JP4562297B2

JP4562297B2 - 超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法

Info

Publication number: JP4562297B2
Application number: JP2001030114A
Authority: JP
Inventors: 光彦工藤; 菊地司和; ▲瀞▼ 清水; ▲宏▼ 猪股
Original assignee: Asaka Riken Co Ltd
Current assignee: Asaka Riken Co Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: JP2002233847A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、所定形の部品材料が組み込まれて一定の機能を発揮する電子部品からの無機物部品材料の回収方法に関し、特に、超臨界水の性質を利用して、電子部品の樹脂成分を酸化分解させて除去し、電子部品の基材などとして含有する珪素化合物や金属等の無機物については、組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに、無機物部品材料の部品性能を保ったまま回収することを目的とした方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、ＩＴ革命により電子部品は小型化、それに伴い部品材料はより小さく、より付加価値の高いものが増えてきている。しかし、小型化が進むにつれ製造工程が複雑になり製品の歩留率が悪く、ここで生じた機能不良の電子部品は廃棄物として、処分されているのが現状であった。
【０００３】
これら不良品から有価無機物部品材料を回収する方法として、酸、アルカリや有機溶媒（例えばケトン類）で処理する方法がある。前者の処理法は、酸、アルカリによる部品材料の腐食や溶解が生じ、回収目的の物質の機能を毀損していた。また、後者の処理法はケトン類（特にアセトン等）を用いるため、有機物は一度分解または溶解するが薄い膜となり無機物部品材料の表面を覆ってしまい、回収目的の無機物部品材料の性能を損ねる結果となっていた。
【０００４】
このように、従来の処理方法では、電子部品の部品材料を原形のまま、すなわち、規格形状を損なうことなく、かつ物質の機能を毀損することなく回収することには問題があった。
【０００５】
例えば、電子部品の例として水晶振動子について説明すると、水晶振動子は、水晶板とセラミック質のパッケージと、両者を接着する導電性の接着剤から構成されており、セラミックのパッケージ表面にはＷ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ａｕ等が順に積層された端子が存在している。
【０００６】
ところで、無機物質に影響を及ぼさず有機物質を分解する方法として、超臨界反応を用いた方法が近年着目されている。超臨界反応とは臨界温度・圧力以上で生じる反応である。例えば、水を反応媒体とした超臨界水は、無機物質はそのままに有機物質を水と二酸化炭素までに分解するものであるが、珪素化合物や金属等に代表される無機物質の組成の変化、強度や機能に影響を与えてしまうことがあり、実用化に至っていないのが現状である。
【０００７】
【目的】
上記課題に鑑み、本願発明は、無機物および樹脂成分から構成した電子部品において、超臨界水による酸化分解、および必要に応じて添加される膨潤剤を組み合わせることで樹脂成分を除去するとともに、電子部品の基材などとして含有する無機物については、組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに原形のまま回収して再使用することを目的とした、新規な、超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明にかかる超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法は以下のように構成している。
【０００９】
すなわち、請求項１では、所定形の部品材料が組み込まれて一定の機能を発揮する電子部品を、膨潤剤の添加による膨潤の後に超臨界水により樹脂成分を酸化分解して除去するとともに、無機物については非酸化状態で回収する無機物部品材料の回収方法であって、前記電子部品が水晶の部品材料を含み、前記膨潤剤が、乳酸とエタノールの混合物であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、請求項１における樹脂成分の酸化分解を、超臨界水の比誘電率εｗを４≦εｗ≦７、イオン積Ｋｗを１４≦−ＬｏｇＫｗ≦１７として行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３では、請求項１又は２における樹脂成分の超臨界水による酸化分解を、樹脂成分の酸化剤を添加して行うことを特徴とする。
【００１３】
超臨界水は、臨界温度（３７４．１℃）及び臨界圧力（２２．１ＭＰａ）を越えた領域の非凝縮性の高密度水である。溶媒としての超臨界水は、温度或いは圧力を操作変数として、単一の溶媒でありながら複数の溶媒機能を有することが知られている。
【００１４】
超臨界水の特性であるイオン積（Ｋｗ）については、常温常圧の水のイオン積がＫｗ＝１×１０↑（−１４）であるのに対して、温度および圧力の上昇とともに増大する。例えば、４００℃におけるイオン積は、臨界圧力以下の１０ＭＰａではＫｗ＝１×１０↑（−２８．５）であるのに対し、臨界圧力以上の３５ＭＰａではＫｗ＝１×１０↑（−１３．１）と大幅に増大する（−ＬｏｇＫｗは、２８．５から１３．１へと減少する）。すなわち、超臨界水には酸触媒やアルカリ触媒としての機能があることがわかる。
【００１５】
超臨界水のもうひとつの特性である誘電率については、常温常圧の水の誘電率が７８程度であるのに対して、超臨界水では誘電率を温度と圧力の操作により２〜３０程度の範囲で連続的且つ大幅に制御可能であることが挙げられる。例えば、４００℃における誘電率は、２５ＭＰａでは２．４であるが、５０ＭＰａでは１２となる。超臨界水の誘電率は、ヘキサン（誘電率は１．８程度）などの非極性溶媒から、メタノール（誘電率は３２．６）のような極性有機溶媒までの広範囲に相当する。従って、超臨界水を用いると、常温常圧の水には溶解しない有機物質を溶解することが可能となる。
【００１６】
上述したような超臨界水の性質を、被回収無機物の組成に応じて利用することにより、無機物および樹脂成分から構成した電子部品の樹脂成分については酸化分解して除去することが可能となり、さらに、電子部品の基材などとして含有する珪素化合物や金属等の無機物については、組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに原形のまま回収して再使用することが可能となる。
【００１７】
本願発明を実施するための温度および圧力は、水の臨界温度および臨界圧力の近傍やそれ以上の範囲であれば特に限定はされない。しかしながら、超臨界水の比誘電率εｗが４≦εｗ≦７、イオン積Ｋｗが１４≦−ＬｏｇＫｗ≦１７であれば速やかに樹脂成分の分解反応を進行させ、かつ、無機物については、組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに回収することが可能となる。本願発明の超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法の環境としては、反応装置や操作の問題などを考慮すると、３８０〜４３０℃、２４〜３５ＭＰａで上記反応条件を実現可能であり、必ずしもこれ以上に高くする必要はない。
【００１８】
本願発明の実施対象となる電子部品における回収対象の無機物は、組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに回収できれば、形状や物質種を限定するものではない。アルミナ、酸化チタン、酸化珪素などの酸化物、窒化アルミニウムなどの窒化物、炭酸カルシウム、タルク、石英、ガラス、ケイ砂や金属などの天然物を含む無機物や金属箔が例として挙げられる。
【００１９】
また、本願発明の実施対象となる電子部品における樹脂成分は、熱硬化性あるいは熱可塑性のいずれの樹脂でもよく、２種類以上の成分からなるポリマーアロイやそれらの混合物、あるいは積層物でもよい。さらに、従来は分解が難しかったエポキシ樹脂やフェノール樹脂の硬化物も対象にすることができる。
【００２０】
加えて、超臨界水を用いた本願発明の実施における樹脂成分用の膨潤剤等としては、カルボン酸類、アルコール類、ケトン類、窒素、二酸化炭素等からなる群より選ばれた1種類以上を、超臨界水による反応前、反応中、反応後に添加するようにしてもよい。樹脂成分の膨潤と超臨界水による酸化反応が同時、或いはいずれか一方が先に進行した場合であっても、これらの相加的、相乗的あるいは補完的作用のいずれかまたは組み合わせにより樹脂成分の除去に寄与するからである。上記カルボン酸類としては酢酸、乳酸等が好ましく、アルコール類ではメチルアルコール、エチルアルコール等が好ましく、酸化剤としては、過酸化水素、酸素、空気、オゾン等の酸素供給物質が好ましい。
【００２１】
なお、本願発明で使用する樹脂成分が、ハロゲン、硫黄やリン化合物等を含有する場合、塩基性物質である水酸化ナトリウムなどの中和剤を、添加剤として混合することにより、ハロゲン化ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム等の塩として中和するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本願発明にかかる超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法について詳細に説明する。図１は本実施形態の電子部品からの無機物部品材料の回収方法に用いた水晶振動子の説明図であり、図２は本実施形態の電子部品からの無機物部品材料の回収方法に用いた反応装置の説明図である。
【００２３】
本実施形態における電子部品としては、生産工場で発生した機能不良のＭＳＤ（表面実装）水晶振動子１（以下、「水晶振動子１」と省略。）を用いた。水晶振動子１は、水晶板１０と金属配線付のセラミック質のパッケージ１１からなる無機物と、水晶板１０とパッケージ１１を接着する導電性接着剤１２からなる有機物から構成されている。このセラミックのパッケージ１１表面にはＷ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ａｕ等が順に積層された端子１１ａが存在している。
【００２４】
反応装置２内の反応管２０（容積は６ｍＬ）に、水晶振動子１と超純水を約３．０ｇ入れ（実施例によっては添加剤を加えた。）、反応管２０の両端を針金２１で懸垂してサンドバス２２に浸漬して、反応装置２内の温度と圧力を制御盤２３により制御して実験を行った。以下の実施例、比較例では、サンドバス２２に投入した時点で反応開始とし、所定時間経過後にサンドバス２２より反応管２０を取り出して急冷し、超臨界水処理後、有機物脱脂工程および水洗工程を経て乾燥したものに対して特性評価を行った。
【００２５】
【実施例１】
実施例１は、水晶振動子１を膨潤剤に浸漬させてから、臨界温度・圧力以上の水を用い超臨界反応を行った。実施条件は、温度；４００℃、圧力；２８．９ＭＰａで超臨界反応を行った。膨潤剤は、乳酸１０ｍＬに対し、エタノールを１００ｍＬの割合で調合し、その０．０５ｇを超純水３ｇに加えた。
【００２６】
以上の条件で実施したところ、反応時間は１０ｍｉｎで水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２を分解することができた。それにより、有価無機物部品材料である水晶板１０とセラミックパッケージ１１を回収することができた。
【００２７】
実施例１で回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の機能特性を測定した。表１は回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の諸特性を測定した表であり、水晶板１０の周波数は新品の部品材料と同特性を得ることができた。また、セラミックパッケージ１１の端子１１ａの膜厚と絶縁抵抗値も新品の部品材料と同特性を得ることができた。
【００２８】
実施例１により、超臨界反応の前に電子部品を膨潤剤に浸漬させ、超臨界水反応を行うことにより短時間で無機物部品材料を回収し再使用する方法を提供することができた。
【００２９】
【実施例２】
実施例２は、水晶振動子１を膨潤剤に浸漬させてから、臨界温度・圧力以上の水を用い超臨界反応を行った。実施条件は、温度；３８０℃、圧力；２４．３ＭＰａで超臨界反応を行った。膨潤剤の混合については実施例１と同様とした。
【００３０】
以上の条件で実施したところ、反応時間は３０ｍｉｎで水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２を分解することができた。それにより、有価無機物部品材料である水晶板１０とセラミックパッケージ１１を回収することができた。
【００３１】
実施例２で回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の機能特性を測定した。表１により、水晶板１０の周波数は新品の部品材料と同特性を得ることができた。また、セラミックパッケージ１１の端子１１ａの膜厚と絶縁抵抗値も新品の部品材料と同特性を得ることができた。
【００３２】
実施例２により、超臨界反応の前に電子部品を膨潤剤に浸漬させ、超臨界水反応を行うことにより短時間で有価無機物部品材料を回収しリサイクルする方法を提供することができた。
【００３３】
【実施例３】
実施例３は、水晶振動子１を臨界温度・圧力以上の添加剤の入った水を用い超臨界反応を行った。実施条件は、温度；４００℃、圧力；２８．９ＭＰａで超臨界反応を行った。膨潤剤の混合については実施例１と同様とした。
【００３４】
以上の条件で実施したところ、反応時間は３０ｍｉｎで水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２を分解することができた。それにより、有価無機物部品材料である水晶板１０とセラミックパッケージ１１を回収することができた。
【００３５】
実施例３で回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の機能特性を測定した。表１により水晶板１０の周波数は新品の部品材料と同特性を得ることができた。また、セラミックパッケージ１１の端子１１ａの膜厚と絶縁抵抗値も新品の部品材料と同特性を得ることができた。
【００３６】
実施例３により、水に添加剤を少量加え超臨界反応を行うことにより短時間で有価無機物部品材料を回収しリサイクルする方法を提供することができた。
【００３７】
【実施例４】
実施例４は、水晶振動子１を臨界温度・圧力以上の添加剤の入った水を用い超臨界反応を行った。実施条件は、温度；３８０℃、圧力；２４．３ＭＰａで超臨界反応を行った。膨潤剤の混合については実施例１と同様とした。
【００３８】
以上の条件で実施したところ、反応時間は６０ｍｉｎで水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２を分解することができた。それにより、有価無機物部品材料である水晶板１０とセラミックパッケージ１１を回収することができた。
【００３９】
実施例４で回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の機能特性を測定した。表１により、水晶板１０の周波数は新品の部品材料と同特性を得ることができた。また、セラミックパッケージ１１の端子１１ａの膜厚と絶縁抵抗値も新品の部品材料と同特性を得ることができた。
【００４０】
実施例４により、水に添加剤を少量加え超臨界反応を行うことにより有価無機物部品材料を回収しリサイクルする方法を提供することができた。
【００４１】
【実施例５】
実施例５として、膨潤剤を用いずに水晶振動子１を臨界温度・圧力以上の水で超臨界反応を行った。比較条件は、温度；４００℃、圧力；２８．９ＭＰａで超臨界反応を行った。
【００４２】
以上の条件で比較したところ、反応時間は６０ｍｉｎで水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２を分解することができた。それにより、有価無機物部品材料である水晶板１０とセラミックパッケージ１１を回収することができた。しかし、実施例１〜３で行った以上の反応時間が必要になった。
【００４３】
次に、実施例５で回収した水晶板１０とセラミックパッケージ１１の機能特性を測定した。表１により、水晶板１０の周波数は新品の部品材料と同特性であった。また、セラミックパッケージ１１の端子１１ａの膜厚と絶縁抵抗値も新品の部品材料と同特性であった。
【００４４】
【比較例１】
水晶振動子１を膨潤剤に浸漬させてから、臨界温度・圧力以下の水を用い亜臨界反応を行った。比較条件は、温度；２８０℃、圧力；８．２ＭＰａで亜臨界反応を行った。膨潤剤の混合については実施例１と同様とした。
【００４５】
以上の条件で比較したところ、亜臨界反応を１８０分間行ったところ、水晶板１０とセラミックパッケージ１１を接着している導電性接着剤１２は分解することができなかった。また、有価無機物部品材料である水晶板１０は亜臨界反応の影響により、粉々に破壊されていたため評価を行うことができなかった。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【発明の効果】
以上の実施例からもわかるように、本願発明によれば機能不良で生じた電子部品を、必要に応じて膨潤剤や酸化剤を加えた水に浸漬させ、臨界温度・圧力以上の超臨界水を用いることで、樹脂成分の膨潤と超臨界水による酸化反応を相加的、相乗的あるいは補完的作用のいずれかまたは組み合わせにより行って樹脂成分を除去し、有価無機物部品材料については組成の変化、強度や機能の低下等を伴わずに回収して再利用することができる。
【００４８】
また、本願発明の実施対象となる樹脂成分は、熱硬化性あるいは熱可塑性のいずれの樹脂でもよく、２種類以上の成分からなるポリマーアロイやそれらの混合物、あるいは積層物、さらに、従来は分解が難しかったエポキシ樹脂やフェノール樹脂の硬化物も対象にすることができ、酸やアルカリを大量に使用しないため大掛かりな中和設備を必要とせずコスト的に有利になるなど、その産業的効果は顕著なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電子部品からの無機物部品材料の回収方法に用いた水晶振動子の説明図である。
【図２】本実施形態の電子部品からの無機物部品材料の回収方法に用いた反応装置の説明図である。
【符号の説明】
１水晶振動子
１０水晶板
１１セラミックパッケージ
１１ａ端子
１２導電性接着剤
２反応装置
２０反応管
２１針金
２２サンドバス
２３制御盤

Claims

所定形の部品材料が組み込まれて一定の機能を発揮する電子部品に対し、膨潤剤の添加による膨潤の後に超臨界水による酸化分解を行うことで樹脂成分を除去し、かつ、無機物については非酸化状態で回収する無機物部品材料の回収方法であって、
前記電子部品が水晶の部品材料を含み、
前記膨潤剤が、乳酸とエタノールの混合物であることを特徴とする超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法。
樹脂成分の酸化分解を、超臨界水の比誘電率εｗを４≦εｗ≦７、イオン積Ｋｗを１４≦−ＬｏｇＫｗ≦１７として行うことを特徴とする請求項１記載の超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法。
超臨界水による樹脂成分の酸化分解を、樹脂成分の酸化剤を添加して行うことを特徴とする請求項１又は２記載の超臨界水を用いた電子部品からの無機物部品材料の回収方法。