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JP2008260208A - 再生プラスチック材料選別方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、回収プラスチック8から所定の濃度を超える濃度の臭素(Br)を含有するプラスチックを検出して除去することによって、高速かつリサイクル効率の高い再生プラスチック材料選別方法を提供することを目的とする。
【解決手段】プラスチック廃材1から再生プラスチックの製造に用いる材料を選別する再生プラスチック材料選別方法であって、(a)プラスチック廃材1からプラスチック以外の材料を選別し、所望の回収プラスチック8を得る工程と、(b)工程(a)によって得られた回収プラスチック8から所定の濃度以上の臭素を含有するプラスチックを検出して除去する工程とを備え、高速かつリサイクル効率の高い再生プラスチック材料を選別することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、廃家電品の回収プラスチック廃材から、再利用可能な再生プラスチック材料を選別する方法に関し、特に一定濃度以上の臭素を含有するプラスチックを検出して除去する再生プラスチック材料選別方法に関する。
近年、わが国の一般家庭では、エアコン、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品が高い普及率で備えられるようになり、普及が進むにつれてこれらの家電製品の廃棄量も年々増加する傾向にある。家電製品の構成部材はプラスチック部材の占める割合が多く、家電リサイクル法などの地球環境保護に関する法的な規制や資材の有効活用の観点から、プラスチック部材のリサイクル推進が重要な課題となっている。
プラスチックのリサイクルは、マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクル、サーマルリサイクルの3つに分類できる。このうちのマテリアルリサイクルは再び同様のプラスチックに戻すリサイクル方法であり、環境への負荷が最も小さくて優れたリサイクル方法である。マテリアルリサイクルを行なうためには、高品質のプラスチックを再生する必要があり、様々な種類の材料が混合されたプラスチック部材を材質ごとに分離した上で再度加工しなければならない。そして、再生プラスチックとして利用するためには、再生プラスチック中にRoHS指令(Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment)等で規制されている有害物質が閾値を超えて含有されていないことを保証する必要がある。
RoHS指令で対象となる有害物質は、カドミウム、鉛、六価クロム、水銀、2種類の臭素(Br)系難燃剤(ポリ臭素化ビフェニル(Polybrominated biphenyls:PBBs)、ポリ臭素化ジフェニルエーテル(Polybrominated diphenyl ethers:PBDEs))である。それぞれの物質で規制されている含有量の閾値は、カドミウムが100ppm、鉛、六価クロム、水銀が1000ppmである。また、臭素系難燃剤であるPBBsおよびPBDEsは閾値が1000ppmであり、これらに含有されているBrの濃度が300ppm未満であればPBBsおよびPBDEsが1000ppmを超えることはない。しかしながら、1wt%を超える濃度のBrを含有したプラスチックがわずかでも混入すると、これらを原料として再生した再生プラスチックのBr濃度は300ppmを超えてしまい、PBBsやPBDEsの含有量を確認するための詳細な分析が必要になるため、再生プラスチックの原材料となる廃材プラスチック中に1wt%を超える濃度のBrを含有したプラスチックが混入しないようにすることが望ましい。
従来における廃家電品の回収プラスチック廃材から再生プラスチックを生産する方法は、純度の高いプラスチック材質の選別を行なうために、乾式選別手段と湿式選別手段とから構成される比重差による選別を行なっている(例えば、特許文献1参照)。また、難燃剤を含有しているプラスチックの分別装置において、難燃材料を含有しているプラスチックを分別するために、X線または電子線をプラスチックに照射することによってプラスチックから発生する特性X線の波長やエネルギーを基に難燃剤の種類と存否を判別し、プラスチックを分別している(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−159052号公報 特開2004−219366号公報
特許文献1では、プラスチックの選別を比重によってのみ行なっている。材質選別後のプラスチック、例えばポリプロピレン(Polypropylene:PP)については純度99%を超える材質の選別ができているのに対して、RoHS指令などで規制されている有害物質に関する考慮がないため混入を防ぐことができず、なかでもBrに関しては、1wt%を超えるBrを含有するプラスチックが1000個につき数個程度混入してしまい、BrがPBBsあるいはPBDEs由来であれば、RoHS指令で規制された閾値を超えてしまうという問題がある。
また、特許文献2では、難燃剤特有元素の存否判定の測定に数十秒から数分かかるため、大量のプラスチックを選別することができないという問題がある。また、難燃剤特有元素の存否のみで選別を行なうため、たとえ含有量がRoHS指令などに規制されている閾値の1/10未満と問題の無いレベルであっても分別するため、リサイクル効率が悪くなるという問題もある。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、回収プラスチック廃材から1wt%を超える濃度のBrを含有するプラスチックを検出して除去することによって、高速かつリサイクル効率の高い再生プラスチック材料選別方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明による再生プラスチック材料選別方法は、プラスチック廃材から再生プラスチックの製造に用いる材料を選別する再生プラスチック材料選別方法であって、(a)プラスチック廃材からプラスチック以外の材料を選別し、所望の回収プラスチックを得る工程と、(b)工程(a)によって得られた回収プラスチックから所定の濃度以上のBrを含有するプラスチックを検出して除去する工程とを備えることを特徴とする。
本発明は、請求項1に記載のように、所望の回収プラスチックを得るために、プラスチック廃材からプラスチック以外の材料を選別し、次に選別することによって得られた回収プラスチックから所定の濃度以上、すなわち1wt%を超える濃度のBrを含有するプラスチックを検出して除去することによって、高速かつリサイクル効率の高い再生プラスチック材料選別方法を提供することができる。
本発明の実施形態について、図面に基づいて以下に説明する。
図1は、本発明の実施形態における再生プラスチックの選別工程を示す図である。プラスチック廃材1は、従来の廃家電品の処理方法を経て得られたものである。従来の廃家電品の処理方法とは、回収された使用済みの冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどを解体して、圧縮機、熱交換器、モータなどの大型金属部品、冷蔵庫内のケース、洗濯機の水槽などの大型プラスチック成型部品、制御基板、コード類を取り外した残りの部材をそれぞれ破砕装置によって数cmから数十cm角に粗破砕する。そして、磁力選別機によって鉄などの磁性金属を取り除き、渦電流選別機によってアルミ、銅、ステンレスなどの弱磁性金属を取り除き、風力選別によって比重の小さいウレタンなどの発泡体や比重の大きい金属片や金属線を取り除くと、最後に残ったものがプラスチック廃材1となる。プラスチック廃材1は、ポリプロピレン(Polypropylene:PP)、ポリスチレン(Polystyrene:PS)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(Acrylonitrile butadience styrene:ABS)などのプラスチック類を主成分としているが、従来の廃家電品の処理方法によって十分に取り除けなかった型式表示などに使用されるシールなどのフィルム物質、発泡体、金属片、金属線などの異物が混入している。
微破砕工程101では、プラスチック廃材1を破砕装置を用いることによって微破砕する。破砕物の大きさは、5mm角以上20mm角以下であることが好ましい。
微破砕工程101において、破砕物を5mm角以上にすることによって破砕にかかる時間を短縮することができるため、プラスチックの溶融や熱劣化を防止することができる。また、後の工程の高濃度Br検出工程106において、X線照射領域(1mmφ)に対して対象となるプラスチックが十分に大きいため、X線を確実に対象となるプラスチックに照射することができて高濃度Br含有プラスチックを確実に検出することが可能となる。また、破砕物を20mm以下にすることによって、金属類、フィルム状物質4、発泡体5などとプラスチック部材とを十分に分離することができるため、次の工程以降における選別精度が向上する。
磁力選別工程102では鉄などの磁性金属2を選別して除去し、渦電流選別工程103ではアルミ、銅、ステンレスなどの弱磁性金属3を選別して除去する。
風力選別工程104ではフィルム状物質4、発泡体5などの軽量異物を選別して除去する。また、磁力選別工程102および渦電流選別工程103において除去できなかった金属片・金属線6などの重量異物を分離する。
上記の磁力選別工程102、渦電流選別工程103、風力選別工程104を行なうことによって、破砕工程101を経たプラスチック廃材1から金属類の異物を選別して除去することができ、これらの金属類は有価物として回収して再利用することが可能である。また、後の工程である湿式比重選別工程105において、気泡の付着や水流の影響を受けることで除去が困難となるフィルム状物質4、発泡体5、金属片・金属線6などの部材を除去することができるため、湿式比重選別工程105での選別精度が向上する。
湿式比重選別工程105では、上記の工程を経て得られたプラスチックを材質ごとに分別する。例えばPPを選別回収する場合には、PPよりも比重が大きく、PSやABSよりも比重が小さい液体を用いて選別を行なう。PPの比重は0.9〜0.91、PSの比重は1.04〜1.06、ABSの比重は1.05〜1.1であるため、PPをPSおよびABSから選別回収するためには、比重が1である水を用いることが好ましい。PPを選別回収した残りの部材に含まれるPSおよびABSを選別回収する場合には、PSおよびABSよりも比重の大きなポリ塩化ビニル(Polyvinyl chloride:PVC)やその他のプラスチック、異物などとの分離が可能な液体を用いればよく、例えば比重を1.1〜1.2に調節した食塩水が好ましい。回収にはプラスチック廃材1が通過しない程度の大きさのメッシュを用い、回収後に乾燥させる。
こうすることによって、選別回収に用いた液体の比重に対して、比重の小さなプラスチックと比重の大きなプラスチックを選別し、さらにその他の異物を分離することができるため、純度の高いプラスチックの材質選別が可能となる。湿式比重選別工程105によって得られた回収プラスチック8の材質の純度は、PPについては99%以上と高純度であった。
なお、湿式比重選別の方法としては、液体サイクロン選別と浮沈選別とを組み合わせた方法が好ましい。この組み合わせは、プラスチックの重なりや気泡、水流の影響による比重の大きなプラスチックの混入を防ぐことができ、選別精度を向上させることが可能となる。
図2は、本発明の実施形態における材質選別後に得られた回収PPのBr含有量を示す図である。回収したPPに含有される有害物質を調べると、カドミウム、クロム、水銀は検出されなかった。また、鉛は一部のプラスチックから検出されたが、濃度は100ppm以下とRoHS指令の閾値の1/10未満であり問題ないレベルであった。しかし、Brはほとんどのプラスチックについては不検出または検出されたとしても濃度が100ppm未満であったが、1000個につき3〜5個の割合で1wt%を超える濃度のBrを検出した。このように、ごくわずかではあるがBrの濃度が1wt%を超えるプラスチックが混入してしまうと、これらを原料として再生した再生プラスチックにおけるBrの濃度が300ppmを超えてしまい、このBrがPBBsあるいはPBDEs由来であるとRoHS指令で定められた閾値を超えRoHS不適合になる。以下に、Brの濃度が1wt%を超えるプラスチックが存在する理由について説明する。
プラスチックに添加される臭素系化合物には、難燃性を付加するための臭素系難燃剤がある。臭素系難燃剤は難燃効率が高いため一般的に広く使用されており、通常はプラスチックに10〜15wt%添加されている。一般的な臭素系難燃剤は比重が1.8以上であるため、プラスチックへの添加量が10wt%を超えるとPPの比重が1を超えるので、湿式比重選別を水で行なうと10wt%を超える難燃剤を添加したPPは沈み、臭素系難燃剤を含まないPPと選別することが可能である。しかし、臭素系難燃剤の添加量が10wt%に満たない場合には、臭素系難燃剤を添加したPPの比重が1を超えないことがあり、湿式比重選別を水で行なうと臭素系難燃剤を含まないPPと選別することができない可能性がある。たとえ臭素系難燃剤の添加量が5wt%であっても再生プラスチックに含有されているBrの濃度は1wt%を確実に超えてしまうため、湿式比重選別によるプラスチックの選別のみではRoHS指令で規制される閾値を満たすことが難しい。
したがって、従来の方法により得られた再生プラスチックは、PBBsおよびPBDEsの含有量を調べるために、溶媒抽出−ガスクロ質量分析法など時間、コスト、熟練度を要する検査が必要となってしまう。また、PBBsあるいはPBDEsが検出された場合には、ロットごと廃棄処分することになるためリサイクル効率が格段に悪くなる。一方、回収プラスチックの中から1wt%を超える濃度のBrを含有したプラスチックを除去すると、再生プラスチックに含有されるBr濃度は100ppmを超えることがなくRoHS指令の基準を満たす。
以上のことから、プラスチック廃材1を材質ごとに選別する工程において、1wt%を超える濃度のBrを含有するプラスチック部材を検出して除去する工程をさらに付加すれば、RoHS指令の基準を満たす高純度のプラスチックを効率よく安定して得ることが可能となる。
高濃度Br検出工程106では、回収プラスチック8に1wt%を超える高濃度のBrが含有されている場合に検出し、その高濃度Br含有プラスチック9を除去するようにする。検出方法としては、回収プラスチック8にX線を照射し、回収プラスチック8から発生した蛍光X線のうち11.91keVのBrKα線、13.29keVのBrKβ線、X線管ターゲット物質のコンプトン散乱線である19.39keVのRhKαC線の各々の強度エネルギーを半導体検出器によって検出する、エネルギー分散型蛍光X線分析法で行なうことが好ましい。回収プラスチック8に含有されるBr濃度が1wt%を超えるかどうかの判定方法について以下に説明する。
まず、Brを1wt%含有する標準試料を作製する。例えば、不純物を含まないPPにBr含有物質であるデカブロモジフェニルエーテル(Decabromodiphenyl ether:DeBDE)を、Br濃度が1wt%となるように添加して混練・成型する。次に、標準試料について所定の条件下で蛍光X線測定を行い、検出された11.91keVのBrKα線、13.29keVのBrKβ線、X線管ターゲット物質のコンプトン散乱線である19.39keVのRhKαC線の強度を測定した。測定結果から、「BrKα線とRhKαC線との強度の比」および「BrKβ線とRhKαC線との強度の比」を算出し、各々の値を標準値としてデータ処理部のメモリに保存する。このように、BrKα線およびBrKβ線の強度とRhKαC線の強度との比を用いることによって、RoHS指令対応の蛍光X線分析において一般的に用いられているように測定試料の形状や厚みの補正を行なうことができる。また、BrKα線およびBrKβ線の2つのスペクトルを測定することによって、共存元素の蛍光X線の重なりによる誤判定を回避することが可能である。
評価の対象物である回収プラスチック8に対して標準試料と同一条件下でBrKα線、BrKβ線、RhKαC線の強度を各々測定し、「BrKα線とRhKαC線との強度の比」および「BrKβ線とRhKαC線との強度の比」を算出した値を予めメモリに保存しておいた標準試料の値と比較し、どちらの値も標準試料の値を超えた場合に「1wt%を超えるBr濃度が含有されたプラスチック」であると判定した。
高濃度Br検出工程106において、Brの検出時間が短いほど測定可能な対象物の個数は多くなる反面、検出感度が悪くなって検出可能な濃度が制限される。そこで、1wt%のBrが含有されたPPのみが検出されるように検出時間の調節が必要である。図3および図4は本発明の実施形態におけるBr含有プラスチックのX線スペクトルを示す図である。図3は検出時間を0.1秒間としたときの1wt%のBrが含有されたPPであり、図4は検出時間を0.1秒間としたときの100ppmのBrが含有されたPPである。両図より、検出時間を0.1秒間としたエネルギー分散型蛍光X線分析法を用いることによって、1wt%のBrが含有されたPPのみスペクトルを確認することができる。なお、本発明の実施形態におけるBrの検出時間は0.1秒間としたが、1wt%を超えるBrが含有されたPPのみを検出可能な時間であればよい。
図5および図6は、本発明の実施形態におけるBr含有プラスチックを選別するシステムの構成図である。両図において、ベルトコンベアなどの搬送装置301によって回収プラスチック8が搬送方向302の方向へ搬送されている。搬送装置301には、搬送方向302に対して垂直方向に一次X線304を照射するX線発生装置303と、X線発生装置303と相対する位置に蛍光X線305を検出する検出装置306とが備えられている。検出装置306の検出結果は、通信手段307を介してデータ処理部308に送信される。データ処理部308が高濃度Br含有プラスチック9を検出したと判定した場合には、高濃度Br含有プラスチック9をエアガン309の高圧エア312によって吹き飛ばして除去する。吹き飛ばされた高濃度Br含有プラスチック9はエアガン309に相対する位置に配置されている回収容器310に回収され、それ以外の回収プラスチック8はRoHS指令に適合したプラスチックとして回収容器311に回収される。
搬送装置301は、20〜25mm間隔で並べた5〜20mm角の回収プラスチック8を50mm/secの速度で搬送するのが好ましい。なぜなら、50mm/secの速度で搬送することによって材質の選別工程を経て得られた回収プラスチック8のサイズが最も小さい5mm角であっても、X線発生装置303から一次X線304を0.1秒間照射することができるので、搬送装置301を停止させることなく一定速度で搬送中にBrの検出が確実に行なえるため、搬送と選別が同時に行なえて効率が良いからである。また、X線発生装置303から照射される一次X線304を回収プラスチック8の搬送方向に対して垂直方向の斜め上方から照射することによって、回収プラスチック8の表面に照射された一次X線304が隣接する回収プラスチック8に照射されることはない。したがって、隣接する回収プラスチック8から蛍光X線305が発生することはなく、高濃度Brを含有していないプラスチックを誤って除去することを防止する。
上記の工程から得られた高純度RoHS適合プラスチック10を原材料として射出成形機を使用して再生プラスチックを製造し、再生プラスチックの有害物質評価を蛍光X線分析法によって実施すると、カドミウム、クロム、水銀は不検出であった。また、鉛、Brは検出されたが、いずれも100ppm未満と閾値より十分に小さく、RoHS指令に適合していることが確認された。
なお、本発明の実施形態における再生プラスチックの選別方法は、少なくとも微破砕工程101、風力選別工程104、湿式比重選別工程105、高濃度Br検出工程106、高濃度Br含有プラスチック除去工程107を備えていることが好ましい。また、例えば、静電選別工程などを付加してもよい。
以上のことから、回収プラスチック8から1wt%を超える高濃度のBrを含有するプラスチックを検出して除去する工程を備えることによって、RoHS指令で規制されている閾値を超えるPBBsおよびPBDEsの混入を防止することができ、RoHS指令に適合する再生プラスチック10を得ることが可能となる。また、1wt%を超えるBrを含有するプラスチックのみを検出すればよいため、検出時間を従来の1/1000以下にすることができ、検出時間の高速化とともに大量のプラスチックを選別することが可能となる。
本発明の実施形態における再生プラスチックの選別工程を示す図である。 本発明の実施形態における材質選別後に得られた回収PPの臭素含有量を示す図である。 本発明の実施形態における臭素含有プラスチックのX線スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態における臭素含有プラスチックのX線スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態における臭素含有プラスチックを選別するシステムの構成図である。 本発明の実施形態における臭素含有プラスチックを選別するシステムの構成図である。
符号の説明
1 プラスチック廃材、2 磁性金属、3 弱磁性金属、4 フィルム状物質、5 発泡体、6 金属片・金属線、7 重比重プラスチック、8 回収プラスチック、9 高濃度Br含有プラスチック、10 高純度RoHS適合プラスチック、101 微粉砕工程、102 磁力選別工程、103 渦電流選別工程、104 風力選別工程、105 湿式比重選別工程、106 高濃度Br検出工程、107 高濃度Br含有プラスチック除去工程、301 搬送装置、302 搬送方向、303 X線発生装置、304 一次X線、305 蛍光X線、306 検出器、307 通信手段、308 データ処理部、309 エアガン、310 高濃度Br含有プラスチック回収容器、311 高純度RoHS適合プラスチック回収容器、312 高圧エア。

Claims (5)

  1. プラスチック廃材から再生プラスチックの製造に用いる材料を選別する再生プラスチック材料選別方法であって、
    (a)前記プラスチック廃材からプラスチック以外の材料を選別し、所望の回収プラスチックを得る工程と、
    (b)前記工程(a)によって得られた前記回収プラスチックから所定の濃度以上の臭素を含有するプラスチックを検出して除去する工程と、
    を備えることを特徴とする、再生プラスチック材料選別方法。
  2. 前記工程(a)は、
    (c)磁性金属と前記磁性金属以外とを磁力によって選別し、前記磁性金属を除去する工程と、
    (d)前記工程(c)を経て残った弱磁性金属と前記弱磁性金属以外とを渦電流によって選別し、前記弱磁性金属を除去する工程と、
    (e)前記工程(d)を経て残ったプラスチックとプラスチック以外の物質とを風力によって選別し、前記プラスチック以外の物質を除去する工程と、
    を備えることを特徴とする、請求項1に記載の再生プラスチック材料選別方法。
  3. 前記工程(a)は、
    (f)前記工程(e)を経て残った前記プラスチックの比重を利用し、液体によって所定の比重以上のプラスチックを選別し除去することにより前記回収プラスチックを得る工程
    をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の再生プラスチック材料選別方法。
  4. 前記工程(b)は、
    (g)前記所定の濃度の臭素を含有する試料を用いて比較用の標準値を予め得る工程と、
    (h)前記標準値を用いて前記所定の濃度以上の臭素を含有するプラスチックを検出する工程と、
    を備えることを特徴とする、請求項1に記載の再生プラスチック材料選別方法。
  5. 前記所定の濃度は1wt%であることを特徴とする、請求項1に記載の再生プラスチック材料選別方法。
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