合樹脂の樹脂の種類（すなわち樹脂種）を判別し、
反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルのうち、複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化し、規格化することによって得られたスペクトルを用いて、スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を取得し、
複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報として予め取得しておき、それらの値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する。
本発明の実施の形態１にかかる、複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置は、
例えばセルロースファイバーなどのセルロースを含む複合樹脂等に赤外光を照射し、
赤外光が照射された複合樹脂からの反射光を受光し、
反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルから、複合樹脂の樹脂の種類（すなわち樹脂種）を判別し、
反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルのうち、複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化し、規格化することによって得られたスペクトルを用いて、スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を取得し、
複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報として予め取得しておき、それらの値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する。
ここで、実施の形態１では、ピーク強度の値を比較するのではなく、バックグラウンド強度の値を比較する。
ピーク強度の定義としては、取得した分光スペクトル強度のうち、樹脂由来のピークが発現する波数においてスペクトルが尖った強度を意味する。
これに対して、バックグラウンド強度の定義としては、取得した分光スペクトル強度のうち、材料由来出現ピークとは異なる波数のスペクトル強度を意味する。
強度比としているのは、生データから樹脂のトップピークにて規格化しているためである。
以下、実施の形態１を詳細に説明する。実施の形態１では、セルロースの有無を求める。
図１に示すように、複合樹脂判別装置１は、検出領域７と照射部８ａと受光部８ｂとを有する赤外線検出ユニット８と、演算処理部１０とを少なくとも備えている。さらに、複合樹脂判別装置１は、載置部５を備えるようにしてもよい。
載置部５は、一例として、ベルトコンベアの例を示しており、ベルトが一定の速度で移動しており、試料である複合樹脂２が上面に載置されて、複合樹脂２を移送することができる。この載置部５により、複合樹脂２が、載置部５の長手方向沿いに、検出領域７まで移送され、検出領域７に複合樹脂２が位置すると、移送停止される。
赤外線検出ユニット８は、検出領域７の複合樹脂２への赤外線を照射する機能と、照射光３の複合樹脂２からの反射光４を受光する機能とを備えている。
検出領域７では、図２で示すように、試料固定機構６で、複合樹脂２を載置部５の上面に対してプリズム７ａ側に密着させながら固定する。試料固定機構６は、一例として、上から下向きに、複合樹脂２を載置部５の上面に押し付ける棒のような部材である。検出領域７には、赤外線検出ユニット８の一例として、下方から上方に向けて照射光３の一例としての赤外光を照射する機構としての照射部８ａ及び反射光４を検出する機構としての受光部８ｂを少なくとも備えている。よって、照射部８ａからの照射光３はプリズム７ａ及び載置部５を通過して複合樹脂２の下面に照射され、複合樹脂２の下面で反射された反射光４が載置部５及びプリズム７ａを通過して受光部８ｂに受光される。受光部８ｂで受光されて得られた情報は、演算処理部１０に入力される。このため、載置部５は、赤外光及びその反射光が通過可能な材料で構成されている。
なお、照射光３及び反射光４は、それぞれ、複合樹脂２の分子構造による吸光特性を利用するためには、波数５００～４０００ｃｍ－１ の帯域を含んでいる必要がある。
赤外線検出ユニット８は、デジタルデータ変換部９を介して、演算処理部１０に接続されている。
デジタルデータ変換部９は、赤外線検出ユニット８によって、反射光４に応じて出力された電気信号をデジタルデータへ変換する。
演算処理部１０は、受光部８ｂで得られた反射光４のデジタルデータに基づく複合樹脂２の反射又は吸収スペクトルから、判別対象物の複合樹脂２の複合樹脂種を判別したのち、セルロースの複合についても判別する。具体的には、演算処理部１０では、デジタルデータ変換部９から出力されたデジタルデータに基づいて、これらを判別する。
このため、演算処理部１０は、大別して、樹脂種判別部１１０と、スペクトル評価部１２０と、複合樹脂判別部１３０とを備えている。
樹脂種判別部１１０は、スペクトル強度取得部１１０ａと、相関度取得部１１０ｂとを備えている。
スペクトル評価部１２０は、規格化処理部１２０ａと、複合判別情報取得部１２０ｂとを備えている。
樹脂種判別部１１０は、複合樹脂２の樹脂種を判別する。
樹脂種判別部１１０のスペクトル強度取得部１１０ａは、反射光４に基づいてスペクトル強度を取得する。すなわち、まず、受光部８ｂで受光した反射光４のアナログデータが、受光部８ｂからデジタルデータ変換部９を通してデジタルデータに変換されたのち、演算処理部１０のスペクトル強度取得部１１０ａに入力される。デジタルデータ変換部９では、反射光４のアナログデータが反射光４のデジタルデータに変換される。スペクトル強度取得部１１０ａでは、入力された反射光４のデジタルデータに基づいて、複合樹脂２の反射又は吸収スペクトルを算出する。ここで、例えば、反射又は吸収スペクトルとスペクトル強度との関係を表すため、例えば表形式又はグラフ形式に変換した関係情報をスペクトル強度取得部１１０ａでは予め記憶するなどして用意しておく。この関係情報から、算出した反射又は吸収スペクトルに基づいた複合樹脂判別用のスペクトル強度を、スペクトル強度取得部１１０ａで取得する。
樹脂種判別部１１０の相関度取得部１１０ｂは、スペクトル強度取得部１１０ａで取得した複合樹脂判別用のスペクトル強度を基に、スペクトル強度と、複合樹脂２に含まれる樹脂であってかつ予め取得した樹脂単体におけるスペクトル波形とから相関度を求める。樹脂単体におけるスペクトル波形が複数あるときは、それぞれの相関度を相関度取得部１１０ｂで求める。さらに、相関度取得部１１０ｂでは、複数の相関度の中から、相関度の高いものを求めて、樹脂種の判別を行う。
スペクトル評価部１２０の規格化処理部１２０ａは、スペクトル強度取得部１１０ａで取得したスペクトル強度を樹脂由来のＣ－Ｈ伸縮のピークにて規格化処理を行う。すなわち、規格化処理部１２０ａは、取得したスペクトル強度より、波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲においてピーク強度の最大値が１となるように規格化を行う。具体例については後述する。
複合判別情報取得部１２０ｂは、規格化処理部１２０ａで規格化することによって、取得したスペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報（言い換えれば、複合判別対象情報）として取得する。また、複合判別情報取得部１２０ｂは、複合樹脂２に含まれると判別された樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて、複合樹脂２と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を複合判別情報（言い換えれば、複合判別基準情報）として予め取得しておく。
ここで、複合の判別だけでなく、さらに複合割合の判別も行うときは、複合割合の判別において、複合割合が既知のサンプルを用いて、スペクトルデータを教示させる必要がある。同一樹脂種でかつ単一樹脂と、セルロースの複合割合が既知の樹脂とのスペクトルをそれぞれ取得して、それらのバックグラウンド強度値を複合割合でプロットした検量線を作成する。そして、実際の測定で用いた未知試料から得られたバックグラウンド強度と検量線との間で、複合割合を決定する。その決定の際に、複合割合を決定する手法として、相関係数、回帰分析、又は、多変量解析を用いる。なお、先に述べたように、バックグラウンド強度とは、取得した分光スペクトル強度のうち、材料由来出現ピークとは異なる波数のスペクトル強度を意味する。よって、バックグラウンド強度を利用することによって、材料組成特有のピーク同士の混在がなく評価できるため、セルロースの割合を高精度に評価が可能である。
複合樹脂判別部１３０は、複合判別情報取得部１２０ｂでそれらのピーク強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を比較することによって、複合樹脂２でのセルロースの複合を判別する。具体的には、複合樹脂判別部１３０は、樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を単一樹脂と複合樹脂との間でそれぞれ取得する。その結果、複合判別対象情報である判別対象の樹脂のスペクトル強度の比の値が、複合判別基準情報である単一樹脂のスペクトル強度の比の値よりも大きい場合において、複合樹脂であると、すなわち、セルロースの複合であると判別する。
判別を行う手法として、単一樹脂及びセルロース複合樹脂を測定したときに樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を閾値として規定する。予め規定した閾値の値と実測で得られた値とからセルロースの有無を判別する際に、相関情報が必要となる。
ここで、相関情報とは、閾値との値の差である。相関情報の例としては、スペクトルデータベースを作成し、取得したスペクトルとの閾値との値の差等が考えられる。
閾値は、セルロース複合樹脂のスペクトルから得られたバックグラウンド強度から設定する。判別したい複合割合が既知のセルロース複合樹脂を用いて予め測定し、樹脂及びセルロース特有のピークと被らない波数のバックグラウンド強度を求める。そのバックグラウンド強度を閾値として、セルロースの有無を判別する。
ここで、実施の形態１に係る複合樹脂の判別方法について図３を用いて説明する。
図３は、実施の形態１に係る複合樹脂の判別方法の処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ０１では、載置部５により、セルロースが複合された複合樹脂２の試料を移送して、検出領域７内のＡＴＲ（Attenuated Total Reflection：全反射測定法）プリズム７ａの上方の位置に、セルロースが複合された複合樹脂２を停止させる。その位置で、図２中の試料固定機構６にて、複合樹脂２に、プリズム７ａの方向へ押圧力を付与して負荷をかけて、複合樹脂２と載置部５とプリズム７ａとを密着させる。ここで、ＡＴＲプリズムを用いる理由は、ＡＴＲプリズムを用いたＦＴ－ＩＲ（すなわちフーリエ変換赤外分光法）でなければ、原理的に解析で用いるバックグラウンド強度が出現しないためである。
次いで、ステップＳ０２では、検出領域７内の、セルロースが複合された複合樹脂２の試料に、図１で示すような照射部８ａから照射光３として赤外光を、プリズム７ａと載置部５とを介して照射する。
次いで、ステップＳ０３では、ステップＳ０２で照射部８ａから照射した照射光３が複合樹脂２の表面で反射光４として反射されるとき、この反射光４を、載置部５とプリズム７ａとを介して受光部８ｂで受光して検出する。
次いで、ステップＳ０４では、ステップＳ０３で受光部８ｂにより検出した反射光４の情報が、デジタルデータ変換部９を通してフーリエ変換されて、デジタルデータとして、演算処理部１０の樹脂種判別部１１０のスペクトル強度取得部１１０ａに入力される。ペクトル強度取得部１１０ａでは、入力されたデジタルデータを基に中遠赤外線領域のおけるスペクトルを算出する。スペクトル強度取得部１１０ａでは、算出した反射又は吸収スペクトルを基に、例えば、反射又は吸収スペクトルとスペクトル強度との関係を表す例えば表形式又はグラフ形式の関係情報を利用して、複合樹脂判別用のスペクトル強度を取得する。
次いで、ステップＳ０５では、樹脂種判別部１１０の相関度取得部１１０ｂにおいて、ステップＳ０４で取得したスペクトル強度と、複合樹脂２に含まれる１種類以上の樹脂であってかつ予め取得した樹脂単体におけるスペクトル波形とから相関度を求める。樹脂単体におけるスペクトル波形が複数あるときは、それぞれの相関度を相関度取得部１１０ｂで求める。さらに、相関度取得部１１０ｂでは、複数の相関度の中から、相関度の高いものを求めて樹脂種の判別を行う。以下の図４Ａの例では、樹脂種としてＰＰを判別している。
ここでの相関度は、スペクトルデータベースと取得したスペクトルとを比較することによって、セルロースが複合される樹脂の種類を求めるときに使う相関係数のことを意味する。その結果から、母材樹脂種を決定する。図４Ａは、ＰＰ単体樹脂とセルロースが複合されたＰＰ樹脂とのスペクトルを示している。図４Ｂは、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＳのスペクトルデータであって、ＰＰのピーク強度の波数がＡＢＳ又はＰＳのピーク強度の波数とは全く異なることを示している。ここでは、ＰＰの相関度よりも、ＰＰ以外の樹脂であるＡＢＳ又はＰＳの相関度が低くなっている。
次いで、ステップＳ０６では、演算処理部１０のスペクトル評価部１２０の規格化処理部１２０ａにおいて、取得したスペクトル強度より、複合樹脂２に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲においてピーク強度の最大値が１となるように規格化を行う。この実施例においては、一例として、図４Ａに、ＰＰとセルロースとが複合された複合樹脂のスペクトルを示す。ＰＰの場合、一例として、波数２９１７ｃｍ－１のピーク強度で規格化処理部１２０ａにより規格化した。この図４Ａから、セルロース特有のピークであるＯ－Ｈ伸縮とＣ－Ｏ－Ｃ伸縮とのピーク位置では、波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲（すなわち、図４Ａで２本の縦の点線の間の範囲）においてピーク強度の最大値が１となるように規格化処理部１２０ａで規格化を行う。この規格化を行うことによって導出される反射率ピーク強度比の差が、各スペクトルの間でほとんどなく見分けがつかないことが分かる。
この結果、Ｃ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲においてピーク強度の最大値が１となるように規格化を行う処理によって、バックグラウンド強度比の変化を、処理前と比較して、明確にすることができる。
次いで、ステップＳ０７では、スペクトル評価部１２０の複合判別情報取得部１２０ｂにおいて、低波数側（１０００ｃｍ－１以下）で、前記判別した樹脂種の樹脂（この例では、ＰＰ）と被らない波数を選択する。すなわち、ここで選択する波数の値は、ステップＳ０５で判別した樹脂種に応じたピーク位置と被らない波数を複合判別情報取得部１２０ｂで決定する必要がある。図４Ａでは、ＰＰとセルロースとを複合させたサンプルおけるスペクトルを示す。図４Ａ内にて、１０００ｃｍ－１以下の波数においてバックグラウンド強度を算出するためには、判別した樹脂種の樹脂であるＰＰのピーク波数と被らない領域、すなわち、この中ではＣＨ２＝ＣＨ（波数９９０ｃｍ－１）と、ＨＣ＝ＣＨ（波数９７０ｃｍ－１）と、ＣＨ２ＣＯＯＨ（波数９４０ｃｍ－１）と、ＣＨ（波数８４０ｃｍ－１）と、ＣＨ（波数８１０ｃｍ－１）と、ＣＨ２（波数７２０ｃｍ－１）と、ＣＨ（波数６７０ｃｍ－１）とのそれぞれのピークと被らない波数を、複合判別情報取得部１２０ｂで選択する必要がある。図４Ａの実施例では、ＰＰとセルロースとのピークが被らないでかつ、赤外光の侵入深さの差が大きい値として、波数５００ｃｍ－１を複合判別情報取得部１２０ｂで選択する。
このように、ＰＰの実施例におけるバックグラウンド強度は、ＰＰとセルロースのピーク位置と異なる波数より算出する。その中でも、図５の潜り込み深さの関係から、波数としては、スペクトル内で一番屈折率による変化が大きい５００ｃｍ－１を選択する。
なお、樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度の比を、バックグラウンド強度比とし、樹脂由来のピークが発現する波数でのスペクトル強度比を、ピーク強度比としている。
次いで、ステップＳ０８では、選択した波数におけるバックグラウンド強度比の値を複合判別情報取得部１２０ｂで複合判別情報として算出する。ここで、複合樹脂２に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて複合樹脂２と同様の方法でバックグラウンド強度比の値を複合判別情報取得部１２０ｂで複合判別情報として予め取得しておく。一例として、図４Ａの横軸には波数の値をプロットし、縦軸には、ステップＳ０７にて選択した波数５００ｃｍ－１におけるセルロース複合割合別の反射率ピーク強度比の値をプロットしている。この場合では、ＰＰの樹脂に対してセルロース０％では反射率ピーク強度比は０．０５３、セルロース５％では０．０７０、セルロースが１０％複合されると０．０９３となり、セルロースの複合割合が増えるにつれて、反射率ピーク強度比の値が増加することが分かる。この情報を複合樹脂判別部１３０が予め取得しておく。
次いで、ステップＳ０９では、判別対象となる複合樹脂２と同じ樹脂種のセルロースの割合を予め決めて、割合が既知であるサンプルより、事前に１０００ｃｍ－１以下の領域での複数のバックグラウンド強度比を複合判別情報取得部１２０ｂでそれぞれ導出しておき、それらを閾値とする。これらの複数の閾値は、演算処理部１０の複合樹脂判別部１３０に予め取得しておく。複合樹脂判別部１３０において、ステップＳ０８で取得したバックグラウンド強度比の値を前述の複数の閾値それぞれと比較することによって、複数の閾値の間にバックグラウンド強度比が位置すれば、セルロースの複合と複合割合とが判別可能となる。例えば、ステップＳ０８で取得した値が、前述の複数の閾値のうちの第１の閾値よりも大きくかつ第２の閾値よりも小さい場合には、第２の閾値に対応するＸ％の割合だけセルロースが含まれており、セルロースの複合があり、かつ複合割合はＸ％であると判別することができる。
このように、閾値を一つにして、その閾値と比較して大きい小さいで判別する。パーセンテージ毎のセルロース複合割合別の実施例に関しては、図７にプロットしている。例として、判別の基準を５％とするならば、図７より閾値を０．０６９４４と設定し、この値より上であれば、５％以上のセルロースが複合されていると判別できる。
前記したように、実施の形態１によれば、判別対象物である複合樹脂２における反射又は吸収スペクトルを用いて、判別した樹脂種に応じて１０００ｃｍ－１以下の波数における樹脂由来のピーク位置とは異なる波数を選択し、その波数におけるピーク強度比を算出し、予めセルロースが複合されていない既知の樹脂のピーク強度比とを比較して、複合樹脂２内に複合されているセルロースの複合と複合割合とを高精度に判別することができる。
このように高精度に判別することができる理由は以下の通りである。
従来の組成よる分析では、樹脂とセルロースとが成形された複合樹脂の判別においては、セルロースのピーク強度が弱く、さらに樹脂、セルロース、及び成形時に添加される酸化防止剤のピークがお互いに重なってしまうので、ピーク強度の割合からセルロースの複合比を導出することは困難である。これに対して、この実施の形態１では、バックグラウンド強度を利用することによって、材料組成特有のピーク同士の混在がなく評価できるため、セルロースの割合を高精度に評価が可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１において、判別した樹脂種に応じて１０００ｃｍ－１以下の波数における樹脂由来のピーク位置とは異なる波数を選択し、その波数におけるバックグラウンド強度比を算出し、予めセルロースが複合されていない既知の樹脂のバックグラウンド強度比とを比較して、複合樹脂２内にセルロースが複合されているか否かを判別している。
実施の形態１において、判別した樹脂種に応じて１０００ｃｍ－１以下の波数における樹脂由来のピーク位置とは異なる波数を選択し、その波数におけるバックグラウンド強度比を算出し、予めセルロースが複合されていない既知の樹脂のバックグラウンド強度比とを比較して、複合樹脂２内にセルロースが複合されているか否かを判別している。
しかしながら、本発明は、これに限られるものではなく、バックグラウンド強度比を比較する代わりに、複合判別情報取得部１２０ｂにおいて、予め複合割合が既知の複合樹脂からバックグラウンド強度を取得して検量線を引き、検量線との相関度によって複合と複合割合とを複合樹脂判別部１３０で判別する方法もある。すなわち、複合判別情報取得部１２０ｂにおいて、バックグラウンド強度比を比較する代わりに、予めセルロース複合割合が既知であるサンプルを用いて導出したバックグラウンド強度に関する検量線を作成し、次いで、検量線と前記取得したバックグラウンド強度の値との相関度の高さによって複合と複合割合との判別を複合樹脂判別部１３０で行うものである。
この方法では、物質由来の組成ではなく、屈折率の違いによるバックグラウンドの強度の増減によって評価するため、組成によるピークが出現しにくい物質においても、複合と複合割合とをより正確に判別することができるという点で優れる。
このバックグラウンド強度は、複合樹脂とセルロースとの屈折率の違いによる赤外光の潜り込み深さの関係によって決定される。図５に、屈折率の違いによる潜り込み深さの関係を示す。ＰＰの屈折率は１．４８である。また、セルロースの屈折率は１.５８である。その結果、セルロースが複合されるにつれて、入射光が入り込む潜り込み深さが深くなっていき、その深さが増加するにつれて、低波数側でバックグラウンド強度が増加するということである。潜り込み深さと試料の屈折率との関係を表した式は
である。
この潜り込み深さを決める要素として、波長、入射角、プリズムの屈折率、試料の屈折率がある。波長は波数（５００～４０００ｃｍ－１）を波長に換算すると、波数５００ｃｍ－１では波長２０μｍ、波数４０００ｃｍ－１では波長２.５μｍとなるため、低波数側では波長が長くなり、潜り込み深さが増加する。照射光の入射角の角度によって、判別可能な試料の屈折率に制約があるため、測定対象の試料に合わせて入射角度を決定する必要がある。今回の場合、照射光の入射角は４５度で行った。プリズムは屈折率が低い方が潜り込み深さがより深くなるため、使用される素材の中でも最も屈折率の低いダイヤモンドを用いた。今回の場合において、屈折率は２．４となる。試料の屈折率は、今回測定に用いた複合樹脂の屈折率である。セルロースの屈折率は１．５８、一般的に家電で使用される複合樹脂であるＰＰは１．４８、ＰＳは１．６０、ＡＢＳは１．５１である。赤外光の潜り込み深さは、材料の屈折率によって変化するため、この式で考えると、屈折率が大きくなると照射光の潜り込み深さも深くなるため、反射されて返ってくる反射光もその分大きくなる。その結果、バックグラウンド強度が増加し、この増減を利用して判定を行っている。そのため、これらの複合樹脂とセルロースとが複合された場合においても判別可能であると考えている。
上記の関係から、図６に、検量線を用いて複合割合を判別するためのフローチャートを示す。ステップＳ０１～ステップＳ０７は実施の形態１のステップＳ０１～ステップＳ０７と同じである。
ステップＳ０８では、実施の形態１のステップＳ０８と同様に、波数１０００ｃｍ－１において樹脂とセルロースが被らない波数における反射率ピーク強度比の値を複合判別情報として複合判別情報取得部１２０ｂで算出する。図７はＰＰとセルロースにおける波数５００ｃｍ－１においての反射率ピーク強度比の値をセルロースの複合割合別にプロットしたものである。この結果から、複合判別情報取得部１２０ｂで近似線を引くと、
（２）の式で表す近似曲線が引けることとなる。
ステップＳ０９では、複合判別情報取得部１２０ｂにおいて、ステップＳ０８で算出した強度の値を複合割合にどのように落とし込んでいくかを述べる。強度の値から複合割合を複合判別情報として複合判別情報取得部１２０ｂで算出するには、強度に対する基準値が必要となる。この基準値を決定する方法として、予め既知の試料から、セルロースの複合比とステップＳ０７で選択した波数におけるバックグラウンド強度との関係のデータを複合判別情報取得部１２０ｂで測定し、測定データから検量線を複合判別情報取得部１２０ｂで作成する必要がある。
ステップＳ１０では、複合樹脂判定部１３０において、作成した検量線に対して、未知の試料を測定して得られたバックグラウンド強度の値と相関強度の高い点で当てはめることによって、複合割合を導出する。
以上のように、実施の形態２に係る複合割合判別方法及び装置によれば、判別対象物における反射又は吸収スペクトルを用いて、判別した樹脂種に応じて１０００ｃｍ－１以下の波数における樹脂由来のピーク位置とは異なる波数を選択し、その波数におけるピーク強度比を算出し、ピーク強度比を比較する代わりに、予め複合割合が既知の複合樹脂からバックグラウンド強度を取得して検量線を引き、検量線との相関度によって、複合樹脂２内に複合されているセルロースの複合と複合割合とを高精度に判別することができる。
このように高精度に判別することができる理由は以下の通りである。
従来の組成よる分析では、樹脂とセルロースとが成形された複合樹脂の判別においては、セルロースのピーク強度が弱く、さらに樹脂、セルロース、及び成形時に添加される酸化防止剤のピークがお互いに重なってしまうので、ピーク強度の割合からセルロースの複合比を導出することは困難である。これに対して、この実施の形態２では、バックグラウンド強度を利用することによって、材料組成特有のピーク同士の混在がなく評価できるため、セルロースの割合を高精度に評価が可能となる。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる、複合樹脂のセルロース複合判別方法及び装置は、セルロースを含む複合樹脂についてセルロースの複合を迅速に判別することができるため、複数の判別対象物の中からセルロースの複合割合の高い複合樹脂を、高純度化が求められるリサイクル工程等に用いることが可能である。
１ 複合樹脂判別装置
２ 複合樹脂
３ 照射光
４ 反射光
５ 載置部
６ 試料固定機構
７ 検出領域
７ａ プリズム
８ 赤外線検出ユニット
８ａ 照射部
８ｂ 受光部
９ デジタルデータ変換部
１０ 演算処理部
１１０ 樹脂種判別部
１１０ａ スペクトル強度取得部
１１０ｂ 相関度取得部
１２０ スペクトル評価部
１２０ａ 規格化処理部
１２０ｂ 複合判別情報取得部
１３０ 複合樹脂判別部
２ 複合樹脂
３ 照射光
４ 反射光
５ 載置部
６ 試料固定機構
７ 検出領域
７ａ プリズム
８ 赤外線検出ユニット
８ａ 照射部
８ｂ 受光部
９ デジタルデータ変換部
１０ 演算処理部
１１０ 樹脂種判別部
１１０ａ スペクトル強度取得部
１１０ｂ 相関度取得部
１２０ スペクトル評価部
１２０ａ 規格化処理部
１２０ｂ 複合判別情報取得部
１３０ 複合樹脂判別部
Claims (3)
- セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射し、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光し、
前記反射光から得られた反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別し、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（バックグランド強度）の比の値を取得し、
前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（バックグランド強度）の比の値を予め取得しておき、それらの値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する、複合樹脂のセルロース複合判別方法。 - １０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置における前記ピーク強度比の値を複合判別情報として取得したのち、
前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法でスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値を予め取得しておき、それらの樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（バックグランド強度）の比の値を比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する代わりに、
予めセルロース複合割合が既知であるサンプルを用いて導出したバックグラウンド強度に関する検量線を作成し、
前記検量線と前記取得したバックグラウンド強度の値との相関度の高さによって複合と複合割合との判別を行う、請求項１に記載の複合樹脂のセルロース複合判別方法。 - セルロースを含む複合樹脂に赤外光を照射する照射部と、
前記赤外光が照射された前記複合樹脂からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部で得られた前記反射光から反射又は吸収スペクトルを取得し、取得した反射又は吸収スペクトルから、前記複合樹脂の樹脂種を判別する樹脂種判別部と、
前記反射光によって得られた前記反射又は吸収スペクトルのうち、前記複合樹脂に起因するＣ－Ｈ伸縮ピークである波数２８００ｃｍ－１以上でかつ３０００ｃｍ－１以下の範囲のピークにおいて最大の強度となるピーク位置の強度で規格化することによって得られたスペクトルを用いて、前記スペクトル中における１０００ｃｍ－１以下でかつ前記判別した樹脂種の樹脂由来のピークが発現する波数とは異なる位置におけるスペクトル強度（バックグランド強度）の比の値を複合判別情報として取得する複合判別情報取得部と、
前記複合判別情報取得部で取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値と、前記複合樹脂に含まれる樹脂であってかつ予め取得した単一樹脂のサンプルのスペクトルを用いて前記複合樹脂と同様の方法で予め取得したスペクトル強度（すなわち、バックグランド強度）の比の値とを比較することによって、前記複合樹脂でのセルロースの複合を判別する複合樹脂判別部と
を備える、複合樹脂のセルロース複合判別装置。
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