特表 2023-539554 プラスチックのリサイクルにおける又はプラスチックのリサイクルに関する改善

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-15

(54)【発明の名称】プラスチックのリサイクルにおける又はプラスチックのリサイクルに関する改善

(51)【国際特許分類】

   C08J 11/08 20060101AFI20230908BHJP

【ＦＩ】

C08J11/08 ZAB

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023507976

(86)(22)【出願日】2021-08-25

(85)【翻訳文提出日】2023-02-03

(86)【国際出願番号】 EP2021073524

(87)【国際公開番号】W WO2022043388

(87)【国際公開日】2022-03-03

(31)【優先権主張番号】2013341.9

(32)【優先日】2020-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(31)【優先権主張番号】2109182.2

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523039569

【氏名又は名称】レヴェンタス リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バーンズ，アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】マレー，ピーター

(72)【発明者】

【氏名】バーンズ，スティーブン アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】ローズ，トーマス

【テーマコード（参考）】

4F401

【Ｆターム（参考）】

4F401AA08

4F401AA09

4F401AA10

4F401BA13

4F401CA22

4F401CA51

4F401CA90

4F401CB01

4F401CB14

4F401EA54

4F401FA01Z

4F401FA06Z

4F401FA07Z

4F401FA11Z

4F401FA20Z

(57)【要約】

プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、ポリマーを溶媒に溶解させる方法であって、ポリマーと溶媒とが、振動する穿孔されたディスクの積層を有する反応容器内で結合される、方法。積層の直線運動が、溶解時間を数時間から数分に加速させ、して必要とされたポリマー対溶媒の比が、０．３～１０重量％添加に増大させられ得る。反応容器は、大気圧のままの圧力で加熱され得る。方法は、１，０００リットル以上の反応容器を用いた商業的スケールのプロセシングに役立つ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解させる方法であって、
（ａ）少なくとも１つのポリマーを反応容器中の少なくとも１つの溶媒に導入して、混合物を生成するステップと、
（ｂ）前記反応容器内で混合装置を第１の継続時間の間動作させるステップと、を含み、
前記混合装置は、積層された配置で互いに平行に整列された、複数のディスクであって、各ディスクは、前記反応容器の断面積の大部分にわたって延在し、前記混合物が、前記ディスクを通って、前記反応容器の第１の端部から前記反応容器の第２の端部へ流れることを可能にする、複数の孔を含む、複数のディスクと、前記ディスクを適所に保持する、１つ以上の支持体であって、前記１つ以上の支持体は、前記ディスクが第１の周波数及び第１の振幅で振動するよう動かされるように、直線運動発生器に接続され、前記直線運動は、前記第１の持続期間内で、前記ポリマーの少なくとも一部を前記溶媒に溶解させる、１つ以上の支持体と、を含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記第１の継続時間は、１時間未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の継続時間は、３０分未満である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の継続時間は、１５分未満である、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つのポリマーは、前記少なくとも１つの溶媒に対する０．１重量％～３０重量％添加の範囲内にある、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記少なくとも１つのポリマーは、前記少なくとも１つの溶媒に対する０．３重量％～１０％重量添加の範囲内にある、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記反応容器は、１，０００リットル以上の容積を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の周波数は、１～１５Ｈｚの範囲内にある、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の振幅は、４０～１０００ｍｍの範囲内にある、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記方法は、不活性ガスを前記反応容器内にパージして、不活性雰囲気で酸素を置換することを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記不活性ガスは、窒素である、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記方法は、前記混合物を第１の温度まで加熱することを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記混合物は、前記反応容器を加熱することによって加熱される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記温度は、室温と少なくとも１つの溶媒の沸点との間である、請求項１２又は１３に記載の方法。

【請求項15】

前記温度は、８０℃～１２０°の範囲内にある、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記温度は、１２０℃よりも高い、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記少なくとも１つのポリマーは、１つ以上のポリオレフィンである、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記少なくとも１つのポリマーは、ポリエチレン（ＰＥ）である、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記少なくとも１つのポリマーは、ポリプロピレン（ＰＰ）である、請求項１７又は１８に記載の方法。

【請求項20】

前記少なくとも１つのポリマーは、混合ＰＥ／ＰＰリサイクレートである、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記方法は、混合プラスチック原料が機械的に分離されて汚染物質を除去する第１のステップを含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記少なくとも１つの溶媒は、ブチラール、キシレン、トルエン、及びエチルベンゼンを含む群から選択される、請求項１～２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記複数のディスクは、垂直積層で互いに平行に整列され、前記混合物は、前記ディスクを通って前記反応容器内を垂直に流れ、前記ディスクは、前記第１の周波数及び前記第１の振幅で上下に動かされる、請求項１～２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記複数のディスクは、水平に積層された配置で互いに平行に整列され、前記混合物は、前記ディスクを通って前記反応容器に沿って流れ、前記ディスクは、前記第１の周波数及び前記第１の振幅で前後に動かされる、請求項１～２２のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラスチックのリサイクルに関し、より詳細には、限定するものではないが、プラスチック中の添加物を除去して二次用途におけるその用途を増大させるためのプロセスにおける、溶媒へのポリマーの溶解のための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

廃棄物のリサイクルは、いまや大きな環境保護の推進力となっている。この点に関し、プラスチックは生分解性ではないために、プラスチックのリサイクルは課題のなかでも重要視されている。残念ながら、閉ループの循環型経済の理想を阻む重要な障害は、再販及び再利用のために混合プラスチック廃棄物から価値を引き出すリサイクル業者の能力である。現在、リサイクル業者は、単に、再販のためにプラスチックをグループに分けることにより価値を引き出しているが、その大半は混ざった色の粒状のものである。この色は、成形業者及び製造業者が色を選択することができず、どの製品も黒く、価値が低く、人目につかないものとなるため、リサイクルされるプラスチックの二次的な用途を制限する。このことは、リサイクレート（ｒｅｃｙｃｌａｔｅ）に存在し得る添加物及び汚染物質と合わせて、低い再販価値に帰着し、リサイクル業者は、経済的に材料のうちの少ない割合からしか価値を引き出すことができない。

【0003】

ＵＳ９，８０３，０３５は、消費者の使用後又は産業上の使用後に再生されたポリエチレンのような再生ポリマーを精製して、無色又は透明で臭いのない、未使用のようなポリマーを製造するための方法を開示している。方法は、再生ポリエチレンを取得し、これを高温高圧で流動性溶媒と接触させて、抽出再生ポリエチレンを生成することを含む。抽出再生ポリエチレンは、高温高圧下で溶媒に溶解させられてポリエチレン溶液を生成し、高温高圧下で固体媒体を有するポリエチレン溶液と接触することにより精製されて、より純度の高いポリエチレン溶液を生成する。この純度の高いポリエチレン溶液から、より純度の高いポリエチレンが次いで分離される。

【0004】

かかるプロセスは、精製ステップが行われる前に、溶媒へのプラスチックの溶解を必要とする。溶媒へのポリマーの溶解は、実験室及び小規模なバッチスケールで長年行われてきたが、主にポリマーを溶解するのに要する時間の長さ（数時間）のため、商業的なプロセスとしては適していない。溶解を高温高圧で行うことが、時間の幾分かの短縮を可能とすることが知られているが、商業的スケールでの溶解の間に圧力及び温度を制御するために必要とされる追加的な装備及び手順により、このことは大きくは補償されない。更なる欠点は、必要な溶媒の量にみられ、典型的な最小のポリマー溶媒比は、１：１００である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

それゆえ、本発明の目的は、先行技術における１つ以上の欠点を回避又は軽減する、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解させる方法であって、
（ａ）少なくとも１つのポリマーを反応容器中の少なくとも１つの溶媒に導入して、混合物を生成するステップと、
（ｂ）反応容器内で混合装置を第１の継続時間の間動作させるステップと、を含み、
混合装置は、積層された配置で互いに平行に整列された、複数のディスクであって、各ディスクは、反応容器の断面積の大部分にわたって延在し、混合物が、ディスクを通って、反応容器の第１の端部から反応容器の第２の端部へ流れることを可能にする、複数の孔を含む、複数のディスクと、ディスクを適所に保持する、１つ以上の支持体であって、１つ以上の支持体は、ディスクが第１の周波数及び第１の振幅で振動するよう動かされるように、直線運動発生器に接続され、直線運動は、第１の持続期間内で、ポリマーの少なくとも一部を溶媒に溶解させる、１つ以上の支持体と、を含むことを特徴とする、方法が提供される。

【0007】

驚くべきことに、かかる混合装置の使用により、溶解のための持続時間が数時間から数分に大幅に短縮され、ポリマー対溶媒比も増大させられ得ることが、発見された。

【0008】

好ましくは、第１の継続時間は、１時間未満である。第１の持続時間は、３０分未満であっても良い。第１の継続時間は、１５分未満であっても良い。より好ましくは、第１の持続時間は、１０分未満である。

【0009】

少なくとも１つのポリマーは、０．１重量％～１００重量％添加の範囲内であっても良い。好ましくは、少なくとも１つのポリマーは、０．１重量％～２０重量％添加の範囲内にある。より好ましくは、少なくとも１つのポリマーは、０．３重量％～１０重量％添加の範囲内にある。ポリマー溶媒比を１：２０又は更には１：１０にまで低減させることが可能であることにより、商業的な使用が経済的になる。１，０００リットル以上の反応容器の容積が、実現され得る。

【0010】

好ましくは、第１の周波数は、１～１５Ｈｚの範囲内にある。好ましくは、第１の振幅は、４０～１０００ｍｍの範囲内にある。周波数及び振幅を調整することは、第１の継続時間を更に短縮し得る。

【0011】

好ましくは、方法は、不活性ガスを反応容器にパージして、不活性雰囲気で酸素を置換することを含む。好ましくは、不活性ガスは、窒素である。

【0012】

好ましくは、方法は、混合物を第１の温度まで加熱することを含む。好ましくは、混合物は、反応容器を加熱することによって加熱される。好ましくは、温度は、室温と少なくとも１つの溶媒の沸点との間である。８０℃～１２０℃の範囲内の温度が使用されても良い。好ましくは、温度は１２０℃よりも高い。混合物の温度を上げることによって、第１の継続時間が短縮され得る。必要とされる温度は、商業的な用途に適している。

【0013】

好ましくは、少なくとも１つのポリマーは、１つ以上のポリオレフィンである。このことは、熱可塑性供給原料に対して系が作用することを可能とする。好ましくは、少なくとも１つのポリマーは、ポリエチレン（ＰＥ）及び／又はポリプロピレン（ＰＰ）である。より好ましくは、少なくとも１つのポリマーは、混合ＰＥ／ＰＰリサイクレートである。かかるリサイクレートは、着色顔料のような添加物を含む、リサイクルにおける使用のために生成される典型的な製品である。

【0014】

方法は、混合プラスチック原料が機械的に分離されて汚染物質を除去する第１のステップを含んでも良い。汚染物質は、限定するものではないが、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）と考えられ得る。プラスチック原料の例は、単一のソース、すなわち、あらゆる色の車輪付きごみ箱、コンテナ、パイプ、ボトルキャップ、ボトル及びタンクの、原料の使用済み熱可塑性プラスチック；消費者の使用後及び産業上の使用後のリサイクルプラスチック；混合ＰＥ／ＰＰリサイクレート；フィルム、すなわち多層フィルム、積層フィルム、ＰＥ又はＰＰフィルム；及びＡＢＳ、ポリスチレン、ＰＶＣのような他の混合熱可塑性プラスチックであり得る。

【0015】

好ましくは、少なくとも１つの溶媒は、ブチラールである。より好ましくは、１つ以上の溶媒は、ブチラール／ジブトキシメタンである。これが最も有効であることが見出されているが、ポリマーに作用するいずれの溶媒が使用されても良い。他の典型的な溶媒は、例えば、キシレン、トルエン及びエチルベンゼンであり得る。方法は、溶質としてのポリマー及び溶媒の極性に対して、少なくとも１つの溶媒を選択するステップを含んでも良い。この因子は、溶媒へのポリマーの溶解度に影響を与えることが見出されている。

【0016】

好ましくは、複数のディスクは、垂直積層で互いに平行に整列され、混合物は、ディスクを通って反応容器内を垂直に流れ、ディスクは、第１の周波数及び第１の振幅で上下に動かされる。このようにして、反応容器は、垂直に配置される。ディスクは、それぞれが水平面上で、反応容器の側壁に対して垂直に置かれているとみなされ得る。好ましくは、反応容器は、円筒形であり、円筒形の側壁を提供する。より好ましくは、１つ以上の支持体は、ディスクに対して垂直に、かつ容器の中心において側壁に対して平行に整列された、単一の支柱である。

【0017】

代替としては、複数のディスクは、水平に積層された配置で互いに平行に整列され、混合物は、ディスクを通って反応容器に沿って流れ、ディスクは、第１の周波数及び第１の振幅で前後に動かされる。このようにして、反応容器は、水平に配置される。ディスクは、それぞれが垂直面上で、反応容器の側壁に対して垂直に置かれているとみなされ得る。好ましくは、反応容器は、円筒形であり、円筒形の側壁を提供する。より好ましくは、１つ以上の支持体は、ディスクに対して垂直に、かつ容器の中心において側壁に対して平行に整列された、単一の支柱である。

【0018】

以下の説明において、図面は必ずしも縮尺によるものではない。本発明の特定の特徴は、スケールが誇張されて、又は幾分模式的な形で示され、従来の要素のいくつかの詳細は、明瞭性及び簡潔性のために示されていない場合がある。以下に議論される実施形態の個々の特徴は、所望の結果をもたらすために、別個に又は任意の適切な組み合わせで採用され得ることは、十分に認識されるべきである。

【0019】

したがって、図面及び説明は、本質的に例示するものであり、限定するものではないとみなされるべきである。更に、本明細書で使用される用語及び語句は、単に説明のために使用されており、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」又は「包含する」のような言葉及びその変形は、広義のものであり、その後に記載された主題、同等物及び記載されていない追加的な主題を広く包含することを意図されており、他の添加物、成分、整数又はステップを除外することは意図されていない。同様に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」なる語は、適用される法的な目的のために「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」又は「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」なる語と同義であるとみなされる。

【0020】

本開示における全ての数値は、「約」によって修正されるものと理解される。要素の全ての単数形、又は機器の構成要素を（限定なしで）含む本明細書に記載される他の任意の構成要素は、その複数形を含むものと理解される。

【0021】

本発明の実施形態は、単に例として、以下の図面を参照しながら、以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態による混合装置を含む反応容器の説明図である。

【図2】本発明の一実施形態による、図１の混合装置及び反応容器における使用のためのディスクの説明図である。

【図3】本発明による溶解プロセスを理解するのに有用な、溶液中のポリマーの表面層の組成の模式図である。

【図4】本発明の更なる実施形態による、混合装置を含む反応容器の説明図である。

【図5】本発明の一実施形態による、支持構造を有する、図４の混合装置及び反応容器における使用のためのディスクの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の一実施形態による方法によって、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマー１２を少なくとも１つの溶媒１４に溶解させるための、一般的に参照数字１０により示される反応容器を示す図面の図１への参照が、最初になされる。

【0024】

反応容器１０は、実質的に円筒形であり、その直径よりも大きい高さを有する。容器１０の容量は、商業的な使用のためには、１，０００リットル以上となる。当業者は、２，０００～３，０００リットルの容器又は一連の容器が実用的であることを認識するであろう。しかしながら、１０，０００リットル、更には３０，０００リットルまでの容器へのスケールアップがなされても良い。この実施形態においては、溶媒１４が導入される第１の入力ポート２０がある。溶媒１４が言及されるが、これは容器１０内で結合する多数の個々の溶媒であっても良いことは、理解されるであろう。第１の入力ポートは容器１０の上端に示されているが、容器上のいずれの位置にあっても良い。第２の入力ポート２２は、ポリマー１２のために提供される。ポリマー１２又はポリマーの組み合わせは、ほとんどの場合、リサイクレートの断片又はフィルムのような固体材料であり、一方で溶媒１４は液体であるので、第２の入力ポート２２は、より典型的に、容器の上端にある。ポリマー１２は、望ましい場合には、溶融流の形をとっても良い。これに加えて、ポリマー１２と溶媒１４とは、容器１０に導入される前に混合されて混合物１６を形成しても良い。容器１０の底部に向かって示される出力部２４は、溶解したポリマーを除去するために使用される。溶液は反応容器１０の高さ全体にわたって抽出され得るので、出力部２４はいずれの位置に配置されても良い。

【0025】

容器１０内には、一般的に参照数字１８により示される混合装置があり、容器１０の中央において垂直に配置され、容器１０の上端２６と底部２８との間に延在している。混合装置１８は、中央シャフト３２を有し、そのシャフト上に幾つかのディスク３４（ａ）～（ｇ）が配置されている。例示の目的のために、７枚のディスク３４のみが示されている。ディスク３４は、互いに平行に整列されるようにシャフト３２に垂直に装着され、それぞれが容器１０を通して側壁３６にほとんど到達するよう放射状に広がっている。ディスク３４の数及び位置は、シャフト３２上で変更されても良いが、好ましい実施形態においては、これらは等間隔に離隔されている。この配置は、積層３０とみなされ得る。積層３０は、容器１０内で垂直に配置される。

【0026】

シャフト３２の上端３８は、混合装置１８が容器１０内で懸架されるように、容器１０の上端２６において支持される。シャフト３２は、容器１０に対して垂直に、それ自体の中心軸上を長手方向に動きながら、上下に動き得るように構成されている。ディスク３４は、シャフト３２が動くときに、同様に長手方向に上下に移動するように、シャフト３２に装着されている。シャフト３２の動きは、シャフト３２の上端３８に装着されたアクチュエータ直線運動モータ４０の使用によって達成される。

【0027】

モータ４０は、中心軸上のシャフト３２に直線運動を提供する。この運動は、前後運動であるストロークであり、振幅と呼ばれる設定された距離だけシャフト３２を容器１０内に延在させる。ストロークの周波数も設定されることができ、シャフト３２がピストンのように動作して、容器１０内でディスク３４を連続的に上下に動かす。容器１０内でのディスク３４の動きは、容器１０の内容物を混合し、これらは混合物１６となる。積層３０のこの振動は、一定時間にわたって動作しても良く、簡単に言えば繰り返しパルスであっても良く、又は容器の内容物の溶解を決定するためのチェックの間で停止及び開始されても良い。積層３０、シャフト３２及びディスク３４は回転しないので、攪拌作用はないことに留意されたい。

【0028】

積層３０の振動は、モータ４０を作動させ、溶媒へのポリマーの溶解に最適な時間を得るために必要な振幅及び周波数を決定する、回路４２によって制御される。振幅及び周波数は、以下に説明されるように、混合物１６に導入されるエネルギーを決定する。

【0029】

ポリマー１２と溶媒１４との混合物１６である容器の内容物は、ディスク３４との繰り返される接触によって衝撃を受けることとなる。ディスク３４は、容器の内容物との接触のために十分な表面積４４を提供する一方で、ディスク３４を通る孔４６を介して容器１０の全長にわたって混合物１６が垂直に動くことを可能にするように設計されている。図２は、ディスク３４についての一実施形態を示す。ディスク３４は円周状であり、シャフト３２が通って配置及び装着される中央ポート４８を有する。孔４６のパターンは、ディスク３４の表面積４４にわたって配置され、ディスク３４を通る複数の開口を生成する。図２における実施形態は、孔４６の規則的なパターンを示しているが、これらはランダム的に配置されても良い。また、容器１０内に配置されるときに、孔４６が隣接するディスク間で垂直に整列される必要はない。実際、シャフト３２に平行な混合装置１８を通る経路がないように、孔４６をずらすことが好適である。

【0030】

ディスク３４は、容器１０の高さに比べて比較的薄く、プレートとみなされ得るが、以上に述べたように、ディスクが典型的な混合タンクにおいて見出されるようなインペラである場合に生じるようには回転させられない。同様に、本発明のディスク３４は、混合タンクにおいて使用される既知のバッフル構造とは正反対である。先行技術のバッフル構造は、典型的には、タンクの外縁のまわりに等距離に離隔されて垂直に配置されたバー又はロッドであり、これらは適所に固定され、タンクの動作の間に動かない。

【0031】

容器のまわりに配置されるものは、ヒータバンド４８ａ～ｄである。４つのヒータバンド４８ａ～ｄが上側及び下側の構成で示されているが、容器１０を加熱しそれによって混合物１６を加熱するために、いずれの構成の加熱素子が使用されても良い。混合物１６及び容器１０の温度を決定するためにセンサ（図示されていない）が使用されても良く、それにより、温度制御ユニット５０を介して容器１０にわたる全体の加熱温度及び温度勾配を制御するために、ヒータバンド４８ａ～ｂの温度が調節されても良い。

【0032】

また、容器１０に窒素のような不活性ガスを導入するために使用される、ガスライン５２がある。窒素又は他の活性ガスが、系内にパージされて、不活性な雰囲気で酸素を置換する。

【0033】

方法は、主に消費者用及び産業用のリサイクル可能なプラスチックの再利用のために、着色顔料及び臭気のようなプラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて使用される。ポリマー１２の入力に対して理想的な純粋なポリオレフィン原料を提供するために、最初の選別が実施されても良い。プラスチック原料は、単一のソース、すなわち、あらゆる色の車輪付きごみ箱、コンテナ、パイプ、ボトルキャップ、ボトル及びタンクの、使用済み熱可塑性プラスチック；消費者の使用後及び産業上の使用後のリサイクルプラスチック；混合ＰＥ／ＰＰリサイクレート；フィルム、すなわち多層フィルム、積層フィルム、ＰＥ又はＰＰフィルム；及びＡＢＳ、ポリスチレン、ＰＶＣのような他の混合熱可塑性プラスチックであり得る。プラスチックは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような個々の材料、又はポリプロピレン（ＰＰ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びポリアミド（ＰＡ）のような他の一般的なプラスチックの混合流に選別されても良い。機械的分離ステップが次いで、ＡＢＳ、ポリスチレン、ＰＥＴ及びＰＶＣを除去しても良い。好ましいポリマー１２は、ポリエチレン（ＰＥ）及び／又はポリプロピレン（ＰＰ）である。現在のリサイクル方法は、ポリオレフィンを断片の形で提供する混合ＰＥ／ＰＰリサイクレートを生成することができ、これは容易に計量されて測定された量で反応容器１０に導入されることができる。本明細書で与えられた例においては、ＰＥは、当業者には認識されるような、ＨＤＰＥ回転成形グレード（グリーンタンク）；ＨＤＰＥ吹き込み成形グレード；ＨＤＰＥ押し出しグレード（ＰＥ１００－パイプ）；ＬＤＰＥ；及びＬＬＤＰＥの形をとるポリマー１２である。

【0034】

ポリマーに対する使用のための、多くの既知の溶媒がある。引用元から選択されるリストは、０－ジクロロベンゼン；１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン；１，２－ジクロロエタン；１，４－ジオキサン；１，４－ジオキサン、アセトン；酢酸；無水酢酸；アセトン；アセトニトリル；ベンゼン；ベンジルアルコール；ブロモベンゼン；ブタノン；ブチルグリコール；クロロベンゼン；クロロホルム；シクロヘキサン；シクロヘキサノール；シクロヘキサン；デカヒドロナフタレン；ジブトキシメタン；ジブチルエーテル；ジクロロベンゼン；ジクロロメタン；ジエチルエーテル；ジエチレングリコール；ジイソプロピルエーテル；ジイソプロピルケトン；ジメチルホルマミド；ジメチルスルホキシド；ジメチルスルホキシド；ジメチルホルマミド；ジフェニルエーテル；エタノール；酢酸エチル；エチルベンゼン；エチレンカーボネート；エチレングリコール；エチルグリコール；ホルムアミド；ギ酸；グリセロール；イソプロパノール；イソブタノール；ケロシン；ｍ－クレゾール；メタノール；酢酸メチル；メチルエチルケトン；メチルイソブチルケトン；メチルシクロヘキサン；メチレンクロライド；メチル－ｎ－アミルケトン；Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド；Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド；ｎ－ブタノール；ｎ－酢酸ブチル；塩化ｎ－ブチル；ｎ－ブチルエーテル；ｎ－デカン；ｎ－ヘプタン；ｎ－ヘキサン；ｎ－ヘキサン；ニトロベンゼン；ニトロエタン；ニトロメタン；Ｎ－メチルピロリドン；ｎ－プロパノール；フェノール；ｐ－キシレン；ピリジン；１，１，２，２－テトラクロロエタン；テトラクロロエタン；及びテトラヒドロフランを含む。所与の例においては、溶媒１４はブチラールである。この例については単一の溶媒１４が使用されるが、溶解のための単一の溶媒の代わりに、適用可能な溶媒の混合物が使用され得ることは、認識されるであろう。これに加えて、異なるポリマー材料を優先的に溶解するために、溶媒の二相系が使用されても良い。

【0035】

溶媒１４は、入力ポート２０を通して、容器１０に導入される。測定された量のポリマー１２が、入力ポート２２を通して、容器１０に導入される。本例においては、これは５重量％～３０重量％である。容器１０は、酸素を置換し、混合物１６のための不活性雰囲気を生成するために、窒素のような不活性ガスを使用してパージされても良い。混合装置１８は、ディスク３４を一定の周波数及び振幅で振動させるように動作させられる。これらの値は、本発明者らの例においては、１～１５Ｈｚ及び４０～１０００ｍｍである。この直線運動は、溶媒へのＰＥの溶解を引き起こす。

【0036】

このプロセスは、ヒータバンド又は加熱要素４８を介して容器１０を加熱することによって支援される。選択される温度は、溶媒の沸点よりも低い。これに加えて、選択される温度は、ポリマー融点よりも低いが、溶解時間を短縮する非晶質ポリマーの使用により、ポリマーが溶融流として導入される本発明の一実施形態が使用されても良い。本例においては、温度は、１２０℃よりも高い温度にまで上昇させられる。

【表1】

【0037】

表１は、本明細書に記載された動作例による５００ｍｌの反応容器からの実験結果に基づく、１０，０００リットルの反応容器についてのスケーリングされた予測を提供する。かくして、１００％溶解のための継続時間は、全ての場合において、１２分未満であることが示されている。数時間を要する先行技術のプロセスと比較すると、この溶解時間の短縮は、商業的なリサイクルプラントにおいて明確な利点である。プロセスはまた、先行技術のように容器が高圧下に置かれることを必要することなく達成される。しかしながら、容器に例えば５気圧までの圧力がかけられても良く、このことが内部温度を上昇させ、それゆえ溶媒の溶解度を高め、その結果、更に継続時間を短縮できることは、当業者によって認識されるであろう。

【0038】

どのようにして溶解時間がこのように劇的に短縮されるかのとり得る説明は、溶媒中のポリマーの挙動の考察にある。ポリマーが溶媒に溶解するとき、溶媒拡散及び鎖の解離という２つの輸送プロセスが起こっている。溶媒は、ポリマーの可塑性を増大させ、溶媒がポリマーに拡散すると、ゲル状の膨潤層が形成されるとともに、ガラス状のポリマーとゲル層との間に１つと、ゲル層と溶媒との間に別のものとの、２つの別個の界面が形成される。この表面の構成が、図３に示される。誘導時間の後、溶媒の拡散の間に起こる鎖の解離によりポリマーが溶解し、完全な溶解に導く。誘導時間は、本発明の溶解方法における継続時間である。

【0039】

容器１０内で振動するときの積層３０の動きは、振動によって発生する強い渦によって、ポリマー表面上の外層のゲル相層を破壊し、それを分散させ、ゲル層が形成されるとすぐに分散させられる次の層をあらわにすることによって、溶解力を増大させ、このことが、全ての分子が溶解するまで溶解プロセス全体にわたって起きる。かくして、誘導時間が短縮される。

【0040】

溶解度に影響を与える因子は、ポリマーの濃度、系の温度、並びに溶質及び溶媒の極性を含む。溶媒における所与のポリマーの溶解度は、その化学構造によって決定されるため、この原理は一般に「似たもの同士は良く溶ける（ｌｉｋｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅｓ ｌｉｋｅ）」として知られている。

【0041】

溶解はまた、ポリマーを非晶質にする、混合物の温度を上げることによって加速される。溶解は、混合の自由エネルギーにより支配される。ギブス自由エネルギーに関する一連の溶解度方程式の理論内で、材料の凝集エネルギー変数Ｅは、分子間力の全てが排除された場合の、材料のモル当たりの内部エネルギーの増分であり、凝集エネルギー密度方程式は、材料中の全ての分子間の物理結合を切断するのに必要とされるエネルギーを表す。積層によって提供される混合は、通常の混合によって提供されるものと比べてわずかな速度で、結合を切断するための系におけるエネルギーを増大させており、それゆえ、ヒルデブランド溶解度パラメータでの、溶媒へのポリマーの溶解度を増大させ、溶媒がポリマーのゲル相に浸透するのに要する時間を短縮する。

【0042】

積層の動きの周波数は、系内のエネルギーを増大させ、溶媒分子とポリマー鎖との間で起こる衝突のレートを増大させる。これに加えて、積層によって溶媒中に発生する渦は、ゲル層の破壊及びポリマー鎖の解離を促す。溶解していないポリマー鎖は、系内の粒子の効率良い分布により、より速いレートで自由な溶媒分子に継続的にさらされる。

【0043】

温度の上昇は、ポリマーをより非晶質にして、それゆえより解離する見込みを高くするのみならず、系内の分子に、より運動エネルギーを与え、より高い頻度で、かつより強い力で衝突が起こるようになる。

【0044】

結合の切断及び形成に起因する正味のエネルギーは、ポリマーが溶液に溶解するときに熱エネルギーが吸収されることに帰着するので、温度及び積層の動きは、溶媒の溶解性を高める。系の温度が上昇すると、このことは系に熱を導入する。したがって、ルシャトリエの原理により、系は、溶解反応を促進して熱エネルギーの一部を吸収することによって、熱の増大に対して順応することなる。それゆえ、系の温度を上昇させることは、溶質の溶解度を上昇させる。

【0045】

ここで、本発明の一実施形態による方法によって、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマー１２を少なくとも１つの溶媒１４に溶解させるための、一般的に１１０として示される反応容器を示す、図面の図４への参照がなされる。図１及び図２の特徴と同様である部分には、明瞭さを助けるために、１００を加えた同じ参照数字が与えられている。

【0046】

容器１０と容器１１０との主な相違点は、容器１０の垂直配置とは異なり、容器１１０は水平に配置されている点である。より詳細には、容器１１０内のディスク１３４は、水平積層１３０で備えられる。

【0047】

ディスク１３４は、中央シャフト１３２に沿って水平積層１３０で配置されている。１６枚のディスク１３４が示されているが、これは例示であり、任意の偶数又は奇数枚のディスク１３４があっても良い。シャフト１３２は、容器１１０の両端板によって第１の端部１２６及び第２の端部１２８において支持されている。ここで反応容器１１０は、その直径よりも大きな長さを有する。ディスク１３４は、図２を参照しながらそれらについて説明されたようなものであり、孔１４６はここでは、液体がそれらを通して水平に流れることを可能にしている。ディスク１３４は、シャフト１３２に対して垂直に、又はわずかな角度で取り付けられても良いことは、理解されるであろう。水平配置のため、積層１３０を支持し、混合装置１１８へのスライドによる出し入れを助けるために、容器１１０の内壁３７上にガイドレール３５（図５参照）が備えられる。ディスク１３４の各端部上の突起３９は、容器１１０の長さに沿ってガイドレール３５に差し入れられる。積層１３０及びディスク１３４は、ガイドレール３５内で、前後に自由に動くことができる。

【0048】

図４に示されるように、容器１１０は円筒形である必要はなく、いずれの形状のものであっても良い。容器１１０は有利にも、出力部１２４が配置される最下点を提供するために、テーパを有する形状である。溶液は反応容器１１０の高さ全体にわたって抽出され得るので、出力部１２４はいずれの位置に配置されても良い。図４においては、ディスク１３４は内壁３７までは延在していないので、特定の孔のサイズを有するメッシュ４１が積層１３０のまわりに巻き付けられている。メッシュは、ステンレス鋼、ＰＴＦＥ、又は他のポリマー１２若しくは溶媒１４と化学的に干渉しない適切な材料で作られている。メッシュ４１は、溶解していない固体を含むが、溶媒１４及び溶解した溶媒ポリマー混合物１６の通過を可能とする、穿孔されたシースである。

【0049】

直線運動発生器１４０は、ここでは容器１１０の端板２６、２８のうちの一方上に配置され、混合装置１１８が、それ自体の軸上で中央シャフト１３２に沿って振動するように前後に動かされるようにされている。第１の実施形態と同様に、シャフト１３２は転回せず、ガイドレール３５はディスク１３４の回転を防止する。

【0050】

ポリマー１２用の入力部１２２は、ポリマー装填チャンバ４３を有する。チャンバ４３は、密閉された筐体内の酸素を除去するために、ポリマー原料が、例えば窒素で、パージされることを可能とする。チャンバ４３は、温度制御された加熱ジャケット１４８がチャンバ４３の内容物を溶融させないことを確実にするために、容器１１０からの距離を保たれる。ガスライン１５２は、チムニーと組み合わせて提供される。ガスライン１５２は、容器１１０をパージし、排出の間の圧力を維持するために、不活性ガス、好ましくは窒素を導入するために使用されるが、容器１１０は、ヘッドスペースを伴わずに、又はヘッドスペースが例えば窒素のような不活性ガスで満たされた状態で、液体で満たされても良い。

【0051】

溶媒１４用の入力部１２０は、出力部１２４と同一場所に配置される。このことは、好ましくは、スライドゲート弁であっても良い弁を通したものである。溶媒１４は、容器１１０に供給される前に予め加熱されても良いし、又は容器１１０内で加熱されても良い。容器１１０についての動作温度は、摂氏８０～１４０度の範囲内であっても良いが、これは、使用される溶媒１４に依存して、摂氏２００度まで上げられても良い。動作圧力は、好ましくは０．１～１．５ｂａｒａの範囲となるが、より高くても良い。

【0052】

混合に続いて、溶解したポリマーは、出力部１２４において除去され、更なるプロセシングへと送られる。方法は、容器１０を参照しながら本明細書で以上に説明されたようなものである。水平容器１１０は、温度及び圧力がより効率良く維持され得るように、バッチ混合サイズを小さくするために、互いに接続された一連の容器として使用されるのに役立つ。

【0053】

図１、図２、図４及び図５に示される実施形態の間で、容器１０、１１０及び混合装置１８、１１８の特徴は、相互に交換され得る。

【0054】

本発明の主な利点は、溶解時間を数時間から数分に短縮する、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解させる方法を提供することである。

【0055】

本発明の更なる利点は、必要とされるポリマー対溶媒比を低減させる、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解させる方法を提供することである。

【0056】

本発明の更に別の利点は、１，０００リットルを超える反応容器の容積を用いた商業的なプロセスにおいて使用されることができる、プラスチック中の添加物の除去のためのプロセスにおいて、少なくとも１つのポリマーを少なくとも１つの溶媒に溶解させる方法を提供することである。

【0057】

本明細書に記載された本発明に対して、その範囲から逸脱することなく、変更が加えられ得ることは、当業者には理解されよう。例えば、劣化を防止するための酸化防止剤のような、他の化学物質が、容器内の混合物に添加されても良い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】