JP6025912B1 - サポート材溶解廃液からの水溶性ポリエステル樹脂の回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法は、熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散した廃液から前記サポート材に含有される水溶性ポリエステル樹脂を回収する水溶性ポリエステル樹脂の回収方法である。本実施形態の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法は、前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する金属塩添加工程と、前記金属塩添加工程の後、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上で加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる水溶性ポリエステル樹脂析出工程と、前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程の後、析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する水溶性ポリエステル樹脂回収工程とを有する。本実施形態の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法は、前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して5質量部以上1000質量部以下であり、前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下である。
前記サポート材は、耐吸湿性、3Dプリンタによる造形性、及び廃液からの回収性の観点、並びに水性洗浄剤及び廃液の取扱時の安全性の観点から、水溶性ポリエステル樹脂を含有する。前記水溶性ポリエステル樹脂は、同様の観点から、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットA、スルホン酸塩基を有さないジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAの割合が10mol%以上50mol%以下である水溶性ポリエステル樹脂が好ましい。
(芳香族ジカルボン酸モノマーユニットA)
前記水溶性ポリエステル樹脂は、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットを有する。本明細書において、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸のモノマーユニットを芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAとも称する。また、当該芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAを誘導するための芳香族ジカルボン酸を芳香族ジカルボン酸Aとも称する。
前記水溶性ポリエステル樹脂は、スルホン酸塩基を有しないジカルボン酸モノマーユニットを有する。本明細書においてスルホン酸塩基を有しないジカルボン酸のモノマーユニットをジカルボン酸モノマーユニットBとも称する。また、当該ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸をジカルボン酸Bとも称する。ジカルボン酸Bはスルホン酸塩基を有しない。
前記水溶性ポリエステル樹脂は、ジオールモノマーユニットを有する。前記ジオールモノマーユニットを誘導するためのジオールを、ジオールCとも称する。
前記廃液は、熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散しているものである。
前記水性洗浄剤は、前記サポート材を溶解等させ、前記三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する事ができる水性洗浄剤であれば特に限定なく用いることが出来る。前記水性洗浄剤としては、pHが6〜8の中性水、又は当該中性水に陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤又は両性界面活性剤の1種又は2種以上の界面活性剤や水溶性溶剤、アルカリ等の添加剤を加えたもの等が例示できるが、経済性の観点から中性水がより好ましい。前記中性水としては、イオン交換水、純水、水道水、工業用水が例示できるが、経済性の観点からイオン交換水、水道水が好ましい。
前記金属塩添加工程は、前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する工程である。
前記金属塩は、廃液の安全性の観点から、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、カルシウム塩がより好ましい。
前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程は、前記金属塩添加工程の後、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上に加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる工程である。
前記水溶性ポリエステル樹脂回収工程は、前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程の後、析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する工程である。
本実施形態の水溶性ポリエステル樹脂の回収システムは、熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散した廃液から前記サポート材に含有される水溶性ポリエステル樹脂の回収システムである。本実施形態の回収システムは、前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する金属塩添加手段と、前記金属塩添加手段で、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上で加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる水溶性ポリエステル樹脂析出手段と、前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段で析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する水溶性ポリエステル樹脂回収手段とを有する。前記金属塩添加手段における前記金属塩の添加量は、前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して5質量部以上1000質量部以下であり、前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下である。
本実施形態の回収システムにおけるサポート材及び水溶性ポリエステル樹脂は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法におけるサポート材及び水溶性ポリエステル樹脂と同様のものである。
本実施形態の回収システムにおける廃液は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における廃液と同様のものである。
本実施形態の回収システムにおける水性洗浄剤は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における水性洗浄剤と同様のものである。
前記金属塩添加手段は、前記廃液中の水溶性ポリエステル樹脂量に基づき、前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する手段である。当該金属塩及び当該金属塩の添加量は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における金属塩と同様である。
前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段は、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上に加熱して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる手段である。前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段における加熱温度及び処理時間は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における水溶性ポリエステル樹脂析出工程の加熱温度及び処理時間と同様である。
前記水溶性ポリエステル樹脂回収手段は、前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段で析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する手段である。当該水溶性ポリエステル樹脂回収手段は、前記水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における水溶性ポリエステル樹脂回収工程で用いられる手法と同様である。
<2>前記水溶性ポリエステル樹脂が、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットA、スルホン酸塩基を有さないジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAの割合が、10mol%以上が好ましく、15mol%以上がより好ましく、18mol%以上が更に好ましく、20mol%以上がより更に好ましく、50mol%以下が好ましく、40mol%以下がより好ましく、30mol%以下が更に好ましく、25mol%以下がより更に好ましい、<1>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<3>前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAを誘導するための芳香族ジカルボン酸Aが、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸が更に好ましい、<2>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<4>前記水溶性ポリエステル樹脂中の前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAの含有量が、5mol%以上が好ましく、7.5mol%以上がより好ましく、9mol%以上が更に好ましく、10mol%以上がより更に好ましく、25mol%以下が好ましく、20mol%以下がより好ましく、15mol%以下が更に好ましく、13mol%以下がより更に好ましい、<2>又は<3>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<5>前記スルホン酸塩基を構成するスルホン酸基の対イオンが、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の無機陽イオン、モノエタノールアンモニウムイオン、ジエタノールアンモニウムイオン、トリエタノールアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の有機陽イオンが好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の陽イオンがより好ましく、ナトリウムイオン及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が更に好ましく、ナトリウムイオンがより更に好ましい、<2>〜<4>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<6>前記水溶性ポリエステル樹脂中の前記スルホン酸塩の含有量が、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上が更に好ましく、0.8mmol/g以上がより更に好ましく、0.9mmol/g以上がより更に好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.5mmol/g以下が更に好ましく、1.3mmol/g以下がより更に好ましく、1.2mmol/g以下がより更に好ましい、<2>〜<5>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<7>前記ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸Bが、芳香族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が更に好ましい、<2>〜<6>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<8>前記水溶性ポリエステル樹脂中の全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記ジカルボン酸モノマーユニットBの割合が、50mol%以上が好ましく、60mol%以上がより好ましく、70mol%以上が更に好ましく、75mol%以上がより更に好ましく、90mol%以下が好ましく、85mol%以下がより好ましく、82mol%以下が更に好ましく、80mol%以下がより更に好ましい、<2>〜<7>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<9>前記水溶性ポリエステル樹脂中の前記ジカルボン酸モノマーユニットBの含有量が、25mol%以上が好ましく、30mol%以上がより好ましく、35mol%以上が更に好ましく、38mol%以上がより更に好ましく、45mol%以下が好ましく、43mol%以下がより好ましく、41mol%以下が更に好ましく、40mol%以下がより更に好ましい、<2>〜<8>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<10>前記水溶性ポリエステル樹脂中の全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAと前記ジカルボン酸モノマーユニットBの合計の割合が、80mol%以上が好ましく、90mol%以上がより好ましく、95mol%以上が更に好ましく、98mol%以上がより更に好ましく、実質的に100質量%がより更に好ましく、100質量%がより更に好ましい、<2>〜<9>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<11>前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAと前記ジカルボン酸モノマーユニットBのmol比(前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットA/前記ジカルボン酸モノマーユニットB)は、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上が更に好ましく、20/80以上がより更に好ましく、同様の観点から50/50以下が好ましく、40/60以下がより好ましく、30/70以下が更に好ましく、25/75以下がより更に好ましい、<2>〜<10>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<12>前記ジオールモノマーユニットを誘導するためのジオールCが、脂肪族ジオールが好ましい、<2>〜<11>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<13>前記サポート材中の前記水溶性ポリエステル樹脂の含有量が、30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、70質量%以上がより更に好ましく、80質量%以上がより更に好ましく、90質量%以上がより更に好ましく、95質量%以上がより更に好ましく、実質的に100質量%がより更に好ましく、100質量%がより更に好ましい、<1>〜<12>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<14>前記サポート材が、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリ(エチレングリコール/プロピレングリコール)、カルボキシメチルセルロース、及び澱粉等の水溶性ポリマー、;ポリメタクリル酸メチル等の疎水性ポリマー、;ハードセグメントとソフトセグメントからなるポリエーテルエステル、ポリエーテルエステルアミド、ポリウレタン等のエラストマー、イオン性モノマーや水溶性非イオン性モノマーと疎水性モノマーのブロック共重合体、スチレン−ブタジエン、メタクリル酸アルキル(炭素数1〜18)−アクリル酸アルキル(炭素数1〜18)等から構成される熱可塑性エラストマー、;疎水性のゴムにポリアクリル酸やN,N−ジメチルアクリルアミド等のポリマーをグラフトさせたグラフトポリマーや、シリコーンにポリオキサゾリンやN,N−ジメチルアクリルアミドがグラフトしたグラフトポリマー等のグラフトポリマー、;アクリル酸やメタクリル酸等のカルボキシル基を有するモノマー、メタクリル酸グリシジル等のエポキシ基を有するモノマー、N,N−ジメチルアクリルアミド等のアミド基を有するモノマー等と共重合したエチレンやアクリル酸アルキル(炭素数1〜18)との共重合体、;アクリルゴム、天然ゴムラテックス等の衝撃緩衝剤からなる郡から選ばれる1種以上をさらに含有する、<1>〜<13>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<15>前記金属塩を添加する前の前記廃液に溶解しているサポート材の量、及び分散しているサポート材の量の合計が、前記水性洗浄剤100質量部に対して0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましく、1.0質量部以上が更に好ましく、1.5質量部以上がより更に好ましく、2.0質量部以上がより更に好ましく、また、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が更に好ましく、7質量部以下がより更に好ましく、5質量部以下がより更に好ましく、4質量部以下がより更に好ましい、<1>〜<14>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<16>前記金属塩を添加する前の前記廃液に溶解している水溶性ポリエステル樹脂の量、及び分散している水溶性ポリエステル樹脂の量の合計が、前記水性洗浄剤100質量部に対して0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましく、1.0質量部以上が更に好ましく、1.5質量部以上がより更に好ましく、2.0質量部以上がより更に好ましく、また、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が更に好ましく、7質量部以下がより更に好ましく、5質量部以下がより更に好ましく、4質量部以下がより更に好ましい、<1>〜<15>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<17>前記水性洗浄剤が、pHが6〜8の中性水、又は当該中性水に陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤又は両性界面活性剤の1種又は2種以上の界面活性剤や水溶性溶剤、アルカリ等の添加剤を加えたものが好ましく、中性水がより好ましく、イオン交換水、純水、水道水、工業用水がより好ましく、イオン交換水、水道水が更に好ましい、<1>〜<16>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<18>前記金属塩が、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、カルシウム塩がより好ましい、<1>〜<17>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<19>前記カルシウム塩が、塩化カルシウム、及び硫酸カルシウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましく、塩化カルシウムがより好ましい、<1>〜<18>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<20>前記マグネシウム塩が、塩化マグネシウム、及び硫酸マグネシウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましく、塩化マグネシウムがより好ましい、<1>〜<19>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<21>前記ナトリウム塩が、塩化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び硫酸ナトリウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましく、塩化カルシウムがより好ましい、<1>〜<20>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<22>前記カリウム塩が、塩化カリウム、及び硫酸カリウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましく、塩化カルシウムがより好ましい、<1>〜<21>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<23>前記アルミニウム塩が、塩化アルミニウム、及び硫酸アルミニウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましく、硫酸アルミニウムがより好ましい、<1>〜<22>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<24>前記鉄塩が、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(II)からなる群より選ばれる1種以上が好ましい、<1>〜<23>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<25>前記溶解度が、1g/100cm3以上であり、5g/100cm3以上がより好ましく、10g/100cm3以上が更に好ましく、20g/100cm3以上より更に好ましく、50g/100cm3以上がより更に好ましく、70g/100cm3以上がより更に好ましい、<1>〜<24>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<26>前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合、前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、前記廃液中に溶解等している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して、5質量部以上であり、10質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、30質量部以上が更に好ましく、40質量部以上がより更に好ましい、<1>〜<25>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<27>前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合、前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、経済性の観点から、前記廃液中に溶解等している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して、1000質量部以下であり、700質量部以下が好ましく、500質量部以下がより好ましく、350質量部以下が更に好ましく、200質量部以下がより更に好ましく、100質量部以下がより更に好ましく、70質量部以下がより更に好ましい、<1>〜<26>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<28>前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合、前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、前記廃液中に溶解等している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して、100質量部以上であり、150質量部以上が好ましく、200質量部以上がより好ましく、300質量部以上が更に好ましく、350質量部以上がより更に好ましい、<1>〜<27>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<29>前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合、前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、前記廃液中に溶解等している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して、1000質量部以下であり、700質量部以下が好ましく、500質量部以下がより好ましい、<1>〜<28>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<30>前記金属塩添加工程において、前記廃液を撹拌しながら前記金属塩を添加するのが好ましい、<1>〜<29>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<31>前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程において、前記金属塩が添加された廃液を加熱処理する際の温度が、30℃以上であり、40℃以上が好ましく、45℃以上がより好ましく、50℃以上が更に好ましい、<1>〜<30>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<32>前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程において、前記金属塩が添加された廃液を加熱処理する際の温度が、100℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましく、75℃以下が更に好ましく、70℃以下がより更に好ましい、<1>〜<31>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<33>前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程において、前記金属塩が添加された廃液を加熱処理する時間が、1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、10分以上が更に好ましく、生産効率、経済性の観点から、3時間以下が好ましく、2時間以下がより好ましく、1時間以下が更に好ましく、30分以下がより更に好ましい、<1>〜<32>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<34>前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程において、前記水溶性ポリエステル樹脂を析出させやすくする観点から、金属塩が添加された廃液を撹拌し、混合するのが好ましい、<1>〜<33>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<35>前記水溶性ポリエステル樹脂回収工程において、析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する手法が、遠心分離、濾過、及びデカンテーションの少なくともいずれかが好ましく、濾過がより好ましい、<1>〜<34>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<36>前記水溶性ポリエステル樹脂回収工程における回収率が、60%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が更に好ましく、90%以上がより更に好ましく、100%以上がより更に好ましい、<1>〜<35>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
<37>熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散した廃液から前記サポート材に含有される水溶性ポリエステル樹脂の回収システムであって、前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する金属塩添加手段と、前記金属塩添加手段で、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上で加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる水溶性ポリエステル樹脂析出手段と、前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段で析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する水溶性ポリエステル樹脂回収手段とを有し、前記金属塩添加手段における前記金属塩の添加量が、前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して5質量部以上1000質量部以下であり、前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下である、水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<38>前記サポート材が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法におけるサポート材と同様のものである、<37>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<39>前記水溶性ポリエステル樹脂が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における水溶性ポリエステル樹脂と同様のものである、<37>又は<38>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<40>前記廃液が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における廃液と同様のものである、<37>〜<39>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<41>前記水性洗浄剤が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における水性洗浄剤と同様のものである、<37>〜<40>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<42>前記金属塩が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における金属塩と同様のものである、<37>〜<41>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<43>前記金属塩の添加量が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法における金属塩の添加量と同様のものである、<37>〜<42>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<44>前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段における加熱温度及び処理時間が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法の水溶性ポリエステル樹脂析出工程における加熱温度及び処理時間と同様のものである、<37>〜<43>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
<45>前記水溶性ポリエステル樹脂回収手段が、<1>〜<36>に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法の水溶性ポリエステル樹脂回収工程で用いられる手法と同様のものである、<37>〜<44>いずれかに記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
〔分析方法〕
[水溶性ポリエステル樹脂のジカルボン酸組成、ジオール組成]
Agilent社製NMR、MR400を用いたプロトンNMR測定により、ジカルボン酸モノマーユニットの組成、及びジオールモノマーユニットの組成を求めた。
上記で求めたイソフタル酸塩基モノマーユニットの組成からポリエステル中のスルホン酸塩基量(mmol/g)を下式に従い算出した。但し、全ジカルボン酸モノマーユニットのmol数と全ジオールモノマーユニットのmol数は等しいと仮定した。
スルホン酸塩基量(mmol/g)=A×1000/(A×(Ms+Mo)+(100−A)×(Mc+Mo)−2×18.0×100)
・A:全ジカルボン酸モノマーユニット中のイソフタル酸塩基モノマーユニットの割合(mol%)
・Ms:スルホイソフタル酸塩(遊離ジカルボン酸型)の分子量
・Mo:ジオールの分子量(ただし、ジオール種が複数の場合は数平均分子量)
・Mc:イソフタル酸塩基以外のジカルボン酸の分子量(ただし、該ジカルボン酸種が複
数の場合は数平均分子量)
下記条件により、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)法を用いて標準ポリスチレンから校正曲線を作成し、重量平均分子量(Mw)を求めた。
(測定条件)
・装置:HLC−8320 GPC(東ソー株式会社、検出器一体型)
・カラム:α−M×2本(東ソー株式会社製、7.8mmI.D.×30cm)
・溶離液:60mmol/lリン酸+50mmol/l臭素化リチウム/ジメチルホルムアミド溶液
・流量:1.0ml/min
・カラム温度:40℃
・検出器:RI検出器
・標準物質:ポリスチレン
プレス機(東洋精機製作所社製 ラボプレスP2−30T)を用い、サンプルを200℃/20MPaの温度/圧力で2分間プレスした後、急冷することにより厚み0.4mmのシートを作成した。このシートから5〜10mgのサンプルをハサミで切り出し、アルミパンに精秤して封入し、DSC装置(セイコーインスツル株式会社製DSC7020)を用い、30℃から250℃まで10℃/minで昇温させた後、急速に30℃まで冷却した。再び10℃/minで250℃まで昇温させて得られたDSC曲線より、ガラス転移温度(℃)を求めた。
1Lステンレス製セパラブルフラスコ(K字管、撹拌機、窒素導入管付)にテレフタル酸ジメチル194g、エチレングリコール186g、およびチタンテトライソプロポキド0.455gを仕込んで昇温し、常圧、窒素雰囲気下、バス温210℃で2時間加熱してエステル交換反応を行った。90℃まで冷却後、5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム80.7gを添加して昇温し、190〜210℃/常圧で2時間反応させた。その後、200℃/2kPa〜240℃/200Paで2.5h、235℃/270Pa〜245℃/12Paで2.5h加熱して重縮合を行い、サポート材の主な構成成分となる白色固体(室温)の水溶性ポリエステル樹脂1を得た。
〔性能評価方法〕
[濾過性評価方法]
下記実施例における、凝集した水溶性ポリエステル樹脂を減圧濾過(減圧度:−0.1MPa、ブフナー漏斗:70mm、フィルター:アドバンテック社製、濾紙 No.5C/70mm)により濾別する過程において、濾過が終了するまでの時間を測定して濾過性の評価とした。
上記実施例において、回収された水溶性ポリエステル樹脂の乾燥質量を測定し、下記式によって水溶性ポリエステル樹脂回収率を算出した。
水溶性ポリエステル樹脂回収率(%)=回収された水溶性ポリエステル樹脂質量/溶解前の水溶性ポリエステル樹脂質量×100
前記水溶性ポリエステル樹脂1をコーヒーミル(大阪ケミカル株式会社製 Mini Blender)にて粉砕(粉砕時間は120秒)してポリマー粉末とした後、下記表1に記載した質量比となる量のポリマー粉末をイオン交換水10gに分散させ70℃のウォーターバス中で10分間加熱し溶解させ室温まで冷却しサポート材に含有される前記水溶性ポリエステル樹脂が溶解したモデル廃液とした。この廃液に下記表1に記載した質量比となる量の金属塩を加え、得られた水溶液もしくは水分散液を表1に示す加熱温度のウォーターバス中で5分間加熱した。その後、凝集した水溶性ポリエステル樹脂を減圧濾過により濾別(アドバンテック社製、濾紙No5C/70mm)し、少量のイオン交換水で洗浄した後、乾燥した。濾過性、水溶性ポリエステル樹脂回収率の評価結果を表1に示す。なお、表1中、水溶性ポリエステル樹脂回収率が100%を超えるものがあるが、これは回収された水溶性ポリエステル樹脂質量に、水溶性ポリエステル樹脂と結合した金属塩の質量が含まれていることが原因である。
水溶性ポリエステル樹脂1の代わりに、水溶性ポリエステル樹脂1 100質量部とクラリティLA4285(株式会社クラレ製、メタクリル酸メチルとアクリル酸ブチルから構成される熱可塑性エラストマー)20質量部をラボプラストミル30C150(東洋精機製)にて混練(混練温度:180℃、混練時間:10分間、90rpm)したサポート材組成物を用いたこと以外は、前記実施例と同様とした。
造形材としてABS樹脂、サポート材として水溶性ポリエステル樹脂1を用い、熱溶融積層方式3Dプリンタに供給して得られる三次元物体前駆体を、中性水に浸漬してサポート材を溶解・除去する工程で生じる廃液において、該廃液中に存在する水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して50質量部となる量の塩化カルシウムを廃液に添加し、その後、廃液を50℃に加熱し、生じる凝集物を濾過により分離すれば、凝集物である水溶性ポリエステル樹脂を廃液から回収することができる。
Claims (7)
- 熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散した廃液から前記サポート材に含有される水溶性ポリエステル樹脂を回収する水溶性ポリエステル樹脂の回収方法であって、
前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する金属塩添加工程と、
前記金属塩添加工程の後、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上で加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる水溶性ポリエステル樹脂析出工程と、
前記水溶性ポリエステル樹脂析出工程の後、析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する水溶性ポリエステル樹脂回収工程とを有し、
前記金属塩添加工程における前記金属塩の添加量が、前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して5質量部以上1000質量部以下であり、前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下である、水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。 - 前記水溶性ポリエステル樹脂が、スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットA、スルホン酸塩基を有さないジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAの割合が10mol%以上50mol%以下である、請求項1に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
- 前記芳香族ジカルボン酸モノマーユニットAを誘導するための芳香族ジカルボン酸Aが、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上である、請求項2に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
- 前記ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸Bが、芳香族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上を含む、請求項2又は3に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
- 前記水溶性ポリエステル樹脂中の前記スルホン酸塩基の含有量が0.5mmol/g以上3mmol/g以下である、請求項2〜4いずれか1項に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
- 前記金属塩を添加する前の廃液に溶解している水溶性ポリエステル樹脂の量と分散している水溶性ポリエステル樹脂の量の合計が、前記水性洗浄剤100質量部に対して0.1質量部以上20質量部以下である、請求項1〜5いずれか1項に記載の水溶性ポリエステル樹脂の回収方法。
- 熱溶融積層方式による三次元物体の製造過程で、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を水性洗浄剤に接触させて三次元物体前駆体から前記サポート材を除去する際に生じる、前記サポート材が溶解及び/又は分散した廃液から前記サポート材に含有される水溶性ポリエステル樹脂の回収システムであって、
前記廃液に、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれ、水への溶解度が1g/100cm3以上である金属塩からなる群より選ばれる1種以上を添加する金属塩添加手段と、
前記金属塩添加手段で、前記金属塩が添加された廃液を30℃以上で加熱処理して水溶性ポリエステル樹脂を析出させる水溶性ポリエステル樹脂析出手段と、
前記水溶性ポリエステル樹脂析出手段で析出した水溶性ポリエステル樹脂を前記廃液から分離及び回収する水溶性ポリエステル樹脂回収手段とを有し、
前記金属塩添加手段における前記金属塩の添加量が、前記金属塩がカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、及び鉄塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して5質量部以上1000質量部以下であり、前記金属塩がナトリウム塩、及びカリウム塩からなる群より選ばれるいずれか1種以上の場合は前記廃液中に溶解及び/又は分散している前記水溶性ポリエステル樹脂100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下である、水溶性ポリエステル樹脂の回収システム。
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