JP4517993B2 - 高分子化合物と薬剤の回収方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、高分子化合物をアルコール等の薬剤を用いて、変性反応、分解反応或いは架橋点や分子鎖を切断して高分子処理物を生成する際に、反応処理後の高分子化合物と薬剤とを、それぞれ分離回収するための高分子化合物と薬剤の回収方法及びその装置に関するものである。

近年になって、環境問題が重要視されるようになるにつれ、リサイクルの気運が高まってきている。ポリマーに関しても例外ではなく、これまでに多くのポリマーがマテリアルリサイクル、サーマルリサイクルなど様々な方法によるリサイクルが検討されている。

そのなかで、超臨界あるいは亜臨界流体等の高温高圧流体のポリマー類に対する特異な反応に関する研究が進み、たとえば、シラン架橋ポリエチレンのシラノール縮合による架橋点のみを、超臨界あるいは亜臨界流体中で選択的に切断して、熱可塑性ポリマーに復元させてリサイクルする方法が開発されている（特許文献１）。

この技術は、架橋ポリマーを油状物に分解してサーマルリサイクルする方法とは異なり、ポリマーとしてマテリアルリサイクルできる点が特長であり、各種成形物の原料として利用できることから資源の有効活用に有用な技術として注目されている。

このような技術を実用化するために、押出機の中で架橋ポリマーと超臨界あるいは亜臨界流体を混合して反応させ、再生材料を回収するまでを連続的に行う方法が検討されている。

この技術は、超臨界流体、亜臨界流体あるいは高温高圧にされたガス状態の薬剤と架橋ポリマーを反応容器又は反応用押出機内で反応させた後に、生成した再生材料と薬剤に分離するためにベント付押出機の利用が検討されている。

一般的な方法としては、ベント付押出機のベント部分から排出される薬剤を、真空ポンプ（オイルポンプ）による吸引力でトラッパーに送り、不純物を取り除いた後に、真空ポンプから外部へと排出する方法があげられる。

特開２００２−１８７９７６号公報

しかし上記の方法においては、真空ポンプのみで超臨界流体、亜臨界流体あるいは高温高圧にされたガス状態の薬剤を十分に回収することは困難であった。

そのため、薬剤として用いる物質が環境負荷の高い物質である場合、外部へそのまま排出することになり、環境配慮の面から問題となっていた。

そこで本発明の目的は、前記超臨界流体、亜臨界流体あるいは高温高圧にされたガス等の高温高圧流体と架橋ポリマーを反応させ、これをベント付押出機を用いて分離処理する際に、薬剤として使用したアルコール類やアルコール類の混合物、あるいは一般に環境負荷の高い物質を外部へそのまま排出させずに、回収してリサイクルすることができる高分子化合物と薬剤の回収方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、高分子化合物と、該高分子化合物と反応させる薬剤とを反応容器内で反応させ、高分子処理物を生成する方法において、前記反応容器からの高分子処理物を減圧してベント付押出機に導入し、その導入位置より押出側後方のベント付押出機に、前記反応容器の１倍以上の体積を有するベントボックスを接続し、そのベント付押出機で、導入された高分子処理物を押し出しながら、その高分子処理物からガス分として不純物を含む薬剤を分離して前記ベントボックスに導入し、そのベントボックスで分離された不純物を含む薬剤のガス分をトラッパーに導入し、そのトラッパー内を真空ポンプで吸引してガス分中に含まれる不純物を分離した後、真空ポンプで吸引したガスをコンデンサーを通して冷却して薬剤を回収するようにした高分子化合物と薬剤の回収方法である。

これにより、真空ポンプの吸引力によりベント付押出機より薬剤及び高分子化合物の混合物をトラッパーに導き該高分子化合物またはその他不純物を除去して薬剤のみを真空ポンプに吸引し、該薬剤をコンデンサーに凝縮貯蔵する高分子化合物と薬剤を回収することができる。

請求項２の発明は、真空ポンプに、ドライ真空ポンプを用いてトラッパー内のガスを吸引排気する請求項１記載の高分子化合物と薬剤の回収方法である。

これにより、従来一般的であったオイル真空ポンプではなくドライポンプを真空ポンプとして採用することにより、真空ポンプを通過した薬剤がオイルなど不純物と混合することなく、コンデンサーにそのまま凝縮貯蔵され、再利用することが可能となる。

請求項３の発明は、前記高分子化合物と前記薬剤を、反応用押出機で、超臨界または亜臨界状態で前記反応容器に供給する請求項１又は２記載の高分子化合物と薬剤の回収方法である。

請求項４の発明は、前記反応容器からの高分子処理物の導入位置より吐出側の前記ベント付押出機に、高分子処理物からガス分としての薬剤を除去するベントが設けられ、そのベントから排出されたガス分を前記トラッパーに送り、そのトラッパーで、前記ベントボックスから供給された不純物を含む薬剤のガスと共に、そのトラッパー内のガスを真空ポンプで吸引して、ガス中の不純物を分離し、不純物が分離された薬剤のガスをコンデンサーで冷却する請求項１〜３のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収方法である。

このようにベント付押出機にベントボックスの他に吐出側にベントを設けることで、ベント付押出機で押し出される高分子処理物から薬剤のガスを分離することが可能である。

請求項５の発明は、前記高分子化合物が、分子中にシロキサン結合を有するポリマーであり、前記薬剤がアルコール類またはアルコール類を含む混合物である請求項１〜４のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収方法である。

請求項６の発明は、高分子化合物と、該高分子化合物と反応させる薬剤とを反応容器内で反応させて高分子処理物を生成する装置において、
前記反応容器から減圧されて排出され高分子処理物を導入すると共に、その導入位置より後方に前記反応容器の１倍以上の体積を有するベントボックスを有し、導入された高分子処理物を押し出しながら、その高分子処理物からガス分として不純物を含む薬剤を前記ベントボックスに導入して分離するベント付押出機と、
そのベント付押出機のベントボックスで分離されたガス分を導入し、ガス中の不純物を分離するトラッパーと、
トラッパー内を吸引排気する真空ポンプと、
真空ポンプの排気側に接続されると共にその排気されたガスを冷却して薬剤を回収するコンデンサーと
を備えた高分子化合物と薬剤の回収装置である。

請求項７の発明は、真空ポンプが、ドライ真空ポンプである請求項６記載の高分子化合物と薬剤の回収装置である。

請求項８の発明は、前記高分子化合物と前記薬剤を混練して超臨界または亜臨界状態で押し出す反応用押出機と、その反応押出機から高分子化合物と薬剤を反応する反応容器とを備え、反応容器と前記ベント付押出機の間には、高分子処理物を減圧して供給する減圧手段を有する請求項６又は７記載の高分子化合物と薬剤の回収装置である。

請求項９の発明は、前記ベント付押出機の吐出側には、高分子処理物からガス分としての薬剤を除去するベントが設けられ、そのベントと前記トラッパー間に、ベントから排出されたガス分を前記トラッパーに送るラインが接続され、そのトラッパーに真空ポンプが接続され、真空ポンプの排気側にコンデンサーが接続される請求項６〜８のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収装置である。

バックベントボックスに、トラッパー、真空ポンプ、コンデンサーの順番に組み合わせることにより薬剤の吸引、不純物除去、凝縮回収を連続的かつ高精度に行うことができる。ただし、効率やコストの面などから、組み合わせの順番を変更したり、新たに装置を組み入れたりする可能性はある。

以上のように本発明は、ベント付押出機に設けられたバックベントボックスに、トラッパー、真空ポンプ、コンデンサーを組み合わせた装置を接続することによって、ベント付押出機に搬送されてきた高分子化合物と薬剤が分離された後に、薬剤はドライ真空ポンプの吸引力によりトラッパーヘと送られて不純物が除去された後に、オイルと混合されることなくコンデンサーヘと送られる。その後、薬剤はコンデンサーにより擬縮されて貯蔵される。

また、コンデンサーに貯蔵された薬剤は、高分子化合物、オイル等の不純物が除去されて回収されたものであり、直接又は用途に応じて精製された後、再利用することが可能である。

トラッパーとは、大気や真空中で蒸発またはガス化された全てのエアゾール（空気中に拡散している液体・オイル・粉塵）を捕捉するためのものであり、ここでは、ベント付押出機により高分子化合物と分離された後に、ベントやバックベントボックスより吸引された薬剤中に拡散している不純物を捕捉するものである。

ドライ真空ポンプとは、オイル真空ポンプや水封式真空ポンプと違いポンプ油や水を使用しない真空ポンプのことであり、廃油や排水が発生、混入しないためドライなガスを得ることができる。前記トラッパーとドライ真空ポンプを組み合わせることにより、油、水が混入しないかつポンプ内部のダスト滞留を防止した排気を行うことができる。

コンデンサーとは普通、高温・高圧の冷媒ガスを冷却し液化させる装置を指す。ここでは、ドライ真空ポンプの下流に接続することにより、ドライ真空ポンプより排気される不純物が除去された薬剤を液化して、貯蔵する目的で使用される。コンデンサー内に貯蔵された薬剤は不純物が少ないため再利用することができる。

本発明でいう高分子化合物とは、架橋ポリマー、プラスチックやゴム等の熱硬化性樹脂の合成高分子に加えて、リグニン、セルロース、タンパク質等の天然高分子、更には合成高分子と天然高分子との混合物を含んでいる。また、シュレッダーダストのように高分子化合物を主として、これに他の材料が混合したものでもよい。

特に、高分子化合物として、架橋ポリマー、薬剤としてアルコール類を含む混合物を用いた場合に、このような装置構成が有効に機能する。また、このような装置構成は、薬剤による反応を容易にするために、超臨界状態のような高圧とする場合において、圧力変動を抑える上で極めて有効である。

本発明によれば、架橋ポリマーなどの高分子化合物を薬剤にて、超臨界流体、亜臨界流体あるいは高温高圧にされたガス等の高温高圧流体として反応させてリサイクル処理する際に、薬剤として使用したアルコール類やアルコール類の混合物、あるいは一般に環境負荷の高い物質を外部へそのまま排出させずに、回収してリサイクルすることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明における架橋ポリエチレンのリサイクル処理装置の一例を示すフロー図である。

図１において、ペレット状又はナゲット状に粉砕された架橋ポリエチレンは、ホッパ１３を介して反応用押出機１に投入される。一方、反応に要する薬剤としてのエタノールは、薬剤タンク１８から薬剤タンクバルブ１７を通り、薬剤注入ポンプ１５で加圧されると共に、薬剤加熱ヒータ１４によって加熱されて反応用押出機１に注入される。その注入位置は、架橋ポリエチレンが反応用押出機１内で十分に高密度化された位置よりも下流であることが好ましく、それにより薬剤の気化による上流側への漏れが防止できる。

反応用押出機１は、高温高圧の薬剤が逆流しないように、また混練が充分行なわれるように２本のスクリュー１ａを有する二軸押出機を用いた。薬剤注入ポンプ１５ではエタノールを反応用押出機１の内部の圧力以上に加圧することが必要であり、また、薬剤加熱ヒータ１４により、反応用押出機１で昇温した架橋ポリエチレンの温度が下がらない程度に昇温することが望ましい。反応用押出機１内では、投入した架橋ポリエチレンと注入した薬剤であるエタノールがスクリュー１ａにより混合攪拌される。この際、少なくとも反応用押出機１の一部分において、薬剤であるエタノールが超臨界状態となる温度、圧力条件になるようにすると、架橋ポリエチレンとエタノールとの架橋切断反応が充分に進み、良好な高分子処理物が得られる。ここでは、反応時間を十分確保するために、容積５０Ｌの流通式反応容器１００を押出機１に接続した。

反応用押出機１および流通式反応容器１００で可塑化された架橋ポリエチレンの高分子処理物及び薬剤であるエタノールの混合物は、減圧手段としての減圧バルブ１１（或いはディスチャージ弁）で減圧され、さらに段階的に圧力を下げるために複数の穴の空いた抵抗体としてブレーカプレート３１を取り付けて樹脂の減圧を段階的に行う。

さらに後段の排出ライン２３が、ベント付押出機２に接続され、ベント付押出機２に導入された粘稠な液体の高分子処理物はスクリュー２ａによってベント付押出機２の吐出方向へ押出すと共に、気体は圧力の低いバックベントのベントボックス８へと流れることにより、高分子処理物とエタノールが分離される。

ベントボックス８は電熱ヒータによるベントボックスヒータ１０によって熱せられ、高分子処理物が流動性を示す温度に保たれる。

またベントボックスヒータ１０の代わりに、図には示していないがベントボックス８の高分子処理物貯蔵部の外周部に設けられた熱媒体が循環するジャケットと、熱媒体をジャケットに供給する熱媒体循環装置でベントボックス８を加熱するようにしてもよい。

ベントボックス８は、反応容器１００の体積の２倍、１００Ｌとした。このように流通式反応容器１００の体積よりもベントボックス８を大きくすることにより、樹脂とエタノールガスの吐出が断続的になった場合もベントボックス８内部の圧力を流通式反応容器１００の圧力の１／２以下に下げることができる。このベントボックス８には、ベントボックス８内の圧力が異常に上昇したときに、その圧を開放する安全弁２１が接続されている。

ベントボックス８内部は常圧よりやや高くかつ反応容器１００よりは低い圧力に維持されており、これによって、高分子処理物が容易にベントボックス８外にライン２４を介して排出される。ベントボックス８では軽いエタノールガスは槽の上方から分離され、槽の下には溶融状態の高分子処理物が溜まっており、槽の下部に設けられた穴から自重でベント付押出機２に送られ、スクリュー２ａによって先端部のダイ３側に押し出される。

ベント付押出機２は一軸、二軸いずれのタイプの押出機も使用可能である。ここでは、ダイ３により、糸状のストランド５として成形され、冷却器４によってほぼ常温に冷却固化される。ストランド５はストランドカッタ６によってペレット７となる。

ベント付押出機２の吐出側には、樹脂からエタノールを完全に除去するためにベント９が設けられ、そのベント９から排出されるエタノール等のガスがライン２５、そのライン２５に接続した調整バルブ９１を介して後述するトラッパー１６に送られるようにされ、またベント９からのガス圧が異常に高いときは安全弁２２から放出される。

一方、ベントボックス８で高分子処理物と分離された薬剤であるエタノールは、槽圧調整手段としての槽圧調整バルブ１２を介して常圧となり、ドライ真空ポンプ１９の吸引力によりトラッパー１６に送られる。また同時に、ベント９から適宜排出されるエタノール等のガスが、調整バルブ９１で常圧とされてトラッパー１６に送られる。

トラッパー１６では、反応中に生成し、薬剤であるエタノール中に混入した不純物で沸点の高いものや樹脂粉末などを捕集する。トラッパー１６で不純物が除去されたエタノールは、ドライ真空ポンプ１９に吸引され、コンデンサー２０に送られる。

コンデンサー２０ではガス化したエタノールを冷却し液化させることにより貯蔵する。貯蔵されたエタノールはドレンバルブ（図示せず）より回収された後、再利用される。この際、トラッパー１６内のエタノールをドライ真空ポンプ１９で吸引排気するため、エタノール中に油が混入することがなく、コンデンサー２０で回収した薬剤は、薬剤タンク１８に投入して繰り返し使用することができる。

このような装置を用い、架橋ポリエチレンの処理量を押出機の吐出能力が許す単位時間あたり２〜５００ｋｇの範囲で連続安定運転による処理を行った結果、薬剤であるエタノールは反応用押出機１に注入した量の９５．０５％がコンデンサー２０内に貯蔵された。

その結果、エタノールを再利用することができた。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

上述の実施の形態の架橋ポリエチレンのリサイクル処理においては、薬剤としてエタノールを用いたが、本実施の形態ではエタノールではなく、メタノールを使用して同様に処理した。

この結果、図１の装置を用いた場合、架橋ポリエチレンの処理量は押出機の吐出能力が許す単位時間あたり２〜５００ｋｇの範囲で連続安定運転による処理が可能であり、薬剤であるメタノールは反応用押出機１に注入された量の９０．０９％がコンデンサー２０に貯蔵された。その結果、回収されたメタノールは再利用することができた。

また、さらに他の実施の形態として、架橋ポリエチレンのリサイクル処理において、薬剤としてエタノールではなく、ｎ−プロパノールを使用して同様に処理した。

この結果、図１の装置を用いた場合、架橋ポリエチレンの処理量は押出機の吐出能力が許す単位時間あたり２〜５００ｋｇの範囲で連続安定運転による処理が可能であり、薬剤であるｎ−プロパノールは反応用押出機１に注入された量の９９．８９％がコンデンサー２０に貯蔵された。その結果、回収されたｎ−プロパノールは再利用することができた。

次に、上述の実施の形態と比較して、図２〜図４に示す薬剤の回収装置を用いた比較例を説明する。

比較例１
図２は、ベント付押出機２に設けられたバックベントのベントボックス８にトラッパー１６、ドライ真空ポンプ１９を組み合わせて接続した薬剤の回収装置であり、他の構成は図１の実施の形態と同じである。

この方法を用いると、ベント付押出機２に搬送されてきた高分子化合物と薬剤は安定して分離され、ドライ真空ポンプ１９の吸引力により薬剤がトラッパー１６へと送られる。トラッパー１６では、反応中に生成し、薬剤であるアルコール類中に混入した不純物のうち沸点の高いものが捕集され、ドライ真空ポンプ１９へと薬剤が送られる。油、水フリーである薬剤はそのまま外部へと排出される。

このような装置であると、薬剤としてメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール等のアルコール類を使用した場合、薬剤の外部への排出は環境面で問題である。

比較例２
図３は、ベント付押出機２に設けられたバックベントのベントボックス８にドライ真空ポンプ１９、コンデンサー２０を組み合わせて接続した薬剤の回収装置である。

この方法を用いると、ベント付押出機２に搬送されてきた高分子化合物と薬剤は安定して分離され、薬剤はドライ真空ポンプ１９へと吸引されて送られる。ここで、反応中に生成し、薬剤であるアルコール類中に、混入した不純物はそのままドライ真空ポンプ１９へと送られるため、不純物である樹脂粉末や油成分がドライ真空ポンプ１９内部に滞留したり、そのままアルコール類とともにコンデンサー２０へと送られる。このためドライ真空ポンプ１９が故障しやすくなる問題やコンデンサー２０内には不純物を含んだままのアルコール類が貯蔵されるので、そのまま再利用することは難しい。

比較例３
図４は、ベント付押出機２に設けられたバックベントのベントボックス８にドライ真空ポンプ１９を接続した薬剤の回収装置である。

この方法を用いると、ベント付押出機２に搬送されてきた高分子化合物と薬剤は安定して分離され、薬剤はドライ真空ポンプ１９へと吸引されて送られる。ここで、反応中に生成し、薬剤であるアルコール類中に混入した不純物はそのままドライ真空ポンプ１９へと送られるため、不純物である樹脂粉末や油成分がドライ真空ポンプ１９内部に滞留したり、そのままアルコール類とともに外部へ排出される。

これは、図２のような薬剤の回収装置を持つ比較例１と同様、薬剤の外部への排出は環境面で問題である。

これらの比較例１〜３に示すように、ベント付押出機２に設けられたバックベントのベントボックス８へは、トラッパー１６、ドライ真空ポンプ１９、コンデンサー２０を組み合わせて接続する本発明が最適であることが分かる。

以上本発明は、高分子処理物と薬剤が混入したベント付押出機より薬剤のみを安定して分離し、不純物である樹脂粉末や油成分などが混合していない薬剤の回収を可能とさせるものである。これにより、有害な薬剤を外部へ排出することを防ぐとともに薬剤のリサイクルを可能とさせる環境的に価値の高い効果が期待できる。

本発明の一実施の形態を示す図である。 薬剤の回収装置としての比較例を示す図である。 同じく薬剤の回収装置としての比較例を示す図である。 同じく薬剤の回収装置としての比較例を示す図である。

符号の説明

１ 反応用押出機
２ ベント付押出機
８ ベントボックス
１６ トラッパー
１８ 薬剤タンク
１９ 真空ポンプ
２０ コンデンサー

Claims (9)

1. 高分子化合物と、該高分子化合物と反応させる薬剤とを反応容器内で反応させ、高分子処理物を生成する方法において、前記反応容器からの高分子処理物を減圧してベント付押出機に導入し、その導入位置より押出側後方のベント付押出機に、前記反応容器の１倍以上の体積を有するベントボックスを接続し、そのベント付押出機で、導入された高分子処理物を押し出しながら、その高分子処理物からガス分として不純物を含む薬剤を分離して前記ベントボックスに導入し、そのベントボックスで分離された不純物を含む薬剤のガス分をトラッパーに導入し、そのトラッパー内を真空ポンプで吸引してガス分中に含まれる不純物を分離した後、真空ポンプで吸引したガスをコンデンサーを通して冷却して薬剤を回収することを特徴とする高分子化合物と薬剤の回収方法。
2. 真空ポンプに、ドライ真空ポンプを用いてトラッパー内のガスを吸引排気する請求項１記載の高分子化合物と薬剤の回収方法。
3. 前記高分子化合物と前記薬剤を、反応用押出機で、超臨界または亜臨界状態で前記反応容器に供給する請求項１又は２記載の高分子化合物と薬剤の回収方法。
4. 前記反応容器からの高分子処理物の導入位置より吐出側の前記ベント付押出機に、高分子処理物からガス分としての薬剤を除去するベントが設けられ、そのベントから排出されたガス分を前記トラッパーに送り、そのトラッパーで、前記ベントボックスから供給された不純物を含む薬剤のガスと共に、そのトラッパー内のガスを真空ポンプで吸引して、ガス中の不純物を分離し、不純物が分離された薬剤のガスをコンデンサーで冷却する請求項１〜３のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収方法。
5. 前記高分子化合物が、分子中にシロキサン結合を有するポリマーであり、前記薬剤がアルコール類またはアルコール類を含む混合物である請求項１〜３のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収方法。
6. 高分子化合物と、該高分子化合物と反応させる薬剤とを反応容器内で反応させて高分子処理物を生成する装置において、
   前記反応容器から減圧されて排出され高分子処理物を導入すると共に、その導入位置より後方に前記反応容器の１倍以上の体積を有するベントボックスを有し、導入された高分子処理物を押し出しながら、その高分子処理物からガス分として不純物を含む薬剤を前記ベントボックスに導入して分離するベント付押出機と、
   そのベント付押出機のベントボックスで分離されたガス分を導入し、ガス中の不純物を分離するトラッパーと、
   トラッパー内を吸引排気する真空ポンプと、
   真空ポンプの排気側に接続されると共にその排気されたガスを冷却して薬剤を回収するコンデンサーと
   を備えたことを特徴とする高分子化合物と薬剤の回収装置。
7. 真空ポンプが、ドライ真空ポンプである請求項６記載の高分子化合物と薬剤の回収装置。
8. 前記高分子化合物と前記薬剤を混練して超臨界または亜臨界状態で押し出す反応用押出機と、その反応押出機から高分子化合物と薬剤を反応する反応容器とを備え、反応容器と前記ベント付押出機の間には、高分子処理物を減圧して供給する減圧手段を有する請求項６又は７記載の高分子化合物と薬剤の回収装置。
9. 前記反応容器から高分子処理物の導入位置より吐出側の前記ベント付押出機に、高分子処理物からガス分としての薬剤を除去するベントが設けられ、そのベントと前記トラッパー間に、ベントから排出されたガス分を前記トラッパーに送るラインが接続され、そのトラッパーに真空ポンプが接続され、真空ポンプの排気側にコンデンサーが接続される請求項６〜８のいずれかに記載の高分子化合物と薬剤の回収装置。

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