(57)【要約】【課題】  不純物の混入による品質を損なわずに乳酸系生分解性プラスチック廃棄物から高度に精製された乳酸を再生させる。【解決手段】  加水分解処理と、超臨界抽出処理とを行う。加水分解処理は、約１４０℃の飽和水蒸気圧の下で、乳酸を原料とする生分解性プラスチックを含む被処理物を水とを反応させ、生分解性プラスチックを加水分解して乳酸水溶液を生成させる処理であり、超臨界抽出処理は、加水分解処理によって得られた乳酸水溶液を温度約６０℃、圧力約８ＭＰの二酸化炭素の超臨界環境下に保ち、乳酸水溶液を溶融した二酸化炭素の超臨界流体を取り出して常温にもどして二酸化炭素から分離された精製乳酸を生成させる処理である。【選択図】  図４
2007051202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解処理と、超臨界抽出処理とを有する乳酸系生分解性プラスチックの再生方法であって、
加水分解処理は、水分を加えて生分解性プラスチックを含む被処理物を加水分解する処理であり、
超臨界抽出処理は、超臨界二酸化炭素を用いて加水分解処理によって生成した乳酸水溶液から乳酸を抽出する処理であることを特徴とする乳酸系生分解性プラスチックの再生方法。
【請求項２】
加水分解処理は、被処理物の総量の約２０％の水分を加え、約１４０℃の飽和水蒸気圧の下で、乳酸を原料とする生分解性プラスチックを含む被処理物と水とを反応させ、生分解性プラスチックを加水分解して乳酸水溶液を生成させる処理であり、
超臨界抽出処理は、加水分解処理によって得られた乳酸水溶液を温度約６０℃、圧力約８ＭＰの二酸化炭素の超臨界環境に保ち、乳酸水溶液を溶融した二酸化炭素の超臨界流体を取り出し、常温にもどして二酸化炭素から分離された精製乳酸を生成させる処理であることを特徴とする請求項１に記載の乳酸系生分解性プラスチックの再生方法。
【請求項３】
乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物として投入量の総重量の２０％の水とともに処理チャンバー内に投入して密閉するステップと、処理チャンバー内を１４０℃に加熱するステップと、処理チャンバー内の圧力を、１４０℃の加熱温度での飽和水蒸気圧に保ち、被処理物の加水分解反応を進行させるステップと、被処理物の加熱終了後、処理チャンバー内の水蒸気を乳酸水溶液に凝結させるステップと、抽出された乳酸水溶液を回収するステップと、温度約６０℃、圧力約８ＭＰの二酸化炭素の超臨界環境を形成するステップと、超臨界環境内に乳酸水溶液を導入して二酸化炭素の超臨界流体に溶け込ませるステップと、二酸化炭素の超臨界流体を回収するステップと、回収した二酸化炭素の超臨界流体を、常温、常圧に戻し、二酸化炭素をガス化して放散し、精製乳酸を回収するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の乳酸系生分解性プラスチックの再生方法。
【請求項４】
純水と二酸化炭素との超臨界エマルジョンを形成させるステップをさらに有し、二酸化炭素の超臨界流体を回収するステップに代えて超臨界エマルジョンを回収することを特徴とする請求項３に記載の記載の乳酸系生分解性プラスチックの再生方法。
【請求項５】
超臨界抽出処理は、加水分解処理によって生成した乳酸水溶液を適宜取り出して行われるものであることを特徴とする請求項１又は３に記載の乳酸系生分解性プラスチックの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乳酸系生分解性プラスチックの再生方法、特に乳酸系生分解性プラスチックの廃棄物を生分解性プラスチックの原料に再生させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生分解性プラスチックとは、使用中は通常のプラスチックと同じ特性を持ちながら、使用後、微生物の働きによって水と二酸化炭素に分解されるプラスチックである。生分解性プラスチックはこれを大別すると、天然物系、微生物系、化学合成系、（石油由来）、化学合成系（天然物由来）などに分けられ、これまではＰＢＳ（ポリブチレンサクシネート）等の化学合成系（石油系）が主流であったが、最近では自然環境中で生分解するよりも植物等バイオマス由来点が強調されるようになり、とりわけ、トウモロコシを始め植物から製造されるＰＬＡ（ポリ乳酸）等の化学合成系（バイオマス由来）が注目されている。特に乳酸系生分解性プラスチックは、商品の包装容器、食器類、日用品、医療品、工業製品など多様な分野で使用されるようになった。
【０００３】
生分解機能が求められる用途は、自然環境中に放置されるもの、コンポスト化が可能な材料、環境負荷が低い材料などが好適と考えられている。分解性では、ＰＢＳが優れるといわれているものの、また、生分解性プラスチックが自然界で細菌によって分解されるとしても、分解されるまでには長い時間が必要であり、しかも生分解性プラスチックの多くは、光や空気が無い状態においては、自然界でも分解が進まない。
【０００４】
したがって、大量に廃棄されるプラスチックについては、生分解性といえども、自然環境中に放置することができず、埋め立てたとしても土中での生分解反応はきわめて緩慢のため、土に戻るまでの処分場を確保しなければならないという重大な問題に直面することになる。
【０００５】
生分解性廃棄物の処理方法に関しては、従来よりＥＭ菌の分解作用を利用する方法や加熱蒸気で減容化する方法などが試みられているが（特許文献１参照）、これらの方法は、主として生ごみを肥料化する方法である。さらに特許文献２には、生分解性廃棄物のリサイクル方法として生分解性廃棄物に加水分解処理と、乾燥処理とを行い、その処理物を資源として再生する方法が紹介され、さらにその応用展開技術として特許文献３には、処理物からは生分解性プラスチックの原料である乳酸を再生できることが記載されている。
【０００６】
特許文献３に記載された方法は、容器または袋に生分解性プラスチックを用いれば容器又は袋と食品残渣とを分別することなく一括処理でき、廃棄物が生分解性プラスチックのみで構成されたのみであるときには、その原料である低分子化合物を再生できることが示唆されたものである。したがって乳酸系の生分解性プラスチックの廃棄物から生分解性プラスチックの原料である乳酸を回収するには、処理に先立って生分解性プラスチックと、他の廃棄物とを予め分別しておかなければならない。
【特許文献１】特許公開２００２−１３６９４９号公報
【特許文献２】特許公開２０００−１７６４１９号公報
【特許文献３】特許公開２００５−１３１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、乳酸系生分解性プラスチックの廃棄物から生分解性プラスチックの原料である乳酸を回収するには、処理に先立って生分解性プラスチックと、他の廃棄物とを予め分別しておかなければならなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、生分解性プラスチックスと他の廃棄物とを予め分別することなく処理して生分解性プラスチックの原料である精製乳酸に容易に再生させる点を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の乳酸再生方法によれば、乳酸系生分解性プラスチックの廃棄物から高度に精製された乳酸を生成することができ、生成された乳酸を再び重合することで生分解性プラスチック製品として再生することができる。しかも、再生プラスチック製品の廃棄物に加水分解処理、超臨界抽出処理を繰り返しても生成された乳酸の品質が劣化することはなく、繰り返し再生利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
乳酸系生分解性プラスチック廃棄物から高度に精製された乳酸を再生させるという目的を、加水分解処理と、これに続く超臨界抽出処理を行うことによって、被処理物中の異物の影響を受けずに実現した。
【実施例１】
【００１１】
図１において、本発明は、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物（Ｍ１）として、加水分解処理（Ｍ２）と、超臨界抽出処理（Ｍ３）とを順に行うものである。処理の結果、精製乳酸（Ｍ４）が生成され、得られた精製乳酸を原料として生分解性プラスチック製品（M５）に再生され、その製品が使用済みとなって廃棄されると、その廃棄物を被処理物（Ｍ１）として再び生分解性プラスチック製品の原料に再生される。本発明は上記Ｍ１〜Ｍ５のサイクルを繰り返すシステムを構築するものである。
【００１２】
加水分解処理（Ｍ２）は、乳酸系生分解性プラスチックを含む被処理物を加水分解する処理である。処理に際しては、被処理物に総重量の約２０％の水分を加えて高温高圧の条件の下で、乳酸を原料とする生分解性プラスチックを含む被処理物と水（水蒸気）とを反応させると、生分解性プラスチックが加水分解されて乳酸水溶液になる。加水分解処理Ｍ２は、温度１４０℃の飽和水蒸気圧の条件の下で乳酸系生分解性プラスチックの加水分解反応を進行させることが必要である。
【００１３】
超臨界抽出処理（Ｍ３）は、超臨界二酸化炭素を用いて加水分解処理によって生成した乳酸水溶液から乳酸を抽出する処理である。加水分解処理によって得られた乳酸水溶液を二酸化炭素の超臨界環境下（６０℃、８ＭＰ）に保つと、乳酸水溶液は二酸化炭素の超臨界流体に溶融する。次に乳酸水溶液を溶融した二酸化炭素の超臨界流体を取り出して常温にもどすと、二酸化炭素は気体となって蒸散し、二酸化炭素から分離された精製乳酸が得られる。
【００１４】
以下に本発明による乳酸の再生方法の実施例を図によって説明する。図１において、本発明は、加水分解処理Ｍ２と、超臨界抽出処理Ｍ３とを組合せたものである。図２に加水分解処理を行うための装置を示す。図２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、その外壁には加熱ヒータ５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。
【００１５】
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を装備している。
【００１６】
冷却塔３は、抽出管２内の空気（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内に水蒸気中の加水分解成分である乳酸水溶液がためられ、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。
【００１７】
図３に超臨界抽出を行う装置の概要を示す。図３において、超臨界抽出を行う装置は、ピストン１２で圧縮室（以下セルという）１３と加圧室１４との２室に区画されたシリンダ１５のセル１３側に乳酸水溶液送入管１７と、純水送入管１８と、二酸化炭素の供給管１９と、超臨界流体送出管２０とを有するものである。ピストン１２は空気圧によって駆動され、ピストン１２で区画されたセル１３と加圧室１４の内圧は圧力計１６、２１で計測される。セル１３側のシリンダ１５の正面には覗き窓２２が設けられている。なお、ボンベ２３内の二酸化炭素はスクリューポンプ２４で二酸化炭素供給管１９に送り出されてシリンダ１５のセル１３内に供給される。
【００１８】
本発明は、上記装置を用い、生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物として加水分解処理と、超臨界抽出処理とを順に行うものである。上記装置を用いて乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物として乳酸系生分解性プラスチックの原料を再生させる要領を図４のフローチャートを用いて説明する。
【００１９】
（１）加水分解処理
図４において、まず、乳酸系生分解性プラスチックを含む廃棄物を被処理物として投入量の総重量の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）。
【００２０】
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、処理チャンバー１内を約１４０℃に加熱する（ステップＳ２）。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。
【００２１】
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。加水分解処理によって、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、乳酸水溶液の蒸気が生成し、その蒸気が処理チャンバー１を充満する。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水分解処理を完了する（ステップＳ３）。
【００２２】
被処理物の加水分解処理に要する時間は、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１４０℃で加熱したときには、１４０℃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。加熱終了後、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、乾燥冷却後の水蒸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。冷却塔３内に送り込まれた水蒸気の一部は、冷却され、凝結して乳酸水溶液として冷却塔３内に貯められる（ステップＳ４）。
【００２３】
処理チャンバー１内の水蒸気は、冷却処理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内で抽出された乳酸水溶液を容器Ｖ１内に回収すると共に処理チャンバー１内の固形生成物を排出口９から排出する。
（ステップＳ５）。
【００２４】
（２）超臨界抽出処理
次に乳酸水溶液の超臨界抽出処理を行うが、その処理に先立って、装置の圧縮室（セル）１３内に、超臨界二酸化炭素を導入し、セル１３内をピストン１２で圧縮して温度約６０℃、圧力約８ＭＰの超臨界環境をセル１３内に形成する（ステップＳ６）。この状態で容器Ｖ１内の乳酸水溶液をポンプでくみ上げて超臨界環境のセル１３内に導入し、乳酸水溶液を超臨界状態にある二酸化炭素流体に溶け込ませる（ステップＳ７）。必要であれば、ポンプを駆動して純水送入管１８を通して所定量の純水をセル１３内に圧入し、純水と二酸化炭素との超臨界エマルジョンを形成させる（ステップＳ８）。
【００２５】
一定時間後、バルブを開いてセル１３内の二酸化炭素の超臨界流体又はエマルジョンを超臨界流体送出管２０が外部に排出して容器Ｖ２内に回収する（ステップＳ９）。セル１３から取り出された超臨界エマルジョンは、常温、常圧に戻され、二酸化炭素は、ガス化して放散され、二酸化炭素の超臨界流体に含まれていた乳酸が容器内に回収される（ステップＳ１０）。
【００２６】
本発明において、加水分解処理と、超臨界抽出処理とは、必ずしも連続的に一連に行う必要はなく、加水分解処理によって生成した乳酸水溶液を適宜取り出して超臨界抽出処理を行えばよい。超臨界抽出処理によって生成した乳酸液は精製乳酸であり、回収された乳酸を重合させて生分解性プラスチックに加工できる。なお、被処理物中に、乳酸系生分解性プラスチック以外の不純物が含まれていても加水分解処理によって分解されるのは、生分解性物質だけであり、ポリエチレンなどのプラスチックはそのまま釜の中に残されて生分解性プラスチックから分離される。
【００２７】
なお、生分解性物質の分解処理の方法として、例えば３８０℃、２２Ｍｐａのような高温、高圧の超臨界水の雰囲気のもとで生分解性物質を熱分解する方法が知られている。本発明は１４０℃での飽和水蒸気圧のもとで加水分解処理するため、超臨界水による熱分解処理に比べて処理時間に長時間を要することになるが、生分解性物質は、１３０℃を越えると急激に分解が進むといわれている。本発明は、加水分解処理温度を約１４０℃に抑え、処理時間をかけて良質の精製乳酸を生成させるものである。
【００２８】
更に超臨界抽出処理において、乳酸水溶液中に、生ごみなどの生分解性物質、塩その他の不純物が含まれていても、温度約６０℃、圧力約８ＭＰの条件で二酸化炭素の超臨界流体に溶解するのは乳酸だけであるから、被処理物中に乳酸系生分解性プラスチック以外の例えば塩分などの不純物が含まれていれることが処理の妨げにはならず、最終的に二酸化炭素の超臨界流体をガスに戻せば、ガスは放散されて容器Ｖ２に精製乳酸が抽出されるのである。もっとも、被処理物中の乳酸系生分解性プラスチックの純度が高ければ高いほど処理効率は高く、不純物の混入量は少ないほど望ましいのは云うまでもない。
【００２９】
もし、ステップＳ１０で回収された精製乳酸に水分が含まれていたとしても、容器内に回収された乳酸水溶液を、そのまま２２０℃〜２４０℃に加熱し、飽和水蒸気圧（３０〜３３気圧）のもとで気化させ、その気体を冷却すると、凝縮温度の違いから乳酸と水とを分離して回収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、乳酸系生分解性プラスチックの廃棄物を比較的短時間で処理できるだけでなく、精製乳酸として回収でき、回収された精製乳酸をポリ乳酸に重合して再び生分解性プラスチック原料に再生することができ、このサイクルを何度繰り返しても再生乳酸に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】
【００３１】
【図１】本発明方法の概念を示す図である。
【図２】加水分解部の構成図である。
【図３】臨界抽出部の構成図である。
【図４】本発明方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  処理チャンバー
２  抽出管
３  冷却塔
４  循環ポンプ
５  加熱ヒータ
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  ドレイン
１２  ピストン
１３  セル
１４  加圧室
１５  シリンダ
１６，２１  圧力計
１７  乳酸水溶液送入管
１８  純水送入管
１９  二酸化炭素供給管
２０  超臨界流体送出管
２２  覗き窓
２３  ボンベ
２４  スクリューポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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