JPWO2021090690A1 - 積層フィルム及び積層フィルムの分離回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
プラスチック廃棄物の種類は様々であり、例えばポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレン(発泡スチロール)、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものや、これらの合成樹脂フィルムやアルミ箔等の金属箔を積層させ、印刷インキで商品名等の表示や装飾性を施された積層フィルムも多々含まれており、これらがゴミ収集時には混在した状態にある。
一方、印刷層を有する積層フィルム、例えば複数の熱可塑性樹脂からなるフィルムを積層した積層フィルムあるいは1種類の樹脂からなるフィルム面に印刷層を設け、印刷層がむき出しとなった(表刷り)積層フィルムや、複数の熱可塑性樹脂からなるフィルムを積層した積層フィルムやあるいは1種類の樹脂からなるフィルム上に印刷層を設けた後、接着剤層を介してもう1つのフィルムを重ね合わせてラミネートした、すなわち印刷層が複数フィルムの間に設けられている(裏刷り)積層フィルムがゴミとして混在している場合、リサイクルは容易ではない。これら印刷インキで印刷されたフィルムをそのままリサイクル工程に進めると、リサイクル工程でかかる高熱でも着色剤である顔料成分は分解されず、再生樹脂全体はさまざま色が混ざり合った草色に着色され、再生樹脂としての商品価値を著しく低下させてしまう。
また裏刷り印刷層を有する積層フィルムに使用される接着剤は熱硬化型の反応型接着剤であることが多く、すなわち接着層は強固な架橋層を形成しているため、特許文献1に開示されたような分離装置では容易に分離することができない。
このように、印刷されかつ異素材積層されたフィルムは、廃プラスチックとして回収されてもリサイクル製品としては活用できず、燃料として焼却処分されることがほとんどである。
しかしながら、これら検討はフマル酸やフタル酸を初めとした酸化が高い樹脂を剥離層として、剥離溶剤にアルカリ溶液を使用しており、リサイクル工程前に中和する工程やアルカリ成分を洗い流す必要がある。また、アルカリ溶液の取り扱いや廃液処理にもコストがかかり、現実的ではない。
本発明の積層フィルムは、樹脂フィルムと印刷インキにより印刷された印刷層との間にポリビニルアルコールを含有する樹脂層を設けてなることを特徴とする積層フィルムである。
なお本発明において(樹脂)フィルムとは、合成樹脂(プラスチック)などの高分子成分などを薄い膜状に成型したものを指し、積層フィルムとは、フィルムを少なくとも1層含み他の薄膜を積層させたものを指す。積層フィルムの構成は後述するが、例えば2つのプラスチックフィルムを接着剤で積層させた積層フィルムや、1つのプラスチックフィルムと1つの金属箔を接着剤で積層させた積層フィルムや、1つのプラスチックフィルムと1つの紙を接着剤で積層させた積層フィルム等が挙げられる。
本発明において、樹脂フィルムは特に限定なく、食品包装用や生活用品に市販、使用されている熱可塑性樹脂フィルムを使用することができる。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ケン化物(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、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等が挙げられるがこれに限定されるものではない。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。
本発明において、印刷インキにより印刷された印刷層は、特に限定なく公知のものであってよい。例えば、版を使用した平版オフセット印刷インキ、グラビア印刷インキ、フレキソ印刷インキ、版を使用しないインクジェット印刷インキ等により印刷された印刷層が挙げられる。食品包装用をはじめとしたプラスチック廃棄物となりうる食品包装用フィルム用の印刷インキとしては、グラビア印刷インキやフレキソ印刷インキが最も多い。ここではグラビア印刷インキやフレキソ印刷インキを例としてこの一般的な組成を例として説明する。
バインダー樹脂としては、硝化綿等のセルロール系樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体、ロジン系樹脂及びその変性物、ケトン樹脂、セルロース系樹脂、ポリエステル樹脂、(メタ)アクリル樹脂等が挙げられ、これらを適宜組み合わせて使用することができる。中でも硝化綿等のセルロール系樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体等を適宜組み合わせて使用することが多い。
その他、更に架橋剤やキレート剤を添加し、印刷インキ層そのものを架橋させ硬度を高めているものもある。
分散機としてはグラビア、フレキソ印刷インキの製造に一般的に使用されているビーズミル、アイガーミル、サンドミル、ガンマミル、アトライター等を用いて製造される。
本発明において、樹脂フィルムと印刷インキにより印刷された印刷層との間に設けるポリビニルアルコールを含有する樹脂層は、具体的には、ポリビニルアルコールを少なくとも25質量%含有する樹脂層である。以後ポリビニルアルコールを含有する樹脂層をPVA樹脂層と称する場合がある。
クラレ社製ポバール「3−98、5−98、28−98、60−98、27−96」、クラレ社エルバノール「71−30,90−50、T−25,T−66」、クラレ社エクセバール「AQ−4104,HR−3010,RS−2117,RS−1717」、三菱化学社ゴーセノール「N−300,NL−05,A−300,AL−06R」、日本酢ビ・ポバール社「JC−25,JC−33,JC−40,JF−02,JF−03,JF−04,JF−05,JF−10,JF−17,JF−17L、JF−22、JM−17,JM−17L,JM−23,JM−26,JM−33,JT−05,JT−13Y」等。
本発明の積層フィルムの構成は、具体的には、
(1)樹脂フィルム(A)とPVA樹脂層と印刷インキが印刷された印刷層とをこの順に有する積層フィルム(1)
(2)樹脂フィルム(A)とPVA樹脂層と印刷インキが印刷された印刷層と接着剤層と樹脂フィルム(B)とをこの順に有する積層フィルム(2)
のいずれかであってもよく、いずれにしても、水で印刷層と樹脂フィルム層とを分離、回収可能である。
前記積層フィルム1においては、樹脂フィルム(A)に使用される熱可塑性樹脂フィルムとしては前述の熱可塑性樹脂フィルムを使用すればよいが、中でも例えば、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ケン化物(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コート等がよく使用される。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。
前記積層フィルム(2)において、使用する樹脂フィルム(A)や、PVA樹脂層や、印刷インキが印刷された印刷層は、前述の樹脂フィルム(1)と同等のものを使用し、設けることができる。
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、印刷層を(P)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)/(P)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(F)/(P)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(P)/(AD)/(M)、
(F)/(P)/(AD)/(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(P)/(AD)/(M)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(M)/(P)/(AD)/(M)、
(M)/(P)/(AD)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(P)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(P)/(F)/(AD)/(F)/(AD)、等。
本分離回収方法の対象である積層フィルム(2)は、さらに、紙層、酸素吸収層、アンカーコート層、印刷層等を有することもある。
基材フィルム層(F1)がすなわち樹脂フィルム(A)に相当する。樹脂フィルム(A)は前述の通り樹脂フィルム(1)と同等のものを使用することができる。
本発明の分離回収方法は、前記積層フィルムを、20〜50℃の水に浸漬する工程1と、分離したフィルムを回収する工程2とを有することを特徴とする。
工程1で使用する水としては、特に限定はなく20〜50℃の水であればよい。これには市水、再生水、蒸留水、イオン交換水等さまざまな方法で得た水でよい。
前記工程1における水中には、分離した各層の単層フィルムと、反応性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。これらを剥離液から取り出した後、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重量物を選別し、重量物を取り除き、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。
各々分離物は、乾燥後固化し再生品として、リサイクルプラスチックの再生原料として再利用される。
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
<印刷インキ>
INK1:DICグラフィックス社製表刷りインキ グロッサ BM709白
INK2:DICグラフィックス社製裏刷りインキ フィナート R794白S
<熱硬化性接着剤>
AD1:DICインディア社製NS5000、HA500Bとの2液無溶剤型接着剤
AD2:DIC製ディックドライLX−401AとSP−60との2液溶剤型接着剤
<樹脂層>
Pri1:荒川化学工業社製 マルキード#31(マレイン化ロジン)を酢酸エチルで20質量%に希釈した剥離層溶液
Pri2:クラレ社製ポバール28−98(ケン化度が90%以上のポリビニルアルコール)を水で10質量%に希釈した剥離層溶液
Pri3:クラレ社製エクセバールRS4104(ケン化度が90%以上のポリビニルアルコール)を水で10質量%に希釈した剥離層溶液
積層フィルムは、印刷方法により対象とするフィルムに印刷後、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。
印刷インキであるグラビアインキやフレキソインキは、プルーファーを用いて各インキをあらかじめプライマー「Pri1〜3」を固形分3g/m2の塗膜量になるように塗布されたフィルム「樹脂フィルム1」に展色した。
印刷インキを展色したフィルム「樹脂フィルム1」の印刷インキの展色面に、反応性接着剤「AD1,2」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、あらかじめプライマー「Pri1〜3」を固形分3g/m2の塗膜量になるように塗布されたフィルム「樹脂フィルム2」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、表1に示す積層フィルム「Film1〜6」を得た。
積層フィルム「Film1〜9」を10mm×10mmのサイズにカットし試験片を得た。これら試験片を分離回収工程にて剥離試験を実施した。
分離回収工程は、50℃に調整した水道水に試験片を入れ、800rpmの攪拌効率で30分行った。なお攪拌処理30分で剥離すればかなり高い性能であることを示す。
前記工程後、フィルムをろ過方法で液と分離し、取り出し、水洗浄後50度で乾燥した。その後、フィルムの剥離状態を観察し、目視にてインキ層の剥離を観察した。
表1に、層構成と試験結果を示す。
実施例4〜5のFilmは、樹脂層2が水溶性のPri2またはPri3であるため積層フィルムのインキ層は剥離した。
比較例1〜3のFilmは、樹脂層1または樹脂層2に非水溶性のPri1を使用しているため積層フィルムのインキ層は剥離しなかった。
比較例4のFilmは、使用する樹脂層1であるPri1が非水溶性のため、積層フィルムのインキ層は剥離しなかった。
Claims (4)
- 樹脂フィルムと印刷インキにより印刷された印刷層との間にポリビニルアルコールを含有する樹脂層を設けてなることを特徴とする積層フィルム。
- 前記積層フィルムが、
(1)樹脂フィルム(A)とポリビニルアルコールを含有する樹脂層と印刷インキが印刷された印刷層とをこの順に有する積層フィルム(1)
(2)樹脂フィルム(A)とポリビニルアルコールを含有する樹脂層と印刷インキが印刷された印刷層と熱硬化性接着剤層と樹脂フィルム(B)とをこの順に有する積層フィルム(2)
のいずれかである請求項1に記載の積層フィルム。 - 前記ポリビニルアルコールが、ケン化度90%以上である請求項1または2に記載の積層フィルム。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の積層フィルムを、20〜50℃の水に浸漬する工程1と、分離したフィルムを回収する工程2とを有することを特徴とする、積層フィルムの分離回収方法。
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