JPH04313377A - アルカリ媒体中に可溶でかつ生体材料およびおそらくは他の物質類が混入しているポリマー類の調製および精製の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ媒体中に可溶
でかつ生体材料および適宜他の物質類が混入している固
体ポリマー類の調製および精製のための方法に関し、本
方法において前記不純物混入ポリマー類は、未溶解不純
物を全く含まずアルカリ性水性媒体中に溶解され、酸性
化によって沈澱され回収される。

【０００２】

【従来の技術】食品用パックは、主にプラスチックから
作製される。これは、また、ファーストフードレストラ
ンで使用される食品用パック類および皿およびパーティ
用皿についても当てはまる。プレート類、コップ類、飲
物用ストロー類などのような部分パック類および皿が、
一方では廃棄物処理問題を低減できるように、また他方
においては再使用可能なプラスチック類が再使用できる
ように、中性および酸性水性媒体中で安定であるがアル
カリ媒体中で可溶なプラスチックから製造されるべきで
あると既に提案されてきた。同一または類似型のプラス
チック類が廃棄物として大量に産生されているファース
トフードレストラン、飲み屋、スナックバーなどのよう
なところでは、このことは特に有利である。不純物とと
もにプラスチック廃棄物が、このプラスチック類を溶解
し次にこのプラスチック溶液を分離しそして次に酸性化
によってプラスチック類を再沈澱させるために、水性ア
ルカリと混合することが提案されてきた。

【０００３】しかし、これらの提案はこれまで実行され
てこなかった。これは、特に、沈澱されたプラスチック
類が再処理に適切な純度レベルで得られていないという
事実と関連している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、した
がって前記提案された方法を改良し高純度の回収プラス
チックを得ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の方法によれば、
酸性化の前に生物不純物が前記ポリマー溶液から微生物
分解によって除去される。

【０００６】

【実施例】不純物混入プラスチックを溶解する際に有機
および主に生体混入物および不純物が同様に、特にアル
カリ加水分解によって溶解される。例えば、加水分解さ
れた油脂類の脂肪酸類のような物質類がポリマー溶液の
酸性化によっても沈澱され、そしてその結果このポリマ
ー類に混入する可能性がある。これらの望ましくない溶
解された成分類はプラスチックを攻撃することなく微生
物分解によって計画的に除去することが可能である。嫌
気的分解または発酵は、特に微生物分解工程として適切
である。このような嫌気的分解によって得られた生体分
解は効果的に望ましくない混合物類を除去するが、しか
し、回収可能なプラスチック類を希望に反して傷害する
ことはない。このポリマー溶液を微生物分解の前に、例
えば、遠心分離またはろ過によって未溶解混合物類を全
く含まないようにすることが好適であり、その結果、実
質的に溶解された生体混入物のみが持ち越されそして微
生物分解に供される。分離された固体は別々に調製され
そして特に肥料化されることができる。本発明の工程の
結果、このポリマー類は全く不純物を含まないようにで
き、そして、沈澱後純粋な形態で得られる。

【０００７】微生物分解は、好適には、沈澱汚泥の補助
によって開始されかつ実施される。沈澱汚泥は多数の異
なる型の菌を含有しており、それらは、ポリマー溶液の
特定の生物不純物に対して調節可能である。生体不純物
に適合した菌類を次に他の菌に不利なように増殖させ、
その結果、やがて、純粋な培養物または好適な混合培養
物が自動的に得られる。しかし、特にもしそれらが先の
処理段階で入手可能であれば、最初の純粋または混合培
養物から使用することも可能である。

【０００８】生体分解は好適にはバイオリアクター内、
特に流動床反応炉内で行われ、その中で、菌が固定化さ
れている。この目的のため、充填剤またはパッキング類
を有するバイオリアクターが適しており、特に充填リン
グ類、ボール類または粒子、ゼオライト粒子が好適であ
る。菌の分解は好適には連続して行われ、すなわち、生
体不純物の供給と菌分解の間で平衡条件下で行われる。 微生物分解開始時において嫌気的条件を得るために、こ
のバイオリアクターは充填前に通常の方法で不活性気体
でスキャベンジすることができる。酸素除去のため、こ
のバイオリアクターを最初に液体で完全に満たす。

【０００９】嫌気的菌分解の間に得られた分解産物類は
主にＣＯ２　およびメタンである。好適な工程において
、それらは、空間的に分離された部位において除去され
ることができる。メタンは、ポリマー溶解に所望の上昇
温度を得るために、加熱気体として使用できる。

【００１０】可溶性のポリマー類を含有する廃棄物は、
特に食品業界などから得られるものであり、そして食物
残杯とは別にタバコ吸殻、マッチ類およびその他それに
伴う混入物のような紙およびいわゆる外来性のゴミまた
は廃棄物を含有する可能性も有している。この廃棄物は
、当初は機械的に粉砕されそして次にアルカリ水性媒体
中に溶解される。しかし、事前の機械的粉砕は必要でな
い。機械的撹はんをしながら全ての廃棄物を溶解するこ
とは、出現する高せん断力の為に迅速で効果的な溶解を
全く機械的粉砕を行わなくてももたらす。このポリマー
類は、好適には１１から１２．５のｐＨ値で溶解され、
かつ１１および１２の間の値が通常用いられる。溶解温
度は、室温および７０℃の間が好適であり、およそ６０
℃が好ましい。溶解時間は、通常、３０および６０分の
間である。溶解時において、懸濁物が得られる。未溶解
固体の分離は特にデカント用遠心分離を用いて、遠心分
離によってもたらされる。固体の分離は好適には、溶解
と実質的に同じ温度で起こる。

【００１１】本発明の方法は、例えば５から１０重量％
のような限定された量しか溶解可能なプラスチックを含
有していないプラスチック廃棄物の再処理に適切である
。溶解目的のために使用される液体量は、処理可能性に
必要な最小量とは別に本質的に廃棄物中の溶解可能プラ
スチックの含量に適合させてある。これは、また、使用
したアルカリ量に関しても該当する。この液体およびア
ルカリ量が、固体／液体分離後ポリマーの少なくとも０
．５および好適には７から１０重量％を含有するポリマ
ー溶液が得られるように調節されるのが好適である。 およそ１５重量％を越えるポリマー含量により、この溶
液はその高粘度ゆえに取扱いが困難になる。

【００１２】微生物分解は好適にはいわゆる中温範囲、
すなわち、およそ３５から４０℃の発酵温度で行われる
。嫌気的発酵は吸熱的である。熱必要性は、流入するポ
リマー溶液の溶解温度によってカバーされる。微生物分
解時において、ｐＨ値は好適には８および９の間であり
、かつ、特におよそ８．５である。固体／液体分離およ
び嫌気的分解の場合にメタン反応炉ともいわれるバイオ
リアクターの間に好適には緩衝領域を設置し、そこで温
度および固体／液体分離からのポリマー溶液のｐＨ値を
ともに低下させる。この低下は、特に、ポリマー沈澱時
において得られたろ過物溶液を再循環させることによっ
てもたらされることができ、さらにこれについて以下で
述べられるであろう。

【００１３】色素のような他の“発酵可能な”不純物ま
たは混入物は、またバイオリアクター内で分解すること
ができる。このバイオリアクター内で形成されたメタン
は、気体状で発散される。発酵時に形成された二酸化炭
素も炭酸塩または炭酸水素塩として存在するアルカリに
よって本質的に結合されており、その結果、溶液中に残
留しかつ沈澱反応時において酸性化時に放出されること
ができる。

【００１４】沈澱は、無機酸および特に鉱酸のような従
来の酸沈澱試薬を添加することによって行うことができ
、硫酸およびリン酸が好ましい。特別の場合において、
酸反応性塩類、特に硫酸アルミニウムも適切である。こ
のような塩類の添加は、もし例えば沈澱された含水酸化
アルミニウムが沈澱されたポリマー中の充填剤として望
ましいのであるならば、好適である。しかし、沈澱試薬
としては有機酸および好適には生物分解性の有機酸が有
利に用いられ、これらは微生物分解時において同時に発
酵される。これによって、沈澱試薬が害を起こすことな
く排除される。この有機酸類は、特に酒石酸、乳酸、リ
ンゴ酸およびクエン酸であることができ、後者は、それ
によって得られる２から３の低いｐＨ値の結果として特
に好適である。

【００１５】溶解したコポリマー類の沈澱は１段階で行
うことができ、これは、もし溶液は本質的に１元的ポリ
マーからなるならば好適である。しかし、段階的、すな
わち、分割された沈澱も、数種の異なるポリマー類があ
る時にｐＨ依存性の溶解性に従い分割された沈澱を得る
ためには可能である。

【００１６】固体／液体分離は沈澱後行われる。液体相
は本質的に沈澱試薬の水性溶液を塩として含有し、溶解
時に使用した水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムの
ためにナトリウム塩が好適であるが、この液相は弱い酸
（ｐＨ２から４）であり、かつバイオリアクター内にお
いて発酵温度よりも低い温度を有するので好適である。 この溶液は、少なくとも部分的には前記緩衝領域への復
帰に適しており、そこでバイオリアクターのために適切
な条件にｐＨ値および温度を低下させる。もし発酵可能
な有機酸が沈澱試薬として用いられるならば、それはバ
イオリアクター内で分解し、このことによって本溶液中
でのいかなる沈澱試薬濃縮も回避される。沈澱試薬アル
カリ金属塩の分解時において再度放出されたアルカリは
、次に形成されたＣＯ２　結合に再度利用される。した
がって、沈澱試薬アルカリ金属塩は同様にｐＨ緩衝液と
して利用可能である。

【００１７】包装材料類、皿類などに適しかつ本発明の
工程によって再処理可能なプラスチック類は、特にカル
ボキシル基類含有ポリマー類であり、さらに詳細にはコ
ポリマー類である。これらには、特に、α，β−不飽和
モノカルボン酸および／またはジカルボン酸および／ま
たは無水ジカルボン酸類との中性ビニルモノマー類のコ
ポリマー類が挙げられる。このカルボン酸類は、特に、
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸お
よびマレイン酸である。適切なビニル単量体類は、アル
キルアクリレート類およびアルキルメタクリレート類で
あり、アルコール成分中に１乃至１８および特に１乃至
６個の炭素原子をスチレンとともに有しているのが好ま
しい。ポリマー類は、また、ターポリマーの形態である
ことも可能であり、このターモノマーは、好適には、中
性ビニル単量体であり、これは他の中性単量体と異なっ
ている。このようなポリマー類は公知であり、かつ、例
えば、上述のＤＥ−ＯＳ　　３３　　３５　　９５４お
よびＤＥ−ＯＳ　　３４３５　　４６８に記載されてい
る。この中性単量体の疎水性特性のいかんによっては、
このポリマー類が中性および酸媒体中で不溶でかつｐＨ
８から１３を越えるアルカリ性媒体流で可溶でありかつ
酸性化によって再沈澱可能であるように、カルボキシル
基含量が調製されるのが好適である。

【００１８】沈澱時において、このようなポリマー類は
粘着性の塊を形成する傾向があり、これは凝集する傾向
がありそしてさらに処理することが困難である。このよ
うな凝集を回避するために、本発明工程の好適な実施例
によれば、沈澱は強い乱流の下で（レイノルズ数およそ
２０００を越える）行われる。この十分な混合の結果、
このポリマーは、複数の粒子類の形態で得られる。反応
物類は実質的に連続してかつ迅速に（好適には０．１か
ら２秒）乱流領域を流れる。混合領域を通過直後にこの
フローは層流に変換されその結果粒子は分離状態で熟成
されることができる。熟成時において粒子は固化し、か
つ、その粘着性を喪失する。それらは次に容易に水性媒
体から分離されることができ、これは好適にはプレート
フィルターの補助によって起こり、特に、金属プレート
が互いに弓形の形態で重なりあっているいわゆる弓形ま
たは曲線状スクリーンの形態のフィルターが好適である
。得られた水性粉末または粒子類は、その粒子径が好適
にはおよそ１および１０ｍｍ（直径）の間であることが
好適であり、それらは例えばいかなる前処理もなく完全
に脱気装置付属押し出し機内で排水され熱可塑性処理に
供される程度に完全に排水されることが可能である程度
にまで絞り出すことによってさらに排水されることがで
きる。一般に、本産物は、最初に粒子類またはペレット
類に処理され次いで意図した用途に応じて、成形される
かまたは新鮮材料と事前に混合されることができる。

【００１９】本発明の特徴、詳細および利点はさらに、
請求項および図面と関連させて以下の好適な実施例の記
載から集めることが可能である。各特徴は単独または細
かい組み合わせの形態で実現されるであろう。 図示例 　　使用済みプラスチック食器（皿類、コップ類、ナイ
フ類、フォーク類、スプーン類など）約６０ｋｇおよび
食物残杯５４０ｋｇ、ならびに紙、ペーパーナプキン、
タバコ箱、タバコ吸殻、マッチ類などのようなその他の
生物および有機物質類を含むファーストフードレストラ
ンからの廃棄物すなわちゴミ６００ｋｇを裁断機（図示
せず）中で粗く切断し、次に、１ａを通過しパルパー１
中に移動され、これに対して同時に１ｂでカセイソーダ
水溶液を供給し、これはゴミの量に基づきＮａＯＨ　　
２５ｋｇを含有する。溶解時のパルパー内でのせん断力
が強い結果、機械的粉砕または裁断が同時に起こり、そ
の結果、溶解プラスチック類、溶解有機成分類および細
かく分離された未溶解ゴミを含有する懸濁液が、配管２
を介してパルパー１を離れる。この懸濁液は固体／液体
分離をデカント用遠心分離機３内で受け、この分離され
た固体が容器４内で集められ、そして肥料作りまたはそ
の他の目的のために使用できる。１１からおよそ１２ま
でのｐＨ値を有するアルカリポリマー水溶液は、もし所
望であれば、一部であるが配管５ａを介してパルパー１
内にポリマー材料を濃縮するために戻すことができる。 通常、それは、配管５を介して緩衝液容器６中に入れら
れ、これは、複数の機能を有している。これは、まず、
溶液の配管７を介して実質的に連続的な流出を可能とし
、たとえこのゴミがパルパー１に対して不連続的方法で
供給されるにしても以後の微生物分解を受けることに役
立つ。この緩衝液容器は、また、微生物分解に適した値
にｐＨ値および温度を調節する。この目的のため、温度
はおよそ５０℃に設定され、その結果、３５から４０℃
で吸熱的に起こる微生物分解のためのエネルギーバラン
スを補償するだけの適量の熱量がまだある。アルカリ水
溶液のｐＨ値は緩衝液溶液６内において８．５から１０
．５にまで低下され、その結果、メタン反応炉８内にお
いて嫌気的発酵に好適なおよそ８．５のｐＨ値が得られ
る。メタン反応炉内におけるこの調節は、ＣＯ２　形成
により存在するアルカリの中和によって一層のｐＨ低下
に基づき起こる。メタン反応炉８は嫌気条件下で稼働す
る。このメタン反応炉はパッキングで一部満たされるが
、ゼオライト粒子が好ましい。これらのパッキング上で
微生物培養物が増殖し、これらは、このポリマー溶液の
発酵可能有機成分類に好適には適応させられる。このこ
とは、複数の異なる微生物株を含有する沈澱汚泥を使用
することによって嫌気的発酵を開始させることにより、
達成することができる。発酵可能な有機成分類を処理で
きる株類について、その促進が起こるのが好適である。 嫌気発酵時に形成されたメタンはメタン反応炉の上端で
抜き出され、そして、例えばパルパーの加熱のためにさ
らに使用されるために供給されることができる。メタン
反応炉８は好適には熱力学的にコントロール可能であり
特に加熱可能であり、その結果、必要であれば、適切な
温度調節を行うことができる。配管９は、精製されたポ
リマー溶液を有するメタン反応炉を通過し、そして前記
ポリマー溶液のアルカリ金属塩、特にナトリウム塩とは
異なり、このポリマーは実質的に炭酸ナトリウム塩また
は炭酸水素ナトリウム塩しか含有していない。当初から
持ち越された生物不純物あるいは加水分解によって溶解
された不純物は、実質的に完全に嫌気発酵によって除去
された。もし所望であれば、配管９の付近において、菌
の持ち越しを防止するために精製ポリマー溶液の滅菌を
行うことも可能である。この時点において、自体公知の
脱色剤を使用して溶液の脱色を行うことも可能である。 もし必要であれば、例えば、この時点における遠心分離
によってさらに固体／液体分離を行うことができる。精
製されたポリマー溶液を次に沈澱チェンバー１０中に入
れ、そこで、それは１０ａで供給された沈澱試薬と混合
する。この好適な実施例において、沈澱試薬として、好
適にはメタン反応炉内で生物分解性の有機酸が使用され
、実質的に強酸としてのクエン酸が好ましい。沈澱チェ
ンバー１０内での沈澱は乱流条件下で起こり、その下で
配管９からのプラスチック溶液および配管１０ａからの
酸が短時間、好適には０．１から２秒間に十分に混合さ
れる。沈澱試薬の容量フローに対するポリマー溶液の容
量フローは好適には６：１から８：１の比である。酸性
化の場合、二酸化炭素は１０ｂで放散し、かつ再使用の
ために、例えば、緩衝液容器６内での部分的中和のため
に供給されることができる。激しい混合の実施直後にお
いて、好適には２から３のｐＨ値を有するこのポリマー
水溶液は層流中に入れられ、その結果、細かく分割され
たポリマー粒子が熟成できかつそれによって当初の粘着
性状態から固体でもはや粘着状態にない状態に変換され
、逆接触を起こすこともない。一般に、熟成時間２から
４分がこのために適切である。層流は、乱流を特に顕著
な断面拡大によって安定化することによって得られ、お
よび、１本以上の適宜平行に接続された反応または熟成
配管に継続しており、それらは好適には空間を節約する
ためにらせん状に構築されている。この配管類は、配管
またはコイルの軸が実質的に垂直であるように配列され
ているのが好適である。層流速度は、好適には５×１０
−５から１０−２ｍ／ｓおよび特に５×１０−４から５
×１０−３ｍ／ｓである。層流のレイノルズ数は１００
０以下であり、好適には１００以下であり、特に０．５
から１０の範囲が特に好ましい。

【００２０】層流熟成後ポリマー粒子のケーキ化を避け
るために、このポリマー粒子を、好適には無圧力の方法
で沈澱用酸の食塩水溶液から分離する。固体／液体分離
は、好適にはスクリーンまたはフィルターの補助によっ
て行われ、弓形のスクリーンが好ましい。このポリマー
類を次に分離されてはいるが高度に水性の（５０から８
０重量％）ポリマー粒子類の形態で得、これらはさらに
例えば丹念に絞り出すことによって排水することができ
る。このポリマー粒子類は十分に純粋であり、それらを
さらにいかなるその後の作業もなく処理することができ
るようにする。それらは特にさらに脱気装置によって押
し出し機内で処理するのに適しており、その理由として
それらが押し出し機に投入するために適切な径で存在す
ることが挙げられる。残留水分は、押し出し機の脱気装
置を介して除去される。

【００２１】配管１３を介して弓形スクリーン１２から
排出されたろ過物は、少なくとも部分的には緩衝液溶液
６に戻り、そこでそれはアルカリポリマー水溶液の冷却
およびｐＨ調製のために使用され、一方、過剰のろ過物
は排出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】不純物が混入したプラスチック廃棄物から出発
し精製されたプラスチックで終了する、好適な実施例に
したがった本発明の方法を実施するための工程ダイアグ
ラムである。図面に示した工程は実施例として例示され
ている。

【符号の説明】

１　　　　　　パルパー ２　　　　　　配管 ３　　　　　　デカント用遠心分離機 ４　　　　　　容器 ５ａ　　　　配管 ６　　　　　　緩衝液容器 ７　　　　　　配管 ８　　　　　　メタン反応炉 ９　　　　　　配管 １０　　　　沈澱チェンバー １０ａ　　配管 １２　　　　弓形スクリーン １３　　　　配管 ◆

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルカリ媒体中に可溶でかつ生体材料
   および適宜他の物質類が混入している固体ポリマー類の
   調製および精製のための方法において、前記不純物混入
   ポリマー類は未溶解不純物を全く含まずアルカリ性水性
   媒体中に溶解しており、酸性化によって沈澱されて回収
   され、酸性化の前に前記ポリマー溶液は生物混入物を除
   去するために微生物分解を受けることを特徴とする方法
   。
2. 【請求項２】　　微生物分解が嫌気的分解として行われ
   る請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記嫌気的分解が沈澱汚泥の接種によ
   って開始される請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　前記微生物分解がバイオリアクター内
   で、好適には微生物を固定化した流動床反応内で行われ
   る先行請求項のひとつに記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記微生物分解がパッキング類、特に
   充填リング類、ボール類または粒子類を含有し好適には
   ゼオライトによって構成されているバイオリアクター内
   で行われる、先行請求項のひとつに記載の方法。
6. 【請求項６】　　微生物分解が連続して行われる先行請
   求項のひとつに記載の方法。
7. 【請求項７】　　前記微生物分解が８および９の間のｐ
   Ｈ値および好適にはおよそ８．５で行われる先行請求項
   のひとつに記載の方法。
8. 【請求項８】　　微生物分解が中温範囲の温度で、特に
   ３５から４０℃で行われる先行請求項のひとつに記載の
   方法。
9. 【請求項９】　　微生物分解が、微生物分解を受けるア
   ルカリ溶液のｐＨ値が調節されかつ特におよそ８．５か
   ら１０．５に低下している緩衝領域によって先行されて
   いる先行請求項のひとつに記載の方法。
10. 【請求項１０】　　微生物分解を受ける前記アルカリ溶
    液の温度が調節されており、特におよそ５０℃に低下さ
    れている先行請求項のひとつ、特に請求項９に記載の方
    法。
11. 【請求項１１】　　前記不純物混入ポリマー類のアルカ
    リ水溶液が調製され、適宜事前機械的粉砕後水性アルカ
    リ、特に水酸化ナトリウム中において好適には３０分か
    ら６０分の間せん断力の作用下、懸濁物が形成されかつ
    次に好適には包含された固体類を含まないようになるま
    で前記ポリマー材料が不純物とともに溶解されることを
    特徴とする先行請求項のひとつに記載の方法。
12. 【請求項１２】　　溶解がパルパー内で、特にスターラ
    ーを有するタンク内で行われる請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】　　前記不純物混入ポリマー類が水性ア
    ルカリ媒体中に可溶なプラスチック類廃棄物によって、
    特に食物残杯および適宜ペーパーナプキン類および外来
    性ゴミが混入した使用済み食品パック類および／または
    皿または食器で構成されている先行請求項のひとつに記
    載の方法。
14. 【請求項１４】　　前記不純物混入ポリマー類の溶解が
    ｐＨ１１から１２．５において行われかつ次に得られた
    懸濁物から好適には遠心分離によって不溶性の成分類が
    分離される先行請求項のひとつに記載の方法。
15. 【請求項１５】　　微生物分解後に得られた精製された
    溶液からの前記ポリマー類の沈澱が微生物分解によって
    生体分解可能な少なくともひとつの酸の補助によって行
    われ、かつ、沈澱されたポリマーの分離後得られた溶液
    が、そのｐＨ値および／または温度を調節するために微
    生物分解のためのアルカリポリマー溶液と少なくとも部
    分的に混合される先行請求項のひとつに記載の方法。
16. 【請求項１６】　　前記アルカリ水性媒体中に溶解可能
    なポリマー類がカルボキシル基含有ポリマー類、特に不
    飽和カルボン酸類とビニルモノマー類とのポリマー類で
    ある先行請求項のひとつに記載の方法。