JP2012219210A - 低分子ポリマーの製造方法、その方法により得られる低分子ポリマー、その低分子ポリマーを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布 - Google Patents

Abstract

【課題】縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーから低分子ポリマーを簡単に得ることができ、さらに高分子ポリマーと金属とを組み合わせた製品であっても、分離作業を必要としないで低分子ポリマーを得ることができる、低分子ポリマーの製造方法、その方法により得られる低分子ポリマー、その低分子ポリマーを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布を提供すること。
【解決手段】縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させることにより、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断してポリマーの分子量を結合切断前の９０％以下とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、低分子ポリマーの製造方法、その方法により得られる低分子ポリマー、その低分子ポリマーを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布に関する。

縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーは、タイヤ、シート、パイプ材料、電線やケーブルの被覆材料をはじめとして広範な分野に利用されている。

しかし、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマー、例えばポリエステルやポリウレタンといった高分子ポリマーの場合、使用後の多くは、埋め立てるか焼却処分するかのいずれかの処分がなされていた。

しかし、埋め立ての場合、第１に埋め立て用地の確保が難しいという問題があり、粉砕などにより減容して埋め立て効率を高める場合、粉砕などに多額の費用が発生するという問題があった。

使用後の高分子ポリマーを焼却する場合は、焼却時に人体や環境に有害なガスが発生したり、そのガスによって焼却炉が損傷するという問題もあった。

このような高分子ポリマーについても再生利用を目的とした検討がなされており、例えばポリウレタンフォーム廃材をその密度別に分別し、粉砕してチップとし、所定の密度の再生成形品を得るように該分別廃材チップから密度の異なる２種もしくはそれ以上の廃材チップの組合せとして選択し、該組合せチップにバインダーを塗布した後、これを金型内に充填し、成形する、再生方法が提案されている（特許文献１参照）。

しかし、上記再生品を得るには、廃材の分別、粉砕、粉砕後の廃材チップの組合せ、バインダーの塗布、及び成形といった多数の工程を必要とし、再生コストが高いため、実用化に至っていないのが現状であった。

また、電線、ケーブル、タイヤなど、高分子ポリマーと金属とを組み合わせたものを廃棄する場合、ポリマーの部分と金属の部分とを分離しなければならないところ、その分離作業には多くの手間と費用を必要とし、分離しないまま焼却処分し、焼け残った金属の部分のみを再利用するという方法が採られていた。

特開２００５−２３８６０４号公報

本発明は、このような技術的課題に鑑みなされたものであり、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーから低分子ポリマーを簡単に得ることができ、さらに高分子ポリマーと金属とを組み合わせた製品であっても、分離作業を必要としないで低分子ポリマーを得ることができる、低分子
ポリマーの製造方法、その方法により得られる低分子ポリマー、その低分子ポリマーを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、請求項１〜７記載の発明は、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させることにより、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断して、ポリマーの分子量を結合切断前の９０％以下とすることを特徴とする低分子ポリマーの製造方法をその要旨とした。

請求項１〜７記載の方法により得られる低分子ポリマーとは、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーにおける、前記−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合が切断されて、ポリマーの分子量が結合切断前の９０％以下とされた、例えばモノマー或いはオリゴマーのレベルにまで分解されたポリマーをいう。

請求項８及び９記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の低分子ポリマーの製造方法により得られる低分子ポリマーを提案し、請求項１０〜１３記載の発明は、その低分子ポリマーを用いたことを特徴とする塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布を提案するものである。

本発明の低分子ポリマーの製造方法によれば、高温高圧下で水と接触させるという簡単な処理で、使用済みの分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを結合切断前の９０％以下のモノマーやオリゴマーのレベルに分解することができる。このため、大規模な処理設備を必要とせず、低分子ポリマーの製造に必要なエネルギー、手間並びにコストを大幅に削減することができる。また、本発明の方法には有機溶剤や触媒などを用いないため、環境に悪影響を与えることもない。また、本発明の方法によれば、使用済みの高分子ポリマーを結合切断前の９０％以下のレベルに分解することができ、得られる低分子ポリマーは、そのままで或いは架橋剤と混合することで再生重合原料として利用することができる。また、本発明の方法によれば、高分子ポリマーと金属とを組み合わせた製品を再生処理する場合でも、分離作業を必要としないで低分子ポリマーを得ることができる。洗浄工程も不要である。

また、本発明の低分子ポリマーの製造方法は、未使用の高分子ポリマーをその用途や要求される性能（性質）に応じた分子量に調整する新規な方法を提案するものでもある。つまり、未使用の分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させて、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断することにより、結合切断前の９０％以下の要求される性能（性質）に応じた分子量を持つ低分子ポリマーを触媒不存在下で、しかも高温高圧下で水と接触させるという簡単な処理で製造できるという利点がある。

ＰＥＴの分解物の分析手順を示した模式図。 高温高圧下で水と接触させる処理（２００℃、１．６ＭＰａ）の処理時間による外観の変化を示す写真。 高温高圧下で水と接触させる処理（２００℃、１．６ＭＰａ）の処理時間による粒径サイズの変化を示すグラフ。 ＰＥＴの分解物表面の状態を示す電子顕微鏡写真。 テレフタル酸の表面の状態を示す電子顕微鏡写真。 処理時間によるＴＧ曲線の変化を示すグラフ。 処理時間（２００℃、１．６ＭＰａ）によるＤＳＣ曲線の変化を示すグラフ。 ＰＥＴの結晶構造を示す模式図。 高温高圧下で水と接触させる処理によるＰＥＴのＸ線パターンの変化を示すグラフ。 高温高圧下で水と接触させる処理によるＣＰ／ＭＡＳ¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトルの変化を示すグラフ。 ＧＰＣによる分子量および分子量分布の測定結果を示すグラフ。 未処理ＰＥＴの¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ３０分間処理したＰＥＴの¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ６０分間処理したＰＥＴの¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 １２０分間処理したＰＥＴの¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 １８０分間処理したＰＥＴの¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ２４０分間処理をしたＰＥＴ（液体２）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ３０分間処理（２２５℃）したＰＥＴ（液体２）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ６０分間処理（２２５℃）したＰＥＴ（液体２）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 １２０分間処理（２２５℃）したＰＥＴ（液体２）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 ２４０分間処理したＰＥＴの固体部分（固体２）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 処理時間と温度による数平均分子量変化を示すグラフ。 処理時間と温度によるテレフタル酸（ＴＰＡ）の比率を示すグラフ。 処理時間（２００℃）による水酸基価および酸価の変化を示すグラフ。 処理時間（２２５℃）による水酸基価および酸価の変化を示すグラフ。 ２４０分間処理したＰＥＴの液体部分（液体１）の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフ。 処理時間によるＰＥＴボトルの変化（２００℃、１．６ＭＰａ）を示す写真。 ＰＥＴおよびＰＥＴの分解物を用いたエポキシ化合物の粘弾性（ｔａｎδ）を比較したグラフ。

以下、本発明の低分子ポリマーの製造方法（以下、単に方法という）、その方法により得られる低分子ポリマー、その低分子ポリマーを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布について、更に詳しく説明する。

本発明は、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを、結合切断前の９０％以下のモノマーやオリゴマーのレベルに分解することができる、新規な低分子ポリマーの製造方法を提案するものである。

本発明の方法によって処理される高分子ポリマーは、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つものである。具体的には１種のモノマーを重合させたポリマー、或いは複数種のモノマーを共重合させた共重合ポリマーにより構成される鎖状、或いは網目状構造を持ち、かつ分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持っているものである。さらに具体的には、エステル、ウレタン、エーテル、イミド、アミド、尿素、カーボネートからなる群から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上を主たる結合として分子の直鎖に持つポリマーを挙げることが
できる。

尚、本発明の方法によって処理される高分子ポリマーの範疇には、該高分子ポリマーの成形物、電線、ケーブル、タイヤなど、架橋ポリマーまたは高分子ポリマーと金属とを組み合わせた複合物が含まれる。

次に、上記高分子ポリマーを高温高圧下で水を接触させることについて説明する。本発明の方法において、高分子ポリマーは、高温高圧下、好ましくは１００℃ 以上、０．１ＭＰａ以上の条件下で水と接触される。水は飽和水蒸気となって高分子ポリマーと接触し、該高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断するよう作用する。接触時における温度と圧力が、１００℃未満、０．１ＭＰａ未満の場合、ポリマーの分解が効果的に進行しないばかりか、処理時間が長くなり、却ってエネルギーコストが高くなることになる。

接触時における温度と圧力の条件は、より好ましくは４００℃、０．２〜３．０ＭＰａである。この場合、該高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合の切断作用がより効果的に進行し、処理時間を短縮することができ、エネルギーコストの低減化を図ることができるというメリットを有する。

また、高分子ポリマーを高温高圧下で水を接触させる時間は、ポリマーの種類、処理する体積の多少、高分子ポリマーが成形物の場合、その大きさや形状に応じ、適宜変更して行うのがよい。具体的は１〜３００分が好ましく、より好ましくは３０〜２５０分間である。接触時間が１分を満たない場合、高分子ポリマーと水との接触が不十分となり、高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合が切断されないか、若しくは結合が切断されたとしても不十分な分解となる。接触時間が３００分を上回る場合には、接触時間が多くなっても、分解はそれ以上進行しないため、処理自体が無駄となる。

本発明の方法は、高分子ポリマーを例えば１００℃ 以上、０．１ＭＰａ以上といった高温高圧下で水と接触させて行うことから、使用する反応器には、このような温度及び圧力に十分に耐え、かつポリマーの投入並びに排出が容易なものが望ましい。具体的には反応器内でポリマーと水が十分に接触するように、水（水蒸気）の流れが乱流になるものが望ましい。

尚、反応器への水（高圧水蒸気）の供給方法としては、例えば反応器内の水を加熱して圧力を上げるオートクレーブのような方法のほかに、強制循環ボイラ、立てボイラ、炉筒ボイラ、自然循環ボイラなどのボイラを使用する方法を採ることができる。

本発明の方法により得られる低分子ポリマーは、ポリマーの種類、条件（温度、圧力、接触時間）によって、液状、ペースト状、或いは粒状といった形態となる。

本発明の方法で得られた低分子ポリマーは、そのままで、或いはジイソシアネート、ビスウレタン、ジアミン、ジカルボン酸、二塩素酸誘導体などの架橋剤と混合することで再生重合原料として利用することができる。

本発明の方法で得られた低分子ポリマーの分子中には、水酸基やアミノ基などの反応基が存在する。これらの反応基は該低分子ポリマーを再生重合原料として再反応させるとき、或いは架橋剤を混合した混合物を再生重合原料として、これら低分子ポリマー及び架橋剤を反応させるときに、これら再反応又は低分子ポリマー及び架橋剤の反応における反応量を決定する機能を持つ。

すなわち、本発明の方法で得られた低分子ポリマーをそのままで、或いは低分子ポリマーに架橋剤を混合して、これらを再生重合原料として再生重合物を製造する場合、低分子ポリマーに含まれる反応基の量の分だけ、再反応又は低分子ポリマーと架橋剤との反応が生じるため、その量が少なければ少ないほど、再生重合物を得るのに必要な反応時間は短縮され、架橋剤量も少なくなるのである。反対に反応基量が多ければ多いほど、再生重合物を得るのに必要な反応時間は長くなり、架橋剤量も多くなるのである。

このような作用効果を有する反応基は、高分子ポリマーを高温高圧の条件下で水と接触させることにより、高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−結合が切断されるときに生じるため、温度や圧力の条件を適宜変更することで、反応基の量をコントロールすることができるのである。つまり、温度及び圧力が低く、接触時間が短いときは、ポリマーの低分子化、分解は進行しないため、得られる低分子ポリマーにおける反応基の量も少なく分子量も大きくなる。一方、温度及び圧力を高くし、接触時間を長くしたとき、ポリマーの低分子化（分解）は効果的に進行し、得られる低分子ポリマーにおける反応基の量も多くなり分子量も小さくなるのである。

例えばポリウレタンからなる高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させたとき、得られる低分子ポリマーの分子中には水酸基やアミノ基が存在し、これらの反応基は水酸基価及びアミン価として現れる。これら水酸基価及びアミン価の大小に従って、架橋剤、すなわちジイソシアネート量を適宜増減させて低分子ポリマーに混合することで、新たなポリウレタン成形物が得られるのである。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーは、これを用いた塗料、粉体塗料、接着剤、繊維及び不織布を製造することができる。まず、本発明の方法で得られた低分子ポリマーを用いた塗料について説明する。上述の如く本発明の方法により得られる低分子ポリマーは、ポリマーの種類、条件（温度、圧力、接触時間）によって、液状、ペースト状、或いは粒状といった形態となる。本発明の方法により得られる低分子ポリマーを塗料に適用する場合には、粒状の形態を持つ低分子ポリマーが望ましい。

塗料に適用する低分子ポリマーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、およびエポキシなどの架橋ポリマー又は高分子ポリマーから得られるものが好ましく、これらの低分子ポリマーを塗料の塗膜形成用樹脂として用いるのである。また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーをメインバインダー樹脂として用いる塗料には、溶剤のほかに着色顔料、防錆顔料、体質顔料を含む各種顔料、分散剤、消泡剤、レベリング剤といった各種添加剤を添加することができる。塗料の調製は、上記成分をプロペラ型攪拌機、ホモジナイザーなど従来公知の混合機を用いて混合することによって、容易に行うことができる。

本発明の方法で得られた低分子ポリマーは、溶剤を使用しないで、基材に塗布した後、焼き付けで硬化させることで、基材表面に塗膜を形成することができる粉体塗料に適用することもできる。本発明の方法で得られた低分子ポリマーを粉体塗料に適用する場合、塗料に適用する場合と同じく、使用する低分子ポリマーは、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、およびエポキシなどの架橋ポリマー又は高分子ポリマーから得られる粉粒状のものが好ましく、これらの低分子ポリマーを塗料の塗膜形成用樹脂として用いるのである。

本発明の方法で得られた低分子ポリマーを粉体塗料に適用する場合、該粉体塗料は、低分子ポリマーからなる粉体樹脂及び硬化剤のほかに、必要に応じて着色顔料をミキサーでドライブレンドすることで得ることができる。また、ドライブレンドした後、２軸エクストルーダー等の混練機を使用して加熱溶融混練し、冷却、粉砕して製造することもできる
。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーは、これを接着成分として用いることもできる。本発明の方法で得られた低分子ポリマーを接着剤の接着成分として用いる場合、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、およびエポキシなどの架橋ポリマー又は高分子ポリマーから得られる低分子ポリマーを用いるのが好ましい。また、接着剤には、本発明の方法で得られた低分子ポリマーからなる接着成分のほかに、必要に応じて、保湿剤、染料、界面活性剤、防腐剤、防カビ剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、防錆剤などの添加剤を、接着成分の効果を阻害しない限度において、適宜添加することができる。接着剤の調製は、プロペラ型攪拌機、ホモジナイザーなど従来公知の混合機を用いて混合することによって、容易に行うことができる。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーは不織布の構成繊維相互を結合するバインダー成分として用いることもできる。本発明の方法で得られた低分子ポリマーをバインダー成分として用いる場合、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、およびエポキシなどの架橋ポリマー又は高分子ポリマーから得られる低分子ポリマーを用いるのが好ましい。本発明の方法で得られた低分子ポリマーをバインダー成分として用いる不織布の構成繊維としては特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリアミド系繊維、ポリアクリロニトリルなどのアクリル系繊維、ポリビニルアルコール繊維、及び合成パルプなどの合成繊維の他、レーヨンなどの半合成繊維、綿及びパルプ繊維などの天然繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維などの無機繊維などを単独で、或いはこれらを組み合わせたものを用いることができる。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーからなるバインダー成分には、充填剤、難燃剤、着色剤、耐光剤、抗菌剤、帯電防止剤等も添加することができる。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーを紡糸材料として用いることもできる。紡糸材料として用いる場合、低分子ポリマーには、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリアミド、及びポリカーボネートなどの架橋ポリマーまたは高分子ポリマーから得られるものを用いるのが好ましい。本発明の方法で得られた低分子ポリマーを紡糸材料として用いる繊維としては特に限定されないが、本発明の方法で得られた低分子ポリマーを紡糸材料の全部として溶融紡糸 、乾式紡糸又は湿式紡糸により形成された繊維、或いは、本発明の方法で得られた低分子ポリマーを紡糸材料の一部として、他の紡糸材料と混合して溶融紡糸 、乾式紡糸又は湿式紡糸により形成された繊維を挙げることができる。

また、本発明の方法で得られた低分子ポリマーからなる紡糸材料には、充填剤、難燃剤、着色剤、耐光剤、抗菌剤、帯電防止剤等も添加することができる。

尚、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲で自由に変更して実施することができる。

ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のリサイクル
ＰＥＴは、熱可塑性ポリエステルの代表的な樹脂で、テレフタル酸とエチレングリコールが縮合し、エステル結合によって連鎖を形成した構造を持っている。

ＰＥＴは、当初、繊維やフィルム用材料として使用されていたが、ブロー成形すると透明性、光沢性、剛性に優れたボトルが得られることがわかり、樹脂の価格の低下とともに清涼飲料容器などが多用されるようになってきた。日本では、ＰＥＴボトルは１９７７年にしょうゆ業界に最初に採用され、５年後の１９８２年に厚生省により清涼飲料容器としての使用が許可され、その後ＰＥＴボトルの使用量は大きく増大し、２００５年のＰＥＴの消費量は約５３万トンであり、１９９３年の約１２万トンと比較すると、この１２年で約４倍までに増大している。

ＰＥＴボトルのリサイクルは、自治体による分別収集と店頭回収の２種があるが、自治体回収の方が圧倒的に多いのが現状であり、自治体の回収コストの増加が問題となっている。回収されたＰＥＴボトルは、分別、洗浄、粉砕工程後、再生品の出発物質となっているフレーク、ペレットなどにされており、この段階にも大きなコストがかけられているのが現状である。

また、従来のＰＥＴのケミカルリサイクルには、液体メタノール中で分解するメタノリシス法、液体のエチレングリコール中で分解するグリコリシス法、液体水中での加水分解法があるが、いずれも反応時間が５時間以上と長く、触媒が必要といった問題がある。さらに、触媒を使用せず、短時間でＰＥＴを分解する超臨界での研究も行われている。例えば、３００℃、１５ＭＰａにて超臨界メタノールを使用した反応では、１０分でＰＥＴは分解されるが、テレフタル酸ジメチルとしてモノマーが回収されるため、テレフタル酸への加水分解過程が必要となる。さらに、４００℃、４０ＭＰａの超臨界水中でＰＥＴの加水分解を行うと、５分間で完全に分解し、モノマーであるテレフタル酸が高収率にて回収されている。一方、もうひとつのモノマーであるエチレングリコールは、テレフタル酸が酸触媒となりエチレングリコールの分解を促進するため収率が大幅に減少していた。超臨界水よりも条件が温和である３００℃の亜臨界水では、１０分でＰＥＴがほぼ完全に分解され、収率８９％および９３％でテレフタル酸とエチレングリコールを回収できたという研究報告もある。ただし、高圧高温に耐えうる設備は、３ＭＰａを超えると、ボイラー、耐圧容器、バルブ、配管を特別に製造する必要があり、特に大型の装置になるほどコストが飛躍的に上がり実用性が低くなる。

本発明の方法は、高温高圧下で水と接触させる処理を利用したＰＥＴのリサイクル方法を提案するものであり、該方法によれば、酸やアルカリなどの触媒やエチレングリコール、メタノールなどの溶媒も使用することもなく、ＰＥＴの加水分解を起こし、処理に必要な手間及びコストを大幅に削減できると考える。

高温高圧下で水と接触させる処理には、日阪製作所株式会社製のバッチ式爆砕処理試験機を使用した。本装置は、耐圧３．０ＭＰａ、ボイラーは、株式会社タクマ製のＴＭＯ−３００型で最高使用圧力３．０ＭＰａ、換算蒸発量３００ｋｇ／ｈである。

市販のＰＥＴボトルを、３ｃｍ×１０ｃｍに切断した試料を爆砕装置内に配置し、２００℃（１．６Ｍｐａ）にて、３０分、６０分、１２０分、１８０分、２４０分、２２５℃（２．６Ｍｐａ）にて３０分、６０分、１２０分間、それぞれ高温高圧下で水と接触させる処理を行った。

ＰＥＴの高圧水蒸気処理条件

ＰＥＴ分解物の分析実験
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察
高温高圧下で水と接触させる処理による分解物の表面を観察するため、サンプルは、減圧乾燥した後、オスニウム蒸着しＳＥＭ（Ｓ−３０００Ｎ、日立製）を用い、５００倍にて観察した。

レーザ回析による粒径分布測定
分散媒としてイソプロピルアルコールをＬＡ−９１０（堀場製作所製）のフローセルに約２００ｍｌ、さらに試料を透過光量が９５〜７０％となるよう加え、超音波分散を４分行い、粒径分布測定を行った。

ＴＧの測定
１０ｍｇのサンプルをプラチナパン（オーブン）に入れ、エスアイアイ・テクノロジー製ＥＸＳＴＡＲ−６０００ ＴＧ／ＤＴＡ６３００にて、昇温速度１０℃／ｍｉｎにて５０℃から１０００℃まで測定を行った。

ＤＳＣによるガラス転移点、結晶化度、融点の測定
１０ｍｇのサンプルを、アルミパン（オーブン）に入れ、結晶化度を観測するため、ＨＩＲＡＮＵＭＡ製電気炉にて、３００℃で１５分間加熱し、急冷した後、エスアイアイ・テクノロジー製 ＥＸＳＴＡＲ−６０００ ＤＳＣ６２００にて、昇温速度５℃／ｍｉｎにて２５℃から３００℃まで測定を行った。

ＸＲＤによる結晶化度の測定
高圧水蒸気処理をしたＰＥＴ粉末の結晶化度を調べるために、ＸＲＤ（ＲＩＮＴ−Ｕｌｔｉｍａ ｌｌｌ／ＰＣｒｉｇａｋｕ製）にて試料の測定を行った。ターゲットはＣｕを用いてＸ線源は、４０ｋＶ／４０ｍＡとし、２θは、１０〜４０°の範囲で測定を行った。

¹³Ｃ−ＮＭＲによる構造解析
日本電子ＥＣＡ５００にて、ＣＰ／ＭＡＳ¹³Ｃ−ＮＭＲにてスペクトル測定を行った。

固有粘度による分子量測定
２００ｍｇのサンプルを採取し、混合溶媒（フェノール：テクラクロロエタン＝６０：４０）５０ｍｌを加え、９０℃にて試料を溶解した。溶解液は、オストワルド粘度計に１０ｍｌ計り取り、２５℃に保温した後、試験溶液の流出時間を測定し、Ｍａｒｋ−Ｈｏｕｗｉｎｋ−ｓａｋｕｒａｄａの式より分子量を求めた^[11]。
[ｎ]＝Ｋ・Ｍα
Ｋ×１０⁴＝７．４４
α＝０．６４８

ＧＰＣによる分子量測定
試料２ｍｇを０．４ｍｌのクロロホルム／ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）＝３／２（ｖ／ｖ）に溶解後、７．６ｍｌのクロロホルムで希釈して試料溶液を調整した（０．０２５％）。０．２ｎｍのメンブランフィルターでろ過し、得られた試料溶液のＧＰＣ分析を以下の条件で実施した。
装置：Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ＳＹＳＴＥＭ−２１
カラム：ＴＳＫｇｅｌＧＭＨ_XL ×２＋ＴＳＫｇｅｌ Ｇ２０００Ｈ_XL （ＴＯＳＯＨ）
溶液：クロロホルム／ＨＦＩＰ＝９８／２（ｖ／ｖ）
流速：０．７ｍｌ／ｍｉｎ
温度：４０℃
検出器：ＵＶ（２５４ｎｍ）
分子量は、標準ポリスチレン換算で算出した。

¹Ｈ−ＮＭＲによる末端基の定量
ＢＲＵＫＥＲ社ＡＶＡＮＣＥ５００にて、水酸基末端とカルボン酸末端を以下に示す溶媒を用い測定を行った。なお、２００℃にて１２０分以上、２２５℃で３０分以上処理したサンプルは、どちらの条件も完全に溶解せず白濁したため、遠心分離し、上清を測定した（図１の液体２）。

（１）水酸基末端定量
試料７ｍｇを秤量し、ＣＤＣｌ₃／ＨＦＩＰ＝１／１（ｖ／ｖ）０．３ｍｌに溶解させ、更にＣＤＣｌ₃を０．３ｍｌと重ピリジン３０ｎｌを加え、¹Ｈ−ＮＭＲ測定した。
（２）酸末端定量
試料７ｍｇを秤量し、ＣＤＣｌ₃／ＨＦＩＰ＝１／１（ｖ／ｖ）０．３ｍｌに溶解させ、更にＣＤＣｌ₃を０．３ｍｌと０．２Ｍトリエチルアミンの重クロロホルム溶液を６０ｎｌを加え、¹Ｈ−ＮＭＲ測定した。

収率の算出
（１）テレフタル酸の収率
２４０分間処理をしたＰＥＴの分解物の、¹Ｈ−ＮＭＲ溶媒への不溶物を遠心分離にかけ、沈殿物をフィルターろ過し、乾燥した後、重量を測定した（図１の固体２）。
（２）エチレングリコールの収率
２４０分間処理をした後、装置を室温まで冷やし、液体を回収した（図１の液体１）。ここに標準物質としてエチレンジアミン（２０ｍｇ／ｍｌ）を加え、¹Ｈ−ＮＭＲにて分析を行った。

結果と考察
図２に示すように、高温高圧下で水と接触させる処理を行うと、ＰＥＴはもろくなり、亀裂が入り、微粉状へと変化した。特に、１２０分以上処理をしたＰＥＴは、白い微粉状へと変化した。また、２４０分間処理したサンプルは、テレフタル酸の結晶にみられる光沢も観察できた。

高温高圧下で水と接触させる処理により得られた粉体の粒径サイズの変化を確認するためレーザ回析による粒径分布測定を行い、処理時間ごとのメディアン径を図３に示した。処理時間が長くなるにつれ、粒子サイズが小さくなっていることが確認できる。

また、ＰＥＴおよび高温高圧下で水と接触させる処理を行ったサンプルは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて表面観察を行った。図４及び図５より、処理により表面から分解が起こっていることが判断できる。これは、高温高圧下で水と接触させる処理により水がＰＥＴ表面を攻撃することでエステル結合の加水分解を促進していると考えられる。それは、高温高圧下で水と接触させる処理において、温度の上昇に伴いイオン積も増し（ｌｏｇＫｗ≒−１１）、イオン積が通常の水のおよそ１０００倍と高く、下記化学式に示すように[Ｈ⁺]によるカチオノイド反応と、[ＯＨ^-]によるアニオノイド反応が同時に起こる強調反応が起こると考えられている。

また、２４０分間処理を行ったサンプルは、ＰＥＴ原料であるテレフタル酸と同等のサイズまで分解されていることも確認できた。さらに、分解物の特性を確認するため、熱分析を行った。ＴＧの測定結果を図６および表２に示す。図６に示すように、ＴＧ曲線の最初の重量変化点をＴ₁、２番目の重量変化点をＴ₂とした。ＴＧ曲線よりＰＥＴの分解温度は４０９．４℃、テレフタル酸は３０５．０℃、１２０分および１８０分間処理したサンプルは、ＰＥＴとテレフタル酸の両方の分解点を持つことが分かる。
ＴＧによる重量変化点の温度

ＤＳＣによるガラス転移点（Ｔ_g）、結晶化温度（Ｔ_c）、融解開始温度（Ｔ_im）、および融点（Ｔ_m）の測定結果を図７および表３に示す。高圧水蒸気処理時間が１２０分までは、ガラス転移点（７２．１℃→６５．９℃）、結晶化温度（１２５．６℃→９７．０℃
）、融解開始温度（２２３．４℃→１８１．６℃）、および融点（２４７．６℃→２３７．１℃）は、低温側にシフトしている。これは、分解が進み、低分子化が起こっているためと考える。また、融解の吸熱ピークが、処理時間が増すことにブロード化している。これは、加水分解により、分子量が異なる分解物が現われ、分子量の分布が広がっていることを示唆している。なお、１８０分間処理を行ったサンプルは、異なるＤＳＣ曲線を示すのは、低分子化がさらに進み、モノマーとなったエチレングリコールが固体部分から除かれ、分子の構成が異なってきたことが原因と判断する。また、２４０分間高圧水蒸気処理を行ったサンプルは、テレフタル酸と同様のＤＳＣ曲線を示している。
ＤＳＣによる処理時間における熱特性変化

結晶化度の測定
ＰＥＴは、図８に示すように、ベンゼン環とエチレン鎖がエステル結合で結ばれた繰り返し単位を持ち、結晶構造は空間軍Ｐ１−Ｃｉ１に属する三斜晶系である。結晶内では、カルボニル基とベンゼン環がほぼ平面を形成している。

そこで、高温高圧下で水と接触させる処理による結晶化度の変化を観るため、ＸＲＤを測定し、その結果を図９に示した。３０分、６０分間処理を行うと、２θ＝１８°、２３°、２６°のピークが増加している。これらは、ＰＥＴの（１００）、（０１０）、（１１０）面のピークであり、ＰＥＴは処理によって結晶化度が高くなることがわかった。また、１８０分間処理を行ったものは、２θ＝１７．４°および２７．９°のピークが増加している。これらのピークは、テレフタル酸の（１１０）面および（２００）面のピークであることから、モノマーであるテレフタル酸まで分解が起こっていることを示唆している。

また、２４０分間処理をしたサンプルは、モノマーであるテレフタル酸と同じパターンが得られ、Ｘ線回析からもＰＥＴはモノマーまで分解されることがわかる。

¹³Ｃ−ＮＭＲの測定結果を図１０に示す。高温高圧下で水と接触させる処理を１２０分以上行ったサンプルは、カルボン酸のカルボニル炭素シグナル（１７２ｐｐｍ）が確認され、エステルを隣に持つメチレン炭素のシグナル（６１ｐｐｍ）の減少および、水酸基を隣に有するメトキシ炭素のシグナル（６７ｐｐｍ）の出現により、エステル結合が分解されたことが認められる。さらに、２４０分間処理を行ったサンプルは、エチレン炭素のシグナルが確認できなかった。これは、処理によりＰＥＴがモノマーまで分解されたエチレングリコールが固体から除かれたこと、また、ＤＳＣやＸ線回析結果と同様に、テレフタル酸であることを示している。また、カルボン酸のカルボニル炭素シグナル（１７２ｐｐｍ）が、芳香族よりも強度が小さいのは、４級炭素であるため緩和時間が長くなること、
また、オーバーハウザー効果の影響が小さいためである。

さらに、エステル結合が分解されるにつれ、Ｃ２（１３４ｐｐｍ）は高磁場シフトし、Ｃ３（１３０ｐｐｍ）は低磁場シフトし、最終的にはピークが重なっている。
０分：δ１６４（ＣＯＯ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ
ｔｈｅ ｅｓｔｅｒ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ），６２（ＣＯＯＣＨ₂）、
３０分：δ１６３（ＣＯＯ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｅｓｔｅｒ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ），６２（ＣＯＯＣＨ₂）、
６０分：δ１６３（ＣＯＯ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｅｓｔｅｒ），１３３（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ），６２（ＣＯＯＣＨ₂）、
１２０分：δ１７２（ＣＯＯＨ），１６３（ＣＯＯ），１３４（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ），６７（ＨＯＣＨ₂），６１（ＣＯＯＣＨ₂）、
１８０分：δ１７２（ＣＯＯＨ），１３１（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ），６７（ＨＯＣＨ₂），６１（ＣＯＯＣＨ₂）、
２４０分：δ１７３（ＣＯＯＨ），１３１（ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃ）。

また、固有粘度による分子量測定の結果を表４に示す。高温高圧下で水と接触させる処理により、重量平均分子量は、４１０００から５００に減少していることが分かる。なお、処理を１２０分以上行ったサンプルは、ＰＥＴの固有粘度測定に使用されている溶媒には不溶で白濁するため、測定しなかった。このことからも、処理時間を長くすることによって、溶解度が異なるところまで低分子化が起きていることが推測できる。

さらに、ＧＰＣによる分子量および分子量分布の分析を行い、その結果を表４および図１１に示した。３０分間処理したサンプルは、ＰＤＩが１０．９と大きくなっており、分子量分布の広がりが分かる。ＧＰＣ分析においても、６０分以上処理したサンプルは、溶媒に完全に溶解しなかったこと、また、処理サンプルが低分子量のため標準物質がなく、測定ができなかった。そこで、¹Ｈ−ＮＭＲの積分値より数平均分子量を求めた。
高温高圧下で水と接触させる処理（２００℃）を行った
ＰＥＴの分子量測定結果

¹Ｈ−ＮＭＲの測定結果を図１２〜図２１に示す。また、数平均分子量の算出は、以下の式に従い算出した。なお、イソフタル酸とジエチレングリコールも存在するが、微量のため計算に含めなかった。

数平均分子量の算出結果を、表４に、２００℃および２２５℃の数平均分子量の違いを図２２に示した。また、２００℃では１２０分以上、２２５℃では３０分以上処理を行ったサンプルは、¹Ｈ−ＮＭＲ溶媒に完全に溶けなかった。そこで、各サンプルを遠心分離にかけ、溶解部分（液体２）と不溶解部分（固体２）に分離し、溶解部分のみの測定を行った。¹Ｈ−ＮＭＲより算出した数平均分子量は、ＧＰＣの結果よりも低く算出されたが、低分子化する傾向は同じである。また、２００℃では１８０分以上処理を行ったＰＥＴは、テレフタル酸（Ｍ：１６６．１）と同等程度まで低下している。

遠心分離によって得られた沈殿物（固体２）は、¹Ｈ−ＮＭＲスペクトル（図２０）が示すように、テレフタル酸であることが分かった。テレフタル酸の割合は、処理条件が長くなるにつれ増加し、２００℃では２４０分、２２５℃では１２０分間処理をしたサンプルでは９０％を占めた。（図２３）

これらの結果より、２２５℃での処理は、２００℃の処理と比較し、反応速度が２倍であることを示している。さらに¹Ｈ−ＮＭＲの積分値より、水酸基および酸基の定量を行った。算出結果を図２４及び図２５に示す。処理時間を長くすることにより、水酸基とカルボキシル基の量が増加していることがわかる。ただし、２００℃では１２０分、２２５℃では３０分以上処理すると、水酸基末端量が低下している。これは、モノマーまで分解されたエチレングリコールが固体分から分離することに起因すると判断される。この結果からも、高温高圧下で水と接触させる処理により、ＰＥＴは、ポリマーがオリゴマーへ、さらにはモノマーにまで分解されていることが認められた。

高温高圧下で水と接触させる処理後、装置を室温に戻し液体部分を回収し（液体２）、重水にて¹Ｈ−ＮＭＲにて分析した。図２６より、液体２にエチレングリコールが含まれていることを確認した。さらに、標準物質として加えたエチレンジアミンとの積分値から
、エチレングリコールの濃度を算出した。

また、収率を求めるため、ＰＥＴのエチレングリコールとテレフタル酸の含有率を図１１の¹Ｈ−ＮＭＲの積分値より算出すると、６７％と３１％となり、残りの２％は、ジエチレングリコールとイソフタル酸であった。２４０分間処理をしたときのテレフタル酸とエチレングリコールの収率は、６４％と２９％であり、それぞれの値は、完全にＰＥＴが分解されたときの９６％と９４％と高収率にてモノマーが回収できた。

リサイクルの検討
実用化検討
市販のＰＥＴボトル（５００ｍｌ）をそのままの形状で、高温高圧下で水と接触させる処理（２００℃）を行った。図２７に示すように、ＰＥＴボトルのまま処理をしても、物理的な力を加えることなく粉体として回収できた。

ＰＥＴボトルの厚みは、０．２５ｍｍから開口部の厚みのある部分でも１．５ｍｍであり、量産を行っても表面に高温高圧下で水が接触できれば、実験レベルと同様に酸やアルカリなどの触媒や溶媒を使用することなく、粉体にて回収可能であり、処理時間が増すこともないと考えられる。また、現在、回収されたＰＥＴボトルは、分別、粉砕、洗浄などの工程をかけてペレットやフレーク状とされているが、高温高圧下で水と接触させる処理では、これらの段階を１段階にて行うことが可能である。

ＰＥＴの分解物の利用方法の検討
現在ＰＥＴ分解物の利用方法として、粉体塗料での応用を検討している。粉体塗料用ＰＥＴは、硬化すれば機械的特性が必要とされず、分子量がコントロール可能であれば、リサイクル用途として考えられる。ＰＥＴ分解物は、末端基の定量にて明らかとなったように、加水分解により末端にカルボン酸が現れる。現行、末端カルボキシル基タイプ飽和ポリエステル樹脂が使用されており、エポキシ樹脂を硬化剤としている。そこで、３０分間処理を行ったＰＥＴの分解物５８ｇと、硬化剤としてエピコート１００３Ｆ（油化シェルエポキシ）ビスＡエポキシ４２ｇ、硬化触媒としてイミダゾール０．２ｇを混合し、１７０℃にて２０分間加熱し再重合を試みた。重合の際、ＰＥＴは、２５０℃、３０分加熱した焼付け状態でしか粉体塗料として使用できないのに対し、融点開始温度が２２３．４℃から２２１．３℃に低下し吸熱ピークがブロード化したＰＥＴの分解物は、１７０℃でエポキシと反応可能であった。

得られた重合物は、レオロジ社ＤＶＥ−Ｖ４にて粘弾性測定を行った。その結果を図２８に示す。図２８から、ＰＥＴの分解物を使用したサンプルは、ＰＥＴと比較しどの温度域においてもｔａｎδが向上している。これは、ＰＥＴが分解され分子量が一定でないため、融点が広がりを持つことから制振性も向上したと判断される。

本発明の高温高圧下で水と接触させる処理により、ＰＥＴは、低分子化し結晶化した粉状にて回収する事が可能であることが分かった。さらに、処理時間を長くすることにより、モノマーまで分解されることが分かった。さらに、２００℃から２２５℃へと温度条件を挙げることで、反応速度が２倍であることも分かった。

また、この処理は酸やアルカリなどの触媒も必要としないので、処理後の精製も必要なく、環境に悪影響を与える事もない。２００℃にて２４０分間高圧水蒸気処理をしたときのテレフタル酸とエチレングリコールの収率は、６４％と２９％であり、それぞれの値は、完全にＰＥＴが分解されたときの９６％と９４％と高収率にてモノマーが回収できる。したがって、リサイクル法としては最も付加価値の高いボトルからボトルへのリサイクル
も可能であると考えられる。また、２００６年のテレフタル酸の日本国内生産量は１４３万トン、エチレングリコールの生産量は７６万トンもあり、原料としての再利用も十分可能であると考えられる。

分析結果でわかるように、分解物は、原料であるテレフタル酸にまで低下していき、密閉状態の装置で蒸留を行えば、沸点が１９７．６℃のエチレングリコールの回収も可能であることが予測できる。

現在のＰＥＴボトルのリサイクルには、回収後、異物の除去、洗浄、粉砕、という段階を必要とするが、高圧水蒸気処理では、これらを１段階で行うことができ、リサイクルコストを大幅に削減できるものと考える。そして、再生品のコストが下がれば、再利用の用途も広くなるであろう。

尚、本発明の製造方法にあっては、縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させることにより、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断してポリマーの分子量を結合切断前の９０％以下とすることで、低分子ポリマーを製造しているが、ポリマー製造に係る費用の削減を目的として、モノマーから低分子ポリマーを製造することもできる。

Claims (13)

1. 縮重合により合成され、分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーを高温高圧下で水と接触させることにより、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断してポリマーの分子量を結合切断前の９０％以下とすることを特徴とする低分子ポリマーの製造方法。
2. 分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーがエステルであることを特徴とする請求項１に記載の低分子ポリマーの製造方法。
3. 分子の直鎖に−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を持つ高分子ポリマーがポリエステル系ポリマーまたはアクリル系ポリマーであることを特徴とする請求項２に記載の低分子ポリマーの製造方法。
4. 結合切断前の高分子ポリマーがポリマー成形物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低分子ポリマーの製造方法。
5. 結合切断前の高分子ポリマーを１００℃以上、０．１ＭＰａ以上の条件下で水と接触させることで、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低分子ポリマーの製造方法。
6. 結合切断前の高分子ポリマーを４００℃、０．２〜３．０ＭＰａの条件下で水と接触させることで、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断することを特徴とする請求項５に記載の低分子ポリマーの製造方法。
7. 結合切断前の高分子ポリマーを１〜３００分間水と接触させることで、前記高分子ポリマーの−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−または−Ｃ（＝Ｏ）Ｎ−の結合を切断することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の低分子ポリマーの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の低分子ポリマーの製造方法により得られる低分子ポリマー。
9. ポリマーの形態が粉状体であることを特徴とする請求項８に記載の低分子ポリマー。
10. 請求項８または９のいずれかに記載の低分子ポリマーを用いたことを特徴とする塗料。
11. 請求項８または９のいずれかに記載の低分子ポリマーを用いたことを特徴とする粉体塗料。
12. 請求項８または９のいずれかに記載の低分子ポリマーを用いたことを特徴とする接着剤。
13. 請求項８または９のいずれかに記載の低分子ポリマーを構成繊維相互を結合するバインダーとして用いたことを特徴とする不織布。