(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液に、上記有機溶剤に不溶な吸水性材料を添加して上記溶液中の水分を予め１重量％以下とし、
次いで、上記溶液を、集塵体に通過させながら直流電圧を印加することにより電界処理して異物を除去し、
その後、清浄化された上記溶液を真空加熱脱揮して上記有機溶剤を除去し、再生スチロール樹脂としてリサイクルすることを特徴とするスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項２】
上記集塵体は、円筒状に積層したアルミニウム電極間に電気絶縁性シートを折り曲げて配して一体化した集塵体であり、これらアルミニウム電極間に直流電圧を印加することを特徴とする請求項１記載のスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項３】
上記有機溶剤は、芳香族系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、モノテルペン系有機溶媒から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載のスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項４】
上記有機溶剤は、ｄ−リモネンを９５体積％以上含むことを特徴とする請求項１記載のスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項５】
上記スチロール樹脂廃材が、発泡スチロール廃材であることを特徴とする請求項１記載のスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項６】
スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液を、上記有機溶剤に不溶な吸水性材料を充填したカラムに通すことにより上記溶液中の水分を予め１重量％以下とし、
次いで、上記溶液を、集塵体を通過させながら直流電圧を印加することにより電界処理して異物を除去し、
その後、清浄化された上記溶液を真空加熱脱揮して上記有機溶剤を除去し、再生スチロール樹脂としてリサイクルすることを特徴とするスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【請求項７】
上記吸水性材料が、吸水性樹脂または無機凝集剤であることを特徴とする請求項１又は６記載のスチロール樹脂廃材のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチロール樹脂廃材（発泡スチロール、スチロールキャビネット等）から高品質な再生スチロール樹脂をリサイクルする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチロール樹脂は、各種電気機器のキャビネット材料等として広く使用されており、さらには、その発泡体（発泡スチロール）も、各種梱包材料として多量に使用されている。
【０００３】
近年、環境保全や経済性等の観点から、これらの廃材を回収し、再利用することが検討されており、例えば発泡スチロールやスチロールキャビネット等を有機溶媒に溶解減容化して、その溶液をリサイクルプラントへ輸送し、真空加熱脱揮して有機溶剤を除去回収すると共に、再生スチロールとしてリサイクルするスチロールのリサイクルシステムが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記リサイクルシステムにおいては、発泡スチロールやスチロールキャビネットを溶解した溶液中に含まれる数百ミクロンサイズ以下の不溶解異物（水分、埃、魚油等の動物性油、カーボンブラック等の無機粉末、顔料、色素などの着色剤、その他不溶成分）が大きな問題となる。これらの不溶解異物は、再生スチロールの品質を大きく低下させる原因になるからである。
【０００５】
高分子材料を含む溶液中の異物除去方法としては、一般的に金属メッシュフィルター、ポリオレフィン、ポリエステル繊維系等のバックフィルター、濾布が使用されるが、これらのフィルターでは溶液中の固形異物はある程度除去できるが、水分、動物性オイルを含むスラッジ、カーボンブラック等の無機顔料等の異物は除去しきれないのが現状である。フィルター径を細かくすれば、スラッジ、着色材などの固形異物除去率は向上するが、溶液が高粘度の場合、濾過スピードの低下、フィルターの目詰まりがひどく、フィルターの交換頻度が多くなり実用的とは言えない。
【０００６】
一方、有機溶剤の化学的脱水剤として、五酸化燐、水酸化カリウム、濃硫酸、無水硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、酸化カルシウム、無水塩カルシウム、無水硫酸銅が知られている。この中でも、脱水効果が高く、取り扱いやすい脱水剤として、モレキュラーシーブ、無水硫酸カルシウム、無水塩化カルシウムが一般的によく使われている。これらの脱水剤は、有機溶剤の脱水効果は高いことが知られているが、スチロール等の樹脂を溶解した高粘度溶液中の脱水、スラッジ、着色材除去の効果については、やはり不十分である。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、スチロール樹脂廃材を溶解した溶液中に含まれる不溶解異物を効果的、且つ速やかに除去し得る処理方法を提供し、これにより、高品質な再生スチロールをリサイクルすることが可能なリサイクル方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液に、上記有機溶剤に不溶な吸水性材料を添加して上記溶液中の水分を予め１重量％以下とし、次いで、上記溶液を、集塵体に通過させながら直流電圧を印加することにより電界処理して異物を除去し、その後、清浄化された上記溶液を真空加熱脱揮して上記有機溶剤を除去し、再生スチロール樹脂としてリサイクルするようにしたものである。
なお、スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液の水分を予め１重量％以下とするため、上記溶液を上記有機溶剤に不溶な吸水性材料を充填したカラムに通すことによって行うようにしてもよい。
【０００９】
有機溶剤溶液中に存在する不溶解異物は、正又は負の帯電体、あるいは中性体であり、直流電圧を印加することで、これら正又は負の帯電体は電極に引き寄せられる。また、中性体は、誘電泳動により集塵体に捕捉される。
【００１０】
本発明では、上記静電分離により、スチロール廃材を溶解した高粘度溶液中の水分、スラッジ、着色材等の異物が効率的に除去され、高品質な再生スチロールをリサイクルすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したリサイクル方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、発泡スチロールやスチロールキャビネット等のスチロール（ポリスチレン）樹脂廃材を有機溶媒に溶解減容化して、溶液をリサイクルプラントへ輸送し、真空加熱脱揮して有機溶剤を除去回収すると共に、再生スチロールとしてリサイクルするスチロールのリサイクルシステムにおいて、溶液中に含まれる数百ミクロンサイズ以下の不溶解異物（水分、埃、魚油等の動物性油、カーボンブラック等の無機粉末、顔料、色素等の着色剤、その他不溶成分）を溶液から除去し、高品質な再生スチロールをリサイクルするというものである。
【００１３】
処理対象は、スチロール樹脂廃材全般であり、発泡スチロール包装材、発泡スチロール魚箱、各種スチロールキャビネット等、その形態や性状は問わない。
【００１４】
これらスチロール樹脂廃材を、先ず、有機溶剤により溶解するが、使用する有機溶剤としては、芳香族系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、モノテルペン系有機溶媒等が挙げられる。具体的には、リモネン、酢酸イソアミル、プロピオン酸ベンジル、酪酸エステル等を挙げることができ、なかでも、ｄ−リモネンはこの用途に好適な有機溶剤である。ｄ−リモネンは、柑橘類の皮から抽出される植物性油であり、食品添加物にも使用されており、安全性、発泡スチロールの溶解性が高く、本発明に用いられる溶剤としては最適である。
【００１５】
上記スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液は、用途により、水分や、埃、魚油等の動物性油、カーボンブラック等の無機粉末、顔料、色素等の着色剤、その他不溶成分等の不溶解異物を含んでいる。
【００１６】
そこで、本発明では、上記不溶解異物の除去方法として、直流電界効果（静電分離）による異物除去法を用いる。
【００１７】
先ず、この静電分離の原理を説明すると、有機溶剤溶液中に分散している不溶解異物の粒子は、正か負の帯電体と中性体に分類され、平行電極に直流の高電圧（数キロＶ／ｃｍ以上）を印加すると帯電体は電気泳動によって反対極性の電極に引き寄せられる。また、電極間にプリーツ状のコレクターを入れると、コレクターの先端に強い電界ができる。そうすると、中性体は誘電泳動で引き寄せられる。この現象を利用し、有機溶剤溶液中の不溶解異物の粒子を取り除く。
【００１８】
上記静電分離は、例えば円筒状に積層したアルミニウム電極間に電気絶縁性シートを折り曲げて配して一体化した集塵体を用い、この集塵体にスチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液を通しながら、アルミニウム電極に直流電圧を印加することにより行うことができる。
【００１９】
このとき、溶液の温度は、２０℃以上に加温することが好ましく、アルミニウム電極間に印加する初期直流電圧は、１ｋＶ／ｃｍ以上とすることが好ましい。
【００２０】
ただし、上記溶液中に不純物として水分が多量に含まれていると、直流電圧を印加したときに溶液中に電流が流れ、数キロＶ／ｃｍ以上の高電圧を印加することができずにスパークしてしまう。一般的に１０ｍＡ以上流れるとスパークが起こりやすくなる。
【００２１】
したがって、静電分離によりミクロンオーダーの異物を効率的に除去するためには、できるだけ溶液中の水分を除去してから静電分離の装置で処理することが必要である。
【００２２】
このような場合、上記溶液を予め吸水材料により処理し、溶液中の水分を１重量％以下にしておくことが好ましい。
【００２３】
例えば、スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した後、予め溶剤に不溶な吸水性材料を添加、或いは吸水性材料を充填した層を通し、溶液中の水分を１重量％以下に低減させ、その後溶液に直流電界を印加し、溶液中の不溶解物を静電効果により電極に引き付けて、不純物成分を分離除去した後、溶液を真空加熱脱揮して溶剤を除去回収すると共に、再生スチロールとしてリサイクルする。
【００２４】
上記吸水性材料としては、脱イオン水の吸収倍率として４００以上の架橋ポリアクリル酸塩系、或いはデンプン／アクリル酸塩グラフト共重合体架橋物粉末、あるいは繊維等が好適であり、これらを用いて溶液を４０℃以上に加熱処理し、水分やスラッジ等を除去する。
【００２５】
このとき、吸水性樹脂の添加量は、溶液に対して０．０１重量％以上、３重量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
吸水性材料としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、スルホン酸塩を９０重量％以上含む混合粉末を用いることもできる。
【００２７】
具体的には、、吸水材料として、酸化珪素として２０〜４０重量％、酸化アルミニウムとして１〜１０重量％、酸化カルシウムとして１０〜３０重量％、スルホン酸塩として１０〜４０重量％含む混合粉末を用い、これら４成分を９０重量％以上含む吸水性粉末を３０℃以上、好ましくは６０℃以上に加温した溶液に０．０１〜３重量％添加処理し、粉末を除去後、溶液を電解処理、真空加熱脱揮して溶剤を除去回収すると共に、再生スチロールとしてリサイクルする。
【００２８】
図１は、スチロール樹脂廃材のリサイクルシステムにおける処理フロー図である。
【００２９】
このリサイクルシステムにおいては、先ず、スチロール樹脂廃材を有機溶剤に溶解した溶液は、溶解コンテナ１から溶解液調整槽２に送り込まれ、均一な組成となる。
【００３０】
この均一になった溶液は、脱水装置３（省略することも可能。）及び静電分離装置４に送られ、水分の除去及び不溶解異物の除去が行われる。
【００３１】
脱水装置３及び静電分離装置４の構成は、基本的には図２に示すようなもので、前者は吸水材料が充填された金属メッシュ容器３１を備え、この中を上記溶液を通すことにより、水分が除去される。後者は、アルミニウム電極と紙製コレクタよりなる円筒状の集塵体４１がテフロン等からなる絶縁体電極４２により支持されてなるものであり、アルミニウム電極に直流電圧を印加することで、上記溶液は電界処理される。図３は、この集塵体４１の断面図であり、同心円状に複数層配されたアルミニウム電極４３の間に、紙製コレクタ４４が蛇腹状に折り曲げられて介在されている。
【００３２】
図４は、上記脱水装置と静電分離装置とからなる異物分離装置のより具体的な構成を示すものであり、この異物分離装置では、溶液がギアポンプ２１により送り込まれ、ヒーター２２によって加熱され、粘度が下げられる。脱水装置３及び静電分離装置４は、４基ずつ並列に設けられており、効率的な処理が可能である。また、脱水又は静電分離のいずれかを選択的に省略可能なように、バイパス２３が設けら、さらに脱水装置３の入り口側には、圧力計２４や圧力スイッチ２５が設けられている。
【００３３】
以上により清浄化された溶液は、図１の濾過器５に送り込まれて濾過され、分離機６にてポリスチレンと溶媒に分離される。この分離機６は、例えばボイラー７の熱媒体により約２４０℃に加熱される。
【００３４】
この分離されたポリスチレンは、ギアポンプ８の駆動により、冷却器９を通って冷却され、ペレタイザ１０によってペレットになり、再生ペレット１１となって成形工場に搬送され、各種成形品やポリスチレン容器として再利用される。
【００３５】
一方、上記分離機６で分離された溶媒の蒸気は、コンデンサ１２で液化され、再生リモネン用タンク１３に再生溶媒（再生リモネン）として回収される。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００３７】
実施例１
家電店から回収したＴＶ用発泡スチロール包装廃材をｄ−リモネンに溶解し濃度２０重量％の溶液を作製した。この溶解液中には、水分は０．１重量％以下であり、細かい埃等の異物は無いため、そのまま静電分離装置で処理を行った。溶解液を室温（２０℃）で、毎分３リットルの流量で静電分離槽（クリーンテック工業社製、ＥＤＣ−０３ＳＰ）（集塵体サイズ：直径は、２５ｃｍ、長さは４０ｃｍ、アルミ電極間距離：３ｃｍ、電解強度３．３ｋＶ／ｃｍ、コレクターは紙）を通過させ４時間循環させた。集塵体の構造は図３に示す通りである。
【００３８】
上記処理を行うことで、１μｍ以上の異物は、５ｍｇ／１０ｍｌから０．１ｍｇ／１０ｍｌへと低減でき、再生されたスチロールペレット中の異物は大幅に低減できた。
【００３９】
また、再生ペレットの光透過率は、７５％から９０％に向上した。従って、静電分離することで、再生スチロールの品質は大幅に向上する。溶液を６０℃に加温すると、３０分循環させるだけで同等な清浄効果が得られた。従って、加温することで異物除去効果を促進できる。加温できる温度は、高電圧で印加できる絶縁体電極材質に依存し、例えば塩化ビニル樹脂の場合、約６０℃以下、テフロンの場合、１２０℃以下にすることが連続運転上必要である。
【００４０】
実施例２
発泡スチロールからなる魚箱廃材をｄ−リモネンで溶解し、濃度３０重量％の溶液を作製した。溶解液中には、水分が１．６重量％、スラッジ分が３重量％含まれていた。この溶液をそのまま静電分離すると、通液後すぐに電流が１０ｍＡを越えて高電圧を印加することができない。従って、予めある程度水分や異物を除去してから静電分離処理が必要である。
【００４１】
溶解液を６０℃に加温し、吸水性樹脂（三洋化成社製、商品名：サンフレッシュ  ＳＴ−１００、吸水性能：樹脂１ｇ当たり脱イオン水を約１０００ｇ吸水可能）を０．０５〜１重量％添加し、１時間溶液を撹拌した。その結果、溶液は透明になり、スラッジは３重量％から０．２重量％へ低減できた。溶液中の水分は０．２重量％に低減できた。溶液中の水分量は、１重量％以下にして静電分離機に送ることで、溶液に初期電圧として３．３ｋＶ／ｃｍ印加でき、異物除去ができるが、集塵体の交換頻度を減らすためには、予め溶液中の水分量は０．５％以下にすることが好ましい。
【００４２】
吸水性樹脂とセルロース系吸収繊維を５０％づつブレンドし、これを直径１５ｃｍ、長さ５０ｃｍの円筒カラムに５００ｇ充填し、毎分１リットルの流量（対流時間８分）で６０℃加温した溶液を流し、１０回循環させた。溶液の水分量、スラッジ除去効果とも、吸水性樹脂を０．２重量％添加した場合と同等であった。
【００４３】
実施例３
静電分離効果により微細な異物が除去できるかどうかの検討をした。静電分離ユニットは、実施例１と同じである。上記前処理した溶液について、循環させながら、室温で、約２時間静電分離ユニット（電界強度：３．３ｋＶ／ｃｍ）を通過させた。通常の金属メッシュフィルターでは除去できない１ミクロンサイズ以上の顔料成分等の異物も、０．１ｍｇ／ｍｌ以下に低減できることがわかった（不純物量＜０．１重量％）。
【００４４】
実施例４
実施例２で清浄化された魚箱溶解液（３０％濃度）を真空加熱脱揮装置（商品名：ハイビスカスエバポレータ、三井造船社製）を有するリサイクル実験プラントで脱揮（加熱温度：２４５℃、真空：３０Ｔｏｒｒ）処理し、再生スチロールペレットを作製した。その結果、未処理に比べて、再生スチロールペレット中の黒色系異物は大幅に低減した（０．１重量％以下）。ペレットの光透過率（１０％リモネン溶液、測定セル厚１ｃｍ、波長５００ｎｍ）は８２％から８７％に向上した。更に、活性炭（ノリット社製、ＤＡＲＣＯ、或いはトーケミ社製、ＴＡ−３０等）を溶液に５重量％添加し、６０℃で１時間処理することで、着色成分は更に除去され、透過率は９０％以上に向上できた。
【００４５】
また、再生ペレットの耐熱性（ガラス転移温度Ｔｇ比較）は１００℃から１０５℃に向上し、スラッジ除去により高品質再生スチロールがリサイクルできることが確認された。
【００４６】
実施例５
スチロールを溶解する有機溶剤、例えばトルエン等の芳香族系、メチルエチルケルトン等のケルトン系、テトラヒドロフラン等のエーテル系、ピネン、ジペンテンなどのテルペン系溶剤、またはこれらの溶剤のブレンド系いずれも使用可能である。トルエン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ピネン溶解液に、吸水性樹脂（商品名ＳＴ−１００）を０．５重量％添加し、同様な実験を行った結果、実施例１とほぼ同様な脱水、スラッジ除去効果が確認され、実施例１の装置で静電処理を行うことでほぼ同様な異物除去効果が確認された。
【００４７】
実施例６
上記発泡スチロール廃材をｄ−リモネンに３０重量％溶解した。溶解液中には、水分が１．６重量％、スラッジ分が３重量％含まれていた。この溶液を６０℃に加温し、酸化カルシウムを８．５重量％と水和反応する無機酸化物（酸化珪素５７重量％、酸化アルミニウム１０重量％、硫酸カリウム１５重量％）含む無機凝集剤粉末（商品名：コルゲライト、三洋理化社製）を０．２〜５重量％添加し、１時間撹拌した後、３時間溶液を静置した。溶液中に分散していたスラッジは、無機凝集剤と共に沈降し、上澄み液は殆ど透明になり、２０μｍ以上のスラッジは除去できることが確認できた。分散している粒子体積は、未処理の場合で７．１ｘ１０6μｍ3から処理後７．５ｘ１０5μｍ3と約１／１０に低減できることが確認できた。また、上澄み液の水分量は、無機凝集剤粉末を２重量％添加することで、１／３以下に低減できた。従って、上記無機凝集剤をリモネン溶液中に添加することで、水分及びスラッジを効果的に低減できることが確認された。実施例１の装置で静電処理を行うことでほぼ同様な異物除去効果が確認された。
【００４８】
実施例７
特定の脱水剤と静電分離方法との組み合わせによる異物除去装置の概略は図４に示す通りであり、この図４に示す異物除去装置は、脱水部分（脱水容器数：４）と静電部分（静電分離容器数：４）に分かれており、約６００リットル／時間の処理が可能である。処理量によって、容器の数を調整する。
【００４９】
脱水部分は、金属メッシュを張った直径１５ｃｍ、長さ５０ｃｍの円筒状の容器に、吸水性樹脂（商品名ＳＴ−１００）とセルロース系吸水繊維を５０％づつブレンドしたものを５００ｇ充填した。
【００５０】
静電部分は、図３に示した集塵体（クリーンテック工業社製）を充填したステンレス製耐圧容器（容積：５０リットル）であり、電極材料はテフロンである。静電分離装置には、３．３ｋＶ／ｃｍの直流電解を印加し、ギアーポンプで毎分１０リットルの流量（対流時間２０分）で６０℃に加温した溶液を流した。
【００５１】
脱水部分を通過した溶液中の水分量は、１．６重量％から０．２重量％に低減され、スパークなく約６００リットル／時間の静電分離処理ができ、実施例２と同様な異物除去効果が確認できた。水分量を０．２重量％以下にすることで、スパークなく約５０００リットルの溶液を処理でき、異物分離装置の実用性が確認できた。
【００５２】
実施例８
ＴＶ等のキャビネットに用いられるカーボンブラック等で着色されたハイインパクトポリスチレンをｄ−リモネンに濃度２０重量％となるように溶解し、６０℃で加温しながら無機凝集剤を添加した。
【００５３】
上澄み液中に分散していた着色剤であるカーボンブラックは、無機凝集剤（商品名：コルゲライト）で処理することにより、約１時間で凝集沈降し、溶液上澄み部分の光透過率（１ｃｍセル、波長：５００ｎｍ）は１０％から６０％に向上した。この溶液を実施例１と同様に静電分離処理したところ、溶液中の微細な顔料はさらに除去され、溶液透過率は、６０％から８０％に向上した。従って、ＴＶキャビネット等の着色剤を含む溶解液の清浄化にも効果があることが確認できた。
【００５４】
比較例１
上記発泡スチロール廃材をｄ−リモネンに３０重量％溶解した。溶解液中には、水分が１．６重量％、スラッジ分が３重量％含まれていた。この溶液を６０℃に加温し、無水硫酸カルシウムを０．１〜１重量％溶液に添加、実施例４と同じ条件で処理し、上澄みの水分量を測定した。
【００５５】
加温したが、脱水効果、スラッジ除去効果は見られない。また、無水塩化カルシウム、モレキュラーシーブ（５Ａ、１３Ａ、和光純薬社製）を検討したが、共に効果は見られなかった。酸化カルシウム単体も検討したが、塩化性が強く溶液が褐色になり、また脱水、スラッジ除去効果は見られなかった。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、スチロール樹脂廃材を溶解した溶液中に含まれる不溶解異物を効果的、且つ速やかに除去することが可能であり、これにより、高品質な再生スチロールをリサイクルすることが可能である。
【００５７】
したがって、再生スチロール樹脂の付加価値、用途を拡大することができ、廃棄物低減、省資源、省エネルギー等、環境保全への効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリサイクルシステムにおける処理フローの一例を示す模式図である。
【図２】脱水装置及び静電分離装置の構成例を示す模式図である。
【図３】集塵体の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】脱水装置及び静電分離装置からなる異物分離装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
３  脱水装置、４  静電分離装置、４３  アルミニウム電極、４４  紙製コレクタ
【図１】
0003752845.tif 000002
【図２】
0003752845.tif 000003
【図３】
0003752845.tif 000004
【図４】
0003752845.tif 000005