(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂とを含む樹脂混合物に、分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む分解混合物を得る第一工程と、
この第一工程で得られたウレタン分解物と熱可塑性樹脂を含む前記分解混合物を粉砕する第二工程と、
前記工程で得られる前記粉砕物を、ウレタン分解物と熱可塑性樹脂とに分別する第三工程とを有することを特徴とする樹脂材料の回収方法。
【請求項２】
前記分解剤は、アミン化合物であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂材料の回収方法。
【請求項３】
前記ウレタン樹脂の低分子化は、前記混合物を混練機中で混練することによって行われることを特徴とする請求項２に記載の樹脂材料の回収方法。
【請求項４】
ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む樹脂混合物に分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む分解混合物に分解する機構と、この分解機構で得られた前記ウレタン分解物を含む前記分解混合物を粉砕する機構と、前記ウレタン分解物と前記熱可塑性樹脂を分別する機構とを有することを特徴とする樹脂材料の回収装置。
【請求項５】
前記ウレタン樹脂を低分子化し分解する機構は、混練機であることを特徴とする請求項４に記載の樹脂材料の回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の分離方法に関し、詳しくは、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む混合物からウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分離回収する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理の問題は近年ますます深刻化しており、焼却時のダイオキシン発生や埋立地の減少等が社会問題として大きく取り上げられている。これら廃棄物の主要な発生源としては、容器包装材、建材、自動車、家電等が挙げられ、特に家庭から廃棄される使用済み家電製品の量は膨大な量となっている。
【０００３】
大型でかつ多量に排出される廃棄物としては、冷蔵庫、建材、クッション材などがあり、これらにはウレタン樹脂が多用されている。そのため、このウレタン樹脂についても、リユース及びリサイクルの要請が強まっているが、このウレタン樹脂は、３次元の網目構造を有する熱硬化性樹脂であるため、リサイクルが困難であり、現状は埋め立てや焼却などの処分がされている。
【０００４】
従来、これらの家電製品のリサイクル方法として、使用済み家電製品を細かく粉砕し、その後風力選別や磁力選別、渦電流選別などを経て金属、非鉄金属、プラスチックなどに分類し、再利用することが行われつつある。例えば、冷蔵庫の資源化方法としては、冷蔵庫を破砕し、風力選別などの方法によりプラスチックと金属を分別することが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ウレタン樹脂を化学的に処理して、リサイクルする方法として、ウレタン樹脂をモノエタノールアミンで分解し、その後蒸留してポリオール及びポリアミンを単離する方法が記載されている（特許文献２参照）。また、ウレタン樹脂をアルカノールアミンとポリオールで分解して、接着助剤として使用する方法が公知となっている（特許文献３参照）。また、ウレタン樹脂を分解する際に熱可塑性樹脂や無機粒子を加えてウレタン分解物を固化し、樹脂原料として利用する方法が公知となっている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−２５９５２９号公報
【特許文献２】特公昭４２−１０６３４号公報
【特許文献３】特開平６−１８４５１３号公報
【特許文献４】特開２００４−１１５６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、従来のリサイクルシステムにおいては、廃棄物のシュレッダーダストを風力選別してリサイクルを行う方法が有力と考えられるが、この方法によってウレタン樹脂を含む廃棄物を分別し、再利用する場合に、回収する樹脂成分としては、可能な限り純度の高いウレタン樹脂などの樹脂材料が得られることが実用的に重要である。しかしながら、廃棄物、特に家電廃棄物にはウレタン樹脂以外の発泡ポリスチレンなどの樹脂材料も使用されており、前記風力選別においては、ポリウレタン特に発泡ポリウレタン樹脂と発泡ポリスチレンを分別することは困難である。
【０００７】
すなわち、風力選別によって得られる軽量物には発泡ウレタン樹脂のほかに、発泡ポリスチレンや薄い熱可塑性樹脂のシートなど風力で舞い上がるものがほとんど不純物として混入する。このため、軽量物として回収されたものをウレタン樹脂としてリサイクルする際に、その不純物が問題になる。
【０００８】
またこれら軽量物を、さらに（１）比重分離、（２）溶剤溶解分離、等で分別する方法も考えられるが、（１）の比重分離ではウレタンと軽量物の比重差がほとんどなく実質不可能であり、また（２）の溶剤溶解分離では特定の樹脂を溶かすために添加した溶剤を分離しなくてはならず、非常に手間がかかる。
【０００９】
一方、ウレタン樹脂をリサイクルする立場から考えると、この異物の含有は樹脂強度の低下を招く恐れがあり、品質管理上からみても好ましくない。前記特許文献４には、ウレタン樹脂を分解する際に熱可塑性樹脂や無機粒子を加えてウレタン分解物を固化し、樹脂原料として利用する方法が記載されているが、不純物の多い場合については物性が劣ることが示されている。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、風力選別等で得られたウレタン樹脂軽量物と熱可塑性樹脂軽量物を含む混合物から、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を効率的に分別する方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む樹脂混合物に分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む分解混合物を得る第一工程と、この第一工程で得られたウレタン分解物を含む分解混合物を粉砕する第二工程と、ウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分別する第三工程によって、ウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分離して回収する。
【００１２】
また他の様態によれば、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む混合物に分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む混合物を得る機構と、この第一工程で得られたウレタン分解物を含む混合物を粉砕する機構と、ウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分別する機構とを有する樹脂材料の回収装置である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の方法によれば、簡便な方法によって効率的にウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を分別することができ、リサイクルに適した回収樹脂材料を得ることができる。
また、この発明の装置によれば、大がかりな設備を用いることなく、効率的にウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を分別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記したように、廃棄物に含まれる例えば、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン又はポリエチレンシートの混合物を風力選別で分けることは極めて困難である。それは、比重差がほとんどないかもしくは風に流されて舞い上がるため、風力選別で分けることが極めて困難である。本発明では、ウレタン樹脂を一部化学的に分解し軟化点５０℃以上のウレタン分解物を得ることにより、このウレタン分解物のみを粉砕しやすい状態にする。この後粉砕すると、ウレタン分解物は細かくなり、熱可塑性樹脂は粉砕されにくいのでそのままの形状で残る。このため、粒子の大きさで選別する篩い分けや、風量を調整した風力選別で分別することができる。本発明はこの点に着目してなされたものである。
【００１５】
本発明の回収方法は、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む混合物に分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む混合物を得る第一工程と、この第一工程で得られたウレタン分解物を含む混合物を粉砕する第二工程と、ウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分別する第三工程を含むものである。
【００１６】
本発明の回収装置は、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含む混合物に分解剤を反応させてウレタン樹脂を低分子化し、軟化点５０℃以上のウレタン分解物を含む混合物を得る分解機構と、この機構によって得られたウレタン分解物を含む混合物を粉砕する機構と、粉砕されたウレタン分解物と熱可塑性樹脂を分別する機構を含むものである。
【００１７】
［第１の実施の形態：樹脂材料の回収方法］
以下、本発明の回収方法について、詳細に説明する。
（第一工程：樹脂分解工程）
本発明で適用される樹脂混合物は、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を含むものである。熱可塑性樹脂としては、発泡ポリスチレン樹脂、発泡ポリエチレン、ポリエチレンやポリプロピレンなどのシートが代表として挙げられる。これらの混合物の代表としては、自動車や家電機器のシュレッダーダストが挙げられ、その中でも家電機器、特に冷蔵庫のシュレッダーダストに好適に適用できる。冷蔵庫のシュレッダーダストには、発泡ウレタン樹脂だけでなく、発泡ポリスチレンやポリエチレンシートなどの軽量物が入っており、通常の方法では分別が困難であるからである。
【００１８】
好ましくは、この工程に入る前に、従来技術である風力選別などで、金属や砂、石などの重量物、非発泡の熱可塑性樹脂などを選別し、ウレタン樹脂（発泡体）と発泡ポリスチレンなどの熱可塑性軽量物の混合物にしておくのが良い。
【００１９】
まず、第一工程では、混合物全体にウレタン樹脂を分解する分解剤を分散させ、熱のかかる装置によって、ウレタン樹脂のみを低分子化する（詳細は後述する）。これによって、ウレタン樹脂は粉砕しやすいウレタン分解物（ウレタン樹脂の低分子品）になり、他の樹脂と粉砕挙動が異なるので、粉砕後に選別しやすくなるのである。
【００２０】
ウレタン樹脂の分解方法には、分解剤を用いた化学的分解法、加水分解法、熱分解法等が挙げられる。本発明では、分解剤を用いた化学的分解法を用いるのが良い。加水分解法、熱分解法では、ウレタンの分解反応が高温になるため、熱可塑性樹脂も熱分解して低分子化して脆化するため分別が困難になる。化学的分解法で用いられる分解剤としては、例えば、アミン化合物、ポリオール化合物およびそのアルカリ金属アルコラート等が挙げられ、使用形態としては、例えば、アミン化合物単独、ポリオール化合物またはポリオールの金属アルコラート単独、アミン化合物とポリオール化合物またはポリオールの金属アルコラートとの混合、などが挙げられる。本発明は、アミン化合物またはポリオール化合物を用いる分解方法による樹脂分解物の適用に好適であり、中でも、アミン化合物を用いて分解する（アミン化合物単独またはアミン化合物とポリオール化合物の混合物を用いる）場合に適している。用いられるアミン化合物としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、プロパンジアミン、２−エチルヘキシルアミン、イソプロパノールアミン、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、エチルアミノエタノール、アミノブタノール、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、ｎ−アミルアミン、イソブチルアミン、メチルジエチルアミン、シクロヘキシルアミン、ピペラジン、ピペリジン、アニリン、トルイジン、ベンジルアミン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、クロロアニリン、ピリジン、ピコリン、Ｎ−メチルモルフォリン、エチルモルフォリン、ピラゾールがあげられる。また、ポリオール化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタジオール、１，６−ヘキサンジオール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。
【００２１】
このような分解剤をウレタン樹脂と混合して必要に応じて１００〜３００℃程度の範囲の温度に加熱することによりウレタン分解物が得られる。ウレタン樹脂と分解剤の混合比は、分解剤の種類、分解条件によっても異なるが、概してウレタン樹脂/分解剤＝8/1〜100/1が良い。ウレタン樹脂の分解装置は特に制限されるものではないが、例えば押出機のような加熱混錬圧縮が同時にできる装置を用いることが望ましい。このような装置を用いると、反応時間を制御できるので、得られるウレタン分解物の分子量をそろえることができるので、好ましい。バッチ式などの時間をかけて分解する装置では、先に分解が始まるものや後に分解が始まるものなど差ができてしまうので分子量分布が広くなる。このようなものでは、一部の低分子成分が軟化点を下げ、粉砕を困難にするため好ましくない。
【００２２】
この工程によって、樹脂混合物に含まれるウレタン樹脂が軟化点５０℃以上となる程度に分解を行う。ウレタン樹脂の軟化点をこの範囲に調整するには、原料となるウレタン樹脂材料組成、分解剤の種類及び添加量、加熱温度及び時間などの条件を上記範囲に制御することによって行うことができる。
【００２３】
本実施の形態において、分解されたウレタン樹脂分解物として、軟化点を５０℃以上としたのは、室温における粉砕が困難になり冷却などの工程が必要となるため経済的に劣る。また冷却した場合でも、熱可塑性樹脂の脆化温度に近づくため熱可塑性樹脂も一緒に粉砕される場合があり、分別が困難になるからである。
【００２４】
（第二工程：粉砕工程）
この工程は、前記工程において得られる分解混合物を風力や篩分けなどによる分別に適した粒度に粉砕する工程である。前記工程において、ウレタン樹脂のみを化学分解して軟化温度を低下させているため、この工程においてはウレタン樹脂のみが粉砕され、熱可塑性樹脂は粉砕されずに残る。この工程においては、ブレンダー、ボールミル、ヘンシェルミキサーなど衝撃で粉砕する装置を用いることができる。熱可塑性樹脂を粉砕できるカッター式の粉砕機は分別を困難にするため好ましくない。この工程において分解混合物中に含まれるウレタン樹脂分解物の粒径としては、熱可塑性樹脂の粒子径以下にすることが好ましく、概して０．０１〜１ｍｍの範囲が好ましい。粒径範囲を上記範囲以下とするためには、過大な作業工数が必要であるが、これに見合った効果の改善が見られず不経済である。また、平均粒径が上記範囲を超えると、粒子径の近い熱可塑性樹脂との風力選別に適さなくなるため、好ましくない。
【００２５】
（第三工程：分別工程）
この工程は、前記工程において得られる粒状混合物を風力や篩い分けなどの手段で分別する工程であるが、分別の方法は特に限定されるわけではない。
【００２６】
風力選別は、具体的には、分別装置の上方から粒状混合物を落下させ、側方から気流を吹き付け、重量差によって異なる材料を分別する方法を採用することができる。この方法によれば、重量が大きい材料は、粒状混合物の落下位置近くに集まり、一方重量の軽い材料は、風下側に集まるためこれを回収することによって分別が行われる。この方法においては、ウレタン分解物は、第一工程において処理されることによって、発泡ウレタン樹脂が風力で舞いやすい微粉末に粉砕されているため、粉砕されない熱可塑性樹脂などの粒子径の大きい材料から分離することが可能となる。
【００２７】
あるいは、熱可塑性樹脂は前記粉砕工程で粉砕しにくいため、比較的大粒径の粒子となる傾向があるが、分解したウレタン樹脂は、粉砕が比較的容易であるため小粒径の粒子となる。そこでこれらの混合物をサイズ分別（篩など）によって分別することも可能である。
【００２８】
上記第一乃至第三の工程によって、ポリウレタン樹脂と熱可塑性樹脂の混合物からそれぞれの樹脂を高い精度で分離回収し、それぞれを再利用することが可能となる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
以下、本実施の形態である樹脂材料の回収装置の一例を、装置の概略を示す図１を用いて本実施の形態を説明する。
図１において、１０が分解混合機であり、原料となるウレタン樹脂と熱可塑性樹脂の混合物及び分解剤を供給する原料ホッパー１２から投入された原料は、押出機１１内において、回転軸１４によって駆動されるスクリュー１３によってウレタン樹脂、分解剤、及び熱可塑性樹脂が混合され、必要に応じて加熱され、ウレタン樹脂が分解される。
押出機１０のノズル１５から押し出される樹脂分解物は、配管１６を通って、粉砕装置２０に供給される。この粉砕装置２０としては、ミキサーブレンダー、ストーンミル、ハンマーミルなど、公知の粉砕装置を採用することができる。
この粉砕装置に置いて粉砕された樹脂混合物は、次いで配管２１を通って、分別装置３０に供給される。分別装置３０は、例えば、中空の分別チャンバー３４の側面に送風機３１から気流配管３２及び気流配管支管３３を経由して分別チャンバー３４内に急流を吹き込めるようになっている。そして、分別装置３０の樹脂粉砕粒子の供給口３７の下方及びこれより風下側に複数の回収容器３５，３６を配置する。これによって樹脂粉砕粒子供給口３７から落下する粒状物が、送風機３１からの気流によって流され、気流の抵抗差による落下地点の位置に応じて配置された回収容器によって回収される。
【００３０】
［第２の実施の形態の変形例］
図２に第２の実施の形態の変形例の装置の概略を示す。
図２において、図１と同等の機構については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２の装置は、図１の装置の分解混合機構１０の前に、破砕装置４０及び分別装置５０を設けるものである。この装置は、例えば、廃棄物である家電製品をそのまま破砕装置４０によって破砕し、破砕粒を分別装置５０によって、破砕粒子に含まれる金属、セラミックスなどの無機物と、樹脂材料とを大まかに区分した後、この破砕された樹脂材料と分解剤を加えて、前記第２の実施の形態の分解混合機１０に供給するようにしたものである。この装置によれば、一貫した設備によって、廃棄物からウレタン樹脂材料を分別することができる。
この変形例の装置において、破砕装置４０としては、双ロール４１間に被処理物である廃棄物を供給し、双ロール４１間で破砕するような装置を用いることができる。
また、この変形例において、分別機構５０としては、磁性を利用した分別、比重を利用した分別などの複数の手段を採用することが好ましい。
【００３１】
以上の第２の実施の形態及び第２の実施の形態の変形例において、回収装置として、具体的な機構を示して図示したが、本発明はこれらに限定されることなく、同様の効果を期待できる他の機構を上記機構に置き換えてまたは上記機構に加えて採用することができることはもちろんである。
例えば、上記変形例においては、前段の分別機構５０として、風力を用いた分別機構の例を示したが、この風力を利用した分別機構の前に、磁性を利用した分別機構を配置し、分別機構５０に入る前の段階で、磁性材料を除去することが可能である。
また、破砕装置４０として、双ロールによる破砕装置の例を示したが、これに代えてハンマーミルのような衝撃によって破砕する機構を採用することができるし、双ロールミル機構に加えてハンマーミルのような機構を併用することもできる。あるいはこの双ロールに代えて、刃を備えたロール間に被処理物を通すシュレッダーを採用することもできる。
また、分別装置３０としては、振動篩などの粒子径の差を利用して分別する装置を使用することもできるし、風力選別と併用することもできる。
【００３２】
さらに、上記第２の実施の形態及びその変形例においては、分別機構を１個の装置で実現しているが、複数の分別装置を多段に組み合わせて用いることにより、さらに分離精度のよい装置を実現することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例に基づき詳細に検討する。
（実施例１）
廃冷蔵庫を粉砕し、磁力選別で金属を、風力選別で大きいＡＢＳ樹脂を除去したプラスチック混合物（ポリウレタン７０％，ＡＢＳ樹脂１５％，発泡ポリスチレン樹脂１５％）を準備した。ＡＢＳ樹脂このプラスチック混合物１０重量部に対し、ジエタノールアミン１重量部を加え２８０℃に加熱した一軸押出機に投入し、滞留時間５分で分解を行った。得られた分解物を冷却したところ、茶色のウレタン分解物と白いＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂の混合物が得られた。熱可塑性樹脂のおおよその粒子径は２ｍｍであった。ウレタン分解物の軟化温度を測定したところ５０℃であった。この混合物をメッシュ寸法０．５ｍｍの篩を有するハンマー式の粉砕機にかけ、粉砕を行った。ウレタン分解物は細かく粉砕されメッシュを通過し、熱可塑性樹脂は粉砕されずメッシュを通過しないため粉砕機内に留まり、ウレタン樹脂分解物と分別することができた。
【００３４】
（実施例２〜６）
ウレタン樹脂とジエタノールアミンの量を変えたこと以外は実施例１と同様にウレタン樹脂を分解し、その後粉砕して篩を通した。
【００３５】
（比較例１）
ウレタン樹脂/ジエタノールアミン＝８／１にしたこと以外は実施例１と同様に分別を行った。ウレタン分解物の軟化点は４７℃であった。粉砕機に入れたところ、粉砕時に発生する熱でウレタン分解物が軟化し粉砕できず、熱可塑性樹脂と分別できなかった。
実施例１〜６，比較例１を表１にまとめた。
【００３６】
【表１】
0004455526.tif 000002
【００３７】
（比較例２）
ウレタンを分解する前のプラスチック混合物を風力選別で分別しようとしたところ、いかなる風力値においてもそれぞれのプラスチックを完全に分別することはできなかった。
【００３８】
（比較例３）
ウレタンを分解する前のプラスチック混合物を実施例１で用いた粉砕機に投入し粉砕したところ、ウレタン樹脂の一部が篩を通過し得られたものの、大部分は粉砕機の中に滞留していた。このため、分別をすることはできなかった。
【００３９】
（実施例７）
分解装置を２００℃のフラスコにしたこと以外は実施例２と同様に分別を行った。分解に要した時間は８０分であり、分解物の軟化温度は58℃であった。ウレタン分解物だけが粉砕機の篩を通過し、熱可塑性樹脂と分別することができた。熱可塑性樹脂の表面を確認したところ、粉砕しきれないウレタン分解物が若干存在し、一部は熱可塑性樹脂表面に留まっていることがわかった。
【００４０】
（効果）
本発明によれば、ウレタン樹脂と熱可塑性樹脂を分別でき、それぞれのリサイクルを推進できるため、工業的な有用性は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態の回収装置の概略図
【図２】本実施の形態の他の回収装置の概略図
【符号の説明】
【００４２】
１０…分解混合機
１１…押田機
１２…原料ホッパー
１３…スクリュー
１４…回転軸
１５…ノズル
１６…配管
２０…粉砕装置
３０…分別装置
３１…送風機
３２…気流配管
３３…気流配管支管
３４…分別チャンバー
３５…回収容器
３６…回収容器
４０…破砕装置
４１…双ロール
５０…分別装置
【図１】
0004455526.tif 000003
【図２】
0004455526.tif 000004