JP7252585B1 - ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法および再生ポリエチレンテレフタレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ポリエステル衣料廃棄物には、衣料用途に応じた要求特性を満足させる目的で使用されている安定剤、帯電防止剤、易染化剤、難燃化剤、吸湿剤、ガスバリア剤等の種々の化合物、衣料に部分的に使用されているナイロン、ウレタン、綿、オレフィン等の異種素材、艶消し剤として使用される酸化チタン等の添加剤、ジッパー、ボタン、金属、ガラス、砂等の不純物等が含まれている。そのため、ポリエステル衣料廃棄物の再生には、これらを効率良く除去することも重要である。
しかしながら、特許文献4、5に記載されている方法は、着色された繊維状ポリエステルからDMTを回収する方法であり、リサイクル工程が長く、多大なエネルギーを必要とするためコスト的に課題が多い。また、精製したリサイクルDMTが、現状、世界的に普及しているテレフタル酸を原料とする重合プロセス(テレフタル酸プロセス)に直接使用できないという大きなデメリットを抱えている。
しかしながら、特許文献6の方法によれば、着色解重合物との混合媒体がモノエチレングリコールであるため、析出するBHETの結晶形状が微細化するとともに、冷却低温時のモノエチレングリコールの粘度が高くなる。このため、固液分離が難しく、固液分離時の搾液率が低下し易い。このため、色素の除去に多段の固液分離操作と多量のモノエチレングリコールとが必要になる。また、高純度のBHETを得るためには仕上げの晶析工程も必要となる。
しかしながら、この方法も、脱色解重合物との混合媒体がモノエチレングリコールであるため、析出するBHETの結晶形状が微細化するとともに、冷却低温時のモノエチレングリコールの粘度が高くなる。このため、固液分離が難しく、固液分離時の搾液率が低下し易い。このため、色素分解物、残存色素の除去に多段の固液分離操作と多量のモノエチレングリコールとが必要になる。また、色素分解剤の使用によりコストアップもし易い。
特に、ポリエステル衣料廃棄物から純度の高いBHETを簡便に製造することができるため、これまで殆どが焼却処理、埋立処理等されていたポリエステル衣料廃棄物から原料モノマーを経て、再度、ポリエステルを再生することが可能となる。その結果、ポリエステル廃棄物を再生ポリエステルとするサステナブルクローズドループのリサイクルが可能となり、循環型社会の構築に大きく寄与することができる。
また、本発明により製造される純度の高いリサイクルBHETは、現状、世界的に普及しているテレフタル酸を原料とする重合プロセス(テレフタル酸プロセス)に直接使用できるという大きなメリットを有している。
もちろん、この限りではない。
なお、以下の説明は、本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も、本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
例えば、本発明において「工程」は、他と区別して認識できる工程のみを意味するものではなく、他の操作と組み合わされたもの、実際上の複数の工程に分散されているもの、この「工程」中に他の工程要素が含まれているもの、および、1つの工程で複数の工程の操作を合わせて実施できるもの、が発明の趣旨に合致する限り、本発明の範疇に属し得る。
本発明のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート(BHET)の製造方法は、衣料品、ペットボトル、フィルム、樹脂成型品等の各種のポリエステル廃棄物に適用することができる。なお、以下の説明では、ポリエステル廃棄物として、着色されたポリエステル製の衣料廃棄物(着色ポリエステル衣料廃棄物)に適用する場合について説明する。
以下、各工程について順に説明する。
まず、染料、顔料等の色素(着色用色素)で着色されたポリエステル衣料廃棄物と、モノエチレングリコール(以下、「MEG」とも記載する。)および解重合触媒とを反応槽に仕込んで混合し、着色ポリエステル衣料廃棄物を解重合して、着色したBHETを含む解重合液(液状の解重合物)を得る。以下、着色したBHET(粗製BHET)を含む解重合液を「着色解重合液」とも記載する。
ポリエステル衣料を構成するポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフテレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)の他、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)等が挙げられる。
かかるポリエステル衣料は、ナイロン、ウレタン、綿、オレフィン等の異種素材を含んでいてもよく、衣料用途に応じた要求特性を満足させる目的で使用される安定剤、帯電防止剤、易染化剤、難燃化剤、吸湿剤、ガスバリア剤等の種々の化合物、艶消し剤として使用される酸化チタン等の添加剤、ジッパー、ボタン、金属、ガラス、砂等の固形物を含んでいてもよい。
染料としては、例えば、分散染料、ナフトール染料、媒染染料、建染染料等が挙げられるが、分散染料であることが好ましい。この分散染料は、ポリエステルと分子間力によって結合するため、ポリエステルの着色に最適である。また、本発明者の検討によれば、分散染料を除去するのに本発明を使用すると効果が高いことが判っている。
裁断された薄片の形態では、ハンドリング処理が煩雑であると同時に、嵩密度が小さくなり、解重合において不利になる場合がある。
ハンドリングの容易さ、嵩密度の大きさでは、造粒処理された粒状の形態が有利であるが、ポリエステル衣料廃棄物を粒状の形態にするために、採用する方法によっては、コストが増大する場合がある。
ポリエステル繊維の嵩密度は、衣料の形態で0.1~0.14g/cm3(圧縮なし)、薄片の形態で0.08~0.1g/cm3(圧縮なし)である。すなわち、ポリエステル繊維は、衣料の形態の方が嵩密度を大きく維持することができる。
このため、解重合反応を効率的に実施すべく、ポリエステル衣料廃棄物をMEG中に完全に浸漬する場合でも、MEGの使用量を低減することができる。衣料形態のポリエステル衣料廃棄物をMEG中に完全に浸漬して解重合反応を行う場合、MEGの使用量は、ポリエステル衣料廃棄物の質量に対して4.5~7倍程度であることが好ましく、5~6.5倍程度であることがより好ましい。
アルカリ金属としては、例えば、Li、Na、K等が、アルカリ土類金属としては、例えば、Mg、Ca等が、遷移金属としては、例えば、Ti、Zn、Mn等が挙げられる。
解重合の際の時間は、温度を上記範囲とする場合、1~10時間程度であるのが好ましく、1.5~7時間程度であるのがより好ましい。
解重合の際の雰囲気圧力は、60kPa~160kPa程度であるのが好ましい。
上述したように、ポリエステル衣料廃棄物は、ポリエステル繊維以外の異物(ポリエステルに不溶な固形分)を含んでいることが多いため、必要に応じて、これらの異物を着色解重合液から除去することが好ましい。
かかる異物としては、例えば、綿、オレフィン等の異種素材、ジッパー、ボタン、金属等の固形物、廃棄物収集時に混入するガラス、砂等の固形物のような粗大固形物が挙げられる。
これらの異物は、目開き20~40メッシュ程度の目の粗いフィルターで濾過することにより、着色解重合液から纏めて除去することができる。
これらの微細固形物が再生PET中に混入することは当然好ましくなく、また、これらの微細固形物のサイズによっては、工程内の容器内部や配管内部へ沈降または堆積して液体の流れを遮断する可能性があり、工程通過性の面からも、これらの微細固形物を除去することが好ましい。
具体的には、これらの微細固形物は、数μm~数十μmサイズの長繊維フィルター等を用いて、濾過または熱時濾過することにより除去することができる。
さらに、着色ポリエステル衣料廃棄物は、染料、顔料等の色素によって着色されている。洗浄工程は、着色ポリエステル衣料廃棄物の着色の程度が大きい場合において、最終的に得られるBHETの純度をより高めるべく行われる。
なお、以下では、色素として、ポリエステルの着色に最適な分散染料を代表して説明する。
着色ポリエステル衣料廃棄物に含まれる分散染料が再生ポリエステルに混入すると、再生ポリエステルが着色し、特に黄色度が増大し易くなることが知られている。そのため、着色ポリエステル衣料廃棄物からBHETを製造するに際し、着色ポリエステル衣料廃棄物に含まれる分散染料(色素)を予め除去する操作を行うことが好ましい。
すなわち、まず、上述した解重合工程および固形物除去工程を経たMEGを含んだ着色解重合液を、BHETやポリエステルオリゴマーの微細結晶が析出しない温度域で極力低温まで冷却する(90~110℃程度)。
この冷却の過程において、着色解重合液中の過剰MEGをそのまま残しておいてもよいが、冷却の過程で過剰のMEGを蒸発留去して、着色解重合液中のMEGの残存量を可能な限り少なくしておくことが好ましい。
次に、所定温度で所定時間をかけて析出した固形分を洗浄媒体で洗浄した後(すなわち、着色ポリエステル衣料廃棄物中に含まれるポリエステル以外の色素の少なくとも一部を洗浄媒体に移行させた後)に、洗浄された固形分(解重合物)と洗浄媒体とを固液分離して、洗浄媒体中に含まれる分散染料(色素)を固形分から除去する。
洗浄工程完了時における固形分(重液分)中の窒素原子の量は300ppm以下であることが好ましく、200ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることがさらに好ましい。
したがって、一度の洗浄操作で固形分中の窒素原子の量が300ppm以下にならない場合、得られた固形分に、さらに新たな所定量の洗浄媒体を添加して、再度、洗浄操作を繰り返し行うことが好ましい。
しかしながら、本工程における着色解重合液中には晶析操作を阻害する多種多様の不純物が存在しており、かつ、前述した特許文献6および7に記載されている方法ではMEG中での晶析となる。このため、晶析操作で得られる固形分の結晶形状が鱗片状で、結晶サイズが10~30μm程度の微細結晶となる。
よって、固形分と洗浄媒体との固液分離が難しくなる傾向にある。また、色素成分(色素または発色団)が鱗片状の結晶同士の間に取り込まれ易くもなり、その除去効率も低下し易い。
よって、固形分と洗浄媒体との固液分離が容易になる。特に、色素成分は針状の結晶同士の間には取り込まれ難く、その除去効率も低下し難い。
この洗浄工程は、40℃以下の温度で行われることが好ましく、30℃以下の温度で行われることがより好ましく、20℃以下の温度で行われることがさらに好ましい。かかる温度に設定して、洗浄工程を行うことにより、洗浄操作中に、BHETが洗浄媒体に溶解してロスするのを好適に防止または低減することができる。
MEGの場合、大気圧下における蒸発潜熱が219kcal/kgとかなり大きく、蒸発操作、蒸留操作に多量のエネルギーが必要となる。
これに対して、グリコールエーテル系化合物の場合、大気圧下における蒸発潜熱が75~90kcal/kgと極めて小さく、蒸発操作、蒸留操作に必要なエネルギーが大幅に減少することができ、コストメリットが大である。
洗浄工程における洗浄媒体による1回当たりの洗浄時間(固形物と洗浄媒体との混合時間および/または固液分離の操作時間)は、5~120分間程度であることが好ましく、10~100分間程度であることがより好ましく、15~80分間程度であることがさらに好ましい。かかる時間で洗浄媒体による洗浄を行うことにより、分散染料の除去効率を十分に高めることができる。
また、洗浄工程における洗浄媒体の1回当たりに使用する量は、1質量部の粗製BHET(固形分:重液分)に対して1~10質量部であることが好ましく、1.5~8質量部であることがより好ましく、2~6質量部であることがさらに好ましく、2.5~4質量部であることが特に好ましい。かかる量で洗浄媒体を使用することによっても、分散染料の除去効率を十分に高めることができる。
次に、洗浄工程で洗浄された解重合物、すなわち色素成分を分離・除去した固形分(粗製BHETやポリエステルオリゴマー)を加熱により溶融させ、溶融状態で液状の解重合物(解重合液)を得る。そして、この解重合液中からBHETより沸点の低い低沸点成分を除去することにより濃縮して、BHETおよびポリエステルオリゴマーを主成分とする粗製BHETを得る。なお、得られる粗製BHETは、溶融状態で粘稠状の液体であるため、粗製BHET濃縮液とも記載する。
ここで、低沸点成分は、少なくとも洗浄媒体を含有し、さらにMEGやDEG等を含有してもよい。また、この粗製BHET濃縮液中には色素成分、ポリアミド成分、ポリウレタン成分、ポリエステル共重合成分、上記固形物除去工程(2)で除去できなかった5μm未満の超微細な酸化チタンや無機添加剤等の不純物が残存している場合がある。
特に、蒸発操作時のBHETおよびポリエステルオリゴマーの重合化を防止するために、減圧下に粗製BHET濃縮液の温度を130℃以下に設定して行うことが好ましい。
また、蒸発機内における粗製BHET濃縮液の滞留時間が10分以下となるような構造(型式)の蒸発機を選定することが好ましい。
具体的な蒸発機としては、例えば、流下膜式蒸発機、薄膜式蒸発機が挙げられる。
次に、BHETおよびポリエステルオリゴマーを主成分とし、場合によって、残存色素成分、残存ポリアミド成分、残存ポリウレタン成分、残存ポリエステル共重合成分、残存酸化チタン、残存無機添加剤等の不純物を含有する粗製BHET濃縮液から、BHETを回収して、粗製BHET濃縮液より純度の高い高純度BHETを得る。
高純度BHETの回収は、蒸留、好ましくは真空(減圧)下での蒸留(以下、「真空蒸留」とも記載する。)により好適に行うことができる。この場合、蒸留される成分としては、BHETが圧倒的に多いが、BHETとともに極微量の色素成分、ポリエステルオリゴマー成分、ポリアミド成分、ポリウレタン成分、ポリエステル共重合成分等の沸点を有する有機化合物(以下、「沸点を有する有機化合物」とも記載する。)も留出する場合がある。
沸点を有する有機化合物の中でも、色素成分(分散染料等)については、沸点よりも低い温度で昇華する特性を有するため、本工程(5)に供給される粗製BHET濃縮液中に残存する窒素原子の量が300ppm以下になるまで、色素成分が除去されていれば、本工程(5)で得られる高純度BHET中に多量の色素成分が混入するという問題を回避することができる。
これを改善するためには、蒸留には、環流を伴う蒸留(精留)を採用することが好ましい。環流を伴う蒸留によれば、適当な還流比の選定により、高純度BHETの要求品質を容易に満足することができる。
ここで、他のエステル成分としては、モノ-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート(MHET)、ジエチレングリコールエステル、ポリエステルダイマー、ポリエステルオリゴマー等が挙げられる。なお、これらの成分は、再生ポリエチレンテレフタレートを製造する際に、得られる再生ポリエチレンテレフタレートに取り込まれる。
上述の品質を満足する高純度BHETを原料とすれば、重縮合(溶融重縮合)して製造される再生ポリエチレンテレフタレートのカラーb値(黄色度)を8以下とすることができ、バージンポリエチレンテレフタレート並のカラーb値を有する再生ポリエチレンテレフタレートの製造が可能となる。
すなわち、本工程(5)は、沸点を有さない固形物の最終分離工程としての役割も担っていると言うこともできる。
上述したような高純度BHETを原料とすれば、バージンポリエチレンテレフタレート並のカラーb値を有する再生ポリエチレンテレフタレートの製造は可能であるが、例えば、高純度BHETを試薬等の原料に使用する場合は、高純度BHETの純度をより高かめることが好ましい。
本発明者らは、上記回収工程(5)で得られた高純度BHETの純度をより高かめる方法について鋭意検討を行った結果、以下の方法が好適であることをも見い出した。
また、晶析精製に際し、晶析溶媒の種類に応じて、高純度BHETと晶析溶媒との混合比率を調整することによって、上記精製対象除去物をより効率よく除去することができる。
グリコール系化合物としては、グリコールモノエーテル、グリコールジエーテル、グリコールが挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
すなわち、晶析溶媒は、水、炭素原子数が3~12であるグリコールモノエーテルまたはグリコールジエーテル、および、炭素原子数が2~6であるグリコールからなる群より選択される少なくとも1種のグリコール系化合物を含有することが好ましい。水および/またはグリコール系化合物を含む溶媒を晶析溶媒として使用することにより、高純度BHET中に残存する精製対象除去物の除去効果をより高めることができる。
これらの中でも、精製対象除去物の除去能が高い観点から、グリコールモノエーテルを含む晶析溶媒がより好ましい。
なお、溶解液の冷却温度については、晶析溶媒に溶解する高純度BHETの量を減らし、高純度BHETの収率を上げるという観点からは冷却温度が低い方が好ましい。ただし、冷却に要するエネルギー量、低温化に伴う晶析溶媒の粘度上昇による固液分離の操作性等を考慮すると、冷却温度を20~25℃程度とするのが好ましい。
また、溶解液は、急冷してもよいが、十分なサイズを有するBHETの結晶を得る観点からは、徐冷(自然放冷含む。)が好ましい。
晶析精製操作を行う回数については、特に限定されないが、1回目の操作で得られた晶析精製BHETの品質が上記品質に達しない場合は、再度、晶析精製操作を行うことが好ましい。
本発明者らによれば、晶析精製操作を少なくとも3回行えば、着色の程度にかかわらず、晶析精製BHETの品質が上記品質に到達することを確認している。
一方、精製対象除去物は、蒸発残渣、蒸留缶残として回収され、産業廃棄物として処理することが好ましい。
以上のような本工程(6)において、本実施形態の高純度BHETの晶析精製方法が実施される。
重縮合により再生PETを製造する際には、BHETとテレフタル酸とを任意の割合で混合することで、再生PETを容易に製造することができる。この場合、サステナブルクローズドループのリサイクル構築に寄与するためには、再生PET中のBHETに由来する構造を50質量%以上含有することが好ましく、65質量%以上含有することが好ましく、80質量%以上含有することがさらに好ましい。
例えば、本発明のBHETの製造方法および再生PETの製造方法は、それぞれ、同様の効果が発揮される任意の工程と置換されてもよく、任意の目的の工程を追加するようにしてもよい。また、本発明の工程は、回分式(バッチ式)、連続式、またはこれらの組合せのいずれであってもよい。
また、本発明に適用し得る着色されたポリエステル廃棄物は、着色されたペットボトル廃棄物や着色された工業用フィルム廃棄物も好ましい。着色されたペットボトル廃棄物や着色された工業用フィルム廃棄物の場合、例えば、粉砕された後、解重合工程に供される。また、その処理条件は、着色されたポリエステル衣料廃棄物の場合と同様に設定することができる。
なお、本発明者らの検討によれば、これらの添加剤も上記洗浄工程において、洗浄媒体に十分に移行させて除去し得ることが判明している。これは、上述したように、洗浄工程において生成する固形分の結晶形状が針状となることで、結晶同士の間に添加剤の微細粒子が取り込まれ難くなることが1つの大きな要因であると考えられる。
また、上述したように、低温における洗浄媒体の粘度が低いため、無機添加剤と洗浄媒体との固液分離が容易になることも1つの要因であると考えられる。
また、これらの無機添加剤は、配管中およびタンク内で沈降して、ライン閉塞の原因となる。このため、工程(4)より前段の工程で可能な限り無機添加剤の残存量を減少させておくことが、安定運転を行う観点からも好ましい。
(実施例A1)
(1)解重合工程
まず、裁断されていない黒色分散染料、青色分散染料、赤色分散染料および黄色分散染料により着色されたPET衣料廃棄物(以下、「着色衣料廃棄物」とも記載する。)を4着で合計400g(着色衣料廃棄物に含まれる窒素原子の総量:3,763ppm)を用意した。
なお、着色解重合液中の粗製BHETの量(g)は、着色衣料廃棄物の質量(400g)×254/192×100により計算した。
次に、着色解重合液を、目開き30メッシュの金網ストレーナーにより粗大固形物を熱時濾過し、粗大固形物を除去した着色解重合液を得た。この段階では、主に、PET以外の異種素材(綿、オレフィン類)、ジッパー、ボタン、金属、ガラス、砂等の粗大固形物を除去した。
次に、着色解重合液を10μmのステンレス製の長繊維フィルター(ナスロンフィルター)で熱時濾過し、10μm以上のポリエステルに不溶な酸化チタン、無機添加剤等の微細固形物を除去した。
次に、長繊維フィルターを通過した195℃の着色解重合液を真空減圧して、MEGを留去しながら105℃まで冷却した。その後、105℃を維持するように、着色解重合液を加熱しながら真空減圧を続けた。そして、着色解重合液中において、MEGとBHETとが質量比で1:1になるまで、MEGを留去した。
真空減圧および加熱して留去したMEGの量は、1,587gであった。
この段階で、着色解重合液中に、BHETやポリエステルオリゴマーの微細結晶は、析出していなかった。
その後、卓上大型遠心分離機を使用して、析出した固形分(結晶)とジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEGを含有する洗浄媒体とを固液分離し、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEGに溶解している分散染料を除去した。遠心分離機の条件は、遠心力を4,000Gとし、遠心分離の時間を30分間とした。
その後、固形分と液分(ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEG)とを固液分離し、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEGに溶解している分散染料を除去した。遠心分離機の条件は、遠心力を4,000Gとし、遠心分離の時間を30分間とした。
その後、固形分と液分(ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEG)とを固液分離し、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEGに溶解している分散染料を除去した。遠心分離機の条件は、遠心力を4,000Gとし、遠心分離の時間を30分間とした。
次に、重液分を乾燥して固形分を回収した。この固形分を125℃まで加熱することにより溶融させた後、薄膜蒸発機に送液した。薄膜蒸発機の条件は、ジャケット加熱熱媒温度を140℃とし、蒸発機内圧力を400Pa(3.0mmHg)とした。これにより、BHETより沸点の低い低沸点成分を蒸発・留去して、粗製BHET濃縮液を得た。得られた粗製BHET濃縮液は、薄く着色した粘稠状の液体であった。
次に、粗製BHET濃縮液を短行程薄膜蒸発機に送液した。薄膜蒸発機の条件は、ジャケット加熱熱媒温度を180℃とし、蒸発機内圧力を10Pa(0.08mmHg)とした。これにより、粗製BHET濃縮液からBHETを蒸留して、高純度BHETを回収した。
なお、得られた高純度BHET中に残存する他のエステル成分の量は1.8質量%であり、高純度BHET中に残存する窒素原子の量は、12.0ppmであった。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(炭素原子数:10)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(炭素原子数:10)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:8)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノブチルエーテル(炭素原子数:6)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、トリエチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:12)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールジメチルエーテル(炭素原子数:4)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノメチルエーテル(炭素原子数:3)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、50質量部のエチレングリコールジメチルエーテル(炭素原子数:4)と50質量部のMEG(炭素原子数:2)との混合液を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、70質量部のエチレングリコールジメチルエーテル(炭素原子数:4)と30質量部のMEGとの混合液を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、ジエチレングリコール(炭素原子数:4)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、トリエチレングリコール(炭素原子数:6)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、MEG(炭素原子数:2)を使用した以外は、実施例A1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。なお、各実施例と比較して、洗浄工程における固液分離が難しかった。
まず、解重合前に、衣料の形態のままの着色衣料廃棄物を、脱色溶媒としてジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:10)を用いて脱色した。その結果、脱色処理された衣料廃棄物の中に脱色溶媒が浸みこんだ状態で残存した。
次に、脱色溶媒が残存した状態の衣料廃棄物を、MEGを使用して解重合すると、MEGの代わりに、残存エーテルがベンゼン環と結合することにより、BHET以外の副反応物が生成した。
なお、BHETの収率(%)は、生成した粗製BHETの質量÷(着色衣料廃棄物の質量×(254/192))×100により計算した。
また、解重合前に、フレークの形態のままの着色されたペットボトルフレークを、脱色溶媒としてジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:10)を用いて脱色を試みたが、殆ど脱色することができなかった。
比較例A2、A3の結果から、解重合後の脱色処理が有効であることが明らかである。
1質量部の実施例A1で得られた高純度BHETと、晶析溶媒として4質量部のジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:10)とを5Lのフラスコに投入し、液内温が80℃になるまで加熱した。これにより、高純度BHETをジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに溶解させて、溶解液を得た。その後、この溶解液を自然放冷で液温を20℃まで降下させて、BHETの結晶を析出させた。
なお、晶析精製BHET中に残存する他のエステル成分の量は、0.4質量%であり、晶析精製BHET中に残存する窒素原子の量は、5.6ppmであった。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(炭素原子数:10)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノヘキシルエーテル(炭素原子数:8)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノブチルエーテル(炭素原子数:6)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールジメチルエーテル(炭素原子数:4)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノメチルエーテル(炭素原子数:3)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、MEG(炭素原子数:2)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、ジエチレングリコール(炭素原子数:4)を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
晶析溶媒として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、水を使用した以外は、実施例B1と同様にして、晶析精製BHETおよび再生PETを得た。
(1)解重合工程
裁断された無色(無着色)の工業用PETフィルム廃棄物(以下、「無色フィルム廃棄物」とも記載する。)400gを用意した。無色フルム廃棄物中に含まれる無機添加剤は、酸化チタン3.2g(0.8質量%)、シリカ140g(35.0質量%)、マグネシウム1,850ppmであり、窒素原子の総量は1ppmであった。
解重合液中の無機添加剤はフラスコ底部に沈降して完全に相分離をしていた。
なお、無色解重合液中の粗製BHETの量(g)は、無色フィルム廃棄物中のPETの質量(256,8g)×254/192×100により計算した。
C系統の実施例では、固形物除去工程を省略した。
次に、195℃の無色解重合液を真空減圧して、MEGを留去しながら105℃まで冷却した。その後、105℃を維持するように、無色解重合液を加熱しながら真空減圧を続けた。そして、無色解重合液中において、MEGとBHETとが質量比で1:1になるまで、MEGを留去した。
この段階で、無色解重合液中には、BHETやポリエステルオリゴマーの微細結晶は、析出していなかった。
その後、卓上大型遠心分離機を使用して、析出した固形分(結晶)及び無機添加剤とジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEGを含有する洗浄媒体とを固液分離した。遠心分離機の条件は、遠心力を4,000Gとし、遠心分離の時間を30分間とした。
その後、固形分および無機添加剤と液分(ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび残留MEG)とを固液分離した。遠心分離機の条件は、遠心力を4,000Gとし、遠心分離の時間を30分間とした。
2回の洗浄操作により重液中に含有する無機添加剤のうち、酸化チタンは72%減少、シリカは71%減少させることができた。
次に、重液分を乾燥して固形分を回収した。この固形分を125℃まで加熱することにより溶融させた後、薄膜蒸発機に送液した。薄膜蒸発機の条件は、ジャケット加熱熱媒温度を140℃とし、蒸発機内圧力を400Pa(3.0mmHg)とした。これにより、BHETより沸点の低い低沸点成分を蒸発・留去して、粗製BHET濃縮液を得た。得られた粗製BHET濃縮液は、無色の粘稠状の液体であった。
次に、粗製BHET濃縮液を短行程薄膜蒸発機に送液した。薄膜蒸発機の条件は、ジャケット加熱熱媒温度を180℃とし、蒸発機内圧力を10Pa(0.08mmHg)とした。これにより、粗製BHET濃縮液からBHETを蒸留して、高純度BHETを回収した。
なお、得られた高純度BHET中に残存する他のエステル成分の量は1.6質量%であり、高純度BHET中に残存する無機添加剤の量は、0.1ppmであった。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、エチレングリコールモノメチルエーテル(炭素原子数:3)を使用した以外は、実施例C1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。
洗浄媒体として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルに代えて、MEG(炭素原子数:2)を使用した以外は、実施例C1と同様にして、高純度BHETおよび再生PETを得た。なお、実施例C1およびC2と比較して、洗浄工程における固液分離が難しかった。
2-1.窒素原子の量の測定
着色衣料廃棄物、洗浄後の固形分、高純度BHET、晶析精製BHET中に残存する窒素原子の量は、それぞれ微量全窒素分析装置(三菱ケミカルアナリテック社製、「TN-2100H」)で測定した。
高純度BHET、晶析精製BHET中に残存する他のエステル成分の量は、高速液体クロマトグラフィー装置(島津製作所製、「LC-2010AHT」)で測定した。得られたチャートからBHETに由来するピークの面積Aと、他のエステル成分に由来するピークの面積Bとを計算し、面積Aと面積Bとの合計に占める面積Bの割合を100分率(B/A+B×100)として求めた。
再生PETのカラーb値は、色差計(日本電色社製、「SE-7700」)で測定した。
Claims (15)
- ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法であって、
ポリエステル廃棄物と、モノエチレングリコールおよび解重合触媒とを混合し、前記ポリエステル廃棄物を解重合して、粗製ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを含む解重合物を得る解重合工程と、
前記解重合物を冷却するとともに、前記モノエチレングリコールの単体と異なる洗浄媒体であって、炭素原子数が3~12であるグリコールエーテル系化合物のうちの少なくとも1種を含有する洗浄媒体を添加して、前記ポリエステル廃棄物中に含まれるポリエステル以外の不純物の少なくとも一部を前記洗浄媒体に移行させることにより、前記解重合物から除去する洗浄工程と、
洗浄された前記解重合物から、少なくとも前記洗浄媒体を含有する低沸点成分を除去して、前記粗製ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを濃縮する濃縮工程と、
濃縮された前記粗製ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートから、前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを蒸留により回収して、前記粗製ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートより純度の高い高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを得る回収工程と、を有する、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記洗浄媒体中の前記グリコールエーテル系化合物の含有量は、75質量%以上である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記洗浄工程は、40℃以下の温度で行われる、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記洗浄工程における前記洗浄媒体による1回当たりの洗浄時間は、5~120分間である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記洗浄工程における前記洗浄媒体による洗浄回数は、1~8回である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記洗浄工程における前記洗浄媒体の1回当たりに使用する量は、1質量部の前記粗製ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートに対して1~10質量部である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記ポリエステル廃棄物は、65質量%以上のポリエチレンテレフタレートを含むポリエステル廃棄物である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記解重合工程後、さらに、前記解重合物から、前記ポリエステル廃棄物に含まれ、ポリエステルに不溶な固形分を除去する固形物除去工程を有する、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート中に残存する前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート以外のエステル成分の量は、2.5質量%以下であり、前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート中に残存する窒素原子の量が20ppm以下である、方法。 - 請求項1に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記回収工程後、さらに、前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを溶媒に溶解した溶解液を冷却することにより、前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの結晶を析出させるとともに、前記結晶と前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート以外のエステル成分を含有する溶媒成分とを固液分離して、前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの純度を高める晶析精製工程を有する、方法。 - 請求項10に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記溶媒は、水および/またはグリコール系化合物を含み、
前記グリコール系化合物は、炭素原子数が3~12であるグリコールエーテル、および炭素原子数が2~6であるグリコールからなる群より選択される少なくとも1種を含有する、方法。 - 請求項10に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記溶媒中の前記水および/またはグリコール系化合物の含有量は、85質量%以上である、方法。 - 請求項10に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法において、
前記晶析精製工程後の前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート中に残存する前記エステル成分の量は、1質量%以下であり、前記晶析精製工程後の前記高純度ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート中に残存する窒素原子の量が10ppm以下である、方法。 - 再生ポリエチレンテレフタレートの製造方法であって、
請求項1~請求項13のいずれか1項に記載のビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの製造方法により、前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを得る工程と、
前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートを重縮合することにより、再生ポリエチレンテレフタレートを得る工程を有する、方法。 - 請求項14に記載の再生ポリエチレンテレフタレートの製造方法において、
前記再生ポリエチレンテレフタレートは、前記ビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートに由来する構造を50質量%以上含有する、方法。
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