JP7060173B2 - プラスチック積層体をリサイクル原料に再生するためのリサイクルシステム、リサイクル方法、及び積層体の分離回収方法 - Google Patents
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Description
本発明のリサイクルシステムに用いられる湿式破砕設備や、積層体を単層に分離する工程1に使用する湿式破砕機の例の1つは、液体中の固形物を破砕・分散・混合・圧送を同時に行うことが出来る湿式破砕機である。具体的には剪断力及び/又は摩擦力より液体中の固形物を破砕する機構を有するものが好ましく、且つプラスチック積層体を破砕して圧送できる機構を有する破砕機が好ましい。このような湿式破砕機としては、湿式破砕ポンプやコロイドミルが挙げられる。
本発明で使用する湿式破砕ポンプは、液中で固形物を圧送しながら、固形物を固定刃と回転刃により破砕する機構を有することが好ましく、より好ましい機構は、切刃、破砕羽根車、シュラウドリング、グリッドの4点部品の組み合わせにより、3段階に破砕される機構である。
本発明で使用するコロイドミルは、粒子が液体中を浮遊している分散系において粒子サイズを低減するために使用される機械である。コロイドミルは、ロータとステータの組み合わせからなり、固定されたステータに対してロータは高速で回転する。高速回転により、生じる高レベルの剪断により液中の粒子サイズを小さくするために使用される。
本発明の湿式破砕設備や積層体を単層に分離する工程1においては、液体中、すなわち水又は洗浄剤中で積層体の破砕を行う。工程1において使用する洗浄剤として、洗浄剤1~洗浄剤3のうち1種を単独でまたは2種以上を適宜に組合せて使用できる。
洗浄剤1は、水、及び無機塩基を含有する水性洗浄剤である。より好ましくは水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液である。水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液は0.1~10質量%濃度の水溶液が好ましく、0.1質量%~5質量%の濃度の水溶液がより好ましい。またpHは10以上が好ましい。
洗浄剤2は、一般式(1)で表されるアルキレングリコールアルキルエーテルを20質量%以上含有する洗浄剤である。
R1-O-[CH2-CH(X)-O]n1-R2 (1)
(一般式(1)中、R1は炭素原子数1以上のアルキル基を、R2は炭素原子数1以上のアルキル基または水素を、n1は1~3の整数を、Xは水素又はメチル基を示す。)
一般式(1)で表されるアルキレングリコールアルキルエーテルの中でさらに好ましくは、水溶性のアルキレングリコールアルキルエーテルである。
R1-O-[CH2-CH(X)-O]n1-R2 (1)
(一般式(2)中、R2は炭素原子数1以上のアルキル基を、n2は1~3の整数を、Xは水素又はメチル基を示す。)
一般式(2)で表されるアルキレングリコールモノアルキルエーテルのアルキレン部位は、インキ層をより除去しやすい点において、より好ましくはメチレンであり、次いでエチレンであり、次いでプロピレン、次いでブチレンである。即ち、メチレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ブチレングリコールモノアルキルエーテルの順に好ましい。
洗浄剤3は、沸点150~200℃の1級あるいは2級モノアルカノールアミンを20質量%以上含む洗浄剤である。
前記洗浄剤1~3は、界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては各種のアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤などがあげられ、これらの中では、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
本発明の分離回収方法の工程1に使用する水又は洗浄剤の液温は、液体状態が保てれば特段限定されないが、通常は液温が15~90℃で行うことが好ましい。洗浄効果がより高いのは液温が高い方である。好ましくは40℃以上であり、より効果が高い液温としては65℃以上であり、より好ましくは85℃以上である。
前記湿式破砕設備により分離回収される本発明のプラスチック積層体は、少なくとも2以上の層を有するプラスチック積層体であり、プラスチック基板上に、インキ層、接着剤層、他のプラスチック層等の複数の層を有する積層体である。つまり、本発明におけるプラスチック積層体は、プラスチックフィルム等で構成されるプラスチック基板(F1)と、インキ層、接着剤層、F1とは異なる他のプラスチックフィルム層(F2)から選ばれる層とを少なくとも有する積層体である。このような積層体としては、特に限定なく、食品包装用や生活用品に使用されている反応性接着剤でラミネート接着された積層フィルムがあげられるが、もちろん非反応性の接着剤、例えば熱可塑性樹脂接着剤でラミネート接着された積層フィルムや、押し出し積層法で熱融着して得られた積層フィルムも、本発明の分離回収方法で各々の単層フィルムに分離回収することができる。また、シート状や容器形状の積層体であってもよい。即ちリサイクルによって廃棄された様々な種類の樹脂層を有するプラスチック積層体を、特に再分別する必要はなく、一緒に処理できることが本発明の特徴である。
(F)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)、
(F)/(AD)/(M)/(F)、
(F)/(AD)/(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)、
(F)/(AD)/(M)/(AD)/(F)/(AD)/(F)、
(M)/(AD)/(M)、
(M)/(AD)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(F)/(AD)/(M)、
(AD)/(F)/(AD)/(F)/(AD)、等。
プラスチック製容易包装類をはじめとする廃棄プラスチックは、リサイクル原料に再生するために、リサイクル設備を有する施設に収集される。収集された廃棄プラスチックに土砂、ガラス、陶磁器、金属などの異物が混在する場合は、これらの異物を除去することが好ましい。また、廃棄プラスチックは、成形品と、フィルムやシート状のプラスチック積層体を選別して分離することが好ましい。異物の除去やプラスチックの選別は、例えば、人による検品・手選別作業、ふるいによる小さい形状の異物の除去、磁力を用いた磁選別による金属除去、風力により比重の違うプラスチックや異物を分ける風力選別、センサーによる選別等があげられる。廃棄プラスチックの異物の混入具合によっては、選別を行わなくてもよい。
選別されたプラスチック積層体は、例えば30cm四方サイズ程度の大きさのプラスチック片に裁断してもよい。当該裁断工程を経ることにより、次工程における湿式破砕機における破砕をより効率的に行うことができる。裁断は公知の破砕機を利用することができ、例えば、ハンマークラッシャー、ロータリークラッシャー等の衝撃式破砕機、シュレッダー、カッター等があげられる。裁断されたプラスチック積層体片のサイズや形状も特に限定されるものではないが、プラスチック片の最大長は例えば50cm以下が好ましく、30cm以下が好ましく、20cm以下が好ましく、10cm以下が好ましい。
裁断の工程の後に、前記(1)で行ったプラスチックの選別作業を再度行ってもよいし、前記(1)廃棄プラスチックの選別を行う前に(2)の裁断を行ってもよい。また、裁断を行わずに次工程の湿式破砕機を行ってもよい。
収集されたプラスチック積層体片は、85℃程度に加温された洗浄用の液体に満たされた湿式破砕機に順次投入される。洗浄用の液体は、水であってもよいし、洗浄剤であってもよい。例えば、積層フィルムロールを30cm四方サイズ程度に裁断した積層フィルムは、湿式破砕機の吸引により破砕部に引き込まれ5~20mm程度に破砕され、次工程へ0.03m3/minで圧送される。このとき、投入されたフィルムは、破砕されるときに受ける高剪断により、積層フィルムは各フィルム単層分離している。積層フィルムにインキ層が設けられている場合は、破砕による高剪断によりインキ層もフィルムから剥離・除去される。
接着剤層を有する積層フィルムを工程1により湿式破砕した場合、積層フィルムから分離した接着剤層は、水または洗浄剤に溶解せずに洗浄液中で残渣となっていることが多い。即ち工程1における水または洗浄剤中には、分離した各層の単層フィルムと、接着剤や印刷インキ、金属箔等の残渣が浮遊あるいは溶解している状態となっている。これらを水または洗浄剤から取り出した後、分別して回収する。
具体的な方法の一例としては、あらかじめ帯電したプラスチック混合物を電圧の印加された平行平板電極間に落下することで分離する方法である。比重分離では分離困難な比重差の小さいプラスチックの組合せも分別することができる。
工程1~2で使用した水または洗浄剤は、洗浄剤を回収するために濾過機、遠心分離機、限外濾過機から選ばれるいずれか1つ以上の洗浄剤リサイクル機に供給し、固形物を取り除いたのちに再利用される。工程1~2において湿式破砕工程、比重分離工程を行いながら、その一方で水または洗浄剤の再利用工程を連続的に運転し、固形物を洗浄剤から分離することもできる。
工程2において積層体を分離することにより得られた単層のプラスチック分離物、具体的には単層フィルム片各種を分取後、残留水分を除去するために減圧加熱乾燥、熱風乾燥、加圧圧縮乾燥から選ばれるいずれか1つ以上のフィルム片の乾燥を行う。これらを組み合わせて使用することができる。工程5でのリサイクルペレットを作製する事前処理として、フィルム片の乾燥後もしくは乾燥中にブリケットマシンのような加圧圧縮機を用いてブリケットを作製してもよい。
工程4で乾燥されたフィルム片もしくはブリケットを1軸および2軸の成型機に投入し、リサイクルペレットを作製する。混錬機条件は特に限定されないが、リサイクル前の樹脂性能を大きく劣化させないために、180~280℃で運転することが好ましい。
OPP:2軸延伸ポリプロピレンフィルム 20um
PET:ポリエチレンテレフタレートフィルム 12um
OPA:ポリアマイドフィルム(ナイロン)フィルム 15um
CPP:無延伸ポリプロピレンフィルム 35um
LLDPE:無延直鎖低密度ポリエチレンフィルム 60um
VMCPP:アルミ蒸着無延伸ポリプロピレンフィルム 25um
(印刷インキ)
溶剤型表刷り用グラビアインキ
INK1:DICグラフィックス社製表刷りインキ グロッサ BM709白
溶剤型裏刷り用グラビアインキ
INK2:DICグラフィックス社製裏刷りインキ フィナート R794白S
水性裏刷り用フレキソインキ
INK3:DICグラフィックス社製 マリーンフレックスLM R507原色藍
(反応性接着剤)
AD1:溶剤型接着剤 ディックドライ LX-401AとSP-60との2液型接着剤 (エーテル系接着剤)
AD2:無溶剤接着剤 ディックドライ 2K-SF-400AとHA-400Bとの2液型接着剤(エステル系接着剤)
(積層フィルムの製造方法)
積層フィルムは、印刷方法により対象とするフィルムに印刷後、ラミネート方法により対象とするフィルムを貼りあわせて作成した。フィルムの層構成や反応性接着剤、印刷インキの種類は表1の組み合わせにより行った。
印刷インキであるグラビアインキやフレキソインキは、プルーファーを用いて各インキをフィルム「Film1」に展色した。
LAM3~LAM7については、印刷インキを展色したフィルム「Film1」の印刷インキの展色面または印刷インキの展色面とは反対側の面に、反応性接着剤「AD」をラミネーターで固形分3g/m2の塗膜量になるように塗布し、フィルム「Film2」と貼り合わせた。貼り合わせた積層フィルムは、40℃で72時間エージング反応させた。表1に示す積層フィルム「LAM1」~「LAM7」を得た。なお空欄は、構成が存在しないことを示す。
PRO1:ニクニ製 サンカッタ C125H を使用し、0.1m3/minで圧送した。
PRO2:超音波洗浄機を使用し、28kHzで30分間浸漬した。
PRO3:ホモディスパーを使用し、2000rpmで30分間攪拌した。
PRO4:イワキ製 コロイドミル WCM を使用し、0.03m3/minで圧送した。
PRO5:アーステクニカ社ハイスピードミキサーFS2型を使用し、2000rpmで30分間攪拌した。
表中の結果1は、積層フィルムからのインキ剥離状態や積層フィルム分離状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し乾燥したのちに、印刷部のインキ剥離性および積層フィルムの剥離性について、光学顕微鏡を用いて撮影された写真の画像処理にて面積を算出し、以下式を用いて除去率を求めることで判定した。
剥離率(%)=(1-洗浄後のインキ付着もしくはフィルム積層面積/洗浄前のインキ付着もしくはフィルム積層面積)×100
○ :印刷部もしくは積層部の75%以上が剥離。
△ :印刷部もしくは積層部の50~74%が剥離。
× :印刷部もしくは積層部の0~25%が剥離。
なお、○は実用上問題がない範囲である。
表中結果2は、積層フィルムの破砕状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し乾燥したのちに、積層フィルムの破砕状態について、定規を用いて目視にて長さを測定した。
○ :フィルムは破砕され、短辺方向で20mm以下となっている。
× :フィルムは破砕されず、初期形状と何ら変化がない。
湿式破砕機に充填する洗浄剤は、表5の組み合わせにより行い「CL1」~「CL8」を得た。表中の数字は質量%を示す。なお空欄は未配合であることを示す。
表6~8にインキ剥離および積層フィルム分離試験結果を示す。
表中の結果1は、積層フィルムからのインキ剥離状態や積層フィルム分離状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し乾燥したのちに、印刷部のインキ剥離性および積層フィルムの剥離性について、光学顕微鏡を用いて撮影された写真の画像処理にて面積を算出し、以下式を用いて除去率を求めることで判定した。
剥離率(%)=(1-洗浄後のインキ付着もしくはフィルム積層面積/洗浄前のインキ付着もしくはフィルム積層面積)×100
○ :印刷部もしくは積層部の100%が剥離。
○△:印刷部もしくは積層部の75~99%が剥離。
△ :印刷部もしくは積層部の50~74%が剥離。
△×:印刷部もしくは積層部の25~49%が剥離。
× :印刷部もしくは積層部の0~25%が剥離。
なお、○、○△は実用上問題がない範囲である。
表中結果2は、積層フィルムの破砕状態を示している。各洗浄工程で積層フィルムを洗浄し乾燥したのちに、積層フィルムの破砕状態について、定規を用いて目視にて長さを測定した。
○ :フィルムは破砕され、短辺方向で20mm以下となっている。
△ :フィルムは破砕され、短辺方向で21~50mmとなっている。
× :フィルムは破砕されず、初期形状と何ら変化がない。
なお、○、△は実用上問題がない範囲である。
Claims (12)
- プラスチックフィルム層と、他の層の少なくとも2以上の層を有する積層フィルムをリサイクル原料に再生するためのリサイクルシステムであって、前記他の層がプラスチックフィルム層、金属箔層又は蒸着膜層から選択され、
破砕と同時に圧送を行うことにより、水又は洗浄剤中で積層フィルムを5~20mmに破砕しながら、積層フィルムを単層に分離する湿式破砕設備と、
分離した各単層の破砕混合物を吐出し回収する設備
を有することを特徴とするリサイクルシステム。 - 前記破砕と同時に圧送を行うことができる湿式破砕設備が、剪断力及び/又は摩擦力により破砕する設備である請求項1に記載のリサイクルシステム。
- 前記洗浄剤が、(1)~(3)のいずれかである水性洗浄剤である請求項1又は2に記載のリサイクルシステム。
(1)水、及び0.1~10質量%の無機塩基を含有する水性洗浄剤。
(2)一般式(1)で表されるアルキレングリコールアルキルエーテルを20質量%以上含有する水性洗浄剤。
R1-O-[CH2-CH(X)-O]n1-R2 (1)
(一般式中、R1は炭素原子数1以上のアルキル基を、R2は炭素原子数1以上のアルキル基または水素を、n1は1~3の整数を、Xは水素又はメチル基を示す。)
(3)沸点150~200℃の1級あるいは2級モノアルカノールアミンを20質量%以上含む水性洗浄剤。 - 破砕と同時に圧送を行うことが出来る前記湿式破砕機を使用し、水又は洗浄剤中で積層フィルムを破砕しながら、積層フィルムを単層に分離する工程における水又は洗浄剤の液温が15~90℃である請求項1~3のいずれかに記載のリサイクルシステム。
- 分離した各単層の破砕混合物を吐出し回収する工程における吐出速度が0.03m3/min以上である請求項1~4のいずれかに記載のリサイクルシステム。
- 前記湿式破砕設備により積層フィルムを単層に分離した後、単層ごとに分別する設備を有する請求項1~5のいずれかに記載のリサイクルシステム。
- 廃プラスチックから積層フィルムを選別した後、該積層フィルムを湿式破砕する請求項1~6のいずれかに記載のリサイクルシステム。
- 前記積層フィルムが更にインキ層を有し、
前記湿式破砕設備において、洗浄剤中で積層フィルムを破砕しながら、積層フィルムに設けられたインキ層を剥離除去する請求項1~7のいずれかに記載のリサイクルシステム。 - 前記湿式破砕設備により分離回収された積層フィルムの単層の破砕混合物を、溶融後に成形機により成形する請求項1~8のいずれかに記載のリサイクルシステム。
- プラスチックフィルム層と、他の層の少なくとも2以上の層を有する積層フィルムをリサイクル原料に再生するためのリサイクル方法であって、前記他の層がプラスチックフィルム層、金属箔層又は蒸着膜層から選択され、
破砕と同時に圧送を行うことが出来る湿式破砕機を使用し、水又は洗浄剤中で積層フィルムを5~20mmに破砕しながら、積層フィルムを単層に分離する工程1と、
分離した各単層の破砕混合物を吐出し回収する工程2
とを有することを特徴とするリサイクル方法。 - プラスチックフィルム層と、他の層の少なくとも2以上の層を有する積層フィルムの分離回収方法であって、前記他の層がプラスチックフィルム層、金属箔層又は蒸着膜層から選択され、
破砕と同時に圧送を行うことが出来る湿式破砕機を使用し、水又は洗浄剤中で積層フィルムを5~20mmに破砕しながら、積層フィルムを単層に分離する工程1と、
分離した各単層の破砕混合物を吐出し回収する工程2
とを有することを特徴とするプラスチック積層フィルムの分離回収方法。 - 請求項11の方法で分離回収された積層フィルムの単層の破砕混合物を、溶融後に成形機により成形することを特徴とする再生プラスチックペレットの製造方法。
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