JPWO2017154100A1 - 有機材料除去方法及び再生材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特開2013−82850号公報には、連続式の溶解処理装置が開示されている。さらに、特開2013−82850号公報には、従来例としてバッチ式の溶解処理装置が開示されている。
本実施形態の有機材料除去方法は、無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む板状の複合材料に、加熱された前記処理液を一方向の流れで流通させながら接触させて前記有機材料を除去する除去工程を含み、前記複合材料は、前記複合材料の板面の少なくとも一部に前記処理液が接触するように配置される。
本実施形態の再生材料の製造方法では、複合材料が、処理液の流れ方向に沿うように配置されていてもよい。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
本実施形態の有機材料除去方法に適用可能な複合材料は、無機材料と、処理液によって分解する有機材料(以下「第一の有機材料」と称することがある。)と、を含むものである。複合材料には、さらに処理液によって分解しない有機材料(以下「第二の有機材料」と称することがある。)が含まれていてもよい。
複合材料として具体的には、CFRP、GFRP、モールドコイル、モーターコイル、プリプレグ等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。
ポリアクリル樹脂としては、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。
ポリアミド樹脂としては、ナイロン6,6、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12等が挙げられる。
第二の有機材料がアラミド繊維である場合、その種類は特に限定されない。アラミド繊維としては、パラ系アラミド、メタ系アラミド等が挙げられる。
ある実施態様では、板状の複合材料を略正方形に切断してもよい。板状の複合材料の形状を略正方形とすることで、回収される無機材料が炭素繊維等の繊維材料である場合に、繊維の長さが略均一になる傾向にある。そのため、回収された繊維材料を不織布等の作製に再利用する際に有用である。
アミド溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
但し、複合材料に対する処理液の流れ方向は、一方向の流れであり、除去工程中に、流れ方向を変えることはない。複合材料に対する処理液の流れ方向を、一方向の流れにすることで、複合材料から分解された有機材料が処理液中に滞留して複合材料中の有機材料の分解反応が阻害されるのを防ぎ、効率よく有機材料を除去することができる。
複合材料に対する処理液の流れ方向を一方向の流れとするには、例えば、除去工程を実施するための処理槽において、処理槽に処理液を流入させる処理液流入部と処理槽から処理液を流出させる処理液流出部とを離間して配置する方法が挙げられる。
プリプレグ等の有機材料の硬化又は固化が完全には完了していない複合材料を処理する場合、処理液の温度を一気に昇温させると、処理液によって有機材料が除去されつつも処理液の熱によって有機材料の硬化反応が起こりうるため、処理液と複合材料との接触状態によっては有機材料の硬化が進んでしまい、有機材料の除去が進み難くなる可能性がある。
処理液の加熱条件が上述の第一段階と第二段階とをこの順に含むことで、硬化又は固化が完全には完了していない複合材料に含まれる有機材料の硬化等を抑制し、有機材料の除去効率が向上する傾向にある。
例えば、板状の複数の複合材料は、板面と板面とが完全には接触しないように配置されてもよい。本明細書にて述べる「板面と板面とが完全には接触しない」とは、板状の複合材料同士が対向する面同士を接触させ、複合材料の間に処理液が入り込めない状態ではないことを意味する。
また、複合材料を、前述したように、複合材料の板面の少なくとも一部に処理液が接触するように配置することで、複合材料に対して処理液を十分に接触させることができるようになるところ、好ましくは、板状の複合材料の面方向を処理液の流れ方向に沿うように配置する態様が挙げられる。板状の複合材料がこのような状態であれば、板状の複合材料が処理液の流れを妨げることなく、板状の複合材料における最も広い面積の面に潤沢な処理液を供給することができる。
本実施形態の再生材料の製造方法における「除去工程」の実施態様は、本実施形態の有機材料除去方法の場合と同様とすることができる。
図1は、本実施形態の有機材料除去方法及び再生材料の製造方法を実施可能な有機材料除去装置の一例である有機材料除去装置1の要部を示す概略図である。本実施形態では、無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む板状の複合材料の面方向が鉛直方向に沿うように、複合材料が配置され、板状の複合材料の面方向に沿って加熱された処理液が流通する(つまり、加熱された処理液が鉛直方向に沿う方向に流通する)場合について説明する。なお、本実施形態では、加熱された処理液は鉛直方向の下方から上方へ流通する。
カラム10は、円筒状のカラム本体と、カラム本体の鉛直方向下側の一端に形成された円錐状の円錐部と、カラム本体の鉛直方向上側の一端の開口を閉じる開閉可能な不図示の蓋体とを備える。
カラム10におけるカラム本体には、無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む複合材料を収納する容器12が収容される。カラム10における容器12の収容される部分が収容部14とされる。
カラム10の円錐部の頂点部分には、処理液流入部16が設けられている。処理液流入部16は、収容部14の鉛直方向の下側に位置する。
カラム10の収容部14よりも鉛直方向の上側には、処理液流出部18が設けられている。
カラム10における、カラム本体と円錐部との境界には、処理液20を整流する整流手段の一つであるじゃま板22が設けられる。
本実施形態においては、処理液循環手段は、カラム10内に流入させる処理液20を貯留する貯留槽24と、貯留槽24に貯留された処理液20をカラム10内に流入するポンプPと、処理液20の流路を構成する複数の配管と、配管の途中に設けられ処理液20の流れを規制する複数のバルブとを備える。
なお、貯留槽24は、カラム10内から流出した処理液20を貯留する機能も有する。
本実施形態においては、温度管理手段は、加熱用熱交換器26及び冷却用熱交換器28で構成される。
移動手段としては、例えば、チェーンブロックを用いることができる。また、移動手段は、フレーム、ガイドレール、スプロケット、チェーン、駆動シャフト、位置センサー等をさらに有していてもよい。
移動手段は、必要に応じて容器12を、図1中、上下方向及び左右方向に移動する。
一方、処理槽が円筒状のカラム本体を備える本実施形態に係るカラム10である場合には、容器12の形状は、カラム10のカラム本体の形状に即して円筒状とすることが好ましい。
図3は、バケット30の断面図である。バケット30は、底部31と、底部31の外周部から底部31の厚み方向に立ち上がるように設けられる側面部33とを備える。側面部33の立ち上がる方向が、バケット30の高さ方向とされる。なお、バケットの個数は3つに限られるものではない。また、形状は円筒状に限定されるものではなく、直方体等であってもよい。
図2A及びBに示すように、3つのバケット30を貫通する連結棒32と最下段のバケット30の底部31を支持する支持板34とを有する連結部材36で、3つのバケット30が一体化されている。また、連結部材36の上側には取っ手38が取り付け部材40を介して取り付けられており、取っ手38に移動手段の一例であるチェーンブロックのフックを掛けることで、容器12を容易に移動させることができるようにされている。
さらには、最上段のバケット30の上側には、板状の蓋42が配置されている。蓋42の中心部には、処理液20の流れが妨げられないように孔44が設けられている。
また、蓋42については、孔44が設けられた板状の部材で構成される以外に、フレームにパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網等が取り付けられた構成とされてもよい。
複合材料の板面の少なくとも一部に処理液が接触するように、複合材料を配置することで、処理液が複合材料の表面に効率よく接触するようになる。そのため、複合材料から有機材料を効率よく除去することが可能となる。
また、複合材料の面方向が処理液の流れ方向に沿うように、複合材料を配置することで、処理液20の流れが妨げられにくくなるため、処理液20が複合材料に効率よく接触するようになり、複合材料から有機材料をより効率よく除去することが可能となる。
堰部材としては、仕切り板46のような板状の部材であってもよく、底部31の所定の位置からバケット30の高さ方向に伸びる棒状の部材であってもよく、その他の形状の部材であってもよく、複合部材を処理液20の流れ方向に沿って配置させることのできるものであれば特に限定されるものではない。
その後、窓部50を閉じてバケット30を矢印方向に倒して、バケット30の底部31が接地するようにバケット30を配置することで(図5B)、板状の複合材料52の面方向がバケット30の高さ方向に沿うように、バケット30内に板状の複合材料52を配置することができる。
処理槽の断面が円形である場合には、処理槽の断面の最大長さは円の直径である。
処理槽の断面が矩形である場合には、処理槽の断面の最大長さは矩形の対角線の長さである。
処理槽の断面がその他の形状である場合には、処理槽の断面の最大長さは処理槽の断面に外接する円の直径である。
じゃま板22以外のその他の整流手段としては、処理液の流れ方向に沿って所定の間隔で配置される複数の整流板等が挙げられる。
加熱用熱交換器26に熱媒油(HM)を循環させることにより、処理液20を加温することができる。また、冷却用熱交換器28に冷却水(CW)を循環させることにより、処理液20を冷却することができる。
そのため、有機材料除去装置1の立ち上げの際又は通常運転の際は、加熱用熱交換器26で、処理液20を加熱することができ、処理液20の温度を安定させることができる。また、有機材料除去装置1の立ち下げの際又は緊急の際は、冷却用熱交換器28で、処理液20の温度を所定の温度まで冷却することができ、安全に有機材料除去装置1を停止させることができる。
処理液20の温度プロファイルが上述のように第一段階と第二段階とを含む場合には、例えば、加熱用熱交換器26で加温される処理液20の量と、冷却用熱交換器28で冷却される処理液20の量とを適宜調整することで、処理液20を望ましい温度条件とすることができる。
なお、温度管理手段における処理液20の加熱手段は加熱用熱交換器26に限定されるものではなく、加熱ヒータ、マイクロ波加熱器、誘電加熱器等を用いることができる。また、温度管理手段における処理液20の冷却手段は冷却用熱交換器28に限定されるものではなく、水冷方式及び空冷方式の各種冷却手段を用いることができる。
貯留槽24の容積は特に限定されるものではなく、カラム10の容積を考慮して適宜選択することができる。
処理液20が処理液流入部16からカラム10内に流入され、余剰の処理液20が処理液流出部18からカラム10外に流出されることで、カラム10内に、処理液流入部16から処理液流出部18に向かう処理液20の一方向の流れが形成される。
処理液20の温度は、複合材料に含まれる有機材料の種類、量等によって適宜選択される。また、処理液20による処理時間についても、複合材料に含まれる有機材料の種類、量等によって適宜選択される。処理液20の温度プロファイルの具体例は、上述の通りである。
処理液20を再生処理する方法は特に限定されるものではなく、例えば、有機材料の分解物等の有機成分を処理液20から除去する蒸発工程、蒸発工程を経て得られた処理液20から低沸点成分を除去する蒸留工程及び必要に応じて蒸留工程を経て得られた処理液20に触媒を追加する触媒調合工程を経て処理液を再生することができる。
なお、蒸発工程において得られる有機材料の分解物等の有機成分は、補助燃料(例えば、固形燃料と混合して使用される。)としての再利用が可能である。
処理タンク11は、略直方体とされており、略直方体の長手方向が水平方向に沿うように配置されている。
処理タンク11の上部には不図示の開口部が設けられており、容器12を収容し、又は容器12を取り出すことが可能とされている。不図示の開口部は、開閉可能な不図示の蓋体で塞がれている。
処理タンク11には、無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む複合材料を収納する容器12が収容される。処理タンク11における容器12の収容される部分が収容部14とされる。
処理タンク11の長手方向の一端には処理液流入部16が設けられており、長手方向の他端には処理液流出部18が設けられている。
処理タンク11における収容部14と処理液流入部16の設けられた箇所との間には、処理液20を整流する整流手段の一つであるじゃま板22が設けられる。
処理タンク11の底部には、処理タンク11内から処理液20を排出するための排出弁19が設けられており、バルブCを開けることで処理タンク11内から処理液20を排出可能とされている。
なお、有機材料除去装置2についてのその他の構成要素、有機材料除去装置2の動作、有機材料除去のための処理条件等は、有機材料除去装置1の場合と同様とすることができる。
Claims (4)
- 無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む板状の複合材料に、加熱された前記処理液を一方向の流れで流通させながら接触させて前記有機材料を除去する除去工程を含み、
前記複合材料は、前記複合材料の板面の少なくとも一部に前記処理液が接触するように配置される有機材料除去方法。 - 前記複合材料の面方向が、前記処理液の流れ方向に沿うように配置される、請求項1に記載の有機材料除去方法。
- 無機材料と処理液によって分解する有機材料とを含む板状の複合材料に、加熱された前記処理液を一方向の流れで流通させながら接触させて前記有機材料を除去する除去工程と、
前記有機材料の分解物を含む前記処理液から、前記無機材料を再生材料として分離する分離工程と、を含み、
前記除去工程における前記複合材料は、前記複合材料の板面の少なくとも一部に前記処理液が接触するように配置される再生材料の製造方法。 - 前記複合材料の面方向が、前記処理液の流れ方向に沿うように配置される、請求項3に記載の再生材料の製造方法。
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