(57)【要約】【課題】組成未知の廃プラスチックを効率よく分解することができるプラスチックの分解方法を提供する。【解決手段】組成未知の廃プラスチックを超臨界または亜臨界の状態で触媒共存下の溶媒にて分解処理する際に、あらかじめ分解処理前に廃プラスチックの組成を分析し、その組成に応じて廃プラスチックの分解処理条件を設定して分解処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成未知の廃プラスチックを超臨界または亜臨界の状態で触媒共存下の溶媒にて分解処理する際に、あらかじめ分解処理前に廃プラスチックの組成を分析して特定し、その組成に応じて廃プラスチックの分解処理条件を設定して分解処理することを特徴とするプラスチックの分解方法。
【請求項２】
廃プラスチックを化学分析、熱分解または分級して廃プラスチックの組成を特定することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの分解方法。
【請求項３】
廃プラスチックの組成分析により樹脂量を特定し、その樹脂量に応じて溶媒量および触媒量を設定して分解処理することを請求項１または２に記載のプラスチックの分解方法。
【請求項４】
廃プラスチックの組成を分析した後、廃プラスチックに含まれる不純物を除去し、次いで分解処理することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプラスチックの分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックの分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃プラスチックはそのほとんどが埋立処分あるいは焼却処分されており、資源として有効活用されていなかった。また、埋立処分では、埋立用地の確保が困難であることや埋立後の地盤が不安定化するといった問題点があり、一方、焼却処分では、炉の損傷、有機ガスや悪臭の発生、ＣＯ２の発生といった問題点があった。このような状況のなかで本出願人は廃プラスチックの再資源化を検討している。その一つとして、多価アルコールと多塩基酸からなるポリエステルを架橋剤で架橋した熱硬化性樹脂を亜臨界水を用いて熱硬化性樹脂の熱分解温度未満で分解することで、熱硬化性樹脂の原料として再利用できるモノマーと共に架橋剤と多塩基酸の共重合体（スチレンフマル酸共重合体）を得る技術を提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、分解対象物としての廃プラスチックは、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）に代表されるような無機充填材と熱硬化性樹脂を含む複合材料である。複合材料に含まれる熱硬化性樹脂の種類や含有率等、複合材料の組成が既知であれば、分解処理に使用する溶媒としての水や必要に応じて添加される触媒の量、分解温度等を設定することは容易である。しかしながら、廃プラスチックは組成が不明な場合が多く、このような組成が不明の廃プラスチックを処理する場合、溶媒や触媒が不足して分解が十分に進まなかったり、過剰な溶媒や触媒を入れることで処理コストが増大する等の問題があった。また、廃プラスチックには、分解反応を阻害する成分や分解設備を腐食させる成分が含まれている場合も考えられる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０９２９６２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、組成未知の廃プラスチックを効率よく分解することができるプラスチックの分解方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００６】
第１に、組成未知の廃プラスチックを超臨界または亜臨界の状態で触媒共存下の溶媒にて分解処理する際に、あらかじめ分解処理前に廃プラスチックの組成を分析して特定し、その組成に応じて廃プラスチックの分解処理条件を設定して分解処理する。
【０００７】
第２に、上記第１の発明において、廃プラスチックを化学分析、熱分解または分級して廃プラスチックの組成を特定する。
【０００８】
第３に、上記第１または第２の発明において、廃プラスチックの組成分析により樹脂量を特定し、その樹脂量に応じて溶媒量および触媒量を設定して分解処理する。
【０００９】
第４に、上記第１から第３のいずれかの発明において、廃プラスチックの組成を分析した後、廃プラスチックに含まれる不純物を除去し、次いで分解処理する。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、組成未知の廃プラスチックについて、その組成を特定することによって、溶媒や触媒の量、分解温度等の分解処理条件を適正値に設定して分解することが可能であるため、廃プラスチックを効率よく分解することができる。
【００１１】
第２の発明よれば、廃プラスチックの組成を具体的な方法によって分析して、廃プラスチックの組成を効果的に把握することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、樹脂量に応じて溶媒量および触媒量が設定されるので、廃プラスチックをより一層効率よく分解することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、分解処理の前に分解反応を阻害する成分や分解設備を腐食させる成分等の不純物が除去されるため、廃プラスチックをより確実に効果的に分解することができる。また分解設備を損傷してしまうこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明のプラスチックの分解方法の手順を示すフローチャートである。
【００１６】
本発明における分解の対象物は、組成未知の廃プラスチックであり、例えば、熱硬化性樹脂（以下、単に樹脂ともいう）および無機充填材を含む複合材料である。この廃プラスチックには、酸化チタンやカーボンブラック等の顔料が含有されていてもよい。また廃プラスチックの廃却前においてその使用形態により付着したプラスチックの原料組成に由来しない成分も廃プラスチックの成分組成に含まれる。
【００１７】
樹脂の具体例としては、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。無機充填材の具体例としては、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウム、ガラス繊維、シリカ粒子等が挙げられる。
【００１８】
本実施形態では、廃プラスチックの一例として、不飽和ポリエステル樹脂と、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムおよびガラス繊維等を含む複合材料である廃ＦＲＰについて、その分解方法を説明する。
【００１９】
本実施形態においては、分解設備にて廃ＦＲＰを超臨界または亜臨界の状態で触媒共存下の溶媒にて分解処理するものであるが、その前にあらかじめ分析部で廃ＦＲＰの組成を分析することにより、例えば、廃ＦＲＰに含まれる樹脂の量や種類、その他成分の存在を明らかにして組成を特定し、その情報に基づいて廃ＦＲＰの分解処理条件（溶媒量、触媒量、分解温度、分解時間等）を設定して分解処理を施す。そして、廃ＦＲＰの組成分析により、分解反応を阻害する成分や分解設備を腐食させる成分等の不純物が廃ＦＲＰに含まれていることが明らかになった場合には、不純物除去のための処理（前処理）を分解処理前に施す。分解処理条件としての溶媒量や触媒量は、組成既知のＦＲＰの分解処理時の溶媒量や触媒量（この溶媒量や触媒量はＦＲＰに含まれる樹脂の重量によって決定される）を基準値とし、これに基づき設定される。また、分解温度や分解時間等も、組成既知のＦＲＰの分解処理時の分解温度や分解時間等を基準値として設定される。このため、廃ＦＲＰに含まれる樹脂量等、廃ＦＲＰの組成がわかれば、溶媒量、触媒量、分解温度、分解時間等の分解処理条件を適正値に設定することが可能である。分解条件としての好適な溶媒量や触媒量は、例えば、樹脂量１００質量部に対して、溶媒量３００〜２０００質量部、触媒量２５〜１００質量部が考慮されるが、溶媒の種類や、触媒の種類および濃度等によって変わるものであり、特にこれに限定されるものではない。このように本実施形態では、基準値としての組成既知のＦＲＰの分解処理条件がわかっていることを前提にしている。
【００２０】
廃ＦＲＰの組成を分析部で分析する方法としては、化学分析による方法、熱分解による方法、または分級による方法を挙げることができる。
【００２１】
まず化学分析による方法について説明する。一般的にＦＲＰに含まれている無機充填材は炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラス繊維等の無機物である。炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムは酸に溶解性を示すため、塩酸、硫酸、硝酸等の酸に接触させることで溶解除去することができる。また、ガラス繊維はアルカリに溶解性を示すため、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に接触させることで溶解除去することができる。したがって、例えば、分解設備で分解する廃ＦＲＰから少量の廃ＦＲＰを採取して粉砕した後、粉砕した廃ＦＲＰを酸に接触させ、続いてアルカリに接触させることによって廃ＦＲＰ中の無機充填材のほとんどが溶解除去され、未溶解分として樹脂が残る。未溶解分として残った樹脂の重量と酸およびアルカリに接触させる前の廃ＦＲＰの重量とを比較すれば廃ＦＲＰ中の樹脂の含有率を特定することができる。このため、分解設備で分解する廃ＦＲＰ全体の重量を測定することで、その廃ＦＲＰ中の樹脂量がわかる。
【００２２】
熱分解による方法は、例えば、分解設備で分解する廃ＦＲＰから少量の廃ＦＲＰを採取し、採取した廃ＦＲＰを加熱しながら重量変化を測定する熱重量分析による方法である。５００℃以上に加熱すれば廃ＦＲＰ中に含まれる無機充填材等の無機物はその種類に関係なく灰分になる。したがって、加熱前の廃ＦＲＰの重量から灰分の重量を差し引けば廃ＦＲＰ中の樹脂の含有率を特定することができる。このため、分解設備で分解する廃ＦＲＰ全体の重量を測定することで、その廃ＦＲＰ中の樹脂量がわかる。また、熱重量分析において廃ＦＲＰの重量変化をみていけば、特定の無機充填材の含有量を特定することが可能である。本実施形態では、例えば、炭酸カルシウムの含有量を特定することができる。炭酸カルシウムは脱炭酸温度で炭酸ガスが抜けて重量が減少する。炭酸カルシウムが有する炭酸ガスの重量はあらかじめわかっているので、脱炭酸温度における重量減少から炭酸カルシウムの含有量を把握することができるのである。
【００２３】
また、熱分解による方法の別の実施形態としては、分解設備で分解する廃ＦＲＰから少量の廃ＦＲＰを採取し、採取した廃ＦＲＰを亜臨界水分解し、その分解液と不溶物を分析し、廃ＦＲＰの組成を確認する方法もある。
【００２４】
分級による方法は、例えば、廃ＦＲＰを粉砕後、その粉砕物を粒子径、密度、形状等によって区別する方法である。廃ＦＲＰは、例えば、粒径２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に粉砕される。本実施形態では主に密度差によって廃ＦＲＰ中の樹脂量を把握する。ここで、廃ＦＲＰを構成する成分としての炭酸カルシウムの比重が２．５〜３．０程度、水酸化アルミニウムやガラス繊維の比重が２〜３程度、不飽和ポリエステル樹脂の比重が１程度であるため、密度差によって明確に不飽和ポリエステル樹脂を分離することができる。
【００２５】
分級の原理は、粉砕物である粒体に作用させる力によって分けられ、重力（粒子の落下速度や落下位置の違い）、慣性力（粒体中の慣性力を利用）、遠心力（粒体の旋回を利用する）等が利用される。そして、分級に用いる流体が気体（主として空気）か液体（主として水）かで乾式分級か湿式分級かに分類される。乾式分級の具体例としては、自然沈降式分級機、エアセパレータ、サイクロン等を挙げることができる。また、湿式分級の具体例としては、液体サイクロン、ハイドロセパレータ等を挙げることができる。本実施形態ではいずれの方式によってもよく、特に限定されるものではない。
【００２６】
また、形状差を利用してのふるい分け分級によって廃ＦＲＰ中の樹脂量を把握してもよい。廃ＦＲＰを粉砕すると樹脂は不定形な形状になり、これに対して炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムは球状、ガラス繊維は棒状の形状を有するため、ふるい網を適切に選定することにより樹脂を選別することができる。
【００２７】
本実施形態において分解反応を阻害する成分としては、水酸化アルミニウムを挙げることができる。このものは無機物でありながら上述したように酸性の条件下で溶解する。また、アルカリの条件下でも若干溶解する。このため廃ＦＲＰ中の樹脂量に応じた触媒量を用いて廃ＦＲＰを分解処理する場合、その廃ＦＲＰに水酸化アルミニウムが含まれていると当該水酸化アルミニウムの存在によって触媒量が不足することになり、樹脂の分解が阻害されてしまう。また、アルミニウムイオンが樹脂の分解液中に混ざってしまうため、後工程でこれを除去する必要がある。このため廃ＦＲＰ中に水酸化アルミニウムが含まれている場合には、廃ＦＲＰの分解処理前に、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の酸に接触させることで溶解除去しておくことが好ましい。なお、廃ＦＲＰであれば水酸化アルミニウムが含まれているが、廃プラスチックに水酸化アルミニウムが含まれているか否か不明の場合には、例えば、廃プラスチックを凍結粉砕してＸ線回折で分析することによりその存在を明らかにすることができる。また、アルミニウム系の無機充填剤はほぼ水酸化アルミニウムであることから、アルミニウムの存在を明らかにすることによって水酸化アルミニウムの存在を確認できる。アルミニウムの存在を明らかにする方法としては、例えば、廃プラスチックを燃焼後、蛍光Ｘ線分析する方法や、廃プラスチックをそのまま蛍光Ｘ線分析する方法が挙げられる。
【００２８】
本実施形態において分解設備を腐食させる成分としては、塩素を挙げることができる。このものは、分解処理時、高温高圧の亜臨界状態で分解設備の金属材料の腐食を促進させる。このため廃ＦＲＰ中に塩素の存在が明らかになった場合には、廃ＦＲＰの分解処理前に除去しておくことが望ましい。このような廃ＦＲＰ中の塩素は、ＦＲＰが船舶の部材として使用されていた場合には海水の付着によるものと考えられる。したがって、洗浄処理することによって容易に除去することができる。なお、廃ＦＲＰ中に塩素が含まれているか否かは、廃ＦＲＰ燃焼後の燃焼ガスをイオンクロマトグラフ分析することにより、塩素の存在を明らかにすることができる。
【００２９】
以上の分解反応を阻害する成分や分解設備を腐食させる成分が廃ＦＲＰ中に存在するか否かを判定する分析は、上述した分析部において廃ＦＲＰの組成の分析の際に併せて行うものである。
【００３０】
このように本実施形態においては、分析部で廃ＦＲＰの組成を分析し、その情報に基づいて供給設備から廃ＦＲＰ分解処理のための溶媒と触媒を廃ＦＲＰに供給し、分解設備において分解温度、分解時間等を設定して分解処理を施している。また、廃ＦＲＰの組成分析により、分解反応を阻害する成分や分解設備を腐食させる成分等の不純物が廃ＦＲＰに含まれていることが明らかになった場合には、不純物除去のための処理（前処理）を分解処理前に施している。
【００３１】
次に、分解設備における廃ＦＲＰの分解処理について説明する。
【００３２】
本実施形態において分解処理に使用される溶媒は水やアルコール等であり、触媒は水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリである。アルカリの濃度は、例えば、０．０８Ｎ〜２Ｎである。
【００３３】
分解処理は、廃ＦＲＰに触媒を共存させた溶媒を添加して超臨界または亜臨界の状態でなされる。例えば、廃ＦＲＰに水を加え、温度および圧力を上昇させて水を臨界点（臨界温度３７４．４℃、臨界圧力２２．１ＭＰａ）以下の亜臨界状態にすると、廃ＦＲＰ中の樹脂は、加水分解反応によりその樹脂の原料であるモノマーやオリゴマー等に分解される。廃ＦＲＰの分解処理温度は、樹脂の熱分解温度未満であることが好ましい。具体的な分解処理温度は樹脂の種類によって異なるが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂の場合は１８０〜２７０℃の範囲に設定される。分解時間は、分解温度等の条件によって異なるが、熱分解が生じない温度以下では１〜４時間程度である。分解反応時における圧力は、分解温度等の条件によって異なるが、例えば、２〜１５ＭＰａの範囲である。なお、以上の溶媒や触媒の量、種類、分解温度、分解時間、分解圧力等の分解処理条件は、分析部での廃ＦＲＰの組成分析に基づいて設定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のプラスチックの分解方法の手順を示すフローチャートである。
【図１】
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