二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置
【課題】二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を安定して安価に造粒する。
【解決手段】加熱冷却可能なシリンダ４内に互いに同方向回転する一対のスクリュ３を有する二軸押出機１を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料７を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、前記シリンダ４の原料供給の開口部５の軸方向長さ(L)を１．７Ｄよりも長く５Ｄ以下とし、前記開口部５下の各スクリュ３には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料７に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部２１からガス成分を除去し、前記シリンダ先端４ａに設けたダイス２２と造粒装置２３により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する。
【解決手段】加熱冷却可能なシリンダ４内に互いに同方向回転する一対のスクリュ３を有する二軸押出機１を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料７を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、前記シリンダ４の原料供給の開口部５の軸方向長さ(L)を１．７Ｄよりも長く５Ｄ以下とし、前記開口部５下の各スクリュ３には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料７に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部２１からガス成分を除去し、前記シリンダ先端４ａに設けたダイス２２と造粒装置２３により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置に関し、特に、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を安定して安価に造粒するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の原料を処理する装置及び方法として、特許文献１及び特許文献２に掲載されている方法及び装置がある。
図６は、特許文献１の構成よりなる第１従来例であり、車両内装用ボード基盤材のリサイクルプロセスを示している。
車両内装品の端材(A)の上部素材を除いたリサイクル廃材(B)と、バンパー廃材(E)を粉砕機(C)、（F）によって所望の大きさに裁断し、造粒機(D)、(G)により微粉砕される。その後、ミキサー(H)でバージン材とプリブレンドされ、シート押出機Ｉに投入される。シート押出機Ｉで、均一にプリブレンドされた原料が溶融し、シート状に押出され、ボードの基盤３１が製造される。
【０００３】
また、第２従来例として、特許文献２の構成を挙げることができる。すなわち、嵩高い原料を減容、粉砕、溶融させるため、バッチ式の加圧式ニーダー３０及び二軸テーパー式シート押出機１が使用されている。同公報には図示されていないが、例えば図７に示すように加圧式ニーダー３０で減容、粉砕、溶融した原料は、排出ドア２１から、図８に示す専用のスクリュ３を内挿した二軸テーパー式シート押出機１に投入して、リサイクルシートが製造される。
この場合、原料を減容、粉砕、溶融させるために、図７のブレード３ａで剪断力を加え、過剰に発熱するのを避けるために、ウォータージャケット２０に水を流すことで除熱し、温度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７０３４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０５０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献２で使用されるバッチ式の加圧ニーダーでは、生産性を向上するためには、嵩高い原料を減容、粉砕、溶融、混練させる混練槽の容積を大きくする必要があり、装置が大型化になる。大型化になることで、ウォータージャケットによる除熱効果が低下し、ブレードの剪断力で過剰に発熱した原料の温度調整が困難になる問題がある。また、バッチ式であるため、生産が不連続であり生産性が落ちる問題がある。バッチ式の加圧ニーダーで減容、粉砕、溶融後、吐出された原料の溶融物は、大きな塊となるため、専用の二軸テーパー式シート押出機が必要であり、容易に減容、粉砕、溶融した原料をシート以外の別な用途へ活用できない問題がある。
次に、特許文献１で提示されている方法では、リサイクルシートの品質を安定させるために、ミキサーでバージン材とプリブレンドする際にブレンドムラをなくし均一混合する必要がある。そのため、廃材をバージン材と同等サイズの形状まで細かくする必要がある。また、廃材を細かく粉砕することで、シート成形押出機への食い込みが向上し安定した運転が可能となり、シートの生産性が向上する。そのため、廃材の粉砕工程には、多くの装置が必要となる問題があり、かつ、リサイクルシートを製造する上で、複数の工程が必要となり、時間や、費用が増加してしまう問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法は、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する方法であり、また、本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置は、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する構成である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向の長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する方法と構成であるため、この発明によれば、二軸押出機に、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に食い込ませることができるため、原料の粉砕工程の装置の数を少なくすることができ、かつ品質の安定、生産の安定、生産性の向上、製造時間や費用を低下することができる。
また、押出機内の混練部に、水を供給原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備することにより、原料と水の混合による見かけの溶融粘度が低下し、スクリュの剪断応力が低下し原料の発熱を抑制できる。また、水が発熱し蒸発することで、原料から熱エネルギーを奪うため、シリンダの水冷ジャケットだけでなく過剰な発熱を抑制することができ、かつ、ベントでは、水分を除去すると共に、不純なガスも除去することができるため、シート成形時にトラブルとなる、シートの発泡も抑制することができる。また、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒することで、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができる。
また、この発明の方法及び装置では、原料温度を抑え、造粒することができるため、二成分で熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が低い原料だけ溶融させ、熱変形温度が高い原料は溶融させないで粉砕混合することが可能になる。三成分で各々熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が高い二成分原料を溶融させないで粉砕混合したり、二成分を溶融させ、一成分を溶融させないで粉砕混合することが可能になる。
更に、本発明において、従来の装置では原料の温度調整が困難になる問題に対して、二軸押出機を使用し、押出機内に水を原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、ベントから除去することにより、原料の発熱を抑制でき、かつ、温度調整ができるようにした。
また、バッチ式であるため、生産が不連続であり生産性が落ちる問題に対して、搬送能力と溶融混合能力が高い二軸押出機を使用し、連続生産できるようになり、生産性が向上した。
また、従来のバッチ式の加圧ニーダーで減容、粉砕、溶融後、吐出された原料の溶融物は、大きな塊となるため、専用の二軸テーパー式シート押出機が必要であり、容易に減容、粉砕、溶融した原料をシート以外の別な用途へ活用できないが、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒することで、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができるようにした。
更に、廃材の粉砕工程には、多くの装置が必要となる問題があり、かつ、リサイクルシートを製造する上で、複数の工程が必要となり、時間や、費用が増加してしまう問題に対して、二軸押出機の原料供給の開口部（ホッパー）の軸方向の長さ（Ｌ）を１．７Ｄより長く５Ｄ以下として開口面積を大きくし、スクリュの軸直角の断面形状において断面積を大きく確保できるスクリュを使用することにより、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に食い込ませることができるようにした。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の開口部下のスクリュを示す拡大構成図である。
【図３】シリンダー内に挿入された図２の角フライトスクリュの軸断面図である。
【図４】従来の原料供給部の開口部を示す説明図である。
【図５】本発明で使用された原料供給部の開口部を示す説明図である。
【図６】第１従来構成を示す工程図である。
【図７】第２従来例のバッチ式加圧ニーダーである。
【図８】第２従来例に用いられている二軸テーパー式シート押出機である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、以上の問題を解決するために、二軸スクリュ押出機を使用し、原料供給の開口部（ホッパー）の軸方向の長さ（Ｌ）を１．７Ｄより長く５Ｄ以下として開口面積を大きくし、スクリュの軸直角の断面形状において断面積を大きく確保できる角フライト、又は、半角フライトスクリュを使用し、押出機内に水を原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備し、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒する、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒するための二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは、粉砕混合造粒装置２に用いられる二軸同方向回転型のスクリュ３を加熱冷却可能なシリンダ４内に内設した二軸押出機であり、各スクリュ３は図示しない駆動機により同方向回転し、各スクリュ３は互いに噛み合っている。
【００１１】
前記シリンダ４の上流位置には、開口部５からなる原料供給部６が形成され、この開口部５からは、二成分以上でかつ熱変形温度が異なるプラスチック原料７が供給され、この開口部５の形状は、その軸方向Ａに沿う軸方向長さＬがシリンダ４のシリンダ内径Ｄの１．７Ｄ（Ｄ×１．７）より長く５Ｄ（Ｄ×５）以下で設定されて大きい開口面積となるように構成されている。尚、図１では、図示の関係上、開口部５は１．７Ｄより長く５Ｄ以下の長さのものを省略して短く概念的に示している。
【００１２】
前記シリンダ４の上流側から下流側にかけて、第１輸送部９、第１混練部１０、第２輸送部１１、第２混練部１２、第３輸送部１３、第３混練部１４、第４輸送部１５、第４混練部１６、第５輸送部１７、第５混練部１８、第６輸送部１９が構成されている。
従って、前記開口部５から供給されたプラスチック原料７には各混練部１０，１２，１４，１６，１８で可塑化分散混練され、シリンダ４の水添のノズル２０より注水が行われ、シリンダ先端側４ａに位置する真空ベント部２１でガス成分等が脱揮される。
【００１３】
前述の各スクリュ３において、第１輸送部９のスクリュのうち前記開口部５下に配置されるスクリュは、軸直角の断面形状において断面積を大きく取れる角フライト又は、半角フライトスクリュで構成されているため、素粉砕された大きい形状のプラスチック原料７でもシリンダ４内で十分に喰い込ませることができる。
また、シリンダ４内の混練原料に対して水を０．６％以上４％未満で供給することにより、発熱させずに、減容、粉砕、溶融、混合させた原料をシリンダ４から排出することができ、また、ベント部２１を排出前に配備していることからガス成分等を除去することができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、二軸押出機１に、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に喰い込ませることができるため、原料の粉砕工程の装置の数を少なくすることができ、かつ品質の安定、生産の安定、生産性の向上、製造時間や費用を低下することができる。
また、二軸押出機１内の混練部１２に、水を供給原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備することにより、原料と水の混合による見かけの溶融粘度が低下し、スクリュ３の剪断応力が低下し原料の発熱を抑制できる。また、水が発熱し蒸発することで、原料から熱エネルギーを奪うため、シリンダ４の水冷ジャケットだけでなく過剰な発熱を抑制することができ、かつ、ベント部２１では、水分を除去すると共に、不純なガスも除去することができるため、シート成形時にトラブルとなる、シートの発泡も抑制することもできる。また、押出機先端にダイス２２と造粒装置２３が直接配備されているため、排出した溶融原料を直ちにペレット状に造粒することができ、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができる。
また、この発明の方法及び装置では、原料温度を抑え、造粒することができるため、二成分で熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が低い原料だけ溶融させ、熱変形温度が高い原料は溶融させないで粉砕混合することが可能になる。三成分で各々の熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が高い二成分原料を溶融させないで粉砕混合したり、二成分を溶融させ、一成分を溶融させないで粉砕混合する種々の方法が可能になる。
【００１５】
次に、本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置の実験例について説明する。
実験例１
原料：ポリオレフィン系ポリマーベースの廃材
原料形状：５〜２０ｍｍ角、厚さ５ｍｍ
二軸押出機：日本製鋼所（株）製同方向回転噛み合い型二軸押出機
ＴＥＸ４４αＩＩ−４２ＢＷ−Ｖ（シリンダ内径：４７φｍｍ）
図１は、実験で用いたスクリュ、シリンダ構成を示す。図１の構成は、前述したように、６は原料供給部、２０は水添ノズル、２１はベント部を示す。スクリュ３は、第１輸送部９、第１混練部１０、第２輸送部１１、第２混練部１２、第３輸送部１３、第３混練部１４、第４輸送部１５、第４混練部１６、第５輸送部１７、第５混練部１８、第６輸送部１９で構成されている。
前記第１混練部１０で、原料を溶融させ、各混練部で混練分散させる。
水添ノズル２０から、条件により水を押出機内に添加し、溶融した原料に混ぜ込み、ベント部２１で原料から分離したガス成分や水蒸気などを真空除去した。
押出機先端には、ダイス２２が設置されており、溶融混練された原料が押出され、図示していないカッターが、押出機先端に直結されており、押し出された原料をペレットに加工した。
押出し原料温度は、ハンディータイプの熱電対により、押出された原料に接触させ測定した。
造粒状態は、ペレット加工することの可否で判断した。
真空ベント状態は、真空下でガスを除去している状態で、押出機内部からベント部２１の穴を通じて、原料が上昇し飛散することの有無で判断した。
この実験例１の実験結果を表１の第１表に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
水を添加しない場合、溶融させた原料をペレット加工することができなかった。
水を添加した場合、水を添加しない場合と比較し、樹脂温度を低下させることができ、かつ、ペレット加工することができたが、水４．０％で添加すると真空ベントから僅かであるが溶融した原料の上昇と飛散が確認された。
【００１８】
実験例２
原料：スチレン系ポリマーベースのフィルム粉砕品（嵩密度０．２６ｇ／ｃｃ）
二軸押出機：日本製鋼所（株）製同方向回転噛み合い型二軸押出機
ＴＥＸ４４αＩＩ（シリンダ内径：４７φｍｍ）
図２及び図３に、実験で用いたホッパーすなわち原料供給部６下スクリュの外観図と、シリンダ内部に挿入された場合のシリンダ内部の軸断面図を示す。
【００１９】
図４及び図５にホッパーすなわち原料を押出機内部に供給する原料供給部６の開口部５の穴形状を示し、図４はＮｏ．１で、図５はＮｏ．２形状である。
実験結果を表２の第２表に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
Ｎｏ．１形状とＮｏ．２形状では、Ｎｏ．１形状の方が、開口穴が小さく、軽微ではあるが開口穴上に原料が詰まる現象（ブリッジ）が発生した。Ｎｏ．２形状のように開口穴を拡大することで、Ｎｏ．１形状で発生した原料が詰まりはなく、同じスクリュ回転速度で約２．７倍の原料供給量を処理することができた。
【００２２】
なお、原料供給部６の軸方向の最大開口長Ｌは、本実験例では５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）で実施したが、５Ｄを超える長さでも原料の供給自体は可能である。しかしながら、シリンダのブロック長を考慮すると、通常１つのシリンダブロックで開けることができる軸方向の長さＬは最大でも５Ｄである。このため、５Ｄを超える開口長では特別仕様となり、製作加工が困難かつ製造コストも上がることになる。
また、５Ｄを超える開口長になると、シリンダ構造上の強度が低下し、加熱冷却による熱膨張や冷却による熱ヒズミに対し、変形が大きくなり、破損の恐れがある。さらには装置全体も長くなり、設置スペースを必要以上に取ることになる。したがって現実的な面を考慮すると、軸方向の開口長Ｌの上限値は、５Ｄとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、プラスチックの再生だけではなく、通常の樹脂ペレット造粒にも適用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 二軸押出機
２ 粉砕混合造粒装置
３ スクリュ
４ シリンダ
５ 開口部
６ 原料供給部
７ プラスチック原料
Ｌ 軸方向長さ
Ｄ シリンダ内径
９ 第１輸送部
１０ 第１混練部
１１ 第２輸送部
１２ 第２混練部
１３ 第３輸送部
１４ 第３混練部
１５ 第４輸送部
１６ 第４混練部
１７ 第５輸送部
１８ 第５混練部
１９ 第６輸送部
２０ 水添ノズル
２１ ベント部
２２ ダイス
２３ 造粒装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置に関し、特に、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を安定して安価に造粒するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の原料を処理する装置及び方法として、特許文献１及び特許文献２に掲載されている方法及び装置がある。
図６は、特許文献１の構成よりなる第１従来例であり、車両内装用ボード基盤材のリサイクルプロセスを示している。
車両内装品の端材(A)の上部素材を除いたリサイクル廃材(B)と、バンパー廃材(E)を粉砕機(C)、（F）によって所望の大きさに裁断し、造粒機(D)、(G)により微粉砕される。その後、ミキサー(H)でバージン材とプリブレンドされ、シート押出機Ｉに投入される。シート押出機Ｉで、均一にプリブレンドされた原料が溶融し、シート状に押出され、ボードの基盤３１が製造される。
【０００３】
また、第２従来例として、特許文献２の構成を挙げることができる。すなわち、嵩高い原料を減容、粉砕、溶融させるため、バッチ式の加圧式ニーダー３０及び二軸テーパー式シート押出機１が使用されている。同公報には図示されていないが、例えば図７に示すように加圧式ニーダー３０で減容、粉砕、溶融した原料は、排出ドア２１から、図８に示す専用のスクリュ３を内挿した二軸テーパー式シート押出機１に投入して、リサイクルシートが製造される。
この場合、原料を減容、粉砕、溶融させるために、図７のブレード３ａで剪断力を加え、過剰に発熱するのを避けるために、ウォータージャケット２０に水を流すことで除熱し、温度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７０３４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０５０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献２で使用されるバッチ式の加圧ニーダーでは、生産性を向上するためには、嵩高い原料を減容、粉砕、溶融、混練させる混練槽の容積を大きくする必要があり、装置が大型化になる。大型化になることで、ウォータージャケットによる除熱効果が低下し、ブレードの剪断力で過剰に発熱した原料の温度調整が困難になる問題がある。また、バッチ式であるため、生産が不連続であり生産性が落ちる問題がある。バッチ式の加圧ニーダーで減容、粉砕、溶融後、吐出された原料の溶融物は、大きな塊となるため、専用の二軸テーパー式シート押出機が必要であり、容易に減容、粉砕、溶融した原料をシート以外の別な用途へ活用できない問題がある。
次に、特許文献１で提示されている方法では、リサイクルシートの品質を安定させるために、ミキサーでバージン材とプリブレンドする際にブレンドムラをなくし均一混合する必要がある。そのため、廃材をバージン材と同等サイズの形状まで細かくする必要がある。また、廃材を細かく粉砕することで、シート成形押出機への食い込みが向上し安定した運転が可能となり、シートの生産性が向上する。そのため、廃材の粉砕工程には、多くの装置が必要となる問題があり、かつ、リサイクルシートを製造する上で、複数の工程が必要となり、時間や、費用が増加してしまう問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法は、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する方法であり、また、本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置は、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する構成である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、加熱冷却可能なシリンダ内に互いに同方向回転する一対のスクリュを有する二軸押出機を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダの原料供給の開口部の軸方向の長さを１．７Ｄより長く５Ｄ以下とし、前記開口部下の各スクリュには、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ内に水を前記プラスチック原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料を前記シリンダから排出する前にベント部からガス成分を除去し、前記シリンダ先端に設けたダイスと造粒装置により溶融状の前記プラスチック原料をペレット状に造粒する方法と構成であるため、この発明によれば、二軸押出機に、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に食い込ませることができるため、原料の粉砕工程の装置の数を少なくすることができ、かつ品質の安定、生産の安定、生産性の向上、製造時間や費用を低下することができる。
また、押出機内の混練部に、水を供給原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備することにより、原料と水の混合による見かけの溶融粘度が低下し、スクリュの剪断応力が低下し原料の発熱を抑制できる。また、水が発熱し蒸発することで、原料から熱エネルギーを奪うため、シリンダの水冷ジャケットだけでなく過剰な発熱を抑制することができ、かつ、ベントでは、水分を除去すると共に、不純なガスも除去することができるため、シート成形時にトラブルとなる、シートの発泡も抑制することができる。また、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒することで、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができる。
また、この発明の方法及び装置では、原料温度を抑え、造粒することができるため、二成分で熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が低い原料だけ溶融させ、熱変形温度が高い原料は溶融させないで粉砕混合することが可能になる。三成分で各々熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が高い二成分原料を溶融させないで粉砕混合したり、二成分を溶融させ、一成分を溶融させないで粉砕混合することが可能になる。
更に、本発明において、従来の装置では原料の温度調整が困難になる問題に対して、二軸押出機を使用し、押出機内に水を原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、ベントから除去することにより、原料の発熱を抑制でき、かつ、温度調整ができるようにした。
また、バッチ式であるため、生産が不連続であり生産性が落ちる問題に対して、搬送能力と溶融混合能力が高い二軸押出機を使用し、連続生産できるようになり、生産性が向上した。
また、従来のバッチ式の加圧ニーダーで減容、粉砕、溶融後、吐出された原料の溶融物は、大きな塊となるため、専用の二軸テーパー式シート押出機が必要であり、容易に減容、粉砕、溶融した原料をシート以外の別な用途へ活用できないが、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒することで、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができるようにした。
更に、廃材の粉砕工程には、多くの装置が必要となる問題があり、かつ、リサイクルシートを製造する上で、複数の工程が必要となり、時間や、費用が増加してしまう問題に対して、二軸押出機の原料供給の開口部（ホッパー）の軸方向の長さ（Ｌ）を１．７Ｄより長く５Ｄ以下として開口面積を大きくし、スクリュの軸直角の断面形状において断面積を大きく確保できるスクリュを使用することにより、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に食い込ませることができるようにした。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の開口部下のスクリュを示す拡大構成図である。
【図３】シリンダー内に挿入された図２の角フライトスクリュの軸断面図である。
【図４】従来の原料供給部の開口部を示す説明図である。
【図５】本発明で使用された原料供給部の開口部を示す説明図である。
【図６】第１従来構成を示す工程図である。
【図７】第２従来例のバッチ式加圧ニーダーである。
【図８】第２従来例に用いられている二軸テーパー式シート押出機である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、以上の問題を解決するために、二軸スクリュ押出機を使用し、原料供給の開口部（ホッパー）の軸方向の長さ（Ｌ）を１．７Ｄより長く５Ｄ以下として開口面積を大きくし、スクリュの軸直角の断面形状において断面積を大きく確保できる角フライト、又は、半角フライトスクリュを使用し、押出機内に水を原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備し、押出機先端にダイスと造粒装置を直接配備し、排出した溶融原料をペレット状に造粒する、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒するための二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは、粉砕混合造粒装置２に用いられる二軸同方向回転型のスクリュ３を加熱冷却可能なシリンダ４内に内設した二軸押出機であり、各スクリュ３は図示しない駆動機により同方向回転し、各スクリュ３は互いに噛み合っている。
【００１１】
前記シリンダ４の上流位置には、開口部５からなる原料供給部６が形成され、この開口部５からは、二成分以上でかつ熱変形温度が異なるプラスチック原料７が供給され、この開口部５の形状は、その軸方向Ａに沿う軸方向長さＬがシリンダ４のシリンダ内径Ｄの１．７Ｄ（Ｄ×１．７）より長く５Ｄ（Ｄ×５）以下で設定されて大きい開口面積となるように構成されている。尚、図１では、図示の関係上、開口部５は１．７Ｄより長く５Ｄ以下の長さのものを省略して短く概念的に示している。
【００１２】
前記シリンダ４の上流側から下流側にかけて、第１輸送部９、第１混練部１０、第２輸送部１１、第２混練部１２、第３輸送部１３、第３混練部１４、第４輸送部１５、第４混練部１６、第５輸送部１７、第５混練部１８、第６輸送部１９が構成されている。
従って、前記開口部５から供給されたプラスチック原料７には各混練部１０，１２，１４，１６，１８で可塑化分散混練され、シリンダ４の水添のノズル２０より注水が行われ、シリンダ先端側４ａに位置する真空ベント部２１でガス成分等が脱揮される。
【００１３】
前述の各スクリュ３において、第１輸送部９のスクリュのうち前記開口部５下に配置されるスクリュは、軸直角の断面形状において断面積を大きく取れる角フライト又は、半角フライトスクリュで構成されているため、素粉砕された大きい形状のプラスチック原料７でもシリンダ４内で十分に喰い込ませることができる。
また、シリンダ４内の混練原料に対して水を０．６％以上４％未満で供給することにより、発熱させずに、減容、粉砕、溶融、混合させた原料をシリンダ４から排出することができ、また、ベント部２１を排出前に配備していることからガス成分等を除去することができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、二軸押出機１に、素粉砕された大きな形状の原料でも押出機内に喰い込ませることができるため、原料の粉砕工程の装置の数を少なくすることができ、かつ品質の安定、生産の安定、生産性の向上、製造時間や費用を低下することができる。
また、二軸押出機１内の混練部１２に、水を供給原料に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、混合させた原料を押出機から排出する前にガス成分を除去するためのベントを配備することにより、原料と水の混合による見かけの溶融粘度が低下し、スクリュ３の剪断応力が低下し原料の発熱を抑制できる。また、水が発熱し蒸発することで、原料から熱エネルギーを奪うため、シリンダ４の水冷ジャケットだけでなく過剰な発熱を抑制することができ、かつ、ベント部２１では、水分を除去すると共に、不純なガスも除去することができるため、シート成形時にトラブルとなる、シートの発泡も抑制することもできる。また、押出機先端にダイス２２と造粒装置２３が直接配備されているため、排出した溶融原料を直ちにペレット状に造粒することができ、粉砕溶融混合された原料をシート以外の別な用途にも活用することができる。
また、この発明の方法及び装置では、原料温度を抑え、造粒することができるため、二成分で熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が低い原料だけ溶融させ、熱変形温度が高い原料は溶融させないで粉砕混合することが可能になる。三成分で各々の熱変形温度が異なるプラスチックを粉砕混合造粒する場合、熱変形温度が高い二成分原料を溶融させないで粉砕混合したり、二成分を溶融させ、一成分を溶融させないで粉砕混合する種々の方法が可能になる。
【００１５】
次に、本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置の実験例について説明する。
実験例１
原料：ポリオレフィン系ポリマーベースの廃材
原料形状：５〜２０ｍｍ角、厚さ５ｍｍ
二軸押出機：日本製鋼所（株）製同方向回転噛み合い型二軸押出機
ＴＥＸ４４αＩＩ−４２ＢＷ−Ｖ（シリンダ内径：４７φｍｍ）
図１は、実験で用いたスクリュ、シリンダ構成を示す。図１の構成は、前述したように、６は原料供給部、２０は水添ノズル、２１はベント部を示す。スクリュ３は、第１輸送部９、第１混練部１０、第２輸送部１１、第２混練部１２、第３輸送部１３、第３混練部１４、第４輸送部１５、第４混練部１６、第５輸送部１７、第５混練部１８、第６輸送部１９で構成されている。
前記第１混練部１０で、原料を溶融させ、各混練部で混練分散させる。
水添ノズル２０から、条件により水を押出機内に添加し、溶融した原料に混ぜ込み、ベント部２１で原料から分離したガス成分や水蒸気などを真空除去した。
押出機先端には、ダイス２２が設置されており、溶融混練された原料が押出され、図示していないカッターが、押出機先端に直結されており、押し出された原料をペレットに加工した。
押出し原料温度は、ハンディータイプの熱電対により、押出された原料に接触させ測定した。
造粒状態は、ペレット加工することの可否で判断した。
真空ベント状態は、真空下でガスを除去している状態で、押出機内部からベント部２１の穴を通じて、原料が上昇し飛散することの有無で判断した。
この実験例１の実験結果を表１の第１表に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
水を添加しない場合、溶融させた原料をペレット加工することができなかった。
水を添加した場合、水を添加しない場合と比較し、樹脂温度を低下させることができ、かつ、ペレット加工することができたが、水４．０％で添加すると真空ベントから僅かであるが溶融した原料の上昇と飛散が確認された。
【００１８】
実験例２
原料：スチレン系ポリマーベースのフィルム粉砕品（嵩密度０．２６ｇ／ｃｃ）
二軸押出機：日本製鋼所（株）製同方向回転噛み合い型二軸押出機
ＴＥＸ４４αＩＩ（シリンダ内径：４７φｍｍ）
図２及び図３に、実験で用いたホッパーすなわち原料供給部６下スクリュの外観図と、シリンダ内部に挿入された場合のシリンダ内部の軸断面図を示す。
【００１９】
図４及び図５にホッパーすなわち原料を押出機内部に供給する原料供給部６の開口部５の穴形状を示し、図４はＮｏ．１で、図５はＮｏ．２形状である。
実験結果を表２の第２表に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
Ｎｏ．１形状とＮｏ．２形状では、Ｎｏ．１形状の方が、開口穴が小さく、軽微ではあるが開口穴上に原料が詰まる現象（ブリッジ）が発生した。Ｎｏ．２形状のように開口穴を拡大することで、Ｎｏ．１形状で発生した原料が詰まりはなく、同じスクリュ回転速度で約２．７倍の原料供給量を処理することができた。
【００２２】
なお、原料供給部６の軸方向の最大開口長Ｌは、本実験例では５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）で実施したが、５Ｄを超える長さでも原料の供給自体は可能である。しかしながら、シリンダのブロック長を考慮すると、通常１つのシリンダブロックで開けることができる軸方向の長さＬは最大でも５Ｄである。このため、５Ｄを超える開口長では特別仕様となり、製作加工が困難かつ製造コストも上がることになる。
また、５Ｄを超える開口長になると、シリンダ構造上の強度が低下し、加熱冷却による熱膨張や冷却による熱ヒズミに対し、変形が大きくなり、破損の恐れがある。さらには装置全体も長くなり、設置スペースを必要以上に取ることになる。したがって現実的な面を考慮すると、軸方向の開口長Ｌの上限値は、５Ｄとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法及び装置は、プラスチックの再生だけではなく、通常の樹脂ペレット造粒にも適用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 二軸押出機
２ 粉砕混合造粒装置
３ スクリュ
４ シリンダ
５ 開口部
６ 原料供給部
７ プラスチック原料
Ｌ 軸方向長さ
Ｄ シリンダ内径
９ 第１輸送部
１０ 第１混練部
１１ 第２輸送部
１２ 第２混練部
１３ 第３輸送部
１４ 第３混練部
１５ 第４輸送部
１６ 第４混練部
１７ 第５輸送部
１８ 第５混練部
１９ 第６輸送部
２０ 水添ノズル
２１ ベント部
２２ ダイス
２３ 造粒装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱冷却可能なシリンダ(4)内に互いに同方向回転する一対のスクリュ(3)を有する二軸押出機(1)を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料(7)を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダ(4)の原料供給の開口部(5)の軸方向長さ(L)を１．７Ｄより長く５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）以下とし、前記開口部(5)下の各スクリュ(3)には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ(4)内に水を前記プラスチック原料(7)に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料(7)を前記シリンダ(4)から排出する前にベント部(21)からガス成分を除去し、前記シリンダ先端(4a)に設けたダイス(22)と造粒装置(23)により溶融状の前記プラスチック原料(7)をペレット状に造粒することを特徴とする二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法。
【請求項２】
加熱冷却可能なシリンダ(4)内に互いに同方向回転する一対のスクリュ(3)を有する二軸押出機(1)を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料(7)を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置において、
前記シリンダ(4)の原料供給の開口部(5)の軸方向長さ(L)を１．７Ｄよりも長く５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）以下とし、前記開口部(5)下の各スクリュ(3)には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ(4)内に水を前記プラスチック原料(7)に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料(7)を前記シリンダ(4)から排出する前にベント部(21)からガス成分を除去し、前記シリンダ先端(4a)に設けたダイス(22)と造粒装置(23)により溶融状の前記プラスチック原料(7)をペレット状に造粒する構成としたことを特徴とする二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置。
【請求項１】
加熱冷却可能なシリンダ(4)内に互いに同方向回転する一対のスクリュ(3)を有する二軸押出機(1)を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料(7)を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法において、
前記シリンダ(4)の原料供給の開口部(5)の軸方向長さ(L)を１．７Ｄより長く５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）以下とし、前記開口部(5)下の各スクリュ(3)には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ(4)内に水を前記プラスチック原料(7)に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料(7)を前記シリンダ(4)から排出する前にベント部(21)からガス成分を除去し、前記シリンダ先端(4a)に設けたダイス(22)と造粒装置(23)により溶融状の前記プラスチック原料(7)をペレット状に造粒することを特徴とする二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒方法。
【請求項２】
加熱冷却可能なシリンダ(4)内に互いに同方向回転する一対のスクリュ(3)を有する二軸押出機(1)を用い、二成分以上かつ熱変形温度が異なるプラスチック原料(7)を粉砕混合造粒する二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置において、
前記シリンダ(4)の原料供給の開口部(5)の軸方向長さ(L)を１．７Ｄよりも長く５Ｄ（Ｄはシリンダ内径）以下とし、前記開口部(5)下の各スクリュ(3)には、軸直角の断面形状を角フライト又は半角フライトスクリュとし、前記シリンダ(4)内に水を前記プラスチック原料(7)に対して０．６％以上４％未満で供給し、かつ減容、粉砕、溶融、混合させた前記プラスチック原料(7)を前記シリンダ(4)から排出する前にベント部(21)からガス成分を除去し、前記シリンダ先端(4a)に設けたダイス(22)と造粒装置(23)により溶融状の前記プラスチック原料(7)をペレット状に造粒する構成としたことを特徴とする二軸スクリュ押出機を使用した粉砕混合造粒装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１５０８（Ｐ２０１１−１１５０８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９４５４（Ｐ２００９−１５９４５４）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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