(57)【要約】【課題】  エステル結合を組成構造に有する合成樹脂を加水分解処理によって重合前の原料成分に再生する。【解決手段】  エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを順に行う。加水分解処理は、分解再生すべき合成樹脂を含む被処理物を、その合成樹脂の融点温度以下の処理温度条件のもとで、その処理温度における飽和水蒸気圧以下の圧力で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させ、その処理温度で発生した水蒸気によって被処理物中に含まれる合成樹脂を加水分解し、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の分解生成物を生成させる処理であり、分別回収処理は、加水分解処理による分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別してそれぞれ別個に回収する処理である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、分解再生すべき合成樹脂を含む被処理物を、その合成樹脂の融点温度以下の処理温度条件下で、その処理温度における飽和水蒸気圧以下の圧力で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させ、その処理温度で発生した水蒸気によって被処理物中に含まれる合成樹脂を加水分解し、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の分解生成物を生成させる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理による分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別してそれぞれ別個に回収する処理であることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項２】
加水分解処理は、加水分解の処理雰囲気温度および蒸気圧を維持しながら反応させ、処理後は飽和蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に則り降温中維持し、かつそのための十分な水蒸気の存在の条件を維持しつつ冷却することにより液状成分の乾燥または焼きつきや変性を防止して液状の分解性生物を生成させる処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項３】
前記分別回収処理は、加水分解処理によって生じた液状成分をフィルターで選別して特定の液状成分を選択的に回収する処理を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項４】
前記加水分解処理は、生成物の沸点、融点、あるいは水または水蒸気または高沸点有機溶剤等への溶解性などの物性の違いによって選択的に特定の分解生成物を抽出する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項５】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、ポリ乳酸樹脂製品を被処理物としてその融点温度約１７０℃を上限として、実用的短時間反応を確保すべく少なくとも約１２０℃以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させてポリ乳酸樹脂に加水分解反応を起こさせ、反応の結果、ポリ乳酸樹脂の重合前生成物である乳酸モノマーまたは乳酸オリゴマーや低分子量ポリ乳酸樹脂などの分解生成物を生成させる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理によって生成した乳酸モノマーまたは乳酸オリゴマーや低分子量ポリ乳酸樹脂などの液状成分と、ポリ乳酸樹脂製品中に含まれる骨材、フィラーなどの固体成分と分別して回収する処理であることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項６】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の加水分解を利用したポリ乳酸樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、処理対象樹脂を含む被処理物をその融点温度を上限として、少なくとも処理対象樹脂の結晶化温度以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させて処理対象樹脂の加水分解反応を起こさせ、反応の結果、処理対象樹脂の重合前成分である分解生成物を液状成分および固形成分として生じさせる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理によって生成した液状成分中に含まれる固形成分（フィラー、骨材または塗料等の付着物）をフィルターを用いて分離し、溶液として回収し、さらに回収された溶液を温度降下させることによって晶出した成分と他の水溶性成分（顔料等）とをフィルターで分離して残る高純度成分を得ることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂を加水分解処理して重合前の原料成分に再生させる方法に関する。
【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気圧を超えると、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等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、温度が比較的低くても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をまねく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。
【０００７】
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。
【０００８】
ところで、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の中でも、ポリ乳酸製品は社会的に特に期待が大きく、このため、近年、多くの分野で使用され始めているが、成型サイクルが長いことや、出来上がった成型品の熱に対する特性、さらに機械的特性（剛性、耐衝撃性など）が既存の合成樹脂成型品に比べて劣るという基本的な問題がある。
【０００９】
この問題を解決すべく一般的には、ポリ乳酸に他の既存の合成樹脂を混合したり、各種物質をフィラーとして混入するなど、多くの工夫によって、ようやく実用の目処がつき出しているというのが現状である。また、ポリ乳酸を製品の材料として実際に使うに際しては、溶剤や着色顔料などが混入され、通常の場合、製品には、多種類の物質が共存しているという事情がある。
【００１０】
ポリ乳酸製品の廃棄物は、他の合成樹脂と同様に再生利用されるが、使用後の再生利用として最も効率的で望ましいのは、使用済みのポリ乳酸製品を再びポリ乳酸製品の原料に戻してリサイクルすることである。ポリ乳酸製品の原料として活用する以上、高純度の乳酸原料に戻すことが望ましいのは云うまでもない。
【００１１】
このような問題点を解決する方法として、発明者は先に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ポリ乳酸製品を乳酸として再生させる方法（特許文献３参照）を提案した。この方法は、要するに飽和水蒸気圧のもとポリ乳酸製品を加水分解し、多量の乳酸を溶液状態で回収しようというものである。
【００１２】
しかしながら、現実に、ポリ乳酸製品をリサイクルする上で、製品中に混入している物質の処理や、さらに製品に付着しているインクや塗料、そしてフィラーなど多くの混合物質が含まれている。この技術を実用化するには、これらを分別し、乳酸のみをどのようにして抽出するかといった問題がある。
【００１３】
すなわち、特許文献３に記載された方法によって、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を工業的に実用可能な温度・圧力条件で乳酸に再生させる方法を実現でき、加水分解処理の結果、分解生成物として重合前の乳酸が得られたが、ポリ乳酸製品の原料として実用化するためには、分解生成物を分別する手法、さらには、原料の純度、濃度を確保する手法の確立が必要である。
【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】
【００１４】
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、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、生成された分解生成物を合成樹脂原料として活用する上に解決すべき問題が残されていたという点である。このような問題は、ポリ乳酸のような生分解性プラスチックに限らず、非生分解性プラスチックであっても、加水分解処理によって重合前の原料成分への分解処理が可能なエステル結合を組成構造に有する合成樹脂についてもそのまま当てはまる問題である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、必ずしもポリ乳酸に限定されず、一般的にエステル結合を組成構造に有する合成樹脂を加水分解処理後、分解生成物を分別回収することによって、重合前の原料樹脂を再生するリサイクルシステムを実現した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生分解性プラスチック、石油由来の非生分解性プラスチックの区別なく適用することができ、加水分解処理による分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別して得られた液状成分から特定の成分の抽出、純度、濃度を調整して回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
一般的にエステル結合を組成構造に有する合成樹脂を再生するという目的を、加水分解処理によって生成された分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別してそれぞれ別個に回収することによって実現した。
【実施例１】
【００１８】
以下に本発明の実施例を示す。本発明は、加水分解処理と、分別回収処理とを順に行い、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂を重合前の原料成分に再生する方法である。加水分解処理においては、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂を含む被処理物を、その合成樹脂の融点温度以下の処理温度条件のもとで、その処理温度における飽和水蒸気圧以下の圧力で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させ、その処理温度で発生した水蒸気によって被処理物中に含まれる合成樹脂を加水分解する。
【００１９】
この結果、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の原料成分が再生成される。分別回収処理においては、加水分解処理による分解生成物を液体成分と、固体成分とに分別する。気体生成物は、これを液化して液体成分として回収する。回収された液体成分は、主としてエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の原料成分であり、さらに液体成分中に含まれる固形成分をフィルターで除去して液体成分の純度を高めることができる。さらには、降下温度を制御することによって、析出する結晶成分を他の水溶性成分（顔料等）から分離することができるため、選択された特定成分を高純度の単体として得ることができる。以下本発明方法をポリ乳酸製品の再生に適用した場合の例を説明する。
【００２０】
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、その外壁にはジャケット型ヒータ５（この例では電気式）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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。容器Ｖ１、Ｖ２或いはドレイン１１、１１’には、フィルター１５が介装されている。
【００２３】
上記装置を用い、ポリ乳酸樹脂製品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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、乳酸モノマーにする。この乳酸モノ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瞬時に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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。そこで、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。
【００２９】
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１２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、加水分解反応の進行状況の監視および生成物を回収する機能、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。
【００３０】
この実施例においては、上記装置を用い、使用済みのポリ乳酸樹脂製品を含む被処理物の加水分解処理の加熱モードと、冷却モードとを順に行う。上記装置を用いてポリ乳酸樹脂製品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。
【００３１】
図５において、まず、被処理物を、ポリ乳酸樹脂の原料として被処理物の総重量の２０％の水とともに処理チャンバー１内に投入し、処理チャンバー１を密閉する（ステップＳ１）。
【００３２】
処理チャンバー１内に被処理物を投入したのち、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Ｓ２）、処理チャンバー１内を約１４０℃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、約１４０℃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。
【００３３】
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Ｓ３）。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、ついで冷却モードに移行する（ステップＳ４）。冷却モードは、図３に示す飽和水蒸気圧曲線に従って、処理チャンバー１内の圧力と温度を制御しつつ降温させる（ステップＳ５）。冷却モードでは、送出側，戻り側の抽出管２のバルブを開き、循環ポンプ４を起動して処理チャンバー１内の水蒸気を抽出管２内に吸引し、冷却塔３を経由させて一部を凝結させ、乾燥冷却後の乾燥空気は再び処理チャンバー１内に戻し、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却塔３と処理チャンバー１間で循環させる。
【００３７】
冷却モードにおいては、処理チャンバー１内には、粗乳酸の溶液と、固形物が残され、被処理物から抽出されて蒸気中に含まれる抽出物は、冷却塔３内に送り込まれて、冷却塔３内で冷却され、凝結して粗乳酸水溶液として冷却塔３内に貯められる。
【００３８】
処理チャンバー１内の水蒸気は、冷却が繰り返されることによって次第に温度・圧力が下がり、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、冷却塔３のドレイン１１を開き、フィルター１５を通して冷却塔３内で抽出された乳酸水溶液を容器Ｖ１内に回収する（ステップＳ６）と共に処理チャンバー１内の溶液はドレイン１１’を開き、フィルター１５を通して容器Ｖ２に回収する。また固形物は排出口９を開いて、処理チャンバー１内から回収する（ステップＳ７）。
【００３９】
容器Ｖ１及びＶ２内に回収した粗乳酸水溶液を濾過することによって、ポリ乳酸樹脂製品に含まれている骨材、フィラーの微粒子及びポリ乳酸樹脂製品に付着していた印刷インクが除かれ、乳酸モノマーおよび乳酸オリゴマーの飽和水溶液として純粋な乳酸を得ることができる。
【００４０】
各容器内に回収された飽和乳酸水溶液は、さらに液の温度を降下させることによって乳酸結晶が過飽和析出する。したがって、この結晶をフィルター（図示略）でさらに濾過することによって、他の水溶性成分例えば顔料等が分離され、高濃度の乳酸を回収することができる。すなわち、結晶化段階では溶液内からＬ−乳酸のみが集合して他の混合物質との分別を自然に行うことができる。物質が結晶を形成する場合、他の物質は排除し、その物質単体のみが、ある規則に則って結合していく。このため、結晶は純度が非常に高い。結晶の純度は、温度制御することによって実現できる。
【００４１】
こうして得られた高純度の乳酸は、ポリ乳酸樹脂の重合前の樹脂であり、ポリ乳酸樹脂製品の原料になる。また、処理チャンバー１から回収された固形物は、主としてポリ乳酸樹脂製品の骨材やフィラーなどに使用された例えばポリカーボネートやケナフ繊維である。これらの固形成分についても液体成分と同様に再生利用できる。
【００４２】
以上、実施例においては、ポリ乳酸樹脂の加水分解に本発明方法を適用する例を説明したが、本発明は、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）に限らず、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂、例えばポリブチレンサキシネート（ＰＢＳ）、ポリカロプラクトン（ＰＣＬ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリ−３−ヒドロキシ酪酸（ＰＨＢ）などの生分解性プラスチックのほか、石油由来の非生分解性プラスチックであっても、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン６など特定の樹脂の加水分解についても全く同様に適用することができる。
【００４３】
いずれの樹脂についても、加水分解処理による分解生成物を気体または液状成分と、固形成分とに分別し別個に回収することによって、これらの樹脂の原料を再生することができる。例えば、ＰＥＴを加水分解すれば、液状成分としてエチレングリコールが得られ、固体成分として骨材に使用されたテレフタール酸を得ることができるが、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂であっても、加水分解によって有害成分が発生するポリウレタンのような樹脂についてはその取り扱いに慎重を要する。
【００４４】
（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。
（実験例１）
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。
【００４５】
図６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６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℃で溶融することがわかった。
【００４６】
また、試料の融点である１６７℃を越えると飽和蒸気圧は６気圧を越え、ポリ乳酸樹脂は液状化し、他の混入成分も溶融化または変性、焼きつきなどを起こすため、処理温度の範囲を、１２０℃から約１６０℃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。
【００４７】
図７は、試料の加水分解前の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフ、図８は、加水分解処理後の赤外線分光分析（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７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８の波形から乳酸であると判断される。
【００４８】
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９に示す。図９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シートリトマス紙を用い、目視によって色を識別することによって行った。
【００４９】
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。
【００５０】
次に処理温度１３０℃以上で、加水分解処理を行った実験結果を以下に示す。実験には試料１（ポリ乳酸成形品（テラマック（登録商標））、試料２（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０．５ｇ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７〜１１として加水分解温度（そのときの飽和水蒸気圧）をそれぞれ１３０℃（約２．７ａｔｍ）、１３５℃（約３．１ａｔｍ）、１４０℃（約３．６ａｔｍ）、１４５℃（約４．１ａｔｍ）、１５０℃（約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および加水分解終了時間を測定した。加水分解終了実験結果を図１０に示す。
【００５１】
図１０の結果から、１３０℃から１５０℃の間では高温高圧になるに従い、加水分解反応時間が短くなることがわかった。
加水分解終了時間も約４．５時間から約１．５時間の間にあり、比較的短時間で反応が進むことがわかった。
また、試料１（ポリ乳酸成形品（テラマック（登録商標）））と試料２（ポリ乳酸成形品の成形材料であるポリ乳酸ペレット）の間では、反応時間に大差がないことがわかった。
特に加水分解温度１５０℃では１．５時間で加水分解反応が完了するが、実用レベルでは、加水分解温度は、１３５℃〜１５０℃の範囲に設定することで十分であると判断される。
【００５２】
（実施例２）
次に、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）について、同様の実験を行った。図１１にＰＥＴのＤＳＣを示す。試料のガラス転移点は、７３．２〜８０．３℃であり、１３２．７℃で結晶化が起こり、２６７．３℃で溶融することがわかった。図１２は、試料に用いたＰＥＴの加水分解前の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフ、図１３は、試料を１８０℃で１０時間加水分解処理した後の赤外線分光分析（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１２の波形から、この試料はＰＥＴであると判断され、この試料を加水分解したものは、図１３の波形からテレフタール酸であると判断される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、超臨界状態や、亜臨界状態を形成する必要はなく、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂製品の廃棄物を加水分解し、その反応性生物を気体または液状成分と固体成分に分別して回収することにより、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の、重合前の状態の分解生成物が得られ、その成分を原料としてもとの樹脂製品に全く同じかそれ以上の品質で再生することができ、このサイクルを何度繰り返しても原料としての劣化がなく、したがって本発明によれば、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】
【００５４】
【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】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７】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８】試料の加水分解後の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフである。
【図９】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１０】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加水分解開始時間および終了時間の比較を示す図である。
【図１１】ＰＥＴ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１２】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１３】試料の加水分解後の赤外線分光分析（ＩＲ）のグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
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  フィルター
Ｖ１，Ｖ２  容器
【図１】
2008208258.tif 000003
【図２】
2008208258.tif 000004
【図３】
2008208258.tif 000005
【図４】
2008208258.tif 000006
【図５】
2008208258.tif 000007
【図６】
2008208258.tif 000008
【図７】
2008208258.tif 000009
【図８】
2008208258.tif 000010
【図９】
2008208258.tif 000011
【図１０】
2008208258.tif 000012
【図１１】
2008208258.tif 000013
【図１２】
2008208258.tif 000014
【図１３】
2008208258.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月19日(2008.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、加水分解処理は、加熱モードと冷却モードとからなり、
加熱モードは、分解再生すべき合成樹脂を含む被処理物を、その合成樹脂の融点温度以下でエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の処理温度まで昇温し、その処理温度条件下で、その処理温度における飽和水蒸気圧以下の圧力で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させ、その処理温度で発生した水蒸気によって被処理物中に含まれる合成樹脂を加水分解し、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の分解生成物を生成させる処理であり、
冷却モードは、圧力と温度を制御し、予め定められた飽和水蒸気圧曲線に沿って水蒸気圧を下降させることにより、降温して分解生成物の蒸気を凝結する処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理による分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別してそれぞれ別個に回収する処理であることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項２】
加水分解処理は、加水分解の処理雰囲気温度および水蒸気圧を維持しながら反応させ、処理後は飽和水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に則り降温中維持し、かつそのための十分な水蒸気の存在の条件を維持しつつ冷却することにより液状成分の乾燥または焼きつきや変性を防止して液状の分解生成物を生成させる処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項３】
前記加水分解処理は、生成物の沸点、融点、あるいは水または水蒸気または高沸点有機溶剤等への溶解性などの物性の違いによって選択的に特定の分解生成物を生成する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項４】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、ポリ乳酸樹脂製品を被処理物としてその融点温度１７０℃を上限として、実用的短時間反応を確保すべく少なくとも１２０℃以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させてポリ乳酸樹脂に加水分解反応を起こさせ、反応の結果、ポリ乳酸樹脂の重合前生成物である乳酸モノマーを生成させる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理によって生成した液状成分と、ポリ乳酸樹脂製品中に含まれる骨材、フィラーなどの固体成分と分別して回収する処理であることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項５】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の加水分解を利用したポリ乳酸樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、処理対象樹脂を含む被処理物をその融点温度を上限として、少なくとも処理対象樹脂の結晶化温度以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させて処理対象樹脂の加水分解反応を起こさせ、反応の結果、処理対象樹脂の重合前成分である分解生成物を液状成分および固形成分として生じさせる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理によって生成した液状成分中に含まれる固形成分（フィラー、骨材または塗料等の付着物）をフィルターを用いて分離し、溶液として回収し、さらに回収された溶液を温度降下させることによって晶出した成分と他の水溶性成分（顔料等）とをフィルターで分離して残る高純度成分を得ることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
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凝結した乳酸水溶液が貯められ、冷却塔３内にためられた乳酸水溶液は、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。容器Ｖ１、Ｖ２あるいはドレイン１１、１１′には、フィルター１５が介装されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
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、その気相をなす水蒸気が飽和に達している状態を飽和水蒸気といい、そのときの圧力が飽和水蒸気圧である。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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
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内で進行させる加水分解処理に必要な一切の設定情報を設定情報の管理並びに制御信号の出力する機能を有している。加水分解反応の進行状況の監視並びに生成された乳酸の状態及び冷却塔３から得られた液の状態は、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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
処理チャンバー１内に被処理物を投入したのち、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Ｓ２）処理チャンバー１内を約１４０℃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、約１４０℃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内の被処理物を攪拌する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
タイマーで設定した加熱モードの時間が経過したときには、加熱モードを終了させ、ついで冷却モードに移行する（ステップＳ４）。冷却モードは、図３に示す飽和水蒸気圧曲線に沿って、処理チャンバー１内の圧力と温度を制御しつつ降温させる（ステップＳ５）。冷却モードでは、送出側，戻り側の抽出管２のバルブを開き、循環ポンプ４を起動して処理チャンバー１内の水蒸気を抽出管２内に吸引し、冷却塔３を経由させて一部を凝結させ、乾燥冷却後の乾燥空気は再び処理チャンバー１内に戻し、処理チャンバー１内の水蒸気を冷却塔３と処理チャンバー１間で循環させつつ処理チャンバー１内に残される溶液を回収した後、固形物を乾燥させる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
冷却モードにおいては、処理チャンバー１内には、乳酸の溶液と、固形物が残され、被処理物の加水分解によって生成した水蒸気は、冷却塔３内に送り込まれて、冷却塔３内で冷却され、凝結して粗乳酸水溶液として冷却塔３内に貯められる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
処理チャンバー１内の水蒸気は、冷却が繰り返されることによって次第に温度・圧力が下がり、処理チャンバー１内が常温，常圧になったことを確認して冷却塔３のドレイン１１を開き、冷却塔３内で凝結した乳酸水溶液を容器Ｖ１内に回収する（ステップＳ６）と共に処理チャンバー１内の溶液はドレイン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Ｓ７）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
容器Ｖ１及びＶ２内に回収した乳酸水溶液を濾過することによって、ポリ乳酸樹脂製品に含まれている骨材、フィラーの微粒子及びポリ乳酸樹脂製品に付着していた印刷インクが除かれ、乳酸モノマーの飽和水溶液として純粋な乳酸を得ることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008208258.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月12日(2008.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法であって、加水分解処理と、分別回収処理とを有し、
加水分解処理は、加水分解処理は、加熱モードと冷却モードとからなり、
加熱モードは、分解再生すべき合成樹脂を含む被処理物を、その合成樹脂の融点温度以下でエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の処理温度まで昇温し、その処理温度条件下で、その処理温度における飽和水蒸気圧以下の圧力で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させ、その処理温度で発生した水蒸気によって被処理物中に含まれる合成樹脂を加水分解し、エステル結合を組成構造に有する合成樹脂の重合前の分解生成物を生成させる処理であり、
冷却モードは、圧力と温度を制御し、予め定められた飽和水蒸気圧曲線に沿って水蒸気圧を下降させることにより、降温して分解生成物の蒸気を凝結する処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理による分解生成物を液状成分と、固形成分とに分別してそれぞれ別個に回収する処理であることを特徴とするエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項２】
加水分解処理は、加水分解の処理雰囲気温度および水蒸気圧を維持しながら反応させ、処理後は飽和水蒸気圧を飽和水蒸気圧曲線に則り降温中維持し、かつそのための十分な水蒸気の存在の条件を維持しつつ冷却することにより液状成分の乾燥または焼きつきや変性を防止して液状の分解生成物を生成させる処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項３】
前記加水分解処理は、生成物の沸点、融点、あるいは水または水蒸気または高沸点有機溶剤等への溶解性などの物性の違いによって選択的に特定の分解生成物を抽出する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項４】
前記加水分解処理は、ポリ乳酸樹脂製品を被処理物とし、１６０℃を上限として、実用的短時間反応を確保すべく少なくとも１２０℃以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させてポリ乳酸樹脂に加水分解反応を起こさせ、反応の結果、ポリ乳酸樹脂の重合前生成物である乳酸モノマーを生成させる処理であり、
前記分別回収処理は、加水分解処理によって生成した液状成分と、ポリ乳酸樹脂製品中に含まれる骨材、フィラーなどの固体成分と分別して回収する処理であることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。
【請求項５】
前記加水分解処理は、処理対象樹脂を含む被処理物をその融点温度を上限として、少なくとも処理対象樹脂の結晶化温度以上の温度条件のもと、その温度における飽和水蒸気圧で満たされた水蒸気雰囲気内に暴露させて処理対象樹脂の加水分解反応を起こさせ、反応の結果、処理対象樹脂の重合前成分である分解生成物を液状成分および固形成分として生じさせる処理であり、
分別回収処理は、加水分解処理によって生成した液状成分中に含まれる固形成分（フィラー、骨材または塗料等の付着物）を、フィルターを用いて分離し、溶液として回収し、さらに回収された溶液を温度降下させることによって晶出した成分と他の水溶性成分（顔料等）とをフィルターで分離して残る高純度成分を得ることを特徴とする請求項１に記載のエステル結合を組成構造に有する合成樹脂の分解再生方法。