(57)【要約】【課題】アルミと熱可塑性樹脂からなる複合材廃棄物より、樹脂の硬質か軟質か、アルミが薄いか厚いか、に関わりなく、アルミと樹脂の双方を分離回収できる方法を求める。【解決手段】複合材廃棄物に不活性雰囲気中で射出成型圧力以下の圧力／加重を与え、射出成型温度以上の温度にすることにより、樹脂を溶融させて濾しだす。残された富アルミ分の樹脂含有量が多ければ、更に、富アルミ分を破砕し、水又は塩水を用いた重液分離により樹脂を回収して、アルミ勧誘率を向上させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム（アルミ）と熱可塑性樹脂（樹脂）との複合材廃棄物を、水蒸気、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等で空気を置換した雰囲気中で、大気圧以上射出成型圧力以下の圧力又は／及び加重の下で、射出成型温度以上に加熱することにより当該樹脂を流動化させて濾し出し、アルミ分を濾し残すことにより、当該樹脂と富アルミ分とに分離回収することを特徴とする、複合材廃棄物のリサイクル方法。
【請求項２】
請求項１の富アルミ分を破砕後、重液（水又は塩水を含む）によって当該樹脂を浮上分離させ、富アルミ分のアルミ含有率を高めることを特徴とするリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、アルミニウム（以下アルミと言う）と熱可塑性樹脂との複合材廃棄物のリサイクル方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックスは加熱やキュアにより硬化する熱硬化性樹脂と、硬化せずに加熱によって流動性を復活する熱可塑性樹脂に大別されます。
【０００３】
熱硬化性樹脂はプラスチック製造量の２０％弱を占めるに過ぎません。そして、その大部分がアスベスト、ガラス繊維、炭素繊維の高強度繊維と組み合わせて繊維強化プラスチックスとしたり、黒鉛粉やセラミックス粉等の充填剤を入れて強靱な成型物にされています。このような強化樹脂は焼却しても体積が減らず、現在の所、有効なリサイクル手段がありません。
【０００４】
これに対して熱可塑性樹脂（以下単に樹脂と言う）は、回収技術の開発が盛んに行われています。中でも炭化水素系樹脂や炭素、水素、酸素の三元素からなる樹脂は燃料としての利用が容易であり、高温や触媒でクラッキング分解して石油系原料が得られます。
【０００５】
ポリ塩化ビニルのような焼却に伴って公害の発生が危惧されるハロゲン樹脂も、再生原料としての利用法が盛んに開発されています。最近は環境意識が高まり、アルミと複合化する樹脂もリサイクルがより容易な樹脂へと移行しています。
したがって、熱可塑性樹脂が分離回収されれば、リサイクルが現在でも可能であるか、近い将来には可能になりそうな技術環境にあります。
【０００６】
車や窓サッシ等のアルミ製品、空き缶、アルミ箔の製造工程で発生するアルミくずは溶融されて再生地金としてリサイクルされています。
【０００７】
しかし、アルミ製品の多くが樹脂と複合された複合材になっています。複合材を焼却すると多量の黒煙を発生します。そして、マグネシウムリボンによる写真のフラッシュ様の閃光を伴った、アルミの燃焼が起き、炉材が損傷されます。このため、複合材は現在埋立処分されています。
【０００８】
アルミ箔だけでも製造量は約１２５千ｔ／年にもなります。その内訳は６７％が食品・薬品等の包装用、１７％が日用品、電気製品が１２％、建設その他が４％となっています。これらの内、家庭用のアルミホイルとたばこの銀紙以外の殆ど全てが複合材です。
【０００９】
身近にあるアルミ箔の複合材の例に、スナック菓子やレトルト食品の袋に用いられるラミネートフィルムがあります。アルミ箔の用途を考えても極めて大量の複合材廃棄物が発生し続けています。しかも、アルミ箔にされるのは９９．９％％以上の高純度アルミです。
【００１０】
電線のように厚い高純度アルミを用いた複合材廃棄物も多量に存在します。電線は中心部の銅と外装被覆のプラスチックスはリサイクルされています。しかし、中間層のアルミと樹脂（ポリプロピレン）との複合材部分は埋立処分されています。
【００１１】
アルミ再生地金の生産に要する総エネルギー量は新地金に比べ、電力で１／１３７、その他１／９、全体で１／３６であり、アルミの総製造エネルギーは．５．１７万Ｍｃａｌ／ｔと言われています。アルミは電気の缶詰とニックネームが付く所以です。
【００１２】
従って、複合材よりアルミと樹脂が分離回収できれば、双方ともに資源リサイクルができ、極めて大きな省資源、省エネルギー効果が期待できます。
【００１３】
複合材のアルミと樹脂とは通常、強力に接着されています。単純剥離、加熱剥離、液体窒素を用いた剥離や破砕機や粉砕機によるアルミと樹脂の分離を実験し続けてきました。しかし、これらの方法は接着が弱くで、複合材下地が硬く、かつ、アルミが厚い場合にのみ有効な手段であることが分かりました。
【００１４】
また、風選、電磁誘導、篩い分け等によるアルミと樹脂の選別を試みました。しかし、電磁誘導法は複合材や線状や小形状のアルミに対しては効果が無く、他の方法も殆どの複合材に対して無力でした。
【００１５】
これらの技術でも効果を期待できる複合材廃棄物は限られています。しかし、分離選別が可能な複合材廃棄物の回収を出願者の古賀アルミ工業で事業化しています。
【００１６】
複合材をアルミ溶融炉に投入すると、樹脂が融けだし、大量の黒煙が生じます。この融けだした樹脂や黒煙が熱遮断膜として作用します。また、黒煙から出たアルミ箔やアルミ粉末は、激しい燃焼を引き起こしたり、粉塵爆発を起こしたります。アルミが燃焼した付近は高温になり、煙幕の中は低温になります。このようにして発生した大きな温度ムラがアルミの酸化を進め、アルミの再生歩留まりを大きく低下させます。
【００１７】
廃棄物を焼却してアルミを回収する方法が、アルミ缶等で行われています。しかし、アルミが酸化してしまい、アルミの回収率が低くなります。
【００１８】
アルミ箔やアルミ箔複合材を焼却すると、黒煙や炉の損傷も起こるだけでなく、全アルミがアルミナになってしまい、金属アルミを回収できなくなります。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
接着力が強くとも、アルミが薄くとも、かつ、樹脂が軟質であっても、複合材から金属アルミと樹脂とを効率的に分離回収できる方法が求められています。
【００２０】
そして、アルミ再生用の溶融炉に投入するアルミ源のアルミ含有率をより向上できる方法も求められます。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明を図１を用いて説明します。
【００２２】
アルミと樹脂との複合材廃棄物を切断後、不活性な雰囲気中で、大気圧以上射出成型圧力以下の圧力又は／及び加重の下に、射出成型温度以上に加熱して樹脂を流動化させて濾し出し、アルミ分を濾し残して、樹脂と富アルミ分とに分離します。この方法を溶融濾過と言います。
【００２３】
そして、富アルミ分を破砕後、重液により残存した樹脂を分離することでアルミ含有率を増加させます。
【００２４】
樹脂を濾し分けるには高い流動性が必要です。射出成型は短時間で樹脂を鋳型に流し込む方法で、樹脂毎にその条件が知られています。射出成型温度以上で射出成型圧力をかければ、溶融濾過が可能となります。表１に代表的な熱可塑性樹脂の射出成形温度と圧力を示します。
【００２５】
【表１】
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ポリマー辞典  第１１版  株式会社大成社発行  （圧力単位をＭＰａに変更した。）
【００２６】
圧縮成型温度や射出成形温度は樹脂が流動化し、かつ、樹脂が短時間では熱分解／劣化を起こさない温度の範囲を意味します。樹脂を再生ペレットとして回収する場合はこの温度範囲で溶融濾過をします。射出成型温度で荷重なしで自然流下する樹脂もありますが、射出成型温度よりも１０℃から１００℃高くしないと荷重なしでは自然流下しない樹脂もあります。例えば、ＰＥやＰＰは３５０〜３６０℃で重力により流れ出します。
【００２７】
溶融濾過温度が高過ぎると回収した樹脂の一部が分解して劣化します。しかし、燃料として、または、クラッキング（熱分解、触媒分解等）して石油系原料としてリサイクルするのであれば、差し支えありません。
【００２８】
不活性な雰囲気とは、溶融濾過温度で回収する樹脂及びアルミの価値を失わせない気体で空気を置換した状態を言います。そのような気体の例として水蒸気、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等があります。
【００２９】
また、危険防止手段を講じれば水素や炭化水素のような可燃性気体も、混合し、あるいは単独で、雰囲気気体にできます。これらの気体は熱分解抑制効果が期待できます。
【００３０】
空気中でアルミは回収可能ですが、樹脂が黒煙を上げて滴下しながら燃焼して著しく劣化します。従って、酸素や空気は不活性な雰囲気と言いません。
【００３１】
樹脂が溶融した後の荷重は凹凸部や空隙部の樹脂を押し出す作用があります。この加重で濾し残される富アルミ分のアルミ含有率が上がります。高い温度で溶融濾過する場合、アルミの形状が平らである場合、アルミが薄い場合等では、荷重を小さくできます。
【００３２】
溶融濾過装置内で、複合材の上の圧力は、ガス置換、外気流入の防止、加重の補助、樹脂の溶出の促進等の作用を持ちます。ゲージ圧で３ｋＰａ＝０．００３ＭＰａ≒０．０３気圧程度の非常に小さな圧力でも、３５０℃以上で溶融濾過する時にＡｌを圧し延ばせる加重と同等になります。０．０１ｋＰａから０．１ｋＰａ程度の圧力でも装置内のガス置換や装置内への空気の流入を防止できます。
【００３３】
従って、射出成型圧力以下、大気圧以上の範囲がが溶融濾過に必要な圧力と加重との合計になります。
【００３４】
複合材のアルミと樹脂は、樹脂を溶融させるか、接着剤を用いて接着させています。溶融濾過で得られる富アルミ分の状態はこの接着方法に依存します。
【００３５】
粘着性のある接着剤を用いた場合では、アルミ表面が粘着質の膜で覆われて室温でもネバネバしています。母材の樹脂は殆ど残っていません。富アルミ塊は小さな力でもほぐれますが、粘い樹脂は殆ど分離されません。この様なタイプは、このまま溶融再生します。
【００３６】
接着剤が硬い樹脂本体と似ているか融着させています。富アルミ分は固い塊になり、母材の樹脂も薄く残ります。３５０℃以上で溶融濾過するとアルミが焼き鈍されてより柔らかくなります。この状態では塊は容易に砕け、樹脂がアルミからきれいに剥がれます。樹脂は粉末化しますが、アルミは殆ど粉末になりません。
【００３７】
表１にあるように、ハロゲン系樹脂（ＣＰＥ，ＰＶＣ，ＰＶｄＣ，ＰＣＴＦＥ，ＦＥＰ，ＰＶｄＦ）と  ＰＡ，ＰＶＦ以外の樹脂の比重は、１．４以下です。飽和塩化カルシウム（塩カル，ＣａＣｌ２）水溶液の濃度と比重が２５℃で４５．３％，  １．３９６、３０℃で５０％，１．４５です。アルミの比重は、２．７です。よって、ＰＡ，  ＰＶＦ，  ＣＰＥ，  ＰＶＣ  を含む比重１．４５以下の樹脂は飽和塩カル水に浮き、アルミが沈みます（重液分離と言う）。塩カルは家庭の押入等の乾燥剤として用いらる安価で無害な天然塩類です。
【００３８】
残るＰＶｄＣ，  ＰＣＴＦＥ，  ＦＥＰ，  ＰＶｄＦの製造量は他の樹脂に比べると非常に僅かです。これらもＣＨ３）Ｉ等の重液で分離できます。最近は環境意識が高まり、アルミ複合材にハロゲン系樹脂の使用が控えられるようになってきました。
【００３９】
パーフルオロアルカンやパーフルオロカーボンは流動性が極めて高く、アルミと樹脂との分離にはとても使いやすい重液です。しかし、高価であり、揮発性が高く十分な密閉系を用い、冷凍機で回収する必要があり、現在の価格では経済的に使用が困難です。
【００４０】
複合材にされる製造量の多い、ＰＰやＰＥは、比重が１．０未満ですので、水を重液として用いることができます。また、飽和食塩（ＮａＣｌ）水の濃度と比重が２５℃で２６．４３％，  １．１９８ですので、ＰＳ，  ＡＳ，  ＡＢＳ，  ＰＥ，  ＥＶＡ，  ＰＰ，  ＰＭＭＡ，  ＥＣ，  ＣＰ，  ＰＶＢ，  ナイロン６，  ナイロン６６，  ナイロン６１０  が飽和食塩水で重液分離できます。このように、水、食塩、塩カルと言った無害で安価な重液で樹脂が回収でき、富アルミ分のアルミ含有率を上げることができます。
【００４１】
水溶液（塩水と言う）で用いることのできる物質には他にも、沃化カルシウム  ＣａＩ２，臭化カルシウム  ＣａＢｒ２，にがり  ＭｇＣｌ２，  沃化マグネシウム  ＭｇＩ２，臭化マグネシウム  ＭｇＢｒ２，沃化ナトリウム  ＮａＩ，  臭化ナトリウム  ＮａＢｒ，沃化カリウム  ＫＩ，臭化カリウム  ＫＢｒ，沃化セシウム  ＣｓＩ，塩化セシウム  ＣｓＣｌ，臭化セシウム  ＣｓＢｒ，沃化リチウム  ＬｉＩ，臭化リチウム  ＬｉＢｒ等のアルカリ金属やアルカリ土金属のハロゲン塩の他に塩化カドミウム  ＣｄＣｌ２，沃化カドミウム  ＣａＩ２，臭化カドミウム  ＣｄＢｒ２，炭酸カリウム  Ｋ２ＣＯ３等様々な塩があります。
【００４２】
比重の異なった重液による重液分離で、異なる樹脂の分離ができます。比重が１．０以上でこれらの塩水の飽和溶液の比重よりも小さな比重の重液が欲しい時には、未飽和の塩水が使えます。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１，図２，図３を用いて詳しく説明します。
【００４４】
【実施例】
図１に本発明の実施例の流れ図を、図２に溶融濾過装置を、図３に重液分離装置を示します。
【００４５】
複合材を溶融濾過装置の内容器の篩目１２よりも十分に大きく、かつ、重液分離装置の配管内を容易に通過できる寸法に切断します。
【００４６】
切断した廃棄物１０は、図２の溶融濾過装置の内容器１２に納めます。溶融濾過後、富アルミ分が内容器壁や荷重０９と接着しないように、廃アルミ箔１１で隔離します。荷重０９を掛け、圧力容器１７を密閉したら、雰囲気発生装置０１より雰囲気を導入して、空気を排除します。雰囲気発生装置は、水蒸気の場合はボイラーを用い、ガスの場合は高圧ガス容器を用います。圧力流量調節装置０２によって雰囲気の圧力と流量を調整します。圧力流量調整装置は、水蒸気の場合加熱量調整機、ガスの場合レギュレーターと流量調節器になります。
【００４７】
雰囲気導入管０３はヒーター０４により加熱され、圧力容器内と同じ温度になって圧力室内に入ります（０７）。廃棄物１１の樹脂が流動化する前には、吹き抜け穴１８より廃棄物内の空隙内をこの加熱された雰囲気が流通して、廃棄物の温度上昇を助けます。樹脂が流動化してこの流通が妨げられると、差圧管１５を通じてのみ雰囲気が流れ、所定の圧力になります。この時、圧力容器内が過度に高圧になり過ぎないように、安全弁０６が設けられています。内容器の底には気密が保てるようにガスケット１６を使用しています。荷重と圧力で融液を押し出し、圧力で残存する樹脂融液を吹き流します。
【００４８】
溶融濾過装置は樹脂が溶融して流れ出し切る迄が温度制御が真に必要な時間です。装置内の温度が熱平衡に達していない状態を想定しなければなりません。廃棄物上部には、熱容量の大きな荷重０９があります。上下、左右、前後より樹脂が炭化したりアルミが溶融したりしないように加熱します。このため、圧力容器の天井、内容器の側面、内容器の底面から温度調節（０８）しながら加熱します。また、融けだした樹脂が出口１４で固まらないように、樹脂の出口も温度制御します。通常の炉は熱平衡状態を考えて、上部加熱を省略しますが、省略すると樹脂の溶け残りが発生し易くなります。
【００４９】
流出した樹脂は、そのまま型に流しこむ、水槽に滴下させる、水ジェットに当てて粉末にする等の目的に応じた方法で処理します。
【００５０】
樹脂が出きったら、樹脂を空気に曝しても発火し難い温度（通常２２０℃前後）になる迄冷やし、雰囲気を停止して、圧力容器をあけます。荷重を取り去り、内容器を取り出します。内容器を逆さにすると、２２０℃前後であれば、樹脂は粘るだけで、富アルミ分は内容器の篩目より剥がれます。落ちない場合でも、篩目を加熱すれば取り出せます。
【００５１】
薬剤パッケージ廃棄物は食品のレトルトパックのラミネートフィルム同様の薄くて軟質なシートでした。樹脂はＰＥです。水蒸気中３５０℃でで溶融濾過をしました。富アルミ分には流出した樹脂は殆ど残っていませんでしたが、アルミ全体が粘っこい物質で覆われていました。欠片を取り出し、ライターで炙ってみると、粘性物質は少量で瞬時に無くなり、きれいなアルミ金属面が出できました。試験溶融炉に入れ、金属アルミを回収できました。
【００５２】
電線（樹脂はＰＰ），断熱剤（樹脂はスポンジ状ＰＰ），化粧品容器（樹脂はポリエチレンテレフタレートＰＥＴ，比重１．３４−１．３９）の廃棄物の場合はアルミも樹脂も共に厚く、樹脂は硬質でした。水蒸気中で３５０℃で溶融濾過をすると、冷却後富アルミ分は硬い塊になりました。欠片を取り出し、ライターで炙ってみると、黒鉛を上げて燃えましたが、樹脂量量が少ないと見え、すぐに消えました。更なる樹脂の分離が必要と判断しました。
【００５３】
樹脂とアルミは指でも容易に剥がれます。破砕機に掛けると、付着していた樹脂の殆どが粉になって剥がれました。図３の重液分離装置でＰＰは水で、ＰＥＴは飽和塩カル水で重液分離することにしました。
【００５４】
投入機３４で撹拌槽２６に投入された富アルミ分破砕物は、微量の界面活性剤の入った重水と撹拌されます。界面活性剤がないと重水とのなじみが遅く、気泡を付けたアルミができて浮き上がります。撹拌された破砕物は、流速が遅くなるように太い筒状に造られた重液分離槽に入ります。ここで重液よりも比重の小さな物質（樹脂）は上方に移動し、比重の大きな物質（アルミ）は下方に移動し、別々の出口（２９，３１）より取り出されます。沈殿物流下口２９には比重の大きな沈殿物が流下するため、浮上物流出口３１よりも流量が大きくなって、本来３１より流出すべきものが２９に吸い込まれてしまうことがあります。バイパス管３５より重液を供給して、この現象を抑えます。
【００５５】
浮上物（樹脂）と沈殿物（アルミ）はそれぞれの濾過器（３２，３０）で濾し採られたあと十分に脱水（３６，３７）したあと、水洗、乾燥されます。この実験で確かめられる迄は、アルミを水や塩水に浸けると、酸化してしまうと考えられていましたが、十分な水洗と乾燥によりその心配がないことが分かりました。濾過された重液は、重液貯層に回収され、循環使用されます。２２は塩水を飽和状態に保つための重液源です。ＰＥＴの重液分離の場合は、塩カルをネットにいれて浸しておきます。
【００５６】
重液分離した富アルミ分は、樹脂が少なく、溶融して再生地金にしました。
【発明の効果】
【００５７】
以上説明したように本発明のアルミと熱可塑性樹脂の複合材廃棄物のリサイクル方法は、溶融濾過と重液分離を組み合わせることにより、従来、全く不可能と思われた、軟質樹脂と超薄アルミ箔との複合材からも、アルミと樹脂の双方とも回収を可能にします。しかも、費用の掛かる特殊な薬品、危険な薬品、環境に有害な薬品等を用いない簡易な方法です。埋立地不足が深刻化する中で、電気の缶詰と渾名されるアルミを焼却や埋立に回さずにリサイクルできる技術は、環境保全と省エネルギー、省資源の観点からも、大いに貢献できます。また、アルミ複合材の用途は全産業に及んでおり、全産業的な貢献も期待されます。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合材を熱可塑性樹脂とアルミに分離して回収する方法を示した説明図である。
【図２】溶融濾過の実施方法を示した説明図である。（断面図）
【符号の説明】
０１    雰囲気用気体発生装置
０２    圧力及び流量調整装置
０３    雰囲気導入兼加熱管
０４    ヒーター
０５    断熱材
０６    安全弁
０７    雰囲気吹き出し口
０８    温度検出器
０９    荷重
１０    熱可塑性樹脂とアルミニウムとの複合材廃棄物
１１    固着防止用廃アルミ箔
１２    内容器（矢印の所が篩目）
１３    内容器支持枠
１４    溶出した樹脂の流出口
１５    差圧管
１６    ガスケット
１７    圧力室
１８    吹き抜け穴
【図３】重液分離の実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
２０    重液貯槽
２１    重液
２２    重液源
２３    ポンプ
２４    沈殿物流下管
２５    弁
２６    貯層兼撹拌槽
２７    攪拌機
２８    重液分離槽
２９    沈殿物（アルミ）流出口
３０    沈殿物（アルミ）濾過器
３１    浮上物（樹脂）流出口
３２    浮上物（樹脂）濾過器
３３    重液回収管
３４    廃棄物投入装置
３５    バイパス管
３６    浮上物（樹脂）脱水槽
３７    沈殿物（アルミ）脱水槽
【図１】
2004230354.tif 000004
【図２】
2004230354.tif 000005
【図３】
2004230354.tif 000006