JP2003326584A - 押出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融樹脂材料がヘッド部を通過する場合の接
触抵抗が少なく、溶融樹脂表面の揮発性成分や微細粒子
の除去をヘッド部でも行う押出機を得る。 【構成】 熱可塑性樹脂の押出機のヘッド部のスクリュ
ウ羽根より下流側に超臨界流体を導入し、超臨界流体が
溶融樹脂外周とヘッド部内部壁面間をヘッドの吐出口方
向に流動するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、押出機に関するもので
あり、更に詳しくはポリエステルなどの熱可塑性樹脂の
スクリュウ式押出機のヘッド部に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂の押出機は樹脂材料が供給
されるバレルと、バレル内で回転される、単軸もしくは
複軸のスクリュウよりなり、加熱とスクリュウの回転に
よるせん断熱により、樹脂材料を溶融、混練しながらバ
レル先端のヘッド部に押出し、さらにヘッドの吐出口よ
り外部のペレタイザやダイなどに樹脂を押出すものであ
り、該ヘッド部は通常バレルに連なるノズル形状であり
加圧された溶融樹脂を外部に案内するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱可塑性樹脂の押出機
のヘッドは、バレルと同径部から小径の吐出口までノズ
ル形状に絞り込まれた形状であり、スクリュウで高圧と
された溶融樹脂を吐出口まで案内するので、溶融樹脂と
ヘッド部の壁面との接触抵抗を減少するのが好ましく、
ヘッド部の内部壁面は平滑に加工されている。

【０００４】溶融樹脂とヘッド部の壁面との接触抵抗を
減少するために、潤滑剤の使用も考えられるが、潤滑剤
としてシリコーンオイル、ポリアルキレングリコールな
どの液体潤滑剤を使用した場合、高圧環境であるので液
体潤滑剤の使用が困難であるだけでなく、押出した樹脂
製品の表面に該潤滑剤が残置してしまう。

【０００５】押出機で熱可塑性樹脂を押出してペレット
等の押出し樹脂製品とする場合、該製品に樹脂以外のも
のが存在するのは好ましくなく、スクリュウ部に揮発物
質などを除去するベント部を設けたり、さらに固形物を
ろ過するフィルタを設けたりしているが、ヘッド部でも
溶融樹脂の表面改質ができれば好ましい。

【０００６】廃棄ポリエステル樹脂などを樹脂材料とし
て回収再利用しようとする場合、廃棄熱可塑性樹脂には
微細固形物などの不純物が含まれるので押出機ヘッド部
での摩擦や壁面磨耗が大きくなりがちであり、溶融樹脂
の表面改質要求も大きい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】押出機のヘッド部のスク
リュウ羽根より下流側に超臨界流体を導入して、溶融樹
脂の外周とヘッド部の内部壁面との間に存在する超臨界
流体がヘッドの吐出口方向に流動することにより潤滑剤
として働くとともに、超臨界流体の物質溶解性により溶
融樹脂の表面改質を行う。

【０００８】超臨界流体とは、ある物質の臨界温度以
上、かつ臨界圧力以上の状態であることであり、気体と
液体の中間の物理的性質を示し、物質溶解性が高く、染
料微粒子などの微粒子固体を溶解することも知られてい
る。

【０００９】本発明で用いる超臨界流体としては超臨界
二酸化炭素がよく、二酸化炭素の臨界圧力は７５．３ｋ
ｇ／ｃｍ、臨界温度は３１．３５℃であり、この超臨界
流体域にある二酸化炭素は、気体に匹敵する高い拡散係
数を持ちながら、液体に近い密度を有し、物質溶解性が
高い。

【００１０】押出機のヘッド部に超臨界流体を導入する
と、溶融樹脂の外周とヘッド部の壁面との間に膜状に拡
散してヘッドの吐出口方向に流動するが、超臨界流体導
入部をヘッド流路を形成する多孔質体とすれば、溶融樹
脂の外周とヘッド部の壁面との間に超臨界流体を均等に
導入でき、多孔質体は高温高圧に耐えるセラミックや金
属体にすればよい。

【００１１】超臨界流体導入部の多孔質体を、ヘッド流
路の吐出口に連なる傾斜縮径部とすれば溶融樹脂の流動
抵抗の大きい部分に超臨界流体を直接導入することがで
き、傾斜縮径部での超臨界流体の不均等を防止できる。

【００１２】

【作用】超臨界流体を溶融樹脂の外周とヘッド部の壁面
との間に膜状に流動させれば、溶融樹脂がヘッド部の壁
面に直接接触することがなく、超臨界流体が潤滑剤とし
て働き、押出機のヘッド部はもともと高圧であるので、
導入した超臨界流体は排出するまで気体と液体の中間の
物理的性質を保つ。

【００１３】超臨界流体は物質溶解性が高く、微粒子固
体を分散溶解することも知られているので、溶融樹脂表
面の残存揮発性成分を除去することができ、超臨界流体
に溶解する微粒子を除去することも可能で、超臨界流体
は気体のように取り扱うことができるので除去した成分
とともに排出口から排出でき、超臨界流体が押出した樹
脂製品の表面に残置することはない。

【００１４】超臨界流体は混練すれば溶融樹脂に含浸す
ることが知られているが、本発明ではヘッド部のスクリ
ュウ羽根より下流側に超臨界流体を導入するので、超臨
界流体と溶融樹脂が混練することはなく、溶融樹脂中に
超臨界流体が含浸することはないが、仮に溶融樹脂表面
に多少含浸しても減圧時に分離するので超臨界流体が押
出した樹脂製品の表面や内部に残置することはない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の押出機を示す概略構成図で、
熱可塑性樹脂の押出機はバレル１とスクリュウ２とバレ
ル先端のヘッド部３よりなり、樹脂材料を供給するホッ
パとスクリュウ駆動部をもつ。

【００１６】ヘッド部３はバレル１と同径部から小径の
ヘッドの吐出口４までノズル形状に絞り込まれた形状
で、ヘッド流路はバレルに連なる平行部と、吐出口に連
なる平行部と両平行部を結ぶ傾斜縮径部５とよりなり、
ヘッド部はバレルと一体の場合もあれば別体とするとき
もある。

【００１７】超臨界流体は、ガスボンベ６内の高圧二酸
化炭素を加圧ポンプ７で昇圧して導入制御弁８で圧力と
流量を制御して導入口９よりヘッド部に導入するが、二
酸化炭素の臨界圧力以上で、押出機ヘッド内圧力以上で
導入するのがよく、押出機ヘッド内圧力は二酸化炭素の
臨界圧力以上のことが多いので改めて加圧しなくても導
入した二酸化炭素は超臨界状態を保つが、ヘッド内圧力
が臨界圧力以下の場合はスクリュウ回転数を上げて加圧
する必要がある。

【００１８】ヘッド部に設けた超臨界流体の導入口９
は、スクリュウのスクリュウ羽根の下流側にあるので、
導入された超臨界流体はスクリュウによる混練作用を受
けることはなく、超臨界流体は溶融樹脂外周とヘッド部
壁面間でヘッドの吐出口方向に層状に流動する。

【００１９】吐出口４方向に流動した超臨界流体は排出
口１０より、排出制御弁１１により圧力と流量を制御し
て排出するが、超臨界流体は気体状の性質を持つので液
状のものより簡易に排出でき、臨界圧力以下に減圧すれ
ば気体となるので溶融樹脂外周に二酸化炭素が残ること
はない。

【００２０】図２は本発明の押出機のヘッド部の部分を
示す断面図で、ヘッド部３に設けた超臨界流体の導入口
９はスクリュウ２のスクリュウ羽根の下流側にあり、ま
た導入口９のヘッド流路に接する部分には溶融樹脂の逆
流を防ぐフィルターを設置する。

【００２１】吐出口４方向にヘッド部内部壁面を流動し
た超臨界流体は排出口１０より排出するが、排出口１０
の吐出口流路に接する部分には溶融樹脂の逆流を防ぐフ
ィルターを設置する。

【００２２】超臨界流体は混練しなければ溶融樹脂中に
含浸しないので、溶融樹脂外周とヘッド部内部壁面間で
超臨界流体はヘッドの吐出口方向に層状に流動して、潤
滑作用と溶融樹脂表面の改質作用を行う。

【００２３】図３は本発明の他の実施例の押出機のヘッ
ド部の部分を示す断面図で、超臨界流体導入部をヘッド
流路を形成する多孔質体としたもので、超臨界流体導入
部多孔質体１２はセラミックもしくは金属よりなり、超
臨界流体はヘッド流路全周より均等にヘッドに導入さ
れ、溶融樹脂の外周とヘッド部の壁面との間に膜状に拡
散してヘッドの吐出口方向に流動した後、多孔質体超臨
界流体排出口１３より排出される。

【００２４】図４は本発明のさらに他の実施例の押出機
のヘッド部の部分を示す断面図で、超臨界流体導入部を
ヘッド流路の傾斜縮径部に設けた、流路を形成する多孔
質体としたもので、傾斜縮径部５に超臨界流体導入部多
孔質体１４を設け、溶融樹脂の流動抵抗の大きい部分に
超臨界流体を直接均等に導入することができる。

【００２５】図４のごとく超臨界流体排出口１５をヘッ
ドの吐出口外部に設ければ、超臨界流体導入部との距離
を大きくでき、溶融樹脂と超臨界流体の接触時間が長く
なり超臨界流体による物質溶解効果が大きくなり、吐出
口を出た溶融樹脂は減圧されるので超臨界流体の排出は
容易であるが、この場合も超臨界流体排出口１５には溶
融樹脂の逆流を防ぐフィルターを設置しておくのがよ
い。

【００２６】

【発明の効果】溶融樹脂材料がヘッド部を通過する場合
の接触抵抗が少なく、樹脂材料に硬質な固形物が含まれ
ていても、ヘッド部内部壁面が磨耗しにくく、溶融樹脂
表面の揮発性成分をヘッド部でも除去でき、超臨界流体
は物質溶解性が高いので溶融樹脂表面の微細粒子の除去
も期待できる。

【００２７】ポリエステルなどの合成繊維製品は硬質な
無機粒子である二酸化チタンの微細粒子が含まれている
ことが多く、さらに微細な染料微粒子が含まれているこ
とも多いので、廃棄された合成繊維を樹脂材料として溶
融押出す場合に本発明の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押出機を示す概略構成図

【図２】図２は本発明の押出機のヘッド部の部分を示す
断面図

【図３】本発明の他の実施例の押出機のヘッド部の部分
を示す断面図

【図４】本発明のさらに他の実施例の押出機のヘッド部
の部分を示す断面図

【符号の説明】

２、スクリュウ ３、ヘッド部 ６、ガスボンベ ９、超臨界流体の導入口 １２、超臨界流体導入部多孔質体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂の押出機のヘッド部のスク
   リュウ羽根より下流側に超臨界流体を導入し、該超臨界
   流体が溶融樹脂外周とヘッド部内部壁面間でヘッドの吐
   出口方向に流動する押出機
2. 【請求項２】 熱可塑性樹脂の押出機のヘッド部のスク
   リュウ羽根より下流側に超臨界流体を供給する超臨界流
   体導入部がヘッド流路を形成する多孔質体である請求項
   １記載の押出機
3. 【請求項３】 熱可塑性樹脂の押出機のヘッド部のスク
   リュウ羽根より下流側の超臨界流体導入部がヘッド流路
   を形成する多孔質体であり、ヘッド流路の傾斜縮径部に
   設けた請求項２記載の押出機
4. 【請求項４】 超臨界流体が超臨界二酸化炭素である請
   求項１記載の押出機