JPH1087872A - 繊維強化プラスチックからの繊維回収再利用方法 - Google Patents

繊維強化プラスチックからの繊維回収再利用方法

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JPH1087872A JP26124096A JP26124096A JPH1087872A JP H1087872 A JPH1087872 A JP H1087872A JP 26124096 A JP26124096 A JP 26124096A JP 26124096 A JP26124096 A JP 26124096A JP H1087872 A JPH1087872 A JP H1087872A
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  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有毒な分解物を系外に排出することなく、し
かも繊維強化プラスチック廃材中の強化繊維を損傷する
ことなくかつ効率よく分離し回収して再利用できる繊維
強化プラスチックからの繊維回収再利用方法を提供。 【解決手段】 ガラス繊維強化ブラスチック又は炭素繊
維強化プラスチック等の繊維強化プラスチックを反応器
内で超臨界水又は亜臨界水と接触・反応せしめ、繊維強
化プラスチックからガラス繊維又は炭素繊維を分離して
回収し、再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、輸送産業、化学産
業に広く浸透し、例えば、船舶、航空機等の構造材料に
利用されているガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊
維強化プラスチック等の繊維強化プラスチックの廃材処
理に関し、特に、繊維強化プラスチックの高分子成分を
低分子レベルまで分解し、強化繊維成分を分離回収して
再利用する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄、アルミニウムなどの金属材料にはな
い、軽量性あるいは化学的安定性に優れているプラスチ
ックは、あらゆる産業分野及び生活分野に利用されてい
るが、その中で、特に、小型船舶や航空機の構造材料等
のように強度を必要とするところには、補強材として炭
素繊維やガラス繊維などを配合した繊維強化プラスチッ
クが広く用いられている。
【0003】こうした中で、現在、老朽化して、廃棄さ
れる繊維強化プラスチック廃材も大量に発生してきてい
るが、現在のところ、これらの廃材は主として、焼却と
埋立てとによって処理されている。
【0004】また、高温水蒸気による加水分解反応を利
用した処理法も提案されており、この方法で熱可塑性プ
ラスチック及び熱硬化性プラスチックの有機高分子成分
を一応分解することができる。
【0005】さらに、これらの繊維強化プラスチックを
粉砕し、建材やプラスチック生活用品への充填剤として
使用しようとする例もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、埋立て処理に
関しては、埋立て地を確保することが難しくなってきて
おりかつ半永久的に分解しない繊維強化プラスチックの
埋立てそのものも問題視されている。
【0007】一方、焼却による処理には、黒煙、有害ガ
スあるいは悪臭の発生による二次災害のおそれがあり、
さらに約820°C以上の高温で加熱するため、焼却炉
を著しく損傷し、その寿命を短くしてしまう問題があ
る。
【0008】また、高温水蒸気による加水分解反応の利
用は、有機成分が繊維中に残存することが多く、分離し
たガラスや炭素等の強化繊維をそのまま再利用すること
はできない。
【0009】さらに、これらの繊維強化プラスチックを
粉砕する処理は、粉砕時に発生するガラス繊維等の粉塵
がアスべストと同様な発がん性等の問題を引き起こす可
能性が指摘されており、実用化にはかなり問題がある。
【0010】しかしながら、現在、これらの問題を解決
する適切な処理方法がない。
【0011】そこで、本発明は、有毒な分解物を系外に
排出することなく、しかも繊維強化プラスチック廃材中
の強化繊維を損傷することなくかつ効率よく分離し回収
して再利用できる繊維強化プラスチックからの繊維回収
再利用方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス繊維強
化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチック等の繊維
強化プラスチックを反応器内で超臨界水又は亜臨界水と
接触・反応せしめ、繊維強化プラスチックからガラス繊
維又は炭素繊維等の繊維を分離して回収し、再利用す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は、ガラス繊維強化プラス
チック又は炭素繊維強化プラスチック等の繊維強化プラ
スチックに水を加え、系のpHをコントロールし、温度
を上昇させることにより圧力も上昇させて、臨界点(3
74.4°C, 22.1MPa)以下の亜臨界状態又
は温度と圧力がそれ以上の超臨界まで到達させて、前記
繊維強化プラスチック廃材中の熱可塑性プラスチック又
は熱硬化性プラスチック等の有機高分子成分を低分子レ
ベルまで分解する。
【0014】分解する際、空気等の酸素の存在は、酸化
反応を促進し、分解をよりはやく完了させるが、熱利用
するための可燃性油分の回収率が減少するため、酸素等
の存在は必ずしも必要とせず、主に加水分解反応を利用
するので、超臨界水又は亜臨界水中の酸素量は有機高分
子を酸化するに要する当量以下にすることが好ましい。
【0015】また、繊維の部分的な加水分解を防止する
ため、超臨界水又は亜臨界水のpHを4〜8とした中性
域にすることが好ましい。
【0016】さらに、中性域の反応系において、水素イ
オンを供与する炭酸水素金属塩等のような触媒や熱硬化
性樹脂等の分解物から生じる水素イオンを利用して、加
水分解を促進してもよい。
【0017】反応温度は、320〜500°Cの範囲と
することにより、ガラス繊維又は炭素繊維の表面を再利
用可能な程度まで十分に精製することができる。通常、
300°C以下の温度であっても、熱可塑性プラスチッ
ク又は熱硬化性プラスチックの有機高分子成分を分解す
ることは可能であるが、有機成分が繊維中に残存するた
めに、そのまま再利用することはできない。また、50
0°Cを超える温度へ昇温すると、ガラス繊維又は炭素
繊維自体が部分的に加水分解等の損傷を受けるため、や
はり再利用することができない。したがって、強化繊維
成分を分離・回収して再利用する場合、反応温度を32
0〜500°Cの範囲に設定し、その温度をコントロー
ルすることによって、繊維強化プラスチック廃材からの
ガラス繊維又は炭素繊維のケミカルリサイクルが可能と
なる。
【0018】図1は本発明を適用した超臨界水による繊
維強化プラスチック分解・回収システム図で、反応器と
なる分解槽1の中にガラス繊維強化プラスチック又は炭
素繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチックを入
れるとともに、水シリンダ2から水槽3へ水を供給し、
高圧ポンプ4により分解槽1へ水を仕込んだ後、バルブ
5,6を閉じて分解槽1を完全密封する。この場合、添
加する水の量は分解槽1に対して充填率1〜50容量%
程度が適している。
【0019】その後、恒温槽7により熱交換器8及び分
解槽1を外部から加熱することにより、320〜500
°Cの所定温度まで昇温させ、分解槽1内の水を亜臨界
・超臨界状態にする。
【0020】前記工程において、所定の時間、水を亜臨
界・超臨界状態に保持した後に、常温に戻し、バルブ6
を開け、沸点の低いメタン、エチレン、エタン、プロパ
ンあるいはプロピレン等の炭化水素、二酸化炭素、窒素
等を有する気体部分をトラップ9を通して分離・回収す
る。また、常温では、液体であるメタノール、エタノー
ルあるいはプロパノール等のアルコール類、架橋剤とし
て用いられるアミン系の含窒素化合物から生成するメチ
ルアミン、エチルアミンあるいはプロピルアミン等のア
ミン類、さらにはプラスチックを構成していたスチレン
やフタル酸等のモノマー類及びその分解物等と水の分離
・回収を行う。さらに、所定の反応温度で生成するガラ
ス質又は炭素質の繊維を適当なフィルターによりろ別
し、回収する。
【0021】分解槽の中では、少なくとも液相と固相と
に分かれ、油状分とガラス繊維分とを完全に分離・回収
できる。さらに気相分を系外に出さずに回収し、ガスク
ロマトグラフ−質量分析計により分析した結果、数十種
類の気体の化合物に分解していることが確認できた。
【0022】図2は未使用の強化繊維と処理後の強化繊
維の走査型電子顕微鏡写真で、図2−(a)及び(b)
に示す未使用の強化繊維と、図2−(c)及び(d)に
示す繊維強化プラスチックを処理して回収した強化繊維
を比較すると、両者の間には差異がなく、元素分析の結
果ではこれらの繊維状化合物には余分な有機物の付着は
全く認められなかった。したがって、処理後に回収され
た強化繊維は、完全に精製された繊維であることが確認
された。なお、回収された強化繊維は強化プラスチック
を構築するための強化繊維に再使用できるだけでなく、
それ以外に断熱材、防音材あるいは吸着剤等への使用が
可能となる。
【0023】したがって、本発明においては、これら繊
維強化プラスチックを低分子レベルまで分解することが
十分可能であるが、複合した材料は、繊維のみでなく、
どのような形態の材料にも対応でき、例えば、無機材料
又は金属粉体材料−有機材料の複合材料の分解にも応用
可能である。
【0024】
【実施例】
実施例1 バルブ付きの分解槽にpH7の水を50%充填し、ガラ
ス繊維強化プラスチックを仕込み、バルブを閉めて分解
槽を完全に閉め、真空ポンプにより減圧して空気を除去
し、続いてArガスを封入しながら圧力を大気圧に戻
す。次いで、330°Cの恒温槽に分解槽を浸漬し、亜
臨界状態で30分間浸漬したまま放置する。その後、分
解槽を取り出し、常温に戻す。バルブを開け、はじめに
気相部を回収し、ガスクロマトグラフ−質量分析を行っ
た。
【0025】分解槽の内部ではガラス繊維、水・油状物
質の2相に分かれており、ガラス繊維、水・油状物質を
分離・回収した。
【0026】回収した液相及び気相には数十種類の気体
の化合物に分解していることが確認された。また、得ら
れたガラス繊維には余分な有機物の吸着がなく、元素分
析より完全に精製されたガラス繊維であることが確認さ
れた。
【0027】実施例2 実施例1の場合と同様な方法で、バルブ付きの分解槽に
水を5.0%充填し、ガラス繊維強化プラスチックを仕
込み、分解槽を完全に締めた。
【0028】330°Cの恒温槽に分解槽を浸漬し、亜
臨界状態で30分間浸漬したまま放置する。その後、分
解槽を取り出し、常温に戻す。バルブを開け、はじめに
気相部を回収し、ガスクロマトグラフ−質量分析を行っ
た。
【0029】分解槽の内部で2相に分かれていたガラス
繊維、水・油状物質を分離・回収した。回収された気相
には数十種類の気体の化合物に分解していることが確認
された。油状物質が付着したガラス繊維をテトラヒドロ
フランで洗浄したところ、得られたガラス繊維には余分
な有機物の吸着がなく、元素分析により完全に精製され
たガラス繊維であることが確認された。
【0030】実施例3〜6 実施例2と同じ手順で、表1に示す水の充填率、反応温
度及び処理時間に変化させてガラス繊維強化プラスチッ
クを処理した。
【0031】
【表1】
【0032】なお、実施例3は亜臨界状態で、実施例4
〜6は超臨界状態で処理した。その結果、実施例2と同
じく、回収された液相及び気相には数十種類の化合物に
分解していることが確認された。油状物質が付着したガ
ラス繊維をテトラヒドロフランで洗浄したところ、得ら
れたガラス繊維には余分な有機物の吸着がなく、元素分
析より完全に精製されたガラス繊維であることが確認さ
れた。
【0033】
【発明の効果】
(1) 従来、産業廃棄物として埋立て、焼却されてい
た繊維強化プラスチック廃材を効率よく、分解し、回収
することができる。 (2) 有毒な分解物を系外に排出せずに、回収・精製
できるため、社会的・法的にも有用である。 (3) ガラス繊維を粉砕せず、さらに系外に排出せず
に精製・回収できるため、人体や環境に対して安全なプ
ロセスである。 (4) 高価な炭素繊維等を損傷させることなく、回収
・再利用できるため、経済的な効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法を実施するための繊維強化プラ
スチック分解・回収システム図である。
【図2】 未使用の強化繊維と処理後の強化繊維の走査
型電子顕微鏡写真で、図2−(a)(15.0kV×
1.79K)及び図2−(b)(15.0 kV×5
0.0)は未使用の強化繊維、図2−(c)(15.0
kV ×1.80K)及び図2−(d)(15.0 k
V×50.0)は処理後の強化繊維を示す走査型電子顕
微鏡写真である。
【符号の説明】
1 分解層 2 水シリンダ 3 水槽 4 高圧ポンプ 5,6 バルブ 7 恒温槽 8 熱交換器 9 トラップ
フロントページの続き (72)発明者 中根 尭 茨城県つくば市東1−1 工業技術院物質 工学工業技術研究所内 (72)発明者 佐古 猛 茨城県つくば市東1−1 工業技術院物質 工学工業技術研究所内 (72)発明者 大竹 勝人 茨城県つくば市東1−1 工業技術院物質 工学工業技術研究所内 (72)発明者 上野 勝彦 茨城県つくば市東1−1 工業技術院物質 工学工業技術研究所内 (72)発明者 佐藤 眞士 茨城県つくば市東1−1 工業技術院物質 工学工業技術研究所内 (72)発明者 永岡 昭二 熊本県熊本市東町3−11−38 熊本県工業 技術センター内 (72)発明者 永田 正典 熊本県熊本市東町3−11−38 熊本県工業 技術センター内 (72)発明者 永山 賛平 熊本県熊本市東町3−11−38 熊本県工業 技術センター内 (72)発明者 上村 誠 熊本県熊本市東町3−11−38 熊本県工業 技術センター内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維強化プラスチックを反応器内で超臨
    界水又は亜臨界水と接触・反応させ、繊維を分離・回収
    し、再利用することを特徴とする繊維強化プラスチック
    からの繊維回収再利用方法。
  2. 【請求項2】 反応器内で繊維強化プラスチックを30
    0〜500°Cの反応温度で処理することを特徴とする
    請求項1記載の繊維強化プラスチックからの繊維回収再
    利用方法。
  3. 【請求項3】 超臨界水又は亜臨界水のpHを4〜8の
    中性域にしてガラス繊維の部分的な加水分解を防止する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の繊維強化プラス
    チックからの繊維回収再利用方法。
  4. 【請求項4】 超臨界水又は亜臨界水中の酸素量を有機
    高分子を酸化するに要する当量以下にすることを特徴と
    する請求項1、2又は3記載の繊維強化プラスチックか
    らの繊維回収再利用方法。
  5. 【請求項5】 繊維強化プラスチックの有機高分子成分
    の加水分解反応を促進する炭酸水素金属塩等の触媒を加
    えて処理することを特徴とする請求項1、2、3又は4
    記載の繊維強化プラスチックからの繊維回収再利用方
    法。
  6. 【請求項6】 分離・回収した繊維の表面を精製するこ
    とを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の繊維
    強化プラスチックからの繊維回収再利用方法。
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