JP7302755B2 - 再生プラスチックペレットの製造方法及び再生プラスチックペレット - Google Patents

再生プラスチックペレットの製造方法及び再生プラスチックペレット Download PDF

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Description

本発明は、プラスチック積層体をリサイクル原料に再生するための再生プラスチックペレットの製造方法、及び該製造方法により得られる再生プラスチックペレットに関する。
現在、プラスチックごみの分別回収しているリサイクル率は、世界全体でみると製造されたプラスチックの9%である。ゴミとなった91%のプラスチックのうち、焼却処分されたものは12%であり、79%は埋め立て処分されたか、もしくは環境中に漏れ出ている(非特許文献1)。一般社団法人プラスチック循環利用協会及び経済産業省生産動態統計月報(2020年11月版)によると、国内では、850万トン/年の廃プラスチック(100%)のうち、マテリアルリサイクルは186万トン/年(22%)、ケミカルリサイクルとして27万トン/年(3%)がリサイクルされており、エネルギーリカバリーとしては726万トン/年(61%)となっている。また、国内のPETボトルのリサイクル率は、出荷されたPETボトルに対して約89%であり51万トン/年がマテリアルリサイクルされている。一方で、包装用フィルムのリサイクル率は約8.5%の24万トン/年に留まっている。
包装用フィルムのリサイクル率が低い状態が続いている理由の一つに、積層されている包装用フィルムの分別回収システムの困難性があげられる。プラスチックをリサイクルするためには、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の異種のプラスチック材料が一体化された廃プラスチックを、材料ごとに分離して回収する必要がある。しかし、積層フィルムをはじめとするプラスチック製品の多くは、異種プラスチック材料が接着して積層されていることから、材料ごとに分離・回収することが困難な状況である。
また、リサイクルされたプラスチック製品は、コストの観点から同じ製品に戻ることは難しく、基本的にはリサイクルするたびに劣化するため、品質が落ちた製品に生まれ変わらざるを得ない。リサイクルプラスチックの品質が落ちる理由としては、プラスチックにインキや顔料が不純物として混在していることがあげられる。例えば、回収されたプラスチック製品がオレフィン系樹脂を主成分とする単一素材であれば、比重分離により塩化ビニルや発泡材を取り除いたのちに、オレフィンを主成分とする樹脂をリペレットしリサイクル品を作製することができるが、インキの混在によりその色は混色されて濃い草色のような色となるため、色を問わない製品か、あるいは黒に着色した製品として販売せざるを得ない。また、印刷に使用されたインキは、成形時に焼かれることにより成形品の強い臭いの原因になっており、製品価値を著しく落としてしまう。また、インキ成分がリペレット中に分散されていることにより、不純物が起点となって物性的に劣化したプラスチックにしかならない。
しかし、多くのプラスチック製品はその表面に印刷加工が施されているため、リサイクル工程で脱色することが難しく、結果として再生プラスチック製品は着色している。このような顔料やインキなどを含んだ再生プラスチックは、着色のため商品価値が著しく低いだけではなく、不純物が起点となって物性的に劣化したプラスチックにしかならないのが実情である。
こうした印刷物に対して、特許文献1~3には、ロールフィルムの表面からインキを落とす方法が開示されている。
Science Advances 19 Jul 2017:Vol. 3, no. 7, e1700782
特表2015-520684号公報 特表2016-509613号公報 特表2018-514384号公報
しかしながら、特許文献1~3に記載の方法は、ロールフィルムからインキを落とす方法なので、ロールフィルム以外では対応できない。つまり、回収された廃プラスチックはロールフィルム状どころか多種多様なものが混在していることから、特許文献1~3に記載の方法を、多種多様な廃プラスチックフィルムに容易に適用できるものではない。また、印刷層が複数のフィルムの間に設けられている(裏刷り)積層フィルムの場合、印刷層を除去するには複数のフィルムの分離が必要となるため、特許文献1~3に記載の方法ではインキを落とすことができず、インキ膜の剥離はより困難となる。
更に、上述のように積層されている包装用フィルムは、異種プラスチック材料が接着して積層されていることから材料ごとに分離・回収する必要があるが、これらの異種プラスチックを簡易に分離・回収可能な方法は知られていない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、インキ層が設けられたプラスチックフィルムから良品質な再生プラスチックペレットを得ること、及びこのようなプラスチックフィルムを簡易な方法で得る方法に関するものである。
本発明者らは、前記した課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、湿式条件にてプラスチックフィルムを破砕する湿式破砕設備を用いてインキ層を容易に除去でき、再生プラスチックの品質を向上できることを見出した。
即ち本発明は、水又は洗浄剤中で粉砕破砕と同時に圧送を行うことにより、インキ層が設けられたプラスチックフィルムからインキを除いたプラスチックフィルムの破砕物を、溶融後に成形機により成形することを特徴とする再生プラスチックペレットの製造方法を提供する。
また本発明は、水又は洗浄剤中で粉砕破砕と同時に圧送を行うことにより、インキ層が設けられたプラスチックフィルム からインキを除いたプラスチックフィルムの破砕物を、溶融後に成形機により成形することにより得られた再生プラスチックペレットを提供する。
本発明により、インキ層が設けられたプラスチックフィルムからインキ層を容易に除去できることから、良品質な再生プラスチックペレットを簡素なプロセスで得ることができる。また、本発明により、プラスチックフィルムが複数の層を有する積層体の場合は各層を単層に分離でき、且つインキ層の除去も同時に行えることから、インキ層がプラスチックフィルムの表面に印刷されている表刷り印刷のみならず、インキ層が積層体の間に設けられた裏刷り印刷においても、インキ層の除去を容易に行える。そのため、プラスチックフィルムの種類を問わず、良品質な再生プラスチックを得られ、リサイクル率向上を図れる。
本発明の再生プラスチックは良品質であることから、該再生プラスチックを利用して種々の最終製品の加工に適している。
本発明の再生プラスチックペレットの製造方法は、まず、インキ層が設けられたプラスチックフィルム(廃プラスチック)を水又は洗浄剤中で破砕と同時に圧送を行うことにより、プラスチックフィルムからインキを除いたプラスチックフィルムの破砕物とする。
水又は洗浄剤中で破砕と同時に圧送を行う方法は、以下の湿式破砕設備を用いて行うことができる。
(湿式破砕設備)
本発明の再生プラスチックペレットの製造方法に用いられる湿式破砕設備は、液体中の固形物を破砕・分散・混合・圧送を同時に行うことが出来る湿式破砕機である。具体的には剪断力及び/又は摩擦力より液体中の固形物を破砕する機構を有するものが好ましく、且つプラスチック積層体を破砕して圧送できる機構を有する破砕機が好ましい。このような湿式破砕機としては、湿式破砕ポンプ、コロイドミル、破砕ミル、磨砕機等が挙げられる。
(湿式破砕ポンプ)
本発明で使用する湿式破砕ポンプは、液中で固形物を圧送しながら、固形物を固定刃と回転刃により破砕する機構を有することが好ましく、より好ましい機構は、切刃、破砕羽根車、シュラウドリング、グリッドの4点部品の組み合わせにより、3段階に破砕される機構である。
湿式破砕ポンプにより、プラスチック積層体は3段階で破砕される。プラスチック積層体は、固定刃の切刃と回転刃の破砕羽根車の入り口のエッジによって荒切りされ、次いで軸流型の破砕羽根車によって攪拌圧送され、一部のプラスチック積層体は固定刃のシュラウドリングの刃部に当たって切断される。破砕羽根車を通った積層フィルムは格子との間でさらに細かく破砕攪拌され、グリッドを通って加圧羽根車により加圧され、次工程に圧送される。
圧送速度は特に限定されるものではないが、インキ層の剥離やプラスチック積層体を各層に分離する際の剥離と分離効率を考慮すると、0.03m/min以上が好ましい。圧送速度の上限は特に限定されなく、装置の標準的な運転速度、例えば1.4m/minでも十分に、インキの剥離とプラスチック積層体の単層への分離をすることが出来る。
グリッド形状は特に限定されない。グリッド口径は積層フィルムの破砕後の大きさに関与するため、グリッド口径は0.1~50mmが好ましく、破砕効率や破砕後の積層フィルムの大きさを考慮すると、より好ましくは1~20mmである。
具体的な湿式破砕ポンプとしては、ハスクバーナ・ゼノア社のKDシリーズ、ニクニ社のサンカッタシリーズ、古河産機システムズ社のディスインテグレータシリーズ、相川鉄工社のインクラッシャーシリーズ、三和ハイドロテック社のスキャッターなどが例示できる。
(コロイドミル)
本発明で使用するコロイドミルは、粒子が液体中を浮遊している分散系において粒子サイズを低減するために使用される機械である。コロイドミルは、ロータとステータの組み合わせからなり、固定されたステータに対してロータは高速で回転する。高速回転により、生じる高レベルの剪断により液中の粒子サイズを小さくするために使用される。
コロイドミルの粉砕部は、歯形状をした円錐台形状のロータと、ステータの組み合わせからなり、ロータとステータは吐出口に近づくにつれて狭くなるようなテーパ形状となっている。積層フィルムは、吐出口に近づくにつれて狭くなるリング状の間隙で、強力な剪断、圧縮、衝撃を繰り返し与えられ粉砕される。
具体的なコロイドミルは、一般的にコロイドミルと呼称される分散機であれば特に限定されないが、IKA社のコロイドミルMKシリーズ、イワキ社のWCMシリーズ、マウンテック社のPUCコロイドミルシリーズ、ユーロテック社のキャビトロンなどが例示できる。
(粉砕ミル)
本発明で使用する粉砕ミルは、固形物が液体中を浮遊している系において固形物を粉砕するために使用される機械であり、フードプロセッサーのような機能及び外観である。ここでいう粉砕ミルは、回転刃の高速回転により、生じる高レベルの剪断により液体中の固形物サイズを小さくするために使用される。
(磨砕機)
磨砕機は、液中で上下一組の石臼を回転させながら、石臼の間に投入された固形物をせん断や摩擦により破砕する機構を有することが好ましく、水を流しながら固形物を微粉体状まで粉砕できるものが好ましい。
上下一組の石臼の間隔を調整することにより破砕物のサイズを調整可能であるが、通常500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは200μm以下に微粉砕される。このように破砕物のサイズを小さくすることにより、積層体の各層が単層に分離した状態となり、また、破砕物の保存場所を小さくすることができ、在庫管理が容易となる。また、破砕物から再生プラスチックを作製する際、圧縮機等を経由せずに混錬機へ投入できるため、工程を簡略化できる。一方、破砕物のサイズの下限は、回収を容易にするために、10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。
回転速度や、水流速度は特に制限されるものではない。
具体的な磨砕機械としては、増幸産業株式会社製のスーパーマスコロイダー等が例示できる。
具体的な粉砕ミルは、バッチ式であり、液中に固形物を入れ回転刃によって粉砕することができる機械であれば特に限定されないが、IKA社のMultiDriveシリーズ、大阪ケミカル社のマイティ―ブレンダーシリーズ、ワーリングシリーズ、ブレンダーシリーズ各種が例示できる。
このように、湿式破砕機を用いて水中で破砕することにより、プラスチックフィルムからインキ層を除去し、また、プラスチックフィルムが積層フィルムの場合には積層フィルムを単層に分離することができる。インキ層は、グラビア印刷機、フレキソ印刷機、オフセット印刷機、インクジェット印刷機等を使用し、有機溶剤型印刷インキ、水性型又は活性エネルギー線硬化型インキを印刷されている場合が多い。このようなインキ層が設けられたプラスチック積層体においては、インキ層をより効率的に剥離除去するために、洗浄剤中でプラスチック積層体を破砕してもよい。浄剤中でプラスチック積層体を破砕することにより、プラスチックフィルムに設けられたインキ層の剥離除去と、プラスチックフィルムが積層体の場合はプラスチック積層体の単層分離とを同時に行うことができる。例えば、食品包装用をはじめとしたプラスチック積層フィルムに最も多く使用されているインキはグラビアインキやフレキソインキであるが、洗浄剤を用いた湿式破砕工程において該印刷インキ層も効果的に剥離、除去することができる。また、積層フィルムにはアルミニウム等の金属の箔や蒸着膜が積層している場合もあるが、本発明においては金属の箔や蒸着膜も剥離あるいは溶解させることができる。
湿式破砕機を用いた破砕において、水をそのまま用いて破砕を行ってもよいし、水に無機塩基や界面活性剤等の洗浄あるいは剥離成分、又はその他の成分を含有させた洗浄剤(以下の洗浄剤1)を用いて破砕を行ってもよい。また、洗浄剤として、水溶性溶剤及び無機塩基を含有する洗浄剤(以下の洗浄剤2)を用いて破砕を行ってもよい。
(回収設備)
インキ層や、インキ層剥離後のプラスチック基材を回収する設備や方法は特に限定されるものではないが、例えば、濾過機、遠心分離機、自動掻上げバー・スクリーン、傾斜式ワイヤ・スクリーン、回転ドラム式スクリーンなどを用いることができる。
(洗浄剤1)
洗浄剤1は、以下にあげる成分を1種または2種以上を適宜に組合せて水に含有させたものを使用できる。
(無機塩基)
湿式破砕工程において使用可能な水性洗浄液として、水に無機塩基を含有させたものを用いることができる。無機塩基としては、具体的には水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが挙げられる。これらの無機塩基は、水性洗浄液全量に対して0.1~10質量%の濃度で含有するが、0.1質量%~5質量%の濃度がより好ましい。またpHは10以上が好ましい。
(界面活性剤)
湿式破砕工程において使用可能な水性洗浄液として、水に界面活性剤を含有させたものを用いることができる。界面活性剤は特に限定されるものではなく、公知の界面活性剤を使用できるが、例えば、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン系界面活性剤などが挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては一般的には、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、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、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、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、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、脂肪酸アルキロールアミド、アルキルアルカノールアミド、アセチレングリコール、アセチレングリコールのオキシエチレン付加物、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールブロックコポリマー、などをあげることができ、これらの中では、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、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、脂肪酸アルキロールアミド、アセチレングリコール、アセチレングリコールのオキシエチレン付加物、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールブロックコポリマーがあげられる。
本発明においては、50質量%以上の水、及び、一般式(1)で表される少なくとも1種の化合物を含有するポリオキシアルキレンアルキルエーテル系界面活性剤を0.01質量%~5質量%含有する水性洗浄液であることが好ましい。
-O-[CH-CH(X)-O]n-H (1)
一般式(1)中、Rは直鎖又は分岐鎖のアルキル基、アルケニル基又はオクチルフェノール基を表し、nは平均付加モル数を表し、Xは水素又は短鎖アルキル基を示す。
さらに好ましくは、一般式(1)のうちRが示す炭素原子数が10以上の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましい。炭素原子数は、10を超えて多いほどインキ剥離性がよく好ましい。具体的な炭素原子数は、炭素原子数10のデシル基、炭素原子数12のラウリル基、炭素原子数13のトリデシル基、炭素原子数14のミリスチル基、炭素原子数16のセチル基、炭素原子数18のオレイル基、ステアリル基があげられる。
具体的な製品としては、第一工業製薬社製のノイゲンシリーズ,DSK NL-Dashシリーズ,DKS-NLシリーズ、日油社製のノニオンシリーズ、花王の社製エマルゲンシリーズ、ライオン社製のレオックスシリーズ,レオコールシリーズ,ライオノールシリーズなどのうち、一般式(1)であらわされるノニオン系界面活性剤のうちRが示す炭素原子数が10以上であれば該当するが、これに限定されるものではない。
前記一般式(1)で表されるポリオキシアルキレンアルキルエーテル系界面活性剤におけるHLB値は特に限定されるものではない。なお、ここでいうHLB値とは、界面活性剤の水と油(水に不溶性の有機化合物)への親和性の程度を表す値であり、グリフィン法(HLB値=20×親水部の式量の総和/分子量)で定義されるものである。
前記一般式(1)で表されるノニオン系界面活性剤のうち、Rが示す炭素原子数が10以上でかつ、HLB値が12.5未満の具体的な界面活性剤は、第一工業製薬社では、ノイゲンXL-41、ノイゲンLF-40X、ノイゲンTDS-30、ノイゲンTDS-50、ノイゲンTDS-70、ノイゲンTDX-50、ノイゲンSD-30、ノイゲンSD-60、DKS NL-15、DKS NL-30、DKS NL-40、DKS NL-50、DKS NL-60、DKS NL-70、ノイゲンET-83、ノイゲンET-102、DSK Dash400、DSK Dash403、DSK Dash404、DSK Dash408、ノイゲンLP-55ノイゲンLP-70、ノイゲンET-65、ノイゲンET-95、ノイゲンET-115、ノイゲンET-69、ノイゲンET-89、ノイゲンET-109、ノイゲンET-129、ノイゲンET-149、日油社製では、ノニオンK-204、パーソフトNK-60、ノニオンP-208、ノニオンP-210、ノニオンE-202、ノニオンE-202S、ノニオンE-205、ノニオンE-205S、ノニオンS-202、ノニオンS-207、ノニオンEH-204、ノニオンID-203、ノニオンHT-505、ノニオンHT-507、ノニオンHT-510、ノニオンHT-512、花王社製では、エマルゲン102KG、エマルゲン103、エマルゲン104P、エマルゲン105、エマルゲン106、エマルゲン108、エマルゲン210P、エマルゲン404、エマルゲン408、エマルゲン409PV、エマルゲン705、エマルゲン707、ライオン社製では、レオックスCL-30、レオックスCL-40、レオックスCL-50、レオックスCL-60、レオコールNL-30C、レオコールTD-50、レオコールTD-70、レオコールSC-50、レオコールSC-70などが例示できるが、これに限定されるものではない。
また、一般式(1)で表されるノニオン系界面活性剤のうち、R1の炭素原子数が10以上の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示し、かつHLB値が12.5以上の具体的な界面活性剤は、第一工業製薬社では、ノイゲンXL-61、ノイゲンXL-6190、ノイゲンXL-70、ノイゲンXL-80、ノイゲンXL-100、ノイゲンXL-140、ノイゲンXL-160、XL-400D、ノイゲンXL-1000、ノイゲンLF-60X、ノイゲンLF-80X、ノイゲンLF-100X、ノイゲンTDS-80、ノイゲンTDS-100、ノイゲンTDS-120、ノイゲンTDS-200D、ノイゲンTDS-500F、ノイゲンTDX-80、ノイゲンTDX-80D、ノイゲンTDX-100D、ノイゲンTDX-120D、ノイゲンSD-70、ノイゲンSD-80、ノイゲンSD-110、ノイゲンSD-150、DKS NL-80、DKS NL-90、DKS NL-100、DKS NL-110、DKS NL-180、DKS NL-250、DKS NL-450F、DKS NL-600F、ノイゲンET-160,ノイゲンET-170,ノイゲンET-190,DSK Dash410,ノイゲンLP-80、ノイゲンLP-100、ノイゲンLP-180、ノイゲンET-135、ノイゲンET-165、ノイゲンET-159、ノイゲンET-189、日油社製では、ノニオンK-220,ノニオンK-230,ノニオンK-2100W,パーソフトNH-90C、パーソフトNK-100、パーソフトNK-100C、ノニオンP-210、ノニオンP-213、ノニオンE-212、ノニオンE-215、ノニオンE-230、ノニオンS-215、ノニオンS-220、ノニオンB-250、ノニオンID-206、ノニオンID-209、ディスパノールTOC、ノニオンHT-515、ノニオンHT-518、花王社製では、エマルゲン109P、エマルゲン120、エマルゲン123P、エマルゲン130K、エマルゲン147、エマルゲン150、エマルゲン220、エマルゲン320P、エマルゲン350、エマルゲン420、エマルゲン430、エマルゲン709、エマルゲン1108、エマルゲン1118S-70,エマルゲン1135S-70,エマルゲン1150S-60,エマルゲン4085,エマルゲン2020G-HA,エマルゲン2025G、ライオン社製では、レオックスCL-90、レオックスCL-230、レオコールTD-90、レオコールTD-90D、レオコールTDA-90-25、レオコールTDN-90-80、レオコールTD-120、レオコールTD-200、レオコールTDA-400-75、レオコールSC-80、レオコールSC-90、レオコールSC-120、レオコールSC-150、レオコールSC-200、レオコールSC-300、レオコールSC-400などが例示できるが、これに限定されるものではない。
一般式(1)のうちR1がオクチルフェノール基のとき、オクチルフェノールエトキシレートが好ましい。
具体的な製品としては、ダウケミカル社TRITON(登録商標)シリーズ、ローディア社のIgepal CAシリーズ、シェルケミカルズ社のNonidet Pシリーズ、日光ケミカルズ社のNikkol OPシリーズがあげられるが、これに限定されるものではない。
両性界面活性剤として具体的には、ベタイン型の両面活性剤が好ましく、例えば一般式(2a)で表される少なくとも1種の化合物を含有するアルキルカルボキシベタイン骨格又はアルキルアミドカルボキシベタイン骨格の両性界面活性剤を含有することがより好ましい。
R1-R2-N(CHCHCOO (2a)
(一般式(2a)中、R1は水素又はC(=O)R3-NH-(R3は直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す)を示し、R2はアルキレン基、アルケニレン基を示す。)
一般式(2a)中、R1は水素原子を表すことが好ましい。
一般式(2a)で表される化合物は、一般式(2a-1)で表されるアルキルカルボキシベタイン骨格である両性界面活性剤であることが好ましい。
2n+1(CHCHCOO (2a-1)
(一般式(2a-1)中、nは平均付加モル数を示す。)
一般式(2a-1)において、nは8以上であることが好ましく、10以上であることが好ましく、11以上であることが好ましい。
一般式(2a)に該当する具体的な製品としては、日油社製では、ニッサンアノンBDF(登録商標)-R、ニッサンアノンBDF(登録商標)-SF、ニッサンアノンBDC-SF、ニッサンアノンBDL-SF、第一工業製薬社製では、アモーゲンCB-H、アモーゲンHB-C、新日本理化社製では、リカビオンB-200、リカビオンB-300、東邦化学工業社製では、オバゾリンCAB-30、オバゾリンISABなどがあげられる。また、一般式(1a-1)に該当する具体的な製品としては、第一工業製薬社製では、アモーゲンS、アモーゲンS-H、アモーゲンK、花王社製では、アンヒトール20BS、アンヒトール24B、アンヒトール86B、日油社製では、ニッサンアノンBF、ニッサンアノンBL、ニッサンアノンBL-SF、新日本理化社製では、リカビオンA-100、リカビオンA-200、リカビオンA-700、東邦化学社製では、オバゾリンLB、オバゾリンLB-SF、などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
また、ベタイン型の両性界面活性剤としては、イミダゾリニウムベタイン骨格を有するものでもよく、該当する具体的な製品としては日油社製では、ニッサンアノンGLM-R、ニッサンアノンGLM-R-LV、花王社製ではアンヒトール20Y-Bなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
また、両性界面活性剤としては、以下の一般式(2b)で表される界面活性剤であってもよい。
R4-(NHCnb-N(R5) (2b)
(一般式(2b)中、R4は直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示し、nbは0~5の整数を表し、R5は水素、-CHCOONa又は-CHCOOHを示すが、2つ存在するR5は同一であっても異なってもよく、少なくとも一つのR5は-CHCOONaを示す。)
一般式(2b)中、R4は直鎖のアルキル基を表すことが好ましく、R4の炭素原子数は8以上であることが好ましく、10以上であることが好ましく、12以上であることが好ましい。
一般式(2b)に該当する具体的な製品としては、日油社製では、ニッサンアノンLG-R、ニッサンアノンLAなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
また、両性界面活性剤としては、以下の一般式(2c)で表されるアミンオキサイド型の界面活性剤であってもよい。
R6-N(CH (2c)
(一般式(2c)中、R6は直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す。)
一般式(2c)中、 R6は一般式(2b)中、R4は直鎖のアルキル基を表すことが好ましく、R4の炭素原子数は8以上であることが好ましく、10以上であることが好ましく、12以上であることが好ましい。
一般式(2c)に該当する具体的な製品としては、第一工業製薬社製では、アモーゲンAOL、花王社製ではアンヒトール20Nなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
カチオン性界面活性剤として具体的には、4級アンモニウム骨格のカチオン性面活性剤が好ましく、例えば一般式(3a)で表される少なくとも1種の化合物を含有する4級アンモニウム骨格のカチオン性界面活性剤を含有することがより好ましい。
R1-N(R2R3)-R4 (3a)
(一般式(3a)中、R1は直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基、又は直鎖あるいは分岐鎖のアルケニル基を示し、該アルキル基又はアルケニル基中の-CH-は-C(=O)-、-NH-又は-C(=O)-NH-で置換されてもよく、R2及びR3は水素原子、直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基又は直鎖あるいは分岐鎖のアルケニル基を示し、R4は水素原子、直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基、直鎖あるいは分岐鎖のアルケニル基又はフェニル基を示し、該アルキル基又はアルケニル基中の末端の-CHは、カルボキシ基、又はフェニル基で置換されてもよい。)
一般式(3a)中、R1は、インキの剥離性をより高めるために、長鎖のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましく、具体的には炭素素原子数8~30のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましく、炭素原子数10~25のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数12~22のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましい。アルキル基又はアルケニル基は直鎖であっても分岐していてもよいが、直鎖であることが好ましく、直鎖のアルキル基であることがより好ましい。
R1は、アルキル基又はアルケニル基中の少なくとも一つ以上の-CH-が-C(=O)-、-NH-又は-C(=O)-NH-で置換されてもよい。中でも、アルキル基又はアルケニル基中の少なくとも一つ以上の-CH-が-C(=O)-NH-又は-NH-C(=O)で置換されていることが好ましく、アルキル基中の一つの-CH-が-C(=O)-NH-又は-NH-C(=O)で置換されていることが好ましく、R1中にアミドプロピル骨格を有することがより好ましい。
R2及びR3は直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基又は直鎖あるいは分岐鎖のアルケニル基を示すことが好ましく、直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基を表すことが好ましい。中でも、炭素原子数1~3直鎖のアルキル基を表すことが好ましく、メチル基を表すことがより好ましい。
R4は、直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基、直鎖あるいは分岐鎖のアルケニル基又はフェニル基を示すことが好ましく、直鎖あるいは分岐鎖のアルキル基を表すことがより好ましい。また、アルキル基又はアルケニル基中の末端の-CHは、カルボキシ基、又はフェニル基で置換されていることが好ましい。
R4の炭素原子数1~8であることが好ましく、1~5であることが好ましく、1~3であることが好ましく、1又は2を表すことがより好ましい。
R4がメチル基を表す場合は、R2及びR3もメチル基を表し、一般式(3a)がアルキルトリメチルアンモニウム骨格を示すことが好ましい。
また、R4がエチル基を表す場合は、エチル基中の末端の-CHは、カルボキシ基、又はフェニル基で置換されていることが好ましい。つまり、R4が-CH-(C(=O)OHを表すか、若しくは、ベンジル基を表すことが好ましい。
一般式(3a)で表される化合物は、一般式(3a-1)で表される4級アンモニウム骨格のカチオン性界面活性剤が好ましい。
2n+1(CHR4 (3a-1)
(一般式(3a-1)中、nは平均付加モル数を示し、R4は請求項3に記載の一般式(3a)中のR4と同じ意味を示す。)
一般式(3a-1)において、nが示す炭素原子数は8以上が好ましい。炭素原子数は、8を超えて多いほどインキ剥離性がよく好ましい。具体的な炭素原子数は、炭素原子数8のオクチル基、炭素原子数9のノニル基、炭素原子数10のデシル基、炭素原子数11のウンデシル基、炭素原子数12のラウリル基、炭素原子数13のトリデシル基、炭素原子数14のミリスチル基、炭素数15のペンタデシル基本、炭素原子数16のセチル基、炭素原子数18のオレイル基、ステアリル基があげられる。
R4の好ましい基は、一般式(3a)と同様である。
これらの4級アンモニウム骨格のカチオン性面活性剤は、ハロゲンと塩を形成した4級アンモニウム骨格塩型であることが好ましく、Clと塩を形成することが好ましいく、より好ましくはBrと塩を形成することが好ましく、更に好ましくは、Iと塩を形成することが好ましい。ハロゲンと塩を形成した4級アンモニウム骨格塩は、ハロゲンの求核作用によりインキ膜の加水分解を促進することから、インキの剥離性を向上させると考えられる。
中でも、塩化アルキルトリメチルアンモニウム型、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム型、塩化アルキルベンザルコニウム型の化合物が好ましい。
一般式(3a)あるいは(3a-1)に該当する具体的な製品としては、日油社製では、ニッサンカチオンMA、ニッサンカチオンSA、ニッサンカチオンBB、ニッサンカチオンFB、ニッサンカチオンPB-300、ニッサンカチオンABT2-500、ニッサンカチオンAB、ニッサンカチオンAB-600、ニッサンカチオンVB-Mフレーク、ニッサンカチオンVB-F、ニッサンカチオン2-DB-500E、ニッサンカチオン2-DB-800E、ニッサンカチオン2ABT、ニッサンカチオン2-OLR、ニッサンカチオンF-50R、ニッサンカチオンM-100Rがあげられ、第一工業社製では、カチオーゲンTML、カチオーゲンTMP、カチオーゲンTMS、カチオーゲンDDM-PG、カチオーゲンBC-50、カチオーゲンTBBがあげられ、花王社では、コータミン24P、コータミン86Pコンク、コータミン60W、コータミン86W、サニゾールC、サニゾールB-50があげられ、ライオン社製では、リポガードC-50、リポガードT-28、リポガードT-30、リポガードT-50、リポガードT-800、リポガード16-29、リポガード16-50E、リポガード18-63、リポガード22-80、リポガードCB-50、リポガード210-80E、リポガード2C-75、リポガード2HP-75、リポガード2HPフレーク、リポガード2HT-75、リポガード2HTフレーク、リポガード20-75l、リポガード41-50、TMAC-50、TPAH-40、TBAB-50A、TBAB-100A、TBAH-40、リポガードPH-100、BTMAC-50、BTMAC-100A、BTEAC-50、BTEAC-100A、BTBAC-50A、などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
また、カチオン性界面活性剤は、1級~2級のアルカノールアミン骨格で表される少なくとも1種の化合物を含有することが好ましく、モノアルカノールアミン骨格で表される少なくとも1種の化合物を含有することが好ましい。
1級のモノアルカノールアミンとしては、炭素原子数1~4の低級アルカノールであることが好ましく、具体的には、モノエタノールアミン、2-アミノイソブタノールなどがあげられ、2級のモノアルカノールアミンとしては、N-メチルエタノールアミン、2-エチルアミノエタノール、イソプロパノールアミンなどがあげられるが、例示以外の物質も適宜使用することができる。また、これらモノアルカノールアミン系化合物は1種を単独でまたは2種以上を適宜に組合せて使用でき、水に混合して使用することもできる。
これらのモノアルカノールアミン骨格のカチオン性面活性剤は、ハロゲンと塩を形成したモノアルカノールアミン塩型であることが好ましく、Clと塩を形成することが好ましい。
これらの界面活性剤は、単独で用いることもでき、又2種類以上を混合して用いることもできる。その添加量は水性洗浄液全量に対し5質量%以下の範囲が好ましく、2質量%以下であることが好ましい。界面活性剤の下限値は特に限定されず、0質量%でもよいが、界面活性剤を含有する場合は0.1質量%以上であることが好ましい。
(アルキレングリコールアルキルエーテル溶剤)
湿式破砕工程において使用可能な洗浄液として、アルキレングリコールアルキルエーテル溶剤を用いることができる。具体的には、水にアルキレングリコールアルキルエーテル溶剤を含有させるものを用いることが好ましく、一般式(4)で表されるアルキレングリコールアルキルエーテル骨格を有する溶剤を20質量%以上含有する洗浄液であることが好ましい。
-O-[CH-CH(X)-O]n-R (4)
(一般式(4)中、Rは炭素原子数1以上のアルキル基を、Rは炭素原子数1以上のアルキル基または水素を、nは1~3の整数を、Xは水素又はメチル基を示す。)
一般式(4)で表されるアルキレングリコールアルキルエーテルの中でさらに好ましくは、水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルである。
一般式(4)で表される水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルとしては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールメチルプロピルエーテル、エチレングリコールエチルプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルプロピルエーテル、ジエチレングリコールエチルプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテルなどが例示できる。
これらアルキレングリコールアルキルエーテルは1種を単独でまたは2種以上を適宜に組合せて使用でき、水に混合して使用することもできる。アルキレングリコールアルキルエーテルの含有量は20質量%以上であれば特に問題はないが、水が媒体の場合は30質量%以上が好ましく、40質量%以上が最も好ましい。一方、上限は100質量%でもよいが、環境への影響や安全性の観点から水を媒体とする方が好ましい。
一般式(4)で表される水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルのうち、さらに好ましいのは一般式(5)で表されるアルキレングリコールモノアルキルエーテルである。
-O-[CH-CH(X)-O]n-H (5)
(一般式(5)中、Rは炭素原子数1以上のアルキル基を、nは1~3の整数を、Xは水素又はメチル基を示す。)
一般式(5)で表される水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが例示できる。
さらに、一般式(5)で表される水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルを含有する水性洗浄液において、水の含有割合が、50質量%を大きく超えて配合される組成でも剥離性を維持できる点では、Rは炭素原子数3以上のアルキル基、nは1~3、Xは水素又はメチル基であるものが好ましい。
具体的には、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが例示できる。これらアルキレングリコールアルキルエーテルは1種を単独でまたは2種以上を適宜に組合せて使用でき、水に混合して使用することもできる。
さらに、これらの中でも環境特性、引火性、消泡性の点から、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノ-tert-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルが特に好ましい。
(消泡剤)
湿式破砕工程において使用する水は、消泡剤を含んでいてもよい。工程1において、攪拌や破砕工程において多量の泡が発生する場合があり、泡が残るとプラスチックフィルムの回収工程において泡があふれ出すことがある。また、プラスチックフィルムの破砕工程においては、洗浄液中に泡を多量に巻き込んだ場合に、プラスチック基材が所望のサイズに破砕されない場合がある。
消泡剤として一般的に用いられる化合物として、水溶性の有機溶剤やHLB値の低いノニオン性界面活性剤が使われるが、消泡能力が高いという点で特に好ましい化合物としてはシリコーン系化合物である。中でもエマルジョン型や自己乳化型のシリコーン化合物が好ましい。
具体的な消泡剤として、自己乳化型としては、信越化学社製、X-50-1176、KS-530、KS-537があげられ、エマルジョン型としては、信越化学社製KM-7750D、KM-7752、KM-98、ナガセケムスペック社製FS Antifoam 025、FS Antifoam 80、FS Antifoam 92、FS Antifoam 93、DKQ1-1183、DKQ1-1247などが例示できるが、これに限定されるものではない。
(洗浄剤2)
洗浄剤2は、以下にあげる水溶性溶剤を1種または2種以上と、無機塩基を1種または2種以上とを適宜に組合せたものを使用できる。洗浄剤2は水を含有してもよい。
(水溶性溶剤)
水溶性溶剤は、水溶性のアルコール類もしくは、引火点が21℃以上の水溶性溶剤を1種又は2種以上含有することが好ましい。洗浄剤2に水溶性溶剤を用いることにより、洗浄剤2中に含有する無機塩基から生じる水酸化物イオンが水和されにくいため、水酸化物イオンの求核性が高くなり、また、疎水場環境においてインキ層剥離の反応を進行させることができることから、インキ層の剥離に効果的である。
引火点が21℃以上の水溶性溶剤は、消防法に定める第二石油類及び第三石油類に該当する有機溶媒のうち水溶性の溶剤が好ましい。また、水溶性のアルコール類としては消防法に定めるアルコールが挙げられる。これらとして具体的には、3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エタノール等が挙げられ、これらを単独で用いても混合して用いてもよい。
洗浄剤2において、水溶性溶剤は、20質量%以上の範囲で含有することが好ましい。水溶性溶剤の含有量が20質量%未満であると、インキ層を剥離したりする上で十分な効果を得ることが難しくなる。インキ層の剥離性の観点からは剥離剤中に水溶性溶剤を多く含有することが好ましく、具体的には、水溶性溶剤は30質量%以上が好ましく、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることが好ましい。
(無機塩基)
無機塩基は、洗浄剤1と同様のものを用いることができるが、具体的には水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが挙げられ、水酸化カリウムを用いることが好ましい。これらの無機塩基は、インキ剥離剤全量に対して0.1~10重量%の濃度で含有することが好ましく、0.1重量%~5重量%の濃度がより好ましい。またpHは10以上が好ましく、11以上が好ましく、12以上がより好ましい。
洗浄剤2は、水を含有してもよい。洗浄剤2が水を含有することにより、洗浄剤2における作業安定性や環境安定性を向上させることができる。水の含有量は、剥離剤に対し80質量%以下で含有することが好ましい。水の含有量が80質量%を超えると、積層体を単層に分離したりインキ層を剥離したりする上で十分な効果を得ることが難しくなる。
水溶性溶剤と水との割合は、プラスチックフィルムやインキ層の剥離効果と安全性の観点から適宜調整可能であるが、質量比で、水溶性溶剤:水=20:80~100:0の範囲で用いることが好ましい。水溶性溶剤と水の総量において水溶性溶剤の割合の下限値は20質量%であることが好ましく、30質量%であることが好ましく、50質量%であることが好ましく、70質量%であることが好ましく、80質量%であることが好ましく、90質量%であることが好ましく、100質量%であることが好ましい。
洗浄剤2は、界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤は特に限定されるものではなく、洗浄剤1で挙げたものと同様のものを用いることができる。
洗浄剤2において、界面活性剤は、単独で用いることもでき、又2種類以上を混合して用いることもできる。その添加量は剥離剤全量に対し5重量%以下の範囲が好ましく、2質量%以下であることが好ましい。界面活性剤の下限値は特に限定されず、0質量%でもよいが、界面活性剤を含有する場合は0.01質量%以上であることが好ましい。
(液温)
湿式破砕工程において使用する水又は洗浄液の液温は、液体状態が保てれば特段限定されないが、通常は液温が15~90℃で行うことが好ましい。水に界面活性剤等を添加した水性洗浄液を利用する場合、界面活性剤の種類に応じて液温を調節することが好ましい。洗浄効果に優れる最適な温度は界面活性剤の種類によって異なるが、例えば40℃以上が好ましく、65℃以上が好ましく、85℃以上が好ましい。
一方、プラスチックフィルムの破砕性を高めたい場合、すなわちプラスチックフィルムをより細かく破砕するためには、液温が高すぎないことが好ましいことから、40℃以下が好ましく、30℃以下が好ましく、20℃以下であることが好ましい。
(プラスチックフィルム)
前記湿式破砕設備により破砕されて回収される本発明のプラスチックフィルムは、少なくともインキ層を有するプラスチック積層体である。プラスチック基板上にインキ層の他に、接着剤層、他のプラスチック層等の複数の層を有する積層体であってもよい。プラスチック積層体の場合は、プラスチックフィルム(F1)と、インキ層と、接着剤層、F1とは異なる他のプラスチックフィルム層(F2)を少なくとも有することが好ましい。このようなプラスチックフィルムとしては、特に限定なく、食品包装用や生活用品に使用されている反応性接着剤でラミネート接着された積層フィルムがあげられるが、もちろん非反応性の接着剤、例えば熱可塑性樹脂接着剤でラミネート接着された積層フィルムや、押し出し積層法で熱融着して得られた積層フィルムも、本発明の分離回収方法で各々の単層フィルムに分離回収することができる。また、シート状、容器や袋の形状のプラスチックフィルムであってもよい。即ちリサイクルによって廃棄された様々な種類の樹脂層を有するプラスチックフィルムを、特に再分別する必要はなく、一緒に処理できることが本発明の特徴である。
本発明によると、インキ層を容易に除去できるので、リサイクルプラスチックの品質を向上できる。
また、例えばペットボトルなどの容器には、商品名等の表示や装飾性を付与するために、筒状に形成された積層フィルムであるシュリンクラベルが用いられており、リサイクル時には該シュリンクラベルを消費者がはがして、ペットボトル本体とシュリンクラベルとを別々に廃棄することが多いが、本発明の分離回収方法では、ペットボトル本体とシュリンクラベルとが一体となった状態でも、ペットボトル本体からシュリンクラベルを分離し、且つシュリンクラベルを各々の単層フィルムに分離することができる。
プラスチックフィルムが反応性接着剤でラミネート接着された積層フィルムにより構成される場合は、少なくとも2つの樹脂フィルム層または金属箔や蒸着膜層の間に前記反応性接着剤からなる接着剤層を積層されていることが多い。具体的には、該積層フィルムにおいて、樹脂フィルム層を(F)と表現し、金属箔や蒸着膜層の金属箔層を(M)と表現し、前記反応性接着剤等の接着剤層を(AD)と表現すると、積層フィルムの具体的態様として以下の構成が考えられるが、もちろんこれに限定されることはない。
(F)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)、
(F)/(AD)/(M)/(F)、
(F)/(AD)/(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(M)/(AD)/(M)、
(M)/(AD)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(F)/(AD)/(F)/(AD)、等。
プラスチックフィルムは、さらに、紙層、酸素吸収層、アンカーコート層、脱離用プライマー層等を有することもある。
剥離用プライマー層とは、プラスチックフィルムに設けられたインキ層等の層の脱離を容易とするために設けられた層であり、洗浄剤と剥離用プライマー層との相互作用により基材からの脱離性を発現するものが好ましい。例えば、アルカリ水溶液等の洗浄剤を用いる場合、脱離用プライマー層は酸化を有するバインダー樹脂や接着剤を含有することが好ましい。このような剥離用プライマー層により、インキ層の除去やプラスチック積層体の剥離をより効果的に行える。
プラスチックフィルムがインキ層以外の他の層を有する場合、インキ層の設けられる場所は特に限定されない。例えば、インキ層は積層フィルムの最外層に設けられていてもよいし、樹脂フィルム層(F)と接着剤層(AD)の間であってもよい。樹脂フィルム層(F)と接着剤層(AD)の間にインキ層を有する場合は(裏刷り)、インキ層と接着剤層がより強固に結合することからインキ層の剥離が困難な構成であるが、本発明の方法により、積層体の単層分離と、インキ層の除去を同時に効率的に行うことができる。
樹脂フィルム層(F)は、求められる役割で分類すると、基材フィルム層(F1)や包装材料を形成する際にヒートシール部位となるシーラント層(F2)などとして機能する。
例えば基材フィルム層(F1)となる樹脂フィルムとしては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直線状低密度ポリエチレン、OPP(2軸延伸ポリプロピレン)、CPP(無延伸ポリプロピレン)などのポリオレフィン系フィルム;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系フィルム;ナイロン6、ナイロン6,6、メタキシレンアジパミド(N-MXD6)などのポリアミド系フィルム;ポリ乳酸などの生分解性フィルム;ポリアクリロニトリル系フィルム;ポリ(メタ)アクリル系フィルム;ポリスチレン系フィルム;ポリカーボネート系フィルム;エチレン-酢酸ビニル共重合体鹸化物(EVOH)系フィルム;ポリビニルアルコール系フィルム;ポリ塩化ビニリデン、等のKコート等、これらの顔料を含むフィルムが挙げられる。これらフィルムにアルミナ、またはシリカ等の蒸着した透明蒸着フィルムも使用してよい。
また前記フィルム材料の表面に火炎処理、コロナ放電処理、またはプライマー等のケミカル処理などの各種表面処理が実施されていることもある。
シーラント層(F2)となる可撓性ポリマーフィルムとしては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、エチレン-酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン系フィルム、イオノマー樹脂、EAA樹脂、EMAA樹脂、EMA樹脂、EMMA樹脂、生分解樹脂のフィルムなどが好ましい。汎用名では、CPP(無延伸ポリプロピレン)フィルム、VMCPP(アルミ蒸着無延伸ポリプロピレンフィルム)、LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレン)、LDPE(低密度ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、VMLDPE(アルミ蒸着無低密度ポリエチレンフィルム)フィルム、これらの顔料を含むフィルム等が挙げられる。フィルムの表面には火炎処理、コロナ放電処理、またはプライマー等のケミカル処理などの各種表面処理が実施されていてもよい。
金属箔層(M)としては、例えば金、銀、銅、亜鉛、鉄、鉛、錫及びこれらの合金、スチール、ステンレス、アルミニウム等の、展延性に優れた金属の箔があげられる。
紙層としては、天然紙や合成紙などが挙げられる。第1および第2のシーラント層は、上述のシーラント層と同様の材料で形成されていることもある。
他の層には、公知の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、非反応性接着剤層、易接着コート剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤などを含んでいる場合もある。
上述した湿式破砕機により破砕されたプラスチックフィルムの破砕物は、溶融後に成形機により成形されて再生プラスチックペレットに加工される。以下に、湿式破砕設備を使用した再生プラスチックペレットの製造方法の具体的態様について説明する。なお、以下に説明する再生プラスチックペレットの製造方法は一例であって、本発明はこれに限定されない。
(1)廃棄プラスチックの選別
プラスチック製容易包装類をはじめとする廃棄プラスチックは、リサイクル原料に再生するために、リサイクル設備を有する施設に収集される。廃棄プラスチックは、プラスチックフィルムのみならず成形プラスチックが混在している状態であるが、成形品と、フィルムやシート状のプラスチックフィルムを選別して分離することが好ましい。また、収集された廃棄プラスチックに土砂、ガラス、陶磁器、金属などの異物が混在する場合は、これらの異物を除去することが好ましい。異物の除去やプラスチックの選別は、例えば、人による検品・手選別作業、ふるいによる小さい形状の異物の除去、磁力を用いた磁選別による金属除去、風力により比重の違うプラスチックや異物を分ける風力選別、センサーによる選別等があげられる。廃棄プラスチックの異物の混入具合によっては、選別を行わなくてもよい。
(2)裁断
選別されたプラスチックフィルムを含む破棄プラスチックは、例えば30cm四方サイズ程度の大きさのプラスチック片に裁断してもよい。当該裁断工程を経ることにより、次工程における湿式破砕機における破砕をより効率的に行うことができる。裁断は公知の破砕機を利用することができ、例えば、ハンマークラッシャー、ロータリークラッシャー等の衝撃式破砕機、シュレッダー、カッター等があげられる。裁断されたプラスチック積層体片のサイズや形状も特に限定されるものではないが、プラスチック片の最大長は例えば50cm以下が好ましく、30cm以下が好ましく、20cm以下が好ましく、10cm以下が好ましい。
裁断の工程の後に、前記(1)で行ったプラスチックの選別作業を再度行ってもよいし、前記(1)廃棄プラスチックの選別を行う前に(2)の裁断を行ってもよい。また、裁断を行わずに次工程の湿式破砕機を行ってもよい。
(3)プラスチックフィルムのインキ除去工程
収集されたプラスチック片は、85℃程度に加温された洗浄用の液体に満たされた湿式破砕機に順次投入される。洗浄用の液体は、水であってもよいし、洗浄剤であってもよい。例えば、積層フィルムロールを30cm四方サイズ程度に裁断した積層フィルムは、湿式破砕機の吸引により破砕部に引き込まれ5~20mm程度に破砕され、次工程へ0.03m/minで圧送される。このとき、投入されたフィルムは、破砕されるときに受ける高剪断により、積層フィルムは各フィルム単層分離している。積層フィルムに設けられたインキ層は、破砕による高剪断によりフィルムから剥離・除去される。
湿式破砕対象が積層フィルムロールではなく、市場から回収されてきた個別のフィルム袋や容器の形状であっても、湿式破砕機には、回収されてきたままの状態でそのまま投入することができる。
湿式破砕設備として磨砕機を用いて積層体を粉体状に粉砕する場合は、積層フィルムロールを5mm四方サイズ程度に小さく裁断したものを用いることが好ましい。磨砕機により破砕された積層体は、10~500μm程度に粉砕される。
湿式破砕を用いた工程の回数は、1回でも数回に分けて行ってもよい。即ち、湿式破砕回数を1回行ったのち、破砕物を回収する工程を行ってもよいし、湿式破砕工程を数回行ったのち、破砕物の回収工程を行ってもよい。また、湿式破砕を複数回行う場合は、それぞれの洗浄剤を変更してもよい。また該湿式破砕工程の間に、水洗や水切り、脱水、乾燥等、公知の工程を適宜加えてもよい。
また、湿式破砕工程の後に、プラスチックフィルムに付着したインキ層や接着剤層をよりきれいに除去するための他の工程を設けてもよい。他の工程としては、例えば、プラスチックフィルムの破砕物を、必要に応じて加熱しながら洗浄剤で満たした容器内で攪拌を行うことが挙げられる。プラスチックフィルムが反応性接着剤でラミネート接着された積層フィルムにより構成され、インキ層がフィルム層と接着剤層の間にインキ層を有するような裏刷り印刷物の場合、湿式破砕工程において水中で多層フィルムを破砕することにより多層フィルムを各層に剥離できることから、その後に上記のような他の工程において洗浄剤中で低速攪拌を行うことにより、裏刷り印刷においてもインキ層や接着剤層の除去率が向上する。
(4)プラスチックフィルムの破砕物の回収工程
上記(3)の工程後、プラスチックフィルムの破砕物を得られる。プラスチックフィルムが複数のプラスチックフィルムの積層体である場合は、各単層が分離した状態で破砕物となっている。また、積層フィルムから分離したインキ層や接着剤層は、洗浄剤の種類によって溶解している場合もあるが、水または洗浄剤に溶解せずに洗浄液中で残渣となっていることが多い。即ち湿式破砕工程における水または洗浄剤中には、分離した各層の単層フィルムと、接着剤や印刷インキ、金属箔等の残渣が浮遊あるいは溶解している状態となっている。これらを水または洗浄剤から取り出した後、分別して回収する。
具体的な方法の一例としては、例えば、浮上選別において、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン等の比重の軽いプラスチックと(浮物)、ポリオレフィンより比重の重いポリエステル、ナイロン等の縮合合成系フィルム、もしくは金属箔等の質量物を選別し、質量物を取り除き、次に、洗浄脱水工程で回収したプラスチックを洗浄・脱水し、遠心分離で比重の異なるプラスチックを分別する。例えば水に沈む比重1以上の塩化ビニル樹脂やポリエチレンテレフタレート等を含むプラスチック分離物と、塩化ビニル樹脂を含まないポリエチレンやポリプロピレン等のオレフィン系樹脂を含むプラスチック分離物に分けることができる。さらなる分別は、浮遊分別で使用する液体、例えば水と有機溶剤や塩との配合比率を適宜変更することにより比重を変化させることで可能である。
比重分離で荒い分別回収したのちに、プラスチックの固有帯電特性を利用した静電分離などを用いて高度な分別をしても良い。
具体的な方法の一例としては、あらかじめ帯電したプラスチック混合物を電圧の印加された平行平板電極間に落下することで分離する方法である。比重分離では分離困難な比重差の小さいプラスチックの組合せも分別することができる。
(5)洗浄溶液の回収、再利用
湿式破砕工程において使用した水または洗浄剤は、洗浄剤を回収するために濾過機、遠心分離機、限外濾過機から選ばれるいずれか1つ以上の洗浄剤リサイクル機に供給し、固形物を取り除いたのちに再利用される。工程1~2において湿式破砕工程、比重分離工程を行いながら、その一方で水または洗浄剤の再利用工程を連続的に運転し、固形物を洗浄剤から分離することもできる。
(6)プラスチック破砕物の乾燥
前述した破砕物の回収工程(4)において得られた単層のプラスチック破砕物、具体的には単層フィルム片各種を分取後、残留水分を除去するために減圧加熱乾燥、熱風乾燥、加圧圧縮乾燥から選ばれるいずれか1つ以上のフィルム片の乾燥を行う。これらを組み合わせて使用することができる。工程5でのリサイクルペレットを作製する事前処理として、フィルム片の乾燥後もしくは乾燥中にペレットミル(御池鐡工所製)、ステラ(エルコム社製、ブリケットマシンのような加圧圧縮機を用いてブリケットを作製してもよい。湿式破砕設備として磨砕機を用いて積層体を粉体状に粉砕した場合は、破砕物が10~500μm程度に粉砕され、破砕物の密度が高いことから、加圧圧縮工程を省略することができる。密度は、粉砕物を構成する材料によって異なるが、混錬機にかけるためには密度が大きいほど扱いやすいため好ましい。具体的には、乾燥状態で0.03kg以上が好ましく、0.05kg以上がより好ましく、0.2kg以上がより好ましく、0.3kg以上が更に好ましい。
(7)再生プラスチックペレットの作製(工程5)
プラスチック破砕物の乾燥(6)において乾燥されたフィルム片もしくはブリケットを1軸および2軸の成型機に投入し、再生プラスチックペレットを作製する。混錬機条件は特に限定されないが、リサイクル前の樹脂性能を大きく劣化させないために、180~280℃で運転することが好ましい。
本発明において、湿式破砕工程において水または洗浄剤中でプラスチックフィルムを破砕しながら、プラスチック積層体を各単層に分離すると共に、プラスチックフィルムからインキ層の剥離除去を同時に行うことが可能な理由は、プラスチックフィルムが破砕される際に、湿式破砕ポンプから受ける高剪断力が、フィルムの破砕と共に積層体の剥離、及びインキ層除去に同時に効果があるものと推察される。積層体が破砕されるほどの高剪断力であるため、高速攪拌機や超音波洗浄機などではインキ層の除去と単層分離を容易に達成することはできない。
このようにして得られた再生プラスチックペレットはインキ層が除去されていることから、従来の再生プラスチックペレットのような着色を有さない。そのため、バージン素材のプラスチックのように各種製品に加工することが可能である。
本発明の再生プラスチックペレットは、インキ層を除去したプラスチックフィルムの破砕物を用いて製造されており、該破砕物は、同じ材質のバージン素材と同程度の色合いを呈している。具体的には、プラスチックフィルムの破砕物は、該破砕物を厚さ30μmのプラスチックフィルムに加工したときのLab表色系で表される値が、前記破砕物と同じ材質のバージン素材を厚さ30μmのプラスチックフィルムに加工したときのLab表色系で表される値に対して、L値が0~-5の範囲にあり、a値が+5から-5の範囲にあり、かつb値が+5から-5の範囲にあることが好ましい。L値は、好ましくは0~-3の範囲であり、より好ましくは0~-2の範囲であり、更に好ましくは0~-1の範囲である。また、a値は好ましくは+3から-3の範囲であり、より好ましくは+2から-2の範囲であり、更に好ましくは+1から-1の範囲である。また、b値は好ましくは+3から-3の範囲であり、より好ましくは+2から-2の範囲であり、更に好ましくは+1から-1の範囲である。このようにインキ層の除去により着色を抑えた破砕物を用いることにより、高品質の再生プラスチックペレットを得られる。
本発明の再生プラスチックペレットは、シリカを微量含有することを特徴とする。シリカは、再生プラスチックペレットの原料となるプラスチックフィルムに、アンチブロッキング剤として微量含有されていたものがそのまま混在していると考えられる。一方、射出成形等の成形プラスチックはアンチブロッキング剤としてシリカを用いる必要が無いため、このような成形プラスチックにシリカを微量含有していることはほとんどない。
シリカを含有することにより、再生プラスチックペレットの剛性があがる。そのため、再生プラスチックペレットを利用して加工する最終物として、剛性が求められる製品に好適に用いることができる。
なお、剛性は、プラスチックフィルムの長さ方向で1%変化した際の単位面積当たりの強度を測定した数値を指標とすることができる。
再生プラスチックペレットにおけるシリカの含有量は、500ppm以上2500ppm以下であることが好ましい。剛性を高めるためには500ppm以上であることが好ましく、750ppm以上であることが好ましく、1000ppm以上であることが好ましく、1250ppm以上であることがより好ましい。一方で、再生プラスチックペレットの加工性の観点から2500ppm以下であることが好ましく、2000ppm以下であることが好ましく、1800ppm以下であることがより好ましい。
本発明の再生プラスチックペレットは、単一素材のプラスチックであることが好ましい。本発明では、再生プラスチックペレットの原料として異種材料のプラスチックが積層された積層フィルムを用いた場合でも、単層ごとに分離することにより単一素材のプラスチック破砕物として分別・回収できることから、単一素材の再生プラスチックペレットを容易に得られる。
再生プラスチックペレットの素材は、原料となる回収プラスチックフィルムの素材に応じて各種のプラスチックペレットの製造が可能である。好ましくは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直線状低密度ポリエチレン、OPP(2軸延伸ポリプロピレン)、CPP(無延伸ポリプロピレン)などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂が好ましい。中でも、ポリプロピレン樹脂はペレット製造時の熱履歴で低分子量化や低結晶化すると剛性が高くなることから、高い剛性を得るためにポリプロピレン樹脂を少なくとも含有することが好ましく、ポリプロピレン樹脂単一の材料で構成されることがより好ましい。
本発明の再生プラスチックペレットを用いて、各種製品に加工することができる。例えば、自動車、バイク、自転車、舟、電車等の各種乗り物の部品(バンパーや内層等)、冷蔵後、テレビ、スマホ、パソコン等の家電部品、包装フィルム、包装容器、食品容器、袋、キャップ、トレイ、コンテナ、パレット、繊維(紐、ロープ)、お風呂用具、台所用品、文房具等の日用品などがあげられる。
以下に、本発明の内容および効果を実施例により更に詳細に説明する。また、各実施例及び比較例で原料として用いたフィルム、印刷インキ、反応性接着剤、有機溶剤を以下に示す。
(フィルムに使用するフィルム)
OPP:2軸延伸ポリプロピレンフィルム 20um
CPP:無延伸ポリプロピレンフィルム 35um
VMCPP:アルミ蒸着無延伸ポリプロピレンフィルム 25um
(印刷インキ)
INK1:DICグラフィックス社製グラビアインキ グロッサ 507藍 S2
INK2:DICグラフィックス社製グラビアインキ グロッサ BM709白
INK3:DICグラフィックス社製 フィナート R507原色藍
INK4:DICグラフィックス社製 フィナート R794白 S と DIC製硬化剤 CVLハードナー#10との2液硬化型インキ
(反応性接着剤)
AD1:溶剤型接着剤 ディックドライ LX-470ELとSP-60との2液型接着剤(エーテル系接着剤)(DIC(株)社製)
AD2:無溶剤接着剤 ディックドライ 2K-SF-400AとHA-400Bとの2液型接着剤(エステル系接着剤)(DIC(株)社製)
(プラスチックフィルムの製造方法)
プラスチックフィルムは、下記印刷方法により対象とするフィルムに印刷後、下記ラミネート方法により対象とするフィルムを貼りあわせて作成した。フィルムの層構成や反応性接着剤、印刷インキの種類は表1の組み合わせにより行った。
(印刷方法)
印刷インキであるグラビアインキは、プルーファーを用いて各インキをフィルム「Film1」に展色した。
(ラミネート方法)
印刷インキを展色したフィルム「Film1」の印刷インキの展色面に、反応性接着剤「AD」をラミネーターで固形分3g/m2の塗膜量になるように塗布し、フィルム「Film2」と貼り合わせた。貼り合わせた積層フィルムは、40℃で72時間エージング反応させた。表1に示す積層フィルム「LAM1」~「LAM5」を得た。なお空欄は、構成が存在しないことを示す。
Figure 0007302755000001
PRO1又はPRO2にて洗浄を行う場合は、積層フィルム「LAM1」~「LAM5」を2cm×6cmのサイズにカットし試験片を得た。PRO3にて洗浄を行う場合は、積層フィルム「LAM1」 ~「LAM5」を1cm×1cmのサイズにカットし試験片を得た。
(洗浄工程)
PRO1:イワキ製 コロイドミル WCM を使用し、20000rpmで10分間攪拌及び圧送した。
PRO2:ニクニ製 サンカッタ C125H を使用し、0.1m3/minで圧送した。
PRO3:ホモディスパーを使用し、液温を70℃に保ちながら、200rpmで10分間攪拌した。
(インキ洗浄剤)
水と、界面活性剤としてカチオン性界面活性剤を0.3質量%と、水溶性溶剤と、水酸化カリウムを2質量%とを混合して、表2に示すインキ洗浄剤を調整した。
Figure 0007302755000002
水と、水酸化カリウム2質量%を配合した場合は表2に〇と記載した。
界面活性剤M2-100R(日油株式会社)は、0.3質量%を配合した場合は表2に〇と記載した。
3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノールは、混合した場合は、表2に配合質量%を記載した。
配合しなかった場合は、「-」を記載した。
表2のインキ洗浄剤組成は、縦方向に加算し100質量%となるように不足分は水を加えた。
(回収工程)
インキ洗浄剤中のプラスチック破砕物を回収し、水にさらして洗浄剤成分を落としたのち、80℃に設定した乾燥機により8時間乾燥させた。
(ペレット化工程)
回収工程にて乾燥させたプラスチック破砕物を、15mmφの二軸ベント式押出機(設定温度200℃、補足粒子径45μmのメッシュフィルター)内で溶融混練しストランドを形成後、カッターにてペレットを製造した。
(フィルムからのインキ除去性)
表3~5の結果1は、積層フィルムからのインキ除去状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し、乾燥したのちに、印刷部のインキ除去性について、光学顕微鏡を用いて撮影された写真の画像処理にて面積を算出し、以下式を用いてインキ除去率を求めることで判定した。
インキ除去率(%)=(1-洗浄後のインキ付着面積/洗浄前のインキ付着面積)×100
◎:印刷部の100%が除去。
〇:印刷部の75%以上100%未満が除去。
〇△:印刷部もしくは積層部の50%以上75%未満が除去。
×:全く剥離しない~50%未満が除去。
なお、◎、○、〇△は実用上問題がない範囲である。
(Lab表色系で表されるLab値)
表3~5の結果2は、インキ除去工程を終えて回収したフィルムの着色状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し乾燥して得られたプラスチック片(破砕物)を用いて、厚さ30μmのプラスチックフィルムに加工し、フィルムの着色をJIS Z 8722に基づいて、日本電色社製Spectrophotometer SE6000を用いて測定した。なお、大塚商会製PPCPAPER HighWhiteを下地として、DIC製共押出多層フィルム、ディファレンT2160Tの測定値をリファレンスとした。
(シリカ含有量)
表3~5の結果3は、再生したプラスチックのリペレットを日立ハイテクサイエンス社製の蛍光X線分析装置SEA1000Aを用いて分析し、検量線からその含有量を測定した。
Figure 0007302755000003
Figure 0007302755000004

Figure 0007302755000005
表5において、比較例1で使用した樹脂PPは、ポリプロピレン樹脂(住友化学株式会社製、ノーブレンFL8115)である。なお、比較例1はバージン素材であるため、洗浄工程は行っていない。
表3~5より、本発明の再生プラスチックペレットの製造方法によると、インキ膜の除去を効果的に行えることから、インキによる着色の影響の少ない再生プラスチックペレットを得られる。

Claims (6)

  1. 水に無機塩基を含有する洗浄剤中で破砕と同時に圧送を行うことにより、インキ層が設けられ、且つシリカを有するプラスチックフィルムからインキを除いたプラスチックフィルムの破砕物を、溶融後に成形機により成形し、
    シリカを500ppm以上2500ppm以下含有することを特徴とする再生プラスチックペレットの製造方法。
  2. 前記インキを除いたプラスチックフィルムの破砕物を厚さ30μmのプラスチックフィルムに加工したときのLab表色系で表される値が、前記破砕物と同じ材質のバージン素材を厚さ30μmのプラスチックフィルムに加工したときのLab表色系で表される値に対して、L値が0~-5の範囲にあり、a値が+5から-5の範囲にあり、かつb値が+5から-5の範囲にある請求項1に記載の再生プラスチックペレットの製造方法。
  3. 前記プラスチックフィルムはポリプロピレン樹脂を少なくとも含有する請求項1又は2に記載の再生プラスチックペレットの製造方法。
  4. 再生プラスチックペレットはポリプロピレン樹脂である請求項1又は2に記載の再生プラスチックペレットの製造方法。
  5. 前記プラスチックフィルムはプラスチックフィルムが接着剤でラミネート接着された積層フィルムであり、樹脂フィルム層と接着剤層の間にインキ層を有する構成である請求項1又は2に記載の再生プラスチックペレットの製造方法。
  6. 請求項1又は2に記載の製造方法により得られた再生プラスチックペレット。
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