JP2005053120A - 合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】種々の合成樹脂材料が混在した合成樹脂廃材でも分別を要さずそのまま有用な合成樹脂製品に再成形し得る方法を提供し、コスト等を軽減させ、合成樹脂廃材のリサイクルを促進する。
【解決手段】複数種の合成樹脂材料が混在した合成樹脂廃材を高速回転する羽根１１ａ〜１１ｆを備えたミキシング装置１に投入し、その撹拌に伴ない発生する摩擦熱により溶融させることにより該合成樹脂材料をゲル状態とし、該合成樹脂材料をそのゲル状態のまま成形機４２に装填し冷却する。
【選択図】図２

Description

本発明は、合成樹脂材料を主体とする廃材を再利用して有用な合成樹脂製品を製造する合成樹脂製品の成形方法に関するものである。
合成樹脂材料に木粉等の木質粉砕物を混入し、押出成形機により木質合成樹脂製品を成形する技術は、下記特許文献１に開示されている。
特開２００２−７９５６７号公報
ところで、使用済の合成樹脂製包装用容器、或いは廃車のバンパー，バッテリーケース、その他の製品から生じる大量の合成樹脂廃材は、ポリ塩化ビニル，ポリエチレン，ポリプロピレン，ナイロン，アクリロニトリル，ポリスチレン，ポリアミド，ポリエステル，ウレタン，エポキシ，フェノール等の熱可塑性または熱硬化性の種々の合成樹脂材料、或いはこれらの共重合樹脂が混在し、さらにこれに金属片，木片，ガラス片，繊維屑等の來雑物が混じったものとなる。従来このような合成樹脂廃材は、各材料毎に溶融温度がまちまちであるので、周知の射出成形機に供給して合成樹脂製品を再成形するのは困難であった。従って材料毎に分別しない限りリサイクルは不可能とされていた。しかし分別のためには高度な分離技術が要求されるとともにそのコストが高くつくために、従来ではこのような合成樹脂廃材は大部分が産業廃棄物として処分場に投棄されている状況である。
そこで本発明は、種々の合成樹脂材料が混在した合成樹脂廃材でも分別を要さずそのまま有用な合成樹脂製品に再成形し得る方法を提供し、上記のような分別に要するコスト等を軽減させ、合成樹脂廃材のリサイクルを促進し、上記問題点を解決しようとするものである。
そのために請求項１に記載の合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法は、複数種の合成樹脂材料が混在した合成樹脂廃材を高速回転する羽根を備えたミキシング装置に投入し、その撹拌に伴ない発生する摩擦熱により溶融させることにより該合成樹脂材料をゲル状態とし、該合成樹脂材料をそのゲル状態のまま成形機に装填し冷却することにより合成樹脂製品を成形することを特徴とする。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、羽根の回転軸を中空状に形成し該回転軸中に冷却媒体を循環させることにより該羽根を冷却しゲル状態の合成樹脂廃材との粘着を防ぐようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、チャンバ壁中に冷却媒体を循環させることにより該チャンバを冷却しゲル状態の合成樹脂廃材が該チャンバの内面に粘着するのを防ぐようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、傾斜状の羽根を複数枚設け、回転に伴い該羽根に当たった合成樹脂廃材が常にチャンバの中心向に案内されるようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、チャンバ壁の一部に光学式温度計の測定ヘッドを設け、該測定ヘッドの周囲に冷却媒体を循環させ、該測定ヘッドの過熱を防ぐようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、チャンバ内のガスを吸引し外部に排出する真空排ガス装置を設けたことを特徴とするものである。
また本発明は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられ、該チャンバ内に合成樹脂廃材を装填することにより該廃材を撹拌しその撹拌に伴なう摩擦熱により該合成樹脂廃材をゲル状態に溶融させる合成樹脂廃材再生用ミキシング装置において、モータの電源の負荷電流がピークに達してから一定時間後に該チャンバ内からゲル状態の合成樹脂廃材を排出するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法は、ポリプロピレン，ポリエチレン等の熱可塑性樹脂材料が混在した合成樹脂廃材を高速回転する羽根を備えたミキシング装置に投入し、その撹拌に伴ない発生する摩擦熱により溶融させることにより該合成樹脂材料をゲル状態とし、該合成樹脂材料をそのゲル状態のまま木材，古紙，繊維等のセルロース系材料の粉体または屑体ととともに押出成形機に投入し木質系の合成樹脂製品を成形することを特徴とする。
また本発明は、ダイスに連なる上記押出成形機の材料押出通路を横断面長方形状に形成するとともに、該材料押出通路にその幅および厚さを局部的に拡径することで略楕円体状に形成された圧力室を設け、ポリプロピレン，ポリエチレン等の熱可塑性樹脂と、木材，古紙，繊維等のセルロース系材料の粉体または屑体とを前記押出成形機に投入し、該樹脂混合材料を１８０〜２００℃に加熱した後に前記圧力室を通して押し出すことを特徴とするものである。
請求項１に記載の合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法によれば、合成樹脂廃材を撹拌に伴う摩擦熱により適度なゲル状態に溶融させ異種の合成樹脂材料を渾然一体のものとして有用な合成樹脂製品を成形できる。このため分別を要することなく低コストで合成樹脂廃材をリサイクルでき、資源の有効活用が図れると共に、合成樹脂廃材の処理問題の解決に有効である。
請求項２に記載の合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法によれば、良質で表面肌がきれいな木質系合成樹脂製品を製造でき、木材資源の有効活用に寄与できる。
次に図面と共に本発明の請求項１に係る実施例を説明する。図１にその工程図を示す。最初の工程ａは廃棄物から得られた種々の合成樹脂廃材を適当な大きさに粉砕し、チップ状，粒状、或いは粉状にする工程である。そして次の工程ｂでは製品として要求される物性に応じて成分調整をするべく計量をする。そのとき必要に応じ着色剤，新規な合成樹脂材料，強化剤等を添加することもできる。
こうして計量された合成樹脂廃材を図２に例示したミキシング装置１に投入する。このミキサー１は、機台２上に横向円筒形のチャンバ３を形成し、軸受４，４により水平に支持された回転軸５を該チャンバ３の中心に案内され、該回転軸５の一端を継手６を介してモータ７と連結している。回転軸５は中空状のもので、その軸端にロータリージョイント８，カップリング９が設けられ、該ロータリージョイント８を通して冷却水を該回転軸５の内部中心に設けられた給水パイプ１０に供給し、その冷却水は該回転軸５中を往復させてカップリング９より排出させるように構成している。
チャンバ３中を貫通する回転軸５の外周には図２〜図４に示したように合計６枚の羽根１１ａ〜１１ｆが突設されている。そのうちの両端部の羽根１１ａおよび１１ｆは矢印にて示した方向に回転したときその前縁がチャンバ３の両端壁１２，１２の内面と殆んど隙間なく摺接するように約１５度の角度で傾斜して回転軸５の外周面に固着されている。また中間部の４枚の羽根１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅは回転軸５の外周面に千鳥状に固着され外各羽根の先方部は回転時の前縁が該チャンバ３の両端を向く方向に夫々約１５度の角度で捲られている。
また、１２は該チャンバ３の一方の端壁に開設された材料供給口、１３は回転軸５の外周に形成された螺旋状の材料供給スクリュー、１４は該供給スクリュー１３を包囲している材料供給箱、１５は該供給箱の上方に設けられたホッパーで、該ホッパーには気密に閉止し得る蓋１６が設けられる。また、１７，１７は回転軸５に固設されたバランスホイールである。
チャンバ３の周壁中には通水路１８が形成され、該通水路１８に連通する給水管１９および排水管２０を配設し、該通水路１８に冷却水を循環させることにより該チャンバ３壁を冷却し得るようにしている。また、２６は光学式温度計、２１は該チャンバ３の周壁の一部に設けられた光学式温度計の測定ヘッドで、該測定ヘッド２１と光学式温度計２６とは接続ケーブルを介して連結されている。２２は該測定ヘッド２１を過熱から防ぐために周囲に給水管２３，排水管２４を通して冷却水が通水されるように設けられた通水路である。２５は光学式温度計２６により計測された温度を表示するデジタルパネルメータである。このように測定ヘッド２１に冷却水を通水し過熱を防ぐことにより受光面への樹脂の粘着を防ぎ測定温度の正確性を期すことができる。
また、２７はチャンバ３の底壁部に設けられたゲル排出ドアで、該ドア２７は軸２８により回転可能に支持され該軸２８に設けられたギヤ２９がラック３０に噛合し、該ラック３０をシリンダ３２の作動により進退動させることで該軸２８が回転しドア２７を開閉できるように構成している。３１は該ドア２７の直下に配置されたゲル受用のトレイである。
また、チャンバ３の一側壁にガス抜の配管３３が接続され、該配管３３は真空排ガス装置３４に配設されている。また、４０は制御盤で、該制御盤４０にはモータ７の回転数をコントロールするインバータが接続されていると共に、モータ７の負荷電流を測定する電流計，およびタイマーを具備し、前記シリンダ３２に指令を出してドア２７を開閉できるようにしている。
このように構成したミキシング装置１では、回転軸５内およびチャンバ３壁に夫々冷却水を循環させ、モータ７により該回転軸５を介して羽根１１ａ〜１１ｆを高速回転させる。例えば羽根１１ａ〜１１ｆの先端速度が２０〜５０ｍ／ｓ程度まで上昇し得るように高速回転させる。そして予め一定の大きさのチップ状，粒状等に粉砕された合成樹脂廃材をホッパー１５に投入し、供給スクリュー１３のガイドにより該廃材を材料供給口１２よりチャンバ３中に供給し、羽根１１ａ〜１１ｆよりこれを撹拌する。
図６はポリプロピレン５０％，アクリロニトリル・エチレンプロピレンゴム・スチレン共重合樹脂５０％の組成からなる合成樹脂廃材をチャンバ３中に充填し上記のように撹拌した際の光学式温度計２６にて測定されたチャンバ３内の合成樹脂材料の温度変化（符号Ａにて示す）と、そのときのモータ７の負荷電流の変化（符号Ｂにて示す）とを夫々横軸を時間軸としてチャートに表わしたものである。このようにチャンバ３内の合成樹脂材料は、撹拌されるに伴い摩擦熱が発生しその摩擦熱によって温度が徐々に上昇し、同図中の点ａにて示した時に適度な軟らかさのゲル状態に溶融する。また、該モータ７の負荷電流は、同図中の点ｂにてピークに達し、その後数秒間で合成樹脂材料の温度が適度なゲル状態となる。このようにモータ７の負荷電流がピークになる時点を検出することで、チャンバ３内の合成樹脂材料が溶融し始めたところであることを検知することができる。即ち、材料の溶融が始まった頃は最も撹拌抵抗が上昇し負荷電流も同時期にピークに達する。このため制御盤４０にて負荷電流がピークアウトするのを検知してタイマーを作動させ数秒後（投入された廃材の量や組成等により多少タイマーの設定時間は異なる）にシリンダ３２を作動させドア２７を開かしめチャンバ３内の合成樹脂材料を排出させれば、常に適度な軟らかさのゲル状態に溶融したところで排出することができる。このためこのような排出のタイミングを採ることにより次の成形工程における成形の都合上常に最適な軟らかさとなるように粘度を調整することができる。
なお羽根１１ａおよび１１ｆは、溶融した合成樹脂材料が両端壁内面に付着するのを防ぐ。また羽根１１ｂ〜１１ｅは、その傾斜によって合成樹脂材料をチャンバ３内の中心向にガイドするので、チャンバ３内で溶融した合成樹脂材料は分散することなく餅のような塊にすることができる。そしてチャンバ３壁は冷却水により冷却され、回転軸５および羽根１１ａ〜１１ｆは該回転軸５中を循環する冷却水により冷却されるので、溶融した合成樹脂材料との温度差が充分に保たれその粘着を防ぐことができる。従ってドア２７を開ければ、そのゲル状態の合成樹脂材料は難なく遠心力でトレイ３１上に排出される。（工程ｃ，ｄ）。
こうして排出された合成樹脂材料をその溶融状態にあるうちに加圧成形機に装填し、板状，棒状，粒状，チップ状，箱状等の所望の形状に成形する。（工程ｅ）。図７はそのための下型４０と上型４１とからなる加圧成形機４２の一例を示す。ゲル状態に溶融した合成樹脂材料５０を該下型４０中に装填し上型４１を圧下させて加圧することにより該合成樹脂材料５０は冷却され板状に成形される。
このように撹拌の摩擦熱によって溶融した合成樹脂材料を再加熱することなく即座にそのまま次の成形機に装填することで、廃材中の種々の合成樹脂材料を分離させることなく渾然一体のものとして成形品を成形することができる。このため種々の合成樹脂材料が混っているにも拘らず強度，弾性等の物質的特性の優れた成形品を成形できる。ちなみに上記組成の合成樹脂材料では、曲げ弾性率１７００ｋｇ・ｆ／ｃｍ２以上、曲げ強度３００ｋｇ・ｆ／ｃｍ２以上，引張強度１５０ｋｇ・ｆ／ｃｍ２以上の夫々高い特性を得ることができた。このため成形品の用途も新規の材料と損色なく非常に広範囲なものとなる。また、ここでリサイクルし得る合成樹脂材料は上記組成に限らず、自動車バンパー，自動車内装品，ペットボトル，発泡スチロール容器，薬品容器，バッテリーケース等の種々の合成樹脂製品の廃材を混合使用し得る。
そしてチャンバ３内のガスを配管３３を通して真空排ガス装置３４により吸引すれば、塩化ビニル等の合成樹脂材料が溶融するに伴い発生する有害ガスを外部に排出することができるので、工場内の作業環境を良好に保つことができる。また、ホッパー１５の蓋１６を気密に閉じてチャンバ３内を減圧することにより、撹拌に伴い溶融樹脂中に空気，ガス等が混入する割合を可及的に少くできるので、成形品の特性を向上させるのに一層望ましい。
次に図８〜図１２に従い本発明の請求項２に係る実施例を説明する。この実施例は、熱可塑性樹脂の廃材を再利用し木質系の板状合成樹脂製品を成形するもので、図１はその装置全体の概要である。同図中、１は上記ミキシング装置、１００は押出成形機である。ミキシング装置１のホッパー１５にポリプロピレン，ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の廃材を投入し、該熱可塑性樹脂を上記のように内部の羽根との衝撃摩擦による自己発熱により溶融させ、該熱可塑性樹脂をゲル状態とする。そして、ドア２７を開くことにより、このゲル状態の熱可塑性樹脂を押出成形機１００のホッパ１２１に投入する。
押出成形機１００は、横置されたシリンダ１２０の基部上面にホッパ１２１およびホッパ１２２が設けられ、該シリンダ中にモータ１２３により回転するスクリュ１２４を設け、該シリンダの先端部にダイス１２５に連なる金型１２６を設けてなる。１２７は該シリンダの外側に設けられたヒータである。
また、図９〜図１１に示したように、金型１２６には、シリンダ１２０の先端部から次第に幅を拡径することにより、横断面長方形状の材料押出通路１３０が形成される。１３１は該材料押出通路の途中を側面へ字状に屈折させることで形成された突堤部である。また、１３２は図１２にも示されたように該材料押出通路１３０の幅および厚さを局部的に拡径することで略楕円体状に形状された圧力室である。そして該圧力室１３２の先方に長方形状の開口を有するダイス１２５が設けられる。また、１３５はダイス１２５の先方に設けられた成形品支持用ローラ、１３６は冷風吹出装置である。
しかして、ゲル状態とした上記熱可塑性樹脂をホッパ１２１から投入するとともに、微粉末状に粉砕された木粉をホッパ１２２より投入する。なお、この樹脂と木粉との混合比率は、製品の用途に従い木粉を５０〜９０％（好ましくは６０〜８０％）に調整することができる。そしてスクリュ１２４を回転させることによりこの樹脂および木粉を混合攪拌しつつ押送するとともに、ヒータ１２７により該樹脂混合材料を１８０〜２００℃（樹脂を溶融させるも木粉が焼ける温度以下であること）に加熱し、該樹脂混合材料を上記押出通路１３０にてその通路幅に合わせて漸次拡径させる。なお、該該樹脂混合材料は突堤部１３１を経ることによって幅１ｍ程のものとなる。そして該樹脂混合材料はスクリュ１２４の旋回によりヘッド圧：３００ｋｇ／ｃｍ２程度にてさらに押送され、該樹脂混合材料が上記圧力室１３２に至りて矢印で示したように旋回し一旦は逆流することにより、樹脂と木粉との混合が一層確実となる。即ち、該樹脂混合材料は押出通路１３０の内壁面との摩擦によって樹脂と木粉とが分離し樹脂のみが先行することがあったが、楕円体状に形状された圧力室１３２にて旋回することで樹脂と木粉とが再混合され、ダイス１２５に至っても良好な混合状態が維持される。
このため、ダイス１２５を経て押し出された幅１ｍ程、厚さ３〜１２ｍｍの板状成形品の表面肌は従来にない緻密なものとなり得る。そして、冷風吹出装置１３６により冷却することにより、本発明に係る木質系の板状合成樹脂製品が成形される。
こうして製造された板状合成樹脂製品は、木粉の混合比率に従い軽量で加工性がよいなど木の特質を有し、特に表面肌が滑らかであるので、建材その他の資材としての用途が広い。また、合成樹脂単体に比べてより高いヤング率の材質が得られるとともに、耐水性に優れた木質材料としても位置づけられ、商品価値の高いものとなる。また必要に応じて表面に木目模様等を印刷することも可能である。
なお、合成樹脂廃材として溶融温度の異なるポリスチレン，ポリ塩化ビニル等の他の熱可塑性樹脂をリサイクルすることもできる。
また、上記圧力室１３２を設けたことにより、樹脂と木粉とが良好に混合されることから、従来７００〜１０００ｍｍ／分であった押出速度、即ち、成形速度を３０００ｍｍ／分と大幅に速くすることができ、品質を落とすことなく生産効率を向上することができる。
また、実施例に示した木粉の他、切粉等の粉体、鉋屑等の屑体、或いは、古紙，繊維等のセルロース系材料の粉体，屑体を再生利用することもできる。また、これらの配合量を調節することにより、所期の質感，強度を備えた合成樹脂製品を成形し得る。そして、これらのセルロース系材料の特質として製品強度を向上させる。
本発明に係る合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法の工程図。 本発明に係る合成樹脂製品の成形方法を実施するためのミキサーの縦断面図。 図２のミキサーの羽根の拡大図。 図３の平面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 合成樹脂廃材の撹拌に伴う温度変化およびモータの負荷電流の変化を示した線図。 本発明の合成樹脂製品の成形方法を実施するための加圧成形機の縦断面図。 本発明に係る木質系の合成樹脂製品を成形する装置の全体の概略図。 図８の押出成形機の要部の縦断面図。 図９の水平断面図。 図９のＢ−Ｂ線断面図。 図９のＣ−Ｃ線断面図。
符号の説明
１ ミキシング装置
３ チャンバ
５ 回転軸
１１ａ〜１１ｆ 羽根
１２ 材料供給口
４２ 加圧成形機
１００ 押出成形機
１２５ ダイス
１２６ 金型
１２７ ヒータ
１３０ 材料押出通路
１３１ 突堤部
１３２ 圧力室

Claims (2)

  1. 複数種の合成樹脂材料が混在した合成樹脂廃材を高速回転する羽根を備えたミキシング装置に投入し、その撹拌に伴ない発生する摩擦熱により溶融させることにより該合成樹脂材料をゲル状態とし、該合成樹脂材料をそのゲル状態のまま成形機に装填し冷却することにより合成樹脂製品を成形することを特徴とした合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法。
  2. ポリプロピレン，ポリエチレン等の熱可塑性樹脂材料が混在した合成樹脂廃材を高速回転する羽根を備えたミキシング装置に投入し、その撹拌に伴ない発生する摩擦熱により溶融させることにより該合成樹脂材料をゲル状態とし、該合成樹脂材料をそのゲル状態のまま木材，古紙，繊維等のセルロース系材料の粉体または屑体ととともに押出成形機に投入し木質系の合成樹脂製品を成形することを特徴とした合成樹脂廃材を再利用する合成樹脂製品の成形方法。
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