JP3124142B2 - 廃プラスチックの判別方法および廃プラスチックの除去方法 - Google Patents

廃プラスチックの判別方法および廃プラスチックの除去方法

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JP3124142B2 JP504293A JP504293A JP3124142B2 JP 3124142 B2 JP3124142 B2 JP 3124142B2 JP 504293 A JP504293 A JP 504293A JP 504293 A JP504293 A JP 504293A JP 3124142 B2 JP3124142 B2 JP 3124142B2
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は廃プラスチックの判別方
法に関し、産業廃棄物である廃プラスチックの分別に適
用されるセシング装置に用いられる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、廃プラスチックの分別に関して
は、液体サイクロンを用いてプラスチック類の比重差を
利用してプラスチック類を分離することが知られてい
る。
【0003】具体的には、ポリエチレン(比重0.9
3)とポリスチレン(比重1.05)が上部排出より比
重の軽いポリエチレンが濃度98.6%,下部排出より
比重の重いポリスチレンが濃度94.7%で得られてい
る。また、その他、同じ様に比重差の利用として、風力
選別や沈没選別が効率よく行なわれている。図2は、従
来の廃プラスチックの判別方法の一例を示す。
【0004】原料となる廃プラスチック1は、まず破砕
機2に供給される。破砕後の廃プラスチック1は貯蓄槽
3に送られ、一時溜められる。その後、廃プラスチック
1は貯蓄槽3の下部側に配置された定量供給装置4から
攪拌貯槽5に供給される。この攪拌貯槽5には一定量の
水6が供給され、一定の濃度に調整される。次に、この
プラスチックと水の混合物を、回転数を制御された渦巻
ポンプ7で定量的に液体サイクロン8へ供給し、サイク
ロン上部から低比重プラスチックが洗浄脱水機9へ排出
され、水とプラスチックを分離し、低比重プラスチック
は比重小貯10にて水は循環水槽11に溜められる。また、
液体サイクロン8の下部から高比重プラスチックと水と
ともに排出し、洗浄脱水機12にて、水とプラスチックを
分離し、高比重プラスチックは比重大貯13にて水は循環
水槽11に一時溜められる。製品として、比重大プラスチ
ックは比重大貯13より、また比重小プラスチックは比重
小貯10より取り出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、比重がほぼ同じであるポリエチレン(0.
93)とポリプロピレン(0.90〜0.91)につい
ては、分離できない。また、従来技術においては、比重
差のない(少ない)プラスチックを分別することは困難
であった。また、粉砕しないと、液体サイクロン内での
流動性が悪く、閉塞が起こり、分離できない。
【0006】本発明はこうした事情を鑑みてなされたも
ので、比重差の少ないプラスチックを分別できるとも
に、粉砕しなくてもプラスチックを分別できる廃プラス
チックの判別方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、プラスチ
ックの分子構造式に着目し、その官能基を近赤外光によ
り判別し、プラスチックの種類(材質)を判別しようと
した。即ち、本願発明は、
【0008】(1)水が付着している廃プラスチックに
投光器から波長0.6μm〜2.5μmの近赤外線を照
射し、受光素子で前記廃プラスチックからの光を受光
し、この受光素子に接続された判別手段で前記廃プラス
チック中の特定のプラスチックの分子構造式に基づく官
能基に起因した近赤外の吸収ピークと既知の複数のプラ
スチックについて予め求められた近赤外の吸収ピークと
を比較して廃プラスチックの種類を判別することを特徴
とする廃プラスチックの判別方法、
【0009】(2)水が付着している廃プラスチックを
炉で燃焼する時に、上記(1)記載の判別方法によりポ
リ塩化ビニルのCl基を波長0.6μm〜2.5μmの
近赤外の吸収で判定し、その後この判定に基づいて前記
廃プラスチックからポリ塩化ビニルのみを除去すること
を特徴とする廃プラスチックの除去方法
【0010】(3)水が付着している廃プラスチックを
炉で燃焼する時に、上記(1)記載の判別方法により窒
素を含むプラスチックの窒素化合物を波長0.6μm〜
2.5μmの近赤外の吸収により判定し、その後この判
定に基づいて廃プラスチックから窒素化合物のみを除去
することを特徴とする廃プラスチックの除去方法
【0011】(4)上記(1)記載の判別方法により水
が付着している廃プラスチックの種類を判別し、この判
別結果に基づいて前記廃プラスチック中の高カロリープ
ラスチックと低カロリープラスチックに判別することを
特徴とする廃プラスチックの判別方法、である。
【0012】
【作用】赤外光は波長2.5μmから16μmの光であ
り、今これに赤外線を照射した時、赤外線の振動周期と
ある原子の振動周期とが一致しない場合には、赤外線は
プラスチック類の分子に影響を与えないで、そのまま透
過するにすぎない。しかし、もし周期が一致する場合に
は、個々の原子あるいは原子団は夫々の周期に応じてそ
のエネルギーを吸収して振動は基底状態から励起状態に
変化するので、振動周期に想到する波長の所で赤外線ス
ペクトルの吸収となって現われてくる。
【0013】例えば、プラスチックとしてポリ塩化ビニ
ル(PVC)は分子構造式としては下記「化1」である
が、官能基として下記「化2」は塩素化炭化水素のC−
Clの伸縮振動で、モノクロロ化合物では725cm
-1(13.8μm)に吸収ピークが表われる。
【0014】
【化1】
【0015】
【化2】
【0016】従って、725cm-1(13.8μm)の光
をプラスチックに照射した時、その反射光からサンプル
の吸収が判定できることにより、サンプルはPVCであ
ることが確認できる。
【0017】また、ポリスチレン(PS)は分子構造式
としては、下記「化3」であるが、官能基として下記
「化4」は−置換基を有するベンゼン環の面外変角振動
が755cm-1(13.2μm)に吸収ピークが表われ
る。
【0018】
【化3】
【0019】
【化4】
【0020】更に、ポリプロピレン(PP)は、分子構
造式としては、下記「化5」であるが、官能基として下
記「化6」は炭化水素のCH3 の対称変角振動が138
0cm-1(7.2μm)に吸収ピークが表われる。
【0021】
【化5】
【0022】
【化6】
【0023】次に、近赤外域である0.6μmから2.
5μmに於いては、赤外域の基準振動の倍音及び結合音
として吸収ピークが表われるので、吸収される強度が減
少しかつ波長範囲が減少するので、プラスチックを洗浄
後、水分が付着していても、水の吸収に影響を受けるこ
となくプラスチックの化学構造の判別が光によって可能
となる。
【0024】即ち、精度としては、赤外線が簡単で優れ
ているので通常は赤外線を用いる。しかし、水が付着し
ていと、急激に精度が減少するため、洗浄後等プラスチ
ックに水分が付着している場合は、近赤外線を用いて水
の吸光度を弱めて精度を確保する。
【0025】
【実施例】以下、この発明の実施例を図を参照して説明
する。 (実施例1)本実施例は流動床燃焼炉での例を示す。
【0026】図中の符号21は収集車を示し、プラスチッ
クメーカー工場あるいはプラスチック1次加工工場から
の廃プラスチックが集められる。前記収集車21の近くに
は受入れ・供給コンベア22が配置され、前記収集車21か
らの廃プラスチックが投入される。前記コンベア22上の
廃プラスチックには、投光器23より特定の波長例えばポ
リ塩化ビニルなら13.8μmの光を照射し、その反射
光を受光素子24にて受ける。
【0027】前記受光素子24で光信号を電気信号に変換
された後、演算・制御部(CPU)25に電気信号が送ら
れる。前記演算・制御部25においては、廃プラスチック
の種類を、例えばポリ塩化ビニルであることを判定し、
その結果を前記CPU25に接続されたアクチュエータ26
に伝える。このアクチュエータ26は、前記受入れ・供給
コンベア22の一部にある選別コンベア27を移動させ、ポ
リ塩化ビニルは前記コンベア22の下方にあるホッパー28
に落ちて取り除かれる。
【0028】第1段では、ポリ塩化ビニルの塩素化炭化
水素C−Clの吸収が、図4に示す様に、725cm
-1(13.8μm)に表われた。図4の1470cm-1
び2800cm-1は、PVCのC−Cl結合以外の結合で
ある下記「化7」などの吸収が表われており、725cm
-1がC−Clの結合を表わすことが判明した。725cm
-1の波数の光をプラスチックに照射し、その反射光から
サンプルの吸収を判定し、PVCであることを確認した
後、取り除いた。
【0029】
【化7】
【0030】図1は、第1段ではPVCを取り除き、そ
の後コンプレッションフィーダ29に残りのプラスチック
を供給することを示すが、必要に応じてPVC以外のプ
ラスチック,例えばポリスチレンを第2段で、第3段で
ポリプロピレンを取り除く様に図示しないが別に第2・
第3の投光器、受光素子、演算・制御部、アクチュエー
タ、選別コンベア及びホッパーを夫々設けることができ
る。
【0031】具体的には、第2段では上記「化3」に示
すポリスチレンが−置換基を有するベンゼン環の面外変
角振動の振動数が図5に示すように、755cm-1(1
3.2μm)にその波長の光が吸収され、その吸収を判
定し、ポリスチレン(PS)であることを確認した後、
取り除くことができる。
【0032】図5における1470cm-1及び2800cm
-1は、前述の「化7」の結合を表わす吸収であり、その
他550cm-1,700cm-1,1490cm-1,1600cm
-1につき、ベンゼン環の吸収を調べた結果、755cm-1
で最も強い吸収が起こり、精度が高かった。
【0033】第3段では、ポリプロピレン(PP)は官
能基としてもっているCH3 の吸収が、図6に示す様に
1380cm-1(7.2μm)に表われた。図6で示され
るPPの赤外スペクトルのうち、上記に述べた様に14
70cm-1及び2800cm-1は上記「化7」の吸収であ
り、CH3 の吸収は1380cm-1の吸収が最も強く、精
度が最も高かった。1380cm-1の波数の光の吸収によ
り、PPの判定を行ない、前述の方法でPPを取り除く
ことができる。
【0034】更に、図1に図示されていないが、最後に
必要なプラスチックであることを確認した後、コンプレ
ッションフィーダ29に入れることができる。例えば、ポ
リエチレンだけが必要な場合、ポリエチレンの特徴であ
るポリメチレン鎖である下記「化8」を第3の投光器,
第3の受光素子で、その吸収が図7に示す様に640cm
-1(15.6μm)を判定する。それ以外のプラスチッ
クは、第3演算・制御部,第3アクチュエータ,第3選
別コンベアで取り除き、第3ホッパーに入れることがで
きる。
【0035】
【化8】
【0036】図7のPEの赤外スペクトルにおいて、1
470cm-1及び2800cm-1の吸収は前述の「化7」の
吸収であり、PE特有の吸収ピークでない。1280cm
-1,1730cm-1,1220cm-1等の吸収ピークが、P
E特有の吸収ピークかを判定したが、640cm-1がPE
を判別するのに最も精度が高かった。従って、640cm
-1の波数の光を用いて、その吸収を判定し、PEである
ことを確認した後、コンプレッションフィーダ29に入
れ、圧搾後シュレッダ30により衝撃破砕及びせん断破砕
を行なった。その後、破砕された廃プラスチックは、振
動コンベア31にて供給コンベア32より廃プラスチックの
中から分別されたPEは流動床炉33に供給され燃焼し
た。
【0037】前記流動床炉33では、本発明に係るセンシ
ング装置よりカロリー調整が可能である(例えば、PE
は11000Kcal/Kgと発熱量は高く、PVCは430
0Kcal/Kgと低い)。また、排ガス中の有害物、例えば
HCl,NOx ,ダイオキシン等を低減できた。例え
ば、PVCを除くことにより、HCl,ダイオキシンが
低減できた。窒素化合物のプラスチックを除くことによ
り、NOx が減少できた。前記流動床炉33では、ブロア
34により空気35を供給し、廃プラスチックを燃焼させ、
排ガス36を排出させた。 (実際例2)
【0038】図3を参照する。但し、(a) 1次・2次セ
ンシング分別とも本発明の方法で分別した。(b) 2次の
み本発明方法を適用、(c) 2次のみ本発明方法を適用
し、いずれも純度が上がった。
【0039】図3に示す様に、(a) としてプラスチック
メーカー工場、プラスチック1次加工工場、プラスチッ
ク2次加工工場において、格外品,副生物,清掃屑等を
収集し、再生工場に送る時に、1次センシング分別、さ
らに再生工場で再生機にかける前に2次センシングを実
施して再生プラスチックの純度が上がることを確認し
た。次に、(b) としてセンシング装置にてプラスチック
の種類を判定し、その種類により分別後、夫々の種類別
に夫々の再生工場に送る方法が1次センシング分別方法
を実施した結果、再生プラスチックとして図3の2次セ
シング分別を実施しなくても、純度が本発明のセンシン
グ分別を実施しない場合と比較して上がることを確認し
た。更に、(c)として再生工場において、図3の1次セ
ンシングを実施しないで送られてきた成形屑,清掃屑,
格外品などを再生機でする前に本発明方法により、2次
センシング・分別により、プラスチックの種類別に分別
することにより、再生プラスチックの純度が実施しない
場合と比較して確認した。
【0040】勿論、図3に示す,1次センシング、2次
センシングとも実施した場合、両者ともなく、あるいは
片方だけより純度は上がった。再生プラスチックにごみ
等の不純物が含まれてこない様に、格外品,副生物,清
掃屑等を収集した後、センシング・分別する前に洗浄す
る場合があった。
【0041】洗浄し、プラスチックに水が付着している
場合、水の吸収ピークは赤外域では大きく、又3200
cm-1〜3600cm-1(2.78μm〜3.13μm)、
1630cm-1〜1650cm-1(6.06μm〜6.13
μm)及び900cm-1〜650cm-1(11.1μm〜1
5.4μm)と広い波長域に渡ってあるため、プラスチ
ックの吸収が微弱となった。水の吸収がない場合、精度
としては、赤外域の方がプラスチックの種類に当して、
吸収ピークは鮮明に出て、精度が上がるので赤外を用い
る。水が付着した場合は、倍音及び結合音域である近赤
外線(0.6μm〜2.5μm)を用いると、水の吸収
は弱くかつ短い波長域で限定されているので、水がプラ
スチックについても妨害を受けなかった。
【0042】なお、単位「cm-1」と単位「μm」の変
換において、波数1cm-1が波長1cm(0.01m)
であるから、波数3200cm-1は1/3200cmで、
3.125×10-4cm=3.125μmとなる。 (実施例3)
【0043】PP,PE,PS,PVCの4種類のプラ
スチックに水が付着したサンプルにつき、近赤外スペク
トルを取った。その結果を、図8に示す。水の吸収は、
1450nm(1.45μm)及び1905nm(1.90
5μm)に表われた。4種類のプラスチックの吸収ピー
クは、夫々PSのベンゼン環が1677nm(1.677
μm),PEのCH2 −CH2 が1710nm(1.71
μm),PVCのCl基が1729nm(1.729μ
m),PPのCH3 は1829nm(1.829μm)に
吸収ピークが強く表われ、精度が高く表われた。
【0044】従って、水が付着したプラスチックについ
ても、近赤外線を用いてPS,PE,PVC,PPの分
別は可能であった。図8より、1704nmにPPの吸収
ピークが表われたが、PEの1710nmと近接してお
り、1829nmはPE,PVC,PPの吸収はないの
で、PPについては1829nmの方が精度が高かった。
【0045】PVCは1729nmと同じ大きさのピーク
が1863nmにあるが、1863nmについてはPE,P
S,PVC3種類の吸収ピークがあり、第三者の分離は
できていないので、1729nmが精度が高い。即ち、前
述の様に、種々の近赤外域におけるPS,PE,PV
C,PPのスペクトルのうち、各々1677nm,171
0nm,1729nm,1829nmが最も精度が高く判定で
きた。又、油の吸収ピークは1723nmに表われ、上記
波長と異なるため、油が付着していても上記4種類の分
別は可能であった。 (実施例4)炉で廃プラスチックを燃焼させる場合、次
の様な窒素分を含むものを分離除去して排ガス中のNO
x を低減する。例えば、ナイロンの化学構造式は、
【0046】−[−CO−[CH2 5 −NH−]n
であり、−CH2 −NH−の吸収が1410cm-1(7.
09μm)に表われた。従って、ナイロンを分別除去す
るには、1410cm-1の波長の光を当て、その反射光
(あるいは透過光)よりサンプルでの光の吸収を測定
し、ナイロンの判定を行なった。ポリウレタンの化学構
造式は、
【0047】[−O−R′−CO−NH−R″−NH−
CO−]n であり、−CO−NH−の吸収が3400cm
-1(2.94μm)に表われた。従って、ポリウレタン
を分別除去するには、3400cm-1の波長の光を当て、
その反射光(あるいは透過光)より、サンプルでの吸収
を測定し、ポリウレタンの判定を行なった。 PAN:1−(2−ピリジルアゾ)レゾルシンの化学構
造式は、下記「化9」であり、下記「化10」の吸収が
2270cm-1に表われた。
【0048】
【化9】
【0049】
【化10】
【0050】従って、PANを分別除去するには、22
70cm-1(4.405μm)の波長の光を当て、その反
射光(あるいは透過光)より、サンプルでの光を吸収を
測定し、PANの判定を行なった。
【0051】ABS:アクリルニトリル−ブタジエン−
スチレン共重合樹脂のアクリルニトリルの化学構造式は
CH2 =CHCNであり、−CH=CH−CNは223
0cm-1(4.484μm)の波長に吸収が表われた。次
に、その波長の光を当て、その反射光(あるいは透過
光)より、サンプルでの光の吸収を測定し、ABSの判
定を行なった。上記実施例による効果は、次に列挙する
通りである。
【0052】(1)流動床炉等の炉で、廃プラスチック
を燃焼する場合、排ガスの有害物を低減できる。例え
ば、PVCを分別除去することにより、HCl及びダイ
オキシンが排ガス及び灰より無くすことができた。
【0053】(2)同様に、炉で廃プラスチック燃焼
時、窒素分例えばABS(アクリルニトリル−ブタジエ
ン−スチレン共重合樹脂),ポリウレタン,ナイロン,
PAN(1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール)
を分別除去することにより、NOx の発生が抑えられ
た。
【0054】(3)炉で廃プラスチック燃焼時,炉のカ
ロリー調整ができる。例えば、PEは11000Kcal/
kgと、発熱量が高いため、高熱効率燃焼が可能となっ
た。 (4)廃プラスチックの再生工場の再生品の純度が向上
した。 (5)近赤外線を利用することにより、プラッスチック
に水(油)が付着していても、プラスチックの種類が判
別できた。 (6)廃プラスチックを破砕して小さくしなくても、そ
のままの形で分別があできた。 (7)比重差の少ないプラスチックについても、効率よ
く分別できた。
【0055】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、廃
プラスチックを燃焼する場合排ガスの有害物を低減で
き、炉で廃プラスチック燃焼時窒素分を分別除去するこ
とによりNOx の発生が抑えられ、炉で廃プラスチック
燃焼時炉のカロリー調整ができ、比重差の少ないプラス
チックについても効率よく分別できる、等種々の効果を
有する廃プラスチックの判別方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る廃プラスチックの判別
方法の説明図。
【図2】従来の廃プラスチックの判別方法の説明図。
【図3】本発明の実施例2に係る廃プラスチックの判別
方法の説明図。
【図4】ポリ塩化ビニルの赤外スペクトル図。
【図5】ポリスチレンの赤外スペクトル図。
【図6】ポリプロピレンの赤外スペクトル図。
【図7】ポリエチレンの赤外スペクトル図。
【図8】ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエチレンの近赤外スペクトル図。
【符号の説明】
21…収集車、 22…受入れ・供給コンベア、 23
…投光器、24…受光素子、 25…演算・制御部、
26…アクチュエータ、27…選別コンベア、28…
ホッパ、29…コンプレッションフィーダ、
30…シュレッダ、31…振動コンベア、32…供給コ
ンベア、 33…流動床炉、34…ブロア、
35…空気、 36…排ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B29K 79:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29B 17/00 - 17/02 B07C 5/34 - 5/342 G01N 21/25 - 21/39 G01N 33/44

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水が付着している廃プラスチックに投光
    器から波長0.6μm〜2.5μmの近赤外線を照射
    し、受光素子で前記廃プラスチックからの反射光または
    透過光を受光し、この受光素子に接続された判別手段で
    前記廃プラスチック中の特定のプラスチックの分子構造
    式に基づく官能基に起因した近赤外の吸収ピークと既知
    の複数のプラスチックについて予め求められた近赤外の
    吸収ピークとを比較して廃プラスチックの種類を判別す
    ることを特徴とする廃プラスチックの判別方法。
  2. 【請求項2】 水が付着している廃プラスチックを炉で
    燃焼する時に、請求項1記載の判別方法によりポリ塩化
    ビニルのCl基を波長0.6μm〜2.5μmの近赤外
    の吸収で判定し、その後この判定に基づいて前記廃プラ
    スチックからポリ塩化ビニルのみを除去することを特徴
    とする廃プラスチックの除去方法。
  3. 【請求項3】 水が付着している廃プラスチックを炉で
    燃焼する時に、請求項1記載の判別方法により窒素を含
    むプラスチックを波長0.6μm〜2.5μmの近赤外
    の吸収により判定し、その後この判定に基づいて廃プラ
    スチックから窒素を含むプラスチックのみを除去するこ
    とを特徴とする廃プラスチックの除去方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の判別方法により水が付着
    している廃プラスチックの種類を判別し、この判別結果
    に基づいて前記廃プラスチックを高カロリープラスチッ
    クと低カロリープラスチックに判別することを特徴とす
    る廃プラスチックの判別方法。
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