JP7378374B2 - 使用済み吸収性物品由来の高吸水性ポリマーを再生する方法及び使用済み吸収性物品由来のリサイクル高吸水性ポリマー - Google Patents
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Description
[態様1]
使用済み吸収性物品由来の高吸水性ポリマーを再生する方法であって、前記高吸水性ポリマーを不活化後にオゾン水で処理するオゾン処理工程と、前記オゾン水で処理された前記高吸水性ポリマーをアルカリ水溶液で再活性化する再活性化工程と、前記アルカリ水溶液で再活性化された前記高吸水性ポリマーに親水性微粒子を添加した後、乾燥する表面処理工程と、を備える、方法。
本方法では、不活化された高吸水性ポリマーをオゾン水で処理することで、高吸水性ポリマーの表面に付着している異物や汚れを酸化分解して除去することができる。それにより、異物等で阻害されることなく、高吸水性ポリマーをアルカリ水溶液(例示:水酸化ナトリウム水溶液)で容易に再活性化できる。それと共に、異物等で阻害されることなく、親水性微粒子(例示:シリカ微粒子)を、高吸水性ポリマーの表面に、概ね全体的に行き渡らせて、付着させることができる。このように、本方法は、高吸水性ポリマーの再活性化を容易に行うことができると共に、高吸水性ポリマーの表面に親水性微粒子を容易に付着できる。それらにより、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制することが可能となる。
前記再活性化工程後、前記表面処理工程における前記高吸水性ポリマーに前記親水性微粒子を添加する前に、前記高吸水性ポリマーを有機溶媒で脱水洗浄する工程を含む、態様1に記載の方法。
本方法では、再活性化工程後、表面処理工程における親水性微粒子の添加の前に、高吸水性ポリマーを有機溶媒で脱水洗浄する。そのため、高吸水性ポリマーの表面付近の水分量を概ね一定にできるので、高吸水性ポリマーの表面において、親水性微粒子の添加及び乾燥を比較的均一行うことができる。それにより、高吸水性ポリマーの表面に親水性微粒子を比較的均一に配置することができ、高吸水性ポリマーの吸収性能を比較的均一にでき、結果として収性能の相対的な低下を抑制できる。
前記再活性化工程は、前記高吸水性ポリマーを、アルカリ金属イオンを供給可能なアルカリ金属イオン供給源及び有機溶媒を含む水溶液で再活性化しつつ脱水洗浄する工程を含む、態様1に記載の方法。
本方法は、高吸水性ポリマーを、アルカリ金属イオンを供給可能なアルカリ金属イオン供給源及び有機溶媒を含む水溶液で再活性化しつつ脱水洗浄する工程を含んでいる。すなわち、本方法は、高吸水性ポリマーを、アルカリ水溶液で再活性化する再活性化工程と、有機溶媒で脱水洗浄する脱水洗浄工程とを同時に行っている。したがって、高吸水性ポリマーを再活性化(中和)するとき、高吸水性ポリマーを吸水膨潤させず、脱水させることで、再活性化すべき高吸水性ポリマーの体積を小さくできるので、再活性化を効率的に行うことができる。また、高吸水性ポリマーを、ゲル強度が強いまま、再活性化処理することができ、再活性化処理中の撹拌等によりゲルが破壊することを抑制できる。また、再活性化や脱水洗浄の設備を大型化する必要が無く、有機溶媒の使用量を低減できる。更に、その脱水により、高吸水性ポリマーの表面付近の水分量を概ね一定にできるので、高吸水性ポリマーの表面において、親水性微粒子の添加及び乾燥を比較的均一行うことができる。それにより、高吸水性ポリマーの表面に親水性微粒子を比較的均一に配置することができ、高吸水性ポリマーの吸収性能を比較的均一にでき、結果として吸収性能の相対的な低下を抑制できる。
前記高吸水性ポリマーを不活化剤で不活化する不活化工程を更に備え、前記オゾン処理工程は、前記不活化剤で不活化された前記高吸水性ポリマーをオゾン水で処理する、態様1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、高吸水性ポリマーを、不活化剤(例示:酸性水溶液)で不活化した後に、オゾン水で処理している。そのため、高吸水性ポリマーの表面に不活化剤が残留していたとしても、その不活化剤をオゾン水で除去することができる。それにより、不活化剤で阻害されることなく、高吸水性ポリマーをアルカリ水溶液で容易に再活性化できる。それらにより、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制できる。
前記不活化剤は酸性水溶液を含む、態様4に記載の方法。
本方法では、不活化剤として多価金属を使用せず、酸性水溶液を用いるので、再生された高吸水性ポリマーにおいて、灰分の残留を抑制でき、それにより吸収阻害をより抑制できる。また、不活化剤の酸性水溶液により、オゾン水のオゾンが失活し難くなるため、高吸水性ポリマーの表面に付着している異物や汚れをより的確に除去することができる。
前記親水性微粒子はシリカ微粒子を含む、態様1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、親水性微粒子としてシリカ微粒子を用いるので、そのシリカ微粒子を、高吸水性ポリマーの表面に、より比較的均一に配置することができる。それにより、高吸水性ポリマーの吸収性能をより比較的均一にできる。
前記アルカリ水溶液は、Naイオン又はKイオンを含む、態様1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、アルカリ水溶液はNaイオン又はKイオンを含んでいるので、高吸水性ポリマーを安定的かつ安全に再活性化することができる。それにより、高吸水性ポリマーの吸収性能をより向上できる。
前記オゾン処理工程は、二軸スクリューポンプで、不活化後の前記高吸水性ポリマーと前記オゾン水とを混合しつつ、前記再活性化工程へ搬送する工程を含む、態様1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、二軸スクリューポンプで、高吸水性ポリマーとオゾン水とを混合している。それゆえ、混合中に、高吸水性ポリマーの形状を壊し難くすることができ、その後に高吸水性ポリマーを概ね元の形状に再生し易くすることができる。それにより、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制することが可能となる。
前記再活性化工程は、前記オゾン水で処理された前記高吸水性ポリマーと前記アルカリ水溶液とをミキサーの混合槽に供給し、前記混合槽を自転させることで、前記高吸水性ポリマーを含む前記アルカリ水溶液を撹拌する工程を含む、態様1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、自転する混合槽の中に、高吸水性ポリマーとアルカリ水溶液とが供給される。それゆえ、撹拌中に、アルカリ水溶液中で再膨潤した高吸水性ポリマーの形状を壊し難くするができ、その後に高吸水性ポリマーを概ね元の形状に再生し易くすることができる。それにより、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制できる。
前記表面処理工程は、前記親水性微粒子を添加された前記高吸水性ポリマーを、パドル付き乾燥機で乾燥する工程を含む、態様1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、パドル付き乾燥機(パドルドライヤー)で攪拌しながら乾燥させるので、高吸水性ポリマー同士が凝集して塊になることを抑制できる。それにより、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制することが可能となる。また、高吸水性ポリマーに親水性微粒子を添加しているので、パドル付き乾燥機のパドル羽根へ高吸水性ポリマーが付着し難くなり、乾燥効率及び収率を向上できる。
乾燥した前記高吸水性ポリマーを粒度別にふるい分けをする選別工程を更に備える、態様1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
本方法では、選別工程を備えるので、高吸水性ポリマーの粒度を概ね均一にすることができる。それにより、高吸水性ポリマーの吸収性能を概ね均一にすることができる。
使用済み吸収性物品由来のリサイクル高吸水性ポリマーであって、シリカ微粒子を2~10質量%含み、吸水倍率は50倍以上であり、保水倍率は35倍以上であり、吸収時間は40秒以下である、リサイクル高吸水性ポリマー。
本リサイクル高吸水性ポリマーは、使用済み吸収性物品由来の再生された高吸水性ポリマーでありながら、より少ないシリカ微粒子(10質量%以下)で、50倍以上の吸水倍率、35倍以上の保水倍率、40秒以下の吸収時間を有している。すなわち、灰分の削減により吸収阻害を抑制して、再生された高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制することが可能となる。
使用済み吸収性物品由来のリサイクル高吸水性ポリマーであって、シリカ微粒子を2~10質量%含み、白色度Wが80以上、WBが60以上であり、黄色度YIが20以下である、リサイクル高吸水性ポリマー。
本リサイクル高吸水性ポリマーは、使用済み吸収性物品由来の再生された高吸水性ポリマーでありながら、より少ないシリカ微粒子(10質量%以下)で、白色度W80以上、WB60以上であり、黄色度YI20以下を有しており、したがって不純物の少ない、均質な処理がされている。それにより、灰分の削減により吸収阻害を抑制して、リサイクル高吸水性ポリマーの吸収性能の相対的な低下を抑制することが可能となる。
なお、親水性微粒子添加工程S34の前の高吸水性ポリマーには親水性微粒子はほとんど含まれていないので、結果として親水性微粒子の仕込み量(割合)が、高吸水性ポリマーに実際に含まれる親水性微粒子の量(割合)といえる。
破砕工程S12は破砕装置12により実行される。破砕装置12は、二軸破砕機(例示:二軸回転式破砕機など)を備える。破砕装置12は、混合液91の使用済み吸収性物品を含む収集袋を、収集袋ごと破砕する。それにより、使用済み吸収性物品を含む収集袋の破砕物と酸性水溶液とを有する混合液92が生成されると共に、使用済み吸収性物品の概ねすべての高吸水性ポリマーが不活化される。ただし、破砕物は、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーと、他の資材(フィルム、不織布、収集袋など)と、を含む。
第2除塵工程S15は第2除塵装置15により実行される。第2除塵装置15は、スクリーン分離機を備え、混合液94を、第1除塵装置14より細かいスクリーンで、酸性水溶液中のパルプ繊維、高吸水性ポリマー及び排泄物と他の資材(小異物)とに分離する。それにより、異物の量が更に低減された、パルプ繊維、高吸水性ポリマー、排泄物及び酸性水溶液を含む混合液95が生成されると共に、他の資材が更に除去される。
第3除塵工程S16は第3除塵装置16により実行される。第3除塵装置16は、サイクロン分離機を備え、混合液95を、遠心分離により、酸性水溶液中のパルプ繊維、高吸水性ポリマー及び排泄物と他の資材(比重の重い異物)とに分離する。それにより、異物の量がより低減された、パルプ繊維、高吸水性ポリマー、排泄物及び酸性水溶液を含む混合液96が生成されると共に、比重の大きい他の資材が除去される。
なお、混合液92などの状態(例示:異物の量や大きさ)により、第1除塵装置14~第3除塵装置16のうちの少なくとも一つを省略してもよい。
第3分離工程S18は、第3分離装置18により実行される。第3分離装置18は、傾斜スクリーンを備えており、混合液97を、スクリーンにより、高吸水性ポリマーを含む固体と、排泄物及び酸性水溶液を含む液体とに分離する。それにより、高吸水性ポリマー(SAP)が生成されると共に、排泄物を含む酸性水溶液などが除去される。
高吸水性ポリマーの原料として、2種類の高吸水性ポリマー(試料A及び試料B)を準備した。試料Aは、アクアキープ(住友精化株式会社製、未使用品)であり、逆相懸濁重合法で製造された。試料Bは、サンウェット(SDPグローバル株式会社製、未使用品)であり、水溶液重合法で製造された。各試料の吸水倍率、保水倍率、及び吸水時間(Blank)は、表1に記載のとおりである。なお、吸水倍率、保水倍率、及び吸水時間の測定方法は後述される。
親水性微粒子添加工程S34の効果について、高吸水性ポリマーとして、試料A、試料B、及び、試料A+試料B、をそれぞれ用いた場合について評価した。具体的には、以下の方法で評価した。
(a)1kgの未使用の高吸水性ポリマーに、その40倍の生理食塩水(後述)を吸収させた。
(b)生理食塩水を吸収した高吸収性ポリマーを、酸性水溶液(クエン酸濃度1%)で30分間不活化した。
(c)不活化された高吸水性ポリマーを、その高吸水性ポリマーの質量の10倍の質量を有するオゾン水(オゾン濃度1ppm)に2分間浸漬した。
(d)オゾン処理された高吸水性ポリマーを、濃度0.4mol/Lの水酸化ナトリウムで30分間中和し、再活性化した。
(e)再活性化された高吸水性ポリマーを、メタノールに30分間浸漬した。
(f)脱水洗浄された高吸水性ポリマーに、高吸収性ポリマーの乾燥重量に対して所定割合(0質量%、1質量%、3質量%、5質量%)のシリカ微粒子を添加し、混合した。ただし、シリカ微粒子としては、親水性フュームドシリカ AEROSIL 150(日本アエロジル株式会社製)を使用した。
(g)シリカ微粒子を添加された高吸収性ポリマーを、105℃、60分乾燥した。
なお、上記(b)~(g)の工程は、高吸水性ポリマーの再生方法におけるS30~S35に対応している。
(h)得られた高吸収性ポリマーについて、吸水倍率、保水倍率、及び吸水時間を測定した。それにより、それらの指標とシリカ微粒子の割合との関係を、各高吸水性ポリマーについて評価した。評価結果を、表2(試料A)、表3(試料B)、及び表4(試料A+試料B)を含めて以下に示す。ただし、下記の実施例9は(d)及び(e)の工程を同時に行って得られた試料である。また、下記の実施例8は(c)の工程を省略して得られた試料である。
吸水時間については、表2~表4に示されるように、シリカ微粒子の添加量0%の場合(比較例1/3/5)と比較して、添加量1%以上の場合(比較例2/4/6)には改善効果が見られており、添加量3%、5%の場合(実施例1、2/3、4、8、9/5、6)にはバージン高吸収性ポリマー(Blank)と同等以上の吸収性能となることが確認された。すなわち、吸水倍率は50倍以上、保水倍率は35倍以上、吸収時間は40秒以下、が確認された。そして、高吸水性ポリマーの乾燥重量に対する親水性微粒子の割合は、2~10質量%が好ましいことが分かった。また、実施例4及び実施例7と、実施例8との比較から、(d)及び(e)の工程を同時に行っても吸収性能に影響がなく、バージン高吸収性ポリマー(Blank)と同等以上の吸収性能となることが確認された。なお、上記の(c)工程のオゾン処理は、後述されるように、高吸水性ポリマーとして実際に使用された使用済みおむつから洗浄・分離・回収した高吸水性ポリマーを用いたときに、吸収性能に対する効果が顕著に表れる。そのため、使用済みおむつから洗浄・分離・回収した高吸水性ポリマーを用いていない実施例8と実施例9とは、吸収性能はおおむね同等であった。
オゾン処理工程S31の効果について、高吸水性ポリマーとして、使用済みおむつから回収された試料Aを用いた場合について評価した。具体的には、以下の方法で評価した。
上記の(2-1)の評価方法において、(a)工程の高吸水性ポリマーとして、実際に使用された使用済みおむつから洗浄・分離・回収された高吸水性ポリマーを用い(分離工程S10)、オゾン処理の有無の条件を(c)工程の有無の条件で評価し、シリカ微粒子の添加の有無の条件を(f)工程の有無の条件で評価した。ただし、シリカ微粒子の添加量を3質量%固定とした。得られた高吸収性ポリマーについて、吸水倍率、保水倍率、及び吸水時間、並びに、黄色度及び白色度を測定した。更に、それにより、それらの指標とオゾン処理工程S31との関係を評価した。評価結果を、表5を含めて以下に示す。なお、黄色度及び白色度の測定方法は後述される。
オゾン処理工程S31が無いと、シリカ微粒子の添加の有無に拘わらず、吸水倍率、保水倍率及び吸水時間は、バージン高吸収性ポリマー(Blank)のレベルには到達できなかった(比較例7、8)。一方、オゾン処理工程S31が有ると、シリカ微粒子の添加により、吸水倍率、保水倍率及び吸水時間は、バージン高吸収性ポリマーのレベルと同等になった(実施例7)。このことから、オゾン処理工程S31により、オゾンによる酸化処理でなければ除去し難い吸収阻害物質が、使用済み吸収性物品由来の高吸水性ポリマーの表面に存在すること、その吸収性阻害物質がオゾンにより除去できること、それによりシリカ微粒子の効果が顕著に表れて、使用済み吸収性物品由来の高吸水性ポリマーの吸収性能を高められることが判明した。
高吸水性ポリマーの吸収時間(吸収速度)は、以下のように測定される。
(1)予め試験液を1リットルビ-カ-に入れ、ウォーターバスにつけて生理食塩水の液温を25℃±1℃(棒状温度計で計測)に調整しておく。ただし、生理食塩水は、0.9%塩化ナトリウム水溶液であり、次のように準備する。電子天秤(感度0.001g)上に3Lビーカーを置き、電子天秤を0リセットした後に、3Lビーカーに27.0gの塩化ナトリウム(試薬1級)を入れ、イオン交換水を加えて3000.0gにする。溶解するまで攪拌する。
(2)100mlビーカーに回転子(30mm×8mmφ)を入れる。
(3)電子天秤に100mlビーカーを置き、電子天秤を0リセットした後に、50gの生理食塩水(液温25℃に調整済み)を入れる。
(4)100mlビーカーをマグネティックスターラー(MAGMIX STIRRER(AC100W):MITAMURA RIKEN KOGYO INC.製)の上に置き、メーターの数値が600rpmとなるようにして回転子で生理食塩水を攪拌する。
(5)非接触式回転計(TM-4000:LINE SEIKI製)で、回転子の回転数を実測して、回転数を600±30rpmに調整する。
(6)測定対象の高吸水性ポリマーを電子天秤で2.00g精秤する。
(7)(6)の高吸水性ポリマーを(5)の100mlビーカー内に投入すると同時にストップウォッチをスタートさせる。
(8)100mlビーカー内の高吸水性ポリマー入りの生理食塩水の液表面がフラットになった時点を終点として、ストップウォッチを止める。ただし、終点の見方については、回転している生理食塩水の渦の傾斜が平面に近づく点とし、渦の液表面に反射する明かりの消失を観察することで判断する。
(9)高吸水性ポリマーの投入から液表面がフラットになった時点までの時間を吸収時間とする(単位:s(秒:小数点第2位まで))。試験数を5とし、その平均を最終的に高吸水性ポリマーの吸収時間とする。
高吸水性ポリマーの吸水倍率・保水倍率は、以下のように測定される。
(A)吸水倍率の測定
(1)試料入りの袋を準備する。
まず、袋は、以下のように準備する。長手方向200mm×幅方向200mmの矩形のナイロンネット(250メッシュナイロンネット(N-NO.250HD:株式会社NBCメッシュテック製)を準備する。次いで、そのナイロンメッシュを、幅方向の中心位置(100mmの位置)で、長手方向に延びる折り線に沿って折り畳む。そして、折り畳まれたナイロンネットにおいて、幅方向の両端縁から内側に5mmの位置に、それぞれ長手方向に延びるヒートシールを施し、かつ、長手方向の一端縁から内側に5mmの位置に、幅方向に延びるヒートシールを施す。三辺にヒートシールを施されたナイロンネットの袋が形成される。
次に、試料入りの袋は、以下のように準備する。測定対象の高吸水性ポリマーを、電子天秤(感度0.001g)で1.000g正確に測り取る。次いで、測り取られた高吸水性ポリマーをナイロンネットの袋に入れる。そして、ナイロンネットの袋においけるヒートシールを施されていない残り一辺にヒートシールを施す。
(2)2Lビーカーに生理食塩水を1000ml入れ、液温を測定する。…A
生理食塩水は、高吸水性ポリマーの吸収時間の測定で用いるものと同一である。
(3)(1)の試料入りの袋を(2)の2Lビーカーの底に触れるように浸漬させる。
(4)袋の上部の一辺を洗濯ハサミで2Lビーカーの開口端に固定して、1時間放置する。この時、高吸水性ポリマーとナイロンネットとがなるべく密着しないようにする。
(5)放置後に袋を引き上げ、袋の短辺の中央(上端より5mm、両端より50mm)を洗濯バサミで挟み15分間水切りを行う。
(6)水切り後の袋の質量を電子天秤で測定する。…B
(7)吸水倍率を次の式で計算する。吸水倍率=B-2.6(g/g)
試験数を5とし、その平均を最終的に高吸水性ポリマーの吸水倍率とする。
(B)保水倍率の測定
(1)上記(A)(6)の水切り後の袋を遠心分離機(型H130:国産遠心株式会社製)で、脱水する。ただし、条件は、回転数850rpm(150G)、時間:850rpm一定後90秒、である。
(2)脱水後の袋の質量を電子天秤で測定する。…C
(3)保水倍率を次の式で計算する。吸水倍率=C-2.3(g/g)
試験数を5とし、その平均を最終的に高吸水性ポリマーの保水倍率とする。
白色度・黄色度は、以下のように測定される。
(1)試料を温度:20±5℃、湿度:65±5%RHの恒温恒湿室に載置した。
(2)交照測光式色差計(Z-300:測定日本電色工業株式会社製)にて、W、WB、YIの値を測定した。
S32 再活性化工程
S40 表面処理工程
Claims (5)
- 排泄物を含む使用済み吸収性物品由来のリサイクル高吸水性ポリマーであって、
シリカ微粒子を2~10質量%含み、
吸水倍率は50倍以上であり、保水倍率は35倍以上であり、吸収時間は40秒以下である、
リサイクル高吸水性ポリマー。 - 排泄物を含む使用済み吸収性物品由来のリサイクル高吸水性ポリマーであって、
シリカ微粒子を2~10質量%含み、
白色度Wが80以上、WBが60以上であり、
黄色度YIが20以下である、
リサイクル高吸水性ポリマー。 - 吸水倍率は50倍以上であり、保水倍率は35倍以上であり、吸収時間は40秒以下である、
請求項2に記載のリサイクル高吸水性ポリマー。 - 前記リサイクル高吸水性ポリマーは、複数の種類の高吸水性ポリマーを含む、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリサイクル高吸水性ポリマー。 - 前記リサイクル高吸水性ポリマーは、前記使用済み吸収性物品から取り出され、不活化後にオゾン水で処理され、次いで、アルカリ水溶液で再活性化され、次いで、前記シリカ微粒子を添加された高吸水性ポリマーである、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリサイクル高吸水性ポリマー。
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