(57)【要約】本発明は、発泡ポリスチレンのゲル化脱泡時に硫黄の臭気の発生が少なく、溶解時間が短く、溶解力が高く、かつ、実用的な価格で入手が可能な発泡ポリスチレンの減容処理剤を提供することを目的とする。そのため、本発明は、発泡ポリスチレンをゲル化脱泡することにより、その体積を縮小させ、ゲル状態として保管・運搬するために用いられ、ポリスチレン可溶性溶剤と、ポリスチレン不溶性溶剤の混合溶液からなる発泡ポリスチレン減容化剤であって、前記ポリスチレン不溶性溶剤は、天然ガスより化学合成したパラフィン系油留分であることを特徴とする。このパラフィン系油留分は、天然ガスをＧＴＬ技術により化学合成した灯油留分であり、ポリスチレンがポリスチレン可溶性溶剤に溶解するのを促進する作用を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレン可溶性溶剤と、ポリスチレン不溶性溶剤の混合溶液からなる発泡ポリスチレン減容化剤であって、前記ポリスチレン不溶性溶剤は、天然ガスより化学合成された常圧における沸点が１５０〜２００℃であるパラフィン系油留分であることを特徴とする発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項２】
前記ポリスチレン可溶性溶剤は、炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素を含有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項３】
前記ポリスチレン可溶性溶剤は、常圧における沸点が１５０℃以上の芳香族系炭化水素であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項４】
前記可溶性溶剤は、イプゾール１００（商品名  出光石油化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．６４７４２−９５−６）又はイプゾール１５０（商品名  出光石油化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．６４７４２−９４−５）であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項５】
前記ポリスチレン不溶性溶剤は、炭素数が９、１０、１１、又は１２のパラフィン系炭化水素を含有していることを特徴とする請求の範囲第１乃至４項の何れか一に記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項６】
前記ポリスチレン不溶性溶剤は、アニリン点が５５℃以上８５℃以下のパラフィン系炭化水素を含有していることを特徴とする請求の範囲第１乃至４項の何れか一に記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項７】
前記ポリスチレン不溶性溶剤は、シェルゾールＳ（商品名  シェル化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．９３９２４−０７−０３）であることを特徴とする請求の範囲第１乃至４項の何れか一に記載の発泡ポリスチレン減容化剤。
【請求項８】
請求の範囲第１乃至７項の何れか一に記載の発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを投入することを特徴とする、発泡ポリスチレンの減容化方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）の減容化剤に関し、特に、発泡ポリスチレンのリサイクル処理を可能とする減容化剤に関する。
背景技術
近年は、循環環境型社会形成の機運の高まりに伴い、発泡ポリスチレン製品については、そのリサイクルが行われている。この発泡ポリスチレンは、ポリスチレンをブタン等の発泡剤により５０倍程度の体積に膨張させ生成したものであり、体積比の約９８％は空気である。従って、産業廃棄物として排出される発泡ポリスチレンを保管・運搬するためには広いスペースが必要となり、そのままではリサイクルコストが大きい。そこで、発泡ポリスチレンをゲル化脱泡することにより、その体積を縮小させ、ゲル状態として保管・運搬するために、発泡ポリスチレンの減容化剤が用いられる。
従来の発泡ポリスチレンの減容化剤としては、例えば、日本国特許第３０２６４１５号公報、特表平９−５０３２３５号公報、特開平９−２７８９２９号公報、特開平１０−３３８７６８号公報、特開平１０−１９５２３２号公報、特開２００１−２１３９９６号公報、特開２００２−１２８９４９号公報、米国特許６４０３６６１号明細書等に、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）の減容化剤として、ポリスチレン（ＰＳ）可溶性溶剤と、ポリスチレン不溶性溶剤の混合溶液からなる発泡ポリスチレンの減容化剤が開示されている。
上記従来の発泡ポリスチレンの減容化剤では、ポリスチレン可溶性溶剤として、トルエン，キシレン（ジメチルベンゼン、キシロール）等の芳香族炭化水素、塩化ベンゼン，ｏ−ジクロロベンゼン等の芳香族ハロゲン化炭化水素、脂肪族ハロゲン化炭化水素、脂肪族ケトン、脂肪族アミド、脂肪族スルホキシド、酢酸ブチル，酢酸アミル等のエステルなどが用いられている。一方、ポリスチレン不溶性溶剤として、飽和脂肪族炭化水素、アルコール等、又は、これらよりも精製度の低い石油留分である溶剤油、灯油、ディーゼル油、ガソリン、溶剤ナフサ等が用いられている。
このような発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを浸漬すると、ポリスチレン可溶性溶剤によりポリスチレンが膨潤する。すなわち、発泡ポリスチレンと発泡ポリスチレン減容化剤とからなる系の状態は、熱平衡状態に向かって変化し、網目状に結合したポリスチレン分子鎖の間隙にポリスチレン可溶性溶剤が侵入して網目状に結合したポリスチレン分子が膨潤する。膨潤したポリスチレンは、気泡を多数含んだゲル膜状となるが、このゲルの強度が、ゲル膜自体の表面張力、気泡の浮力等に耐えるのに不十分であれば、膜構造が破壊されて脱泡し、ゲル状物質となって減容化される。
この際、ポリスチレン可溶性溶剤のみであれば、熱平衡状態においては、ポリスチレン内にポリスチレン可溶性溶剤が多量に侵入するため、ポリスチレンゲルが粘着性のある流動状体となり取り扱いが困難となる。しかし、ポリスチレン不溶性溶剤が存在することにより、熱平衡状態においてポリスチレン内に侵入するポリスチレン可溶性溶剤の量が適度に抑制されるため、ポリスチレンゲルが粘着性のない餅状となり、取り扱いが容易となる。
しかしながら、上記従来の発泡ポリスチレンの減容化剤では、ポリスチレン不溶性溶剤として、飽和脂肪族炭化水素、アルコール等を用いる場合、化学処理を繰り返して製造される化学製品であり、溶剤の価格が高価とならざるを得ない。そのため、発泡ポリスチレン減容化剤の原価が高く、実用化が困難であった。
一方、ポリスチレン不溶性溶剤として、灯油等の石油留分を用いた場合、発泡ポリスチレン溶解時に硫黄の臭気が発生する。これは、灯油等の石油留分には、硫黄成分が多く含まれており、これがポリスチレン可溶性溶剤である芳香族系炭化水素の芳香臭と混じり合うためと考えられる。この硫黄臭気が、環境汚染の原因となる。
また、灯油は、各石油元売りメーカーにより成分が一定せず、その原産国や季節による増減産も大きいという問題もある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、発泡ポリスチレンのゲル化脱泡時に硫黄の臭気の発生が少なく、溶解時間が短く、溶解力が高く、かつ、実用的な低廉価格で入手が可能な発泡ポリスチレンの減容化剤を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、硫黄臭気の発生が少なく、短時間で発泡ポリスチレンの減容処理が可能な減容化方法を提供することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明の発泡ポリスチレンの減容化剤は、ポリスチレン可溶性溶剤と、ポリスチレン不溶性溶剤の混合溶液からなる発泡ポリスチレン減容化剤であって、前記ポリスチレン不溶性溶剤は、天然ガスより化学合成された常圧における沸点が１５０〜２００℃であるパラフィン系油留分であることを特徴とする。
このような構成の発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを浸漬することにより、当該発泡ポリスチレンはゲル化脱泡し、高密度のゲル状物が生成される。この際、発泡ポリスチレン減容化剤は、石油留分として得られたガソリン、灯油等に比べ、硫黄成分の含有量はきわめて少なく（１０ｐｐｍ以下）、発泡ポリスチレン溶解時に硫黄の臭気の発生がほとんどない。また、天然ガスから化学合成したパラフィン系油留分は、ベンゼン、トルエン、キシレン等の人体に有害な芳香族炭化水素を含有しない。すなわち、ポリスチレン可溶性溶剤として、沸点・引火点が低く毒劇物であるベンゼン、トルエン、キシレン等を使用せず、沸点・引火点が高く毒劇物に該当しない炭素数が９以上のより高級な芳香族系炭化水素類を用いることで、人体に有害な物質を極力使用しないことができる。
また、後述の実験結果からわかるように、従来の発泡ポリスチレン減容化剤と比較して、ポリスチレン溶解時間が短く、ポリスチレン溶解量も多くすることができる。
更に、ポリスチレン可溶性溶剤として、芳香臭が弱く引火点の高い芳香族炭化水素を使用しても十分なポリスチレン溶解性を得ることが可能となる。そのため、ポリスチレンの減容化作業の環境が改善される。
ここで、「天然ガスより化学合成されたパラフィン系油留分」とは、天然ガスを、ＧＴＧ（Ｇａｓ  ｔｏ  Ｇａｓｏｌｉｎｅ）プロセス、ＳＭＤＳ（Ｓｈｅｌｌ  Ｍｉｄｄｌｅ  Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）プロセス、ＳＡＳＯＬプロセス、ＡＧＣ−２１（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ２１ｔｈ  ｃｅｎｔｕｒｙ）プロセス、Ｓｙｎｔｒｏｌｅｕｍプロセス等のＧＴＬ（ガス・トゥー・リキド：Ｇａｓ  ｔｏ  ｌｉｑｕｉｄｓ）技術により化学合成した油留分のことをいう。
また、「常圧における沸点が１５０〜２００℃であるパラフィン系油留分」としたのは、取り扱いが容易であり、有害成分も少ないからである。この場合、沸点がこの範囲よりも低いガソリンでは引火点が低く、取り扱い時に火災の危険性が高くなるため好ましくない。また、沸点がこの範囲よりも高い軽油等では硫黄分が多くなるため、硫黄臭気の発生が多く、環境汚染の問題があるため好ましくない。
また、本発明において、前記ポリスチレン可溶性溶剤は、炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素を含有するものを用いることができる。
すなわち、炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素は、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）、キシレン（Ｃ８Ｈ１０）等の炭素数の小さい芳香族系炭化水素に比べて、引火点が高い。また、毒劇物に属する溶剤でもない。そのため、発泡ポリスチレン減容化剤の取り扱いが容易となり、安全性も高められる。
一方、炭素数が１１より大きくなると、芳香族系炭化水素の溶解性パラメータδ１の値とポリスチレンの溶解性パラメータδ２の値（９．１２〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２）との差が大きくなるため、ポリスチレンの溶解度が低下する。従って、発泡ポリスチレンの減容化速度が低下し、生成されるポリスチレンゲルが固くなり、取り扱いが困難となる。炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素であれば、溶解性パラメータδ１の値は、ポリスチレンの溶解性パラメータδ２の値に近いため（例えば、メシチレンでδ１＝９．３〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２、プレニテンでδ１＝１０．２〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２、イソジュレンでδ１＝１０．０〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２、ジュレンでδ１＝９．５〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２、ｏ−エチルトルエンでδ１＝８．９〔ｃａｌ／ｃｍ３〕１／２、ブチルベンゼンでδ１＝８．１〔ｃａｌ／ｃｍ３〕）、発泡ポリスチレンの減容化速度が速く、生成されるポリスチレンゲルにも適度な変形性を持たせることが可能となる。
炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素とは、トリメチルベンゼン、トリメチルフェノール、トリメトキシルベンゼン、エチルトルエン、プレニテン、イソジュレン、ジュレン、テトラリン、テトラロン、プロピルベンゼン、プロピオフェノン等である。
また、本発明において、前記ポリスチレン可溶性溶剤には、常圧における沸点が１５０℃以上の芳香族系炭化水素を使用することができる。
常圧における沸点が１５０℃以上であれば、気温の高い時期でも気化しにくいために、引火点が高く安全性に優れている。
また、本発明において、前記ポリスチレン可溶性溶剤には、イプゾール１００（商品名  出光石油化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．６４７４２−９５−６，国連番号１２６８（石油蒸留物））又はイプゾール１５０（商品名  出光石油化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．６４７４２−９４−５）を使用することができる。
イプゾール１００又はイプゾール１５０は、それぞれ、沸点が１６２〜１７９℃、１８６〜２０５℃の石油系の芳香族炭化水素であるが、引火点が、それぞれ、４６℃、６５℃と高い。また、急性毒性も弱い。そのため、キシレン等の低級芳香族系炭化水素に比べて安全性に優れており、毒物及び劇物取締法における毒劇物にも該当しない。従って、取り扱いや管理が容易である。
なお、ここで、上記イプゾール１００は、炭素数９の芳香族系炭化水素の混合物を主成分とした有機溶剤であり、上記イプゾール１５０は、炭素数１０の芳香族系炭化水素の混合物を主成分とした有機溶剤である。これらの物理・化学的性質は下表の通りである。
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また、本発明において、前記ポリスチレン不溶性溶剤には、炭素数が９、１０、１１、又は１２のパラフィン系炭化水素を含有するものを使用することができる。
このように、炭素数が９、１０、１１、又は１２のパラフィン系炭化水素は、沸点が略１５０℃以上であり、常温での揮発性が弱い。そのため、安全性に優れ、取り扱いが容易である。また、常圧下での沸点が略２００℃以下であるため、発泡ポリスチレンのゲル化後に、ポリスチレンとその減容化剤とを分離するために必要な加熱量が少なくてすむ。そのため、発泡ポリスチレンの減容化を、省エネルギー・低コストで行うことができる。
また、本発明において、前記ポリスチレン不溶性溶剤には、アニリン点が５５℃以上８５℃以下のパラフィン系炭化水素を含有するものを使用することができる。
ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が５５℃よりも低いと、後述の実験結果で示されるように、発泡ポリスチレン減容化剤として最適なポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との混合比において、ポリスチレン不溶性溶剤の比率が高くなる。その結果、発泡ポリスチレン減容化剤中におけるポリスチレン可溶性溶剤の濃度が低いため、熱平衡状態において、ポリスチレン中に侵入するポリスチレン可溶性溶剤の量が減少する。従って、生成されるポリスチレンゲルが固くなり（変形性が非常に小さくなり、ゴムに近い状態となる。）、取り扱いが困難となる。
一方、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が８５℃よりも高いと、後述の実験結果で示されるように、発泡ポリスチレン減容化剤として最適なポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との混合比において、ポリスチレン不溶性溶剤の比率が低くなる。その結果、発泡ポリスチレン減容化剤中におけるポリスチレン可溶性溶剤の濃度が高いため、熱平衡状態において、ポリスチレン中に侵入するポリスチレン可溶性溶剤の量が増大する。従って、生成されるポリスチレンゲルは、水飴状の粘着性の非常に大きなゲル状態となるため、取り扱いが非常に煩雑となる。また、ポリスチレン減容化剤の中に発泡ポリスチレンを投入した際に、表面のポリスチレンが素早くゲル化されて、まだゲル化されていない発泡ポリスチレンの周囲に、ゲル化されたポリスチレンのゲル膜を形成する。そのため、一定の侵入距離以上はポリスチレン減容化剤が発泡ポリスチレン内に侵入しにくくなるため、かえって減容化速度の低下を招くこととなる。
そこで、ポリスチレン不溶性溶剤として、アニリン点が５５℃以上８５℃以下のパラフィン系炭化水素を使用することで、適度な変形性・粘着性を有する（すなわち、粘土や餅のように容易に変形し、かつ粘着性も弱い）ポリスチレンゲルが生成される。また、適度な変形性を有するゲル状態にゲル化されるために、投入される発泡ポリスチレン塊の中心部にもポリスチレン可溶性溶剤が容易に浸透し、発泡ポリスチレンの減容速度も速めることが可能となる。
また、本発明においては、前記ポリスチレン不溶性溶剤には、シェルゾールＳ（商品名  シェル化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．９３９２４−０７−０３，ＥＩＮＥＣＳ登録番号３００−１９９−７）を使用することができる。
シェルゾールＳは、天然ガスより化学合成されたパラフィン系溶剤として安価に市販されており、発泡ポリスチレンの減容化処理を低廉なコストで行うことが可能となる。また、炭素数が９〜１２のイソパラフィン系炭化水素及びノルマルパラフィン系炭化水素の混合物を主成分としており、上記のように取り扱いが容易で、ポリスチレンゲルとの蒸留分離も低エネルギー・低コストで行うことができる。
尚、シェルゾールＳの物理・化学的性質を表２に示す。
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本発明に係る発泡ポリスチレンの減容化方法は、上述の発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを投入することにより、発泡ポリスチレンを減容化することを特徴とする。
これにより、発泡ポリスチレンのゲル化脱泡時に硫黄の臭気の発生が少なく、溶解時間が短い発泡ポリスチレンの減容化処理が可能となる。また、発泡ポリスチレンの減容化剤が実用的な低廉価格で入手が可能なため、安価なコストで発泡ポリスチレンの減容化処理が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下に実験例を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
前述のように、従来の発泡ポリスチレンの減容化剤として、ポリスチレン不溶性溶剤として、石油精製過程で精製されるイソパラフィン（ＩＰ）、ノルマルパラフィン（ＮＰ）、又はナフテンを用いた場合、いずれも１ｋｇあたり２００円程度の市場価格であり、発泡ポリスチレンの減容化剤自体の原価を下げることが困難となる。これは、原油からの化学処理工程が複雑化するほど高価となるためであり、化学処理を繰り返して製造されるこれらの原料を使用する限りは、高価となることは避けられない。一方、発泡ポリスチレンの減容化剤を安価に製造するために、ポリスチレン不溶性溶剤として、精製度の低い石油留分である溶剤油、灯油、ディーゼル油、ガソリン、溶剤ナフサ等を用いた場合、ポリスチレンのゲル化脱泡時に硫黄の臭気が拡散し、臭気が酷く環境が汚染されるために使用することができない。これは、これら石油留分には硫黄分が含まれるため、ポリスチレン可溶性溶剤として用いられる芳香族炭化水素溶剤と当該硫黄分の臭気が混じり合って臭気が生じるものと考えられる。
そこで、本発明者は、ポリスチレン不溶性溶剤として用いられる、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、又はナフテンは、いずれも灯油を水素化精製して硫黄分等の不純物を除去して製造されるものであることに着目した。
図１は灯油を水素化精製してユニファイネート、ラフィネート、エキストラクト、ナフテンが精製される流れ図である。
図１において、まず、硫黄分が約５００ｐｐｍ程度含有されている灯油を水素化精製して硫黄分を除去したものがユニファイネートである。ユニファイネートからナフサ材を取り出し、ノルマルパラフィンを分離精製したものがエキストラクトであり、その残留分がラフィネートである。更に、ラフィネートを水素化精製して得られたものがナフテンである。ナフテン及びラフィネートはイソパラフィンが大半を占め、エキストラクトはノルマルパラフィン系炭化水素が大半を占め、また、ユニファイネートはイソパラフィン、ノルマルパラフィン系炭化水素、及びアロマ分を含み、灯油はそれらのすべてを含んでいる。
そこで、（１）ナフテン、（２）ラフィネート中の大半を占めるイソパラフィン、（３）エキストラクト中大半を占めるノルマルパラフィン、（４）ラフィネート、（５）イソパラフィン、ノルマルパラフィン及びアロマ分を含むユニファイネート、（６）更に、それらすべてを含む灯油、のそれぞれについて、発泡ポリスチレンの減容化剤としての適正を測るべく実験を行った。
その結果、（１）〜（６）のいずれも発泡ポリスチレンの減容化剤のポリスチレン不溶性溶剤として使用可能であり、特に、灯油から硫黄分を除去した（４）ラフィネート及び（５）ユニファイネートが使用可能であることを見いだした。
しかしながら、ラフィネート及びユニファイネートは、石油精製の工程中に精製される中間物であり、商品化されていないことから、一般市場での入手が困難であり、発泡ポリスチレンの減容化剤として実用化することが難しい。
そこで、ユニファイネートに代わるものとして、含有硫黄分のきわめて少ない、天然ガスより化学合成された灯油（以下、「ＧＴＬ灯油」という。）に着目し、これを発泡ポリスチレンの減容化剤のポリスチレン不溶性溶剤として実験を行った（尚、現在入手可能なものとしては、ＧＴＬ灯油としては市販されておらず、パラフィン系溶剤として市販されているが、ここでは便宜上、用途に関係なくＧＴＬ灯油と呼ぶ）。
表３は、ＧＴＬ灯油をポリスチレン不溶性溶剤として使用した場合の発泡ポリスチレンのゲル化脱泡実験の結果を示し、表４は、比較例として、ノルマルパラフィンをポリスチレン不溶性溶剤として使用した場合の発泡ポリスチレンのゲル化脱泡実験の結果を示す。
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この実験では、同加圧下において、発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを逐次投入しながらそのゲル化脱泡が完全に終わるまでの時間を測定した。
表３及び表４において、左欄は発泡ポリスチレン減容化剤に投入した発泡ポリスチレンの量（重量）の累計を表す。ポリスチレン可溶性溶剤としてはキシレン及びイプゾール１００（商品名  出光石油化学株式会社製の芳香族系高沸点溶剤。表１参照。）を用いた。また、従来の石油系発泡ポリスチレン減容化剤の中で、ポリスチレンのゲル化脱泡能力（減容速度、減容量）が高いとされてきた溶剤は、パラフィン系炭化水素（ノルマルパラフィン）と芳香族系炭化水素（キシレン）との混合比率が４５：５５の溶剤であるため、この実験でも、ポリスチレン不溶性溶剤とポリスチレン可溶性溶剤との混合比率は４５：５５とした。
表３では、ポリスチレン不溶性溶剤として、ＧＴＬ灯油であるシェルゾールＳ（Ｓｈｅｌｌｓｏｌ  Ｓ．商品名  シェル化学株式会社製，ＣＡＳ  Ｎｏ．９３９２４−０７−０３。表２参照。）を使用した実験結果であり、（Ａ）はシェルゾールＳ・キシレン混合液１００ｇ中でポリスチレンが溶解する時間、（Ｂ）はシェルゾールＳ・イプゾール混合液１００ｇ中でポリスチレンが溶解する時間を表す。表４では、ポリスチレン不溶性溶剤として、ノルマルパラフィンＭ（商品名：新日本石油化学株式会社製，炭素数１２〜１４のノルマルパラフィンが９８容量％以上含有される有機溶剤。以下、「ＮＰ−Ｍ」という。）を使用した実験結果であり、（Ｃ）はＮＰ−Ｍ・キシレン混合液１００ｇ中でポリスチレンが溶解する時間、（Ｄ）はＮＰ−Ｍ・イプゾール混合液１００ｇ中でポリスチレンが溶解する時間を表す。
この実験結果から、加圧下においては、１００ｇの発泡ポリスチレンをゲル化脱泡するのに要する時間は、ＮＰ−Ｍ・キシレン混合液の場合６９９秒であるのに対し、シェルゾールＳ・キシレン混合液では５７３秒であり、シェルゾールＳの方がゲル化脱泡処理時間が早いことが確認された。更に、シェルゾールＳ・イプゾール混合液でも、６９４秒で１００ｇの発泡ポリスチレンをゲル化脱泡することが可能であり、従来のＮＰ−Ｍ・キシレン混合液と同等の時間でゲル化脱泡処理を行うことが可能であることが確認された。
また、シェルゾールＳは硫黄成分の含有率が極めて低いことから、石油から精製された灯油を使用した場合と異なり、硫黄臭の発生がないことが確認された。
また、ＮＰ−Ｍ・キシレン混合液１００ｇでは発泡ポリスチレン１３０ｇ、ＮＰ−Ｍ・イプゾール混合液１００ｇでは発泡ポリスチレン１００ｇをゲル化脱泡するのが限界であったのに対し、シェルゾールＳ・キシレン混合液１００ｇ及びシェルゾールＳ・イプゾール混合液１００ｇともに、１４０ｇ以上の発泡ポリスチレンをゲル化脱泡することが可能であり、加圧下における発泡ポリスチレンのゲル化脱泡処理量は、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを用いた方が多い。従って、加圧下では、シェルゾールＳ・芳香族系炭化水素混合液の方が、ＮＰ−Ｍ・芳香族系炭化水素混合液に比べ、発泡ポリスチレンをゲル化脱泡時間及びゲル化脱泡量ともに優れていることが確認された。
更に、シェルゾールＳ・イプゾール混合液でも、ＮＰ−Ｍ・キシレン混合液と同様の時間で発泡ポリスチレンをゲル化脱泡を行うことが可能であり、ＮＰ−Ｍ・キシレン混合液よりも多くの発泡ポリスチレンをゲル化脱泡を行うことが可能である。従って、芳香臭が強く引火点の低いキシレンをポリスチレン可溶性溶剤として用いる必要はなく、芳香臭が弱く引火点の高いイプゾールをポリスチレン可溶性溶剤として用いることが可能であることが確認された。
すなわち、本発明は、上記したように、ポリスチレン可溶性溶剤と、ポリスチレン不溶性溶剤の混合溶液からなる発泡ポリスチレン減容化剤であって、前記ポリスチレン不溶性溶剤は、天然ガスより化学合成された常圧における沸点が１５０〜２００℃であるパラフィン系油留分であることを特徴とする。
ここで、前記天然ガスより化学合成されたパラフィン系油留分としては、シェルゾールＳ（商品名  シェル化学株式会社製）のほか、各種ＧＴＬ技術により化学合成したパラフィン系油留分を用いることができる。
また、ポリスチレン可溶性溶剤としては、各種芳香族系炭化水素を用いることが可能であるが、特に、沸点が１５０〜２００℃の範囲で、炭素数が９又は１０の芳香族系炭化水素を主成分とするものを用いるのが望ましい。沸点が１５０であれば気化しにくいために、引火点が高く安全性に優れており、沸点が２００℃以下であれば、発泡ポリスチレンのゲル化後に、ポリスチレンとその減容化剤とを分離するために必要な加熱量が少なくてすむ。そのため、発泡ポリスチレンの減容化を、省エネルギー・低コストで行うことができる。
かかる芳香族系炭化水素の市販品としては、例えば、「イプゾール１００」（商品名  出光石油化学株式会社製）、「イプゾール１５０」（商品名  出光石油化学株式会社製）、「スーパーゾル１５００」（商品名  三菱石油化学株式会社製）、「ハイゾール１００」（商品名  日本石油株式会社製）、「ソルベック１００」（商品名  エッソ化学株式会社製）、「ベカゾール１００」（商品名  モービル石油株式会社製）、「スワゾール１０００」（商品名  丸善石油化学株式会社製）などを用いることができる。前記パラフィン系油留分とこれらのものとの混合液を用いることで、作業環境を損なうことなく安全にゲル化脱泡処理を行うことができるため、非常に有益である。また、キシレンは毒劇物扱いであるのに対し、イプゾール１００，１５０は毒劇物扱いではなく、取り扱いも容易となる。また、これらの芳香族系溶剤は、沸点・引火点が高く、芳香臭が弱いため、作業環境を改善することができる。
次に、ポリスチレン不溶性溶剤としてどのような組成の溶剤がより最適であるのかを解明するために、シェルゾールＳの成分分析を行った。
図２はシェルゾールＳのクロマトグラムである。
シェルゾールＳは、その成分として炭素数９〜１２のノルマルパラフィン・イソパラフィン混合物を９５容量％以上含有しており、また、図２から、炭素数９，１０，１１のノルマルパラフィンを、それぞれ２１．０ｍｏｌ％，７．０ｍｏｌ％，１．２ｍｏｌ％含有していることが観測された。また、炭素数１２のノルマルパラフィンは、検出はされたものの、含有量は０．１ｍｏｌ％以下であった。このことから、残り７５．８ｍｏｌ％以上の成分は、主として、炭素数９〜１２のイソパラフィンと考えられる。
次に、ポリスチレン不溶性溶剤として、ノルマルパラフィンとイソパラフィンとで、発泡ポリスチレンの減容速度が相違するか否かの確認を行った。シェルゾールＳは、ノルマルパラフィンとイソパラフィンとの混合溶剤なので、これと比較するために、含有されるノルマルパラフィンの炭素数が近いノルマルパラフィン−Ｌ（商品名：新日本石油化学株式会社製。炭素数１０〜１３のノルマルパラフィンが９８容量％以上含有される有機溶剤。以下、「ＮＰ−Ｌ」という。）を用いて、減容時間の比較実験を行った。
なお、各溶剤の物理・化学的性質を表５に示す。ＮＰ−Ｍ、ＣＡ２５（商品名：出光興産株式会社製のパラフィン系・芳香族系混合溶剤。）、及び、ＬＡＷＳ（商品名：シェル化学株式会社製のパラフィン系溶剤。化審法番号（９）−１６９１。）については、後述の実験で用いたため、参考のために掲載した。
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発泡ポリスチレンの減容時間の測定実験を行う前に、ポリスチレン不溶性溶剤とポリスチレン可溶性溶剤との最適混合比を決定する必要がある。以下、その決定方法について補足説明する。
図３はポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合の減容時間の測定結果を示す図、図４はポリスチレン不溶性溶剤としてＣＡ２５を使用した場合の減容時間の測定結果を示す図、図５はポリスチレン不溶性溶剤としてＬＡＷＳを使用した場合の減容時間の測定結果を示す図である。
図３〜５においては、ポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤を、それぞれ所定の割合で混合した発泡ポリスチレン減容化剤を用意し、最初に、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して１８ｇ（１５ｗｔ％）の発泡ポリスチレンを投入してゲル化させる。この状態の溶液において、
（１）まず、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して４２ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して５０ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
（２）次に、更に発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して３６ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して８０ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
（３）最後に、更に発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して２４ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して１００ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
上記、（１）〜（３）の測定を、ポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤の混合比を変化させて、それぞれの発泡ポリスチレン減容化剤に対して実験を行い、（１）〜（３）の測定における減容化に要する時間（減容化時間）が最短となる最適の混合比を求めた。尚、減容化時間が短い場合であっても、生成されるポリスチレンゲルの状態が固い場合や、水飴状になった場合には、実際上ゲルの取り扱いが困難であるため、最適の混合比とはしないこととした。尚、同様の実験を、ＮＰ−Ｍ及びＮＰ−Ｌについても行った。
尚、経験上、発泡ポリスチレン減容化剤１ｋｇあたり、１．２ｋｇの発泡ポリスチレンを減容化できるため、減容化率を表す場合、発泡ポリスチレンの溶解量をｘｇとしたとき、ｘ／１２０×１００の値を「ｗｔ％」で表した。以下も同様である。
実験の結果、イプゾール：ＮＰ−Ｍ、イプゾール：ＮＰ−Ｌ、イプゾール：シェルゾールＳ、イプゾール：ＣＡ２５、イプゾール：ＬＡＷＳの最適混合比は、それぞれ、６０：４０、６０：４０、５５：４５、３０：７０、１５：８５であった。
以上の実験によりポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤の最適混合比を決めた上で、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合と、ＮＰ−Ｌを使用した場合とで、減容時間の比較を行った。
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表６はその実験結果である。表６において、「自然減容」とあるのは、発泡ポリスチレン減容化剤の溶液中に発泡ポリスチレンを投入し、自然にゲル化させた場合をいう。また、「手押減容」とあるのは、発泡ポリスチレン減容化剤の溶液中に発泡ポリスチレンを投入した後に、強制的に手で押さえて発泡ポリスチレンを発泡ポリスチレン減容化剤の溶液内に押し込むことにより浸漬して減容化させた場合をいう。表６における測定は、
（１）まず最初に、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して、６ｇの割合で発泡ポリスチレンを投入して自然減容させて、発泡ポリスチレンが完全にゲル化するまでの時間を測定する。
（２）次に、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して５４ｇの発泡ポリスチレンを手押減容させ、その所要時間を測定する。
（３）次いで、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して３６ｇの発泡ポリスチレンを手押減容させ、その所要時間を測定する。
（４）最後に、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して２４ｇの発泡ポリスチレンを手押減容させ、その所要時間を測定する。
という順序で行った。
表６から判るように、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合と、ＮＰ−Ｌを使用した場合とで、減容時間の差は、５〜５０ｗｔ％減容の場合で１１秒、５０〜８０ｗｔ％減容の場合で１４４秒、８０〜１００ｗｔ％減容の場合で４９秒であり、あまり大差はない。このことから、ポリスチレン不溶性溶剤中に含まれるイソパラフィンの量は発泡ポリスチレン減容時間に大きな影響を及ぼすものではないことが推測される。
そこで、次に、発泡ポリスチレン減容時間に影響を及ぼす因子の分析を行った。以下、その実験結果について説明する。
図６は発泡ポリスチレンを減容する場合における減容率に対する発泡ポリスチレン減容化剤の上澄組成の変化を示す図である。図６の測定は、発泡ポリスチレン減容化剤に所定量の発泡ポリスチレンを投入してゲル化させた後、ポリスチレンゲルの上に残った上澄液を採取してクロマトグラフィにより組成量を分析することにより測定した。
図６に示すように、発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンを投入し減容化していくにつれて、ポリスチレンゲルにポリスチレン可溶性溶剤が侵入し、上澄みとして残った発泡ポリスチレン減容化剤におけるポリスチレン可溶性溶剤の比率は減少していく。すなわち、発泡ポリスチレン減容化剤に発泡ポリスチレンが投入された状態を、（ａ）発泡ポリスチレン減容化剤のみの系と（ｂ）［発泡ポリスチレン＋ポリスチレン可溶性溶剤＋ポリスチレン不溶性溶剤］の２相からなる熱力学的系と考えると、発泡ポリスチレンの比率が増加するに従って、熱平衡状態に移行するために（ａ）の系から（ｂ）の系にポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤とが移動する。すなわち、系全体としての自由エネルギーが減少する方向に状態が変化する。この際、ポリスチレン可溶性溶剤の方がより多く（ｂ）の系に移動して最終的な熱平衡状態に達するために、上澄みとして残った発泡ポリスチレン減容化剤におけるポリスチレン可溶性溶剤の比率は減少していくものと説明できる。
図７はポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点とポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾールを使用した場合のポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との最適混合比との関係を表す図である。
図７より、ポリスチレン可溶性溶剤が同一の場合には、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が高くなるに従って、最適混合比におけるポリスチレン不溶性溶剤の比率が低下し、ポリスチレン可溶性溶剤の比率が増加する。ここで、アニリン点とは、ＪＩＳ  Ｋ  ２２５６に規定された方法により測定されるアニリン点をいい、等容積のアニリン（（Ｃ６Ｈ５）ＮＨ２）と試料とが均一な溶液として存在する最低温度をいう。一般に、アニリン点が低いほどゴムを膨潤する作用が大きくなる。すなわち、アニリン点が低い溶剤はポリスチレンを溶解する作用が大きいと考えられる。従って、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が高いほど、ポリスチレン不溶性溶剤はポリスチレンに溶解しにくくなる。従って、最適混合比におけるポリスチレン可溶性溶剤の混合比は、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点に比例して増加するものと考えられる。
以上のことから、発泡ポリスチレン減容時間には、ポリスチレンとポリスチレン可溶性溶剤との溶解度のみならず、ポリスチレンとポリスチレン不溶性溶剤との溶解度も影響することが予想される。具体的には、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が発泡ポリスチレン減容時間に影響を及ぼすことが予想される。
そこで、次に、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点と発泡ポリスチレン減容時間との関係について調査した。
図８は発泡ポリスチレン減容化剤中のポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点と減容時間との関係を示す図である。図８（ａ）は、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレンを使用した場合であり、図８（ｂ）は、ポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾールを使用した場合である。
図８において、まず、ポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤を上述の実験で求めた最適な割合で混合した発泡ポリスチレン減容化剤を用意し、最初に、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して６ｇ（５ｗｔ％）の発泡ポリスチレンを投入してゲル化させる。この状態の溶液において、
（１）まず、発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して５４ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して５０ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
（２）次に、更に発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して３６ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して８０ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
（３）最後に、更に発泡ポリスチレン減容化剤１００ｇに対して２４ｇの発泡ポリスチレンを投入して、手で押さえて溶液中に浸漬し、完全にゲル化するまでの時間を測定する。このとき、発泡ポリスチレン減容化剤に対して１００ｗｔ％の発泡ポリスチレンが減容化されたことになる。
上記、（１）〜（３）の測定を、アニリン点が異なるそれぞれのポリスチレン不溶性溶剤を含有する発泡ポリスチレン減容化剤に対して行い、（１）〜（３）の測定における減容化に要する時間（減容化時間）とアニリン点との関係を求めた。
図８より、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレン又はイプゾールを用いた場合においては、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が７０〜８０℃付近において発泡ポリスチレンの減容化速度は最も速くなる。
ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が５５℃よりも低いと、発泡ポリスチレン減容化剤として最適なポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との混合比において、ポリスチレン不溶性溶剤の比率が高くなる。その結果、発泡ポリスチレン減容化剤中におけるポリスチレン可溶性溶剤の濃度が低いため、熱平衡状態において、ポリスチレン中に侵入するポリスチレン可溶性溶剤の量が減少する。その結果、発泡ポリスチレンの減容化速度が低下するとともに、生成されるポリスチレンゲルが固くなる（変形性が非常に小さくなり、ゴムに近い状態となる。）ものと考えられる。
一方、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点が８５℃よりも高いと、発泡ポリスチレン減容化剤として最適なポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との混合比において、ポリスチレン不溶性溶剤の比率が低くなる。その結果、発泡ポリスチレン減容化剤中におけるポリスチレン可溶性溶剤の濃度が高いため、熱平衡状態において、ポリスチレン中に侵入するポリスチレン可溶性溶剤の量が増大する。従って、生成されるポリスチレンゲルは、水飴状の粘着性の非常に大きなゲル状態となる。そのため、ポリスチレン減容化剤の中に発泡ポリスチレンを投入した際に、表面のポリスチレンが素早くゲル化されて、まだゲル化されていない発泡ポリスチレンの周囲に、ゲル化されたポリスチレンのゲル膜を形成する。その結果、一定の侵入距離以上はポリスチレン減容化剤が発泡ポリスチレン内に侵入しにくくなるため、かえって減容化速度が低下するものと考えられる。
以上の実験結果から、発泡ポリスチレン減容化剤によるポリスチレンの減容化速度は、ポリスチレン可溶性溶剤のポリスチレン溶解性（アニリン点）のみならず、ポリスチレン不溶性溶剤のポリスチレン溶解性（アニリン点）も影響することが判る。そして、ポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との最適な組み合わせは、ポリスチレン可溶性溶剤が発泡ポリスチレン中に適度な量侵入し、かつ、発泡ポリスチレンの減容化中に発泡ポリスチレンの表面に、ゲル化したポリスチレンが膜を形成しない割合とすることがよいことが判る。そして、図８ｂより、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点として最適な範囲は、５５〜８５℃であることが判る。
すなわち、本発明は、ポリスチレン不溶性溶剤は、アニリン点が５５℃以上８５℃以下のパラフィン系炭化水素を含有していることを特徴とする。かかる範囲のポリスチレン不溶性溶剤を使用することにより、発泡ポリスチレンの減容化により生成されるポリスチレンゲルの性状が、固くなりすぎず、かつ水飴状になることもなく、適度な変形性を有する餅状となるため、ポリスチレンゲルの取り扱いが容易となる。また、発泡ポリスチレンの減容化速度も速く、発泡ポリスチレンの減容化処理効率を向上させることが可能となる。
産業上の利用可能性
以上のように本発明の発泡ポリスチレン減容化剤によれば、発泡ポリスチレンのゲル化脱泡時に硫黄の臭気の発生が少なく、溶解時間が短く、溶解力が高く、かつ、実用的な価格で入手が可能な発泡ポリスチレンの減容化剤を提供することができる。更に、ポリスチレン可溶性溶剤として、毒劇物のベンゼン、トルエン、キシレン等の分子数の小さい芳香族系炭化水素を使用する必要がなく、毒劇物に該当しないイプゾール等の炭素数が９以上の芳香族系炭化水素を使用することが可能となり、人体に有害な物質を極力使用しなくてもよくなる。また、これにより、ポリスチレン可溶性溶剤による芳香臭を抑えることができ、引火点も高くなる。
さらに、本発明においては、アニリン点が５５℃以上８５℃以下のパラフィン系炭化水素を含有するポリスチレン不溶性溶剤を使用することで、発泡ポリスチレンの減容化速度を向上させることができる。また、ゲル化されたポリスチレンの取り扱いも容易となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、灯油を水素化精製してユニファイネート、ラフィネート、エキストラクト、ナフテンが精製される流れ図である。
図２は、シェルゾールＳのクロマトグラムである。
図３ａは、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレン、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合の減容時間の測定結果を示す図である。
図３ｂは、ポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾール１００、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合の減容時間の測定結果を示す図である。
図４は、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレン、ポリスチレン不溶性溶剤としてＣＡ２５を使用した場合の減容時間の測定結果を示す図である。
図５は、ポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾール１００、ポリスチレン不溶性溶剤としてＬＡＷＳを使用した場合の減容時間の測定結果を示す図である。
図６ａは、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレン、ポリスチレン不溶性溶剤としてＮＰ−Ｍを使用した場合の、発泡ポリスチレンを減容する場合における減容率に対する発泡ポリスチレン減容化剤の組成の変化を示す図である。
図６ｂは、ポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾール１００、ポリスチレン不溶性溶剤としてシェルゾールＳを使用した場合の、発泡ポリスチレンを減容する場合における減容率に対する発泡ポリスチレン減容化剤の組成の変化を示す図である。
図６ｃは、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレン、ポリスチレン不溶性溶剤としてＮＰ−Ｌを使用した場合の、発泡ポリスチレンを減容する場合における減容率に対する発泡ポリスチレン減容化剤の組成の変化を示す図である。
図７は、ポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点とポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾールを使用した場合のポリスチレン可溶性溶剤とポリスチレン不溶性溶剤との最適混合比との関係を表す図である。
図８ａは、ポリスチレン可溶性溶剤としてキシレンを使用した場合の、発泡ポリスチレン減容化剤中のポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点と減容時間との関係を示す図である。
図８ｂは、ポリスチレン可溶性溶剤としてイプゾール１００を使用した場合の、発泡ポリスチレン減容化剤中のポリスチレン不溶性溶剤のアニリン点と減容時間との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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