特開 2023-182035 吸水性樹脂の分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182035

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】吸水性樹脂の分離方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 17/02 20060101AFI20231219BHJP

   B29B 17/04 20060101ALI20231219BHJP

   B01J 20/26 20060101ALI20231219BHJP

   B01J 20/34 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

B29B17/02 ZAB

B29B17/04

B01J20/26 D

B01J20/34 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095412

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000000918

【氏名又は名称】花王株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冨部 圭一郎

【テーマコード（参考）】

4F401

4G066

【Ｆターム（参考）】

4F401AA08

4F401AA17

4F401AA22

4F401AB10

4F401AC20

4F401AD04

4F401BA13

4F401CA03

4F401CA14

4F401CA25

4F401CA58

4G066AC01B

4G066AC12B

4G066AC17B

4G066CA43

4G066DA07

4G066EA05

4G066GA01

4G066GA25

(57)【要約】

【課題】吸収性物品を含む廃棄物から効率的に吸水性樹脂を分離する技術に関する。
【解決手段】本発明の一形態に係る吸水性樹脂の分離方法は、吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有する吸水した吸収性物品を含む被処理物から、前記吸水性樹脂を分離する方法である。前記吸水性樹脂の分離方法は、前記被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる乾燥ステップと、前記被処理物を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、前記吸水性樹脂の熱分解温度未満の温度で加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップ後に、前記被処理物を攪拌し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る粒状化ステップと、前記粒状体の粒度に基づいて前記吸水性樹脂を分離する分離ステップと、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有する吸水した吸収性物品を含む被処理物から、前記吸水性樹脂を分離する方法であって、
前記被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる乾燥ステップと、
前記被処理物を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、前記吸水性樹脂の熱分解温度未満の温度で加熱する加熱ステップと、
前記加熱ステップ後に、前記被処理物を攪拌し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る粒状化ステップと、
前記粒状体の粒度に基づいて前記吸水性樹脂を分離する分離ステップと、を含む
吸水性樹脂の分離方法。

【請求項2】

前記分離ステップでは、前記吸水性樹脂を含み第１粒度を有する第１粒状体と、前記吸水性樹脂の含有率が前記第１粒状体よりも低く前記第１粒度よりも小さい第２粒度を有する第２粒状体とを分離する
請求項１に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項3】

前記粒状体の粒度分布が、前記第１粒度に対応する第１ピークと、前記第２粒度に対応する第２ピークと、を有する
請求項２に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項4】

前記乾燥ステップでは、前記吸収性物品を破砕することで前記吸水性樹脂を露出させる
請求項１から３のいずれか一項に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項5】

前記加熱ステップでは、前記被処理物の一部を炭化させる
請求項１から４のいずれか一項に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項6】

前記被処理物には、セルロースが含まれる
請求項１から５のいずれか一項に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項7】

前記分離ステップでは、振動ふるいを用いる
請求項１から６のいずれか一項に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項8】

前記分離ステップでは、目開き１０６μｍ以上のふるいを用いて前記吸水性樹脂を分離する
請求項１から７のいずれか一項に記載の吸水性樹脂の分離方法。

【請求項9】

吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有する吸水した吸収性物品を含む被処理物から、前記吸水性樹脂を含む吸水性樹脂含有粒状体を製造する方法であって、
前記被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる乾燥ステップと、
前記被処理物を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、前記吸水性樹脂の熱分解温度未満の温度で加熱する加熱ステップと、
前記加熱ステップ後に、前記被処理物を攪拌し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る粒状化ステップと、
前記粒状体の粒度に基づいて、第１粒状体と、前記第１粒状体よりも粒度の低い第２粒状体と、を分離し、前記第１粒状体を吸水性樹脂含有粒状体として回収する回収ステップと、を含む
吸水性樹脂含有粒状体の製造方法。

【請求項10】

吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有し吸水した吸収性物品を含む被処理物から粒状体を製造する方法であって、
前記被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる乾燥ステップと、
前記被処理物の温度を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、前記吸水性樹脂の熱分解温度未満に保持する加熱ステップと、
前記加熱ステップ後に、前記被処理物を攪拌し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る粒状化ステップと、
前記粒状体の粒度に基づいて、第１粒状体と、前記第１粒状体よりも粒度の低い第２粒状体と、を分離し、前記第２粒状体を回収する回収ステップと、を含む
粒状体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸収性物品のリサイクル技術に関する。

【背景技術】

【0002】

資源の有効活用、温室効果ガスの排出量削減などの観点から、紙おむつ及び生理用ナプキンなどの使用済み吸収性物品をリサイクルすることが望まれている。特許文献１には、使用済の高吸水性ポリマーから再生された高吸水性リサイクルポリマーを製造する方法であって、使用済みの高吸水性ポリマーを酸又は塩基を用いて脱水し、高吸水性ポリマーの粒子群を脱水後のポリマーに付着させて、さらにポリマーを乾燥させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１６６９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

吸収性物品は、吸水性ポリマー以外にも、熱可塑性樹脂、セルロース等を含んでおり、これらが一体化された構成を有する。しかしながら、特許文献１には、使用済み吸収性物品から高吸水性ポリマーを取り出す手段については開示されていない。さらに、特許文献１に記載の方法では、大量の処理剤や大型の装置を要する可能性があり、より効率的な吸収性物品のリサイクル技術が望まれている。

【0005】

本発明の課題は、吸収性物品を含む廃棄物から効率的に吸水性樹脂を分離する技術に関する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る吸水性樹脂の分離方法は、吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有する吸水した吸収性物品を含む被処理物から、前記吸水性樹脂を分離する方法である。
前記吸水性樹脂の分離方法は、
前記被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる乾燥ステップと、
前記被処理物を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、前記吸水性樹脂の熱分解温度未満の温度で加熱する加熱ステップと、
前記加熱ステップ後に、前記被処理物を攪拌し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る粒状化ステップと、
前記粒状体の粒度に基づいて前記吸水性樹脂を分離する分離ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、吸収性物品を含む廃棄物から効率的に吸水性樹脂を分離することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に利用可能な粒状化装置の概略構成図である。

【図2】上記粒状化装置の概略構成図である。

【図3】上記実施形態に係る吸水性樹脂の分離方法を示すフローチャートである。

【図4】上記実施形態の変形例に係る吸水性樹脂含有粒状体の製造方法を示すフローチャートである。

【図5】上記実施形態の変形例に係る吸水性樹脂低含有粒状体（粒状体）の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本発明の実施形態の概略説明］
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の分離方法は、吸水した吸収性物品を含む被処理物を粒状化して粒度の異なる粒状体を形成し、吸水性樹脂と熱可塑性樹脂等のその他の材料とを粒度によって分離するように構成される。これにより、本実施形態では、複数の部材が一体化された吸収性物品から、吸水性樹脂を効率よく分離することができ、吸水性樹脂のリサイクルが可能となる。さらに、本実施形態では、吸水性樹脂の含有率の低い粒状体を回収することもでき、この粒状体をリサイクル材として有効活用することもできる。したがって、本実施形態に係る分離方法は、使用済み吸収性物品を含む廃棄物のリサイクルの促進に寄与し、ひいては資源循環型社会の実現に寄与する。

【0010】

本実施形態において、吸収性物品とは、吸水性樹脂と熱可塑性樹脂とを有し、液体を吸収可能な物品を意味する。本実施形態に係る吸収性物品は、例えば、使い捨ておむつ、生理用ナプキン、尿取りパッド、パンティライナー、ペット用トイレシート、簡易トイレ、ドリップシート、保冷剤、消臭剤から選択された１以上の物品を含む。なお、「ドリップシート」は、肉や魚等の食材の余分な水分（体液等）を吸収する吸水シートを意味する。本実施形態において、吸水した吸収性物品は、主に吸水性樹脂によって水分を吸収した吸収性物品を意味する。ここでいう水分は、尿や経血などの体液であってもよい。つまり、吸水した吸収性物品は、使用済みの吸収性物品であってもよい。

【0011】

使い捨ておむつ、生理用ナプキン等の体液の吸収に用いられる吸収性物品は、一般に、吸水性樹脂を含む吸収体と、吸収体の表裏を被覆するシート材と、を含み、各部材が接着剤等によって接合された構成を有する。当該シート材は、例えば、熱可塑性樹脂及び／又はセルロース等を含む。吸収体は、吸水性樹脂を含む吸収性コアを少なくとも含み、さらに吸収性コアを被覆するコアラップシートを含んでいてもよい。コアラップシートは、例えば、セルロース等の親水性材料からなる。また、吸収性コアは、吸水性樹脂の他、セルロースからなるパルプ等の親水性材料を含んでいてもよい。

【0012】

本実施形態において、吸水性樹脂は、吸水性を有する樹脂であり、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、カルボキシル基又はその塩を有する高分子化合物の部分架橋体、多糖類の部分架橋体等から選択される１以上の吸水性樹脂を含む。カルボキシル基又はその塩を有する高分子化合物の部分架橋体は、ポリアクリル酸塩架橋体、ポリ（ビニルアルコール／アクリル酸塩）共重合体（架橋体）、澱粉－アクリル酸塩グラフト共重合体（架橋体）及びポリビニルアルコール－ポリ無水マレイン酸塩グラフト共重合体（架橋体）等を含む。多糖類の部分架橋体は、カルボキシメチルセルロース塩架橋体等を含む。
また、上記吸水性樹脂を構成する「塩」としては、例えば、アルカリ金属塩（ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等）、アルカリ土類金属塩（カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩等）、アンモニウム塩（第四級アンモニウム塩、第四級アルキルアンモニウム塩等）等から選択された１以上の塩を含む。
本発明の吸水性樹脂は、好ましくは、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸ナトリウム架橋体から選択された１以上の吸水性樹脂を含む。

【0013】

本実施形態において、熱可塑性樹脂は、特定の種類に限定されず、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレンなどが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、例えば、吸収性物品におけるシート材や外装材等として用いられる。また、熱可塑性樹脂は、吸収性物品以外の被処理物にも含まれていてもよい。

【0014】

本実施形態に係る被処理物は、少なくとも吸水した吸収性物品を含んでおり、他の廃棄物、副材等を含んでいてもよい。当該他の廃棄物は、特に限定されず、例えば、使用済みの包装容器（食品容器やボトル等）や、海洋ゴミ、家庭や事業場などから出されたその他の廃棄物を含んでいてもよい。

【0015】

本実施形態において、被処理物には、セルロースが含まれることが好ましい。被処理物がセルロースを含むことで、後述するように、加熱ステップＳ２で被処理物の一部を炭化しやすくなる。セルロースは、吸収性物品に含まれていてもよいし、吸収性物品以外の被処理物に含まれていてもよい。

【0016】

本実施形態において、「粒状」とは破砕された被処理物の各砕片の形状を意味する。また、「粒状体」とは、相互に分離した複数の砕片の集合体を意味する。更に、「粒状化」とは、被処理物を粒状体とすることを意味する。本実施形態における粒状体の最大径は、取り扱い性の観点から、好ましくは５ｃｍ以下であり、より好ましくは１ｃｍ以下であり、更に好ましくは０．５ｃｍ以下である。

【0017】

本実施形態において、粒状体の粒度とは、粒状体のサイズの度合いを意味する。つまり、粒状体の粒度は、粒状体をサイズ毎に分離する際の基準となる。ここでいう粒状体のサイズは、各粒状体を球体と仮定した場合の直径に相当する粒径の範囲として定義されてもよいが、粒状体のサイズを分類できれば厳密に粒径で定義されなくてもよい。例えば粒状体の粒度は、ふるいの目開きや、分級機において設定された分級点などによって規定され得る。

【0018】

［粒状化装置の構成］
まず、本実施形態に係る分離方法に使用可能な処理装置の一例として、粒状化装置１００について説明する。図１は粒状化装置１００を正面から示しており、図２は粒状化装置１００を側方から示している。粒状化装置１００は、処理槽１０１を有する。処理槽１０１は、壁部１０１ａと収容部１０１ｂとを有する。収容部１０１ｂは、粒状化装置１００による粒状化処理の対象となる被処理物を収容可能であり、周囲を壁部１０１ａによって囲まれた処理槽１０１の内部空間として構成される。図１，２はそれぞれ、壁部１０１ａを鉛直方向に破断した縦断面で示すことで、収容部１０１ｂの内部を示している。処理槽１０１では、被処理物の出し入れのための収容部１０１ｂ内への外部からのアクセスが可能なように、壁部１０１ａの一部が開閉可能に構成されている。

【0019】

また、粒状化装置１００は、攪拌シャフト１０２を更に有する。攪拌シャフト１０２は、軸部１０２ａと複数の羽根部１０２ｂとを有する。軸部１０２ａは、水平方向側方に延びる回転軸Ｃを中心に回転可能な丸棒状の部材として構成される。軸部１０２ａでは、両端部が収容部１０１ｂの側方において壁部１０１ａによって支持され、壁部１０１ａに支持された両端部間の部分が収容部１０１ｂ内に位置する。複数の羽根部１０２ｂは、軸部１０２ａにおける収容部１０１ｂ内に位置する部分全体に実質的に偏りなく、長手方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、各羽根部１０２ｂは、軸部１０２ａの外周面から径方向の様々な方向に突出している。

【0020】

更に、粒状化装置１００は、ヒータ１０３を有する。ヒータ１０３は、処理槽１０１の壁部１０１ａの外側に取り付けられている。ヒータ１０３は、通電によって壁部１０１ａを介して収容部１０１ｂ内の温度を上昇させることが可能に構成されている。つまり、粒状化装置１００では、ヒータ１０３によって収容部１０１ｂに収容された被処理物を加熱することができる。なお、ヒータ１０３における加熱方式や設置位置などの各構成は、処理槽１０１の構成や被処理物の性質などに応じて様々に決定可能である。

【0021】

加えて、粒状化装置１００は、送風機構１０４を更に有する。送風機構１０４は、給気部１０４ａと排気部１０４ｂとを有する。給気部１０４ａ及び排気部１０４ｂは、それぞれ処理槽１０１の壁部１０１ａに設けられ、収容部１０１ｂを挟んで相互に側方に対向している。送風機構１０４は、給気部１０４ａから収容部１０１ｂ内に空気を供給し、排気部１０４ｂから処理槽１０１内の空気を排出することで、収容部１０１ｂ内に送風を行うことが可能に構成されている。このため、粒状化装置１００では、送風機構１０４によって被処理物の冷却時における温度の下降を促進することができる。なお、粒状化装置１００において送風機構１０４による送風に用いる気体は、空気に限定されず、例えば、窒素などの不活性ガスなどであってもよい。

【0022】

以上のような構成により、粒状化装置１００は、回転軸Ｃを中心として軸部１０２ａを回転させることで、収容部１０１ｂ内において複数の羽根部１０２ｂから加わる力と重力との相互作用によって被処理物を良好に攪拌することができる。したがって、粒状化装置１００は、ヒータ１０３及び／又は送風機構１０４による温度制御と、攪拌処理とを組み合わせて行うことができ、後述する乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２及び粒状化ステップＳ３を行うことができる。

【0023】

なお、粒状化装置１００の構成は、上記に限定されず、様々に変更することができる。例えば、粒状化装置１００では、軸部１０２ａの回転軸Ｃが、水平方向に沿って延びていることは必須ではなく、水平面に対して傾いていてもよい。しかし、粒状化装置１００において重力による攪拌作用を有効に得るためには、少なくとも軸部１０２ａの回転軸Ｃが鉛直方向に対して傾いていることが必要であり、軸部１０２ａの回転軸Ｃの水平面に対する角度が小さいことが好ましい。具体的に、粒状化装置１００では、軸部１０２ａの回転軸Ｃの水平面に対する角度が、３０°以下であることが好ましい。

【0024】

［吸水性樹脂の分離方法］
図３に示すように、本実施形態に係る吸水性樹脂の分離方法では、乾燥ステップＳ１と、加熱ステップＳ２と、粒状化ステップＳ３と、分離ステップＳ４と、を含む。本実施形態では、乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、及び粒状化ステップＳ３に粒状化装置１００を用いる例を挙げて説明する。この例では、まず、吸収性物品を含む被処理物を処理槽１０１の収容部１０１ｂ内に収容し、乾燥ステップＳ１を行う。

【0025】

（乾燥ステップＳ１）
乾燥ステップＳ１では、被処理物を攪拌し、かつ乾燥させる。これにより、被処理物に含まれる水分が蒸発して被処理物が軽量化するとともに、攪拌によって被処理物が破砕される。本実施形態では、粒状化装置１００のヒータ１０３によって収容部１０１ｂ内の温度を調整しつつ、攪拌シャフト１０２を回転させ、処理槽１０１の収容部１０１ｂ内に収容された被処理物を攪拌する。

【0026】

本ステップにおける乾燥温度は特に限定されないが、４０℃以上であって、後述する熱可塑性樹脂の軟化点未満とすることができる。当該乾燥温度は、略一定に維持されていてもよいが、加熱ステップＳ２へ円滑に移行する観点から、連続的又は段階的に上昇するように設定されることが好ましい。昇温させる場合の昇温速度は０．００１℃／分以上２０℃／分以下であることが好ましい。

【0027】

仮に攪拌せずに乾燥させた場合、吸水性樹脂に保持されていた水分が外部に染み出す際に、吸水性樹脂とパルプやコアラップシート等の他の親水性の高い材料とが水分を介し結合しやすくなる。この状態で乾燥させた場合、吸水性樹脂と他の材料が固着して塊状になり、吸水性樹脂の分離が難しくなる。これに対し、本実施形態では、攪拌しながら乾燥することで、吸水性樹脂と他の材料との分離を促進しつつ、吸水性樹脂中の水分量を減少させることができる。

【0028】

また、上述のように、吸収性物品では、吸水性樹脂がパルプやシート材と一体化していることが多い。このため、本ステップでは、吸収性物品を破砕することで吸水性樹脂を露出させることが好ましい。これにより、吸水性樹脂の水分量をより効率よく減少させることができるとともに、吸水性樹脂と他の材料との分離をより促進させることができる。

【0029】

（加熱ステップＳ２）
続いて、加熱ステップＳ２では、被処理物を、熱可塑性樹脂の軟化点以上、吸水性樹脂の熱分解温度未満の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂は軟化して変形しやすくなる一方で、吸水性樹脂は熱分解せずに分子構造が維持される。したがって、吸水性樹脂に対し、熱可塑性樹脂の物性を大きく変化させることができる。本実施形態では、例えば、ヒータ１０３によって被処理物の温度が調整される。また本ステップにおいても、例えば攪拌シャフト１０２を回転させることにより、攪拌することが好ましい。これにより、被処理物を均質に加熱することができるとともに、被処理物を破砕しやすくなる。

【0030】

本実施形態において、「軟化点」とは、被処理物に含まれる熱可塑性樹脂が急速に軟化を開始する温度を意味する。被処理物に複数の熱可塑性樹脂が含まれる場合、「熱可塑性樹脂の軟化点」として、任意の熱可塑性樹脂の軟化点を選択することができるが、好ましくは、被処理物に含まれる最も軟化点の高い熱可塑性樹脂の軟化点を選択することができる。被処理物に含まれる熱可塑性樹脂の軟化点は、含まれる熱可塑性樹脂が特定できる場合、あらかじめ測定したビカット軟化温度を使用することができる。ビカット軟化温度はＪＩＳ Ｋ ７２０６：２０１６（ＩＳＯ ３０６：２０１３）に準拠して測定することができる。また、被処理物に含まれる熱可塑性樹脂の軟化点は、含まれる熱可塑性樹脂が特定できていない場合、被処理物から樹脂を取り出し、ビカット軟化温度を測定することで、その値を用いることができる。例えば、ポリプロピレンの軟化温度は１６０～２００℃であり、ポリエチレンテレフタレートの軟化温度は２００～２５０℃である。

【0031】

本実施形態において、吸水性樹脂の「熱分解温度」とは、熱により分子鎖が切断され、低分子化する際の温度である。熱分解温度は、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて、大気雰囲気中において吸水性樹脂の試料を所定の昇温速度（５～１０℃／ｍｉｎ）で加熱した際に、試料の重量が５％減少する温度とする。例えば、本実施形態において、吸水性樹脂の熱分解温度は、４５０～５００℃であり得る。架橋された構造を有し軟化点を持たない吸水性樹脂では、熱分解温度において大きな物性の変化が生じ得る。

【0032】

本ステップの加熱温度は、略一定に維持されていてもよく、熱可塑性樹脂の軟化点以上、吸水性樹脂の熱分解温度未満の範囲内で変化してもよい。具体的に、本ステップの最高温度は、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上であり、好ましくは４５０℃以下、より好ましくは３５０℃以下である。また、本ステップにおける上記最高温度の維持時間は、好ましくは６０分以上、より好ましくは１２０分以上であり、好ましくは４８０分以下、より好ましくは３００分以下である。

【0033】

なお、本ステップでは、被処理物の炭化が進行する温度条件で行うことで、被処理物の一部を炭化させてもよい。特に、被処理物がセルロースなどの易炭化性の成分を含む場合には、本ステップにおいて炭化物が生成されやすくなる。被処理物の一部を炭化させることにより、脆性の高い炭化物が生成され、次の粒状化ステップＳ３において細かい粒状体が形成されやすくなる。

【0034】

（粒状化ステップＳ３）
加熱ステップＳ２の後には、粒状化ステップＳ３が行われる。粒状化ステップＳ３では、被処理物を攪拌し、かつ熱可塑性樹脂の軟化点未満まで冷却することで、粒状体を得る。本ステップにより、被処理物の均質化、高密度化、及び軽量化が促進されるとともに、相互に分離した状態の粒状体を得ることができる。本実施形態の粒状化ステップＳ３では、例えば、ヒータ１０３による被処理物の加熱を停止する一方で、攪拌シャフト１０２によって被処理物の攪拌を行う。さらに、本実施形態の粒状化ステップＳ３では、送風機構１０４によって送風することが好ましい。これにより、収容部１０１ｂにおいて加熱された被処理物の温度を速やかに下降させることができる。但し、本ステップにおける送風機構１０４の使用は必須ではない。

【0035】

熱によって軟化した熱可塑性樹脂が冷却する過程では、降温に伴う硬化とシキソトロピー性による粘性の増大とが同時に進行する。本実施形態の粒状化ステップＳ３では、冷却に伴って攪拌が行われることで、シキソトロピー性によって熱可塑性樹脂の粘度を低い状態に維持しつつ、熱可塑性樹脂の硬化を進行させる。これにより、熱可塑性樹脂が塊状の大きな粒状体を形成することなく、細かく破砕されて粒度の小さい粒状体を形成することができる。また、加熱ステップＳ２において脆性の高い炭化物が生成された場合、本ステップの攪拌によって炭化物も細かく破砕され、粒度の小さい粒状体を形成し得る。

【0036】

一方で、熱分解されていない吸水性樹脂は、熱可塑性樹脂や炭化物よりも破砕されにくい。本ステップにおいて冷却されながら攪拌されることで、吸水性樹脂が他の粒状体と結合した塊状になることが抑制される。したがって、本ステップにより、吸水性樹脂が、他の粒状体よりもサイズの大きい粒状体を構成し得る。

【0037】

このように、本ステップでは、粒度の異なる粒状体が形成される。大きい粒度の粒状体は、吸水性樹脂を多く含み、小さな粒度の粒状体は、主に熱可塑性樹脂、炭化物等で構成される。これらの粒状体は、乾燥しており相互に分離しやすい形態を有する。したがって、これらの粒状体を粒度によって分離することで、吸水性樹脂を多く含む粒状体を容易に分離することが可能となる。

【0038】

（分離ステップＳ４）
続いて、分離ステップＳ４では、粒状体の粒度に基づいて吸水性樹脂を分離する。本実施形態における吸水性樹脂の分離は、吸水性樹脂のみで構成された粒状体を分離する態様に限定されず、均質に混合された分離前の粒状体よりも、分離後の第１粒状体における吸水性樹脂の含有率が高くなるように粒状体の一部を分離する態様を含む。

【0039】

本実施形態では、例えば、粒状化装置１００の収容部１０１ｂから粒状体を取り出し、ふるい、分級機等の器具や装置を用いて粒状体を粒度によって分離する。分離方法としては乾式でも湿式でもよいが、乾燥状態の粒状体を取り扱うため、乾式であることが好ましい。本ステップでは、比較的単純な装置構成で自動的に吸水性樹脂を分離する観点から、振動ふるい機を用いることが好ましい。また、本ステップでは、粒状体を少なくとも２つの粒度に分離すればよいが、３以上の粒度に分離してもよい。

【0040】

本実施形態では、例えば、第１粒度を有する第１粒状体と、第１粒度よりも粒度の小さい第２粒度を有する第２粒状体と、を分離することができる。第１粒状体は、吸水性樹脂を含む吸水性樹脂含有粒状体として構成される。第２粒状体は、吸水性樹脂の含有量が第１粒状体よりも低く、吸水性樹脂以外の成分を主に含む吸水性樹脂低含有粒状体として構成される。第１粒状体における吸水性樹脂の含有率は、好ましくは３１質量％以上、より好ましくは５０質量％以上である。第２粒状体は、例えば、熱可塑性樹脂、炭化物等から選択された１又は複数の成分を含む。第２粒状体における吸水性樹脂の含有率は、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２５質量％以下である。

【0041】

本実施形態では、例えば、粒状化ステップＳ３を行った後の粒状体の粒度分布が、第１粒度に対応する第１ピークと、第２粒度に対応する第２ピークを有していることが好ましい。粒度分布におけるピークとは、粒径を横軸、頻度（％）を縦軸として粒度分布のグラフを作成した場合に、上に凸な山状となる部分のピークを意味する。複数の粒度分布のうち、ピークの高い順に２つ粒度を選択し粒度の大きい方を第１粒度とし、もう一方を第２粒度とする。また、「第１粒度が第１ピークに対応する」とは、第１粒度が第１ピークに対応する粒径を含むように設定されていることを意味する。「第２粒度が第２ピークに対応する」とは、第２粒度が第２ピークに対応する粒径を含むように設定されていることを意味する。粒度分布がこのように２つ以上の山を持つ形状となることで、吸水性樹脂を多く含む第１粒状体を、第２粒状体からより確実に分離することができる。

【0042】

また、第１粒度の粒径の下限値は、粒度分布のグラフに基づいて設定されてもよい。具体的に、第１粒度の粒径の下限値は、第１ピークに対応する粒径と、第２ピークに対応する粒径との間に設定されることが好ましく、さらに、第１ピーク及び第２ピーク間に位置する、粒度分布のグラフの下に凸な部分に対応する粒径に設定されることがより好ましい。なお、粒状体の粒度分布は、公知の粒度分布測定方法によって確認することができる。

【0043】

具体的に、第１粒度の粒径の下限値は、好ましくは１０６μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上であり、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。例えば、本ステップでふるいを用いる場合、ふるいの目開きは、好ましくは１０６μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上であり、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。ふるいを用いる場合は、粒状化ステップＳ３で得られた粒状体を上記目開きのふるいに通過させ、ふるい上に残った粒状体を第１粒状体、ふるいを通過した粒状体を第２粒状体とすることができる。

【0044】

［粒状体の製造方法］
本実施形態では、以上のような吸水性樹脂の分離方法を用いて、第１粒状体及び／又は第２粒状体を製造することができる。
図４に示すように、第１粒状体（吸水性樹脂含有粒状体）の製造方法は、上述の乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、及び粒状化ステップＳ３に加えて、第１粒状体の回収ステップＳ４１を含む。回収ステップＳ４１では、粒状体の粒度に基づいて、第１粒状体及び第２粒状体を分離し、第１粒状体を吸水性樹脂含有粒状体として回収する。つまり、上述の分離ステップＳ４で分離された第１粒状体を回収することで、第１粒状体を得ることができる。

【0045】

図５に示すように、第２粒状体（粒状体）の製造方法は、上述の乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、及び粒状化ステップＳ３に加えて、第２粒状体の回収ステップＳ４２を含む。回収ステップＳ４２では、粒状体の粒度に基づき、第１粒状体及び第２粒状体を分離し、第２粒状体を回収する。つまり、上述の分離ステップＳ４で分離された第２粒状体を回収することで、吸水性樹脂低含有粒状体としての第２粒状体を得ることができる。

【0046】

［本実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、吸収性物品を含む被処理物に対し、上述の乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２及び粒状化ステップＳ３を行うことで、被処理物を軽量で、かつ細かく分離した状態の粒状体として扱うことができる。また、加熱ステップＳ２における温度を熱可塑性樹脂の軟化点以上、吸水性樹脂の熱分解温度未満に設定することで、粒状化ステップＳ３において吸水性樹脂が細かく破砕されにくい物性となり、粒度の大きな第１粒状体を形成することができる。この結果、分離ステップＳ４において、粒度の違いに基づいて効率よく吸水性樹脂を分離することができる。

【0047】

被処理物から吸水性樹脂を多く含む第１粒状体を回収することで、吸水性樹脂を含む材料として第１粒状体を利用することができる。これにより、吸水性樹脂を再利用することができ、資源を有効活用することができる。また、新たな吸水性樹脂の製造に伴って排出される温室効果ガスを削減することができる。

【0048】

一方で、回収された第２粒状体は、例えば燃料や肥料などとして再利用することができる。また、第２粒状体が炭化物を含む場合は、これらの他、例えば、水の浄化処理剤、断熱材等の建材、吸着剤、解毒剤、消臭剤、使い捨てカイロの原料、活性炭等などとして有効利用することができる。第２粒状体は、高い均質性を有することに加えて、吸水性樹脂による膨潤や吸湿を抑制でき、取り扱い性に優れたリサイクル材となり得る。

【0049】

また、本実施形態では、乾式のプロセスによって吸水性樹脂を分離可能な粒状体を形成する。これにより本実施形態では、湿式のプロセスと比較して、被処理物の収容に必要な容積を低減することができ、装置の大型化を抑制できる。また、乾式のプロセスにより、排液等による水質汚染を防止することができる。さらに、本実施形態では、粒状化によって高密度化するため、処理後の収納に必要な容積も大幅に低減されるとともに、乾燥ステップＳ１及び加熱ステップＳ２の過程における水分の蒸発によって質量が低減される。これらにより、本実施形態で得られる被処理物の粒状体は、保管及び運搬が容易になり、取り扱い性に優れたリサイクル材となる。

【0050】

［本実施形態の追加説明］
乾燥ステップＳ１において、粒状化装置１００に被処理物を収容する場合は、収容部１０１ｂ内に収容する被処理物の量がある程度多いことが好ましい。具体的に、乾燥ステップＳ１開始時に収容部１０１ｂ内に収容する被処理物の量は、粒状化ステップＳ３の終了時の収容部１０１ｂ内における被処理物の粒状体の嵩が軸部１０２ａを超えるように設定することが好ましい。収容部１０１ｂ内における粒状体の嵩は、例えば、図１，２に示すように、収容部１０１ｂ内において粒状体を水平面に沿って平滑に均した表面の鉛直方向の高さＬとして得られる。このように、破砕の進行によって被処理物の嵩が最も低くなった粒状化ステップＳ３の終了時の状態を基準として乾燥ステップＳ１開始時に収容部１０１ｂ内に収容する被処理物の量を規定することで、乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２及び粒状化ステップＳ３の全過程において軸部１０２ａが攪拌中の被処理物中に埋まった状態に維持される。これにより、粒状化ステップＳ３において被処理物を効率的に攪拌することができる。なお、被処理物を効率的に攪拌する観点から、粒状化ステップＳ３の終了時の収容部１０１ｂ内において、被処理物の粒状体の嵩が軸部１０２ａの全体を超え、つまり軸部１０２ａが被処理物の粒状体に完全に埋まっていることが好ましい。しかしながら、上記のように軸部１０２ａが水平面に対して傾いている場合などには、粒状化ステップＳ３の終了時の収容部１０１ｂ内において、被処理物の粒状体の嵩が軸部１０２ａの少なくとも一部を超えていれば、被処理物を効率的に攪拌可能な効果が得られる。

【0051】

本実施形態に係る被処理物は、使用済み吸収性物品を含む廃棄物に限定されず、嵩増しのための副材を含んでいてもよい。これにより、収容部１０１ｂ内の被処理物の量を十分に確保することができる。副材は、任意に選択可能である。例えば、セラミックスなどの耐熱性の高い硬質の材料で形成され、乾燥、加熱及び粒状化の過程で変化が生じない物体（例えば、アルミナボール、ジルコニアボール、窒化珪素ボール、炭化珪素ボール等のセラミックボールなど）を副材として用いることができる。このような副材は、粒状化ステップＳ３の後に収容部１０１ｂ内に残したままとすることで繰り返し嵩増しのための副材として利用することができる。これ以外にも、吸収性物品以外の任意の物体（例えば、食品残渣や農業廃棄物などの廃棄物等）を副材として用いることができる。また、加熱ステップＳ２において被処理物を炭化させる場合には、例えば、炭化しやすいセルロースを主成分とする物体（例えば、木質ペレット、紙屑、選定枝等）や、既に炭化された炭化物（例えば、炭化燃料ペレット、活性炭等）を副材として用いることで、被処理物の炭化を促進させることができる。

【0052】

また、先行して行われた粒状化処理の粒状化ステップＳ３で得られた被処理物の粒状体を、その後に行われる粒状化処理の副材として用いることもできる。特に、複数回の粒状化処理を連続して行う場合には、前回の粒状化処理の粒状化ステップＳ３の後に被処理物の粒状体の少なくとも一部を収容部１０１ｂ内に残したまま乾燥ステップＳ１で新たな被処理物を投入することで、前回の粒状化処理で得られた被処理物の粒状体を副材として用いることができる。これにより、乾燥ステップＳ１において新たに投入する被処理物の量にばらつきがある場合にも、新たに投入する廃棄物の量を逆算した分だけ収容部１０１ｂから被処理物の粒状体を回収しておくことで、収容部１０１ｂ内の被処理物の量が一定に保たれる。これにより、安定した粒状化処理を繰り返し行うことが可能となる。

【0053】

更に、加熱ステップＳ２において被処理物の一部を炭化させる場合には、難炭化性の熱可塑性樹脂を構成する炭素を少しでも多く炭化物の一部として固定することが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂を構成する炭素に由来する二酸化炭素の排出量を削減することができる。この観点から、被処理物として収容部１０１ｂ内にリン酸及びリン酸塩の少なくとも一方を触媒として添加することが好ましい。リン酸及びリン酸塩は、熱可塑性樹脂から炭素以外の水素や水などが脱離する反応を促進させる作用を有する。このため、リン酸やリン酸塩を触媒として用いることで、加熱ステップＳ２の過程において廃棄物に含まれる熱可塑性樹脂からの水素や水などの脱離が進行し、熱可塑性樹脂が単体の炭素として炭化物の表面に一体として固定されやすくなる。被処理物に触媒として添加するリン酸塩は、例えば、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、及びリン酸ナトリウムの少なくとも一種で構成することができる。リン酸アンモニウムとしては、リン酸２水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム、及びリン酸３アンモニウムが挙げられる。リン酸カリウムとしては、リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム及びリン酸３カリウムが挙げられる。リン酸ナトリウムとしては、リン酸２水素ナトリウム、リン酸水素２ナトリウム及びリン酸３ナトリウムが挙げられる。なお、リン酸及びリン酸塩は、加熱により縮合しポリリン酸及びポリリン酸塩に変化するが、ポリリン酸及びポリリン酸塩は加熱ステップＳ２で軟化するため、熱可塑性樹脂と同様に降温の過程において砕片同士を結合させる性質を持つ。しかし、本実施形態に係る粒状化ステップＳ３において攪拌することで、被処理物が相互に分離した砕片で構成される粒状体として維持される。

【0054】

また、被処理物が軟化点の異なる２種類以上の熱可塑性樹脂を含む場合は、上述のように、加熱ステップＳ２の加熱温度は、任意の熱可塑性樹脂の軟化点を基準として設定され得る。このため、被処理物中に、加熱ステップＳ２の最高温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート等）が存在し得る。このような加熱ステップＳ２で軟化点に到達しない熱可塑性樹脂は、粒状化ステップＳ３後に、粒状体とならず繊維状又は紐状の物体を構成し得る。この繊維状又は紐状の熱可塑性樹脂は、粒状体との形状の差異に基づいて取り除くことができ、粒状体から容易に分離することができる。つまり、本実施形態においては、被処理物が軟化点の高い熱可塑性樹脂を含む場合であっても、分離ステップＳ４において粒度に基づく吸水性樹脂の分離が可能となる。

【0055】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【実施例0056】

［実施例及び比較例］
本実施形態に係る吸水性樹脂の分離方法の実施例及び比較例について説明する。各実施例及び比較例では、実際の使用済み吸収性物品を想定した被処理物のサンプルを用意した。具体的に、各実施例１～４及び比較例１～５に係る被処理物サンプルは、１５ｋｇの未使用の紙おむつ（メリーズパンツＬサイズ、花王株式会社製）に、７．５ｋｇの水道水を吸水させたものとした。また、当該サンプルには、尿に含まれる栄養成分を再現し、かつ炭化を促進するため、０．６ｋｇのリン酸２水素アンモニウムを添加した。

【0057】

実施例１～４の被処理物サンプルに対しては、上述の乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、粒状化ステップＳ３及び分離ステップＳ４の全てを含む工程を実施した。
一方で、比較例１～５の被処理物サンプルに対しては、表１に示すように、上述の乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、粒状化ステップＳ３又は分離ステップＳ４の少なくともいずれか１つを実施しなかった。具体的に、比較例１では、全てのステップを行わなかった。比較例２では、乾燥ステップＳ１及び加熱ステップＳ２を行ったが、粒状化ステップＳ３において攪拌を行わず、後述するように分離ステップＳ４も行わなかった。比較例３では、乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２及び粒状化ステップＳ３を行ったが、分離ステップＳ４を行わなかった。比較例４、５では、いずれのステップも行わず、後述する湿式の分離処理を行った。

【0058】

実施例１～４及び比較例２，３では、乾燥ステップＳ１及び加熱ステップＳ２を連続して行った。これらのステップでは、２０℃から２００℃まで０．５℃／分で昇温させ、２００℃で１８０分間維持した。これらのステップの間、被処理物の攪拌を連続して行った。実施例１～４及び比較例２，３の粒状化ステップＳ３では、送風しながら、２００℃から３０℃まで０．２℃／分で降温し、冷却した。このうち、実施例１～４及び比較例３では、冷却の間、被処理物の攪拌を行った。一方、比較例２では、冷却の間、被処理物の攪拌を行わなかった。

【0059】

比較例４、５では、被処理物サンプルからおむつ１枚を取り出し、５ｃｍ各に切断した。切断されたおむつを、濃度５％のＣａＣｌ水溶液中に投入し、撹拌した。静置後、浮遊物と沈殿物に分離を行った。浮遊物と沈殿物それぞれを、２５０メッシュのナイロンメッシュ袋に入れ、延伸脱水機で脱水しサンプルを得た。浮遊物のサンプルを比較例４、沈殿物のサンプルを比較例５とした。

【0060】

【表1】

【0061】

［分離処理］
実施例１～４の粒状化ステップＳ３後の粒状体サンプルに対して、ふるいを用いて分離処理（分離ステップＳ４）を行った。実施例１及び３では、１５０μｍの目開きのふるいを用いて分離処理を行った。実施例２及び４では、３００μｍの目開きのふるいを用いて分離処理を行った。実施例１及び２では、ふるい上に残った粒状体（残滓）を回収した。実施例３及び４では、ふるいを通過した粒状体を回収した。

【0062】

一方、比較例１のサンプルは、おむつそのものの形態を維持しており、吸水性樹脂を分離することはできなかった。また、比較例２のサンプルは、粒状化ステップＳ３における冷却中に攪拌を行っていないため、被処理物が塊状となっており、ふるいによる分離が実施できなかった。比較例３では、上述のように、ふるいによる分離処理を行わず、全ての粒状体を回収した。

【0063】

［発熱量の測定］
回収された各実施例及び比較例のサンプルの発熱量を測定した。その結果を、表１に示す。発熱量は、サンプルの水分含有率に影響を受ける。また、吸水性樹脂が多いと発熱量が低くなり、吸水性樹脂が少ないと発熱量が高くなる傾向があるため、発熱量は、サンプル中の吸水性樹脂の含有率にも影響を受ける。発熱量は、総発熱量としてＪＩＳ Ｚ ７３０２－２に基づいて測定した。

【0064】

表１に示すように、粒度の大きい粒状体である実施例１及び２のサンプルの発熱量は、全ての粒状体を含む比較例３のサンプルと比較して、小さい値となった。この結果から、実施例１及び２のサンプルは、比較例３のサンプルよりも、吸水性樹脂を多く含むと考えられる。なお、粒状化された比較例３及び乾燥された比較例２のサンプルは、吸水された吸水性樹脂を含むおむつそのものである比較例１よりも水分含有量が低いため、発熱量が高くなった。

【0065】

また、表１に示すように、粒度の小さい粒状体である実施例３及び４のサンプルの発熱量は、比較例３、実施例１及び２のサンプルよりも高くなった。これは、実施例３及び４のサンプルが、比較例３、実施例１及び２のサンプルと比較して吸水性樹脂の含有量が少ないためであると考えられる。また、表１の結果から、実施例３及び４のサンプルは、実施例１及び２並びに比較例１～４のサンプルと比較して発熱量が高く、燃料に適していることがわかった。

【0066】

また、湿式分離した比較例４、５のサンプルの発熱量は、比較例１～３、実施例１～４のサンプルより小さくなった。これは、比較例４、５のサンプルが、比較例１～３、実施例１～４のサンプルと比較して水分含有量が高いためであると考えられる。なお比較例４のサンプルの発熱量は、比較例５のサンプルよりも高くなった。これは、比較例４のサンプルが、比較例５のサンプルと比較して吸水性樹脂の含有量が少ないためであると考えられる。

【0067】

［吸水性樹脂含有率の算出］
さらに、回収された各実施例及び比較例のサンプルに対して、吸水性樹脂の含有率を算出した。その結果を表１に示す。
吸水性樹脂の含有率は、以下のように算出された。まず、サンプルのナトリウムはすべて吸水性樹脂由来として、ナトリウム比率から吸水性樹脂の含有率を算出した。ナトリウム比率は、「廃棄物固形化燃料－第５部：金属含有量試験方法（ＪＩＳ Ｚ ７３０２－５：２００２）」に基づき、ＩＰＣ発光分析を用いて測定を行った。

【0068】

表１に示すように、実施例１及び２で回収されたサンプルでは、吸水性樹脂の含有率が５０質量％以上であり、分離ステップＳ４を行っていない比較例２及び３のサンプルと比較して当該含有率が高くなった。一方、実施例３及び４で回収されたサンプルでは、吸水性樹脂の含有率が３０％未満であり、当該含有率が他のサンプルと比較して低かった。これらの結果から、乾燥ステップＳ１、加熱ステップＳ２、及び粒状化ステップＳ３を行った後、目開き１５０μｍ及び３００μｍのふるいを用いて分離ステップＳ４を行うことで、吸水性樹脂の含有率が高い粒状体と、含有率が低い粒状体とを分離できることがわかった。

【符号の説明】

【0069】

１００…粒状化装置
１０１…処理槽
１０１ｂ…収容部
１０２…攪拌シャフト
１０２ａ…軸部
１０２ｂ…羽根部
１０３…ヒータ
１０４…送風機構
Ｃ…回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】