炭化物の製造方法
【課題】品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる炭化物の製造装置を提供する。
【解決手段】所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【解決手段】所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物の製造方法に関し、特には、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる炭化物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機能性の材料を開発する目的で、ゴム材料や樹脂材料への補強剤、充填剤を配合した複合材料等、様々な高分子系材料の工業化がなされているが、他方で、高分子工業の発展は、汎用材料の大量生産、大量消費をもたらし、高分子系廃棄物の処理は早急に解決すべき重要課題となっている。そして、この課題を解決するためには、高分子系材料の再利用化、リサイクル化等の技術的進展が肝要となる。例えば、代表的な配合剤添加ゴム製品であるタイヤは、モータリゼーションの発展と共に自動車必需部材として大量生産、大量消費がなされ、使用済みタイヤの数が膨大になっていることから、使用済みタイヤのリサイクル化・有効利用の研究が進められ、特に有用材料の回収が大きな課題となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を鱗片状に破砕した後、実質的に非酸性雰囲気下にて３００〜１０００℃の温度範囲で乾留するか、乾留した後、鱗片状に破砕することで炭素繊維塊が得られ、該炭素繊維塊が、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ）製品や炭素繊維強化セメント（ＣＦＲＣ）成形体等を製造するときに補強材として利用できることが報告されている。
【０００４】
また、特許文献２では、窒素のような不活性ガスの存在下、テトラヒドロナフタレンのような水素供与性溶媒を用いて加硫ゴムを加熱分解することで、化学原料等として使用することができるような高純度の液状炭化水素、及び元の高次集合構造に近いためにゴム製品用補強材等として使用することができるような高レベルのカーボンブラックとを、効率よく簡便に製造する方法が開示されている。
【０００５】
一方、廃棄物材料材料の熱処理についても、様々な研究が進められており、例えば、特許文献３では、廃タイヤから油成分を抽出し、残った廃タイヤ乾留チャーを原料として活性炭を製造する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４では、廃ゴム等の熱分解又は接触分解によって、ディーゼル油及びカーボンブラックを製造する方法が報告されている。さらに、特許文献５では、材料を前記反応器中において熱分解温度まで加熱し、このようにして得られる熱分解ガスを前記反応器に連結した凝縮器中において凝縮する熱分解処理により、廃棄タイヤ又は類似の重合体材料からカーボンおよび炭化水素混合物を回収する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１１８４４０号公報
【特許文献２】特開平７−３１００７６号公報
【特許文献３】特開平６−１４４８１９号公報
【特許文献４】特開平１１−５０４６７２号公報
【特許文献５】特表２００２−５２３５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献１〜５に開示の廃棄物材料の熱分解処理では、熱分解反応の反応効率と、該熱分解反応により得られる炭化物の酸化防止効果とを十分に満足できるレベルにすることができず、依然として改良の余地があることが分かった。
【０００９】
さらに、特許文献１〜５に開示の廃棄物材料の熱分解処理では、廃棄物材料の形状等の問題によって、効率的に熱分解炉を使用することができず、生産性が低くなるため、さらに生産性の高い炭化物の製造方法の開発が望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、廃棄物材料の適正化を図ることで、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、従来の製造方法に比べて効率的に得ることができる炭化物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法について、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、前記所定の廃棄物材料に、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を用いること、特に合計で25質量％以上含有させることで、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を大幅に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
なお、本願における「炭化物」とは、有機物を含む物質を原料とし、この原料を加熱による熱分解反応によって原料中のガス体及び液体成分を放出した後に、生成されて残った固体を指し、灰分として無機物を含むこともある。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【００１４】
（２）前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を、前記廃棄物材料中に合計で25質量％以上含むことを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【００１５】
（３）前記廃棄物材料の熱分解は、廃棄物材料を熱分解炉内に収容し、加熱された無酸素ガスを該熱分解炉内へ連続的に供給し、前記廃棄物材料を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解し、熱分解ガスを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【００１６】
（４）さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる炭化物の製造方法の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の製造方法を実施するのに好適な熱分解装置の一実施態様についての概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の実施に好適な廃棄物材料の熱分解装置の概略図である。図１に示す熱分解装置は、無酸素ガスを加熱するための熱交換器１と、内部に廃棄物材料５を収容する熱分解炉２及び該熱分解炉２を外部から加熱する外部加熱手段７を有し、該廃棄物材料５を前記熱交換器１で加熱した無酸素ガスと直接接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための分解装置６と、前記分解装置６で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置１１と、前記油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器１に供給するための循環路４と、前記熱分解炉２中に導入する無酸素ガスを生成するためのガス発生器３と、熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器８とを備える。
【００２０】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法においては、熱交換器１で加熱した無酸素ガスを熱分解炉２に供給することで、熱分解炉２内の廃棄物材料５が熱分解される。ここで、無酸素ガスは、酸素及び酸化物以外のガス体であり、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、水素、メタン、プロパン等の可燃性ガス等が挙げられ、該無酸素ガスを使用することで、廃棄物材料５の熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物残渣の酸化を防止することができる。なお、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、熱交換器１は、特に限定されるものではないが、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、渦巻き式熱交換器等の液−液式熱交換器や、空冷式熱交換器等を使用することができる。また、熱交換器１に無酸素ガスを供給するには、例えば、後述する循環路４を介して、油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを無酸素ガスとして熱交換器１に循環させる。
【００２１】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、分解装置６は、内部に廃棄物材料５を収容する熱分解炉２及び該熱分解炉２を外部から加熱する外部加熱手段７を備える。ここで、廃棄物材料５を収容する熱分解炉２内に熱交換器１で加熱された無酸素ガスを導入し、該廃棄物材料５を該無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる。廃棄物材料２を無酸素ガスと直接に接触させることで、無酸素状態での熱分解が可能となる。熱分解炉２は、特に限定されるものではないが、通常の釜式熱分解炉、流動床式熱分解炉、キルン式熱分解炉等が使用される。また、廃棄物材料５は、主として有機系廃棄物を指し、具体的には、タイヤ廃棄物（例えば、スピュー、バフ粉、4〜32分割されたタイヤ、ピーリングゴム）、ゴムホース、チューブ、コンベアベルト等のゴム材料廃棄物や、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ナイロン等の樹脂材料廃棄物等が挙げられるが、本発明では、前記所定の廃棄物材料として、前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を合計で25質量％以上含有することを特徴とする。
【００２２】
更に、分解装置６は、外部加熱手段７を備えることで、熱分解炉２内の廃棄物材料５を熱分解炉２の外側から間接的に加熱することができるため、無酸素ガスのガス流量を低減することが可能となる。これによって、熱分解炉２内から舞い上げられガス中に混入して該ガスと共に装置内を循環する固形ダスト分（廃棄物材料の微細浮遊物）の発生を抑え、窒素酸化物等の発生をも抑制することができる。外部加熱手段７は、特に限定されるものではないが、例えば、熱分解炉２を囲んで配設される外熱炉等が好ましい。また、外部加熱手段７に使用される熱媒体は、廃棄物材料５を熱分解炉２の外側から間接的に加熱するため、無酸素ガスに限定されず、種々の物質を利用することができる。
【００２３】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法においては、分解装置６で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するため、一つ又はそれ以上の油分回収装置１１を備えるのが好ましい。図１に示すように、複数の油分回収装置１１を利用すれば、分解装置６内で発生した熱分解ガスを、その沸点に応じて回収される油分に分けることができる。
詳細には、ガス流路の上流側にある第一の油分回収装置１１ａと、その下流側にある第二の油分回収装置１１ｂは、同様な構成をとるが、第二の油分回収装置１１ｂは、第一の油分回収装置１１ａが対象とする油分の沸点と比べて低い領域の沸点を有する油分を回収する。このように、複数の油分回収装置１１を設置することで、組成が一定で品質の安定した油分を高い回収率で回収することができる。また、各油分回収装置１１は、例えば、その下部で配管を通して回収タンク１２に接続され、回収した油分を貯蔵することができる。更に、油分回収装置の下流側に凝縮装置等を設け、該凝縮装置内で凝縮される油分を回収することもできる。
【００２４】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、循環路４は、油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器１に供給するため、例えば、油分回収装置１１と熱交換器１とを配管で接続してなる。循環路４を通して熱交換器１に供給される残ガスは、熱交換器１へ直接供給することもできるが、熱風炉（図示せず）で加熱してから熱交換器１に供給してもよい。なお、図１では、第二の油分回収装置１１ｂのみに循環路６が接続されているが、本発明においては、これに限定されず、第一の油分回収装置１１ａに循環路６を接続してもよい。また、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、余剰のガスは、排風機１３を介して排ガス処理装置１４で処理された後、大気中に放出することができる。
【００２５】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法は、装置系内の酸素濃度を一定値以下に制御するため、熱分解炉３中に導入する不活性ガスを生成するためのガス発生器３と、熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器８とを備える。ここで、ガス発生器３と酸素濃度検出器８とを併用することで、熱分解装置系内の酸素濃度を監視し、その検出結果に応じて熱分解炉２中に不活性ガスを導入することが可能となり、熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物の酸化を抑制し、ゴム用配合物として好適な炭化物を回収することができる。
ここで、熱分解装置系内の酸素濃度と全酸性度との関係を説明する。回収炭化物の酸化の度合いを評価する指標として「全酸性度」があり、この値が大きいと、該炭化物の表面が酸化されていることを意味し、該炭化物はゴム用配合剤として適さないことを意味する。本発明者らが検討したところ、回収炭化物の全酸性度が0.1meq/g以下であれば、その回収炭化物を純カーボンブラック（100％カーボンブラック）に混合した場合、ゴム組成物の物性低下を5％以内に抑えることができ、回収した炭化物をゴム補強用充填剤として再利用することが可能であることが分かった。そして、図２に示す通り、全酸性度を0.1meq/g以下に抑えるためには、熱分解装置系内の酸素濃度を1.0容量％以下に制御することが好ましい。そこで、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法では、更に、酸素濃度検出器８によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、不活性ガスの流量制御手段９に信号が伝達され、この信号によりガス発生器３が稼動して不活性ガスを発生させ、この不活性ガスは前記信号により開度が変更される流量制御手段９を経て熱分解装置系内に導入される。
【００２６】
なお、上記全酸性度の測定方法は、次のとおりである。まず、カーボンブラック1gを精秤し、これを平底フラスコに移して0.002ＮのＮａＯＨ水溶液50mlを加え、超音波で分散させる。その後、該平底フラスコに冷却管を付け、還流させながら2時間煮沸する。該分散液を冷却し、定溶した後、その一部を0.002ＮのＮａＯＨ水溶液で滴定し、反応せずに残ったＮａＯＨの残量からカーボンブラック1gにつき中和反応に使用されたＮａＯＨ量を求める。単位は、単位質量当たりのミリ当量（meq/g）で表される。
【００２７】
上記酸素濃度検出器８があらかじめ設定された基準値を超えた酸素濃度を検出した場合には、この検出結果に連動して不活性ガスを供給するためのガス発生器７が作動し、同時に流量制御手段１３の開度を調節させて不活性ガスが循環路６内に導入される。この不活性ガスの導入により、酸素濃度検出器８で検出される酸素濃度は低下され、熱分解装置系内の酸素濃度は基準値以下に制御することができる。具体的には、酸素濃度検出器８によって検出される熱分解装置系内の酸素濃度が1.0容量％を超えたところでガス発生器９が作動し、同時に流量制御手段１３を介して循環路６内に不活性ガスが供給され、熱分解装置系内の酸素濃度は低下される。次いで、循環路６内の酸素濃度が0.2容量％まで低下したところで各装置（ガス発生器７及び流量制御手段１３）に対して停止信号が出され、不活性ガスの供給は停止される。これにより、熱分解装置系内の酸素濃度を基準値以下に制御することができる。なお、熱分解炉３内に不活性ガスを供給する場合、酸素濃度を0容量％まで低減させることが理想的であるが、不活性ガスを供給するコストの面から、熱分解装置系内の酸素濃度が0.2容量％まで低下したところで、熱分解炉３への不活性ガスの供給を停止するのが好ましい。なお、酸素濃度検出器８としては、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃度セルを用いたジルコニア式酸素センサー等が用いられる。また、ガス発生器７としては、例えば、Ｐ．Ｓ．Ａ（Pressure Swing Adsorption）方式を用いた窒素ガス発生器等が用いられる。
【００２８】
また、本発明による炭化物の製造方法では、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を、前記廃棄物材料５中に、合計で25質量％以上含有することが好ましい。前記ピーリングゴム及びバフ粉は、従来の炭化物の製造に用いられる廃棄物材料に比べて、粒子の体積が小さいため、熱分解に要する時間が短くなるという利点があり、加熱ガスとの接触時間を小さくできるため、生成した炭化物の酸化機会を減少させることができ、炭化物の全酸性度をさらに低下させ、カーボンブラックのもつ性能にさらに近い特性を得ることができる。また、前記廃棄物材料５中のピーリングゴム及び／又はバフ粉の含有量を合計で25％以上としたのは、25％未満の場合、熱分解に要する時間の短縮化及び熱分解炉２の炉内充填率の向上が望めず、本願発明の効果を十分に発揮できないためである。特に、前記廃棄物材料５中の全量がピーリングゴム及び／又はバフ粉という場合には、廃棄物材料５中にゴム以外の成分は含有されていないので、従来のような生成炭化物からの金属成分等との分離工程を省略することができ、作業効率の大幅な工場を図れるというメリットがある。
【００２９】
なお、前記ピーリングゴムとは、タイヤトレッド部から削ぎ取ったトレッドからなるくずゴムの一種をいう。米国再生ゴム協会の標準規格によれば、No.1ピーリング：布のついていないもの、No.2ピーリング：カーカスの布が丸々１プライ以上ついていないもの、No.3ピーリング：トレッドの一部分が欠如していること以外はNo.2ピーリングと同程度のもの等である。
【００３０】
また、前記バフ粉とは、高速で回転する研削砥石又はこれと同等のものによって擦りおろして得られるゴム粉末のことをいう。配合剤又は打ち粉として使用するために製造されるものと、加工中の副産物として得られるものとがある。本発明では、主に後者のバフ粉を対象とし、特に、タイヤ更生の際に得られるトレッド粉末が対象となる。
【００３１】
ここで、前記ピーリングゴム及び前記バフ粉は、いずれも、トレッド部を再度張り付けて加硫される更生タイヤ製造時にトレッド部から削ぎ取るか又は擦りおろしたゴムである。タイヤ構成部材の側面であるカーカス部材を用いる場合では、回収炭化物配合時に十分な硬度を維持することができず、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することができないおそれがあるからである。
【００３２】
さらに、前記ピーリングゴム及び前記バフ粉中の前記カーボンブラックの含有量が、合計で25質量％以上であることがより好ましい。25質量％未満の場合、前記カーボンブラックの含有量が少なすぎるため、十分な硬度を維持することができず、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することができない恐れがあるからである。
【００３３】
ここで、本発明では、前記熱分解炉２内に導入される無酸素ガスのガス流量を0.0015m3／s[ntp]〜0.0095m3／s[ntp]の範囲内に制御することが好ましい。これは、熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物の酸化を抑制し、ゴム用配合物として好適な炭化物を回収するために好適であるからである。
【００３４】
また、この廃棄物材料５と無酸素ガスとから熱分解ガスを発生させる工程においては、熱分解時の温度を300〜600℃に制御するのが好ましい。熱分解時の温度が上記特定した範囲内にあれば、廃棄物材料が溶融工程を経ずに、安定で且つ連続的な熱分解を行うことができる。もし、廃棄物材料を溶融した場合には、無酸素ガスとの接触機会が溶融物表面に限定されるため、熱分解速度が低下する。該熱分解時の温度が300℃未満では、熱分解反応が十分に進行せず、これによって、分解されるべき成分が完全に除去されない炭化物を生成するおそれがあるので好ましくなく、一方、600℃を超えると、上述の溶融現象の発生の可能性があり、また、生成した炭化物とガス中に含まれ得る成分（例えば、酸化物）との間で望ましくない改質反応や賦活反応が起こり、炭化物中の全酸性度を上昇させたり、又は多孔性でゴムへの補強効果に悪影響を及ぼし得る炭化物を生成するおそれがある。ここで、熱分解時の温度を制御するには、熱交換器１内で加熱される無酸素ガスや、熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段７等を利用すればよい。
【００３５】
さらに、本発明による炭化物の製造方法は、さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記粉塵を回収した後の残ガスを清浄化する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることが好ましい。上記油分回収手段１１によって回収された油分を熱分解炉２へ循環供給することで、前記油分が触媒として役目を果たす結果、さらに熱分解効率を向上させることができるからである。
【００３６】
本発明においては、図示しないが、ガス流量を制御するため、ガス流量を測定するための流量計、その開度でガス流量を調整するためのバルブ、ガス流量を一定に保つための送風機（図示せず）等を設置することができる。また、前記炭化物の製造装置は、装置内の酸素濃度を1容量％以下に制御することが好ましい。該製造装置内の酸素濃度が1容量％以下であれば、熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物の酸化をより確実に抑制でき、品質が劣化せず、ゴム成分に配合してもゴム特性を十分に維持できる炭化物をより確実に得ることができる。なお、製造装置内の酸素濃度は、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃淡セルを用いるジルコニア式酸素センサー等により測定できる。
【００３７】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005m3／s[ntp]に設定され、0.0045m3／s[ntp]〜0.0055m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから30分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0918 meq／gであった。
【００３９】
（実施例２）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0934 meq/gであった。
【００４０】
（実施例３）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）及び擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）（廃棄物材料５）をそれぞれ約8kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0918 meq／gであった。
【００４１】
（比較例）
図１に示す熱分解装置を用いて、廃トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に廃トラック用タイヤの32分割裁断品（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0989 meq／gであった。
【００４２】
上述の結果から明らかなように、熱分解を受ける廃タイヤの材料として少なくともトラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）及び／又は擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）を含有させることにより、熱分解により得られる炭化物の性質、特にゴム配合用炭素材料であるカーボンブラックとほぼ類似した特性を有し、カーボンブラック代替物として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる。また、本発明による製造方法により得られた炭化物を含有するタイヤ用ゴム組成物を製造することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 熱交換器
２ 熱分解炉
３ ガス発生器
４ 循環路
５ 廃棄物材料
６ 分解装置
７ 外部加熱手段
８ 酸素濃度検出器
９ 不活性ガス流量制御手段
１１ 油分回収装置
１２ 回収タンク
１３ 排風機
１４ 排ガス処理手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物の製造方法に関し、特には、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる炭化物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機能性の材料を開発する目的で、ゴム材料や樹脂材料への補強剤、充填剤を配合した複合材料等、様々な高分子系材料の工業化がなされているが、他方で、高分子工業の発展は、汎用材料の大量生産、大量消費をもたらし、高分子系廃棄物の処理は早急に解決すべき重要課題となっている。そして、この課題を解決するためには、高分子系材料の再利用化、リサイクル化等の技術的進展が肝要となる。例えば、代表的な配合剤添加ゴム製品であるタイヤは、モータリゼーションの発展と共に自動車必需部材として大量生産、大量消費がなされ、使用済みタイヤの数が膨大になっていることから、使用済みタイヤのリサイクル化・有効利用の研究が進められ、特に有用材料の回収が大きな課題となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を鱗片状に破砕した後、実質的に非酸性雰囲気下にて３００〜１０００℃の温度範囲で乾留するか、乾留した後、鱗片状に破砕することで炭素繊維塊が得られ、該炭素繊維塊が、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ）製品や炭素繊維強化セメント（ＣＦＲＣ）成形体等を製造するときに補強材として利用できることが報告されている。
【０００４】
また、特許文献２では、窒素のような不活性ガスの存在下、テトラヒドロナフタレンのような水素供与性溶媒を用いて加硫ゴムを加熱分解することで、化学原料等として使用することができるような高純度の液状炭化水素、及び元の高次集合構造に近いためにゴム製品用補強材等として使用することができるような高レベルのカーボンブラックとを、効率よく簡便に製造する方法が開示されている。
【０００５】
一方、廃棄物材料材料の熱処理についても、様々な研究が進められており、例えば、特許文献３では、廃タイヤから油成分を抽出し、残った廃タイヤ乾留チャーを原料として活性炭を製造する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４では、廃ゴム等の熱分解又は接触分解によって、ディーゼル油及びカーボンブラックを製造する方法が報告されている。さらに、特許文献５では、材料を前記反応器中において熱分解温度まで加熱し、このようにして得られる熱分解ガスを前記反応器に連結した凝縮器中において凝縮する熱分解処理により、廃棄タイヤ又は類似の重合体材料からカーボンおよび炭化水素混合物を回収する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１１８４４０号公報
【特許文献２】特開平７−３１００７６号公報
【特許文献３】特開平６−１４４８１９号公報
【特許文献４】特開平１１−５０４６７２号公報
【特許文献５】特表２００２−５２３５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献１〜５に開示の廃棄物材料の熱分解処理では、熱分解反応の反応効率と、該熱分解反応により得られる炭化物の酸化防止効果とを十分に満足できるレベルにすることができず、依然として改良の余地があることが分かった。
【０００９】
さらに、特許文献１〜５に開示の廃棄物材料の熱分解処理では、廃棄物材料の形状等の問題によって、効率的に熱分解炉を使用することができず、生産性が低くなるため、さらに生産性の高い炭化物の製造方法の開発が望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、廃棄物材料の適正化を図ることで、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、従来の製造方法に比べて効率的に得ることができる炭化物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法について、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、前記所定の廃棄物材料に、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を用いること、特に合計で25質量％以上含有させることで、熱分解反応の反応効率を向上させつつ、生成される炭化物の酸化を大幅に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
なお、本願における「炭化物」とは、有機物を含む物質を原料とし、この原料を加熱による熱分解反応によって原料中のガス体及び液体成分を放出した後に、生成されて残った固体を指し、灰分として無機物を含むこともある。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【００１４】
（２）前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を、前記廃棄物材料中に合計で25質量％以上含むことを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【００１５】
（３）前記廃棄物材料の熱分解は、廃棄物材料を熱分解炉内に収容し、加熱された無酸素ガスを該熱分解炉内へ連続的に供給し、前記廃棄物材料を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解し、熱分解ガスを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【００１６】
（４）さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることを特徴とする上記（１）に記載の炭化物の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる炭化物の製造方法の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の製造方法を実施するのに好適な熱分解装置の一実施態様についての概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の実施に好適な廃棄物材料の熱分解装置の概略図である。図１に示す熱分解装置は、無酸素ガスを加熱するための熱交換器１と、内部に廃棄物材料５を収容する熱分解炉２及び該熱分解炉２を外部から加熱する外部加熱手段７を有し、該廃棄物材料５を前記熱交換器１で加熱した無酸素ガスと直接接触させることにより熱分解させて熱分解ガスを発生させるための分解装置６と、前記分解装置６で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するための油分回収装置１１と、前記油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器１に供給するための循環路４と、前記熱分解炉２中に導入する無酸素ガスを生成するためのガス発生器３と、熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器８とを備える。
【００２０】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法においては、熱交換器１で加熱した無酸素ガスを熱分解炉２に供給することで、熱分解炉２内の廃棄物材料５が熱分解される。ここで、無酸素ガスは、酸素及び酸化物以外のガス体であり、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、水素、メタン、プロパン等の可燃性ガス等が挙げられ、該無酸素ガスを使用することで、廃棄物材料５の熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物残渣の酸化を防止することができる。なお、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、熱交換器１は、特に限定されるものではないが、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、渦巻き式熱交換器等の液−液式熱交換器や、空冷式熱交換器等を使用することができる。また、熱交換器１に無酸素ガスを供給するには、例えば、後述する循環路４を介して、油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを無酸素ガスとして熱交換器１に循環させる。
【００２１】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、分解装置６は、内部に廃棄物材料５を収容する熱分解炉２及び該熱分解炉２を外部から加熱する外部加熱手段７を備える。ここで、廃棄物材料５を収容する熱分解炉２内に熱交換器１で加熱された無酸素ガスを導入し、該廃棄物材料５を該無酸素ガスと直接接触させ、熱分解ガスを発生させる。廃棄物材料２を無酸素ガスと直接に接触させることで、無酸素状態での熱分解が可能となる。熱分解炉２は、特に限定されるものではないが、通常の釜式熱分解炉、流動床式熱分解炉、キルン式熱分解炉等が使用される。また、廃棄物材料５は、主として有機系廃棄物を指し、具体的には、タイヤ廃棄物（例えば、スピュー、バフ粉、4〜32分割されたタイヤ、ピーリングゴム）、ゴムホース、チューブ、コンベアベルト等のゴム材料廃棄物や、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ナイロン等の樹脂材料廃棄物等が挙げられるが、本発明では、前記所定の廃棄物材料として、前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を合計で25質量％以上含有することを特徴とする。
【００２２】
更に、分解装置６は、外部加熱手段７を備えることで、熱分解炉２内の廃棄物材料５を熱分解炉２の外側から間接的に加熱することができるため、無酸素ガスのガス流量を低減することが可能となる。これによって、熱分解炉２内から舞い上げられガス中に混入して該ガスと共に装置内を循環する固形ダスト分（廃棄物材料の微細浮遊物）の発生を抑え、窒素酸化物等の発生をも抑制することができる。外部加熱手段７は、特に限定されるものではないが、例えば、熱分解炉２を囲んで配設される外熱炉等が好ましい。また、外部加熱手段７に使用される熱媒体は、廃棄物材料５を熱分解炉２の外側から間接的に加熱するため、無酸素ガスに限定されず、種々の物質を利用することができる。
【００２３】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法においては、分解装置６で発生した熱分解ガスを冷却して、凝縮した油分を回収するため、一つ又はそれ以上の油分回収装置１１を備えるのが好ましい。図１に示すように、複数の油分回収装置１１を利用すれば、分解装置６内で発生した熱分解ガスを、その沸点に応じて回収される油分に分けることができる。
詳細には、ガス流路の上流側にある第一の油分回収装置１１ａと、その下流側にある第二の油分回収装置１１ｂは、同様な構成をとるが、第二の油分回収装置１１ｂは、第一の油分回収装置１１ａが対象とする油分の沸点と比べて低い領域の沸点を有する油分を回収する。このように、複数の油分回収装置１１を設置することで、組成が一定で品質の安定した油分を高い回収率で回収することができる。また、各油分回収装置１１は、例えば、その下部で配管を通して回収タンク１２に接続され、回収した油分を貯蔵することができる。更に、油分回収装置の下流側に凝縮装置等を設け、該凝縮装置内で凝縮される油分を回収することもできる。
【００２４】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、循環路４は、油分回収装置１１で油分を回収した後の残ガスを、無酸素ガスとして前記熱交換器１に供給するため、例えば、油分回収装置１１と熱交換器１とを配管で接続してなる。循環路４を通して熱交換器１に供給される残ガスは、熱交換器１へ直接供給することもできるが、熱風炉（図示せず）で加熱してから熱交換器１に供給してもよい。なお、図１では、第二の油分回収装置１１ｂのみに循環路６が接続されているが、本発明においては、これに限定されず、第一の油分回収装置１１ａに循環路６を接続してもよい。また、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法において、余剰のガスは、排風機１３を介して排ガス処理装置１４で処理された後、大気中に放出することができる。
【００２５】
本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法は、装置系内の酸素濃度を一定値以下に制御するため、熱分解炉３中に導入する不活性ガスを生成するためのガス発生器３と、熱分解装置系内の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器８とを備える。ここで、ガス発生器３と酸素濃度検出器８とを併用することで、熱分解装置系内の酸素濃度を監視し、その検出結果に応じて熱分解炉２中に不活性ガスを導入することが可能となり、熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物の酸化を抑制し、ゴム用配合物として好適な炭化物を回収することができる。
ここで、熱分解装置系内の酸素濃度と全酸性度との関係を説明する。回収炭化物の酸化の度合いを評価する指標として「全酸性度」があり、この値が大きいと、該炭化物の表面が酸化されていることを意味し、該炭化物はゴム用配合剤として適さないことを意味する。本発明者らが検討したところ、回収炭化物の全酸性度が0.1meq/g以下であれば、その回収炭化物を純カーボンブラック（100％カーボンブラック）に混合した場合、ゴム組成物の物性低下を5％以内に抑えることができ、回収した炭化物をゴム補強用充填剤として再利用することが可能であることが分かった。そして、図２に示す通り、全酸性度を0.1meq/g以下に抑えるためには、熱分解装置系内の酸素濃度を1.0容量％以下に制御することが好ましい。そこで、本発明による炭化物の製造方法に用いられる熱分解方法では、更に、酸素濃度検出器８によって検出された前記熱分解装置系内の酸素濃度に基づき、不活性ガスの流量制御手段９に信号が伝達され、この信号によりガス発生器３が稼動して不活性ガスを発生させ、この不活性ガスは前記信号により開度が変更される流量制御手段９を経て熱分解装置系内に導入される。
【００２６】
なお、上記全酸性度の測定方法は、次のとおりである。まず、カーボンブラック1gを精秤し、これを平底フラスコに移して0.002ＮのＮａＯＨ水溶液50mlを加え、超音波で分散させる。その後、該平底フラスコに冷却管を付け、還流させながら2時間煮沸する。該分散液を冷却し、定溶した後、その一部を0.002ＮのＮａＯＨ水溶液で滴定し、反応せずに残ったＮａＯＨの残量からカーボンブラック1gにつき中和反応に使用されたＮａＯＨ量を求める。単位は、単位質量当たりのミリ当量（meq/g）で表される。
【００２７】
上記酸素濃度検出器８があらかじめ設定された基準値を超えた酸素濃度を検出した場合には、この検出結果に連動して不活性ガスを供給するためのガス発生器７が作動し、同時に流量制御手段１３の開度を調節させて不活性ガスが循環路６内に導入される。この不活性ガスの導入により、酸素濃度検出器８で検出される酸素濃度は低下され、熱分解装置系内の酸素濃度は基準値以下に制御することができる。具体的には、酸素濃度検出器８によって検出される熱分解装置系内の酸素濃度が1.0容量％を超えたところでガス発生器９が作動し、同時に流量制御手段１３を介して循環路６内に不活性ガスが供給され、熱分解装置系内の酸素濃度は低下される。次いで、循環路６内の酸素濃度が0.2容量％まで低下したところで各装置（ガス発生器７及び流量制御手段１３）に対して停止信号が出され、不活性ガスの供給は停止される。これにより、熱分解装置系内の酸素濃度を基準値以下に制御することができる。なお、熱分解炉３内に不活性ガスを供給する場合、酸素濃度を0容量％まで低減させることが理想的であるが、不活性ガスを供給するコストの面から、熱分解装置系内の酸素濃度が0.2容量％まで低下したところで、熱分解炉３への不活性ガスの供給を停止するのが好ましい。なお、酸素濃度検出器８としては、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃度セルを用いたジルコニア式酸素センサー等が用いられる。また、ガス発生器７としては、例えば、Ｐ．Ｓ．Ａ（Pressure Swing Adsorption）方式を用いた窒素ガス発生器等が用いられる。
【００２８】
また、本発明による炭化物の製造方法では、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を、前記廃棄物材料５中に、合計で25質量％以上含有することが好ましい。前記ピーリングゴム及びバフ粉は、従来の炭化物の製造に用いられる廃棄物材料に比べて、粒子の体積が小さいため、熱分解に要する時間が短くなるという利点があり、加熱ガスとの接触時間を小さくできるため、生成した炭化物の酸化機会を減少させることができ、炭化物の全酸性度をさらに低下させ、カーボンブラックのもつ性能にさらに近い特性を得ることができる。また、前記廃棄物材料５中のピーリングゴム及び／又はバフ粉の含有量を合計で25％以上としたのは、25％未満の場合、熱分解に要する時間の短縮化及び熱分解炉２の炉内充填率の向上が望めず、本願発明の効果を十分に発揮できないためである。特に、前記廃棄物材料５中の全量がピーリングゴム及び／又はバフ粉という場合には、廃棄物材料５中にゴム以外の成分は含有されていないので、従来のような生成炭化物からの金属成分等との分離工程を省略することができ、作業効率の大幅な工場を図れるというメリットがある。
【００２９】
なお、前記ピーリングゴムとは、タイヤトレッド部から削ぎ取ったトレッドからなるくずゴムの一種をいう。米国再生ゴム協会の標準規格によれば、No.1ピーリング：布のついていないもの、No.2ピーリング：カーカスの布が丸々１プライ以上ついていないもの、No.3ピーリング：トレッドの一部分が欠如していること以外はNo.2ピーリングと同程度のもの等である。
【００３０】
また、前記バフ粉とは、高速で回転する研削砥石又はこれと同等のものによって擦りおろして得られるゴム粉末のことをいう。配合剤又は打ち粉として使用するために製造されるものと、加工中の副産物として得られるものとがある。本発明では、主に後者のバフ粉を対象とし、特に、タイヤ更生の際に得られるトレッド粉末が対象となる。
【００３１】
ここで、前記ピーリングゴム及び前記バフ粉は、いずれも、トレッド部を再度張り付けて加硫される更生タイヤ製造時にトレッド部から削ぎ取るか又は擦りおろしたゴムである。タイヤ構成部材の側面であるカーカス部材を用いる場合では、回収炭化物配合時に十分な硬度を維持することができず、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することができないおそれがあるからである。
【００３２】
さらに、前記ピーリングゴム及び前記バフ粉中の前記カーボンブラックの含有量が、合計で25質量％以上であることがより好ましい。25質量％未満の場合、前記カーボンブラックの含有量が少なすぎるため、十分な硬度を維持することができず、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することができない恐れがあるからである。
【００３３】
ここで、本発明では、前記熱分解炉２内に導入される無酸素ガスのガス流量を0.0015m3／s[ntp]〜0.0095m3／s[ntp]の範囲内に制御することが好ましい。これは、熱分解後の熱分解炉２内に残る炭化物の酸化を抑制し、ゴム用配合物として好適な炭化物を回収するために好適であるからである。
【００３４】
また、この廃棄物材料５と無酸素ガスとから熱分解ガスを発生させる工程においては、熱分解時の温度を300〜600℃に制御するのが好ましい。熱分解時の温度が上記特定した範囲内にあれば、廃棄物材料が溶融工程を経ずに、安定で且つ連続的な熱分解を行うことができる。もし、廃棄物材料を溶融した場合には、無酸素ガスとの接触機会が溶融物表面に限定されるため、熱分解速度が低下する。該熱分解時の温度が300℃未満では、熱分解反応が十分に進行せず、これによって、分解されるべき成分が完全に除去されない炭化物を生成するおそれがあるので好ましくなく、一方、600℃を超えると、上述の溶融現象の発生の可能性があり、また、生成した炭化物とガス中に含まれ得る成分（例えば、酸化物）との間で望ましくない改質反応や賦活反応が起こり、炭化物中の全酸性度を上昇させたり、又は多孔性でゴムへの補強効果に悪影響を及ぼし得る炭化物を生成するおそれがある。ここで、熱分解時の温度を制御するには、熱交換器１内で加熱される無酸素ガスや、熱分解炉４を外部から加熱する外部加熱手段７等を利用すればよい。
【００３５】
さらに、本発明による炭化物の製造方法は、さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記粉塵を回収した後の残ガスを清浄化する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることが好ましい。上記油分回収手段１１によって回収された油分を熱分解炉２へ循環供給することで、前記油分が触媒として役目を果たす結果、さらに熱分解効率を向上させることができるからである。
【００３６】
本発明においては、図示しないが、ガス流量を制御するため、ガス流量を測定するための流量計、その開度でガス流量を調整するためのバルブ、ガス流量を一定に保つための送風機（図示せず）等を設置することができる。また、前記炭化物の製造装置は、装置内の酸素濃度を1容量％以下に制御することが好ましい。該製造装置内の酸素濃度が1容量％以下であれば、熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物の酸化をより確実に抑制でき、品質が劣化せず、ゴム成分に配合してもゴム特性を十分に維持できる炭化物をより確実に得ることができる。なお、製造装置内の酸素濃度は、例えば、固体電解質ジルコニアベースの酸素濃淡セルを用いるジルコニア式酸素センサー等により測定できる。
【００３７】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005m3／s[ntp]に設定され、0.0045m3／s[ntp]〜0.0055m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから30分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0918 meq／gであった。
【００３９】
（実施例２）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0934 meq/gであった。
【００４０】
（実施例３）
図１に示す熱分解装置を用いて、更生用トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に更生用トラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）及び擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）（廃棄物材料５）をそれぞれ約8kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。
該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0918 meq／gであった。
【００４１】
（比較例）
図１に示す熱分解装置を用いて、廃トラック用タイヤを材料として熱分解により炭化物を回収した。なお、熱分解装置は、図１に示すように、熱交換器１、熱分解炉２、ガス発生器３、循環路４、廃棄物材料５、外部加熱手段７、酸素濃度検出器８、不活性ガス流量制御手段９、第一の油分回収装置１１ａ、第二の油分回収装置１１ｂ、回収タンク１２、排風機１３及び排ガス処理装置１４を備える。
詳細には、熱分解炉２（容量0.5 m3）内に廃トラック用タイヤの32分割裁断品（廃棄物材料５）を約15kg投入し、熱分解炉２内を窒素ガスで置換した後、熱分解装置系内の窒素ガスを循環させながら熱交換器１によりガス温度を約500℃まで上昇させて、この温度を保持した。なお、熱分解炉２内に導入される窒素ガスのガス流量は0.005 m3／s[ntp]に設定され、0.0045 m3／s[ntp]〜0.0055 m3／s[ntp]の範囲に制御し、熱分解装置系内での酸素濃度は1容量％以下の範囲に制御された。ここで、熱分解装置内の酸素濃度の測定には、ジルコニア式酸素センサー等を用いた。
熱交換器１による加熱を開始してから40分で、熱分解ガスが油分回収装置１１ａに溜出し始め、熱交換器１による加熱の開始から約2時間後に溜出が止まった。溜出の停止は熱分解反応が完了したことを示し、熱交換器１を止めて約12時間放置冷却した。その後、熱分解炉２から炭化物を取り出した。該炭化物中には、タイヤ材料であるスチールコード等が含まれるため、余分なタイヤ材料をマグネットセパレーターで除去した。余分なタイヤ材料が除去された炭化物をハンマー式の粉砕機で粒径が1mm以下の細粉に粉砕し、この粉砕物を、回転羽を有する風力分級機により分級することにより、粒径が50μm以上の粗粉を除去し、ゴム配合用微細炭化物を回収した。
次に、回収したゴム配合用微細炭化物に対して、全酸性度を上記の方法により測定したところ、0.0989 meq／gであった。
【００４２】
上述の結果から明らかなように、熱分解を受ける廃タイヤの材料として少なくともトラック用タイヤトレッド部の削りゴム（ピーリングゴム）及び／又は擦りおろしたゴム粉末（バフ粉）を含有させることにより、熱分解により得られる炭化物の性質、特にゴム配合用炭素材料であるカーボンブラックとほぼ類似した特性を有し、カーボンブラック代替物として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、品質が劣化せず、ゴム成分に配合した場合にゴムとの相互作用を十分に発現でき、ゴム補強用カーボンブラックの代替品として十分な性能を発揮することが可能な炭化物を、効率的に得ることができる。また、本発明による製造方法により得られた炭化物を含有するタイヤ用ゴム組成物を製造することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 熱交換器
２ 熱分解炉
３ ガス発生器
４ 循環路
５ 廃棄物材料
６ 分解装置
７ 外部加熱手段
８ 酸素濃度検出器
９ 不活性ガス流量制御手段
１１ 油分回収装置
１２ 回収タンク
１３ 排風機
１４ 排ガス処理手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、
前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【請求項２】
前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を、前記廃棄物材料中に合計で25質量％以上含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化物の製造方法。
【請求項３】
前記廃棄物材料の熱分解は、廃棄物材料を熱分解炉内に収容し、加熱された無酸素ガスを該熱分解炉内へ連続的に供給し、前記廃棄物材料を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解し、熱分解ガスを発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化物の製造方法。
【請求項４】
さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化物の製造方法。
【請求項１】
所定の廃棄物材料を熱分解させる工程を具える炭化物の製造方法であって、
前記所定の廃棄物材料が、ピーリングゴム及び／又はバフ粉を含むことを特徴とする炭化物の製造方法。
【請求項２】
前記ピーリングゴム及び／又は前記バフ粉を、前記廃棄物材料中に合計で25質量％以上含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化物の製造方法。
【請求項３】
前記廃棄物材料の熱分解は、廃棄物材料を熱分解炉内に収容し、加熱された無酸素ガスを該熱分解炉内へ連続的に供給し、前記廃棄物材料を該無酸素ガスと直接に接触させることにより熱分解し、熱分解ガスを発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化物の製造方法。
【請求項４】
さらに、熱交換器で前記無酸素ガスを加熱する工程と、前記熱分解ガスを冷却し、凝縮した油分を回収する工程と、前記油分を回収した後の残ガス中に含まれる粉塵を回収する工程と、前記廃棄物材料の熱分解後の熱分解炉内に残る炭化物を回収する工程とを具え、前記油分を前記熱分解炉内へ循環供給させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化物の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１６９８（Ｐ２０１２−１６９８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０８７４（Ｐ２０１０−１４０８７４）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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