(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解処理に先立って前処理を行った後、ポリ乳酸樹脂を加水分解して乳酸に再生させるポリ乳酸樹脂の再生方法であって、
前処理は、ポリ乳酸樹脂を処理チャンバー内に投入し、ポリ乳酸樹脂を１００℃〜１７０℃の範囲内の温度で加熱し、ポリ乳酸樹脂をアモルファス状態から結晶の状態に変化させる処理であり、
加水分解処理は、加熱モードと、冷却モードとからなり、前処理後、加熱モードで処理チャンバー内を飽和水蒸気圧で満たすために十分な水分量を加え、１００℃〜１５０℃範囲内の温度での飽和水蒸気圧の下で、ポリ乳酸樹脂と水分とを反応させて乳酸水溶液を生成させる処理であり、冷却モードは、予め定められた飽和水蒸気圧曲線に沿って蒸気圧を下降させ、ポリ乳酸樹脂の加水分解進行に伴って発生した乳酸を抽出する処理であることを特徴とするポリ乳酸樹脂の再生方法。
【請求項２】
ポリ乳酸樹脂を含む被処理物を処理チャンバー内に投入し、前処理として、処理対象のポリ乳酸樹脂を１００℃〜１７０℃の温度範囲の中で少なくとも３０分間以上加熱してポリ乳酸樹脂をアモルファス状態から結晶の状態に変化させるステップと、処理チャンバー内を飽和水蒸気圧で満たすために十分な水分量を投入して処理チャンバーを密閉するステップと、処理チャンバー内を１００℃〜１５０℃の範囲内の温度に加熱し、処理チャンバー内の圧力を、１００℃〜１５０℃の加水分解処理の加熱温度での飽和水蒸気圧に保ち、１００℃〜１５０℃範囲内の温度での飽和水蒸気圧の下で、ポリ乳酸樹脂と水分とを反応させて乳酸水溶液を生成させるステップと、被処理物の加熱モード終了後、冷却モードで予め定められた飽和水蒸気圧曲線に沿って温度と圧力を制御し、蒸気圧を下降させることにより処理チャンバー内の蒸気を凝結して乳酸水溶液を抽出するステップと、抽出された乳酸水溶液を回収するステップと、処理チャンバー内に残存するポリ乳酸以外の被処理物等の固形物を回収するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載のポリ乳酸樹脂の再生方法。
【請求項３】
ポリ乳酸樹脂を含む被処理物を前処理した後、被処理物を圧潰し、圧潰によって変形するだけで粉砕できない他の合成樹脂と粒径分離し、圧潰によって粉末となったポリ乳酸樹脂のみを取り出して加水分解処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のポリ乳酸樹脂の再生方法。
【請求項４】
前処理は、前処理用の処理チャンバー内にポリ乳酸樹脂を投入して加熱する処理であり、
加水分解処理は、前処理用の処理チャンバー内から取り出した結晶化ポリ乳酸樹脂を、加水分解処理用チャンバー内に投入して加水分解処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のポリ乳酸樹脂の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸樹脂を加水分解処理して乳酸に再生させる方法において、加水分解処理時間を大幅に短縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界で微生物に与えられた、驚くべき能力の一つは、高分子有機化合物の加水分解能力である。微生物はこの反応を常温・常圧という全く自然の環境の中で、いとも簡単にやってのけ、有機物連鎖を分断して分子量を小さくしていく。この方法は何億年という長い時間をかけて微生物が獲得・改良してきた方法であり、この方法は通常「酵素による加水分解法」と言われている。
【０００３】
この酵素による加水分解法は、現在のところ我々人間が知能の総力を結集してもその真似をすることは難しい。この「酵素による加水分解法」による分解物、すなわち、微生物によって分解された結果物は、他の全ての生物にとって有用な成分となり、そのまま吸収・組織化されていく基本要素となっている。
【０００４】
酵素による加水分解法は、現段階では人間が真似をすることが難しいが、酵素による加水分解法以外の方法を用いて同じ結果を得る方法が１つある。その方法は「物理エネルギーを用いた加水分解法」である。この方法は、元々何千メートルもの深海の底に地球内部より吹き出して来る熱水による分解の現象と類似した方法である。この方法によれば、温度・圧力がともに遙かに水の臨界（３７５℃，２２０気圧）を超えた状態で反応が進行し、反応の結果、有機化合物の加水分解をはじめ、金属を含めた多くの物質（化合物）を分解し、物質の構成成分を溶出させることができる。
【０００５】
このような高圧と高温の状態を、より現実的な状態（より常温に近い状態）にもって来たときにも加水分解は可能である。とりわけ有機物は１００℃、１気圧を越えると、時間の積で徐々に加水分解していく。そして、このような「物理エネルギーを用いた加水分解法」の結果は、微生物が行った「酵素による加水分解法」の結果と同等になる。この原理を利用して生分解性プラスチックを分解する方法として、例えば特許文献１には、超臨界熱水処理を利用する方法、特許文献２には、亜臨界状態の熱水を利用する方法が紹介されている。
【０００６】
超臨界や亜臨界状態での反応の例に限らず、一般に、高圧下では、比較的低温であっても物質は分圧比の影響で相転移する。しかし、有機物の場合、温度が飽和水蒸気圧より高いと炭化し、温度が飽和水蒸気圧より低いと溶剤等の液化混入などの危険が生じることもあって、実際に「物理エネルギーを用いた加水分解法」を有効に活用するには、温度・圧力などを含めた処理条件の設定が難しい。
即ち、超臨界および亜臨界流体を処理に利用する場合には、その極めて高い温度・圧力条件を発生・維持できる処理装置が必要となる。一般的に、高温・高圧状態を維持するための装置は、容積が大きくなるほどその製作が難しく、製作コストが飛躍的に高くなるため、大規模な工業設備に応用するのが難しい。さらに、超臨界および亜臨界熱水の持つ極めて高い分解能力は、処理対象有機物に留まらず処理容器そのものにも及ぶために、分解を防ぐために高価な材料を装置に使用する必要がある。
【０００７】
そこで上記問題点を解決する方法として飽和水蒸気圧のもとでの加水分解処理雰囲気の温度・圧力を制御することによって乳酸系生分解性プラスチックを再生させる方法（特許文献３参照）を実現した。この方法は、要するに、加熱モードと冷却モードとによって、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物の加水分解処理を行うという方法である。ここに、加熱モードは、被処理物の総重量の約２０％の水分を加え、約１４０℃の飽和水蒸気圧の下で、乳酸を原料とする生分解性プラスチックを含む被処理物と水とを反応させ、生分解性プラスチックを加水分解して乳酸水溶液を生成させる処理であり、冷却モードは、温度と圧力をコンピュータで制御しつつ降温させ、被処理物の加水分解の進行に伴って発生した乳酸などを抽出する処理である。
【０００８】
この方法によるときには、特許文献１や２に記載されたような超臨界流体を利用する方法や亜臨界状態での処理に比べて処理時間には、多少長い時間を必要とするものの、規制の厳しい高価な超臨界状態や亜臨界状態を形成するための特別の設備や装置を要することなく、超臨界処理や亜臨界処理に比べて処理が格段に簡単であり、さらに処理中の保守性に優れ、何処でも、誰にでも、大規模な処理装置が安全に運転できるという、実用性の面で格段に優れたシステムの実現が可能となる。
【０００９】
加水分解処理を可能な限り低い温度，低い圧力の条件の下で行うことは望ましいことではあるが、そのために処理時間には、長い時間を必要とするというのは必ずしも好ましいものではない。加水分解時間を短縮することは、望ましいことである。
【特許文献１】特許公開平１１−２９２７７７
【特許文献２】特開２００３−３１３２８３
【特許文献３】特願２００６−６０５２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする問題点は、特許文献３に記載された方法では、加熱モードと冷却モードとによって、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物の加水分解処理を行い、工業的に実用可能な温度・圧力条件で乳酸系生分解性プラスチックを再生させる方法を実現できたが、その加水分解の処理時間に、超臨界処理や亜臨界処理に比べて多少長い時間を必要とするという問題が残されていたという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、常温に近い温度で、しかも加水分解時間を短縮するという目的を、加水分解処理に先立つ前処理として、加熱によってポリ乳酸樹脂を一旦アモルファス状態から結晶の状態に変化させてから加水分解処理を行うことによって実現した。
【実施例１】
【００１２】
以下に本発明の実施例を示す。本発明は、ポリ乳酸樹脂を含む被処理物の加水分解処理に先立ち、前処理をした後、飽和水蒸気圧のもとで、加熱によってアモルファス状態から結晶の状態に変化したポリ乳酸樹脂の加水分解処理を行うものである。前処理の結果、加水分解反応が促進され、前処理温度１００℃近傍の比較的低い飽和水蒸気圧のもとでも、ポリ乳酸樹脂を乳酸に分解することが可能となる。また、同一の温度条件における、ポリ乳酸樹脂の完全分解に要する時間も大幅に短縮される。
【００１３】
本発明において、前処理は、水分を加えない環境の下でポリ乳酸樹脂を、ポリ乳酸の結晶化温度を目安に加熱してポリ乳酸を結晶化する処理であり、加水分解処理は、ポリ乳酸樹脂を被処理物として加水分解する処理である。
【００１４】
図１に、本発明による加水分解処理に用いる装置の一実施例を示す。図１において、加水分解処理を行う装置は、処理チャンバー１と、抽出管２と、冷却塔３と、循環ポンプ４との組み合わせからなっている。処理チャンバー１は、内部に投入された被処理物を加熱して加水分解処理を行う釜であり、その外壁にはヒータ５が装備され、処理チャンバー１と、冷却塔３間は、前記抽出管２で接続されている。
【００１５】
抽出管２は、処理チャンバー１の下部の蒸気戻り口６と、上部の蒸気送出口７間をつなぐ循環管路であり、冷却塔３は、その管路内に接続され、循環ポンプ４は、冷却塔３の上流側の管路内に接続されたものである。また、処理チャンバー１は、被処理物の投入口８と排出口９とを有し、その内部には、垂直軸を中心に回転しながら処理チャンバー１内に投入された被処理物を攪拌する攪拌羽根１０を装備する。
【００１６】
冷却塔３は、抽出管２内の気体（蒸気）を冷却する熱交換器であり、循環ポンプ４は、被処理物の加水分解処理後、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却塔３に強制送風するものである。冷却塔３には、ドレイン１１を備え、冷却塔３内に蒸気中の加水分解成分である抽出された粗乳酸水溶液が貯められ、冷却塔３内にためられた粗乳酸水溶液は、抽出液として容器Ｖ１内に回収される。また、チャンバー１内で加水分解後一旦気化して水に溶入した粗乳酸水溶液はドレイン１１’を開くことによって、容器Ｖ２に回収される。
【００１７】
本発明は、上記装置を用い、ポリ乳酸樹脂を含む被処理物、例えば乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物としてその加水分解処理を行うものである。廃棄物の再生処理において最も大切なことは、再生に必要なエネルギー（コスト）を最小にするということである。本発明による乳酸系生分解性プラスチックの再生処理においては、処理温度、処理圧力、そして処理時間をどのように最小化するかということが、重要な課題となる。
【００１８】
本発明においては、前処理としてポリ乳酸を結晶化させた後、加水分解処理を行うことで、処理時間の減少を達成する。アモルファス状態のポリ乳酸を結晶化させることによって、同一の温度条件（例えば、１４０℃）において、結晶化させていないものよりも短時間で加水分解処理できることが明らかになった。図２は、加水分解による有機物の分解メカニズムを示す図である。図２において、加水分解とは、結合している有機物の酸素と他の原子（例えば炭素Ｃ）との間に水イオン（Ｈ＋とＯＨ−）を作用させて結合を切ることである。
【００１９】
すなわち、「Ｃ」と「Ｏ」との間で電子の移動が起こり偏在する、いわゆる分極が起こり、そこに水イオン「Ｈ＋」と「ＯＨ−」が引き寄せられて電気的に結合する現象であるが、そこに電子と原子とのそれぞれが持つエネルギーが深く関係しており、温度・圧力はこの電子と原子の励起エネルギーとして直接作用している。従って、この時に反応に作用させる温度・圧力によって加水分解反応の反応速度は変化する。
【００２０】
例えばポリ乳酸の原料である乳酸は、ある温度範囲で昇華して気体となったり、融解して液体となったり、また蒸発して気体となったりする。しかしながら、融解自体は分解を伴う反応であり、乳酸が分解すると、純粋な乳酸ではなくなり、ポリ乳酸の原料とはなりにくい。ここで、雰囲気の温度・圧力を制御することによって、この微妙な反応領域を通過させることが可能である。
【００２１】
ここで、温度・圧力を制御することによってポリ乳酸樹脂を加水分解させ、乳酸オリゴマーにする。この乳酸オリゴマーは高圧下であれば比較的低温でも昇華し、一旦気体となった後、この気体は水溶性であるため高圧力下で熱水に多量に溶解する。これによって多量の乳酸を溶液で回収することが可能となる。本発明においては、加水分解処理において、処理チャンバー１内の温度と圧力を制御するに際し、図３に示す水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って、温度・圧力域で水蒸気圧を上げるとともに反応終了時には、降温させる。
【００２２】
ちなみに、ある温度・圧力下で１成分系の気液両相が共存するとき、その気相をなす蒸気が飽和に達している状態を飽和蒸気といい、そのときの圧力が飽和蒸気圧である。ある物質の液体の周囲で、その物質の分圧が液体の蒸気圧に等しいとき、その液体は気液平衡の状態にある。温度を下げると蒸気は凝結して液体になる。逆に温度を上げると液体は気化する（蒸気になる）。また、固相と気相の間でも同様の平衡状態が保たれ、この転移を昇華という。
【００２３】
本発明は、この理論に基づき、前処理後の加水分解処理においては、処理チャンバー１内の分圧としての水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に沿って制御する。この時、乳酸の分圧比はごく低いため、水蒸気圧が支配的である。乳酸系生分解性プラスチックを含む蒸気の温度・圧力域では、飽和水蒸気圧より少しでも温度が高いと炭化し、低いと溶剤の液化混入の危険が生ずる。本発明は、処理チャンバー内の雰囲気の温度と、圧力とをコンピュータ制御によって、微妙な反応領域を通過させるものである。
【００２４】
図４に、処理チャンバー内で進行する加水分解反応の進行を監視するシステムの構成を示す。中央監視室１２には、加水分解制御装置１３としてコンピュータが設置され、コンピュータからは、ヒータ５の電源投入，攪拌羽根１０の駆動制御，処理時間の設定，配管のバルブの開閉制御，循環ポンプ４の駆動制御などを含めて、処理チャンバー１内で進行させる前処理及び加水分解処理に必要な一切の制御並びに設定情報の管理を行う機能を有している。加水分解反応の進行状況の監視並びに生成された粗乳酸の状態及び冷却塔３から得られた抽出液の状態は、モニター１４によって監視するほか、コンピュータは、更にこれらのサンプリングを行う機能を有している。
【００２５】
本発明においては、上記装置を用い、ポリ乳酸樹脂を含む被処理物として、加水分解処理に先立って前処理を行い、ついで加水分解処理の加熱モードと、冷却モードとを順に行う。上記装置を用いて乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物として乳酸系生分解性プラスチックの原料を再生させる要領を図５のフローチャートを用い、図１を参照して説明する。
【００２６】
まず、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物からなる被処理物を、処理チャンバー１内に投入し（ステップＳ１）、投入口８を閉じ、前処理として、約３０分以上の時間をかけてポリ乳酸樹脂の結晶化点近くの温度に加熱する（ステップＳ２）。その後、加水分解処理に移行し、被処理物総重量の２０％の水を処理チャンバー１内に投入する（ステップＳ３）。投入口８を閉じ、タイマーをセットしてヒータ５に通電し、（ステップＳ４）処理チャンバー１内を約１００℃〜１５０℃に加熱しつつ加熱モードを開始する。加熱モードでは処理チャンバー１内の圧力を、１００℃〜１５０℃の範囲内で設定した加水分解処理の加熱温度での飽和水蒸気圧に保つ。また、一定間隔（例えば２秒）ごとに１回程度攪拌羽根１０を回転駆動して処理チャンバー１内の原料を攪拌する。
【００２７】
この状態で一定時間をかけて加熱しながら処理チャンバー１内に発生する飽和水蒸気の雰囲気中に被処理物を曝して加水分解反応を進行させる。加熱モードによって、乳酸系生分解性プラスチックの加水分解反応が進行して、水蒸気と共に粗乳酸およびその蒸気が生成され、その蒸気が処理チャンバー１に充満する。予め定められた時間経過後、ヒータ５の電源を遮断して加熱モードを完了する（ステップＳ５）。
【００２８】
被処理物の加水分解処理に要する時間は、被処理物および処理チャンバー１の容量にもよるが、通常は５〜８時間である。つまり密閉された処理チャンバー１内で、約１００℃〜１５０℃の範囲内の温度で加熱したときには、その設定温度での飽和水蒸気圧のもとで数時間のうちに被処理物中の生分解性プラスチックを加水分解することができる。
【００２９】
加水分解処理は、処理チャンバー１内を密閉した状態で、投入された水と共に処理温度まで昇温し、その温度における飽和水蒸気圧のもとで被処理物の加水分解を進行させる。設定時間が経過するとブザーで報知する。また設定時間前であっても、処理条件の異常（温度異常，圧力異常）が発生したときには、ブザーで報知することもできる。
【００３０】
タイマーで設定した加水分解処理の時間が経過したときには、加熱を終了し、そのままチャンバーを冷却する（ステップＳ６）。冷却が完了したら、処理チャンバー１下部に滴下、滞留している飽和乳酸水溶液を回収する。
【００３１】
処理終了時点においては、処理チャンバー１内には、粗乳酸の水溶液とその他の固形物（ポリ乳酸に混合した骨材等）等が完全に分離した形で回収される。
【００３２】
処理チャンバー１内の温度・圧力が十分に下がった（少なくとも１００℃・１気圧以下）ことを確認したら、処理チャンバー１内の乳酸水溶液をドレイン１１’を開いて容器Ｖ２に回収する。また固形生成物は排出口９から回収する（ステップＳ９）。容器Ｖ１及びＶ２内に回収した粗乳酸水溶液は、再び生分解性プラスチック製品の原料になり、処理チャンバー１から回収された固形生成物は、その素材に応じて再びリサイクルされるか、もしくは廃棄される。
この実施例ではヒータを使用して処理チャンバーを水と一緒に直接加熱する例を示したが、大型のシステムになれば、別途用意したボイラー等を使用して加熱水蒸気を生成し、それを処理チャンバー内に投入する方が効率的である。また、処理施設の設置場所に応じて、電気ではなくガス・石油などを燃焼させた熱を利用することもできる。将来的には、燃料電池を利用したシステムを構築することによって、燃料電池から作り出される電気エネルギーと廃熱の両方を利用した高エネルギー効率の処理装置を構築することが可能となる。
【００３３】
以上、実施例においては、加水分解処理用の処理チャンバー１内でポリ乳酸樹脂を含む被処理物の前処理を行う例を説明したが、前処理は必ずしも加水分解処理用の処理チャンバー内で行う必要はない。前処理用の処理チャンバーを特別に用意し、図６に示すように前処理用の処理チャンバー１５内で被処理物の前処理を行った後、前処理用の処理チャンバー１５内から取り出した結晶化ポリ乳酸樹脂を、加水分解処理用の処理チャンバー１内に投入し、加水分解処理用の処理チャンバー１内で加水分解処理を行うこともできる。
【００３４】
前処理用の処理チャンバー１５を特別に用意することの実益は、例えば前処理用の処理チャンバー１５を例えばコンビニエンスストア、レストランなどのポリ乳酸樹脂廃棄物の発生地に据え付け、ポリ乳酸樹脂廃棄物の発生地において、前処理を行って処理物を減容し、各地に散在したポリ乳酸樹脂廃棄物の発生地に据え付けられたそれぞれの処理チャンバー１５、１５、・・・から前処理された結晶化ポリ乳酸樹脂を中央処理施設に回収し、中央処理施設に据え付けられた大型の加水分解処理用の処理チャンバー１内で一挙に加水分解処理を行うことでその処理効率を高めることができる。
【００３５】
（実験例）
本発明による加水分解効果を確認するため、以下の実験を行った。実験には、試料としてポリ乳酸成形品（ユニチカ製ポリ乳酸成形品（テラマック（登録商標））を用いた。実験に先立ち、熱水中に８時間浸漬し、また、２００℃の空気中に２時間放置し、また１３０℃、２．６気圧の空気中に放置して分解するかどうかの試験を行ったが、いずれの条件のもとでも、試料が分解することはなかった。
【００３６】
図７に、試料として用いたポリ乳酸樹脂成形品（ユニチカ製の商品名テラマック（登録商標）））の温度とＤＳＣ（エネルギー吸収量）との関係を示す。図７によれば、試料のガラス転移点は、６７．６４℃であり、１００．３６℃で結晶化が起こり、１６７．５４℃で溶融することが分かった。この事実から、前処理の温度として溶融点を多少越える温度であっても差支えがなく、このような事実を踏まえて実質的に１７０℃以下で、少なくとも結晶化点である１００℃以上が必要であると判断した。前処理を行うに際してその処理温度は高いほど、結晶化速度が速いと考えられ、後の加水分解反応が促進されるであろうことは容易に推測されたが、現実問題として実際の実験において１００℃でも３０分程度の処理で十分前処理の効果が確認できることから、高温で処理することが有利であると考える理由はない。
【００３７】
また、試料の融点である１６７℃を越えると、ポリ乳酸樹脂が液状化するため、図６に示したように前処理用の処理チャンバー１５内で被処理物を回収し、中央処理装置の加水分解処理用の処理チャンバー１内で加水分解処理を行うようなときに、処理物の取り扱いが厄介になることから、実用的な前処理温度の範囲を、結晶化点（この例では約１００℃）から融点（この例では１６７．５４℃）以下で被処理物が結晶状態を保つ温度（約１５０℃）を上限として設定することが実用に即しているものと考えられる。なお、前処理温度範囲１００℃〜１５０℃の設定は、この試料（テラマック）の場合の例であり、すべてのポリ乳酸製品に共通のものではない。ただし、試料は特殊な構造のものではないので、他のポリ乳酸樹脂成形品であっても、この試料と大幅な違いはないものと推測され、したがって、１００℃〜１５０℃の前処理温度は、一般的なポリ乳酸樹脂成形品前処理温度としてもそのまま適用できるものと考えられる。
【００３８】
図８は、試料の加水分解前の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフ、図９は、加熱処理後の加水分解前の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフである。いずれも縦軸目盛りは赤外線透過率（％）、横軸目盛りは波数（ｃｍ−１）である。図８の波形から、試料はポリ乳酸樹脂であると判断され、この試料を加水分解したものは、図９の波形から乳酸であると判断される。
【００３９】
上記試料を気中暴露状態でビーカーに入れ、圧力容器（アルプ株式会社製高圧蒸気滅菌器  ＩＴ−２３２２）中で前処理なしで加水分解処理を行った。その結果を図１０に示す。図１０の実験例１〜６は、加水分解処理の加熱温度１００℃〜１３０℃、圧力１ａｔｍ〜２．７ａｔｍの条件のもとで加水分解処理を行った結果である。ポリ乳酸樹脂は乳酸に分解されることにより強酸性度ｐＨを示すことから、加水分解反応進行の程度の検知には、ｐＨ判定リトマス紙を用い、目視によって色を識別することによって行った。
【００４０】
実験の結果によれば、温度が高いほど、また圧力が高いほど加水分解処理の進行速度が速いことが分かった。なお、加水分解処理の加熱温度の上限が１３０℃であるのは、実験に用いた圧力容器の加熱温度の上限が１３０℃であったためである。
【００４１】
図１１の実験例７〜１２は、前処理の加熱温度１３０℃、圧力２．６ａｔｍ、前処理時間８時間の条件の下で前処理を行った後、加水分解処理の加熱温度１００℃〜１３０℃、圧力１ａｔｍ〜２．７ａｔｍの条件の下で加水分解処理を行った実験の結果を示している。この実験結果によれば、いずれも加水分解処理の開始直後に試料の加水分解が開始していることが分かる。このことから、試料の加水分解処理に先立つ前処理として高温、高圧は必要ではなく、実質的にこの実験での前処理温度は１３０℃で十分であるということができる。
【００４２】
図１２は、ポリ乳酸樹脂のペレットを試料とし、その試料について前処理を行わずに加水分解処理を行った比較例１と、前処理の加熱温度１２０℃で、３０分〜４時間前処理の後、加水分解処理を行った実験例１３〜１６との比較を示す図である。なお、加水分解処理は、比較例１、実験例１３〜１６のいずれについても、加水分解処理の加熱温度１３０℃、圧力２．７ａｔｍの水蒸気圧のもとで行った。実験の結果によれば、比較例１では、ポリ乳酸ペレットの加水分解開始に約４時間を必要としたのに対し、前処理を施した実験例１３〜１６のものでは前処理時間の長短に関わらず、遅くとも３時間でポリ乳酸ペレットの加水分解が開始することが分かった。したがって、前処理としては、図１２の結果を見る限り、前処理の加熱温度が１２０℃以上、前処理時間は３０分で十分であることが分かった。
【００４３】
次に、前処理温度を１２０℃，１３０℃にそれぞれ設定し、前処理時間を３０分、１時間、２時間、４時間に変化させて試料の前処理を行った後、処理温度１３０℃、水蒸気圧２．７ａｔｍの条件で加水分解処理を行った実験例１７〜２０と、前処理なしで同じ条件で加水分解処理を行った比較例２とについて、分解融解までに要した時間を測定した。その実験結果を図１３に示す。実験結果は、図１３に明らかなとおり、前処理を行わない比較例２では、分解融解終了までに１２時間を必要としたのに対し、実験例１７〜２０では、ほぼ７時間〜９時間で試料の分解融解が終了した。前処理温度が１２０℃であっても、１３０℃であっても大差がなく、また、前処理時間に長時間をかけることが必ずしも必要ではないことが判断でき、この結果を見る限り、前処理は１２０℃、３０分で十分であることが分かる。
【００４４】
さらに、処理温度１３０℃で前処理した後、１３０℃以上の処理温度で加水分解処理を行った。その実験結果を以下に示す。実験には試料１（前処理を行ったポリ乳酸成形品（テラマック（登録商標））、試料２（前処理を行わないポリ乳酸成形品（テラマック（登録商標））、試料３（ポリ乳酸成形品の成形材料であるポリ乳酸ペレット）を用い、それぞれの試料（約１ｇのサンプル）を個別に圧力容器（耐圧硝子株式会社製、ハイパーグラスターＴＥＭ−Ｖ１０００Ｎ）内に入れ、実験例２１〜２５として加水分解温度（そのときの水蒸気圧）をそれぞれ１３０℃（２．７ａｔｍ）、１３５℃（３．１ａｔｍ）、１４０℃（３．６ａｔｍ）、１４５℃（４．１ａｔｍ）、１５０℃（４．７ａｔｍ）に設定し、それぞれの実験例についてポリ乳酸樹脂の加水分解開始時間を測定した。実験結果を図１４に示す。図１４の結果から、前処理を行った試料１の加水分解開始時間は著しく早まり、とくに加水分解温度１５０℃では瞬時に加水分解反応が開始することが分かったが、１３５℃〜１４０℃においても加水分解処理を１時間で終了されることができることから、実用レベルでは、加水分解温度は、１３５℃〜１４０℃の範囲に設定することで十分であると判断される。なお、いずれの実験例においても、加水分解開始後ほぼ２０〜３０分後には、加水分解反応は終了した。
【００４５】
（結果の考察）
以上の結果から前処理は、ポリ乳酸樹脂をポリ乳酸樹脂の融点以下の温度を上限として少なくともポリ乳酸樹脂の結晶化温度の前後、あるいは結晶化温度以上の温度で加熱して、アモルファス状態から結晶の状態に変化させる処理であり、通常の場合に、１００℃〜１６７℃の範囲内の温度で加熱する処理であるということができる。また、前処理に続く、加水分解処理の加熱モードとしては、処理チャンバー内を飽和水蒸気圧で満たすために十分な水分量を加え、約１００℃〜１５０℃範囲内の温度での飽和水蒸気圧の下で、ポリ乳酸樹脂と水分とを反応させて乳酸水溶液を生成させることができる。
【００４６】
さらに、ポリ乳酸樹脂を前処理するということは、後工程における加水分解処理の反応の促進だけにとどまらず、プラスチックの分別に大きな意味がある。すなわち、前処理されたポリ乳酸樹脂は、著しく脆性が高まるために、対のローラー間で粉砕が可能である。他のほとんどの合成樹脂は、ローラー間で圧潰しても、変形するだけで粉砕することはできない。したがって、合成樹脂廃棄物を一旦１００℃〜１３０℃レベルの温度で加熱した後、その処理物をローラー間に通せば、ポリ乳酸樹脂は粉末となって他の合成樹脂から粒径分離され、粉末となったポリ乳酸樹脂のみを取り出して加水分解処理を行うことができることを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、加水分解処理に先立って、単に１００℃を越える温度に加熱するのみの前処理を行うことによって、その後の加水分解処理時間を大幅に短縮してポリ乳酸樹脂の原料である乳酸および乳酸水溶液を回収でき、したがって本発明によれば、ポリ乳酸樹脂の完全ケミカルリサイクルを実現することによって、廃棄物処理の問題，資源の有効活用の問題を解決してまことに好ましい資源のクローズドサイクルシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】加水分解装置の構成図である。
【図２】有機物の加水分解メカニズムを説明する図である。
【図３】飽和水蒸気圧曲線を示すグラフである。
【図４】本発明方法を実施するシステムの構成図である。
【図５】本発明方法のフローを示す図である。
【図６】処理チャンバーを前処理用と、加熱処理用とに使い分ける例を示す図である。
【図７】ポリ乳酸樹脂の温度とエネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図８】試料の加水分解前の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフである。
【図９】試料の加熱処理後の加水分解後の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフである。
【図１０】ポリ乳酸樹脂成形品を、前処理なしで加水分解処理を行った実験の結果を示す図である。
【図１１】ポリ乳酸樹脂成形品に、前処理を行った後、加水分解処理を行った実験の結果を示す図である。
【図１２】ポリ乳酸樹脂成形品について、前処理を行わずに加水分解処理を行った比較例と、前処理の後、加水分解処理を行った実験例との比較を示す図である。
【図１３】前処理条件を種々変えて加水分解処理を行ったときの加水分解終了時間の違いを示す図である。
【図１４】ポリ乳酸樹脂成形品と、その材料であるペレットについて、１３０℃〜１５０℃で加水分解処理を行ったときの加水分解開始時間の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  処理チャンバー
２  抽出管
３  冷却塔
４  循環ポンプ
５  ヒータ
６  蒸気戻り口
７  蒸気送出口
８  投入口
９  排出口
１０  攪拌羽根
１１，１１’  ドレイン
１２  中央監視室
１３  加水分解制御装置
１４  モニター
１５  前処理用の処理チャンバー  
Ｖ１，Ｖ２  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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