(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンテレフタレート廃棄物がポリエチレンテレフタレート繊維屑とポリエチレンテレフタレートフィルム廃棄物との混合物であるものであって、該廃棄物を判別装置によって分析してポリエチレンテレフタレートとは異なるものと判定されたものについては該廃棄物を排除して次工程へ輸送せず、ポリエチレンテレフタレートと判定されたものについては該廃棄物を粉砕機に投入して該廃棄物をまず３０〜１５０ｍｍに粉砕した後、該粉砕物をさらに２〜５０ｍｍに粉砕し、該粉砕物を造粒機により径２〜２０ｍｍ、長さ２〜６０ｍｍの円筒状固形物に固形化して嵩密度を０．２〜１．０ｇ／ｃｍ3とした後に、該固形物を空気輸送により反応工程の反応機へと輸送する前処理工程と以下の（ａ）〜（ｆ）の反応工程とを組み合わせることによりポリエチレンテレフタレート廃棄物から高純度の有効成分を回収する方法。
（ａ）前記前処理工程で得られた粗製ポリエチレンテレフタレートを解重合触媒を含むエチレングリコール中に投入して１２０〜１９０℃の温度で解重合を行い、ビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート（ＢＨＥＴ）を得る解重合反応工程；
（ｂ）前記解重合反応工程の反応中又は反応後にポリエチレンテレフタレート以外のポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルの異プラスチック類を除去する異物除去工程；
（ｃ）前記解重合反応後に未溶解の成分を濾過選別する濾過選別工程；
（ｄ）前記濾過選別工程を経た粗製ＢＨＥＴと粗製エチレングリコール混合液に蒸留・蒸発操作を施してエチレングリコールを蒸留・蒸発させて濃縮ＢＨＥＴを得るＢＨＥＴ濃縮工程；
（ｅ）前記ＢＨＥＴ濃縮工程を経たＢＨＥＴとエチレングリコールの混合液中にエステル交換触媒とメタノールとを添加・投入してエステル交換を行うエステル交換反応工程；
（ｆ）前記エステル交換反応工程で得られた粗製テレフタル酸ジメチル、粗製メタノール及び粗製エチレングリコールの混合物から精製テレフタル酸ジメチル及び精製エチレングリコールとを分離回収する精製工程；
【請求項２】
前記判別装置に近赤外分析計を使用する請求項１記載の有効成分回収方法。
【請求項３】
造粒方法において、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移点以上、融点以下の温度範囲で操作し、ポリエチレンテレフタレートの一部を溶融させる造粒方法を用いる請求項１記載の有効成分回収方法。
【請求項４】
前処理工程において自動搬送装置を採用し省人化する請求項１記載の有効成分回収方法。
【請求項５】
前処理工程で得られた粗製ポリエチレンテレフタレート廃棄物に染料が含有されている場合、該廃棄物を１００〜１９０℃において溶剤中に投入し、染料を抽出する抜染工程を経て反応工程に進む請求項１記載の有効成分回収方法。
【請求項６】
前処理工程で得られた粗製ポリエチレンテレフタレート廃棄物にナイロンが含有されている場合、該廃棄物を１００〜１９０℃において溶剤中に投入してナイロンを溶解させて除去した後に反応工程に進む請求項１記載の有効成分回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエチレンテレフタレート廃棄物から有効成分を回収する方法に関し、さらに詳しくは、廃棄されたポリエチレンテレフタレートフィルム屑、ポリエチレンテレフタレート繊維屑の混合物に判別装置による判別、粉砕、造粒固形化等の前処理を施した後に化学的な処理を加え、有効成分としてのビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート、あるいはテレフタル酸成分とエチレングリコールとを簡便かつ効率的に回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレートはその優れた特性により繊維、フィルム、樹脂等として広く用いられているが、これらの製造工程において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状等のポリエステル屑の有効利用はコストの面からのみならず環境問題も含め大きな問題となっており、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成されている。
【０００３】
このうちマテリアルリサイクルではペットボトル等のポリエステル樹脂屑に関しては、自治体を中心に回収され積極的な再利用が実施されているが、フィルム屑、繊維屑に関しては該リサイクル方法を採ることが極めて困難でありその実施例は皆無である。
【０００４】
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点があり、省資源の面から好ましくない。
【０００５】
これに対してケミカルリサイクルではポリエステル廃棄物を原料モノマーに再生するため、再生に伴う品質の低下が少なくクローズドループのリサイクルとして適している。該ケミカルリサイクルにおいてはボトル等の樹脂屑を対象としたものが大部分である。ポリエステル繊維屑の再生利用法としては、例えば特開昭４８−６１４４７号公報にはポリエチレンテレフタレート屑を過剰のエチレングリコール（以下、ＥＧと略記することがある）により解重合した後、得られたビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート（以下、ＢＨＥＴと略記することがある）を直接重縮合して再生ポリエステルを得る方法等が提案されているが、この方法は解重合工程においてポリエステル屑とＥＧを解重合反応系に一括投入して解重合しているため、投入したポリエステル屑が反応機内部で固化し、攪拌ができなくなる。
【０００６】
そのため、解重合系が不均一となり解重合時間が長くなること、また使用するＥＧの量が多いため経済的に不利になるばかりでなく反応物にはジエチレングリコール等の不純物が副生し、その結果得られるポリエステルの物理的性質、特に軟化点を著しく低下させ、品位の低いポリエステルしか得られない等の欠点があった。このような従来の技術においてはポリエステル繊維屑とフィルム屑の混合物を効率的に処理する技術は完成されていない。
【０００７】
また、ポリエステル製造工程外の繊維屑、フィルム屑を回収対象とした場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、綿等のポリエステルとは異なる材質の混入が避けられない場合がある。さらに材質がポリエステルであっても染料を含むものについては解重合等の一連の反応中に分解して、回収モノマーに分散し品質を著しく悪化させる。これら不純物混入時の回収モノマーの品質にまで言及した例はこれまで皆無である。
【０００８】
【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、前処理工程において、後の反応工程でのハンドリング性を向上させ、反応工程では不純物を除去する設備を備えることで不純物を含むポリエチレンテレフタレート廃棄物から高純度の回収モノマーを得ることができる効率的かつ経済的な有効成分回収方法を確立することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討を行った結果、前処理工程においては、適当な判別装置により有効成分のポリエチレンテレフタレート以外の廃棄物を排除した後に、反応を効率よく進行させるために判別試験を通過した繊維屑を適当な大きさに粉砕、次いで造粒・固形化し、前処理工程の後に不純物が分解しない反応条件を備えた反応工程を組み込むことで、高純度の回収モノマーを効率よく得る有効成分の回収方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の目的は、
ポリエチレンテレフタレート廃棄物がポリエチレンテレフタレート繊維屑とポリエチレンテレフタレートフィルム廃棄物との混合物であるものであって、該廃棄物を判別装置によって分析してポリエチレンテレフタレートとは異なるものと判定されたものについては該廃棄物を排除して次工程へ輸送せず、ポリエチレンテレフタレートと判定されたものについては該廃棄物を粉砕機に投入して該廃棄物をまず３０〜１５０ｍｍに粉砕した後、該粉砕物をさらに２〜５０ｍｍに粉砕し、該粉砕物を造粒機により径２〜２０ｍｍ、長さ２〜６０ｍｍの円筒状固形物に固形化して嵩密度を０．２〜１．０ｇ／ｃｍ3とした後に、該固形物を空気輸送により反応工程の反応機へと輸送する前処理工程と以下の（ａ）〜（ｆ）の反応工程とを組み合わせることによりポリエチレンテレフタレート廃棄物から高純度の有効成分を回収する方法により達成される。
（ａ）前記前処理工程で得られた粗製ポリエチレンテレフタレートを解重合触媒を含むエチレングリコール中に投入して１２０〜１９０℃の温度で解重合を行い、ビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート（ＢＨＥＴ）を得る解重合反応工程；
（ｂ）前記解重合反応工程の反応中又は反応後にポリエチレンテレフタレート以外のポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルの異プラスチック類を除去する異物除去工程；
（ｃ）前記解重合反応後に未溶解の成分を濾過選別する濾過選別工程；
（ｄ）前記濾過選別工程を経た粗製ＢＨＥＴと粗製エチレングリコール混合液に蒸留・蒸発操作を施してエチレングリコールを蒸留・蒸発させて濃縮ＢＨＥＴを得るＢＨＥＴ濃縮工程；
（ｅ）前記ＢＨＥＴ濃縮工程を経たＢＨＥＴとエチレングリコールの混合液中にエステル交換触媒とメタノールとを添加・投入してエステル交換を行うエステル交換反応工程；
（ｆ）前記エステル交換反応工程で得られた粗製テレフタル酸ジメチル、粗製メタノール及び粗製エチレングリコールの混合物から精製テレフタル酸ジメチル及び精製エチレングリコールとを分離回収する精製工程；
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の有効成分回収方法においてはポリエチレンテレフタレートと異種の材質、例えばナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、綿等は有効成分と成り得ないため、これらが多量に混入した廃棄物は受け入れの段階で排除する。即ち、近赤外分光計等の判別装置により該廃棄物を分析し、これがポリエチレンテレフタレートと異なる吸収パターンを示す場合においては、次工程へ輸送せずその段階で排除する。次工程へと輸送するのは、この近赤外分析による検査を通過した廃棄物のみを対象とする。
【００１２】
近赤外分析による検査を通過した廃棄物は、前処理工程後の反応工程におけるハンドリング性の面、あるいは前処理工程後の空気輸送性の面から造粒・固形化することが望ましい。しかし連続した構造を有する糸屑、フィルム屑などを直接造粒機に投入することは極めて困難であり、まず該廃棄物を適当な大きさに粉砕することが必要である。該粉砕物の大きさは２〜５０ｍｍが好ましい。該粉砕径が大きいと、次の造粒工程において、固形化が不充分となる弊害が発生する。また粉砕の実施の形態としては、粉砕機を２段式とするのが粉砕処理能力を向上させる上で好ましい。即ち第１次粉砕機によって該ポリエチレンテレフタレート廃棄物を３０〜１５０ｍｍに粗粉砕し、次いで第２次粉砕機で２〜５０ｍｍに粉砕する。第１次粉砕機において直接２〜５０ｍｍに該粉砕物の大きさを規定した場合、粉砕機にかかる負荷が過剰なものとなり、かえって非効率的となる。
【００１３】
次いで該粉砕物を造粒機に投入して、該粉砕物を円筒状固形物に固形化する。径の大きさは好ましくは２〜２０ｍｍ、より好ましくは４〜６ｍｍである。長さは２〜６０ｍｍとすることが好ましい。造粒方法は大きさを規定した孔に該粉砕物を押し込み、その際に生じるポリエチレンテレフタレート表面の摩擦熱によって表面の一部を溶融してこれをバインダーとして固形化する方式であるが、径が大きいと摩擦熱が微小となる影響で固形化物の表面が充分に固化しない。このように固形化が不充分であると、その後の空気輸送工程において該固形物が配管との衝突で崩壊し、輸送先の貯槽においてブリッジを組みやすい構造となり、貯槽からの排出が極めて困難となる。
【００１４】
また、該造粒方法においてはポリエチレンテレフタレートのガラス転移点以上、融点以下の温度において操作することが必要である。即ち、造粒方法としては該廃棄物をポリエチレンテレフタレートの融点以上に加熱して完全に溶融させた後に冷却して固形化する方法もあるが、該造粒方法ではナイロン等の不純物が分解して回収モノマーの品質を悪化させてしまう。また、該造粒方法において固形物内部まで完全に固化してしまうと反応工程において溶剤と造粒固形物の接触効率の悪化に伴い反応速度が大きく低下するという弊害も発生する。そこで本発明では、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移点以上、融点以下の操作温度で該廃棄物表面の一部のみを溶融させて固形化する造粒方法を採用した。該造粒方法により不純物の分解、反応速度の低下を抑制しつつハンドリング性を向上させることが可能となった。
【００１５】
さらに造粒・固形化を施さない場合には該粉砕物の嵩密度は約０．１０ｇ／ｃｍ3であり、この場合後の反応工程で反応機に投入する際に非常に嵩張ると共に、溶媒のエチレングリコールを該粉砕物が吸湿して反応槽における攪拌が非常に困難となる。反応を円滑に進める上では造粒・固形化に伴い嵩比重が増大するが最終的な嵩密度は０．１０〜１．０ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．４０ｇ／ｃｍ3以上まで増大させて、ハンドリング性を向上させることが必要である。以上の観点から粉砕後の造粒・固形化は本発明において非常に重要な役割を占める。
【００１６】
造粒・固形化を行った後の該固形物は空気輸送により反応工程へと輸送される。また、一連の前処理工程は該ポリエチレンテレフタレート屑を粉砕機へと投入することも含めて省人化が図れ、自動で行うことが可能である。尚、本発明の方法では、ポリエチレンテレフタレート廃棄物として樹脂屑が混入していても何の支障も持たない。以下、反応工程の各工程について説明する。
【００１７】
工程（ａ）においては、前処理工程を通過したポリエチレンテレフタレート固形物を公知の解重合触媒、公知の触媒濃度で１２０〜１９０℃の温度下、過剰のエチレングリコール中で解重合反応させる。ここで、該エチレングリコールの温度が１２０℃未満であると、解重合時間が非常に長くなり効率的ではなくなる。一方、２００℃を越えると該廃棄物に含まれる油剤等の熱分解が顕著になり、分解して発生した窒素化合物等が回収モノマーに分散して後の精製工程では分離困難となる。該温度は好ましくは、１４０〜１９０℃である。既存のケミカルリサイクル技術では高温での操作を必要とするため、油剤の混入への対応が困難であった。
【００１８】
また、本発明において扱うポリエチレンテレフタレート廃棄物が染料によって着色されている場合、反応工程において該染料が分解して低分子量化し回収モノマー中に分散して品質を著しく低下させることがある。そこで、該着色廃棄物を扱う場合には工程（ａ）の前に染料を抜染する工程を組み込むことが効果的である。該工程では染料を含む造粒固形物を水、アルキレングリコール、ジメチルホルムアミド、パラキシレン、２−ヘプタノン等の溶剤中に投入し、場合によっては加圧しつつ１００〜１９０℃で加熱して染料を抽出する。抜染方法としてはバッチ式でも良いし、向流多段抽出法等の連続式抽出法を採用しても良い。染料抽出後の固形化物はアルキレングリコールにより洗浄した後に、染料を含まない廃棄物と同様に工程（ｂ）へと輸送する。
【００１９】
さらに受入れの段階で排除され得なかったナイロンが混入した場合には、反応工程においてナイロンが分解し、回収モノマー中にε−カプロラクタム等の窒素化合物として混入して分離が困難となる。そこでナイロンを含む固形化物はナイロンを溶解・除去する工程を工程（ａ）の前に組み込むことが効果的である。該工程ではアルキレングリコール等の溶剤中にナイロンを含む固形化物を投入し、１００〜１９０℃に加熱してナイロンを溶解・除去する。尚、この工程は前記の抜染工程において行っても良い。
【００２０】
工程（ｂ）では前処理工程の判別試験で排除することができなかったポリエチレン、ポリプロピレン等のポリエチレンテレフタレートとは異プラスチックを解重合反応層で浮遊分離する。該異プラスチックは解重合反応の溶媒であるエチレングリコールよりも比重が小さく、液面上に浮上してくるのでこれらを異プラスチックの共融混合浮遊物塊として層分離させた後、該共融混合浮遊物層を解重合から抜出し除去する。
【００２１】
工程（ｃ）では解重合反応後に、前処理工程の判別試験で排除することができなかった綿等の異材質を濾過選別する。工程（ｃ）で除去する異材質の対象はエチレングリコールよりも比重が大きく、工程（ｂ）の除去方法では分離できない成分である。工程（ｃ）を通過した時点でポリエチレンテレフタレートはビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート（以下、ＢＨＥＴと略記することがある）に転化し、反応液はＢＨＥＴとエチレングリコールの混合液となっている。
【００２２】
工程（ｄ）においては、工程（ｅ）のエステル交換反応を効率的に進行させるために工程（ｃ）を通過したＢＨＥＴとエチレングリコールの混合物から、エチレングリコールとポリエチレンテレフタレート廃棄物との重量比率が原料仕込比基準で０．５〜２．０倍になるまでエチレングリコールを留去する。この際に留去したエチレングリコールは再度工程（ａ）にリサイクルする。
【００２３】
工程（ｅ）においては工程（ｄ）でエチレングリコールを留去したＢＨＥＴとエチレングリコールの混合物を、公知のエステル交換触媒、公知の濃度の存在下でメタノールとエステル交換反応反応させ、遠心分離等の固液分離手段により固液分離する。
【００２４】
工程（ｆ）においては工程（ｅ）で得られた粗製テレフタル酸ジメチル、粗製エチレングリコールを蒸留等の精製方法により精製し、高純度の精製テレフタル酸ジメチル、精製エチレングリコールを得る。この際に反応工程をも通り抜けた不純物は塔底に捕捉されるため、回収モノマーには不純物は含まれず高純度のものが得られる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明の内容を更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。尚、近赤外分析計にはオプト技研社製の分光光度計（商品名；プラスキャン）を使用した。
【００２６】
［実施例１］
ポリエチレンテレフタレート製造工程から発生した染料を含まないポリエチレンテレフタレート繊維屑とポリエチレンテレフタレートフィルム屑の混合廃棄物１００ｋｇついて近赤外分析計により吸収スペクトルを測定したところポリエチレンテレフタレート樹脂と吸収パターンが一致した。該廃棄物全量を第１次粉砕機に投入し、粉砕機のスクリーン径を７５ｍｍに設定して１次粉砕を行い、次いで該粉砕物を第２次粉砕機に投入して粉砕機のスクリーン径を２０ｍｍに設定して２次粉砕を行った。その後、該粉砕物を径４ｍｍ、長さ４５ｍｍ、造粒機内部温度１７０℃の条件で運転する造粒機に投入し、固形化した後に空気輸送により反応工程へと輸送した。尚、反応工程へと輸送された該固形化物の嵩密度は０．４０ｇ／ｃｍ3であった。
【００２７】
反応工程では該固形化物１００ｋｇを予め１８５℃まで加熱しておいたエチレングリコール（以下、ＥＧと略記することがある）４００ｋｇ、炭酸ナトリウム３ｋｇの混合物に仕込み、常圧で４ｈ反応させた。
【００２８】
反応終了後、ＢＨＥＴとＥＧの混合液を蒸留塔に送液し、塔底温度１４０〜１５０℃、圧力１３．３ｋＰａの条件でＥＧを３００ｋｇ留去した。次いでＥＧを留去後のＢＨＥＴとＥＧの混合物２００ｋｇに炭酸ナトリウム３ｋｇ、メタノール２００ｋｇを添加して、常圧、７５〜８０℃で１ｈ反応させた。
【００２９】
反応終了後該反応液を４０℃まで冷却し、遠心分離により粗テレフタル酸ジメチルを主成分とするケークとメタノール、粗ＥＧを主成分とする濾液とに固液分離した。次いで粗テレフタル酸ジメチルを圧力６．７ｋＰａ、塔底温度１８０〜２００℃、粗ＥＧを圧力１３．３ｋＰａ、塔底温度１４０〜１５０℃の条件でそれぞれ蒸留により精製して、最終的にテレフタル酸ジメチル、エチレングリコールを収率８５％で得た。
【００３０】
回収したテレフタル酸ジメチルは外観、酸価、溶融比色、硫酸灰分の検査項目において市販品のものと遜色なく、また回収したエチレングリコールはジエチレングリコール濃度、水分、溶融比色の検査項目において市販品と遜色なく、いずれも高純度の回収モノマーが得られた。
【００３１】
［比較例１］
実施例１において、第１次粉砕機のスクリーン径を７５ｍｍに設定して１次粉砕を行い、２次粉砕を行わずに造粒機にかけたところ、固形化が不充分で、次工程の空気輸送後の貯槽においてブリッジを組んで排出されず、ラインが停止する異常が発生した。
【００３２】
【発明の効果】
不純物を含むポリエチレンテレフタレート廃棄物から有効成分を回収するに際し、前処理工程において、後の反応工程でのハンドリング性を向上させ、反応工程では不純物を除去する設備を備えることで、不純物を含むポリエチレンテレフタレート廃棄物から高純度の回収モノマーを得ることができる効率的かつ経済的な有効成分の回収方法を提供することが可能となる。