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JP3371397B2 - プラスチックのような粘可塑性のある材料と紙のような機械的な応力下で繊維化する材料とを分離する方法及び装置 - Google Patents

プラスチックのような粘可塑性のある材料と紙のような機械的な応力下で繊維化する材料とを分離する方法及び装置

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ファールバッハ，ゲルハルト
シュネットラー，ハインツ，ライナー
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デル・グリューネ・プンクト・デュアレス・システム・ドイチュラント・アクティーンゲゼルシャフト
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、常温で粘可塑性を有する材料、例えばプラ
スチックやゴム、を高度の機械的応力のもとで繊維とな
る（繊維化する）他の材料、例えば、紙、厚紙（ボール
紙）、カートン又はセルロース繊維を含むその他の材料
から分離するための方法及び装置に関する。 より詳しくは、プラスチックと紙の分離には、廃棄物
処理並びに廃棄物に含まれる物質の回収の点で大きな問
題を伴う。プラスチックと紙もしくはその他のセルロー
ス製品を含むこのような混合した廃棄物は大量に生じ
る。即ち、例えばデュアレスシステム（ドイツ）によっ
て行われる収集物から予め仕分けられたプラスチック集
合物、特に、所謂、混合画分（mixed fraction）には、
製紙ラベル、その他の紙、誤って仕分けられた材料、及
び紙−プラスチックの複合材料がかなりの割合で含まれ
ている。 従来、セルロース性の繊維、例えば紙、厚紙及びカー
トンを含む材料からプラスチック、ゴム及びその他の粘
可塑性を有する材料を分離するには、湿式分離方法が用
いられており、この方法では、繊維マトリックスの徹底
した繊維化が行われ、それに続いて少なくとも二つの物
質流、即ち、大量の水を含有するセルロース含有スラッ
ジと、水不溶性プラスチックの分離が行われる。この方
法には、大量のエネルギー入力及び機械装置が必要であ
る。上記の場合、紙の繊維化は、例えば湿式粉砕機で行
われ、細断工程ではプラスチックと紙の重量の倍以上の
水が加えられる。この工程では、特に、大量の水を動か
すために膨大な量のエネルギーが必要である。フィラ
ー、汚染物質あるいはその他の物質からなる生成したス
ラッジをプラスチックから分離するには所謂摩擦分離機
が使用される。いづれの場合でも、繊維を豊富に含む物
質流は、例えば、振動篩又は底篩（bottom screen）を
使用して脱水しなければならない。更に、水の含有量は
通常チャンバーフィルタープレスのようなプレスによっ
て減らされるが、50％を超える量の多量の水がなお処理
物中に残留する。もし仮に、紙の繊維を高度に含む集塊
物を利用することができなければ（廃棄物に関しては通
常そのようになっているが）、大量の水を含有している
ために、廃棄するのに高コストが必要になるか、あるい
はこの廃棄物を熱的に利用する場合には乾燥にかなりの
費用を要することにならざるを得ない。同様に、例え
ば、膨大な量のポリエチレンフィルムと紙との組み合わ
せの場合によくあるように、フィルムに富む場合には、
特にプラスチック類は脱水しなければならず、この脱水
は機械的乾燥機によって専ら行われる。この目的のため
に、改造された遠心機あるいは遠心脱水機が使用され
る。場合によっては、加熱（後）乾燥が必要なことがあ
るので、全体としては、分離のための電力はかなりのコ
ストとなり、エネルギーを大きく消費するので生態学的
にも好ましくない。 この分野では、おびただしい数の調査が行われてき
た。例えば、Louis Jetten,Stoffliches Kunststoffrec
ycling und die Rolle des Wassers in Aufbereitungst
echnik beim Verwerten von Kunststoffen,VDI−Verla
g,Dsseldorf,1993;及び技術的研究である、Srofflich
es Kunststoffrecycling,Part 2（編集:EWvK）,Entwick
lungsgesellschaft fr die Wiederverwertung von Ku
nststoffen,Wiesbaden,1992,が挙げられる。 さらに、静電帯電を利用する紙とプラスチック類の乾
燥分離方法が知られている。この方法では、重力分離機
を利用する分離方法を用いてもよく、これはドイツ特許
3,227,874及びドイツ特許4,225,977に記載されている。
例えばこの方法にはたくさんの欠点がある。仕込む材料
は幾何学的寸法についてのかなり特定された条件に合致
することが必要である。また、乾燥度に関する要求も非
常に厳しい。運転のための電力もかなりのものである。
更に、この方法は人為的に結合させた複合材料も自然に
結合してしまった複合材料も分離しない。 米国特許4,440,635は、紙とプラスチックとを分離す
る湿式方法を提供しており、この方法では処理される材
料に水分を制御した量添加することによって水分含量を
予め決めた量に調節する。そうする意図は過剰量の水分
が供給されるのを避けることにある。しかし、あらゆる
湿式システムの場合と同様に、材料ごとに水分吸収性と
が異なる結果として、分離されるべき材料の水分含量が
異なったものとなることが、この方法の本質的な側面と
して残る。 米国特許3,941,689号にはそれら自体異なるものでは
あるが本質的に均質である廃棄物製品を粉砕し仕分けす
る装置が開示されている。この装置によると、仕込まれ
た断片はそれらの安定性に応じて多段階プロセスで破砕
されあるいは粉末化され、篩によって分離される。 そこで、本発明の目的は、プラスチックやゴムのよう
な粘可塑性を有する材料を紙、厚紙及びカートンのよう
な高度の機械的応力の下で繊維化する材料から分離する
ための方法であって、生態学的に有利であり、かつ処理
技術として簡単である方法を提供することである。例え
ば、プラスチック類としては、LDPE,HAPE,TP,ポリスチ
レン、PVC,PET,及びABSが挙げられる。 驚くべきことにプラスチック類と繊維含有材料との混
合物を高度の加速力と衝撃力にさらすことによってプラ
スチックやゴムのような粘可塑性を有する材料を紙のよ
うな繊維含有材料から乾式で技術的に簡単な方法によっ
て分離することができることが見出された。ここで、繊
維含有材料は前記の力の作用によって繊維にされ、篩バ
スケットの適当な開口を通って放出され、一方繊維化さ
れないプラスチック類はケーシングの内側に残り、軸方
向に除かれる。紙とプラスチック類とを乾式で分離する
ことに加速力と衝撃力とを適用すること、即ち遠心機を
使用することは驚くべきことと評価されなければならな
い。というのは、遠心機は今まで固体相と液体相との分
離、又は液体相と液体相との分離に使用されるものと決
まっていたからである。 即ち、本発明は、プラスチック類及びゴムのような粘
可塑性を有する材料を機械的応力の下で、繊維となる材
料、特に紙、あるいは又本質的に複合材料として存在し
ているその他の繊維質の材料から分離する方法であっ
て、 分離されるべき材料が水分を加えることなく、ある回
転の軸に関して半径方向、軸方向及び／又は接線方向の
高度の加速及び衝撃の力に供されて、繊維質の材料だけ
が前記の力の作用のもとで繊維化され、前記の粘可塑性
を有する材料から分離されて、繊維質材料の物質流と粘
可塑性を有する材料の物質流とが別々に取り出されるこ
とを特徴とする方法に関するものである。 分離されるべき材料は大雑把に細断されて50mm以下の
サイズであることが好ましい。 さらに、本発明は、本発明による前記の方法を実施す
るための装置であって、円筒状又は好ましくは横断面が
多角形の筒状であって、ジャケット内に穿孔２を有する
篩バスケット（前記ケーシングの一実施形態）と、前記
の篩バスケットの内側領域に同軸的に配置され、半径方
向にブレード４が結合されている回転駆動シャフト３と
からなり、前記の篩バスケットは繊維化された材料を、
前記篩バスケットの内表面に存在する鋭いエッジを有す
る穿孔を通過させることからなるものである。 駆動軸は、例えば、ベルト駆動付きのフランジ（５）
を介して電動モーター（図示せず）を用いて駆動され
る。ブレード（刃）の直径は、ブレードの端とケーシン
グ（１）の間にギャップを残すような相対的な寸法であ
る。幾何学的な形状によって、細断される材料の寸法は
さまざまである。 仕込み側では、ケーシング（１）内の最初のブレード
は後続するブレードに比較して半径方向の長さが小さ
い。その結果、分離に供される仕込まれた材料混合物は
ケーシング（１）内でより良好な分布を示す。 該ケーシング（１）と内部のブレード付き回転シャフ
トとは分離に供される材料混合物を仕込むための仕込み
入り口を有するボックス（６）内に配列され、該ボック
スは他方の端にドラム内に残留し回転ブレードによって
運ばれるプラスチックのための出口を有している。更
に、このボックス（６）には除去された紙のための出口
（９）がある。紙の除去を改善するために、周囲に回転
スクレイパー（図示せず）が備わっていてもよい。 好ましくは、駆動シャフトとブレードだけでなくケー
シング（１）もステンレス鋼のような高強度で耐食性の
材料でできている。 好ましくは、篩バスケットの外周にある穿孔（２）即
ち出口は、鋭いエッジ（図示せず！）を有しており、こ
のエッジはケーシング（１）の穿孔を介して篩バスケッ
トに対して外方向へ放に投げられる細断された紙の繊維
化を改良するように働く。篩バスケットはボックス
（６）の外壁によって支持されている。 ブレードは好ましくは傾斜していて、該装置内で粒子
が軸方向に十分な滞留時間で運動するのを保証するよう
になっている。例えば、デュアレスシステムからのプラ
スチック混合画分の場合には、５〜７度の傾斜角が適切
である。 内部のブレードの付いたシャフトは1,000〜2,000、好
ましくは1,200〜1,800rpmの範囲のスピードで回転し、
この回転数は使用する材料混合物の関数として調節され
る。滞留時間は10秒〜２分である。 仕込まれる材料の粒度及び必要とされる分離レベルに
応じて、穿孔（２）、即ち繊維化された材料の出口のサ
イズは２〜7mmの間である。 篩バスケットの好ましい形状は多角形であり、この多
角形は断面が二等辺かあるいは不等辺の面を有していて
もよい。篩バスケットが多角形の面からできていると、
分離効果が円筒状の篩バスケットに比較して実質的に改
良されることが分かった。 添付した図面を参照して本発明の方法及び装置の機能
を例示的に説明する。図１は本発明の方法をなすための
装置の長手方向の断面図であり、図２は図１においてA
A'の線に沿う断面図を示す。プラスチック類と紙の固体
の混合物は仕込み入り口（７）から仕込まれ、最初のブ
レードによって篩バスケット内に分布される。この最初
のブレードは後続するブレード（４）より直径が小さ
い。図示されていない駆動装置によって回転させられる
ブレード（４）についたシャフト（３）がそれら粒子に
加速と衝撃を受けさせ、それが最終的に繊維化された紙
を篩バスケットに集積させ、次いで穿孔（２）を通して
放出せしめる。同時に、プラスチック類は軸方向に移行
し出口（８）から除去される。ボックス（６）によって
画定される容積内に集積する紙は空気排気装置（図示せ
ず）を使用して出口（９）から取り出される。 例えば、本発明による装置は次の寸法を有する。長
さ:1500mm、ブレードの直径:950mm（可変）、ブレード
の端とケーシングの壁との間のギャップの大きさ（ケー
シングの形状に応じて）：最大25mm、ブレードの数:4×
11、装置に入力される電力:50〜80kW;篩バスケットの出
口:5、処理量:1トン／時間。 実施例 90.4％の包装ホイル（箔）と96％のコート紙からなる
固体混合物を直径50mmの篩バスケットを備えた粉砕機を
用いて細断する。紙はプラスチック内に均一に分布して
おり、この混合物は乾燥している。上記の混合物を通過
させる最初の処理を行った時、下記の分離結果が得られ
る。 最初の処理の結果： 上記の結果得られた上級の画分を再び仕込むと次の分
離結果が得られる。 第２回目の処理の結果： この結果、２回の処理によって、合計で、仕込まれた
紙の57.6％が除去され、収率は90.1％である。 以下に、本願発明及びその実施形態をまとめて示す。 〔１〕粘可塑性を有する材料を機械的応力のもとで繊維
化される材料としてのセルロース繊維を含有する物質か
ら乾式で分離する方法であって、分離されるべき材料が
高度の加速及び衝撃の力に供されて、繊維質材料の物質
流と粘可塑性を有する材料の物質流とが別々に取り出さ
れる方法において、 前記の粘可塑性を有する材料と機械的応力のもとで繊
維化する前記の材料とが、本質的に複合材料として存在
すること、繊維質の材料だけが前記の力（この力はケー
シング（１）内にある回転の軸に関して半径方向、軸方
向及び接線方向に作用している。）の作用のもとで繊維
化され、前記の粘可塑性を有する材料から分離されるこ
と、さらに、前記の粘可塑性を有する材料が前記の物質
流において、本質的に細断されない状態で取り出される
ことを特徴とする方法。 〔２〕 〔１〕に記載の方法であって、前記の粘可塑性
を有する材料が、プラスチック類及び／又はゴム類であ
ることを特徴とする上記の方法。 〔３〕 〔１〕又は〔２〕に記載の方法であって、分離
されるべき前記の混合物が大雑把に細断されて50mm以下
の粒子サイズとされることを特徴とする方法。 〔４〕 〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の方法であっ
て、前記の繊維化された材料が前記ケーシング（１）の
ジャケットの表面にある穿孔ないしは出口（２）を通っ
て排出され、その一方で、粘可塑性を有する前記の材料
はケーシング（１）内に残留し、該ケーシングの端部に
おいて別の流れとして取り出されることを特徴とする方
法。 〔５〕 〔４〕に記載の方法であって、前記の繊維化す
る効果がケーシング（１）の内表面にある前記の穿孔又
は出口（２）に配列された鋭いエッジによって高められ
ることを特徴とする方法。 〔６〕 〔３〕〜〔５〕のいずれかに記載の方法であっ
て、前記の繊維化する効果が前記ケーシング（１）を多
角形状に設計することによって高められることを特徴と
する方法。 〔７〕 〔４〕〜〔６〕のいずれかに記載の方法であっ
て、ケーシング（１）内における前記の物質流が、前記
の加速力を生み出す装置（１、３、４）の直接的影響か
ら生じることを特徴とする方法。 〔８〕 〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の方法を実施
するための装置であって、本質的に円筒状又は水平断面
が多角形の筒状であって、ジャケット内に穿孔もしくは
出口（２）を有する前記ケーシング（１）としての篩バ
スケットと、前記の篩バスケットの内側領域に同軸的に
配置され、半径方向に延びるブレード（４）が結合され
ている回転駆動シャフト（３）とからなり、 前記の篩バスケットは繊維化された材料を、前記篩バ
スケットの内表面に存在する鋭いエッジを有する前記の
穿孔（２）を通過させて繊維化の効果を高めるものであ
り、 前記ブレードの回転速度は1,000〜2,000rpmの範囲内
で調節可能であり、 その結果、前記の繊維質材料だけが繊維化され、前記
の粘可塑性を有する材料から分離され、前記の粘可塑性
を有する材料は本質的に細断されない状態で別の物質流
として取り出される、ことからなる前記の装置。
〔９〕 〔８〕に記載の装置であって、前記のブレード
（４）が前記の駆動シャフトに堅く結合していることを
特徴とする装置。 〔10〕 〔８〕又は
〔９〕に記載の装置であって、前記
のブレード（４）が前記の駆動シャフトに傾斜した角度
で結合していることを特徴とする装置。 〔11〕 〔10〕に記載の装置であって、前記の傾斜した
角度が５〜７度である装置。 〔12〕 〔８〕〜〔11〕のいずれかに記載の装置であっ
て、仕込み側におけるブレード（４）が後続のブレード
よりも半径方向の長さが小さいことを特徴とする装置。 〔13〕 〔８〕〜〔12〕のいずれかに記載の装置であっ
て、前記ブレードの端とケーシングの壁との間にギャッ
プが生じるように前記のブレード（４）が駆動シャフト
上に配列されていることを特徴とする装置。 〔14〕 〔８〕〜〔13〕のいずれかに記載の装置であっ
て、内部の回転シャフト（３）及びブレード（４）を有
する前記のケーシング（１）が、ボックス（６）内に配
置され、該ボックスは分離されるべき混合物を仕込む側
に仕込み入り口（７）を有し、他方の端に該ドラム内に
残留し前記回転ブレードによって運ばれるプラスチック
のための出口（８）を有することを特徴とする装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュネットラー，ハインツ，ライナー ドイツ国，アルンスベルク・ディー― 59759，アルンスベルガー・シュトラー セ 14 (56)参考文献 米国特許4440635（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29B 17/02 B02C 13/18 B02C 13/284 B02C 23/08 B07B 1/20 ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粘可塑性を有する材料を機械的応力のもと
    で繊維化される材料としてのセルロース繊維を含有する
    物質から乾式で分離する方法であって、分離されるべき
    材料が高度の加速及び衝撃の力に供されて、繊維質材料
    の物質流と粘可塑性を有する材料の物質流とが別々に取
    り出される方法において、 前記の粘可塑性を有する材料と機械的応力のもとで繊維
    化する前記の材料とが、本質的に複合材料として存在す
    ること、繊維質の材料だけが前記の力（この力はケーシ
    ング（１）内にある回転の軸に関して半径方向、軸方向
    及び接線方向に作用している。）の作用のもとで繊維化
    され、前記の粘可塑性を有する材料から分離されるこ
    と、さらに、前記の粘可塑性を有する材料が前記の物質
    流において、本質的に細断されない状態で取り出される
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記の粘
    可塑性を有する材料が、プラスチック類及び／又はゴム
    類であることを特徴とする上記の方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の方法であって、分
    離されるべき前記の混合物が大雑把に細断されて50mm以
    下の粒子サイズとされることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法
    であって、前記の繊維化された材料が前記ケーシング
    （１）のジャケットの表面にある穿孔ないしは出口
    （２）を通って排出され、その一方で、粘可塑性を有す
    る前記の材料はケーシング（１）内に残留し、該ケーシ
    ングの端部において別の流れとして取り出されることを
    特徴とする方法。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の方法であって、前記の繊
    維化する効果がケーシング（１）の内表面にある前記の
    穿孔又は出口（２）に配列された鋭いエッジによって高
    められることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法
    であって、前記の繊維化する効果が前記ケーシング
    （１）を多角形状に設計することによって高められるこ
    とを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法
    であって、ケーシング（１）内における前記の物質流
    が、前記の加速力を生み出す装置（１、３、４）の直接
    的影響から生じることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法
    を実施するための装置であって、本質的に円筒状又は水
    平断面が多角形の筒状であって、ジャケット内に穿孔も
    しくは出口（２）を有する前記ケーシング（１）として
    の篩バスケットと、前記の篩バスケットの内側領域に同
    軸的に配置され、半径方向に延びるブレード（４）が結
    合されている回転駆動シャフト（３）とからなり、 前記の篩バスケットは繊維化された材料を、前記篩バス
    ケットの内表面に存在する鋭いエッジを有する前記の穿
    孔（２）を通過させて繊維化の効果を高めるものであ
    り、 前記ブレードの回転速度は1,000〜2,000rpmの範囲内で
    調節可能であり、 その結果、前記の繊維質材料だけが繊維化され、前記の
    粘可塑性を有する材料から分離され、前記の粘可塑性を
    有する材料は本質的に細断されない状態で別の物質流と
    して取り出される、ことからなる前記の装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の装置であって、前記のブ
    レード（４）が前記の駆動シャフトに堅く結合している
    ことを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】請求項８又は９に記載の装置であって、
    前記のブレード（４）が前記の駆動シャフトに傾斜した
    角度で結合していることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】請求項10に記載の装置であって、前記の
    傾斜した角度が５〜７度である装置。
  12. 【請求項１２】請求項８〜11のいずれか１項に記載の装
    置であって、仕込み側におけるブレード（４）が後続の
    ブレードよりも半径方向の長さが小さいことを特徴とす
    る装置。
  13. 【請求項１３】請求項８〜12のいずれか１項に記載の装
    置であって、前記ブレードの端とケーシングの壁との間
    にギャップが生じるように前記のブレード（４）が駆動
    シャフト上に配列されていることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】請求項８〜13のいずれか１項に記載の装
    置であって、内部の回転シャフト（３）及びブレード
    （４）を有する前記のケーシング（１）が、ボックス
    （６）内に配置され、該ボックスは分離されるべき混合
    物を仕込む側に仕込み入り口（７）を有し、他方の端に
    該ドラム内に残留し前記回転ブレードによって運ばれる
    プラスチックのための出口（８）を有することを特徴と
    する装置。
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