JP3794708B2 - 粒径減少による再生ポリエチレンテレフタレートの改良脱汚染方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、再生ポリエチレンテレフタレート（ＲＰＥＴ）を、粒径減少によって脱汚染する為の方法に関し、特に、容器がＲＰＥＴに再生された後に行われる、ＰＥＴ容器の側壁のマトリックス中に分散している汚染物質を除去する為の方法に係る。
発明の背景
植木鉢及び柵ポストの様な、様々な有用な消費者製品を製造する為の再生ＲＰＥＴの後消費者加工は周知である。一般に、再生方法は、捨てられた炭酸飲料容器の様な使用済みＰＥＴ容器であって、回収され、分別され、洗浄され、汚染物質から分離されて、比較的清浄なＲＰＥＴ源とされた容器を利用する。更に、不完全で損傷した成形ＰＥＴ製品、特に、消費品を入れるのに使用するブロー成形ボトルの製造は、かなりの量のＰＥＴ廃棄物をもたらし、その様な製品の製造業者は、再利用を考える。通常の再生方法によって造られたＲＰＥＴは、一般に、粒状又はフレーク状で、これらは、その後、溶融処理され、或いは、更に、エンドユーザーによってペレット化される。
ＲＰＥＴは、その材料をより取り扱い易く且つ加工し易くする為に、必ず粉砕操作に掛けられる。通常の粉砕装置は、ＲＰＥＴを０．９５ｃｍ（約３／８インチ）の粒子又はフレークにまで減少させる。粉砕は、粉砕された材料が、粉砕機を出て行く為に通過しなければならない格子（grate）又はスクリーンを使用して、一定のフレークサイズが造られる事を保証する方法で行われる。通常のＲＰＥＴフレーク溶融加工及びペレット化装置は、０．９５ｃｍ（３／８インチ）のフレークを取扱う様に設計されていて、１．２７ｃｍ（１／２インチ）程度の大きなサイズを有するＲＰＥＴとか、０．６３ｃｍ（１／４インチ）程度の小さなサイズのＲＰＥＴも実際には造られている。０．９５ｃｍ（３／８インチ）フレークＲＰＥＴの嵩密度は、一般に、０．３５〜０．５６ｇ／ｃｍ³（約２２〜約３５ｌｂ／ｆｔ³）の範囲である。
同様に、ＲＰＥＴ及びＰＥＴペレットは、一般に、０．３ｃｍ（約０．１２インチ）直径の標準の、均一サイズに形成される。その様なペレットの嵩密度は，一般に、０．８０〜０．９２ｇ／ｃｍ³（約５０〜約５８ｌｂ／ｆｔ³）の範囲である。一般に、ＰＥＴ及びＲＰＥＴ溶融加工装置は、上述の寸法及び物性を有するペレットを受け入れる為に設計されている。ＲＰＥＴを利用する高品質最終製品を一貫して達成する為の臨界的観点は、ＲＰＥＴフレーク又はペレットの包括的な脱汚染方法である。
顕著な脱汚染は、ＰＥＴスクラップの洗浄及び分別中に生起する。入って来るＰＥＴボトル及び容器は、微粉砕されて、ＰＥＴフラグメントを形成し、ルーズなラベル、ごみ、及びその他の接着した外部粒子が除去される。その後、この混合物は、空気分類され、残ったフラグメントは、温洗浄剤溶液中で洗浄されて、更なるラベルフラグメント及び接着剤が、ＰＥＴフラグメントから除去される。次いで、洗浄されたＰＥＴフラグメントは、清浄にされ、一連のフローテーション浴に入れられ、ここで重量外部粒子と軽量外部粒子とが除去される。残ったＰＥＴは、次いで、乾燥され、ＲＰＥＴフレークとして販売される。この様に、ラベル及びベースカップ接着剤、ポリオレフィン、ＰＶＣ、紙、ガラス、及び金属と言った、最終製品の品質及び性能に悪影響を及ぼすものが、ＲＰＥＴから除去される。
最近の関心事は、一般的なＲＰＥＴ処理の流れの中に導入されるかも知れない毒性汚染物質である。その様な汚染物質の例としては、殺虫剤、溶剤、除草剤、及び塩素化炭化水素が挙げられ、これらは、随伴で、加工又は運搬中の不注意な接触によって、又は、消費者が或一定期間にわたって毒性物質を保管する為に使用したＰＥＴボトル及び容器の再利用によってＲＰＥＴを汚染し得るものである。
D. W. Hayward（"Employing RPET in Your Process," SPE RETEC, November 4, 1994）は、「清浄」なＲＰＥＴは、なお４％もの高い濃度で残留汚染物質を含み得るものであって、その様な汚染物質が毒性汚染物質を含んでいる可能性が存在する事を報告している。汚染物質のこれらの源は、食品接触用途の為の新たな容器にＲＰＥＴを導入しようとする者にとっては正に重大関心事である。
毒性汚染物質が、食品接触用途の為に設計されたＲＰＥＴの中に含まれる可能性に関しては、米国食品医薬品庁（ＦＤＡ）は、これらの用途におけるその様な汚染物質の水準の為のプロトコルを設けており、代替物及び、洗浄とその後の脱汚染方法の有効性を確立する為の濃度限界を確立している。米国食品医薬品庁のプロトコルは、ＲＰＥＴを２週間、選ばれた汚染物質に導入することを要求しているので、汚染物質がその後に再生されるボトル又は容器の側壁のポリマーマトリックス中に拡散することは明らかである。従って、有効な脱汚染方法は、必要とされる汚染物質濃度制限に合致させる為に、ボトル又は容器の側壁から造られるＲＰＥＴフレークの外に汚染物質を追い出す事を、或程度必要とするものである。
「清浄」なＲＰＥＴを製造する為のＲＰＥＴ脱汚染方法の開発が望ましく、清浄なＲＰＥＴは、新しい食品規格ＰＥＴボトル及び容器を製造する為に受け入れ可能な残留汚染物質水準を示すものである。
発明の要旨
本発明によれば、ＲＰＥＴフレークから汚染物質を除去する為の方法が、意外にも発見された。本発明方法は、
（１）ＲＰＥＴフレークを微粉砕して、０．０１２〜０．２５ｃｍ（約０．０５〜約０．１インチ）直径の平均粒径を有するＲＰＥＴ粒子を調製する工程、
及び、
（２）汚染物質をＲＰＥＴ粒子の外へ追い出す工程、
を含む。
本発明方法は、特に、ＲＰＥＴフレークから毒性汚染物質を除去するのに有用であり、その結果、得られた材料は、新たな食品規格ボトル及び容器の製造に利用出来る。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴と考えられる新規な特徴は、特に添付のクレームに示される。然しながら、本発明それ自身は、添付の図面を参照にしながら読む時に、特定の実施態様についての記述から理解されるのが最上である。
図は、減少するＲＰＥＴ粒径の関数として増加する固有粘度の割合を例示するグラフである。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、ＲＰＥＴフレークから汚染物質を除去する方法に係る。ＲＰＥＴフレークは、微粉砕されて、ＲＰＥＴ粒子が調製され、その後、汚染物質は、ＲＰＥＴ粒子から追い出される。ここで使用される「ＲＰＥＴフレーク」なる言葉は、一般に、通常のＰＥＴ再生方法で製造される市販の再生ポリエチレンテレフタレート材料であって、通常フレーク状であるが、付随的に、大きい塊や、球状、ペレット等であり、一般に、その後の溶融加工操作の為に、０．６３〜１．２７ｃｍ（約１／４〜約１／２インチ）の実質的に均一な粒径のバルクで利用できるものを意味する。
０．９５ｃｍ（３／８インチ）ＲＰＥＴフレークの一般的単一粒子は、約１７７の表面対容積比を示す。ＲＰＥＴフレークマトリックスに侵入している汚染物質は、ＲＰＥＴフレークの表面でのみ分散できる。ＲＰＥＴフレークマトリックスの中深くに分散した汚染物質は、一般に、ＲＰＥＴフレークが通常の再生方法で製造される時間と、ＲＰＥＴフレークが、新たなＰＥＴ製品を製造する為の溶融加工操作で利用される時間との間ではフレークの外へ分散させる事は出来ない。
本発明によれば、ＲＰＥＴフレークは、通常の手段で微粉砕され、０．０１２〜０．２５ｃｍ（約０．００５〜約０．１インチ）直径の平均粒径を有するＲＰＥＴ粒子に調製される。好ましくは、粒径は、０．０１２〜０．１２ｃｍ（約０．００５〜約０．０５インチ）の範囲である。これは、個々のＲＰＥＴフレークのサイズの実質的な減少であり、ＲＰＥＴフレークの中に含まれるあらゆる汚染物質を、より容易に且つ迅速に追い出す事を許すものである。例えば、０．１４７ｃｍ（約０．０５８インチ）の半径を有するＰＥＴ粒子と、約２５，０００ｐｐｍのベンゼン濃度では、ベンゼン水準の７０で、約０．２５ｐｐｍの濃度にまで低下させるには、９６時間以上の拡散時間を必要とする。一方、０．０２２ｃｍ（約０．００８７６インチ）の半径を有するＰＥＴの粒子は、その他の条件全てを等しくして、同じ０．２５ｐｐｍ濃度を達成するのに３時間未満である。この様に、ＲＰＥＴフレークは、精巧な、或いは特別な手段、例えば、二軸スクリューコンパウンディング、真空抽出、或いは、従来考えられている様な極端に長い滞留時間を必要とする事無しに、粒径減少工程を含む本発明方法によって脱汚染が可能となる。
ＲＰＥＴフレークの微粉砕に続いて、得られたＲＰＥＴ粒子は、粒子の外に汚染物質を追い出す為に設計された方法に掛けられる。周知の通り、これは、ＲＰＥＴ粒子を、室温で、単に空気乾燥（ガス流、好ましくは空気流を粒子上及び粒子中に通す）する事によって遂行することが可能である。ＲＰＥＴ粒子からの汚染物質の実質的脱離を達成する為に必要とされる時間は、別途、同じ条件を利用して、当量のＲＰＥＴフレークから同じ汚染物質脱離を達成する為に必要とされる時間より遥かに少ない。或いは又、微粉砕ＲＰＥＴ粒子は、汚染物質が粒子の外へ拡散し終わるまで、通常の条件で、バルクで存在させる事を簡単に許す事も出来る。
更に、ＲＰＥＴ粒子を、通常の方法で加熱して、粒子から外へ汚染物質の拡散を促進させる事も出来る。又、ＲＰＥＴ粒子を、液体溶液に入れて、粒子から外へ汚染物質を浸出させる事も出来る。これら及びその他の通常の方法も、ＲＰＥＴ粒子から外へ汚染物質を追い出すのに使用出来るが、それぞれの場合、必要とされる時間は、別途、当量のＲＰＥＴフレークの脱汚染の同じ水準を達成させるのに必要とされる時間よりも少ない。
本発明は、主に、ＲＰＥＴ粒子を脱汚染する為に、粒径減少の使用を中心とするものであるが、その他の利点も、この粒径減少工程を採用することによって明らかになる。また、同じメカニズムが、ＲＰＥＴの乾燥性能及び固体化（solid-stating）を改善する。
固体化は、ＲＰＥＴの固有粘度を上昇させる為の方法である。固有粘度は、主に、最終製品、例えば、ＲＰＥＴフレークから造られたボトル又は容器の最終強度を決定する重要な物性である。低固有粘度を有するＲＰＥＴから造られるボトル又は容器は、高固有粘度から造られたボトル又は容器と同様の性能を示さない。
ＰＥＴは、多くのその他のポリマーとは違って、固体化方法において、「復元」（put back together）能力を有し、受入れ可能な水準を支持する固有粘度を上昇させる。固体化は、しばしばポリマーの丁度溶融点以下の高温で生起し、ポリマー粒子のベッドを通して流れる乾燥ガス流を使用する。使用されるガスは、通常、窒素の様な不活性ガスである。或いは又、固体化は、真空下で行うことも出来る。固体化は、その方法の副生成物を除去する為の拡散メカニズム及び、ＲＰＥＴの温度を上昇させる為の熱力学に依存する。減少粒径は、固有粘度を所望の水準にまで上昇させるのに必要とされる時間を減少させることによって、固体化方法を大いに改善する。
更に、ＰＥＴは、吸湿性ポリマーであり、従って、加水分解劣化及び固有粘度の結果的損失を防ぐ為に、溶融加工前に徹底的に乾燥しなかればならない。ＰＥＴ及びＲＰＥＴフレークの乾燥は、通常、材料の表面及びマトリックスから水分を除去する為に設計されている実用的な乾燥熱空気ドライヤーで行われる。乾燥は、水の沸点以上であって、固体化温度より十分に下の温度で行われる。本発明による粒径減少は、ＲＰＥＴを乾燥するのに必要とされる時間を大いに減少させる。
この様に、本発明方法は、ＲＰＥＴフレークから汚染物質を除去する為の方法として開示され且つクレームされているが、開示され且つクレームされている方法は、固体化方法を改善し且つ促進する為に更に使用可能であり、ＲＰＥＴを乾燥する為の方法を単純化し、且つ促進することが可能である事が理解される。
実施例
ＲＰＥＴを微粉砕して、凡そ次の平均粒径（直径）を有するＲＰＥＴ粒子の４つのロットを造った：０．３０ｃｍ（０．１２インチ（ＲＰＥＴフレーク、微粉砕されていない））、０．１ｃｍ（０．０３９４インチ）、０．０４ｃｍ（０．０１６５インチ）、及び０．０１７ｃｍ（０．００７インチ）。ＲＰＥＴフレーク及び粒子のこれら４つのロットを、１ａｔｍ、窒素パージ下で、約２１８℃の温度で個々に固体化した。各ロットのサンプルを、固体化方法において、様々な時間で抽出し、各サンプルの固有粘度を測定した。単一ロットから採取したサンプルの固有粘度は、固体化時間を徐々に長くして行くと増加する事が観察された。更に又、固有粘度の増加割合は、ロットのＲＰＥＴ粒子の平均粒径に依存する事が観察された。固有粘度の増加割合は、添付の図面で例示される通り、ＲＰＥＴ粒径が小さくなるにつれて増加する。
上記のＲＰＥＴフレークからの汚染物質の除去方法は、一般に、本発明の粒子に対するその広範囲な適用に関して開示される。場合によっては、開示の方法条件は、開示の範囲内に含まれる各汚染物質／ＲＰＥＴフレークに対して正確には適用できないかも知れない。然しながら、これが生起するそれらの例は、当業者によって容易に認識されるであろう。その様な場合の全てにおいて、本発明方法は、開示の方法に対して通常の変更を加える事によって首尾よく実施することが可能である。
本発明は、本発明の代表である上記開示の特定の実施態様を参照することによって、更に容易に理解される。然しながら、この特定の実施態様は、例示の目的の為だけに提供されるものであって、本発明は、その精神及び範囲から離れること無く、特定的に例示されたもの以外にも実施可能であることが理解されるべきである。

Claims (2)

1. 再生ポリエチレンテレフタレートフレークから汚染物質を除去する方法であって、
   （１）再生ポリエチレンテレフタレートを微粉砕して、０．０１２〜０．２５ｃｍ（０．００５インチ〜０．１インチ）直径の平均粒径を有する再生ポリエチレンテレフタレート粒子を調製する工程、及び、
   （２）汚染物質を、再生ポリエチレンテレフタレート粒子の外へ追い出す工程、を含み、
   工程(２)が、再生ポリエチレンテレフタレート粒子から汚染物質を浸出させる事の出来る溶液に再生ポリエチレンテレフタレート粒子を浸漬させる事を含む事を特徴とする方法。
2. 再生ポリエチレンテレフタレートフレークが、０．０１２〜０．１２ｃｍ（０．００５インチ〜０．０５インチ）の平均粒径を有する再生ポリエチレンテレフタレート粒子を調製する為に微粉砕される、請求項１に記載の、再生ポリエチレンテレフタレートフレークから汚染物質を除去する方法。

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