発泡ポリウレタン減容処理装置
【課題】かさ高の発泡ポリウレタンの廃棄物を連続的に処理し、高い密度に圧縮する。
【解決手段】発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有する発泡ポリウレタン減容処理装置を使用する。押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機を使用することが望ましい。
【解決手段】発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有する発泡ポリウレタン減容処理装置を使用する。押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機を使用することが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ポリウレタン減容処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題が注目される中で、廃棄物処理費用は年々高くなっている。発泡ポリウレタンについても再生・再利用の気運が高まっている。
【０００３】
発泡ポリウレタンの廃棄物は、密度が０．１以下と低く、非常にかさ高い。そのため、埋め立てる場合にも減容処理の方法が重要な課題である。
【０００４】
発泡ポリウレタンのリサイクル技術も種々検討されているが、原料がかさ高いこと、断熱性を保つための独立気泡を有し、かつ、機械強度が高いため、気泡を完全に破壊して減容することが困難であること等から、装置の容積効率（処理量／装置の占有容積）が低くなり、コストや消費エネルギーが大きくなるという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、発泡ポリウレタン付樹脂の破砕品を押出機に供給し、該押出機中で高温・高圧の処理液等と接触させ、発泡ポリウレタンを分解・微細化して溶融樹脂中へ均一微細分散する発泡ポリウレタン付樹脂の連続再生処理法が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、発泡ウレタン廃材を加熱下で圧縮し、発泡ウレタン廃材を軟化させると共に収縮させ、次いで、冷却して固化させることを特徴とする発泡ウレタン廃材の収縮処理方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を液状分解剤と混合し、粉末状の熱硬化性樹脂と液状分解剤とのスラリー状混合物をスクリュー式の押出機を用いて熱分解器に連続的に供給する熱硬化性樹脂の熱分解方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２００２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３８５４０号公報
【特許文献３】特開２００７−２０４５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、かさ高の発泡ポリウレタンの廃棄物を連続的に処理し、高い密度に圧縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発泡ポリウレタン減容処理装置は、発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、家電、自動車、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連続的に処理し、高い密度に圧縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置のスクリューを示す概略図である。
【図３】図２のＡ断面図である。
【図４】比較例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【図５】反応容器を組み込んだ発泡ポリウレタン減容処理装置の例を示す概略構成図である。
【図６】図５の変形例を示す概略構成図である。
【図７】単軸押出機のスクリュー先端付近のクリアランスを示す断面図である。
【図８】ロール混練機に内蔵された２本のロールのクリアランスを示す概略断面図である。
【図９】ロール混練機に内蔵された２本のロールを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、家電、自動車、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圧縮して減容し、処分する発泡ポリウレタンの処理方法及び発泡ポリウレタン減容処理装置に関する。特に、埋め立て前処理、あるいは、薬剤を用いた分解反応によるリサイクル処理方法および装置に関する。
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る発泡ポリウレタンの処理方法及び発泡ポリウレタン減容処理装置について説明する。
【００１５】
前記発泡ポリウレタンの処理方法は、発泡ポリウレタンを１３０℃以上３５０℃以下に加熱し、２０ｓ−１以上５５０ｓ−１以下のせん断速度を加えて０．２ＭＰａ以上に加圧して発泡ポリウレタンの圧縮をすることにより減容する工程（以下、減容工程とも呼ぶ。）を有し、減容後の発泡ポリウレタンの密度を０．５ｇ／ｃｍ３以上とする。発泡ポリウレタンを加熱する温度は、１３０℃以上３００℃以下の範囲が更に望ましく、１３０℃以上２００℃以下の範囲が特に望ましい。
【００１６】
本明細書においては、例えば、「１３０℃以上」は１３０℃を範囲に含むものとし、「３００℃以下」は３００℃を範囲に含むものとする。「１３０℃以上３００℃以下の範囲」とは、１３０℃以上かつ３００℃以下の範囲をいい、１３０℃及び３００℃を含み１３０℃と３００℃との間の値を含むものとする。また、「１３０℃未満」は１３０℃を範囲に含まないものとする。
【００１７】
発泡ポリウレタンに加える圧力が０．２ＭＰａ未満の場合、ポリウレタンとシリンダーの内壁面を構成する金属との摩擦力が十分働かないため、発泡ポリウレタンに加えるせん断力が不足する。また、通常の押出機の耐圧性能の面から、発泡ポリウレタンに加える圧力は、５０ＭＰａ以下が望ましい。
【００１８】
せん断力が２０ｓ−１未満の場合、気泡を十分に潰すことができない。
【００１９】
前記発泡ポリウレタンの処理方法においては、スクリュー押出機を使用することが望ましい。
【００２０】
供給される発泡ポリウレタンは、減圧下で粉砕脱気処理されたものであることが望ましい。
【００２１】
前記発泡ポリウレタンの処理方法においては、さらに、薬剤を注入し、発泡ポリウレタンを化学的に分解する工程を有し、発泡ポリウレタンの圧縮における力を利用することにより薬剤の逆流を防止し、連続的に発泡ポリウレタンを供給する。
【００２２】
薬剤と反応させる工程を設けることにより、ポリウレタンの分解を促進して気泡の除去を容易にすることができる。
【００２３】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置は、発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有する。
【００２４】
減容工程を押出機の内部ではなく、ロール混練機で行う場合、押出機の供給部よりも前（上流側）に減容工程を設け、薬剤注入部は、定量部の後段部分、シリンダーの先端部と反応容器との接続部、又は反応容器に設けることができる。この場合、ロール混練機において減容した発泡ポリウレタンを押出機の投入口に供給することになる。
【００２５】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機であることが望ましい。
【００２６】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、押出機は、単軸押出機であることが望ましい。
【００２７】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、スクリュー押出機は、スクリューにテーパを有しない供給部と、スクリューにテーパを有する加圧部と、スクリューにテーパを有しない定量部とを含むことが望ましい。
【００２８】
押出機に薬剤注入部を設ける場合、定量部の後段部分（下流側）に設けることが望ましい。
【００２９】
すなわち、前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、薬剤注入部は、定量部の後段部分、スクリュー押出機のシリンダーの先端部と反応容器との接続部、又は反応容器に設置してあることが望ましい。
【００３０】
ここで、定量部の後段部分（下流側）とは、シリンダーの中心軸方向における定量部の上流端部と下流端部とを結ぶ線分の中心点よりも下流側をいう。したがって、薬剤注入部は、当該中心点においてシリンダーの中心軸に直交する面上のシリンダーの側面部に設置してもよい。
【００３１】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置においては、押出機に供給される発泡ポリウレタンを減圧下で粉砕して脱気する処理を行うための粉砕脱気処理装置を投入口に接続することが望ましい。
【００３２】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、スクリュー押出機は、単軸押出機であって、スクリューの形状は、供給部の流路断面積Ａと定量部の流路断面積Ｂとの比である流路断面積比Ａ／Ｂが４以上であり、かつ、シリンダーのうち加圧部に該当する部分の長さＬと加圧部におけるシリンダーの内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１０以上であることが望ましい。
【００３３】
発泡ポリウレタンとは、家電用の断熱材や自動車用のクッション剤などに用いられているものであり、密度が０．２以下のものである。
【００３４】
発泡ポリウレタンを減圧下であらかじめ粉砕脱気処理する方法は、現在、埋め立ての前処理として一般に行われている手法でよい。
【００３５】
発泡ポリウレタンと反応させる薬剤は、ジオール、ポリオール、グリセリンなど、分子中に水酸基を二つ以上有する化合物が望ましい。
【００３６】
発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるために望ましい圧力は、利用する化学反応によって異なるが、使用する薬剤を反応装置内にとどめるため、薬剤の蒸気圧以上の圧力とする必要がある。少なくとも反応装置の一部（シール部）において蒸気圧以上の圧力となるようにすることが必要である。
【００３７】
薬剤との化学反応を促進する条件として、温度及び圧力が挙げられるが、この条件については、あらかじめ小型のオートクレーブなどを用いて検討することにより、装置の連続運転条件を決定することができる。
【００３８】
一般に、単軸押出機は、同じサイズの二軸押出機１／１０程度の価格であり、二軸押出機よりも安価な設備であり、かつ、単純な構造であるため、耐圧性やトルクの限界などの点についても優位性がある。
【００３９】
図１は、実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【００４０】
また、図２は、実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置のスクリューを示す概略図である。
【００４１】
図１に示す発泡ポリウレタン減容処理装置は、単軸押出機である。
【００４２】
この単軸押出機は、シリンダー１と、シリンダー１に挿入されたスクリュー２と、発泡ポリウレタン３を供給する投入口１０１とを備えている。スクリュー２は、らせん状の凸部１０２及び凹部１０３を有する。シリンダー１の内部は、供給部２ａ、加圧部２ｂ及び定量部２ｃと呼ばれる部分に区別される。供給部２ａ及び定量部２ｃに対応する領域に位置するスクリュー２は、テーパを有しない。一方、加圧部２ｂに対応する領域に位置するスクリュー２は、テーパを有する。
【００４３】
投入口１０１から供給された発泡ポリウレタン３は、供給部２ａから加圧部２ｂに送り込まれる。加圧部２ｂにおいては、スクリュー２の凹部１０３にテーパを設け、スクリュー２の回転に伴って発泡ポリウレタン３が凸部１０２によって容積の狭い領域に押し込まれて加圧される。そして、定量部２ｃにおいて密度を整えられた減容ポリウレタン４が、図中右側のシリンダー１の先端部から吐出されるようになっている。
【００４４】
図３は、図２のＡ断面図である。
【００４５】
本図において、流路断面６は、供給部２ａの凸部１０２及び凹部１０３並びにシリンダー１の内壁面で形成される隙間の断面を示したものである。この流路断面６を発泡ポリウレタン３が流れるようになっている。ここでは、テーパの有しない供給部２ａの流路断面６を示したが、テーパを有する加圧部２ｂ及びテーパを有しない定量部２ｃにも同様の隙間が形成されている。よって、加圧部２ｂ及び定量部２ｃも、供給部２ａと同様に流路断面６を有する。
【００４６】
ここで、流路断面６の面積、すなわち、流路断面積に関して、供給部２ａと定量部２ｃとで比をとり、その比を流路断面積比Ｒと定義した。数式は下記の通りである。
【００４７】
Ｒ＝（供給部２ａの流路断面積）／（定量部２ｃの流路断面積）
一般に、二軸押出機は、３００回転／分以上で用いることが多く、このような条件においては、高いせん断が加わるため、樹脂が劣化してしまう可能性がある。
【００４８】
一方、単軸押出機を用いる場合には材料が滑りやすいといった問題点がある。
【００４９】
発泡ポリウレタンが圧縮過程で滑りやすいことを解決するため、スクリュー形状を用いることが望ましい。これにより、発泡ポリウレタンを急速に圧縮せずにせん断を加えながら徐々に圧縮することにより、発泡ポリウレタンが滑ることを抑制し、通常の熱可塑性樹脂の押出機よりも高い比率で樹脂を圧縮することができる。
【００５０】
また、シリンダー１のうち加圧部２ｂに該当する部分の長さをＬとし、加圧部２ｂにおけるシリンダー１の内径をＤとし、Ｒの変化率をＲ／（Ｌ／Ｄ）と定義した場合に、Ｒの変化率が高すぎると、圧力が安定しないという問題が発生する。このため、Ｒの変化率が０．４以上２．０以下であることが望ましい。また、Ｒは４以上２０以下が望ましい。
【００５１】
さらに、供給部２ａの長さＬａが短すぎると、発泡ポリウレタンの供給が不安定になる。このため、Ｌａ／Ｄ＝５以上とすることが望ましい。
【００５２】
密度は、８１ｃｍ３の円筒容器に試料を入れ、その試料の質量Ｗ（ｇ（グラム））を測定し、Ｗ／８１（ｇ／ｃｍ３）を密度とした。
【００５３】
押出機によって加えるせん断力は、スクリュー最外周部の速度、及び、スクリュー最外周部とシリンダーとの隙間であるクリアランスを用いて算出する。すなわち、クリアランスをｔ（ｍｍ）とし、スクリュー最外周部の相対移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、せん断速度は、ｖ／ｔ（ｓ−１）と定義される。
【００５４】
例えば、押出機の場合、シリンダー表面とスクリュー表面との間にある材料にせん断が加わる。このとき、固定されたシリンダー表面に対してスクリューのみが動くため、相対移動速度ｖは、π×スクリューの山（凸部）の直径×回転速度で表わされる。
【００５５】
運転中においても回転数を変化させることにより、任意にせん断速度を変化させることが可能であり、生成物の情報をフィードバックして運転条件を最適化することは可能である。
【００５６】
ここで、単軸押出機のクリアランスｔについて説明する。
【００５７】
図７は、単軸押出機の定量部２ｃ付近に位置するシリンダーの中心軸方向の断面図を示したものである。
【００５８】
本図において、スクリュー２０２は、シリンダー２０１の内部に挿入された状態である。
【００５９】
スクリュー２０２には、らせん状の凸部２０３が設けてある。
【００６０】
本図に示す単軸押出機のクリアランスｔは、シリンダー２０１の内壁面と凸部２０３の外周部との隙間（距離）である。
【００６１】
図８は、ロール混練機に内蔵された２本のロールの断面を示したものであり、そのクリアランスｔを示したものである。
【００６２】
本図において、２本のロール３０２の隙間（距離）がクリアランスｔである。
【実施例１】
【００６３】
発泡ポリウレタンは、熱硬化性樹脂が用いられているため、完全には溶融しない。しかし、スクリューの推進力で加圧して押し出すことは可能である。
【００６４】
押出機は、シリンダーの内径Ｄが２０ｍｍであり、シリンダー全体の長さをＬｃとすると、Ｌｃ／Ｄ＝２５である押出機を用いた。そして、供給部のシリンダー温度を１５０℃、加圧部のシリンダー温度を１６０℃、定量部のシリンダーの温度を１７０℃として押し出した。定量部の圧力は最小値が４ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動した。定量部のシリンダーの温度により圧縮時の圧力の安定性が大きく変化するため、定量部のシリンダーの温度は、１３０℃以上２００℃以下の範囲であるが望ましい。１３０℃未満においては、発泡ポリウレタンが十分に溶融せず、押し出すことができない。気泡も十分に潰すことができない。一方、２００℃を超える高温度においては、発泡ポリウレタンが滑りやすくなる。
【００６５】
一方、押出機の先端部にあるダイスの部分においては、減容ポリウレタンを滑らせてスムーズに吐出させるため、ダイスの部分の温度は１８０℃以上が好ましい。本実施例においては、ダイスの温度を２００℃とした。
【００６６】
供給部のホッパ（投入口）には、断熱用の発泡ポリウレタンを粉砕して５ｍｍのメッシュでふるいにかけ、ふるいを通過した発泡ポリウレタンを用いた。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。
【００６７】
また、スクリューの回転速度は、２１ｒｐｍ、クリアランスは１ｍｍとした。スクリューで発泡ポリウレタンに加えるせん断速度に換算すると、２０ｓ−１である。
【００６８】
スクリューの回転速度は、２０ｒｐｍ以上２００ｒｐｍ以下の範囲とするのが望ましい。これは、Ｄ＝２０ｍｍ、ｔ＝１ｍｍの場合、スクリューで発泡ポリウレタンに加えるせん断速度に換算すると１９ｓ−１以上１８８ｓ−１以下の範囲にあたる。
【００６９】
また、押出機のホッパへの発泡ポリウレタンの供給は、フィーダを用い、ホッパへは発泡ポリウレタンを定量的に供給した。また、フィーダにはアジテータを取り付けて攪拌し、発泡ポリウレタンの粉末がブリッジして押出機への供給が不安定になることを防止した。
【００７０】
さらに、フィーダから供給する発泡ポリウレタンの量は、押出機の供給部におけるホッパ内で回転するスクリューの表面の５０％以上を覆わない範囲で供給した。これは、発泡ポリウレタン粉末が非常にブリッジしやすく、スクリュー表面の５０％以上を覆った場合には、発泡ポリウレタン粉末の押出機への供給が安定せずに、押出機で押し出す樹脂量にバラツキが生じてプロセスが不安定になるからである。
【００７１】
また、押出機のスクリュー形状は、流路断面積比Ｒが４であって、かつ、断面積が変化するテーパ部を有する部分（加圧部）の長さをＬとし、押出機のシリンダーの内径をＤとするとＬ／Ｄが１０であるものを用いた。
【００７２】
押し出して得られた減容ポリウレタンの形状（体積）及び重さから密度を求め、圧縮・減容の効果を定量的に評価した。
【００７３】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度０．５５ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例２】
【００７４】
定量部のシリンダー温度を２５０℃、スクリューの回転速度を７０ｒｐｍ、せん断速度を６６ｓ−１とし、他の条件は実施例１と同様とした。
【００７５】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度が０．５４ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例３】
【００７６】
押出機のホッパへ供給する発泡ポリウレタンとして、断熱用の発泡ポリウレタンを粉砕した後に熱媒のガスを真空減圧で除去したものを用いた。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００７７】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は密度が１．０２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例４】
【００７８】
押出機の先端部に反応装置を取り付け、反応容器内の温度を２５０℃とし、反応容器内に薬剤としてエチレングリコールを注入することにより、薬剤が供給部側へ逆流するかどうかを確認した。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００７９】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は密度が１ｇ／ｃｍ３であった。
【００８０】
図５は、押出機と反応装置とを組み合わせた発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【００８１】
押出機については、図１の構成と同様であり、シリンダー１の先端部に反応容器１０４が接続されている。反応容器１０４の上流側に薬剤注入部１０５が設けてある。これにより、押出機で減容されたポリウレタンが更に減容されるようになっている。
【００８２】
なお、図示していないが、薬剤は、薬剤タンクから薬剤注入ポンプによって加圧し、薬剤注入部１０５を介して注入することが望ましい。薬剤が薬剤タンクに逆流することを防止するためである。
【００８３】
図６は、図５の変形例を示したものである。
【００８４】
本図においては、薬剤注入部１０５がシリンダー１の定量部２ｃの後段部分に設置してある。この構成によれば、ポリウレタンと薬剤とをスクリュー２によって機械的に混練することができる。
【００８５】
本実施例においては、発泡ポリウレタンの投入量と薬剤注入量との比を１：１とした。この場合、シリンダー１には、供給部よりも上流に薬剤の付着等は見られず、薬剤が発泡ポリウレタンの供給側へ逆流しないことが分かった。
【００８６】
薬剤注入量は、発泡ポリウレタンの投入量よりも少なくしてもよい。
【００８７】
本実施例においては、反応容器１０４の上流側又はシリンダー１の定量部２ｃの後段部分に薬剤注入部１０５を設けたものを示したが、これに限定されるものではなく、シリンダー１の先端部と反応容器１０４との接続部に薬剤注入部１０５を設けてもよい。押出機の圧縮工程を利用することにより、シリンダー１の内部も反応容器１０４の内部も高圧条件を維持することができるため、ポリウレタンと薬剤との反応を促進することができる。
【実施例５】
【００８８】
ロール混練機を用いる場合を示す。
【００８９】
図９は、ロール混練機に内蔵された２本のロールを示したものである。
【００９０】
本図においては、２本のロール３０２の間に上方から発泡ポリウレタン４０１を供給し、混練して減容ポリウレタン４０２を得る。これを複数回繰り返す。２本のロール３０２の回転速度を異ならせることにより、２本のロール３０２の間を通過する発泡ポリウレタン４０１にせん断力を加えることができる。
【００９１】
ロール混練機に発泡ポリウレタンを供給し、加熱してせん断力を加える工程を複数回繰り返し、累積して２分間混練した。
【００９２】
ロールのサイズは、６インチであり、前後のロールそれぞれの回転速度は、２２ｒｐｍ、１８ｒｐｍとし、クリアランスｔを１．５ｍｍにした。この条件は、発泡ポリウレタンに加わるせん断速度が２１ｓ−１の場合に相当する。ロールの表面温度は１９０℃とした。ロール間の圧力は３ＭＰａとした。
【００９３】
得られたシート状の成型物の形状（体積）及び重さから密度を求めた。その結果、得られたポリウレタン生成物の密度は０．５１ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例６】
【００９４】
押出機のスクリュー形状は、流路断面積比Ｒが４であって、かつ、断面積が変化するテーパ部を有する部分のＬ／Ｄが１．５であるものを用いた。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００９５】
その結果、定量部の圧力は最小値が０．３ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動があり、実施例１に比べて圧力変動が約４ＭＰａ大きくなって不安定であった。得られたポリウレタンの生成物の密度は０．５２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例７】
【００９６】
圧縮部及び定量部の温度をいずれも２００℃とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【００９７】
その結果、定量部の圧力は最小値が０．２ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動があり、実施例１に比べて圧力変動が約４ＭＰａ大きくなって不安定であった。得られた生成物の密度は０．５２ｇ／ｃｍ３であった。
【００９８】
上記の実施例においては、シリンダーの直径が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は、８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下程度の大型の押出機を用いればよい。また、せん断によるポリマーの劣化によって生じる副生成物の生成を避けるため、せん断速度が５００ｓ−１以下の運転条件で行うことが望ましい。
【実施例８】
【００９９】
押出機は、シリンダー内径Ｄが５０ｍｍ、Ｒが６、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は１７６ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１００】
その結果、定量部の圧力は最小値が５ＭＰａで、最大値が６ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０１】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６０ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例９】
【０１０２】
押出機は、シリンダー内径Ｄが１５２ｍｍ、Ｒが１０、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は５５０ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１０３】
その結果、定量部の圧力は最小値が６ＭＰａで、最大値が７ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０４】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例１０】
【０１０５】
押出機は、シリンダー内径Ｄが１５２ｍｍ、Ｒが２０、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は５５０ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１０６】
その結果、定量部の圧力は最小値が６ＭＰａで、最大値が８ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０７】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６５ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０８】
表１は、実施例１〜１０のデータをまとめて示したものである。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
（比較例１）
押出機の定量部のシリンダー温度を１２０℃にして実験を行った。他の条件は実施例２と同様とした。
【０１１１】
その結果、得られたポリウレタンの生成物の密度は０．２１ｇ／ｃｍ３であった。
【０１１２】
（比較例２）
押出機の定量部のシリンダー温度を４００℃として実験を行った。他の条件は実施例２と同様とした。
【０１１３】
その結果、得られたポリウレタンからの生成物の密度は０．５６ｇ／ｃｍ３であった。しかし、生成物に焼け等が発生して変色し、みかけの粘度が低下していた。熱分解により分子量が低下したと考えられる。一般に、温度が４００℃以上となると、ポリマーの骨格に含まれるＣ−Ｃ結合なども分解し、劣化が進行するためである。
【０１１４】
（比較例３）
図４に示すピストン式の圧縮機を用いてせん断力を加えずにシリンダー内の温度を１７０℃、シリンダー内の圧力を５ＭＰａとして圧縮した。
【０１１５】
本図において、シリンダー１の内部に発泡ポリウレタン３を入れ、シリンダー１に挿入したピストン５により発泡ポリウレタン３を圧縮した。
【０１１６】
その結果、得られた生成物の密度は０．３５ｇ／ｃｍ３であった。
【０１１７】
（比較例４）
押出機の先端部に反応装置を取り付け、押出機の定量部のシリンダー温度を１２０℃とし、反応容器内の温度を２５０℃とした。反応容器内に薬剤としてエチレングリコールを注入した場合に薬剤が供給部側へ逆流するかどうかを確認した。他の条件は実施例４と同様とした。
【０１１８】
その結果、薬剤が供給側へ逆流した。
【０１１９】
この理由は、以下の通りである。
【０１２０】
押出機の温度が低く、ポリウレタンが軟化しない。このため、ポリウレタンを圧縮することができず、押出機のシリンダーの内部にあるポリウレタンの粒子間に隙間が生じる。この隙間から薬剤が漏れ出すためである。
【０１２１】
（比較例５）
ロールに発泡ポリウレタンを供給し、加熱してせん断力を加える工程を複数回繰り返し、累積して２分間混練した。ロールのサイズは６インチであり、前後のロールそれぞれの回転速度は、２２ｒｐｍ、 １８ｒｐｍとし、クリアランスｔを１０ｍｍにした。この条件においては、発泡ポリウレタンに加わるせん断速度は３．２ｓ−１に相当する。ロールの表面温度は１９０℃とした。ロール間の圧力は１ＭＰａとした。
【０１２２】
得られたシート状の成型物の形状（体積）及び重さから密度を求めた。
【０１２３】
その結果、得られたポリウレタン生成物の密度は０．２１ｇ／ｃｍ３であった。
（比較例６）
押出機は、シリンダー内径Ｄが５５ｍｍ、Ｒが４、Ｌ／Ｄが１０の二軸押出機を用いた。スクリューの回転速度は３００ｒｐｍ、クリアランスｔは１ｍｍ、せん断速度は８３２ｓ−１とし、定量部のシリンダーの温度は１７０℃に設定した。定量部の圧力は最小値が４ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１２４】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度が０．４ｇ／ｃｍ３であった。また、焼けが発生し、ガスも発生した。
【０１２５】
表２は、比較例１〜６のデータをまとめて示したものである。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
本発明によれば、家電、自動車、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連続的に処理し、高い密度に圧縮することができる。
【０１２８】
また、本発明によれば、埋め立て前処理、あるいは、薬剤を用いた分解反応によるリサイクル処理の際の発泡ポリウレタンの供給における有効な手段を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１：シリンダー、２：スクリュー、２ａ：供給部、２ｂ：加圧部、２ｃ：定量部、３：発泡ポリウレタン、４：減容ポリウレタン、５：ピストン、６：流路断面、１０１：投入口、１０２：凸部、１０３：凹部、１０４：反応容器、１０５：薬剤注入部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ポリウレタン減容処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題が注目される中で、廃棄物処理費用は年々高くなっている。発泡ポリウレタンについても再生・再利用の気運が高まっている。
【０００３】
発泡ポリウレタンの廃棄物は、密度が０．１以下と低く、非常にかさ高い。そのため、埋め立てる場合にも減容処理の方法が重要な課題である。
【０００４】
発泡ポリウレタンのリサイクル技術も種々検討されているが、原料がかさ高いこと、断熱性を保つための独立気泡を有し、かつ、機械強度が高いため、気泡を完全に破壊して減容することが困難であること等から、装置の容積効率（処理量／装置の占有容積）が低くなり、コストや消費エネルギーが大きくなるという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、発泡ポリウレタン付樹脂の破砕品を押出機に供給し、該押出機中で高温・高圧の処理液等と接触させ、発泡ポリウレタンを分解・微細化して溶融樹脂中へ均一微細分散する発泡ポリウレタン付樹脂の連続再生処理法が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、発泡ウレタン廃材を加熱下で圧縮し、発泡ウレタン廃材を軟化させると共に収縮させ、次いで、冷却して固化させることを特徴とする発泡ウレタン廃材の収縮処理方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を液状分解剤と混合し、粉末状の熱硬化性樹脂と液状分解剤とのスラリー状混合物をスクリュー式の押出機を用いて熱分解器に連続的に供給する熱硬化性樹脂の熱分解方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２００２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３８５４０号公報
【特許文献３】特開２００７−２０４５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、かさ高の発泡ポリウレタンの廃棄物を連続的に処理し、高い密度に圧縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発泡ポリウレタン減容処理装置は、発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、家電、自動車、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連続的に処理し、高い密度に圧縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置のスクリューを示す概略図である。
【図３】図２のＡ断面図である。
【図４】比較例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【図５】反応容器を組み込んだ発泡ポリウレタン減容処理装置の例を示す概略構成図である。
【図６】図５の変形例を示す概略構成図である。
【図７】単軸押出機のスクリュー先端付近のクリアランスを示す断面図である。
【図８】ロール混練機に内蔵された２本のロールのクリアランスを示す概略断面図である。
【図９】ロール混練機に内蔵された２本のロールを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、家電、自動車、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圧縮して減容し、処分する発泡ポリウレタンの処理方法及び発泡ポリウレタン減容処理装置に関する。特に、埋め立て前処理、あるいは、薬剤を用いた分解反応によるリサイクル処理方法および装置に関する。
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る発泡ポリウレタンの処理方法及び発泡ポリウレタン減容処理装置について説明する。
【００１５】
前記発泡ポリウレタンの処理方法は、発泡ポリウレタンを１３０℃以上３５０℃以下に加熱し、２０ｓ−１以上５５０ｓ−１以下のせん断速度を加えて０．２ＭＰａ以上に加圧して発泡ポリウレタンの圧縮をすることにより減容する工程（以下、減容工程とも呼ぶ。）を有し、減容後の発泡ポリウレタンの密度を０．５ｇ／ｃｍ３以上とする。発泡ポリウレタンを加熱する温度は、１３０℃以上３００℃以下の範囲が更に望ましく、１３０℃以上２００℃以下の範囲が特に望ましい。
【００１６】
本明細書においては、例えば、「１３０℃以上」は１３０℃を範囲に含むものとし、「３００℃以下」は３００℃を範囲に含むものとする。「１３０℃以上３００℃以下の範囲」とは、１３０℃以上かつ３００℃以下の範囲をいい、１３０℃及び３００℃を含み１３０℃と３００℃との間の値を含むものとする。また、「１３０℃未満」は１３０℃を範囲に含まないものとする。
【００１７】
発泡ポリウレタンに加える圧力が０．２ＭＰａ未満の場合、ポリウレタンとシリンダーの内壁面を構成する金属との摩擦力が十分働かないため、発泡ポリウレタンに加えるせん断力が不足する。また、通常の押出機の耐圧性能の面から、発泡ポリウレタンに加える圧力は、５０ＭＰａ以下が望ましい。
【００１８】
せん断力が２０ｓ−１未満の場合、気泡を十分に潰すことができない。
【００１９】
前記発泡ポリウレタンの処理方法においては、スクリュー押出機を使用することが望ましい。
【００２０】
供給される発泡ポリウレタンは、減圧下で粉砕脱気処理されたものであることが望ましい。
【００２１】
前記発泡ポリウレタンの処理方法においては、さらに、薬剤を注入し、発泡ポリウレタンを化学的に分解する工程を有し、発泡ポリウレタンの圧縮における力を利用することにより薬剤の逆流を防止し、連続的に発泡ポリウレタンを供給する。
【００２２】
薬剤と反応させる工程を設けることにより、ポリウレタンの分解を促進して気泡の除去を容易にすることができる。
【００２３】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置は、発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、押出機で圧縮された発泡ポリウレタンに薬剤を注入する薬剤注入部を有する。
【００２４】
減容工程を押出機の内部ではなく、ロール混練機で行う場合、押出機の供給部よりも前（上流側）に減容工程を設け、薬剤注入部は、定量部の後段部分、シリンダーの先端部と反応容器との接続部、又は反応容器に設けることができる。この場合、ロール混練機において減容した発泡ポリウレタンを押出機の投入口に供給することになる。
【００２５】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機であることが望ましい。
【００２６】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、押出機は、単軸押出機であることが望ましい。
【００２７】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、スクリュー押出機は、スクリューにテーパを有しない供給部と、スクリューにテーパを有する加圧部と、スクリューにテーパを有しない定量部とを含むことが望ましい。
【００２８】
押出機に薬剤注入部を設ける場合、定量部の後段部分（下流側）に設けることが望ましい。
【００２９】
すなわち、前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、薬剤注入部は、定量部の後段部分、スクリュー押出機のシリンダーの先端部と反応容器との接続部、又は反応容器に設置してあることが望ましい。
【００３０】
ここで、定量部の後段部分（下流側）とは、シリンダーの中心軸方向における定量部の上流端部と下流端部とを結ぶ線分の中心点よりも下流側をいう。したがって、薬剤注入部は、当該中心点においてシリンダーの中心軸に直交する面上のシリンダーの側面部に設置してもよい。
【００３１】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置においては、押出機に供給される発泡ポリウレタンを減圧下で粉砕して脱気する処理を行うための粉砕脱気処理装置を投入口に接続することが望ましい。
【００３２】
前記発泡ポリウレタン減容処理装置において、スクリュー押出機は、単軸押出機であって、スクリューの形状は、供給部の流路断面積Ａと定量部の流路断面積Ｂとの比である流路断面積比Ａ／Ｂが４以上であり、かつ、シリンダーのうち加圧部に該当する部分の長さＬと加圧部におけるシリンダーの内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１０以上であることが望ましい。
【００３３】
発泡ポリウレタンとは、家電用の断熱材や自動車用のクッション剤などに用いられているものであり、密度が０．２以下のものである。
【００３４】
発泡ポリウレタンを減圧下であらかじめ粉砕脱気処理する方法は、現在、埋め立ての前処理として一般に行われている手法でよい。
【００３５】
発泡ポリウレタンと反応させる薬剤は、ジオール、ポリオール、グリセリンなど、分子中に水酸基を二つ以上有する化合物が望ましい。
【００３６】
発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるために望ましい圧力は、利用する化学反応によって異なるが、使用する薬剤を反応装置内にとどめるため、薬剤の蒸気圧以上の圧力とする必要がある。少なくとも反応装置の一部（シール部）において蒸気圧以上の圧力となるようにすることが必要である。
【００３７】
薬剤との化学反応を促進する条件として、温度及び圧力が挙げられるが、この条件については、あらかじめ小型のオートクレーブなどを用いて検討することにより、装置の連続運転条件を決定することができる。
【００３８】
一般に、単軸押出機は、同じサイズの二軸押出機１／１０程度の価格であり、二軸押出機よりも安価な設備であり、かつ、単純な構造であるため、耐圧性やトルクの限界などの点についても優位性がある。
【００３９】
図１は、実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【００４０】
また、図２は、実施例の発泡ポリウレタン減容処理装置のスクリューを示す概略図である。
【００４１】
図１に示す発泡ポリウレタン減容処理装置は、単軸押出機である。
【００４２】
この単軸押出機は、シリンダー１と、シリンダー１に挿入されたスクリュー２と、発泡ポリウレタン３を供給する投入口１０１とを備えている。スクリュー２は、らせん状の凸部１０２及び凹部１０３を有する。シリンダー１の内部は、供給部２ａ、加圧部２ｂ及び定量部２ｃと呼ばれる部分に区別される。供給部２ａ及び定量部２ｃに対応する領域に位置するスクリュー２は、テーパを有しない。一方、加圧部２ｂに対応する領域に位置するスクリュー２は、テーパを有する。
【００４３】
投入口１０１から供給された発泡ポリウレタン３は、供給部２ａから加圧部２ｂに送り込まれる。加圧部２ｂにおいては、スクリュー２の凹部１０３にテーパを設け、スクリュー２の回転に伴って発泡ポリウレタン３が凸部１０２によって容積の狭い領域に押し込まれて加圧される。そして、定量部２ｃにおいて密度を整えられた減容ポリウレタン４が、図中右側のシリンダー１の先端部から吐出されるようになっている。
【００４４】
図３は、図２のＡ断面図である。
【００４５】
本図において、流路断面６は、供給部２ａの凸部１０２及び凹部１０３並びにシリンダー１の内壁面で形成される隙間の断面を示したものである。この流路断面６を発泡ポリウレタン３が流れるようになっている。ここでは、テーパの有しない供給部２ａの流路断面６を示したが、テーパを有する加圧部２ｂ及びテーパを有しない定量部２ｃにも同様の隙間が形成されている。よって、加圧部２ｂ及び定量部２ｃも、供給部２ａと同様に流路断面６を有する。
【００４６】
ここで、流路断面６の面積、すなわち、流路断面積に関して、供給部２ａと定量部２ｃとで比をとり、その比を流路断面積比Ｒと定義した。数式は下記の通りである。
【００４７】
Ｒ＝（供給部２ａの流路断面積）／（定量部２ｃの流路断面積）
一般に、二軸押出機は、３００回転／分以上で用いることが多く、このような条件においては、高いせん断が加わるため、樹脂が劣化してしまう可能性がある。
【００４８】
一方、単軸押出機を用いる場合には材料が滑りやすいといった問題点がある。
【００４９】
発泡ポリウレタンが圧縮過程で滑りやすいことを解決するため、スクリュー形状を用いることが望ましい。これにより、発泡ポリウレタンを急速に圧縮せずにせん断を加えながら徐々に圧縮することにより、発泡ポリウレタンが滑ることを抑制し、通常の熱可塑性樹脂の押出機よりも高い比率で樹脂を圧縮することができる。
【００５０】
また、シリンダー１のうち加圧部２ｂに該当する部分の長さをＬとし、加圧部２ｂにおけるシリンダー１の内径をＤとし、Ｒの変化率をＲ／（Ｌ／Ｄ）と定義した場合に、Ｒの変化率が高すぎると、圧力が安定しないという問題が発生する。このため、Ｒの変化率が０．４以上２．０以下であることが望ましい。また、Ｒは４以上２０以下が望ましい。
【００５１】
さらに、供給部２ａの長さＬａが短すぎると、発泡ポリウレタンの供給が不安定になる。このため、Ｌａ／Ｄ＝５以上とすることが望ましい。
【００５２】
密度は、８１ｃｍ３の円筒容器に試料を入れ、その試料の質量Ｗ（ｇ（グラム））を測定し、Ｗ／８１（ｇ／ｃｍ３）を密度とした。
【００５３】
押出機によって加えるせん断力は、スクリュー最外周部の速度、及び、スクリュー最外周部とシリンダーとの隙間であるクリアランスを用いて算出する。すなわち、クリアランスをｔ（ｍｍ）とし、スクリュー最外周部の相対移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、せん断速度は、ｖ／ｔ（ｓ−１）と定義される。
【００５４】
例えば、押出機の場合、シリンダー表面とスクリュー表面との間にある材料にせん断が加わる。このとき、固定されたシリンダー表面に対してスクリューのみが動くため、相対移動速度ｖは、π×スクリューの山（凸部）の直径×回転速度で表わされる。
【００５５】
運転中においても回転数を変化させることにより、任意にせん断速度を変化させることが可能であり、生成物の情報をフィードバックして運転条件を最適化することは可能である。
【００５６】
ここで、単軸押出機のクリアランスｔについて説明する。
【００５７】
図７は、単軸押出機の定量部２ｃ付近に位置するシリンダーの中心軸方向の断面図を示したものである。
【００５８】
本図において、スクリュー２０２は、シリンダー２０１の内部に挿入された状態である。
【００５９】
スクリュー２０２には、らせん状の凸部２０３が設けてある。
【００６０】
本図に示す単軸押出機のクリアランスｔは、シリンダー２０１の内壁面と凸部２０３の外周部との隙間（距離）である。
【００６１】
図８は、ロール混練機に内蔵された２本のロールの断面を示したものであり、そのクリアランスｔを示したものである。
【００６２】
本図において、２本のロール３０２の隙間（距離）がクリアランスｔである。
【実施例１】
【００６３】
発泡ポリウレタンは、熱硬化性樹脂が用いられているため、完全には溶融しない。しかし、スクリューの推進力で加圧して押し出すことは可能である。
【００６４】
押出機は、シリンダーの内径Ｄが２０ｍｍであり、シリンダー全体の長さをＬｃとすると、Ｌｃ／Ｄ＝２５である押出機を用いた。そして、供給部のシリンダー温度を１５０℃、加圧部のシリンダー温度を１６０℃、定量部のシリンダーの温度を１７０℃として押し出した。定量部の圧力は最小値が４ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動した。定量部のシリンダーの温度により圧縮時の圧力の安定性が大きく変化するため、定量部のシリンダーの温度は、１３０℃以上２００℃以下の範囲であるが望ましい。１３０℃未満においては、発泡ポリウレタンが十分に溶融せず、押し出すことができない。気泡も十分に潰すことができない。一方、２００℃を超える高温度においては、発泡ポリウレタンが滑りやすくなる。
【００６５】
一方、押出機の先端部にあるダイスの部分においては、減容ポリウレタンを滑らせてスムーズに吐出させるため、ダイスの部分の温度は１８０℃以上が好ましい。本実施例においては、ダイスの温度を２００℃とした。
【００６６】
供給部のホッパ（投入口）には、断熱用の発泡ポリウレタンを粉砕して５ｍｍのメッシュでふるいにかけ、ふるいを通過した発泡ポリウレタンを用いた。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。
【００６７】
また、スクリューの回転速度は、２１ｒｐｍ、クリアランスは１ｍｍとした。スクリューで発泡ポリウレタンに加えるせん断速度に換算すると、２０ｓ−１である。
【００６８】
スクリューの回転速度は、２０ｒｐｍ以上２００ｒｐｍ以下の範囲とするのが望ましい。これは、Ｄ＝２０ｍｍ、ｔ＝１ｍｍの場合、スクリューで発泡ポリウレタンに加えるせん断速度に換算すると１９ｓ−１以上１８８ｓ−１以下の範囲にあたる。
【００６９】
また、押出機のホッパへの発泡ポリウレタンの供給は、フィーダを用い、ホッパへは発泡ポリウレタンを定量的に供給した。また、フィーダにはアジテータを取り付けて攪拌し、発泡ポリウレタンの粉末がブリッジして押出機への供給が不安定になることを防止した。
【００７０】
さらに、フィーダから供給する発泡ポリウレタンの量は、押出機の供給部におけるホッパ内で回転するスクリューの表面の５０％以上を覆わない範囲で供給した。これは、発泡ポリウレタン粉末が非常にブリッジしやすく、スクリュー表面の５０％以上を覆った場合には、発泡ポリウレタン粉末の押出機への供給が安定せずに、押出機で押し出す樹脂量にバラツキが生じてプロセスが不安定になるからである。
【００７１】
また、押出機のスクリュー形状は、流路断面積比Ｒが４であって、かつ、断面積が変化するテーパ部を有する部分（加圧部）の長さをＬとし、押出機のシリンダーの内径をＤとするとＬ／Ｄが１０であるものを用いた。
【００７２】
押し出して得られた減容ポリウレタンの形状（体積）及び重さから密度を求め、圧縮・減容の効果を定量的に評価した。
【００７３】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度０．５５ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例２】
【００７４】
定量部のシリンダー温度を２５０℃、スクリューの回転速度を７０ｒｐｍ、せん断速度を６６ｓ−１とし、他の条件は実施例１と同様とした。
【００７５】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度が０．５４ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例３】
【００７６】
押出機のホッパへ供給する発泡ポリウレタンとして、断熱用の発泡ポリウレタンを粉砕した後に熱媒のガスを真空減圧で除去したものを用いた。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００７７】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は密度が１．０２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例４】
【００７８】
押出機の先端部に反応装置を取り付け、反応容器内の温度を２５０℃とし、反応容器内に薬剤としてエチレングリコールを注入することにより、薬剤が供給部側へ逆流するかどうかを確認した。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００７９】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は密度が１ｇ／ｃｍ３であった。
【００８０】
図５は、押出機と反応装置とを組み合わせた発泡ポリウレタン減容処理装置を示す概略構成図である。
【００８１】
押出機については、図１の構成と同様であり、シリンダー１の先端部に反応容器１０４が接続されている。反応容器１０４の上流側に薬剤注入部１０５が設けてある。これにより、押出機で減容されたポリウレタンが更に減容されるようになっている。
【００８２】
なお、図示していないが、薬剤は、薬剤タンクから薬剤注入ポンプによって加圧し、薬剤注入部１０５を介して注入することが望ましい。薬剤が薬剤タンクに逆流することを防止するためである。
【００８３】
図６は、図５の変形例を示したものである。
【００８４】
本図においては、薬剤注入部１０５がシリンダー１の定量部２ｃの後段部分に設置してある。この構成によれば、ポリウレタンと薬剤とをスクリュー２によって機械的に混練することができる。
【００８５】
本実施例においては、発泡ポリウレタンの投入量と薬剤注入量との比を１：１とした。この場合、シリンダー１には、供給部よりも上流に薬剤の付着等は見られず、薬剤が発泡ポリウレタンの供給側へ逆流しないことが分かった。
【００８６】
薬剤注入量は、発泡ポリウレタンの投入量よりも少なくしてもよい。
【００８７】
本実施例においては、反応容器１０４の上流側又はシリンダー１の定量部２ｃの後段部分に薬剤注入部１０５を設けたものを示したが、これに限定されるものではなく、シリンダー１の先端部と反応容器１０４との接続部に薬剤注入部１０５を設けてもよい。押出機の圧縮工程を利用することにより、シリンダー１の内部も反応容器１０４の内部も高圧条件を維持することができるため、ポリウレタンと薬剤との反応を促進することができる。
【実施例５】
【００８８】
ロール混練機を用いる場合を示す。
【００８９】
図９は、ロール混練機に内蔵された２本のロールを示したものである。
【００９０】
本図においては、２本のロール３０２の間に上方から発泡ポリウレタン４０１を供給し、混練して減容ポリウレタン４０２を得る。これを複数回繰り返す。２本のロール３０２の回転速度を異ならせることにより、２本のロール３０２の間を通過する発泡ポリウレタン４０１にせん断力を加えることができる。
【００９１】
ロール混練機に発泡ポリウレタンを供給し、加熱してせん断力を加える工程を複数回繰り返し、累積して２分間混練した。
【００９２】
ロールのサイズは、６インチであり、前後のロールそれぞれの回転速度は、２２ｒｐｍ、１８ｒｐｍとし、クリアランスｔを１．５ｍｍにした。この条件は、発泡ポリウレタンに加わるせん断速度が２１ｓ−１の場合に相当する。ロールの表面温度は１９０℃とした。ロール間の圧力は３ＭＰａとした。
【００９３】
得られたシート状の成型物の形状（体積）及び重さから密度を求めた。その結果、得られたポリウレタン生成物の密度は０．５１ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例６】
【００９４】
押出機のスクリュー形状は、流路断面積比Ｒが４であって、かつ、断面積が変化するテーパ部を有する部分のＬ／Ｄが１．５であるものを用いた。スクリューの回転速度は７０ｒｐｍ、せん断速度は６６ｓ−１とした。他の条件は実施例１と同様とした。
【００９５】
その結果、定量部の圧力は最小値が０．３ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動があり、実施例１に比べて圧力変動が約４ＭＰａ大きくなって不安定であった。得られたポリウレタンの生成物の密度は０．５２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例７】
【００９６】
圧縮部及び定量部の温度をいずれも２００℃とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【００９７】
その結果、定量部の圧力は最小値が０．２ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動があり、実施例１に比べて圧力変動が約４ＭＰａ大きくなって不安定であった。得られた生成物の密度は０．５２ｇ／ｃｍ３であった。
【００９８】
上記の実施例においては、シリンダーの直径が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は、８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下程度の大型の押出機を用いればよい。また、せん断によるポリマーの劣化によって生じる副生成物の生成を避けるため、せん断速度が５００ｓ−１以下の運転条件で行うことが望ましい。
【実施例８】
【００９９】
押出機は、シリンダー内径Ｄが５０ｍｍ、Ｒが６、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は１７６ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１００】
その結果、定量部の圧力は最小値が５ＭＰａで、最大値が６ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０１】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６０ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例９】
【０１０２】
押出機は、シリンダー内径Ｄが１５２ｍｍ、Ｒが１０、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は５５０ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１０３】
その結果、定量部の圧力は最小値が６ＭＰａで、最大値が７ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０４】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６２ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例１０】
【０１０５】
押出機は、シリンダー内径Ｄが１５２ｍｍ、Ｒが２０、Ｌ／Ｄが１０のものを用い、せん断速度は５５０ｓ−１とした。他の条件は実施例６と同様とした。
【０１０６】
その結果、定量部の圧力は最小値が６ＭＰａで、最大値が８ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１０７】
得られたポリウレタンの生成物の密度は０．６５ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０８】
表１は、実施例１〜１０のデータをまとめて示したものである。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
（比較例１）
押出機の定量部のシリンダー温度を１２０℃にして実験を行った。他の条件は実施例２と同様とした。
【０１１１】
その結果、得られたポリウレタンの生成物の密度は０．２１ｇ／ｃｍ３であった。
【０１１２】
（比較例２）
押出機の定量部のシリンダー温度を４００℃として実験を行った。他の条件は実施例２と同様とした。
【０１１３】
その結果、得られたポリウレタンからの生成物の密度は０．５６ｇ／ｃｍ３であった。しかし、生成物に焼け等が発生して変色し、みかけの粘度が低下していた。熱分解により分子量が低下したと考えられる。一般に、温度が４００℃以上となると、ポリマーの骨格に含まれるＣ−Ｃ結合なども分解し、劣化が進行するためである。
【０１１４】
（比較例３）
図４に示すピストン式の圧縮機を用いてせん断力を加えずにシリンダー内の温度を１７０℃、シリンダー内の圧力を５ＭＰａとして圧縮した。
【０１１５】
本図において、シリンダー１の内部に発泡ポリウレタン３を入れ、シリンダー１に挿入したピストン５により発泡ポリウレタン３を圧縮した。
【０１１６】
その結果、得られた生成物の密度は０．３５ｇ／ｃｍ３であった。
【０１１７】
（比較例４）
押出機の先端部に反応装置を取り付け、押出機の定量部のシリンダー温度を１２０℃とし、反応容器内の温度を２５０℃とした。反応容器内に薬剤としてエチレングリコールを注入した場合に薬剤が供給部側へ逆流するかどうかを確認した。他の条件は実施例４と同様とした。
【０１１８】
その結果、薬剤が供給側へ逆流した。
【０１１９】
この理由は、以下の通りである。
【０１２０】
押出機の温度が低く、ポリウレタンが軟化しない。このため、ポリウレタンを圧縮することができず、押出機のシリンダーの内部にあるポリウレタンの粒子間に隙間が生じる。この隙間から薬剤が漏れ出すためである。
【０１２１】
（比較例５）
ロールに発泡ポリウレタンを供給し、加熱してせん断力を加える工程を複数回繰り返し、累積して２分間混練した。ロールのサイズは６インチであり、前後のロールそれぞれの回転速度は、２２ｒｐｍ、 １８ｒｐｍとし、クリアランスｔを１０ｍｍにした。この条件においては、発泡ポリウレタンに加わるせん断速度は３．２ｓ−１に相当する。ロールの表面温度は１９０℃とした。ロール間の圧力は１ＭＰａとした。
【０１２２】
得られたシート状の成型物の形状（体積）及び重さから密度を求めた。
【０１２３】
その結果、得られたポリウレタン生成物の密度は０．２１ｇ／ｃｍ３であった。
（比較例６）
押出機は、シリンダー内径Ｄが５５ｍｍ、Ｒが４、Ｌ／Ｄが１０の二軸押出機を用いた。スクリューの回転速度は３００ｒｐｍ、クリアランスｔは１ｍｍ、せん断速度は８３２ｓ−１とし、定量部のシリンダーの温度は１７０℃に設定した。定量部の圧力は最小値が４ＭＰａで、最大値が５ＭＰａの範囲で押出中に変動した。
【０１２４】
その結果、得られたポリウレタンの生成物は、密度が０．４ｇ／ｃｍ３であった。また、焼けが発生し、ガスも発生した。
【０１２５】
表２は、比較例１〜６のデータをまとめて示したものである。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
本発明によれば、家電、自動車、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連続的に処理し、高い密度に圧縮することができる。
【０１２８】
また、本発明によれば、埋め立て前処理、あるいは、薬剤を用いた分解反応によるリサイクル処理の際の発泡ポリウレタンの供給における有効な手段を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１：シリンダー、２：スクリュー、２ａ：供給部、２ｂ：加圧部、２ｃ：定量部、３：発泡ポリウレタン、４：減容ポリウレタン、５：ピストン、６：流路断面、１０１：投入口、１０２：凸部、１０３：凹部、１０４：反応容器、１０５：薬剤注入部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、前記発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、前記押出機で圧縮された前記発泡ポリウレタンに前記薬剤を注入する薬剤注入部を有することを特徴とする発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項２】
前記押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機であることを特徴とする請求項１記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項３】
前記押出機は、単軸押出機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項４】
前記スクリュー押出機は、前記スクリューにテーパを有しない供給部と、前記スクリューにテーパを有する加圧部と、前記スクリューにテーパを有しない定量部とを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項５】
前記薬剤注入部は、前記定量部の後段部分、前記スクリュー押出機の前記シリンダーの先端部と前記反応容器との接続部、又は前記反応容器に設置してあることを特徴とする請求項４記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項６】
前記押出機に供給される前記発泡ポリウレタンを減圧下で粉砕して脱気する処理を行うための粉砕脱気処理装置を前記投入口に接続したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項７】
前記スクリュー押出機は、単軸押出機であって、前記スクリューの形状は、前記供給部の流路断面積Ａと前記定量部の流路断面積Ｂとの比である流路断面積比Ａ／Ｂが４以上であり、かつ、前記シリンダーのうち前記加圧部に該当する部分の長さＬと前記加圧部における前記シリンダーの内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１０以上であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項１】
発泡ポリウレタンの投入口を有する押出機と、前記発泡ポリウレタンと薬剤とを反応させるための反応容器とを含み、前記押出機で圧縮された前記発泡ポリウレタンに前記薬剤を注入する薬剤注入部を有することを特徴とする発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項２】
前記押出機は、らせん状の凸部及び凹部を有するスクリューを備えたスクリュー押出機であることを特徴とする請求項１記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項３】
前記押出機は、単軸押出機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項４】
前記スクリュー押出機は、前記スクリューにテーパを有しない供給部と、前記スクリューにテーパを有する加圧部と、前記スクリューにテーパを有しない定量部とを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項５】
前記薬剤注入部は、前記定量部の後段部分、前記スクリュー押出機の前記シリンダーの先端部と前記反応容器との接続部、又は前記反応容器に設置してあることを特徴とする請求項４記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項６】
前記押出機に供給される前記発泡ポリウレタンを減圧下で粉砕して脱気する処理を行うための粉砕脱気処理装置を前記投入口に接続したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【請求項７】
前記スクリュー押出機は、単軸押出機であって、前記スクリューの形状は、前記供給部の流路断面積Ａと前記定量部の流路断面積Ｂとの比である流路断面積比Ａ／Ｂが４以上であり、かつ、前記シリンダーのうち前記加圧部に該当する部分の長さＬと前記加圧部における前記シリンダーの内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１０以上であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の発泡ポリウレタン減容処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８２９３６（Ｐ２０１３−８２９３６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３１６１（Ｐ２０１３−３１６１）
【出願日】平成２５年１月１１日（２０１３．１．１１）
【分割の表示】特願２０１０−１０４９００（Ｐ２０１０−１０４９００）の分割
【原出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１１日（２０１３．１．１１）
【分割の表示】特願２０１０−１０４９００（Ｐ２０１０−１０４９００）の分割
【原出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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