(57)【要約】【課題】芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を効率的に破砕する方法を提供すること。【解決手段】芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物中に含まれる、該芳香族ポリエステルの一部を解重合反応させた後に、残存する固形物を破砕する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を破砕する方法であって、該ポリエステル廃棄物中に含まれる芳香族ポリエステルの所定量を解重合反応させた後、系内に残存する固形物を破砕することを特徴とする、ポリエステル廃棄物の破砕方法。
【請求項２】
前記所定量が、ポリエステル廃棄物中の芳香族ポリエステルの重量を基準として５〜８０％である、請求項１に記載の破砕方法。
【請求項３】
解重合反応をアルキレングリコールの存在下に行う、請求項１記載の破砕方法。
【請求項４】
アルキレングリコールの存在量を芳香族ポリエステルの重量を基準として、０．３〜４．０倍とする、請求項３記載の破砕方法。
【請求項５】
芳香族ポリエステルが、ポリアルキレンテレフタレート及び／又はポリアルキレンナフタレートである、請求項１記載の破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を効率よく破砕する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアルキレンテレフタレートやポリアルキレンナフタレートに代表される芳香族ポリエステルは、その化学的安定性が優れていることから、繊維、フイルム、樹脂などに大量に生産・使用されている。
【０００３】
しかしながら、生産量、使用量の増大に伴って発生する大量の規格外品、使用済み後の廃棄されたポリアルキレンテレフタレート及び／又はポリアルキレンナフタレート等の芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物（以下、ポリエステル廃棄物と略記することがある。）の処分は処理コストのみならず、環境問題も含め大きな社会問題となっており、その処理方法として、マテリアルリサイクル、サーマルリサイクル、ケミカルリサイクルによる各種の提案がなされている。
【０００４】
しかしながら、マテリアルリサイクルでは、得られたリサイクル製品を再度リサイクルするとさらに品質が低下するため、その用途が限られ、いわゆる“使い捨て”の状況を大いに改善してはいるが、最終的にポリエステルの廃棄を回避することは困難である。
【０００５】
また、ポリエステル廃棄物を燃料に転化するサーマルリサイクルは、ポリエステル廃棄物の燃焼熱の再利用という利点は有するが、発熱量が比較的低く、多量のポリエステル廃棄物を燃焼させることに他ならないため、ポリエステル原料損失という問題が有り、省資源の面からは好ましくない。
【０００６】
他方、上記二種類のリサイクル方法に対して、ポリエステル廃棄物をその構成成分へ変換・回収し、再度重合反応によってポリエステルを製造し再利用するケミカルリサイクルは、基本的にロス無く化合物を循環再使用するので、本来目的とする資源再利用が可能となる。
【０００７】
従来、ポリエステル廃棄物の回収方法としては、ポリアルキレンテレフタレートをエチレングリコール（以下、ＥＧと略記することがある。）で解重合し、次いでメタノールでエステル交換反応させて、ポリエステル原料であるテレフタル酸ジメチル（以下、ＤＭＴと略記することがある。）を得る方法（例えば、特許文献１参照。）や、ポリアルキレンテレフタレートの解重合物を精製して再びポリエステルとする方法（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【０００８】
これらの方法では、一般的にポリエステル廃棄物を破砕し、ポリエステル以外の異種プラスティックや金属類、ガラス、アルミなどの異物（以下、異物と略記することがある。）を除去するという前処理が解重合反応前に実施される。
【０００９】
特に工業的規模でポリエステル廃棄物から有効成分の回収を実施する場合、これらの異物と目的成分であるポリエステルとを精度よく分離することは、有効成分の収率の向上、廃棄物の削減の観点から非常に重要な問題である。このため、これらの異物の分離方法として、比重分離などの浮力の相違を利用した分離方法、濾過などの粒子径の相違を利用した分離方法、目視や光学的なセンサーを用いて吸収波長の相違や形状の相違を利用した分離方法などが知られているが、これらの分離方法を実施する際のポリエステル廃棄物の大きさとしては適度に大きい方が投資、労力の観点より有利である。
【００１０】
一例として、ラベル付のペットボトルよりラベルを廃棄することを考えると、ボトルからラベルをはがして廃棄物とするケース、ボトルを数ｃｍ角程度に破砕してからラベルを選別して廃棄物とするというケース、ラベル付のボトルを２ｍｍ角程度まで破砕してからラベルを選別して廃棄物とするというケースの三者を比較すれば、破砕に必要なエネルギー並びに異物の分離に際する労力は、ポリエステル廃棄物が適度に大きい方が有利となることが想像できるであろう。
【００１１】
一方で、初期の解重合反応はポリエステルの表面で行われるのでポリエステルの比表面積が大きいほどポリエステル全体としての解重合反応速度は速くなるので、副反応の進行を抑制するという観点からは、ポリエステル廃棄物は微細にしたほうが有利である。
【００１２】
この矛盾を解決するためにはポリエステル廃棄物より異物を分離精製して、精製したポリエステルをさらに微細に破砕することが考えられる。先に、本発明者らは、破砕を２段階に分けて実施する方法を提案した（例えば、特許文献３参照）が、この方法でも微細化するには、硬いポリエステルを切断する回数を増加させることが必要であり、切断の際の衝撃で破砕用の刃物の磨耗や刃こぼれが発生する、微細化するための破砕に必要なエネルギーが大きいという問題があった。
【００１３】
【特許文献１】
特公昭５８−２０９５１号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開２０００−５３８０２号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開２００２−１６６４２０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が有していた問題点を解決し、芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を効率的に破砕する方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、芳香族ポリエステルを適度に解重合反応させると、該芳香族ポリエステルが脆化することに着目し、さらに鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１８】
すなわち、本発明の目的は、
芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を破砕する方法であって、該ポリエステル廃棄物中に含まれる芳香族ポリエステルの所定量を解重合反応させた後、系内に残存する固形物を破砕することを特徴とする、ポリエステル廃棄物の破砕方法によって達成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明が対象とするのは、芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物であるが、ここで、芳香族ポリエステルを主成分とする廃棄物とはポリエステル廃棄物の総重量中、芳香族ポリエステルの重量が占める割合が８０％以上のものをいい、芳香族ポリステルには共重合物も含まれる。とりわけ、芳香族ポリエステルとしては、ポリアルキレンテレフタレートおよび／またはポリアルキレンナフタレートであることが好ましい。
【００２０】
本発明においては、上記の芳香族ポリエステルを解重合反応させることが必要である。ここで、芳香族ポリエステルとして、ポリアルキレンテレフタレートとしてはポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど、ポリアルキレンナフタレートとしてはポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートなどが挙げられるが、市場からの回収量から考慮するとポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記することがある。）を対象とすることが経済性の観点より好ましい。以下、ＰＥＴを例として説明するが、本発明はこれらにより何ら限定を受けるものではない。
【００２１】
まず、ＰＥＴの解重合を実施する。解重合反応にはエチレングリコール、ジエチレングリコールなどのアルキレングリコールを添加して実施することが反応速度促進の観点より好ましく、ＰＥＴ原料のひとつであるエチレングリコールを利用することが経済性より特に好ましい。反応条件については、反応が進行する限り公知の条件を採用できるが、反応温度は２２０℃以下の条件を採用することが特に好ましい。これは、解重合反応系に混入した異種プラスティックには２２０℃以上になると急激に熱分解物が進行するものが存在するためである。該温度は好ましくは、１４０〜２００℃であり、これらの条件下で、１〜１０時間加熱保持すればよい。なお、２２０℃以上の状態であっても解重合反応は容易に進行する。
【００２２】
さらに、解重合反応で使用するアルキレングリコールとポリエステル廃棄物との重量比は０．３〜４程度に設定することが好ましく、１〜３倍程度とすることがさらに好ましい。すなわち、０．３倍未満では反応速度が遅くなり、４倍以上になると後処理のエネルギーロスが大きくなる、固体を均一に分散させるための撹拌に必要なエネルギーが大きくなるなどのデメリットが生じる。解重合反応に用いられる触媒としては、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の単体、水酸化物、酸化物、炭酸塩、酢酸塩及びテレフタル酸塩；亜鉛、錫、チタン、アンチモン、マンガン、コバルト及び鉛の酸化物あるいは酢酸塩等を挙げることができ、これらの化合物は単独又は２種類以上を併用してもよい。これらをポリエステル１重量部に対して０．００１重量部〜０．１重量部添加すると反応を促進することができる。
【００２３】
次に、ＰＥＴの所定量が反応して脆化が進行した固形物を破砕する。ここで、所定量とは、使用する破砕機の電力消費特性や反応条件などにより任意に設定することが可能であるが、供給したＰＥＴ１００重量部あたり５重量部以上８０重量部以下とすることが好ましい。すなわち、反応させるＰＥＴ量が少ない場合はポリエステル廃棄物全体としての脆化が余り進行しておらず、破砕するために必要とするエネルギーが大きく、また、反応させるＰＥＴ量を多くしすぎると、その反応量に達するまでの間は本発明の効果が発現されない。
【００２４】
これらの破砕は解重合の任意の段階で実施すればよく、当業者であれば、反応条件の選定により反応時間により反応量を容易に推測することができる。
【００２５】
一方、解重合反応させた後、系内に残存する固形物を破砕するが、この破砕は湿式破砕ポンプや撹拌タイプの破砕機により実施することができる。ここで、本発明の効果を高く発現させるには鋭利な刃による切断というイメージではなく、衝撃による破砕やすりつぶしといった破砕のほうが、脆性が増した芳香族ポリエステルを選択的に破砕できる確率が高くなるので特に有効である。また、これらの破砕は反応の途中で実施しているため、破砕の際に生じた微細なポリエステル破片も当然ながら全量を反応系で回収することが可能である。
【００２６】
破砕後の固体粒子の粒子径は、破砕により表面積が増加すれば本発明の効果の発現が可能であるので特に指定はしないが、好ましくは篩い分けした際のメジアン径１ｃｍ以下であり、特に好ましくは５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。
【００２７】
このような破砕処理をした後、引き続き解重合反応を行って最終的に解重合反応液が得られる。該解重合反応液から有効成分を回収するには公知の方法をいずれも採用することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明の内容をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。
【００２９】
［参考例］
ポリエステルの脆性増加確認：
５００リットル容量のセパラブルフラスコにＰＥＴチップ１００ｇ並びにＥＧ１００ｇ、炭酸ナトリウム３ｇを混合した。撹拌条件下で１８５℃に昇温して、昇温完了から３０分後の一部固形物を含む液を熱濾過で固液分離しつつ、液成分を熱水で洗浄除去した後、乾燥させて未反応残渣の重量を測定したところ、８２ｇであった。この未反応残渣は指で擦ると粉々に砕けるほど脆いものであって、ＰＥＴチップの脆性が増加することを確認した。
【００３０】
［実施例１］
５００リットル容量のセパラブルフラスコにＰＥＴチップ１００ｇ並びにＥＧ１００ｇ、炭酸ナトリウム３ｇを混合した。撹拌条件下、１８５℃に昇温してから３０分間反応させた後、乳棒で固形物残渣の破砕を実施し、引き続き解重合反応させた後、解重合反応開始から１８０分間後、一部固形物を含む液を熱濾過により固液分離しつつ、液成分を熱水で洗浄除去した後、乾燥させて未反応残渣の重量を測定したところ７．３ｇであり、ほとんどすべてのＰＥＴチップは解重合された。
【００３１】
［実施例２］
５００リットル容量のセパラブルフラスコにＰＥＴチップ１００ｇ並びにポリ塩化ビニルの破砕片３ｇ（５３個）、ＥＧ１００ｇ、炭酸ナトリウム３ｇを混合した。撹拌条件下、１８５℃に昇温してから３０分間反応させた後、乳棒で固形物残渣の破砕を実施したスラリーを熱濾過で固液分離しつつ、液成分を熱水で洗浄除去した後、乾燥させて未反応残渣の重量を測定したところ、１１．７ｇであった。このうち、未反応残渣中のポリ塩化ビニルの破片を５３個集めて重量を測定した結果３ｇのままでありポリ塩化ビニルは乳棒による破砕で微細化されていないことが確認された。
【００３２】
［比較例１］
５００リットル容量のセパラブルフラスコにＰＥＴチップ１００ｇ並びにＥＧ１００ｇ、炭酸ナトリウム３ｇを混合した。撹拌条件下、１８５℃に昇温してから１８０分間反応させた後、何ら破砕処理を実施することなく、一部固形物を含む液を熱濾過で固液分離しつつ、液成分を熱水で洗浄除去した後、乾燥させて未反応残渣の重量を測定したところ、１９．２ｇであった。
【００３３】
実施例１と比較して解重合反応時間、解重合反応温度は同じであるにも係わらず、未反応残渣量は多いものであった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、芳香族ポリエステルを主成分とするポリエステル廃棄物を破砕するに当たり、破砕に要するエネルギーを低減し、また破砕刃の寿命を延ばすこともでき、その工業的意義は大である。