説明

再生ポリエステルの製造方法

【課題】 染色されたポリエステル繊維製品を効率的にケミカルリサイクルし、安定した良好な品質の再生ポリエステルを製造するための方法を提供する。
【解決手段】 染色されたポリエステル繊維製品を脱色処理し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステル、グリコールおよびアルカリ化合物と共に第1の回分式反応装置に供給して230〜260℃で解重合反応を行い、得られた低重合体を第2の回分式反応装置に供給して270〜300℃で重縮合反応を行い、再生ポリエステルを製造する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、染色されたポリエステル繊維製品から再生ポリエステルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリエステルは、その優れた特性により、繊維、フイルム、ボトル、プラスチック等として広く用いられているが、地球環境保護のための資源の有効利用という点から有効なリサイクル化が求められている。リサイクル方法としては、例えばケミカルリサイクル方法、マテリアルリサイクル方法およびサーマルリサイクル方法などが知られている。
【0003】
マテリアルリサイクル方法はポリマー製品をポリマーを分解することなく溶融して再利用するものであり、低エネルギー消費によるコストダウンの長所があるが、ポリマー品質が安定しない短所がある。サーマルリサイクル方法はポリマー製品を燃焼してその熱エネルギーを利用するものであり、ポリマーの燃焼化利用の長所があるが、ポリマーを燃焼させることで二酸化炭素発生という地球環境保護の面から好ましくない短所がある。ケミカルリサイクル方法はポリマー製品を構成するポリマーを解重合してモノマーとし、得られたモノマーを重合することにより再利用するものであり、ポリマー品質が安定する長所があるが、コストアップとなる短所がある。
【0004】
ポリエステルの製造工程において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状などのポリエステル屑は、染料などの不純物が混じっていないので、従来よりケミカルリサイクルにより有効利用され、コストなどの点で工業的に役立っている。
【0005】
例えばポリエチレンテレフタレート(以下、PETという。)を工業的に製造する場合、まず、テレフタル酸(以下、TPAという)やテレフタル酸ジアルキルなどの酸成分とエチレングリコール(以下、EGという)をエステル化反応装置に送り、反応性を向上させるために、酸成分に対するエチレングリコールの量を過剰に用い、両末端にエチレングリコールが縮合されたオリゴマーとした(エステル化反応)後に、これを高温減圧下の重縮合反応装置に送り、エステル交換による脱グリコール重縮合反応させて、高分子量のポリエステルを得る方法が採用されている。
【0006】
ポリエステル屑をケミカルリサイクルする方法については、特許文献1や2や3で提案されている。特許文献1では、ポリエステル製品の製造工程で発生するポリエステル屑をエチレングリコールと混合して解重合を行ってエステルモノマーを主成分とする低重合体とし、得られた低重合体を重縮合して再生ポリエステルを製造する技術が開示されている。特許文献2では、ビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートを貯留させた反応槽内でポリエステル屑をエチレングリコールと混合して解重合させることにより解重合反応時間を短縮し、生産性を向上させる技術が開示されている。特許文献3では、ポリエステル屑を解重合する際にアルカリ化合物を添加することで紡糸時における操業性を良くする技術が開示されている。しかし、これら解重合は、未染色のポリエステル屑を対象とするものであり、染色された繊維製品のケミカルリサイクルへの適用については開示されていない。
【0007】
染色された繊維製品をケミカルリサイクルする方法については、特許文献4や5で開示されている。特許文献4では、ナイロン系の繊維製品を選別しケミカルリサイクルする技術が開示されているが、ポリエステル製品をケミカルリサイクルする具体的技術については開示されていない。また、特許文献5では、繊維製品を解重合して精製することにより高純度なエステルモノマーを得て、そのエステルモノマーを重縮合して再生ポリエステルを製造するケミカルリサイクル技術が開示されているが、高純度なエステルモノマーを得るための精製には大掛かりな設備が必要であり、再生ポリエステルのコストアップとなってしまう問題がある。このように、染色されたポリエステル繊維製品を効率的にケミカルリサイクルすることができ、安定した良好な品質の再生ポリエステルを得ることができる技術は、未だ確立されていないのが実情である。
【0008】
【特許文献1】特開昭48−61447号公報
【特許文献2】特開平6−166747号公報
【特許文献3】特開2007−153942号公報
【特許文献4】特開平7−331509号公報
【特許文献5】特開2006−232701号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、染色されたポリエステル繊維製品を効率的にケミカルリサイクルし、安定した良好な品質の再生ポリエステルを得ることができる方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、前記課題を解決するため、次の事項で特定される。
【0011】
すなわち、本発明の再生ポリエステルの製造方法は、染色されたポリエステル繊維製品を脱色処理し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステル、グリコールおよびアルカリ化合物と共に第1の反応装置に供給して230〜260℃で解重合反応を行い、得られた低重合体を第2の反応装置に供給して270〜300℃で重縮合反応を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明法によれば、染色されたポリエステル繊維製品を効率的にケミカルリサイクルすることができ、ポリマー品質、品位が良好で、安定した品質の再生ポリエステルを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明でいうポリエステルは、エチレンテレフタレートを主成分とするポリエステルであり、酸成分として、テレフタル酸またはその低級アルキルエステルを用い、グリコール成分としてエチレングリコールを用いて製造されるポリエステルである。そのテレフタル酸成分の一部をイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸や、ドデカンジオン酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸などの脂肪族カルボン酸、さらにはシクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、ヒドロキシ安息香酸、グリコール酸、ヒドロキシエトキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸などで置き換えてもよい。また、グリコール成分の一部をポリテトラメチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、p−キシレングリコール、1,4−シクロヘキサジメタノール、ビスフェノールなどの脂肪族、脂環族、芳香族のジオール化合物で置き換えたものでもよい。さらに熱可塑性を損なわない程度であれば、三官能以上の多官能性化合物が共重合されていてもよい。また、ポリエステルには、顔料、耐熱剤、蛍光増白剤などの添加物が含まれていてもよい。
【0014】
本発明法によるケミカルリサイクルで用いるリサイクル対象品は、染色されたポリエステル繊維製品である。このポリエステル繊維製品としては、ポリエステル繊維で構成される衣料製品、たとえば、ユニフォーム、レインウェア、スポーツウェア、アウターウェア、インナーウェア、ストッキング類、水着・レオタード類などの他に、カーシート、そのシートカバー車輌天井張り用や内壁張り用布帛のような自動車内装用布帛製品、ソファー張り布帛等の家具表装・内張り用布帛製品が挙げられる。まず、これらのポリエステル繊維製品を市場から回収し、ポリエステル以外の素材からなる付属品類、例えば、ファスナー、スナップ、ボタン、留め金などを取り外して実質的にポリエステルのみからなる繊維原料とする。
【0015】
これらの市場から回収されたポリエステル繊維製品は、染色されているので、まず、そのポリエステル繊維製品を脱色処理する。脱色処理は、還元洗浄脱色や酸化還元洗浄脱色の条件で行なえばよい。
【0016】
還元洗浄による脱色は、ハイドロサルファイト、二酸化チオ尿素、亜鉛スルホキシレート・ホルムアルデヒド、ナトリウムスルホキシドなどの還元剤を濃度0.1〜10wt%、特に0.1〜3wt%で含有する還元剤水溶液中に浸漬させることにより行えばよい。なかでも、ハイドロサルファイト0.07〜7wt%と二酸化チオ尿素0.03〜3wt%とを含有する還元剤水溶液を用いて行うことが好ましい。
【0017】
また、酸化還元洗浄脱色は、上記還元脱色を行った後、亜塩素酸ソーダとギ酸(またはシュウ酸や酢酸)とを濃度0.05〜10wt%で含有する酸化剤水溶液に浸漬させることにより酸化処理を行う方法で行えばよい。この酸化処理は、なかでも、亜塩素酸ソーダ0.05〜6wt%とギ酸0.02〜2wt%とを含有する酸化剤水溶液を用いて行うことが好ましい。
【0018】
脱色処理により染料の殆どが除去されたポリエステル繊維製品は、次に、通常細かく裁断され、造粒処理されて繊維造粒物とする。例えば、細かく裁断されたポリエステル繊維製品を溶融押出機に供給し、溶融してダイからポリマーを吐出し、チップカッターを通して切断してペレット状の繊維造粒物とする。
【0019】
このようにして得られた繊維造粒物を、回収ポリエステル、グリコールおよびアルカリ化合物と共に第1の反応装置に供給し、解重合を行ない、エステルモノマーを主成分とする低重合体とする。それら供給材料の一部ないしは全部を予め混合した状態にした後に第1の反応装置に供給してもよいし、また、個別に供給して反応装置内で混合させてもよい。
【0020】
ここで、回収ポリエステルとは、ポリエステルないしはその成形品(繊維やフィルム等)を製造する工程(ポリエステル製品の製造工程と総称する)において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状などのポリエステル屑である。この回収ポリエステルは、ポリエステル製品の製造工程において発生するものであるから実質的に染色はなされていない。
【0021】
回収された染色繊維製品から製造された繊維造粒物は、回収ポリエステル100重量部当り1〜25重量部の割合で混合するのがよい。繊維造粒物の混合割合が少なすぎると、得られる再生ポリエステルの品質(特に色調)が安定しない問題があり、多すぎると、再生ポリエステルの品質(特に色調)が悪化する問題がある。
【0022】
グリコールとしては、エチレングリコール(EG)、1,3−プロパンジオール、または1,4−ブタンジオール(BG)を用いるのが好ましい。このグリコールの添加量は、解重合反応に供するポリエステル類(即ち、繊維造粒物及び回収ポリエステル)2200重量部に対し750〜800重量部であることが好ましい。
【0023】
また、アルカリ化合物としては、例えば、水酸化テトラエチルアンモニウム(EAH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム、および水酸化ナトリウムが挙げられる。なかでも、水酸化テトラエチルアンモニウムを用いることが好ましい。
【0024】
解重合工程において、グリコールと共にアルカリ化合物を添加することによって、解重合反応で副生するジエチレングリコール(DEG)などの生成を抑制することができる。これにより、解重合による低重合体を用いて重合したポリマー中のDEG含有量を減少させることができポリマー品質を向上できる。
【0025】
このアルカリ化合物の添加量は、解重合反応に供するポリエステル類の重量に対して0.02〜0.10重量%であることが好ましい。この添加量が少な過ぎると、解重合による低重合体を用いて重合したポリマ中のDEGを減少させることが困難であり、逆に多すぎると、解重合反応性が悪化し、ポリマ品質を低下させる。
【0026】
このような解重合反応における温度は230〜260℃とし、常圧の条件下で解重することが好ましい。この温度が低過ぎると反応速度が遅くなる。この解重合反応は、原料ポリエステル(繊維造粒物及び回収ポリエステル)の重合度が所望の水準に低下されるまで行ない、低重合体とする。この低重合体は、平均重合度が15以下であることが好ましい。例えば、グリコール成分としてEGを用いた場合には、主成分としてエステルモノマーであるビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートを含む低重合体が挙げられる。
【0027】
本発明での解重合工程を、グリコール成分としてEGを用いた場合を例にとって具体的に説明する。あらかじめポリエステル低重合体が存在する第1の回分式反応装置に、前記した繊維造粒物、ポリエステル屑、EG、及びアルカリ化合物を、所定のモル比として投入し、温度を230〜260℃、常圧の条件にて解重合を行う。解重合に要する時間は、一般的に、2時間30分〜3時間程度である。この解重合にてエステルモノマーであるビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレート(BHET)を主成分とする低重合体が生成される。
【0028】
こうして得られた低重合体が次工程の第2の回分式反応装置に送られ重縮合され、再生ポリエステルが製造される。第2の回分式反応装置で重縮合反応させるための条件は、温度が250〜300℃、特に270〜300℃、圧力が0.05〜30KPaの範囲であることが好ましい。具体的には、攪拌しながら徐々に温度と真空度とを上げていき、所定条件下で所定時間の重縮合反応を行い、目標粘度のポリエステルを合成する。
【0029】
このようにして製造された再生ポリエステルは、回収ポリエステルのみから製造された再生ポリエステルと同程度の特性を有することができるため、繊維、フィルム、ボトルなどの製品の製造に供した場合、安定して加工でき、良好な品質のポリエステル製品とすることができる。
【実施例】
【0030】
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。本実施例でいう「部」とは重量部を意味する。特性値の測定方法は次のとおりである。
【0031】
(1)固有粘度(IV)
チップから切り出したポリエステル試料を2.0g計量し、オルソクロロフェノールに0.012g/mlの濃度に溶解し、25℃まで冷却してポリエステル溶液とし、その15mlをオストワルド粘度計に入れ、落下秒数を測定し、下式により算出する。
KI=KB×t
(KI:相対粘度、 KB:オストワルド粘度計計数、 t:25℃における試料溶液の流下秒数)
生IV=0.0242×KI+0.2634
IV=生IV×f
(f:標準チップ基準値/標準チップ測定値の値)
【0032】
(2)色調(b値)
スガ試験機(株)製のSC3Pカラーマシンを使用して測定する。b値は黄−青系の色相(+は黄味、−は青味)を表し、ポリマーの色調として極端に小さくならない限りb値が小さいほど良好である。
【0033】
(3)ジエチレングリコール(DEG)含有率
ポリエステル試料1.0gに1級モノエタノールアミン2.5mlを加え、全還流下280℃で40分間加熱後、内部標準液を加える。さらに特級テレフタル酸40gと1級エタノール5mlを加え測定用試料を調製する。該測定用試料を島津製ガスクロマトグラフィーGC−9A(使用カラム:島津C−R3A)を用いて測定する。
【0034】
(4)カルボキシル基(COOH)含有量
ベンジルアルコールにポリエステル試料を溶解し、0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で滴定することにより求める。
【0035】
(5)低重合体の平均重合度
ゲル浸透クロマトグラフィー分析装置(GPC)を用い測定する。測定条件は以下のとおりである。
溶媒:メチレンクロリド、 カラム:GMH×1(東ソー(株)製)、 試料濃度:0.1w/v%、 流量:1ml/min、 試料注入量:300μl、 標準試料:ポリメタクリル酸メチル、 温度:23℃
平均重合度(分子量分布)は、上記の測定により求めた重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比として求める。
【0036】
実施例1
回収されたポリエステル繊維製の染色された衣料からポリエステル以外の素材からなる付属品を除去して、実質的にポリエステルのみからなる廃衣料品とする。この廃衣料品を、還元剤としてハイドロサルファイト1.0wt%、二酸化チオ尿素0.3wt%の濃度を含有する還元剤水溶液(100℃)に60分間浸漬することにより、還元洗浄による脱色処理を行った。その後、細かく裁断した後、溶融押出機に供給し、260〜270℃で溶融し、スクリーンチェンジャーを通して不要な残存物を取り除き、押出機の口金からポリマーを吐出し、ストランド状のポリマーをウォーターシュートに流してペレタイザーによりペレット状とした。このペレットを以下、回収繊維ペレットという。
【0037】
第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑1820部、回収繊維ペレット380部、エチレングリコール(EG)772部、及び、水酸化テトラエチルアンモニウム(EAH)2.20部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間42分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度12)を生成した。
【0038】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間20分後に固有粘度0.654のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量、COOH含有量も低い値となっており、ポリマーの色調はb値が13.7と良好であった。軟化点、色調も問題なく、品質良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。
【0039】
実施例2
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑1990部、回収繊維ペレット210部、EG772部、及び、EAH1.54部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間40分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度13)を生成した。
【0040】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間18分後に固有粘度0.661のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量、COOH含有量も低い値となっており、ポリマーの色調はb値13.5と良好であった。軟化点、色調も問題なく、品質良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。
【0041】
実施例3
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑2085部、回収繊維ペレット115部、EG772部、及び、水酸化カリウム(KOH)1.54部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間36分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度13)を生成した。
【0042】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間25分後に固有粘度0.657のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量、COOH含有量も低い値となっており、ポリマーの色調はb値13.3と良好であった。軟化点、色調も問題なく、品質良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。
【0043】
実施例4
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑2150部、回収繊維ペレット50部、EG772部、及び、EAH1.10部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間31分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度14)を生成した。
【0044】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間13分後に固有粘度0.656のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量、COOH含有量も低い値となっており、ポリマーの色調はb値13.0と良好であった。軟化点、色調も問題なく、品質良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。
【0045】
実施例5
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑2150部、回収繊維ペレット50部、1,4−ブタンジオール(BG)772部、及び、EAH1.10部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間38分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度12)を生成した。
【0046】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置2に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間17分後に固有粘度0.652のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量は、低い値となっており、ポリマーの色調はb値13.9と良好であった。軟化点、色調も問題なく、品質良好な再生ポリエステルが得られることを確認した。
【0047】
比較例1
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑1820部、回収繊維ペレット380部、及び、EG772部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間45分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度11)を生成した。
【0048】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間40分後に固有粘度0.665のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量、COOH含有量も高い値となっており、ポリマーの色調はb値15.4と不良であった。軟化点が低く、色調も好ましくない再生ポリエステルしか得られなかった。
【0049】
比較例2
実施例1と同様、第1の回分式反応装置に、ポリエステル屑2085部、回収繊維ペレット115部、及び、EG772部を仕込み、原料仕込みと同時に昇温を開始して、常圧下に解重合反応を開始させた。その後、解重合反応開始から2時間39分後(この時の反応缶内の温度:245℃)に解重合反応を終了させ、BHETを主成分とする低重合体(平均重合度10)を生成した。
【0050】
この解重合反応により生成したポリエステル低重合体を第2の回分式反応装置に移液し、290℃、減圧下(1mmHg以下)で重縮合反応を行った。2時間25分後に固有粘度0.654のポリマーが得られた。得られたポリマー中のDEG含有量は、高い値となっており、ポリマーの色調はb値13.9であった。軟化点が低い再生ポリエステルしか得られなかった。
【0051】
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
染色されたポリエステル繊維製品を脱色処理し、造粒処理して繊維造粒物を得た後、この繊維造粒物を回収ポリエステル、グリコールおよびアルカリ化合物と共に第1の反応装置に供給して解重合反応を行い、得られた低重合体を第2の反応装置に供給して重縮合反応を行うことを特徴とする再生ポリエステルの製造方法。
【請求項2】
脱色処理を、酸化還元洗浄脱色あるいは還元洗浄脱色の条件で行うことを特徴とする請求項1に記載の再生ポリエステルの製造方法。
【請求項3】
アルカリ化合物が、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カルシウムおよび水酸化ナトリウムから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載の再生ポリエステルの製造方法。
【請求項4】
繊維造粒物を回収ポリエステル100重量部当たり1〜25重量部混合する請求項1〜3のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。
【請求項5】
グリコールが、エチレングリコール、1,3−プロパンジオールおよび1,4−ブタンジオールからなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。
【請求項6】
回収ポリエステルが、ポリエステル製品の製造工程で発生するポリエステル屑であって実質的に染色されていないことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の再生ポリエステルの製造方法。


【公開番号】特開2010−126660(P2010−126660A)
【公開日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−303724(P2008−303724)
【出願日】平成20年11月28日(2008.11.28)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】