特開 2024-44109 廃プラスチックのリサイクル方法

(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】P2024044109

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】廃プラスチックのリサイクル方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 11/12 20060101AFI20240326BHJP

   B29B 7/48 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

C08J11/12 ZAB

B29B7/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022149454

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003300

【氏名又は名称】東ソー株式会社

(72)【発明者】

【氏名】春成 武

(72)【発明者】

【氏名】神谷 晃基

【テーマコード（参考）】

4F201

4F401

【Ｆターム（参考）】

4F201AA03

4F201AA04

4F201AR06

4F201BC01

4F201BC03

4F201BC25

4F201BD05

4F201BK02

4F201BK13

4F201BK26

4F201BP16

4F201BP20

4F201BP23

4F401AA09

4F401AD07

4F401BA06

4F401CA70

4F401CA79

4F401CB26

4F401DC06

(57)【要約】

【課題】 本発明は、廃プラスチックを簡便かつ効率的に熱分解させ、プラスチックスやゴムの成形助剤、滑剤、離型剤、インキおよび塗料添加剤、顔料分散剤、ホットメルト接着剤用途などに有用である高品質な熱分解ワックスとしてリサイクルする方法を提供する。
【解決手段】 廃プラスチックを押出機に供給し、該押出機内で熱分解させることにより熱分解ワックスとしてリサイクルする方法。
【選択図】 なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃プラスチックを押出機に供給し、該押出機内で熱分解させることにより熱分解ワックスとしてリサイクル方法。

【請求項2】

廃プラスチックが、ポリオレフィン系樹脂である、請求項１に記載のリサイクル方法。

【請求項3】

ポリオレフィン系樹脂が、ポリエチレン系樹脂である、請求項２に記載のリサイクル方法。

【請求項4】

押出機が、２軸以上８軸以下の多軸スクリュ押出機である、請求項１に記載のリサイクル方法。

【請求項5】

押出機が、タンデム式押出機である、請求項１に記載のリサイクル方法。

【請求項6】

押出機の熱分解領域でのシリンダ温度３３０～４８０℃、熱分解後のワックスを押し出す押出機の先端温度１００～３００℃の条件にて廃プラスチックを押出機内で熱分解させる、請求項１～５のいずれかに記載のリサイクル方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃プラスチックのリサイクル方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

プラスチックは、その有用性から、幅広い製品や容器包装に利用されている。一方、カーボンニュートラルの実現、海洋プラスチックごみ問題や気候変動問題への対応強化が求められる中、プラスチックの循環を促進する重要性が高まっている。廃プラスチック（以下、廃プラと略記することもある。）を熱分解して合成したナフサを原料に、ナフサクラッカーと重合プラントを使ってポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等を製造するケミカルリサイクルは、劣化した廃プラもリサイクルが可能であり、またモノマーやオリゴマー原料からプラスチックを合成するため、リサイクル品はバージン品と同等の品質になる利点を有する。一方、リサイクルのプロセスが長く、複雑であることから、経済合理性に乏しい課題が指摘されている。

【0003】

ここで、分子量１万以下の低分子量ポリマーは、分子量数万から数十万の一般的なポリマーとは異なる物理的、化学的性質を示す。なかでも低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレンなどのポリオレフィンワックスは、生産されるプラスチックの多くを占めるポリオレフィンだけでなく、ポリ塩化ビニルなどの樹脂とも高い相容性を示し、顔料分散剤や成形加工助剤、インキまたは塗料の添加剤、ホットメルト接着剤の添加剤など幅広い用途に使用されている。

【0004】

ポリオレフィンワックスの合成方法は重合法と熱分解法があり、熱減成された低分子量ポリオレフィン（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。熱分解法は重合法と比較して製造コストが低く少量生産にも適しているなどの商業的な利点だけでなく、廃棄されたプラスチックを使用することができるなど、近年重要視されているリサイクルの観点からも有用な手法である。しかし、ポリオレフィンは他のポリマーと比較して熱分解温度が高く、ワックスを得るためには長時間、高温下で熱分解させる必要があるため、熱分解プロセスにおいて多くのエネルギーを要する。そのため、熱分解反応を促進する方法がいくつか提案されており、酸素及び過酸化物を添加する方法（例えば、特許文献２）、メルカプタン系有機化合物を添加する方法（例えば、特許文献３）、接触触媒と反応させる方法（例えば、特許文献４）などが提案されている。また、オレフィン系重合体を定量的に移送する定量移送手段と該定量移送手段に連結されたスクリュ型押出機とからなる熱分解反応器を複数段連結して構成される熱分解装置に供給することを特徴とする熱分解ワックスの製造方法（例えば、特許文献５）が提案されている。さらに、連続式廃プラスチック油化還元装置（例えば、特許文献６）、あるいは二軸スクリュ押出式の廃プラスチックの処理方法（例えば、特許文献７）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０－１５８３２９号公報

【特許文献2】特公昭５１－４８１９６号公報

【特許文献3】特開平９－４０８０１号公報

【特許文献4】特表２０１９－５１５０６０号公報

【特許文献5】特開平４－３０４２０５号公報

【特許文献6】ＷＯ２０１９／００４４６２号公報

【特許文献7】特開２００８－３０２５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に提案された管状反応器内でポリオレフィンを熱減成して得られる低分子ポリオレフィンにおいては、反応器内面に生じた熱劣化物が混入し、品質の低下した低分子ポリオレフィンとなる問題があった。さらに、特許文献２に提案の方法により得られるポリプロピレンにおいては、酸素と過酸化物によってポリプロピレンの分解が促進されるため、ポリプロピレンの酸化が起こり易く、本来ポリプロピレンが有する低極性といった特徴が損なわれる問題があった。また、特許文献３に提案の方法により得られる油状物おいては、合成重合体の熱分解においてメルカプタン系有機化合物を分解促進剤として用いるため、メルカプタン系有機化合物が残留することによる人体への有害性や臭気が問題となった。さらに、特許文献４に提案の方法により得られるワックスにおいては、接触触媒を用いてプラスチックをワックスへと転換するため、高価な触媒を用いることによるコスト上昇あるいは触媒残渣の混入による色相の悪化が問題となった。また、特許文献５に提案の方法は、高分解度の熱分解ワックスを得ることができるものであるが、廃棄プラスチックの使用については何ら言及されていない。そして、特許文献６に提案のプラスチック油化還元装置については、得られる生成油の特徴や熱分解ワックスについて何ら記載されていない。さらに特許文献7に提案の二軸スクリュ押出式の廃プラスチックの処理方法については、ペレットを含む成形品を得るための方法であり、熱分解ワックスについて何ら記載されていない。

【0007】

そこで、本発明は、廃プラスチックを、特に好ましくは廃棄されるポリエチレン系樹脂を簡便かつ効率的に熱分解させ、高品質な熱分解ワックスとしてリサイクルする方法を提供することを目的とするものであり、さらに詳しくは、プラスチックスやゴムの成形助剤、滑剤、離型剤、インキおよび塗料添加剤、顔料分散剤、ホットメルト接着剤用途などに有用である熱分解ワックスとしてリサイクルする方法を提供することにある。

【0008】

成形済、使用済等の樹脂、成形体の再利用、再生、原材料化、油化等の再利用効率を高めることは、包摂的で持続可能な産業化を推進化に寄与するものであり、近年叫ばれているＳＤＧｓ等持続可能な社会に必要なテクノロジーの１つである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、廃プラスチックを押出機に供給し、該押出機内で熱分解させることにより簡便かつ効率的に高品質な熱分解ワックスとしてリサイクルできることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0010】

すなわち本発明の各態様は、以下に示す［１］～［６］である。
［１］廃プラスチックを押出機に供給し、該押出機内で熱分解させることにより熱分解ワックスとしてリサイクル方法。
［２］廃プラスチックが、ポリオレフィン系樹脂である、［１］に記載のリサイクル方法。
［３］ポリオレフィン系樹脂が、ポリエチレン系樹脂である、［２］に記載のリサイクル方法。
［４］押出機が、２軸以上８軸以下の多軸スクリュ押出機である、［１］～［３］のいずれかに記載のリサイクル方法。
［５］押出機が、タンデム式押出機である、［１］～［３］のいずれかに記載のリサイクル方法。
［６］押出機の熱分解領域でのシリンダ温度３３０～４８０℃、熱分解後のワックスを押し出す押出機の先端温度１００～３００℃の条件にて廃プラスチックを押出機内で熱分解させる、［１］～［５］のいずれかに記載のリサイクル方法。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、廃プラスチックを簡便かつ効率的に熱分解させ、プラスチックスやゴムの成形助剤、滑剤、離型剤、インキおよび塗料添加剤、顔料分散剤、ホットメルト接着剤用途などに有用である高品質な熱分解ワックスとしてリサイクルする方法を提供することができ、その産業的価値は極めて高いものである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明について詳細に説明する。

【0013】

本発明のリサイクル方法は、廃プラスチックを押出機に供給し、該押出機内で熱分解させることにより熱分解ワックスとしてリサイクルするものである。

【0014】

廃プラスチックは、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、エチレン―酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと略記することもある。）、ケン化ＥＶＡ等のポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやプリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニルなどの塩素性樹脂、６ナイロン、６６ナイロンなどのポリアミド系樹脂、ポリスチレンなどのスチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの廃棄されるプラスチックを挙げることができ、さらにこれらの廃棄プラスチックの混合物であってもかまわない。また、該プラスチックの形態はペレット、パウダーなどに限らず、フィルム、シート、ボトル、繊維、パイプ、射出成型品などの成形品およびその破砕物であっても良く、使用済み品、規格外品、廃棄品などと称される廃プラスチックを挙げることができる。なお、該廃プラスチックが樹脂組成物である場合、各成分が互いに溶け合って混合された状態であっても、各成分がペレットや端材のような固形分の状態で物理的に混合した状態であってもかまわない。これら廃プラスチックの中でも、特に顔料分散剤や成形加工助剤、インキまたは塗料の添加剤、ホットメルト接着剤の添加剤など幅広い用途に使用でき、分子量の制御が容易であることから、ポリエチレン樹脂を主成分としたポリエチレン系樹脂であることが好ましく、該ポリエチレン樹脂の含有量としては、安定した品質の熱分解ワックスとなることから、該ポリエチレン樹脂が７０重量％以上含まれることが好ましく、特に該ポリエチレン樹脂が８０重量％以上であることが好ましい。

【0015】

該押出機としては、特に限定されるものではなく、例えば単軸スクリュ押出機、同方向回転２軸スクリュ押出機、異方向回転２軸スクリュ押出機、スクリュが押出機のシリンダ内に３本以上、並列して配置された４軸ないしは８軸などの多軸スクリュ押出機、さらにタンデム式押出機として、２台以上の押出機を直列に連結したもの、一方の押出機の出口と他方の押出機の入口とを連結してＬ字状に配置したもの、一方の押出機の出口と他方の押出機の側面とを連結してＴ字状に配置したものなどを挙げることができる。また、該タンデム式押出機を構成する各押出機としては、単軸スクリュ押出機あるいは２軸以上８軸以下の多軸スクリュ押出機などを挙げることができ、これら押出機を２台以上組み合わせてタンデム式押出機とすることができる。これら押出機の中でも、とりわけ品質の安定した熱分解ワックスが得られ、押出時のトルクや吐出量の安定性に優れることから、同方向回転２軸スクリュ押出機、４軸～８軸の多軸スクリュ押出機、タンデム式押出機であることが好ましい。

【0016】

また、本発明のリサイクル方法に用いられる押出機は、熱分解した低分子量のガス成分を効率的に押出機外に排出するため、真空ベント口が設置されたものであることが好ましい。さらに、廃棄プラスチックを十分に熱分解させることができ、品質の安定した熱分解ワックスが得られることから、スクリュ長さ（Ｌ）とスクリュ直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）は３０以上、特に４０以上のスクリュであることが好ましい。

【0017】

また、本発明のリサイクル方法において、押出機に供給し、該押出機内で熱分解させる条件としては、原料の廃プラスチックや押出機の種類、あるいは所望とする熱分解ワックスの分子量などにより適宜調整されるべきものであるが、熱分解を短時間で行い、かつ得られる熱分解ワックスの臭気を抑えることが容易となることから、例えば、熱分解領域でのシリンダ温度は、３３０～４８０℃の範囲を挙げることができ、３６５～４７５℃であることがさらに好ましく、特に好ましくは３８０～４５０℃の範囲である。さらに、熱分解領域における熱分解時間、すなわちポリエチレン系樹脂の押出機内における滞留時間としては、1～３０分の範囲を挙げることができ、２～２０分であることがさらに好ましく、特に好ましくは３～１５分の範囲である。さらに、熱分解後のワックスを押し出す際の押出機の先端温度は分子量をより精密に制御することが容易となることから、１００～３００℃以下の範囲を挙げることができ、１００～２８０℃であることがさらに好ましく、特に好ましくは１００～２５０℃の範囲である。また、得られる熱分解ワックスの臭気を抑え、かつ分子量の制御が容易となることから、熱分解させる際の押出機内は水素、ヘリウム、アルゴン、窒素、炭酸ガス等の不活性ガスにより置換されていることが好ましく、特に窒素ガスにより置換されていることが好ましい。そして、押出機より押し出された熱分解後のワックスはホットカット、ミストカット、アンダーウォーターカット等の方法あるいはスチールベルト上で冷却した後、カッティングするなどの方法によりペレットとすることが可能である。

【実施例0018】

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら制限されるものではない。

【0019】

～熱分解ワックスのＧＰＣ測定～
以下の測定装置および器具を用い、以下の条件で測定を行った。

【0020】

装置：ＨＬＣ－８３２１ＧＰＣ／ＨＴ（検出器：ＲＩ方式）（東ソー株式会社製）
カラム：以下の（ｉ）のカラムを１本、（ｉｉ）のカラムを３本、直列で使用
（ｉ）ＴＳＫｇｅｌ ｇｕＡｒｄＣｏｌｕｍｕＨ（ＨＲ）（３０）ＨＴ
（７．５ｍｍＩ．Ｄ．）×７．５ｃｍ）（東ソー株式会社製）×１本
（ｉｉ）ＴＳＫｇｅｌ ＧＭＨ（ＨＲ）－Ｈ（２０）ＨＴ
（７．５ｍｍＩ．Ｄ．）×３０ｃｍ）（東ソー株式会社製）×３本
溶離液：１，２，４－トリクロロベンゼン（ＢＨＴ：０．０５ｗｔ％含有）
（富士フィルム和光純薬株式会社製）
流速：１．０ｍＬ／分
注入量：０．３ｍＬ
カラム温度：１４０℃
システム温度：４０℃
試料濃度：１ｍｇ／ｍＬ
検量線：東ソー株式会社製、標準ポリスチレンを用いた５次近似曲線。但し、分子量はＱファクターを用いてＰＥ換算分子量とした。そして、熱分解ワックスの数平均分子量（Ｍｎ）が５００以上１０，０００以下のものを広範囲な用途に使用できる品質の優れるワックスであると判断した。

【0021】

実施例１
押出機として、スクリュ径１２ｍｍ、スクリュ長さＬとスクリュ直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）８５の同方向回転２軸スクリュ押出機を用いた。また、揮発ガスを押出機外へ除去するため、真空ベント口を２か所設置した（押出機Ａ－１）。そして、廃プラスチックとして、数平均分子量１４，０００の直鎖状低密度ポリエチレン製フィルムを粉砕機にて粉砕、減容した後、一定流量の窒素ガスと共に該押出機Ａ－１に供給し、該第一押出機のニーディングゾーンのシリンダ温度を４３０℃に加熱した条件で原料供給速度２ｋｇ／ｈｒにて溶融混錬することで熱分解させた。次いで、該溶融混錬したポリエチレン樹脂を該押出機の先端のシリンダ温度を１８０℃に加熱した条件にて、窒素雰囲気下に設置されたスチールベルト上に押出して冷却した後、カッティングすることでペレット状のポリエチレンワックスを１．６ｋｇ/ｈｒの速度で得た。そして、得られたポリエチレンワックスを用いてＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量は５，０００であった。

【0022】

実施例２
押出機として、スクリュ径１２ｍｍ、スクリュ長さＬとスクリュ直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）７０の同方向回転２軸スクリュ押出機を第一押出機とし、スクリュ径２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ４５の単軸スクリュ押出機を第二押出機として、該第一押出機の出口と第二押出機の入口とを連結してＬ字状に配置したタンデム式押出機を用いた。また、揮発ガスを押出機外へ除去するため、真空ベント口を第一押出機に２か所および第二押出機に１か所設置した（押出機Ａ－２）。そして、廃プラスチックとして、数平均分子量２０，０００の高密度ポリエチレン製ボトルを粉砕機にて粉砕、減容した後、一定流量の窒素ガスと共に該押出機Ａ－２に供給し、該第一押出機のニーディングゾーンのシリンダ温度を４３０℃に加熱した条件で原料供給速度２.５ｋｇ／ｈｒにて溶融混錬することで熱分解させた。次いで、該溶融混錬したポリエチレン樹脂を該第一押出機の出口と連結された第二押出機に供給し、該第二押出機の先端のシリンダ温度を１６０℃に加熱した条件にて、窒素雰囲気下に設置されたスチールベルト上に押出して冷却した後、カッティングすることでペレット状のポリエチレンワックスを２ｋｇ/ｈｒの速度で得た。そして、得られたポリエチレンワックスを用いてＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量は４，０００であった。

【0023】

実施例３
押出機として、スクリュ径１２ｍｍ、スクリュ長さＬとスクリュ直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）４０の同方向回転４軸押出機を用いた。また、揮発ガスを押出機外へ除去するため、真空ベント口を２か所設置した（押出機Ａ－３）。そして、廃プラスチックとして、数平均分子量１２，０００の低密度ポリエチレン製フィルムを粉砕機にて粉砕、減容した後、一定流量の窒素ガスと共に該押出機Ａ－３に供給し、該押出機のニーディングゾーンのシリンダ温度を４００℃に加熱した条件で原料供給速度３ｋｇ／ｈｒにて溶融混錬することで熱分解させた。次いで、該溶融混錬したポリエチレン樹脂を該押出機の先端のシリンダ温度を２００℃に加熱した条件にて、窒素雰囲気下に設置されたスチールベルト上に押出して冷却した後、カッティングすることでペレット状のポリエチレンワックスを２．５ｋｇ/ｈｒの速度で得た。そして、得られたポリエチレンワックスを用いてＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量は３，０００であった。

【0024】

比較例１
廃プラスチックとして、数平均分子量１４，０００の直鎖状低密度ポリエチレン製フィルムを用い、粉砕機にて粉砕、減容した。次いで、得られた粉砕後の廃プラスチック２ｋｇを攪拌機が装備された１５リットルオートクレーブ内に一定流量の窒素ガスと共に供給し、該オートクレーブ内を撹拌した。そして、該オートクレーブを室温から１０℃／分の速度で昇温し、４２０℃に達した後、９０分間保持した。その後、オートクレーブ内に窒素ガスを供給しながら１２０分間冷却し、１４０℃に達した時点でオートクレーブからポリエチレンワックス１．５ｋｇを抜き出した。そして、得られたポリエチレンワックスを用いてＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量は１，５００であった。該ポリエチレンワックス１．５ｋｇを得るために要した時間は２８０分であった。

【0025】

比較例２
廃プラスチックとして、数平均分子量２０，０００の高密度ポリエチレン製ボトルを用い、粉砕機にて粉砕、減容した。次いで、得られた粉砕後の廃プラスチック２．５ｋｇを攪拌機が装備された１５リットルオートクレーブ内に一定流量の窒素ガスと共に供給し、該オートクレーブ内を撹拌した。そして、該オートクレーブを室温から１０℃／分の速度で昇温し、４３０℃に達した後、１０分間保持した。その後、オートクレーブ内に窒素ガスを供給しながら６０分間冷却し、２２０℃に達した時点でオートクレーブからポリエチレンワックス１．８ｋｇを抜き出した。そして、得られたポリエチレンワックスを用いてＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量は１３，０００であった。該ポリエチレンワックス１．８ｋｇを得るために要した時間は１２０分であった。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本発明は、廃プラスチックを簡便かつ効率的に熱分解させ、プラスチックスやゴムの成形助剤、滑剤、離型剤、インキおよび塗料添加剤、顔料分散剤、ホットメルト接着剤用途などに有用である高品質な熱分解ワックスとしてリサイクルする方法を提供するものである。