JPH10513220A - 食品接触用途に再使用するための使用後のポリエステルからの夾雑物の浸出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 食品接触用途に再使用するための使用後のポリエステルの新規処理方法が記載される。この方法は、汚染された使用後のポリエステルフレークと該汚染フレーク中に可溶な少なくとも１種の抽出溶剤とを、該ポリエステルフレークから不純物を迅速に拡散させるのに充分な温度において接触させ；そして該ポリエステルフレークから該不純物を含む抽出溶剤を除去することを含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】 食品接触用途に再使用するための 使用後のポリエステルからの夾雑物の浸出 背景 環境への関心が高まった結果、リサイクルされた使用後の材料を構成成分の少 なくとも一部分として含む食品容器の使用が活発になっている。ガラス及び金属 容器は、これらのほとんど不浸透性の材料の表面を洗浄することによって以前か らリサイクルされている。逆に、プラスチックは不純物を吸収するおそれがある ので、従来の洗浄方法に頼るのは危険であろう。 食品医薬品局(FDA)は、小冊子「食品包装におけるリサイクルプラスチックの 使用のための考慮事項：化学的考察（Points to Consider for the Use of Recy cled Plastics in Food Packaging ：Chemistry Considerations）」においてプ ラスチックのリサイクルを扱っている。一日の食事中のいずれの不純物について も、0.5ppbの上限は無視して良い危険であるとみなされている。20mil のポリエ チレンテレフタレート(PET)容器について極めて用心深い仮定をした例を示すと 、不純物はポリマー中において0.217ppmを超えて存在してはならないという結果 であった。 ポリエステルに関して、不純物を除去する方法の１つは化学処理である。この 方法では、使用後の材料はその精製可能なモノマー成分に戻された後、リサイク ル容器の形に成形できる出発ポリエステルに再重合される。この方法は、不純物 の除去が容易ではなく、新しいポリエステルの製造よりもコストがかかる可能性 がある。従って、使用後のプラスチック包装から不純物を除去する安価な方法を 開発することが望まれている。本発明は、FDA の指針を満たす経済的な方法を開 示する。 米国特許第5,049,647 号の“Method for the Reduction of Impurities in Po lyester Resins”及び同第5,073,203 号の“Method for Recycling Polyethylen e Terephthalate（PET）Beverage Bottles by Treating with Carbon Dioxide” は、物質移動性に優れていることがよく知られている溶剤である過臨界二酸化炭 素によってPET から不純物を抽出する方法を記載している。しかし過臨界CO₂は 高価な溶剤であって、高圧を必要とするために費用のかかる装置を必要とするの で、商業的規模で実現する見込みは少ない。 米国特許第4,680,060 号の“Process for the Extraction of Contaminants f rom Plastics”は、プロピレングリコールで洗浄することによってプラスチック 容器から殺虫剤のような不純物を除去する方法を開示している。この方法はプラ スチックの表面に吸着された不純物を除去することはできるが、プラスチック内 部に吸収された不純物には作用しないであろう。従って、この方法は現行のFDA 指針を満たすことができない。 いくつかの発明（例えば、米国特許第3,806,316 号の“Process for Extracti ng Dyes From Textiles”、同第4,003,880 号及び同第4,118,187 号の“Fabric Dye Stripping：Separation and Recovery of Polyester”）は、方法の一部と して、溶剤との接触によってポリエステル繊維から染料及び／または表面仕上げ 剤をストリップする工程を記載している。使用溶剤は塩素化されており、特に塩 化メチレンであり、あるいは芳香物は食品接触用途としては望ましくない。従っ て、食品接触用途として望ましい溶媒によって不純物を微量まで除去でき且つ商 業的規模で実現可能な抽出方法が当業界で依然として必要である。 発明の説明 本発明は、使用後のポリエステル包装材料から不純物を除去する新規方法に関 する。本発明の方法によって処理した材料は、食品接触用途としてFDA に受け入 れられ、しかもその後の加工に必要な規格を満たすであろう。この方法は、汚染 された使用後のポリエステルフレークと不純物とを含む該汚染フレーク中に可溶 な少なくとも１種の抽出溶剤とを、該ポリエステルフレークから不純物を迅速に 拡散させるのに充分な温度において接触させ；そして該不純物を含む抽出溶剤を 該ポリエステルフレークから除去することを含んでなる。 ポリエステルは、包装、特に食品包装への使用に適した任意のポリエステルで ある。適当なポリエステルは一般に公知であり、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジ カルボン酸のエステル、グリコール及びそれらの混合物から形成できる。より好 ましくは、ポリエステルは、テレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ジメチ ル、イソフタル酸ジメチル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、シク ロヘキサンジメタノール及びそれらの混合物から形成する。 このプロセスにおいては、使用後のポリエステルフレークを浸出系に供給し、 そこで抽出溶剤と接触させる。適当な溶剤及び温度を用いると、不純物は予想外 に速くポリマーから拡散して、溶剤と平衡に達することをみつけた。FDA によっ て要求される不純物のレベルに近づくにつれて、拡散の駆動力である濃度差が極 めて小さくなるので、不純物の拡散率が大きいことが非常に重要である。本発明 のプロセスにおいては急速な拡散が起こるため、不純物は商業的に実施可能な時 間規模で除去できる。不純物を許容レベルまで除去するためには、向流または逆 流（crosscurrent）溶剤流を用いた多段の系、例えば、連続向流多段系またはバ ッチ向流多段接触系が好ま しいであろう。 好ましい溶剤または溶剤混合物は多数の特性を有する。溶剤は、ポリエステル に可溶で、急速な物質移動を促進するポリマー膨潤を起こすものでなければなら ないが；溶剤はポリエステルを溶解させたり、著しく分解したり、着色を生じる ものであってはならない。好ましくは、溶剤は極性及び無極性の広範囲の不純物 を除去しなければならない。また、溶剤は抽出後にポリエステルから容易に除去 できることが望ましい。溶剤は環境にやさしいものでなければならず、ヒトの健 康に有害な作用を及ぼすものであってはならない。最後に、溶剤は安価であるの が好ましい。好ましい溶剤としては、エステル、ケトン、アルコール、グリコー ル及び脂肪酸トリグリセリド、これらの混合物、ならびにこれらと水との混合物 が挙げられる。より好ましくは、溶剤はエステル、ケトン及び脂肪酸トリグリセ リドである。最も好ましいのはアセトン、ブタノン、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロ ピル、コーン油及びヒュルスアメリカ社（Huls America，Inc.）から入手できる マイグリコール（Miglycol） 812である。 好ましい温度は、充分な自由体積がポリエステル／溶剤系に存在して、不純物 分子を急速に拡散できる温度であり；好ましい溶剤が存在すると、ポリエステル が可塑化されて、溶剤を含まないポリマーの自由体積に比べてその自由体積が著 しく増大される。これは、ガラス転移温度を低下させる作用を有する。従って、 この温度は好ましくはポリマー溶剤混合物のガラス転移温度より高い。アセトン 及び酢酸エチルに関しては、例えばポリ（エチレンテレフタレート）の洗浄に好 ましい温度範囲は80℃より高温、より好ましくは80〜125℃である。もちろん、 溶剤の蒸気圧が浸出温度における大気圧より高い場合には、大気圧より高圧で操 作できる容器が必要である 。 段当たりの最適抽出時間は溶剤及び温度に左右される。120℃で酢酸エチルを 用いる場合には、平衡に達する時間は30分未満である。 浸出工程の後、ポリエステルを再生使用に適した製品に再生することが重要で ある。これには、フレークからの溶剤の除去ならびに適当な形態及び分子量への ポリエステルの再生が含まれる。浸出の後、フレークを液体溶剤から分離し、次 に乾燥して残留溶剤の大部分を除去する。不純物は回収された浸出溶剤から除去 することができ、回収浸出溶剤は再生使用できるであろう。 次に、フレークは好ましくはベント式押出機中で押出及びペレット化すること ができ、その結果、残留溶剤または不純物蒸気は容易に除去される。必要ならば 、得られたペレットは次に結晶化及び固体化して、食品接触用途として許容され 得る製品を生成できる。固相重縮合法は、米国特許第4,064,112 号に示されるよ うに公知である。ポリエステルはガラス転移温度より高く結晶融点より低い温度 に加熱し；重縮合副生成物は、ポリエステル上に不活性ガスを吹き流すかまたは 真空を適用することによって除去する。 押出、結晶化及び固体化工程の全ての結果として、残りの溶剤はいずれも除去 される。さらに浸出及び押出の過程でわずかな分解が起こる場合には、ポリマー の分子量は適当なレベルに回復する。この方法の生成物は、ボトルのような食品 接触製品への使用に適した100 ％リサイクルポリエステルである。リサイクルポ リエステルを含む製品は、リサイクル材料を100 ％まで含むことができる。 あるいは、乾燥して溶剤を除去した後、フレークは溶融相ポリエステル製造ラ インに供給できるであろう。このような方法は公知であり、ジカルボン酸のエス テル化またはジカルボン酸とジオールと のエステルのエステル交換と、それに続く減圧下における重縮合が含まれる。不 純物を除去したポリエステルは、このプロセスの任意の望ましい時点で供給でき る。ここで、フレークは適当な分子量に部分解重合を受けてから、適当な分子量 まで増成されるであろう。この方法において、リサイクルされた材料は新しい原 料とブレンドされて、リサイクル材料量が所望のレベルである材料を生成できる であろう。比較例 388ppm（ソックスレー抽出によって測定）のリンデン（γ−BHC）で汚染され たポリエステルフレークを常用の洗浄法に供した。リンデンは無極性で不揮発性 の溶質であり、これは除去の難しい種類の不純物を意味する。１％オーカイト（ Oakite）（商標）RC3 洗浄剤を含む水からなる洗浄溶液中の汚染フレークの８％ スラリーを、82℃において30分間撹拌した。この洗浄後、フレークをトリフルオ ロ酢酸に溶解させた。不純物をｎ−ノナンによって酸から抽出し、ガスクロマト グラフィーによって分析した。フレーク中のリンデンのレベルは237ppmと測定さ れた。この残存リンデンのレベルは、現在FDA が要求しているそれの1000倍も多 い。実施例 以下の実施例は、本発明の方法が、従来の洗浄方法よりも 500倍もよく不純物 を除去できることを例示する。代表的には、リサイクルのために回収されたポリ エステルは、どの不純物も全て２ppm未満しか含まず、任意の妥当と思われる条 件下でもリンデン、トルエン及びサリチル酸メチルのような単一の不純物をいず れも20ppm より多く含むことはないであろう。以下で試験するポリエステルはリ ンデン 187〜546ppm、トルエン29,500〜49,100ppm 及びサリチル酸 メチル136,000 を含んでいた。これらの普通でない濃度の不純物は、本発明の方 法によって達成できる除去の程度を示すのに必要であった。これは、使用した分 析装置の検出限界が0.4ppmであるためである。実施例１ オートクレーブ中で、リンデン546ppmで汚染されたポリエステルボトルフレー ク 200ｇに酢酸エチル 400ｇを添加した。この実施例ならびに実施例２及び実施 例４中のボトルフレークは 1.5モル％シクロヘキサンジメタノールで改質した P ETであった。混合物を撹拌しながら 250°Ｆ（ 121℃）に加熱し、同温度に２時 間保持した。冷却後、溶媒をフレークから濾去し、フレークを洗浄し、140°Ｆ （60℃）の真空オーブン中で一夜乾燥させた。乾燥したフレークをトリフルオロ 酢酸に溶解させた。不純物をｎ−ノナンによって酸から抽出し、分析した。生成 物のフレークはリンデンを61ppm 含み、これは１周期でわずか２時間でリンデン の89％が除去されたことを示す。以下の例によって示されるように、適当な回数 の抽出を加えることによって適当なレベルに達することができる。 分析例２はトリフルオロ酢酸及びｎ−ノナンを用いて実施した。実施例２ リンデン388ppm（ソックスレー抽出によって分析）で汚染されたポリエステル ボトルフレーク（ 200ｇ）を、 250°Ｆ（ 121℃）においてオートクレーブ中で 酢酸エチル 400ｇと混合した。２時間後、フレーク中のリンデンのレベルは52pp m であった。抽出時間を長くしても、フレークからそれ以上のリンデンは除去さ れなかった。混合物を冷却し、汚染溶剤を濾去した。フレークを洗浄し、乾燥さ せ、新しい酢酸エチル溶剤 400ｇと混合し、 250°Ｆのオートクレーブ中に入れ た。４時間後、フレーク中のリンデンは1.0ppmに低下 した。溶剤を濾去し、フレークを洗浄し、新しい酢酸エチルを 400ｇ添加した。 混合物を 250°Ｆのオートフレーブ中に４時間入れた。フレークのサンプルを極 低温で粉砕して細粒とし、大過剰量のアセトンと混合した。混合物を一夜放置し 、次いでアセトンをリンデンについて分析した。フレーク中のリンデンのレベル は0.43ppm であった。これは、比較例に記載した従来の洗浄法のほぼ50倍も優れ ている。実施例３ ガスクロマトグラフに連結した熱脱着ユニットを用いて、フレークサンプル中 に存在するトルエンの量を測定した。ポリエステルフレーク 200ｇを、揮発性無 極性不純物であるトルエン49,100ppm で汚染した。フレークをオートクレーブ中 で酢酸エチル 400ｇで混合し、１時間、 250°Ｆに加熱した。液体を分離後、新 しい酢酸エチル 400ｇをフレークに添加し、もう１回抽出を行った。４回の抽出 が完了するまでこのプロセスを繰り返した。処理後、フレーク中のトルエン含量 は1.57ppm であり、トルエンは99.997％除去されていた。使用後の PETフレーク に含まれるトルエンのレベルはこの実験に使用したレベルよりはるかに低いので 、99.997％除去されれば、PET は安全になると考えられる。必要ならば、抽出回 数をさらに増やせば、さらに高い除去効率が得られることは明白である。実施例４ ポリエステルフレーク 200ｇを、使用後の PET中にしばしば見られる揮発性極 性不純物、サリチル酸メチル136,000ppmで汚染した。フレークをオートクレーブ 中で酢酸エチル 400ｇと混合し、１時間、 250°Ｆに加熱した。液体を分離後、 新しい酢酸エチル 400ｇをフレークに添加し、もう１回抽出を行った。４回の抽 出が完了するまで、このプロセスを繰り返した。処理後、フレーク中のサリチル 酸メチル含量は25.4ppm であり、サリチル酸メチルは 99.98％除去されていた。 このことは、極性化合物の場合に優れた除去効率が得られることを示す。抽出回 数をさらに増やせば、さらに高い除去効率が得られることは明白である。実施例５ ３％のイソフタル酸で改質された PETからなるポリエステルフレーク 200ｇを リンデン187ppmで汚染した。酢酸エチル 400ｇと混合後、オートクレーブ中で１ 時間、 250°Ｆに加熱した。酢酸エチルを除去し、実施例１に記載したようにし てリンデンをフレークから抽出した。１回の抽出後のポリマー中のリンデン含量 は20.5ppm であった。このように、本発明によれば、イソフタル酸を含むポリエ ステルから不純物を容易に除去できる。実施例６ トルエン28,500ppm を含む PETフレークの16ｇのサンプルを61ｇのMiglycol 8 12油中に入れ、121 ℃において２時間加熱した。油をフレークからデカントし、 フレークを濾紙に挟んでできるだけ乾燥させた。次いで、フレークをソックスレ ー装置中に入れて、油を除去し、酢酸エチルを用いて24時間還流させ、そして系 から酢酸エチルを除去した。塩化メチレンを添加し、サンプルを24時間抽出し、 25mlに濃縮し、トルエンに関してガスクロによって分析した。２時間抽出を１回 行った後にフレーク中に残るトルエンの量は4037ppm（除去率86％）であること が測定された。さらに回分または連続抽出を行えば、許容できるレベルが得られ るであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘイズ，ウィリアム エイチ. アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，レイクウッド ドライブ 4017 (72)発明者 シャドン，ジョニー ダブリュ. アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，キャスタウェイ ドライブ 321 (72)発明者 スタイプ，キャンデイス エム. アメリカ合衆国，テネシー 37660，キン グスポート，アフトン ストリート 949

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．汚染された使用後のポリエステルフレークから不純物を迅速に拡散させる のに充分な温度において、該汚染フレーク中に可溶な少なくとも１種の抽出溶剤 と該ポリエステルフレークとを接触させ；そして該ポリエステルフレークから該 不純物を含む該抽出溶剤を分離する ことを含んでなる方法。 ２．前記温度が前記ポリマー溶剤混合物のガラス転移温度より高い請求の範囲 第１項に記載の方法。 ３．前記ポリマー中に残る該不純物の量が220ppb未満になるまで前記接触工程 及び除去工程を繰り返す請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記接触工程を向流または逆流系で行う請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．前記系が連続向流多段系または回分向流多段系である請求の範囲第４項に 記載の方法。 ６．前記抽出溶剤がケトン、アルコール、グリコール、脂肪酸トリグリセリド 、それらの混合物及び水との混合物からなる群から選ばれる請求の範囲第１項に 記載の方法。 ７．前記抽出溶剤がアセトン、ブタノン、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、コ ーン油及びマイグリコール 812からなる群から選ばれる請求の範囲第６項に記載 の方法。 ８．前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートであり且つ前記温度が80 ℃より高い請求の範囲第１項に記載の方法。 ９．前記汚染除去ポリエステルフレークを押出し且つペレット化することをさ らに含んでなる請求の範囲第１項に記載の方法。 10．前記汚染除去ポリエステルペレットを結晶化することをさらに含んでなる 請求の範囲第９項に記載の方法。 11．前記汚染除去ポリエステルペレットを固相重合して、該汚染除去ポリエス テルペレットの分子量を増大させることを含んでなる請求の範囲第９項に記載の 方法。 12．前記押出工程をベント式押出機中で行うことによって、残留溶剤及び／ま たは重縮合副生物を除去し、前記ポリエステルフレークの分子量を所望のレベル まで増大させる請求の範囲第９項に記載の方法。 13．汚染除去ポリエステルフレークをポリエステル材料の溶融相製造に供給す る工程をさらに含んでなる請求の範囲第１項に記載の方法。 14．前記ポリエステルが、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸のエステ ル、グリコール及びそれらの混合物からなる群から選ばれた成分から形成される 請求の範囲第１項に記載の方法。 15．前記ポリエステルがテレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ジメチル 、イソフタル酸ジメチル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、シクロ ヘキサンジメタノール及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求の範囲第 13項に記載の方法。