(57)【要約】【課題】発泡スチロールを短時間に、かつ、低温条件下で効率良く熱分解して油化還元させ、一定した品質の熱分解物を得ることが可能な発泡スチロールの減容油化剤及び発泡スチロールの減容油化方法を提供する。【解決方法】α−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンのいずれか１種以上及び有機過酸化物からなる発泡スチロールの減容油化剤。発泡スチロールを熱分解により油化還元させる発泡スチロールの減容油化方法において、前記発泡スチロールの減容油化剤を用いることを特徴とする発泡スチロールの減容油化方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
α−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンのいずれか１種以上及び有機過酸化物からなる発泡スチロールの減容油化剤。
【請求項２】
有機過酸化物がジクミルペルオキシドである請求項１に記載の発泡スチロールの減容油化剤。
【請求項３】
発泡スチロールを熱分解により油化還元させる発泡スチロールの減容油化方法において、請求項１又は請求項２に記載の発泡スチロールの減容油化剤を用いることを特徴とする発泡スチロールの減容油化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、包装容器・梱包材として広く用いられている発泡スチロールの熱分解による油化還元技術に関し、これに適した発泡スチロール用減容油化剤及び発泡スチロールの減容油化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽くて、優れた断熱特性を有する発泡スチロール（以下、ＥＰＳと略記する。）は、安価且つ大量に生産できることから、非常に便利な高分子材料として様々な分野で使用されており、我々の日常生活を支えている。しかしながら、木や金属のように腐ったり、錆びたりしないことから、使用済みの廃棄物として自然界に放出された場合、厄介なゴミとなる。実際に１９８８年に調査された北太平洋上の漂流物のうち、全体の約２５％がＥＰＳであったことからも事態は深刻である。
【０００３】
近年、ＥＰＳ需要の約５０％が農業水産関係で占められており、その大部分は水産物や青果物の輸送・保存に用いられている。これらの農水産物が集まる卸売市場で使用されるＥＰＳは年間３万トンを超え、その約８０％が再利用されずに埋め立てや焼却により処分されている。
【０００４】
このような焼却処分以外の方法として、減容化方法と減容油化方法が既に実施されている。
前者の例としては、例えば、一部の家電メーカーにおいて、梱包用緩衝材として利用されたＥＰＳのマテリアルリサイクルがリモネンを溶剤に用いて行われている。しかし、汚れの少ない梱包用緩衝材に限ったリサイクルであるため、魚肉の血や油等で汚れた食品容器包装関連のＥＰＳのリサイクルには適していない欠点がある。
【０００５】
また、リモネン以外の溶剤を使う方法として、ハロゲン系の難燃性有機溶剤と溶解促進の目的で添加される有機過酸化物とからなるＥＰＳの溶解液が提案されているが、減容化の後にポリスチレンを再利用する際にはその難燃性有機溶剤を除去する必要があり、処理コストが高いという問題点があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、減容油化方法としては、例えば、ＥＰＳを熱分解して燃料油として利用する油化還元装置の開発が進められ、一部の中央卸売市場等で導入運転されている。しかし、現在の装置では、熱分解槽を約４００℃という高温にしなければならずエネルギー的に不利である上、生成された燃料油の品質がばらつき、一定化していないという問題があった。
この問題を解決するために、ＥＰＳの熱分解処理において、減容油化剤としてα−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンを用いることにより約２００℃という比較的低い処理温度でＥＰＳを油化する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、経済的な観点からは、より低温で、かつ反応時間をより短縮化できること、そして熱分解生成物を燃料油として用いる場合に燃料油としての物性を安定させる観点から、品質が一定であることが望まれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１９９７０２号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−５５４６７号公報（第２頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低温で、短時間に効率よく熱分解による油化還元を行なうことができ、しかも生成する燃料油の品質が一定となるＥＰＳの減容油化方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、α−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンのいずれか１種以上を含むＥＰＳの減容油化剤において、有機過酸化物をさらに添加することにより、より低温でかつ短時間にＥＰＳを熱分解処理できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
即ち、第１の発明はα−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンのいずれか１種以上及び有機過酸化物からなるＥＰＳの減容油化剤である。
第２の発明は、有機過酸化物がジクミルペルオキシドであることを特徴とする第１の発明のＥＰＳの減容油化剤である。
第３の発明は、ＥＰＳを熱分解により油化還元させるＥＰＳの減容油化方法において、第１又は２の発明のＥＰＳの減容油化剤を用いることを特徴とするＥＰＳの減容油化方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明におけるＥＰＳは、特に限定されず、包装容器・梱包材等として広く用いられている全てのものが含まれる。
ＥＰＳの形態は成型後のブロック状態のものやＥＰＳ粉末等を含むが、減容油化剤への溶解を促進できる点であらかじめ微粉砕したＥＰＳ粉末が好ましい。
また、粉砕をする場合、迅速に、かつ粉塵爆発といった危険を伴うことなく行うために、あらかじめＥＰＳの塊にイオン伝導性もしくは電子伝導性の機能を有する電導液、例えば、ＮａイオンやＫイオンを含む電解質溶液、又は界面活性剤水溶液、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液を塗布又は噴霧して静電気発生を抑制した後に粉砕処理する方法は好ましい。
【００１３】
本発明のＥＰＳの減容油化剤は、α−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンのいずれか１種以上及び有機過酸化物を含む減容油化剤である。
前記α−メチルスチレンや２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンは、ＥＰＳの熱分解工程において、溶剤としての機能、連鎖移動剤としての機能、そして重合抑制剤としての機能を発揮する。
従って、減容油化剤中に占めるα−メチルスチレン及び／又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン量は一般的に多い方が好ましい。減容油化剤の５重量％以上が好ましく、１０重量％以上がより好ましい。
また、本発明のＥＰＳの減容油化剤がα−メチルスチレン及び２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンの両者を含む場合は、α−メチルスチレンがＥＰＳをより多く溶解できるという点から、α−メチルスチレンを２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンより多く含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、減容油化剤中にα−メチルスチレンあるいは２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン以外の成分を含有させる場合には、これら化合物を溶解する化合物であれば特に制限されない。例えば、イソパラフィン等の脂肪族系炭化水素や、キシレン等の芳香族系炭化水素が好ましい化合物である。
【００１５】
本発明において、有機過酸化物は、減容油化剤での溶解性に優れる公知の有機過酸化物の中から適宜選択されるが、室温での安定性が高く、かつ、熱分解による油化還元反応時において適度な分解速度により熱分解して効率良くラジカルを発生するものが好ましい。
【００１６】
熱分解反応時に適度な分解速度により熱分解する有機過酸化物とは、有機過酸化物の濃度が０．１モル／リットルであるベンゼン溶液において、その有機過酸化物の濃度が熱分解により１０時間で半分に分解する温度（以下、１０時間半減期温度と略記する。）が７０℃以上であるような有機過酸化物である。
【００１７】
有機過酸化物を具体的に例示（化合物名の後に示したカッコ内の温度は１０時間半減期温度を意味する。）すると、例えば、ジクミルペルオキシド（１１６．４℃）、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン（１１７．９℃）、ｔ−ブチルクミルペルオキシド（１１９．５℃）、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド（１２３．７℃）等のジアルキルペルオキシド類；１，１−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン（９０．０℃）、１，１−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン（９０．７℃）、２，２−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ブタン（１０３．１℃）等のペルオキシケタール類；ｔ−ブチルペルオキシベンゾエート（１０４．３℃）、ｔ−ブチルペルオキシイソプロピルモノカーボネート（９８．７℃）、ｔ−ブチルペルオキシイソブチレート（７７．３℃）等のペルオキシエステル類；ベンゾイルペルオキシド（７３．６℃）、ｍ−トルイルベンゾイルペルオキシド（７３．１℃）等のジアシルペルオキシド類が挙げられる。
これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。
これらのうち、取り扱いが容易であるという点からジクミルペルオキシドが最も好ましい。
【００１８】
本発明のＥＰＳの減容油化剤において、有機過酸化物の含有量（モル量）は、減容油化剤に含まれるα−メチルスチレン及び／又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンの総モル量に対して、０．００１〜１０倍のモル量が好ましく、さらに０．００５〜５倍のモル量がより好ましい。
有機過酸化物の含有量（モル量）が、０．００１倍のモル量未満の場合には熱分解促進効果が低くなり、また１０倍のモル量を超える場合には経済的に不利である上に、取扱い時の危険性が増す傾向にある。
【００１９】
本発明のＥＰＳの減容油化剤の使用量は、熱分解反応時にＥＰＳを十分に溶解できる量以上であることや、取扱いの容易性等を加味して適宜選択することができるが、通常、熱分解されるＥＰＳ１００重量部に対して１０〜１００００重量部が好ましく、さらに５０〜５０００重量部が好ましい。
ＥＰＳ１００重量部に対して、本発明のＥＰＳの減容油化剤の使用量が１０重量部より少ないと十分に溶解できず作業性が低下する上、減容油化処理速度が低下する。また、１００００重量部を超えると、１回の熱分解で処理できるＥＰＳの処理量が低下するので経済的に不利となる傾向にある。
【００２０】
本発明の減容油化方法において、熱分解を行なう反応温度としては、用いる有機過酸化物が十分有効に分解する温度を適宜選択すれば良いが、通常８０〜３００℃が好ましく、１００〜２００℃がより好ましく、１２０〜１８０℃がさらに好ましい。反応温度が８０℃より低いと分解反応速度が低下し、処理時間が著しく長くなるので好ましくない。また、反応温度が３００℃を超えると経済的に不利となる上に、ＥＰＳ単独でもある程度熱分解が進むために発明の効果が明瞭に現れなくなる傾向にある。
【００２１】
本発明のＥＰＳの減容油化方法を実施する装置としては、（１）ＥＰＳを粉砕及び供給する手段、（２）本発明のＥＰＳの減容油化剤の供給手段、そして（３）粉砕されたＥＰＳと本発明のＥＰＳの減容油化剤とを接触させ、熱分解による油化還元させる手段を少なくとも具備した装置である。
また、本発明のＥＰＳの減容油化方法としては、熱分解ガス（分解物の蒸気）の揮散を防止するために、冷却管を備えた反応容器を用いて行なわれることが好ましい。さらに酸素による熱分解反応の遅延及びＥＰＳの酸化物の副生を回避するために、窒素雰囲気下で行なうことが好ましい。
【００２２】
本発明の減容油化方法において、本発明の減容油化剤及びＥＰＳの仕込み順序としては、あらかじめ室温において本発明のＥＰＳの減容油化剤にＥＰＳを混合溶解した後、反応温度まで加温して反応を開始する方法や、あらかじめ反応温度に設定したα−メチルスチレン又は２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンを含む溶剤に有機過酸化物とＥＰＳを添加し反応を開始する方法や、あらかじめ反応温度にまで加熱した本発明のＥＰＳの減容油化剤にＥＰＳを添加する方法等のいずれの方法をも採用することができる。
また、本発明の減容油化方法によって、一旦、ＥＰＳを熱分解した後に、さらにその溶液に新たに有機過酸化物とＥＰＳを添加し、引続き熱分解を行なうこともできる。
【００２３】
また本発明の減容油化方法において、ＥＰＳと減容油化剤との混合物の受熱面積をより広くして、より均一な熱伝導性を確保するために、減容油化反応装置内の熱分解反応させる容器中にガラス球やステンレス球といった充填物を投入することも可能である。
【００２４】
【実施例】
次に本発明を実施例及び比較例を用いて更に詳細に説明する。
なお、実施例及び比較例における略記号は以下の通りである。
ＥＰＳ：食品梱包用廃材を平均約５ｍｍ角に粉砕したもの、数平均分子量（Ｍｎ）＝９１，０００、重量平均分子量（Ｍｗ）＝１４１，０００、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．５５、
ＭＳＭ：α−メチルスチレン（市販品）、
ＭＳＤ：２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（市販品）、
ＤＣＰ：ジクミルペルオキシド（日本油脂（株）製、商品名：パークミルＤ、純度：９８％）
【００２５】
ＥＰＳの分子量及び分子量分布の測定：ゲル浸透クロマトグラフィー（以下、ＧＰＣと略記する。）によって測定（ポンプ：日立Ｌ−６０００型；移動相：テトラヒドロフラン；検出器：島村計器製作所ＹＲＤ−８８０示差屈折計）した。
【００２６】
実施例１
容量５０ミリリットルの三つ口フラスコにＥＰＳ片０．２５ｇ（モノマー基準で２．４ミリモル）を入れ、１００ミリリットル／分の流量で窒素を１０分間通気した。
次に、あらかじめ０．２８ｇ（２．４ミリモル）のＭＳＭに０．０６５ｇ（０．２４ミリモル）のＤＣＰを溶解して製造した減容油化剤を先のフラスコに加えた後、冷却管、温度計を装着して、マグネチックスターラーにより攪拌しながら、１３０℃に温度制御された油浴にて加熱することにより、２時間熱分解反応（反応温度：１３４〜１３９℃）を行って減容油化した。
反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2004175899.tif 000002
【００２８】
実施例２〜７
減容油化剤におけるＤＣＰの含有量を表１に示される量に変更した以外は、実施例１に準じてＥＰＳの熱分解反応を行って減容油化した。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表１に示す。
【００２９】
比較例１
ＤＣＰを用いない以外は、実施例１に準じて熱分解反応を行った。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表１に示す。
【００３０】
表１から、本発明のＥＰＳの減容油化剤を使用した場合、ＤＣＰを使用していない比較例１に比べ、得られるＥＰＳの分子量が効率よく低減できることが明らかとなった。また、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）もＤＣＰを使用しない場合と同様に約２であり、分解されたＥＰＳの品質が一定であることが明らかとなった。
【００３１】
実施例８〜１９
ＤＣＰの使用量、反応温度及び反応時間を表２に示されたように代えた以外は、実施例１に準じて熱分解反応を行った。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2004175899.tif 000003
【００３３】
比較例２、３
ＤＣＰを用いないこと及び表２に示される反応温度及び反応時間に変更した以外は、実施例１に準じて熱分解反応を行った。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表２に示す。
【００３４】
表２から、本発明のＥＰＳの減容油化剤を使用した場合、ＤＣＰを使用していない比較例２、３に比べ、１３０℃〜１７０℃の比較的低い反応温度においても、得られるＥＰＳの分子量が短時間に効率よく低減できることが明らかとなった。
【００３５】
実施例２０〜４５
ＭＳＭのかわりにＭＳＤ０．２８ｇ（１．２ミリモル）を用い、ＤＣＰの使用量、反応温度及び反応時間を表３、４に示されるように代えた以外は、実施例１に準じて熱分解反応を行った。その結果を表３、４に示す。
【００３６】
【表３】
2004175899.tif 000004
【００３７】
【表４】
2004175899.tif 000005
【００３８】
比較例４〜６
ＤＣＰを用いないこと及び表４に示される反応温度及び反応時間に変更した以外は、実施例１に準じて熱分解反応を行った。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表４に示す。
【００３９】
表３、４から、本発明のＥＰＳの減容油化剤を使用した場合、ＤＣＰを使用していない比較例４〜６に比べ、１３０℃〜１７０℃の比較的低い反応温度においても、得られるＥＰＳの分子量が短時間に効率よく低減できることが明らかとなった。
【００４０】
実施例４６
容量５００ミリリットルの四つ口セパラブル円筒二槽型（底面凹型）反応フラスコにＥＰＳ片２．５ｇ（モノマー基準で２４ミリモル）を入れ、さらに直径５ｍｍのガラス球状充填物３００個を装填した後、１００ミリリットル／分の流量で窒素を１０分間通気した。
次に、１．１３ｇ（９．６ミリモル）のＭＳＭに２．６ｇ（９．６ミリモル）のＤＣＰを溶解し減容油化剤を調整後、先のフラスコ中に入れ、冷却管、温度計を装着した。そしてステンレス製攪拌羽根により１５ｒｐｍの回転速度で内容物を攪拌しながら、さらに１５０℃に温度制御されたシリコーン油をポンプにより循環させながら、表５に示される反応時間で熱分解反応を行って減容油化した。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表５に示す。
【００４１】
【表５】
2004175899.tif 000006
【００４２】
比較例７
ＤＣＰ及びガラス球状充填物を用いないこと以外は、実施例４６に準じて行った。そして、反応後のＥＰＳの分子量及び分子量分布をＧＰＣにより測定した結果を表５に示す。
【００４３】
表５から、本発明の減容油化剤及び充填物を用いた場合、ＭＳＭのみを減容油化剤として用いた比較例７に比べ、得られるＥＰＳの分子量が短時間に効率よく低減できることが明らかとなった。
【００４４】
【発明の効果】
低い温度で効率よくＥＰＳの減容油化を達成することができる上に、得られる熱分解物の品質が一定となる。
従って、廃棄物として自然界に放出される使用済みＥＰＳの油化還元手段として省力・省エネルギー化を達成することができるため、産業上の価値は高い。