JP2015077541A - 塗膜除去方法と塗膜除去装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、機械的な剥離では完全に除去することが困難であり、特に凹部において塗膜が残存することが多く、意匠性を問われるような外観部品にリサイクルすることが困難であった。また、有機溶剤の使用は、安全面や環境面を考慮すると好ましくなく、特に、基体にアクリルブタジエンスチレン樹脂等の有機溶剤に耐性の低いプラスチックには使用できないという欠点があった。
そして、ポリプロピレン製のバンパー等では塗膜が付着したまま溶融混練して水蒸気やアミン系の分解剤によって塗膜を分解して樹脂に練り込む方法も提案されているが、塗膜に含まれる顔料や塗膜成分の分解物が残存するためやはり外観部品としては使用できなかった。そこで、簡便で安全な方法として、アルカリを用いた剥離液で塗膜を除去することが考えられている。
この特許文献1に開示された発明は、表面に多官能アクリル系硬化被膜を有する基体を、室温以上で基体が変形する温度よりも低い温度において、濃度が5%以上のアルカリ水溶液中に浸漬して、硬化被膜と基体とを分離するものである。
詳細には、50〜80℃の温度範囲に設定された5〜30%のアルカリ水溶液に多官能アクリル系硬化被膜が形成された基体を浸漬すると、基体には影響を全く与えることなく、多官能アクリル系硬化被膜を基体から除去することができる。アルカリ水溶液は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが挙げられており、多官能アクリル硬化被膜は、1分子中に2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を主体とするものである。また、基体には、室温以上のアルカリ水溶液に侵されない金属、ガラス及びセラミック等の無機物や、ポリメチルメタクリレートやポリプロピレン等の合成樹脂成形体等の有機物が選定されている。
この特許文献2に開示された発明は、表面に硬化被膜を有する基体を、110℃以上で基体が溶解する温度よりも低い温度において中性又は弱アルカリ性の水性剥離液に浸漬し、硬化被膜を基体表面から剥離及び除去するものである。
中性又は弱アルカリ性の水性剥離液は、NaHCO3、KHCO3、Na2B4O7、K2B4O7等のアルカリ性物質の1種又は2種以上を水に溶解することによって得るか、あるいは、ホウ酸等の酸性物質と前記のアルカリ性物質とを任意の割合で水に溶解して、pH値を6.5〜10の範囲に調整することによって得ることができる。このように調整した中性又は弱アルカリ性の水性剥離液に、表面に合成樹脂系塗料を用いて形成された硬化塗膜を有し、主にポリオレフィンを材料として形成される基体を浸漬して、110〜170℃の温度範囲において、30分〜1.5時間程度処理すると、基体の性能を低下させることなく、硬化塗膜を基体から剥離して分離することができる。なお、高温の場合は、加圧下で処理され、また、処理時に撹拌を行うと好適であることが示されている。
そして、この水性剥離液は、中性又は弱アルカリ性であるので、安全であるとともに使用済の水性剥離液を廃棄処理する場合には、廃水処理時のpH調整が不要であるので、コスト削減にも有用となる。また、水性剥離液には、必要に応じて界面活性剤、アンモニア、アミン類、有機溶媒等を処理促進剤として少量含有させることもできる。
上記構成の塗膜除去方法では、第1の工程においてアルカリ性剥離液が加熱手段及び撹拌手段を具備する耐圧の反応槽に収容され、第2の工程において表面に塗膜を有する基体が少なくとも一部は網目状に形成される容器に収容されて、この容器ごと反応層の内部に収容されてアルカリ剥離液に浸漬されるように作用する。このとき、容器は少なくとも一部は網目状に形成されているので、容器内の表面に塗膜を有する基体は網目から浸入するアルカリ性剥離液に接触するように作用する。また、第3の工程では、撹拌手段は反応槽内部のアルカリ性剥離液と表面に塗膜を有する基体を撹拌するように作用し、加熱手段は反応層内部のアルカリ性剥離液及び表面に塗膜を有する基体を120℃以上で基体の融点よりも20℃以上40℃以下高い温度まで加熱して、基体を構成する結晶構造を崩して熱変形させるとともに表面の塗膜の剥離反応を活性化させるように作用する。最後に、第4の工程では、アルカリ性剥離液によって塗膜が剥離し反応槽から取り出された基体を洗浄してアルカリ性剥離液を除去するように作用する。
上記構成の塗膜除去方法では、請求項1に記載の発明の作用に加えて、アルカリ性剥離液は濃度が5重量%以上の水酸化ナトリウム水溶液が備える強アルカリ性を発揮するように作用する。
上記構成の塗膜除去装置では、反応槽は内部に収容されるアルカリ性剥離液を加熱手段を用いて加熱するように作用し、また、高圧になっても耐性を備えるという作用を有する。そして、容器は、表面に合成樹脂等で形成される塗膜を有する基体を収容し、反応槽内部に設置されると形成される網目状によってアルカリ性剥離液を内部に浸透させて表面に塗膜を有する基体と接触させるように作用する。また、貯留槽は、反応槽内から回収されるアルカリ性剥離液を貯留したり、貯留したアルカリ性剥離液を反応槽へ送出したりするように作用する。そして、洗浄槽は、アルカリ性剥離液によって塗膜が剥離して反応槽から取り出された基体を洗浄するように作用する。
上記構成の塗膜除去装置では、請求項3に記載の発明の作用に加えて、貯留槽は加熱手段を備え、貯留槽内に貯留されるアルカリ性剥離液を加熱するように作用する。
上記構成の塗膜除去装置では、請求項3又は請求項4に記載の発明の作用に加えて、反応槽は撹拌手段を備えて、反応槽内に収容されるアルカリ性剥離液と、反応槽内に設置される容器内の表面に塗膜を有する基体を撹拌するように作用する。
上記構成の塗膜除去装置では、請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、アルカリ性剥離液は濃度が5重量%以上の水酸化ナトリウム水溶液が備える強アルカリ性を発揮するように作用する。
上記構成の塗膜除去装置では、請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、洗浄槽のスクリューコンベアは、洗浄槽内を掻き混ぜながら、洗浄された基体を洗浄槽から外部に搬出するように作用する。
さらに、撹拌装置を備えているので、撹拌によってアルカリ性剥離液と表面に塗膜を有する基体は掻き混ぜられて接触しやすくなり、剥離反応を促進させることができる。また、撹拌することによって基体の溶着が防止され、反応槽内の温度を均一にすることができる。
そして、塗膜が剥離した基体は洗浄されてアルカリ性剥離液を除去することができるので、リペレットとして再利用することができる。
そして、容器は、少なくとも一部が網目状に形成されているので、アルカリ性剥離液を内部に浸透させる一方で、表面に塗膜を有する基体や、基体から剥離した塗膜を容器の外部に移動させないので、基体や塗膜が反応槽内に散乱することがなく、反応槽内のアルカリ性剥離液を清浄に保持し、繰り返し使用することを可能にしている。
また、貯留槽は、反応槽内のアルカリ性剥離液を回収して貯留することができるので、反応槽内のアルカリ性剥離液を貯留槽に送出してから、反応槽内の容器を外部に取り出すことが可能となり、容器や容器内の塗膜及び基体に付着するアルカリ性剥離液の量を低減することができる。そして、新たに表面に塗膜を有する基体を容器に収容して反応槽に設置したのちに、貯留槽において貯留しておいたアルカリ性剥離液を反応槽へ送出することができるので、アルカリ性剥離液を外部に晒すことなく安全且つ確実に反応槽に注入することができる。
そして、洗浄槽では、基体を洗浄することができるので、基体は、付着したアルカリ性剥離液や塗膜の残渣等を洗浄することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る塗膜除去装置の概念図である。
図1において、本実施の形態に係る塗膜除去装置1は、主に、反応槽2と貯留槽3と洗浄槽4から構成される。
反応槽2は、容器5とアルカリ性剥離液9を内部に収容可能な本体6と蓋7を備えており、本体6にはバンドヒーター8が周設されて、本体6の内部を均一に加熱することができるようになっている。なお、本実施の形態では、加熱手段としてバンドヒーター8を用いているが、加熱手段は特に限定されるものでなく、本体6の内部を均一に加熱可能なものであればどのような加熱手段であってもよい。また、反応槽2は1.5MPa程度の耐圧構造であることが好ましく、バンドヒーター8によって加熱されたアルカリ性剥離液の蒸気圧が高くなった場合も耐性を備えているとよい。
そして、容器5は、反応槽2内で破線で表わされているが、反応槽2に着脱可能に設置されるものであり、少なくとも一部は網目状に形成されて、反応槽2に収容されるアルカリ性剥離液9が容器5の内部に浸透できるようになっている。そして、容器5は、試料10を収容可能であり、網目の大きさはこの試料10が容器5の外部に移動しない大きさに設計されている。
試料10は、表面に塗膜29を有する基体28で、例えば、自動車のバンパー部材の廃材を細かく裁断したものである。基体28は特に限定されないが、ポリプロピレン、アクリルブタジエンスチレン(以下、ABSという。)、アクリルニトリルスチレンアクリレート(以下、ASAという。)、ポリエチレン及びポリスチレン等のプラスチック材料である。また、塗膜29はエステル系、ウレタン系、エポキシ系及びユリア系等の合成樹脂系の塗料が硬化して得られる塗膜29である。なお、ポリプロピレンの融点は約160℃、ABSの融点は約120℃、ASAの融点も約120℃である。
また、アルカリ性剥離液9は、所定量のアルカリ性物質を水に溶解して得られるものであり、アルカリ性物質は特に限定されないが、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や炭酸塩が好ましく、反応性や価格を考慮すると、水酸化ナトリウムが好適である。そして、アルカリ性剥離液の濃度は5重量%以上であることが好ましい。なお、本願発明における基体を構成するポリプロピレンやABS、ASAは強アルカリの影響を受け難い材料であり、他のポリエチレンやポリスチレン等のプラスチック材料も同様である。
符号15a,15bは送液ポンプであり、送液管14内のアルカリ性剥離液9の図中に示される矢印方向への移動を可能にし、符号16a〜16gは仕切弁で、送液管14内でのアルカリ性剥離液9の移動経路を決定するものである。また、符号17は排液タンクであり、必要に応じてアルカリ性剥離液9を貯蔵するためのものである。
逆に、アルカリ性剥離液9を反応槽2から貯留槽3へ回収する場合には、仕切弁16d,16c,16fを開として、その他の仕切弁16を閉とする。そして、送液ポンプ15aは停止させ、送液ポンプ15bを駆動させて、送液管14c,14d,14eを経由して貯留槽3にアルカリ性剥離液9を移送する。あるいは、仕切弁16d,16bを開として、その他の仕切弁16を閉として送液ポンプ15aを駆動させて送液管14c,14b,14a,14fを経由して反応槽2から貯留槽3へ移送してもよい。
また、貯留槽3内でアルカリ性剥離液9を循環させる場合には、仕切弁16a,16bを開として、その他の弁を閉とし、送液ポンプ15aを駆動させて、送液管14a,14fを経由する。反応槽2内でのアルカリ性剥離液9も同様に、仕切弁16d,16c,16eを開とし、その他の弁を閉として、送液ポンプ15bを駆動させて、送液管14c,14d,14eを経由する。
反応槽2から排液タンク17へのアルカリ性剥離液9の廃液は、仕切弁16d,16gを開として、他の仕切弁16は閉として、自由落下で実施可能である。また、貯留槽3から排液タンク17への廃液は、仕切弁16a,16gを開として、他の仕切弁16は閉として、自由落下で実施可能である。
なお、これまでの説明では、一通りの移送の流れのみを説明したが、移送を組み合わせることももちろん可能であり、その際には、仕切弁16の開閉の状態も組み合わせられる。
また、反応槽2、貯留槽3、送液管14及び排液タンク17を形成する材料は特に限定されないが、アルカリ性剥離液9に耐性のある材料で形成されることが好ましい。もちろんライニングを備えて耐性を備えるようにしてもよい。また、反応槽2はアルカリ性剥離液9を高温で用いるため、耐圧性を備える必要があり、鋼製であることが好ましい。
ここでもう少し詳細にスクリューコンベア22の構造について説明する。
スクリューコンベア22には、前述のとおり上側の端部近傍に洗浄水供給装置23が設けられているが、この洗浄水は、第2の洗浄槽21に貯留された洗浄水20を用いるとよい。図示されないポンプで第2の洗浄槽21から洗浄水20を汲み、これを洗浄水供給装置23からスクリューコンベア22の内部に向けて散水するとよい。スクリューコンベア22は、その内部にインペラ27を備えたスクリュー26が収容されており、その周囲は円筒状あるいは下側に半円筒状の構造物で覆われている。従って、洗浄水供給装置23は、スクリューコンベア22の外周が円筒状の構造物で覆われている場合には、散水口を設けてそこから散水可能とする必要がある。半円筒状の場合には上側は開いているので散水口がなくとも散水可能である。さらに、スクリューコンベア22の外周の構造物の下側には、洗浄水供給装置23から散水された洗浄水20が排水可能なように排水口が設けられている。排水ノズル25はその排水口に接続されて、洗浄水20を排水する。
スクリューコンベア22はスクリュー26が回転しながら被搬送物(基体28)を移送するため、このような構造を備えたスクリューコンベア22、洗浄水供給装置23及び排水ノズル25によれば、洗浄水20の供給と、被搬送物の洗浄水20による洗浄と、被搬送物の移送と、洗浄水20の第2の洗浄槽21への回収を効率的に行うことが可能である。
本実施の形態においては、第1の洗浄槽19と第2の洗浄槽21の2槽を設けたが、例えば、被搬送物が収容される第1の洗浄槽19のみを設け、この第1の洗浄槽19に洗浄水20を貯留し、ここから図示しないポンプを用いて洗浄水20を汲み、洗浄水供給装置23を介してスクリューコンベア22の内部に向けて散水し、排水ノズル25を介して、第1の洗浄槽19に洗浄を終えた洗浄水20を回収してもよい。
なお、符号30は試料受台であり、スクリューコンベア22から搬出される基体28を受け取り、そのまま移送するものである。
図1において、表面に塗膜29を有する基体28の破砕片である試料10を容器5に収容し、反応槽2の本体6の内部に設置する。次に、アルカリ性剥離液9を反応槽2の本体6に注入して、バンドヒーター8で加熱する。この際の加熱温度は、120℃以上の温度で試料10の基体28の種類に応じて決定する。すなわち、基体28が溶融しない程度の温度であり、すなわちそれぞれの基体を構成する材料の融点未満であることが望ましく、具体的には基体28がABS、ASA、ポリエチレン及びポリスチレンの場合は約120℃、ポリプロピレンの場合は約160℃に設定するとよい。このような加熱によって後述の試料10における基体28と塗膜29の剥離反応を促進させることができる。
また、アルカリ性剥離液9は、濃度が5重量%以上になるように所定量のアルカリ性物質を水に溶解して調整することによって得ることができるが、濃度が5重量%以下であると、後述の試料10における基体28と塗膜29の剥離反応が進行しにくくなる。特に、濃度が10重量%から30重量%のアルカリ性剥離液9は剥離反応が迅速に進行し好適である。
反応槽2の本体6に注入されたアルカリ性剥離液9は、容器5の網目を通じて容器5の内部に浸透し、試料10に接触する。そして、アルカリ性剥離液9は、試料10の塗膜29に浸透して骨格の結合を切断し、塗膜29を膨潤させて基体28から剥離する。但し、反応槽2は撹拌装置を備えておらず、静的な状態で剥離反応が進行するので、試料10においては、塗膜29と基体28は剥離するが、基体28上にはまだ塗膜29が乗った状態で容器5内に収容されている。
そして、反応が終了すると、前述のとおり、アルカリ性剥離液9は送液管14c,14d,14eを通じて、貯留槽3に回収される。その際には先に述べたとおり、試料10の塗膜29は基体28から分離していないので、アルカリ性剥離液9を貯留槽3に回収する際に、塗膜29の欠片等が貯留槽3に混入し難く、アルカリ性剥離液9を清浄な状態で貯留槽3に貯留することができる。しかも、試料10は容器5内に収容されているため、たとえ塗膜29と基体28が剥離しかかっていても、容器5内に留めることができる。反応槽2からアルカリ性剥離液9を清浄な状態で貯留槽3に回収できることに対しての容器5の寄与は大きい。
貯留槽3では、回収されたアルカリ性剥離液9をパイプヒーター13を用いて加熱する。反応槽2から回収されるアルカリ性剥離液9は、反応槽2において加熱されていたので、反応終了後においても高温になっている。貯留槽3において引き続き加熱することによって、アルカリ性剥離液9の温度が下がらないように保持することができる。したがって、新たな試料10を用いて次の塗膜除去作業を行う場合、貯留槽3から高温のアルカリ性剥離液9を反応槽2に送入することができるので、反応槽2における加熱に要するエネルギーロスが低減されるとともに作業時間も短縮することができる。
なお、第1の水槽19においてスクリュー26の撹拌によって基体28と塗膜29に分離できなかった試料10は、スクリュー26にすくい上げられてインペラ27の中を移動する際に受ける振動や洗浄水供給装置23の洗浄水の水力によって分離させることができる。
また、スクリューコンベア22には排水ノズル25が設けられており、前述のとおり、この排水ノズル25は第2の水槽21に接続されて、主に、洗浄水供給装置23から散水される洗浄水が基体28に接触して洗浄した後排水ノズル25を通じて第2の水槽21に洗浄水20として溜められるようになっている。したがって、第2の水槽21に溜められる洗浄水20は、第1の水槽19の洗浄水18よりもさらに薄い濃度のアルカリ性を示す洗浄水であるので、廃液処理が容易となる。なお、第1の水槽19の洗浄水18及び第2の水槽21の洗浄水20において、試料10から分離した塗膜29を含んでいる場合はろ過等を行って固形物を分取するとよい。
そして、スクリューコンベア22の他の端部から搬出される塗膜29が剥離した基体28は、試料受台30に受け取られて必要に応じて脱水や乾燥等の後処理を施されたり、加熱溶融加工によるリペレット化されたりしてリペレットとなり、各種プラスチック製品の原料として再使用することができる。
図2は、本実施の形態に係る塗膜除去装置における反応槽の断面を示す概念図である。なお、図2において、図1に記載されたものと同一の部分については同一の符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図2において、反応槽2は、内部に撹拌装置31を備えている。この撹拌装置31は、蓋7の下方から容器5内に垂設される回転軸32と、この回転軸32の下端部に設置される2枚のインペラ33を有している。図示していないが、撹拌装置31は動力源を備えており、動力が供給されると、回転軸32が回転してインペラ33が容器5内を回転し、容器5内の試料10とアルカリ性剥離液9を撹拌する。この撹拌によって、試料10とアルカリ性剥離液9は接触しやすくなり、前述の試料10の塗膜29と基体28の剥離反応を促進させることができ、短時間で反応を終了させることが可能となる。また、撹拌によって試料10において基体28から剥離した塗膜29を分離することができる。塗膜29は基体28よりも小さく、また、撹拌による衝撃によって、細かく砕ける可能性があるので、容器5の網目の大きさを細かくして、塗膜29が容器から外部に移動しないようにすると、貯留槽に回収されるアルカリ性剥離液9に塗膜29の破片が混入することなく、アルカリ性剥離液9を清浄に保持することができる。また、反応槽2から貯留槽へアルカリ性剥離液9を送出する際に、フィルターを設けるようにして、塗膜29を分取するようにすることもできる。
なお、撹拌装置の形状は特に限定されるものでなく、反応槽2の内部を均一に撹拌することができればどのような形態であってもよい。また、撹拌装置31の回転軸32は、蓋7の上部に貫通してもよく、その際には蓋7の上部に動力源を設けることが可能であるが、反応槽2内の圧力に耐えるために、回転軸32の周囲にシール構造を備える必要がある。さらに、回転軸32は順方向のみならず反転可能にすることでより撹拌効果を発揮することが可能である。
図3は、本実施の形態に係る塗膜除去装置を用いた塗膜除去方法の工程を示す工程図である。なお、前述のとおり、塗膜除去装置は、主に、反応槽、貯留槽及び洗浄槽で構成されており、符号34で示される枠は反応槽で行われる工程であり、符号35で示される枠は貯留槽で行われる工程であり、符号36で示される枠は洗浄槽で行われる工程である。
図3において、塗膜除去装置を用いた塗膜除去方法では、まず、試料となる表面に塗膜を有する基体をステップS1において破砕する。表面に塗膜を有する基体には、ポリプロピレン、ABS、ASA、ポリエチレン及びポリスチレン等のプラスチック材料で形成される基体に合成樹脂系の塗料を用いて塗装をし、合成樹脂製の硬化塗膜を形成したものであり、例えば、自動車のバンパーの廃材が挙げられる。また、破砕する大きさは特に限定されないが、12mmφ程度が好ましく、特に、塗膜が除去された基体を加熱溶融加工を伴うリペレット化を行わずに後述する脱水や乾燥を行ってそのままリペレットとして用いる場合は5〜7mmφ程度が好適である。なお、試料は塗膜除去装置の反応槽及び容器に収容可能な大きさであればよく、必ずしも細かく破砕する必要はなく、破砕しない場合はステップS1は省略することができる。
そして、ステップS4では、反応槽にアルカリ性剥離液を注入する。注入するアルカリ性剥離液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び炭酸ナトリウム等の強塩基であるアルカリ性物質を濃度が5重量%以上となるように所定量を水に溶解して調整することによって得られる。このステップS4では、注入されるアルカリ性剥離液は容器の網目から容器内部に浸透して試料に接触する。アルカリ性剥離液は試料の塗膜表面及び端面から塗膜内部に浸透していき、低温であるので反応は遅いが、塗膜と基体を剥離するように作用していく。したがって、ステップS1において試料を細かく破砕すると、試料の端面が増大するので、アルカリ性剥離液が端面から浸透しやすくなり、剥離反応にも効果的となる。
次に、ステップS5では、反応槽を加熱する。加熱温度は、120℃以上の温度で、試料の基体であるプラスチック材料が溶融しない温度に設定する。従ってそれぞれの基体を構成する材料の融点未満であることが望ましく、ABS、ASA、ポリエチレン及びポリスチレンの場合は約120℃、ポリプロピレンの場合は約160℃が好ましい。加熱によって、アルカリ性剥離液及び試料の温度が上昇し、アルカリ性剥離液の反応性が高まって、塗膜に浸透して塗膜を徐々に膨潤させて基体から塗膜を剥離することができる。なお、ステップS5では、加熱に伴って反応槽内はアルカリ性剥離液の蒸気圧によって高圧となる。
但し、撹拌することの大きな効果としては、基体の融点以上にアルカリ性剥離液の温度が上昇した際でも基体同士の接触による溶着を防止することができることを発明者は新たに見出したので、このことについては実施例を含めて塗膜除去方法の発明の実施の形態として後述する。
剥離反応が終了すると、ステップS7において、反応槽内のアルカリ性剥離液を貯留槽に送出して、ステップS8において、反応槽から試料が収容された容器を取り出す。ステップS7では、アルカリ性剥離液を反応槽から貯留槽に送出しているので、反応槽内の容器及び試料に付着するアルカリ性剥離液を減らすことができる。さらに、ステップS8において十分に水切りを行った後に容器を反応槽から外部に取り出すと、容器及び試料に付着するアルカリ性剥離液の量を最小限に抑えることができるので、試料に付着したアルカリ性剥離液の洗浄処理が簡便となり、また、貯留槽に回収されるアルカリ性剥離液の量の減少を抑えることができる。
次に、ステップS10では、洗浄して塗膜と分離した基体を分取する。基体の分取方法は特に限定されず、ステップS9における洗浄槽内の基体を取り出せればよい。なお、ステップS9において設置する撹拌装置をスクリューコンベアにすると、洗浄槽内を撹拌しながら基体を分取することが可能となる。
一方、洗浄槽内の洗浄水は、洗浄槽内の塗膜等の固形物を取り除いた後に、ステップS12において酸性物質を投入して中和し、廃水する。前述したように、試料に付着するアルカリ性剥離液は少量であるので、洗浄槽内の洗浄水に含まれるアルカリ性物質も少量であり、投入する酸性物質も少量でよい。したがって、中和反応によって生成する塩も少なく、この廃液処理は、環境面においても安全面においても優れたものとなる。
そして、ステップS14では、貯留槽を加熱する。このステップS14では、貯留槽に設置された加熱手段を用いて内部のアルカリ性剥離液を加熱する。加熱温度は特に限定されないが、アルカリ性剥離液が沸騰しない100℃以下の温度がよい。
そして、ステップS15では、アルカリ性剥離液を反応槽に送出する。このステップS15では、ステップS14において加熱したアルカリ性剥離液を反応槽に送出するので、反応槽においては高温のアルカリ性剥離液を注入することができ、次の塗膜除去作業を行う場合に加熱工程における必要エネルギーが少なくなり、コスト面でも時間面にも有用なものとなる。
本実施の形態においては、ステップS4でアルカリ性剥離液を反応槽内に注入し、ステップS5ではじめて反応槽を加熱するように説明したが、貯留槽内に予めアルカリ性剥離液を貯留しておき、これを加熱してステップS15のように反応槽へ送出してもよい。その場合には予めアルカリ性剥離液は加熱された状態で反応槽内へ導入されるので、ステップS5の加熱に必要なエネルギーは少なくて済むことになる。
自動車メーカーが異なるポリプロピレン製のバンパー片の廃材を、15重量%の濃度の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、140℃から160℃の温度範囲の温度で、20分から60分の時間撹拌しないで処理した。処理後は流水で洗浄した。
目視によって塗膜の除去状態を判定した結果を表1に、処理前後のバンパー片を図4に示して後で説明する。
図4(a)は、処理前のH社のバンパー片の写真であり、(b)は150℃で60分間15重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で浸漬処理を施した後のH社のバンパー片の写真である。
図4(a)において、処理前のH社のバンパー片は白色の塗膜が表面を覆っているが、図4(b)において、処理後のH社のバンパー片では、白色の塗膜は完全に剥離しており、基体である黒色のポリプロピレンの表面になっていることがわかる。
このように本実施例においては、バンパー片を細かく破砕しない状態で、しかも撹拌も行わないで、水酸化ナトリウム水溶液中に所定の温度時間条件で浸漬することによって、塗膜は基体から剥離し、塗膜を完全に除去できることがわかった。また、剥離した塗膜はゲル状になっており、流水によって簡単に取り除くことができたので、作業性も良好なものであった。
図5に結果を示す。
図5において、水酸化ナトリウム水溶液が5重量%の濃度では、処理時間が10分の場合、多くの破砕片の塗膜は除去されているが、一部の破砕片では、ポリプロピレンの基体表面に塗膜が残存している。処理時間を120分にすると、塗膜はほとんど除去できているが、小粒状の塗膜片が全体的に残存している。
また、水酸化ナトリウム水溶液が10重量%の濃度では、処理時間が10分の場合、塗膜はほとんど除去できているが、塗膜の微粉が残存している。処理時間が30分では、処理時間が10分の場合に比べると、塗膜の微粉は減少しているが、少量はまだ残存している。処理時間が60分になると、ほとんど完全に塗膜が除去されている。
そして、水酸化ナトリウム水溶液が20重量%の濃度では、処理時間が10分間で、塗膜はほとんど完全に除去できている。
図6(a)は、ポリプロピレン製バンパーの廃材から得られたリペレットの写真であり、(b)はリペレットを用いて射出成形した試験片の写真である。
図6(a)において、ポリプロピレン製バンパーの廃材から得られたリペレットは、塗膜が完全に除去されており、また、加熱溶融加工を施しているので、整った形状に形成されている。そして、図6(b)において、リペレットを用いて射出成形した試験片では、表面に塗膜の異物は確認されず良好であった。さらに、図示していないが、このリペレットを用いてバンパーを成形したところ、良好な外観を有する成形品を得ることができた。
このように本実施例においては、破砕して細かくしたポリプロピレン製バンパーの廃材を水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌しながら155℃の温度で加熱処理することで塗膜を除去することができたが、特に、水酸化ナトリウム水溶液の濃度が高いほど、塗膜の除去を短時間で行うことが可能であることがわかった。さらに、塗膜を除去した基体から得られるリペレットは、十分に再利用可能であることがわかった。
図7(a)は、処理前のABS製品(二層塗膜)の破砕片の写真であり、(b)は120℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品(二層塗膜)の破砕片の写真である。
図7(a)において、処理前のABS製品の破砕片は、黒地のABS樹脂に白色の塗膜が形成されている。一方、図7(b)において、処理後のABS製品の破砕片では、黒色のABS樹脂のみとなっており、白色の塗膜は除去されていることがわかる。なお、120℃の温度で30分間の処理したABS製品の破砕片についても目視による観察を行ったが、この条件では、かなりの塗膜が基体から剥離しておらず残存していた。
図8(a)は、処理前のABS製品(三層塗膜)の破砕片の写真であり、(b)は120℃で120分間30重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品(三層塗膜)の破砕片の写真である。
図8(a)において、処理前のABS製品の破砕片には、黒地のABS樹脂に白色の塗膜が形成されている。また、図8(b)において、処理後のABS製品の破砕片では、白色の塗膜がかなり残存しており、三層に形成される塗膜の除去は困難であった。但し、後述するが、加熱温度を融点以上の150℃にすることによって、三層に形成される塗膜についても除去が可能となる。
図9(a)は、処理前のABS製品の破砕片の写真であり、(b)は125℃で120分間30重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品の破砕片の写真である。
図9(a)において、処理前のABS製品の破砕片は、灰色地のABS樹脂に銀色の塗膜が付着しているが、図9(b)において、処理後のABS製品の破砕片では、銀色の塗膜は除去されて灰色のABS樹脂のみとなっている。なお、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を20重量%として、125℃の温度で120分間の処理を行ったところ、図示していないが、塗膜の一部がABS樹脂表面に残存した。
なお、本実施例では水酸化ナトリウム水溶液の温度を125℃と設定しており、これは基体であるABS製品の融点を超えているものである。従って、基体の溶着を防止すべく撹拌装置を具備する反応槽が必須であり、撹拌によってABS製品の溶着を防止している。
図10は、本発明の実施の形態に係る塗膜除去方法の工程図である。
図10おいて、ステップS101はアルカリ性剥離液収容工程という第1の工程を示しており、この第1の工程では、まず、アルカリ性剥離液を加熱手段及び撹拌手段を具備した耐圧の反応層に収容する。アルカリ性剥離液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び炭酸ナトリウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や炭酸塩で強塩基であるアルカリ性物質を濃度が5重量%以上になるように所定量を水に溶解して得られるが、これらの強塩基の中でも特に安価で反応性が優れる水酸化ナトリウムが好適である。また、アルカリ性剥離液の濃度は、5重量%以上にする必要があり、5重量%以下であると、後述する基体と塗膜の剥離反応の進行が遅くなる。特に、アルカリ性剥離液の濃度が10重量%から30重量%の範囲内にあると剥離反応が迅速に進行するので好ましい。
なお、反応槽は加熱手段を具備して耐圧製であるが、加熱手段はステップS103の第3の工程において反応層内部のアルカリ性剥離液を加熱するために用いるものであり、このとき発生するアルカリ性剥離液の蒸気に耐えうるように耐圧構造が必要となる。また、反応槽の撹拌手段は、同じくステップS103の第3の工程において、反応槽内を撹拌するためのものである。
なお、表面に塗膜を有する基体を破砕して細かくしておくと、アルカリ性剥離液との接触面積が増大するので、剥離反応を促進させることができる。また、破砕する大きさは、12mmφ以下が好ましく、特に、塗膜が除去された基体を加熱溶融工程を伴うリペレット化を行わずに、そのままリペレットとして使用する場合は5〜7mmφ程度が好適である。
また、撹拌手段による撹拌は、反応槽内を掻き混ぜて槽内の温度を均一にし、また、表面に塗膜を有する基体とアルカリ性剥離液が全体的に接触するので、反応槽内で均一に剥離反応を進めるとともに促進させる効果がある。さらに、前述のとおり、基体の融点以上の加熱を行う場合には、基体間の長時間の接触を防止して基体の溶着を防止することができるという大きな効果を発揮し得る。
もちろん、基体の融点以上に加熱する場合には長時間アルカリ性剥離液に浸漬させてしまうと、基体の溶融につながるので塗膜が剥離した後にはなるべく早急に反応槽から取り出して洗浄する次のステップ104に移行することが望ましい。
ASAからなる平板の基体表面に黒色の塗膜が形成されたASA製品の塗装品を20重量%の水酸化ナトリウム水溶液に135℃で120分間、全体の温度を均一化するために200rpm程度でゆっくりと撹拌して浸漬した。処理前後のASA製品の塗装品の写真を図11に示す。
図11(a)は、処理前のASA製品の塗装品の写真であり、(b)は135℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で浸漬処理を施した後のASA製品の塗装品の写真である。
図11(a)において、処理前のASA製品の塗装品は、長方形の形状を有し、表面には黒色の塗膜が形成されている。そして、図11(b)において、135℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で浸漬処理を施すと、黒色の塗膜はごく一部が残存しているがほとんどの塗膜が剥離した。また、形状は大きく変化しており、ASA樹脂の融点以上の135℃での加熱によって、ASA製品は熱収縮等によって熱変形した。
図12(a)は、処理前のASA製品の破砕片の写真であり、(b)は135℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のASA製品の破砕片の写真であり、(c)は左右共に145℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のASA製品の破砕片の写真である。
図12(a)において、処理前のASA製品の破砕片では、灰色地のASA樹脂表面に黒色の塗膜が形成されている。
次に、図12(b)において、135℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中に撹拌を伴って浸漬すると、一部において塗膜が薄く残存するがほとんどの塗膜は剥離した。また、基体は、ASA樹脂の融点以上の加熱によって熱変形し、形状は丸みを帯びた球形状に変化した。なお、洗浄及び乾燥後の重量を測定したところ、196.48gであり、測定された最高圧力は0.26MPaであった。
そして、図12(c)において、145℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中に撹拌を伴って浸漬すると、塗膜はASA樹脂から完全に剥離できた。また、右側の写真では、処理後のABS製品の混合片を粗く配置し拡大して撮影しているが、融点以上の温度の加熱によって、熱変形し、形状は全体的に丸みを帯びたものとなった。なお、洗浄及び乾燥後の重量を測定したところ、195.1gであり、測定された最高圧力は0.30MPaであった。
図13(a)は、左右共に処理前のABS製品の混合片の写真であり、(b)は左右共に120℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品の混合片の写真であり、(c)は左右共に140℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品の混合片の写真であり、(d)は左右共に150℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で撹拌処理を施した後のABS製品の混合片の写真である。なお、図13において、左側の写真はABS製品の混合片が密に詰まった状態で撮影したものであり、右側の写真はABS製品の混合片を粗く配置して倍率を上げて撮影したものである。
図13(a)において、処理前のABS製品の混合片では、黒色地のABS樹脂の表面に黄色、水色、白色及びピンク色の塗膜が形成されており、破砕による鋭利な端面や角(かど)を備える形状になっている。
次に、図13(b)において、120℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬すると、ピンク色の塗膜は剥離しているが、黄色、水色及び白色の塗膜はABS樹脂の表面に残存しており、塗膜の種類によって剥離の進行が異なることがわかる。また、ABS製品の混合片の形状は図13(a)と変わらず、鋭利な端面及び角(かど)を有している。
また、図13(c)において、140℃で120分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬すると、ほとんど全ての塗膜はABS樹脂の表面から剥離することができた。そして、ABS製品の混合片の形状は、鋭利な端面や角(かど)から丸みを帯びた球形状に変化している。
さらに、図13(d)において、150℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬すると、図13(b)及び(c)に比べて短時間にもかかわらず、ほとんど全ての塗膜をABS樹脂の表面から剥離することができた。そして、ABS製品の混合片の形状は、図13(c)よりもさらに端面及び角(かど)が丸みを帯びた球形状になっている。
また、図14は、125℃で60分間20重量%の水酸化ナトリウム水溶液中で浸漬処理を施した後のABS製品の破砕片の写真である。
図14において、ABS製品の破砕片を融点以上の125℃で60分間、撹拌しないで20重量%の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬処理を施すと、図示するように塗膜が残存した状態で、破砕片同士が溶着し塊状になっている。
Claims (7)
- アルカリ性剥離液を加熱手段及び撹拌手段を具備する耐圧の反応槽に収容する第1の工程と、少なくとも一部は網目状に形成される容器に、表面に塗膜を有する基体を収容して前記反応槽内部に浸漬する第2の工程と、前記アルカリ性剥離液を前記撹拌手段で撹拌しながら120℃以上で前記基体の融点よりも20℃以上40℃以下高い温度まで前記加熱手段で加熱する第3の工程と、前記アルカリ性剥離液によって塗膜が剥離し前記反応槽から取り出された基体を洗浄する第4の工程と、を備えることを特徴とする塗膜除去方法。
- 前記アルカリ性剥離液は濃度が5重量%以上の水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする請求項1記載の塗膜除去方法。
- アルカリ性剥離液を収容可能で加熱手段を具備する耐圧の反応槽と、この反応槽内部に着脱可能に設置され表面に塗膜を有する基体を収容可能で前記アルカリ性剥離液が浸透可能に少なくとも一部は網目状に形成される少なくとも1個の容器と、前記反応槽に接続され前記アルカリ性剥離液を前記反応槽内との間で供給及び回収可能な貯留槽と、前記アルカリ性剥離液によって塗膜が剥離し前記反応槽から取り出された基体を洗浄する洗浄槽を備えることを特徴とする塗膜除去装置。
- 前記貯留槽は加熱手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の塗膜除去装置。
- 前記反応槽は撹拌手段を備えることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の塗膜除去装置。
- 前記アルカリ性剥離液は濃度が5重量%以上の水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
- 前記洗浄槽はスクリューコンベアを備え、洗浄された前記基体は前記洗浄槽から前記スクリューコンベアで搬出されることを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
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