JP5372991B2 - 発泡ウレタンの処理方法及びその処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、家電または自動車、建築物などに使用されている発泡ウレタンの廃棄物をリサイクル処理するための発泡ウレタンの処理方法に係り、特に、発泡ウレタンを薬剤を用いた分解反応により処理する発泡ウレタンの処理方法及びその処理装置に関するものである。

近年、環境問題が重要となる中で、廃棄物処理費用が年々高くなっている。発泡ウレタンなどの熱硬化性樹脂についても再生再利用の気運が高まっている。発泡ウレタンのリサイクル方法がいくつか提案されているが、その処理速度を向上させるために高温高圧下の化学反応を利用することが考えられる。

一方、発泡ウレタンの廃棄物は密度が０．１以下で非常にかさ高く、化学処理する場合にも減容処理の方法が重要な課題である。特に断熱性を保つために、気泡が独立しており機械強度が高い。そのため気泡を破壊しながら減容する必要が有る。この問題を解決するために押出機を利用することが提案されている。

しかし、かさ高く比重が軽いため押出機への材料の供給性が悪い、原料がかさ高いので反応時間を保持するために、反応容器を大きくすると反応の均一性を保つことが難しいという問題がある。

このような状況の中で、二軸押出機を利用して、その中で化学反応を利用しながら分解微細化する方法（特許文献１）や加熱しながら圧縮する方法（特許文献２）が提案されている。

特開平８−２００２３号公報 特開平１１−１３８５４０号公報 特開２００７−２０４５１６号公報 特開２００５−３３０３６５号公報

しかし、特許文献１では二軸押出機を用いているために装置のコストが高くなる。また、反応時間が十分に保持できないという問題がある。

この反応時間の問題を解決するために特許文献３では反応槽を押出機に取り付けて滞留時間を確保している。しかし、この方法は、押出機から連続的に反応槽に供給された原料が反応槽に保持される構造なので、反応槽からの生成物の排出は連続的ではない。そのため、反応槽に始めに供給された原料と最後に供給された原料の間には供給に要した時間に相当する反応時間の違いが生じる。そのため生成物が不均一になる。

一方、架橋ポリエチレンを処理するための装置として特許文献４のように反応管を押出機に取り付ける装置が提案されている。

特許文献４に示される装置であれば、反応管からの生成物を連続的に吐出できるので反応時間を均一にコントロールすることが可能である。この特許文献４で、押出機に高圧で液体やガスを注入する場合、始めに樹脂のみを押出機に供給して押出機内を充満させ、注入する液体やガスがホッパ側に漏れないようにする必要が有る。

すなわち、１つ目の課題として、押出機への液体やガスの注入のタイミングを誤るとそれらがホッパ側へ漏れる問題が挙げられる。押出機は圧力容器なので材料がどこまで供給されたのかを確認することが困難であるという問題があった。

さらに、装置の立ち上げの段階では十分な薬剤を注入されていないポリマーが反応管を通ることになる。その結果反応管から吐出される材料は未反応生成物を多く含むことになる。特許文献４では生成物も供給する原料もポリマーであることが想定されているので、粘度の変化は大きくない。しかし、ポリウレタンをモノマー化するような場合、生成物は常温で液体となり、場合によっては気体となる場合も考えられる。また反応管内では気体になっている。このような場合、注入する薬剤または反応が進んでできた生成物は押出機のホッパ側へ容易に逆流する。ポリマーからポリマーを得る場合は薬剤の逆流と同時にポリマーも逆流するため、押出機内でホッパ側へ逆流したポリマーは押出機で再び反応管側へ押し戻される結果、押出機内が充満して下流側の薬剤の逆流を防止することが可能であるが、生成物が常温で気体や液体の物質の場合は粘度が低いため一度逆流すると再び反応管側へ押し戻すことが難しく、その結果薬剤や生成物が定常的に逆流し続ける問題が発生する。

さらにこの状態が続くとシリンダー壁面が薬剤や生成物によって濡れる結果、原料を供給することができなくなり、結果として反応管側へ材料が送れなくなる問題が発生する。

すなわち、ポリマーのモノマー化に押出機を利用する場合、特許文献４では大きな問題とならなかった点が先に示した一つ目の課題として重要となる。

さらに、装置立ち上げ時には薬剤を供給しない状態で押出機に投入した原料が始めに排出されることになり、反応が不十分な生成物が吐出される。加えて、装置停止の際にはシールの破壊によるホッパ側への原料の逆流を防止するために、薬剤の供給を止めてから原料または熱可塑性ポリマーなど反応管内を置換するための材料を供給しつづけて反応管内の薬剤を排出した後に装置を止める必要がある。そのため、装置停止時にも反応管の出口から、原料または薬剤の置換を目的とする生成物以外の物質が排出される。

モノマーを得る装置においては、反応管から吐出されるモノマーが気体となっているため生成物の回収装置は密閉型となっている必要がある。したがって、上記のような目的とする物質以外のものを連続運転中に取除くことが困難である。また、同様の理由で検査のために運転途中で生成物をサンプリングすることも困難であった。

したがって、２つ目の課題として連続的に密閉容器内に吐出される生成物を任意の時間帯において外に取り出す方法が挙げられる。さらに、上述のように密閉の生成物回収容器内に排出される物質の性状が変化するため、生成物回収容器内の圧力も変動し、安全に運転するための工夫が必要とされることが明らかになった。

このような課題から、押出機を用いて連続的にモノマーを生成することが可能な方法が提案されているにもかかわらずリサイクルが困難であり、現在はほとんどが埋立てられている。しかし埋立コストや埋立地の容量の問題が生じており、廃棄物の削減は必須の課題である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発泡ウレタンを高温高圧場で薬剤と反応させてモノマー化する際に、薬剤の注入を的確に行うことができる発泡ウレタンの処理方法及びその処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、該供給用押出機内のスクリューで発泡ウレタンを押し出しながら加圧すると共に発泡ウレタンを加熱し、供給用押出機に接続した薬剤注入装置から薬剤を高温高圧の発泡ウレタンに注入し、その後前記供給用押出機から反応管に流通させて発泡ウレタンを高温高圧場を利用してモノマー化するに際して、スクリューに加えられているトルク値をもとに前記薬剤注入装置を制御することを特徴とする発泡ウレタンの処理方法である。

請求項２の発明は、発泡ウレタンを分解処理する前に、あらかじめ発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、前記供給用押出機に接続された前記薬剤注入装置の薬剤注入部に到達する時点の前記スクリューのトルク値を測定しておき、発泡ウレタンをモノマー化する際に、前記測定したトルク値以上になってから、前記薬剤注入装置よりあらかじめ加熱した薬剤を注入する請求項１記載の発泡ウレタンの処理方法である。

請求項３の発明は、前記反応管でモノマー化された発泡ウレタンのモノマーを、圧力調整装置を通して減圧した後、生成物回収容器内に導入し、その生成物回収容器により圧力を調整しながら分解処理されたモノマーを回収する請求項１又は２記載の発泡ウレタンの処理方法である。

請求項４の発明は、前記生成物回収容器内は、可動式の未分解生成物回収容器を備え、前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に導入される生成物を可動式の未分解生成物回収容器で選択的に回収して、十分反応していない生成物を採取する請求項３記載の発泡ウレタンの処理方法である。

請求項５の発明は、前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に生成物を排出する配管には、サンプリング器具が設けられ、そのサンプリング器具で、前記圧力調整装置から排出される生成物を採取する請求項３記載の発泡ウレタンの処理方法である。

請求項６の発明は、薬剤が、ジオールまたはヒドロキシル基を二つ以上持つポリオールであり、生成物として得られるモノマーがヒドロキシル基を二つ以上持つポリオールである請求項１記載の発泡ウレタンの処理方法である。

請求項７の発明は、発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、該供給用押出機内のスクリューで発泡ウレタンを押し出しながら加圧すると共に発泡ウレタンを加熱し、供給用押出機に接続した薬剤注入装置から薬剤を高温高圧の発泡ウレタンに注入し、その後前記供給用押出機から反応管に流通させて発泡ウレタンを高温高圧場を利用してモノマー化する発泡ウレタンの処理装置において、前記スクリューを駆動するモータにトルクセンサを設け、そのトルクセンサのトルク値をもとに前記薬剤注入装置を制御することを特徴とする発泡ウレタンの処理装置である。

請求項８の発明は、前記反応管の出口に圧力調整装置が接続され、その圧力調整装置に、生成物を冷却して回収する生成物回収容器が接続され、その生成物回収容器内に、十分反応していない生成物を採取する可動式の未分解生成物回収容器が設けられる請求項７記載の発泡ウレタンの処理装置である。

請求項９の発明は、前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に生成物を排出する配管には、前記圧力調整装置から排出される生成物を採取するサンプリング器具が設けられる請求項７記載の発泡ウレタンの処理装置である。

本発明によれば、家電または自動車や建築物などに使用されている発泡ポリウレタンの廃棄物を供給用押出機を用いて高温高圧雰囲気中で連続的に化学処理する際に、薬剤注入を的確に行うことで、薬剤の逆流を防止した連続的な処理が可能になるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示す図である。 図１に示した生成物回収容器の詳細を示す図である。 本発明の実施例で得られた生成物の分子量分布の測定結果を示す図である。 本発明において、薬剤を注入するタイミングを説明する図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず図１により発泡ウレタン処理装置を説明する。

図１において、１０は、発泡ウレタン供給フィーダで、その発泡ウレタン供給フィーダ１０に供給用押出機１１が接続され、その供給用押出機１１の吐出口１１ｄに反応管１２が接続され、反応管１２に、バルブやギアポンプなどからなる圧力調整装置１３を介して生成物回収容器１４が接続される。

発泡ウレタン供給フィーダ１０に投入される発泡ウレタンＰは、家電または自動車や建築物など、断熱用に用いられている廃棄物としての発泡ポリウレタンで、粉砕して常温で加圧圧縮されたものなどからなる。

発泡ウレタン供給フィーダ１０は、スクリューフィーダ、テーブルフィーダ、サークルフィーダなどを用いれば良く、供給量が安定したものを選ぶ必要がある。供給量を測定して供給速度を自動調整するロスインウェイト方式の方がより好ましい。

供給用押出機１１は、図示のようにシリンダー１１ｃ内に単軸のスクリュー１１ｓを設けて形成される。単軸押出機のほかにスクリューが二本の二軸押出機を始め多軸のものが市販されているが、本発明では、構造が単純で安価な単軸押出機とする。単軸押出機を有効活用してウレタンを加圧する方法としては特願２０１０−１０４９００の方法と同じとした。

供給用押出機１１として、単軸押出機を用いた場合も単軸押出機へのポリウレタン供給に押出機からなる供給フィーダ１０を用い、ホッパ１１ｈと供給用押出機１１の接合部にあたる供給用押出機１１のシリンダー１１ｃに設けられた開口部１１ａの５０％以上を占める面積が供給する原料に覆われない条件で材料を供給することが好ましい。供給する材料が少ない場合、開口部１１ａに供給された材料はすぐにシリンダー１１ｃの吐出方向に送られて無くなるので開口部１１ａは原料に覆われない。供給量を増加させると、開口部１１ａの吐出側が原料に覆われてくる。さらに供給量を増加させると原料が徐々に開口部１１ａの全体に広がっていく。ブリッジのしやすさは開口部１１ａに溜まった原料の重さに対して、開口部１１ａの壁面と原料の摩擦抵抗力が大きくなるほどブリッジしやすくなる。したがって、開口部１１ａが完全に原料でふさがれて開口部１１ａの壁面と原料の接触面積が広くない状態を保って運転することが好ましい。

供給用押出機１１として、単軸押出機でポリマーを押し出す際、一般にはフィーダが無くても材料を供給可能である。しかし、とくに発泡していて比重が軽く形状がバラバラでブリッジしやすい粉砕物などを供給する場合には上記のように供給フィーダ１０を使用してシリンダー１１ｃの開口部１１ａが完全に原料に満たされない状態にコントロールすることが有効である。

この供給用押出機１１の吐出口１１ｄの近くには、すなわち、吐出口１１ｄの上流側で、かつ発泡ウレタンＰで押出し加圧され供給用押出機１１内が原料でシールゾーンＺｃが形成されるより下流側に、ジオール等の薬剤を注入する薬剤注入部１５が形成され、その薬剤注入部１５に薬剤を加熱して供給する薬剤注入装置１６が接続される。薬剤注入装置１６は、薬剤タンク１７と、薬剤タンク１７と薬剤注入部１５を結ぶ薬剤配管１８と、薬剤配管１８に接続され薬剤を加圧して供給する薬剤ポンプ１９と、薬剤配管１８内の薬剤を加熱するヒータ２１とからなる。

薬剤として用いるジオール（グリコール）は、エチレングリコールやジエチレングリコールを用いることが最も有効と考えられるがこれに限ったものではない。例えばジオールを含む多価アルコールを使用することも可能である。例えばグリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ペンタンジオール、ポリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、メチルカルビトール、トリエチレングリコール、エチルカルビトール、テトラエチレングリコール、ブチルカルビトールなど多官能なアルコール類を単独または二種類以上混合して用いることもできる。

薬剤を加熱せずに室温で押出機に供給し、その後反応管の外部から加熱すると、生成物を得ることはできるが反応管内部の温度分布が発生する。すなわち常温で薬剤を押出機に供給した場合、押出機または反応管の中で材料を加熱することになる。このとき押出機や反応管の壁面から加熱することになるので温度分布が生じやすく、その結果反応生成物が均一にならない問題がある。このため、未反応の固形分が生成物に含まれる問題が発生するので薬剤をあらかじめ加熱しておくのが好ましく、あらかじめ加温した薬剤を注入することで拡散を促進するとともに、温度を均一にすることが可能となる。

供給用押出機１１は、そのスクリュー１１ｓがモータ２０で駆動される。モータ２０に、トルクセンサ２２が設けられ、トルクセンサ２２の検出値で薬剤注入装置１６の薬剤ポンプ１９が制御されるようになっている。

ポリウレタンの分子鎖骨格は１５０℃〜２５０℃において主鎖の運動が見られる。１５０℃以上にすることで押出機内でポリウレタンを圧縮することが可能である。一方、２５０℃よりも高温にするとウレタンがシリンダー表面で滑って強い力で材料を前に送ることができなくなり、結果として圧縮することができない問題がある。

そこで、供給用押出機１１から反応管１２にいたるまでの装置構成において、供給ゾーンＺａおよび加圧ゾーンＺｂの温度を、それぞれ１００℃〜１５０℃および１５０℃〜２５０℃とし、反応管１２内の反応ゾーンＺｄの温度および圧力を２００℃〜３００℃、圧力０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ，反応時間５〜３０分を維持することで、供給と加圧と分解反応が可能である。すなわち独立した温度調節ゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｄを３つ以上もっている必要がある。

ここで、反応管１２内での反応温度は２００℃〜３００℃とすることが好ましい。反応温度を２００℃より低くした場合、生成物の分解が遅く、目的とするポリオールは得られるが、反応が十分進まないことにより、残った固形分の成分が混入するので反応温度は２００℃以上が好ましい。また反応温度を３００℃よりも高くすると生成物の分解が進みすぎてアミンが発生し、強い異臭が発生するので、反応温度は３００℃以下が好ましい。

供給用押出機１１および反応管１２は耐圧設計された容器である必要がある。

ここで供給用押出機１１の吐出口１１ｄの温度は、原料（発泡ウレタン）の軟化点温度以上、かつ軟化点＋１００℃高温以下で、かつ押出機吐出口の温度をＡ（℃）、薬剤の注入温度Ｂ（℃）、反応温度をＣ（℃）、原料の吐出量をＷａ（ｇ／ｍｉｎ），薬剤の注入量をＷｂ（ｇ／ｍｉｎ）としたとき、すべての状態で比熱が１の場合に薬剤混合前の温度Ａ，Ｂと混合後の温度Ｃ’には次のような関係がある。
Ｃ'(Wa+Wb)=AWa+BWb
Ｃ'＝(AWa+BWb)／(Wa+Wb) …（１）

Ｃ’の温度を目的とする反応温度Ｃに対して、C-50<C'<C+50の範囲にあることが好ましい。このC-50<C'<C+50に（１）式を代入し、
C-50<(AWa+BWb)／(Wa+Wb)<C+50
(C-50)(Wa+Wb)<AWa+BWb<(C+50)(Wa+Wb) …（２）
（２）式の(C-50)(Wa+Wb)<AWa+BWbより、
(C-50)(Wa+Wb)−AWa＜BWb
［(C-50)(Wa+Wb)−AWa］／Wb＜Ｂ …（３）
（２）式のAWa+BWb<(C+50)(Wa+Wb)
BWb<(C+50)(Wa+Wb)−AWa
Ｂ<[(C+50)(Wa+Wb)−AWa]／Wb …（４）
（３）、（４）式からＣ’の温度を目的とする反応温度Ｃに対して、C-50<C'<C+50の範囲にコントロールするためには、薬剤の注入温度Ｂは以下の条件
［(C-50)(Wa+Wb)−AWa]／Wb＜Ｂ ＜[(C+50)(Wa+Wb)−AWa]／Wb
を満たせばよい。

より正確にはＷａ，Ｗｂに代わって各物質の熱容量を勘案した値を用いた方が良い。すなわち
Wa'=Wa・Ca
Wb'=Wb・Cb
（Ｃａ，Ｃｂは各物質Ａ，Ｂの熱容量）をＷａ，Ｗｂに代わって用いる方がより好ましい。

生成物回収容器１４は、反応管１２で高温・高圧場で発泡ウレタンと薬剤とが反応して分解したモノマーを冷却するために、外周に冷媒で冷却するジャケット２４を備え、内部に固形分（不純物）Ｓを捕捉してモノマーをろ過するフィルタ２５が設けられ、下部に排出弁２６が設けられる。また生成物回収容器１４には、背圧弁２７を介してトラッパー２８が接続され、さらに熱交換器２９を介してタンク３０が接続され、そのタンク３０に排気管３１が接続される。背圧弁２７は、生成物回収容器１４内の圧力を一定に保つと共に一定圧以上のときにガスをトラッパー２８に排気する。トラッパー２８では、ガス中の固形分等を除去し、ガス分を熱交換器２９に流す。熱交換器２９では、ガスを冷却して凝縮性ガスを液化してタンク３０に送る。タンク３０では液分が回収され、不凝縮性ガスが排気管３１から排気されるようになっている。また、生成物回収容器１４には、生成物回収容器１４内の圧力が異常上昇したときにガスを排出する安全弁３２が接続される。

さて、反応管１２に接続した圧力調整装置１３と生成物回収容器１４を接続する配管３３には、サンプリング器具３４が設けられ、生成物回収容器１４内には、可動式の未分解生成物回収容器４０が設けられる。これらはどちらか一方あるいはその両方の設備を取り付けることにより、装置の稼働開始時または停止時に生成する目的とする物質以外のものを生成物回収容器１４から除去することができるものである。

サンプリング器具３４は、配管３３に接続されたフォルダー３５と、そのフォルダー３５に設けられたボール弁３６と、フォルダー３５内に移動自在に設けられ、先端部が半割にされたサンプリング管３７と、フォルダー３５とサンプリング管３７間をシールし、サンプリング後にサンプリング管３７でサンプリングした生成物を取り出すべくフォルダー３５の後端部３５ａを開放するためのフォルダ固定兼軸シール継手３８とからなる。フォルダ固定兼軸シール継手３８は、後端部３５ａを、配管３３に接続したフォルダー基部３５ｂに締め付けて固定するネジ式タイプなどで構成される。

このサンプリング器具３４は、ボール弁３６を介して配管３３の流路にサンプリング管３７の半割りにした先端を差し込み、配管３３から流下する生成物を直接サンプリング管３７に採取する。この際、フォルダー３５は、サンプリング管３７を差し込んだ時に内圧が上がって、このサンプリング管３７が飛び出さないようにその圧力を保持し、サンプリング後は、サンプリング管３７をボール弁３６より後方に移動したのち、ボール弁３６を閉じ、その後、フォルダ固定兼軸シール継手３８にて後端部３５ａを開放することでサンプリング管３７で採取した目的外の生成物または、生成物サンプルを取り出すことができる。

可動式の未分解生成物回収容器４０は、Ｌ字に曲がったアーム４１にて生成物回収容器１４の頂板に取り付けられており、アーム４１が頂板にＯリング等のシール装置４２で、密閉性を損なうことなく回転自在に取り付けられている。

次に、図１、図２に示した発泡ウレタン処理装置を用いた発泡ウレタン処理方法を説明する。

上述したように供給フィーダ１０から発泡ウレタンＰが供給用押出機１１に供給され、スクリュー１１ｓの回転で供給ゾーンＺａから加圧ゾーンＺｂに加熱されながら押し出される。ここで、供給ゾーンＺａでの温度は１００℃〜１５０℃、加圧ゾーンＺｂでの温度は１５０℃〜２５０℃となり、加圧ゾーンＺｂの下流側で、発泡ウレタンによりシールゾーンＺｃが形成され、そのシールゾーンＺｃの下流側の薬剤注入部１５から薬剤注入装置１６によりジオールなどの薬剤が注入されて発泡ウレタンと共に吐出口１１ｄから反応管１２内に流通される。

反応管１２内の反応ゾーンＺｄでは、温度が２００℃〜３００℃、圧力が０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ，反応時間（滞留時間）５〜３０分に維持されて発泡ウレタンが薬剤と分解反応してモノマーが生成され、圧力調整装置１３から配管３３を通して生成物回収容器１４に回収される。

このとき、薬剤注入装置１６のヒータ２１を設けた薬剤配管１８の最下流部（押出機側）の配管壁に温度計（図示せず）を設けるとともに、供給用押出機１１のシリンダー１１ｃの温度を測定する。また、供給用押出機１１の吐出口１１ｄの付近にシリンダー１１ｃの内部の温度を測定するセンサーを設け、混合物が目的の反応温度Ｃに近い温度となっていることを確認することにより、上記範囲内での吐出口の温度Ａおよび薬剤の注入温度Ｂの温度調整をコントロールする。

一般に押出機でポリマーを加工する際には軟化点または融点＋５０℃〜＋１００℃の温度範囲で溶融成形する。発泡ウレタンの温度（吐出口の温度Ａ）は、この経験的な設定範囲に準じることが好ましい。

供給用押出機１１で発泡ウレタンをスクリュー１１ｓの回転で押し出し反応管１２でモノマー化する場合、生成物としてのモノマーは常温で液体となり、場合によっては気体となる場合もあり、反応管１２内ではほぼ気体となっている。この場合、薬剤注入部１５から薬剤を注入しても、シールゾーンＺｃが確実に形成されていないと、薬剤が供給用押出機１１を逆流してしまい発泡ウレタンを押出すことが困難となる。

そこで、本発明においては、供給用押出機１１で発泡ウレタンを押し出す際に、あらかじめ発泡ウレタンのみを押し出して発泡ウレタンが薬剤注入部１５に達した時のトルク値をトルクセンサ２２で測定しておき、反応押出時に材料の供給を開始した後にトルクが上昇し、上記のようにポリウレタンのみ押し出したときに測定した特定のトルク値以上になったとき、薬剤注入部１５から薬剤を注入することにより薬剤の逆流を防止できるようにしたものである。

これを、図４により説明すると、先ず押出開始時に、図４（ａ）に示すように、ホッパ１１ｈからの発泡ウレタンが供給用押出機１１内に取り込まれ、スクリュー１１ｓの回転で、供給ゾーンＺａに供給され、その供給ゾーンＺａで加熱溶融されながら押し出され、図４（ｂ）に示すように加圧ゾーンＺｂで発泡ウレタンが高温に加熱されると共に加圧され、その後、図４（ｃ）に示すように溶融した発泡ウレタンでシールゾーンＺｃが形成される。この際、発泡ウレタンの供給量が一定である場合、スクリュー１１ｓにかかるトルクは、発泡ウレタンが供給ゾーンＺａから加圧ゾーンＺｂに押し出されて行く間に上昇し、シールゾーンＺｃが形成されるとほぼ一定の値となる。

ただし、押出初期においては、反応管１２内に発泡ウレタンが充満されていないので、反応管１２内に発泡ウレタンを充満し、その後、薬剤注入部１５を開放し、発泡ウレタンが薬剤注入部１５に流入したときのトルク値を求めておけば、そのトルク値よりシールゾーンＺｃが形成されたことがわかり、その時点で薬剤を注入することで、逆流を防止できる。

また供給用押出機１１に投入される発泡ウレタンの量が変動し、スクリュー１１ｓにかかるトルクが設定値より少なくなった場合には、薬剤の注入を停止することで、逆流を防止できる。

また、課題に示したように、立ち上げ時には反応管１２からは、反応が不十分な生成物が吐出されるため、まず圧力が上昇し、その後十分に反応した生成物が吐出されるため圧力が低下して一定値に達する。この時点から目的とする生成物が生成されるため、それまでは可動式の未分解生成物回収容器４０を、アーム４１にて配管３３の直下に位置させ、反応が不十分な生成物を回収することで、未反応生成物などの混入を防止することができる。また十分に反応した生成物が吐出された後は、可動式の未分解生成物回収容器４０を移動させて、目的とする生成物を生成物回収容器１４に回収する。

この際に、サンプリング器具３４にて、生成物を直接サンプリングすることで生成物が未反応か十分反応しているかを的確に確認できる。

ここで、本発明のモノマー化とは、ポリウレタンの化学原料に戻すことを言う。ポリウレタンの原料にはワックス状のものやオリゴマーを用いる場合も有り、ここでのモノマー化は必ずしもポリマーの繰り返し最小単位を表すモノマーに戻すことに限らず、ワックスやオリゴマーを得ることを含む。

生成物回収容器１４内に排出されたモノマーは、ジャケット２４で冷却されて液化すると共にこれを保温し、フィルタ２５を通し、排出弁２６から次工程に最適な条件で排出される。

このように処理装置の稼働開始時および停止時には反応管１２の内部の条件が安定せず、完全に分解していない生成物が吐出され、生成物回収容器１４の密閉性を犠牲にせずに完全に分解していない生成物を除くために生成物回収容器１４内で動かすことができる可動式の未分解生成物回収容器４０を設けることで、反応が十分に行われたモノマーを得ることが可能となる。

またサンプリング器具３４と可動式の未分解生成物回収容器４０は、反応管１２の内部の圧力を測定する圧力測定装置（図示せず）で得た測定値を基に制御されるようになっている。特に廃棄物を処理する場合は、供給物の性状にばらつきがあるので、運転中に生成物の状態をチェックする必要がある。そのため密閉された生成物回収容器１４から密閉状態を維持したままサンプルを取り出す方法は有効である。

次に実施例と比較例を説明する。

（実施例１）
図１に示した処理装置で発泡ウレタンを処理した。

発泡ウレタンは架橋構造を持つポリウレタンが用いられているので完全に溶融しない。しかし、スクリュー１１ｓの推進力で加圧して押し出すことは可能である。供給用押出機１１はシリンダー径２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２５の押出機を用い、供給ゾーンＺａおよび加圧ゾーンＺｂのシリンダー温度はそれぞれ１６０℃、１７０℃とした。

原料として用いた発泡ウレタンは、断熱用に用いられている発泡ウレタンで、粉砕して常温で加圧圧縮されたものであるが、密度は０．１程度である。固化していないので簡単にくずれて粉末状になる。５ｍｍのメッシュでふるいにかけて、ふるいを通過した発泡ウレタンを用いた。スケールアップでより大型の押出機を用いる場合は粉砕サイズを大きくすることが可能である。また、スクリュー１１ｓの回転速度は６０ｒｐｍとして実験を行った。

供給用押出機１１のホッパ１１ｈへの発泡ウレタンＰの供給はフィーダ１０を用い、ホッパ部へは発泡ウレタンＰを定量的に供給した。また、フィーダ１０にはアジテータを取り付けて攪拌し、ポリウレタンの粉末がブリッジして供給用押出機１１への供給が不安定になることを防止した。さらにフィーダ１０から供給するポリウレタンの量は供給用押出機１１の供給部におけるホッパ内で回転するスクリュー１１ｓの表面を完全に覆わない範囲で供給した。ここでは２ｇ／ｍｉｎのポリウレタンをホッパに供給した。

このとき、薬剤注入部１５の穴を開放した状態であらかじめポリウレタンのみを押し出し、押出を始めてからポリウレタンが穴から排出された時、すなわちポリウレタンが薬剤注入部１５に達した時のトルク値をトルクセンサ２２で求めた結果、２．０Ｎ・ｍであった。

そこで、トルクセンサ２２で、反応押出時に材料の供給時にトルクをモニタリングし、供給を開始した後にトルクが上昇してトルク値が２．０Ｎ・ｍ以上になってから薬剤注入部１５から薬剤を注入開始させるように薬剤ポンプ１９を制御した。

これにより、トルク値が２．０Ｎ・ｍ以上となったときにはシールゾーンＺｃが形成され、薬剤を注入しても薬剤の逆流が生じないことが確かめられた。

薬剤注入部１５では、注入するノズルには内部で球が動く逆止弁（図示せず）を用いた。これはポリウレタンが逆流して薬剤（ジエチレングリコール）の薬剤配管１８に詰まることを予防するためである。また、逆止弁の弁として動く球のストロークは短い方が反応が速く逆流を防げるので、本実験においては１ｍｍとした。また、球から供給用押出機１１のシリンダー１１ｃの内面までの距離も短いほうが同様に逆止弁の反応が速い。逆止弁の動きが悪い場合には、トルクが十分にあがっていない段階でも薬剤が漏れ出る可能性がありその場合は材料が滑って原料が供給できなくなる可能性がある。球の位置ができるだけシリンダー１１ｃの内面に近くなるように設計することにより、逆止弁の動きを俊敏にして逆流しにくい構造とすることができる。また、注入開始時には圧力調整装置１３は閉じた状態とし、注入した液体や気体が気散しないように運転した。

次に反応管１２の内部の温度を２６０℃とした。反応管１２の容積は１００ｍｌとした。すなわち、ポリウレタンとジエチレングリコール混合物の比重を１．０と仮定した場合に、反応条件における滞留時間が２０〜３０分程度となるようにした。このさらに下流側には圧力調整装置１３としてバルブを設けた。バルブの出口温度は２４０℃とした。

これは分解に用いるジエチレングリコールの沸点以下とすることにより、バルブ内で相転移が起こって流れが制御できなくなることを防止するためである。このバルブを開閉することにより反応管１２の内部の圧力を１〜３ＭＰａの範囲で制御した。

さらに圧力調整装置１３に配管３３を介して接続した生成物回収容器１４のジャケット２４に冷媒を流すことにより生成物回収容器１４内を冷却し、生成物の蒸気が発生しないようにした。ここでは０℃の冷媒を用いた。また、安全弁３２は、生成物回収容器１４内が１ＭＰａ以上に加圧されることがないようにした。

この安全弁３２により、特に可燃性のガスが排出されて生成物回収容器１４内の圧力が高くなり爆発の危険性があるため、生成物回収容器１４の耐圧よりも低い圧力に保つことが可能となる。

また、安全弁３２よりも低い圧力で作動する背圧弁２７を取り付けその下流にトラッパー２８と熱交換器２９を接続することにより、生成物回収容器１４で冷却しきれない溶媒を回収するようにした。

さらに、生成物回収容器１４内で図２の矢印に示す方向に動かせる可動式の未分解生成物回収容器４０にて立ち上げ時に反応が十分進んでない生成物を回収し、またサンプリング器具３４にて生成物サンプルを採取した。

この可動式の未分解生成物回収容器４０とサンプリング器具３４の作動は、反応管１２の内部の圧力を測定する圧力測定装置（図示せず）でその圧力をモニタして行った。

すなわち、立ち上げ時は材料の充満が進むと共に圧力が上昇する。その後、化学反応が進んで材料の粘度が低下する結果、圧力も低下し、一定値に達する。圧力が一定に達する時点までに排出される目的外の生成物を、サンプリング器具３４または可動式の未分解生成物回収容器４０で回収することにより、運転が不安定な状態で吐出されるオーバーフローを分離した。このとき、圧力測定装置で得た測定値からサンプリング器具３４または可動式の未分解生成物回収容器４０をコントロールするようにした。

反応管１２内の圧力が一定になったのちは、可動式の未分解生成物回収容器４０での回収をやめ、生成物を生成物回収容器１４内に導入し、フィルタ２５にて生成物から固形分の不純物Ｓを取除いた。またフィルタ２５によるろ過を実施する場合には生成物回収容器１４内の生成物の温度を７０℃以上に加温するようにした。

この装置を用いて得られた本発明の生成物の分子量分布を図３に示す。

また比較として、オートクレーブにポリウレタン：ジエチレングリコール＝１：１の割合で仕込んで２６０℃のジエチレングリコールの飽和蒸気圧中で１０分間の処理を行って得られたバッチ処理のリサイクルポリオールとほぼ同じ分子量分布を持つことが分かった。バッチ処理リサイクルポリオールをバージンポリオールに１０％加えたものを用いて発泡ポリウレタンを作製して得た発泡体は、熱伝導率や圧縮、曲げ機械特性についてバージン材料と同等の特性を示すことが分かっている。

すなわち、高温高圧の薬剤でポリマーを連続的にリサイクル処理する装置として本発明は利用可能であることが分かった。

（実施例２）
ポリウレタン粉末が非常にブリッジしやすく、ホッパとの接続部にあたる供給用押出機１１の開口部１１ａの５０％以上を覆った場合にはポリウレタン粉末の供給用押出機１１への供給が安定せずに、供給用押出機１１で押し出す樹脂量にバラツキが生じる結果、滞留時間にバラツキが生じ、生成物の特性がばらついたり、場合によっては材料の供給が足りずにシールが不完全になって薬剤や生成物がホッパに逆流する可能性がある。このときのスクリュー１１ｓの回転数は５０ｒｐｍとした。

また、このとき用いた供給用押出機１１のスクリュー形状は、流路断面積比Ｒと押出機のシリンダーの長さと直径の比であるＬ／Ｄとの関係において、Ｒが４でかつ断面積が変化するテーパー部を有する部分のＬ／Ｄが１０であるものを用いた。このとき、スクリューの吐出側の流路断面積を狭くすることにより原料を圧縮することで、下流側に注入される薬剤をシールした。

このテーパー部の温度の影響で圧縮時の圧力の安定性が大きく変化するので、１３０℃〜２５０℃の範囲が望ましい。ここではテーパー部および押出機出口の薬剤注入部における押出機のシリンダー温度を１７０℃とした。さらに、トルクセンサ２２で検出されるトルク値が一定値以上（２．０ Ｎ・ｍ以上）となったときに、スクリューの先端からＬ／Ｄ＝１．５のホッパ側の部分に、あらかじめ３００℃まで予熱したジエチレングリコール２ｇ／ｍｉｎを注入した。この注入によって薬剤が逆流しないことが確かめられ、実施例１と同様に反応管１２で反応が十分行われていることを確かめた。

（比較例１）
実施例１と同様の装置、方法を用いて処理したが、比較例１の場合は、材料の供給を開始して、トルク値が上昇し、０．５Ｎ・ｍになった時点で薬剤注入部から薬剤の注入を開始した。この結果、薬剤がホッパ１１ｈ側に逆流して材料がすべり、圧力０．５ＭＰａ以上となった時点で反応管側へ材料を押し込むことができなかった。

そこで、薬剤を注入する前に、薬剤注入部の穴を開放した状態で、あらかじめポリウレタンが薬剤注入部１５に達した時のトルク値を求めたところ、２．０Ｎ・ｍであり、トルク値が０．５Ｎ・ｍの時点で薬剤を注入したため、逆流が生じたことがわかった。

以上実施例と比較例を説明したが、本発明は実施例に限定されるではなく、例えば、実施例ではシリンダー径が２０ｍｍの押出機を用いているが、処理量を十分に確保するために、商用の実用装置では１５０ｍｍ程度の大型の押出機で１００回転以下程度の運転条件で行う必要がある。この場合、トルク値に多少の変動はあるもののトルク値が２．０Ｎ・ｍ以上になったときに薬剤を注入することで逆流を防止できる。

１１ 供給用押出機
１１ｓ スクリュー
１２ 反応管
１６ 薬剤注入装置

Claims (9)

1. 発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、該供給用押出機内のスクリューで発泡ウレタンを押し出しながら加圧すると共に発泡ウレタンを加熱し、供給用押出機に接続した薬剤注入装置から薬剤を高温高圧の発泡ウレタンに注入し、その後前記供給用押出機から反応管に流通させて発泡ウレタンを高温高圧場を利用してモノマー化するに際して、スクリューに加えられているトルク値をもとに前記薬剤注入装置を制御することを特徴とする発泡ウレタンの処理方法。
2. 発泡ウレタンを分解処理する前に、あらかじめ発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、前記供給用押出機に接続された前記薬剤注入装置の薬剤注入部に到達する時点の前記スクリューのトルク値を測定しておき、発泡ウレタンをモノマー化する際に、前記測定したトルク値以上になってから、前記薬剤注入装置よりあらかじめ加熱した薬剤を注入する請求項１記載の発泡ウレタンの処理方法。
3. 前記反応管でモノマー化された発泡ウレタンのモノマーを、圧力調整装置を通して減圧した後、生成物回収容器内に導入し、その生成物回収容器により圧力を調整しながら分解処理されたモノマーを回収する請求項１又は２記載の発泡ウレタンの処理方法。
4. 前記生成物回収容器内は、可動式の未分解生成物回収容器を備え、前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に導入される生成物を可動式の未分解生成物回収容器で選択的に回収して、十分反応していない生成物を採取する請求項３記載の発泡ウレタンの処理方法。
5. 前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に生成物を排出する配管には、サンプリング器具が設けられ、そのサンプリング器具で、前記圧力調整装置から排出される生成物を採取する請求項３記載の発泡ウレタンの処理方法。
6. 薬剤が、ジオールまたはヒドロキシル基を二つ以上持つポリオールであり、生成物として得られるモノマーがヒドロキシル基を二つ以上持つポリオールである請求項１記載の発泡ウレタンの処理方法。
7. 発泡ウレタンを供給用押出機に投入し、該供給用押出機内のスクリューで発泡ウレタンを押し出しながら加圧すると共に発泡ウレタンを加熱し、供給用押出機に接続した薬剤注入装置から薬剤を高温高圧の発泡ウレタンに注入し、その後前記供給用押出機から反応管に流通させて発泡ウレタンを高温高圧場を利用してモノマー化する発泡ウレタンの処理装置において、前記スクリューを駆動するモータにトルクセンサを設け、そのトルクセンサのトルク値をもとに前記薬剤注入装置を制御することを特徴とする発泡ウレタンの処理装置。
8. 前記反応管の出口に圧力調整装置が接続され、その圧力調整装置に、生成物を冷却して回収する生成物回収容器が接続され、その生成物回収容器内に、十分反応していない生成物を採取する可動式の未分解生成物回収容器が設けられる請求項７記載の発泡ウレタンの処理装置。
9. 前記圧力調整装置から前記生成物回収容器に生成物を排出する配管には、前記圧力調整装置から排出される生成物を採取するサンプリング器具が設けられる請求項７記載の発泡ウレタンの処理装置。