JP2006026949A

JP2006026949A - 超臨界流体を利用した混練押出装置

Info

Publication number: JP2006026949A
Application number: JP2004205378A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Yamachika; 光昭山近
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】複合成形材料と注入された超臨界流体との混練に時間がかからずに十分に拡散し、複合成形材料を比較的低温および低圧で押し出すことができるようにする。
【解決手段】シリンダ１内に２本のスクリュ２を有し、供給口３側からダイ４側に向かって順次、複合成形材料を混合・溶融する可塑化部Ａ、注入口６より超臨界流体を注入して混練する混練部Ｂ、脱揮部Ｃを備えている。各スクリュ２は、可塑化部Ａに対応する部位がフルフライト、混練部Ｂに対応する部位が上流側の深溝のフルフライトおよび下流側のニーディングディスク１０、脱揮部Ｃに対応する部位がフルフライトからなる。他方、混練部Ｂのシリンダの内壁面には、ニーディングディスクに対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝が周方向に互いに間隔をおいて設けられている。加えて、脱揮部Ｃには強制排気ベント口８を設けて超臨界流体をガス化させて分離除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種ポリマーブレンド、ポリマーアロイ、ポリマーとフィラーとの混合成形材料等の複合成形材料用の超臨界流体を利用した混練押出装置に関するものである。

異種ポリマーブレンド、ポリマーアロイ、ポリマーとフィラーとの混合成形材料等の複合成形材料の混練押出用の超臨界流体を利用した混練押出装置の一例について説明する。

図６に示すように、複合成形材料に超臨界流体を添加して溶融・混練する溶融・混練押出機１００と、溶融・混練押出機１００から吐出される溶融複合成形材料中に含浸された超臨界流体をガス化させて分離・除去したのちダイ２０４より押し出す脱揮用二軸スクリュ押出機２００とを備えている。

溶融・混練押出機１００は、シリンダ１０１の先端にギヤポンプ１０４を介して接続された吐出管路１０６を備えており、シリンダ１０１における混練・溶融部に設けられた注入口１０７には超臨界流体発生装置１１０によって発生された超臨界流体を供給するための供給管路１０８が接続されている。

溶融・混練押出機１００の下流側に配設された脱揮用二軸スクリュ押出機２００は、シリンダ２０１の一端側（上流側）に設けられた供給口２０３と、シリンダ２０１の他端（下流端）に配設されたダイ２０４とを備えており、シリンダ２０１には供給口２０３側からダイ２０４側に向かって順次、開放ベント口２０６ａ、強制排気ベント口２０７が互いに間隔をおいて設けられているとともに、供給口２０３の上流側には上流側開放ベント口２０６ｂが設けられている。

ホッパ１０３から供給された複合成形材料に対して超臨界流体を注入口１０７を介して注入して混練・溶融し、超臨界流体が含浸された溶融複合成形材料をギヤポンプ１０４によって吐出管路１０６へ吐出する。脱揮用二軸スクリュ押出機２００において、溶融複合成形材料中に含浸された超臨界流体がガス化し、上流側開放ベント口２０６ｂ、開放ベント口２０６ａおよび強制排気ベント口２０７より機外へ分離除去されたのち、ダイ２０４より押し出される。
特開２００２−３５５８８０号公報

上記従来の技術では、複合成形材料と注入された超臨界流体との混練に時間がかかり、粘度差の大きな異種ポリマーや熱分解温度の低いポリマーが劣化したり、フィラーが均一に分散しないという未解決の課題があった。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、複合成形材料と注入された超臨界流体との混練に時間がかからずに十分に拡散し、複合成形材料を比較的低温および低圧で押し出すことができる超臨界流体を利用した混練押出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の超臨界流体を利用した混練押出装置は、シリンダ内に回転自在に配設された２本のスクリュを有し、供給口が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、複合成形材料を混合・溶融する可塑化部、溶融した前記複合成形材料に対して注入口より超臨界流体を注入して可塑剤および不純物キャリアとして作用させる混練部、前記超臨界流体をガス化させて前記不純物とともに分離除去するための強制排気ベント口を有する脱揮部を備えた混練押出装置であって、前記スクリュは、前記可塑化部がフルフライト、前記混練部が上流側の深溝のフルフライトおよび下流側のニーディングディスク、前記脱揮部がフルフライトからなり、前記混練部の前記シリンダの内壁面には、前記ニーディングディスクに対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝が周方向に互いに間隔をおいて設けられていることを特徴とする。

前記ニーディングディスクが、中心軸線に対して山頂部が傾斜しているものでもよい。

また、シリンダ内に回転自在に配設された２本のスクリュを有し、供給口が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、複合成形材料を混合・溶融する可塑化部、溶融した前記複合成形材料に対して注入口より超臨界流体を注入して可塑剤および不純物キャリアとして作用させる混練部、前記超臨界流体をガス化させて前記不純物とともに分離除去するための強制排気ベント口を有する脱揮部を備えた混練押出装置であって、前記スクリュは、前記可塑化部がフルフライト、前記混練部が上流側の深溝のフルフライトおよび下流側のロータ、前記脱揮部がフルフライトからなり、前記混練部の前記シリンダの内壁面には、前記ロータに対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝が周方向に互いに間隔をおいて設けられているものでもよい。

さらに、前記スクリュは、前記可塑化部と前記混練部との境界部および前記混練部と前記脱揮部との境界部にそれぞれ配設されたシールリングを有しているとよい。

超臨界流体が注入される可塑化部の混練能力が高く、超臨界流体による可塑化効果によって溶融ポリマーの粘度が低下するため、ニーディングディスクやロータ等の樹脂通路の狭まった局部でのせん断発熱による焼けが防止できる。

また、複合成形材料と超臨界流体とが十分に混練されて均一に分散し、複合成形材料中に含まれた不純物がガス化した超臨界流体に同伴されて分離・除去される。その結果、比較的低温および低圧での押し出しが可能になるとともに品質も良好になる。

図１は、一実施の形態による超臨界流体を利用した混練押出装置の説明図である。図２は、図１に示す混練押出装置の主要部の模式部分断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う模式断面図である。

本実施の形態による超臨界流体を利用した混練押出装置は、図示しない加熱手段によって加熱されるシリンダ１と、シリンダ１内に回転自在に配設された２本のスクリュ２と、
２本のスクリュ２を回転させる回転駆動装置５と、シリンダ１の一端側（上流端側）に配設されたホッパ１３と、シリンダ１の他端側（下流端側）に配設されたダイ４とを有しており、ホッパ１３に連通された供給口３側から下流側へ向かって順次、可塑化部Ａ、混練部Ｂ、脱揮部Ｃを備えている。

各スクリュ２は、可塑化部Ａに対応する部位がフルフライト、混練部Ｂに対応する部位が上流側のスクリュ溝２ａが深くなった深溝のフルフライトおよび下流側の複数のニーディングディスク１０、脱揮部Ｃに対応する部位がフルフライトからなる。

他方、混練部Ｂのシリンダ１には超臨界流体を注入するための注入口６が設けられているとともに、混練部Ｂのシリンダ内壁面には、図２に示すように、ニーディングディスク１０に対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝７が周方向へ互いに間隔をおいて設けられている。また、脱揮部Ｃには、排気装置２５に接続された強制排気ベント口８が少なくとも１箇所（図示のものは２箇所）に設けられている。

注入口６は、流量調整弁２２、流量計２３等が介在された供給管路２１を介して超臨界流体発生装置２０に接続されている。

ここで、超臨界流体発生装置２０は、ボンベ２４の炭酸ガスや窒素ガス等の不活性ガスを臨界圧力および臨界温度以上にして超臨界流体を生成することができるものであればその種類は問わない。

なお、本実施の形態では、各スクリュ２における混練部Ｂの上流側すなわち可塑化部Ａと混練部Ｂとの境界および混練部Ｂの下流側すなわち混練部Ｂと脱揮部Ｃとの境界にはシールリング９が配設されている。

続いて、本実施の形態による超臨界流体を利用した混練押出装置の作用について説明する。

（１）ホッパ１３より供給された複合成形材料は、可塑化部Ａを下流の混練部Ｂへ向かって移送される間に混練・溶融されて上流側のシールリング９とシリンダ内壁面との間隙を通って混練部Ｂに移送される。

（２）混練部Ｂにおいて、注入口６より注入された超臨界流体と溶融複合成形材料とが混練される。シリンダ内壁面１ａの複数の直線溝７と各スクリュ２のニーディングディスク１０との相互作用により、可塑化効果が作用して、ニーディングディスク１０によるせん断発熱が抑制されるとともに超臨界流体が溶融複合成形材料中に均一に分散されて、下流側のシールリング９とシリンダ内壁面との間隙を通り、脱揮部Ｃへ移送される。また、混練部Ｂに注入された高圧の超臨界流体は、上流側にシールリング９が設けられているため、ホッパ１３側に吹き戻ることがない。

（３）脱揮部Ｃにおいて、溶融複合成形材料の圧力が低下し、超臨界流体がガス化して溶融複合成形材料中の揮発成分を同伴して強制排気ベント口８より強制排気されて除去されたのち、ダイ４より押し出される。

（４）ダイ４より押し出されたストランド１２は切断装置１１において逐次ペレットに切断される。

なお、他の実施の形態として、上述したニーディングディスク１０にかえて、図４に示すような、軸部１０ａの中心軸線に対して山頂部１０ｂが傾斜したものに変更してもよいし、図５に示すような、切り欠き部３０ａを有するロータ３０に変更してもよい。

本発明は、溶融粘度差の大きなポリプロピレン（ＰＰ）とポリアミド（ＰＡ）のアロイ化や、ポリカーボネート（ＰＣ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のように粘度が高く、溶融・混練温度を高温にする必要がある場合、液晶ポリマー（ＬＣＰ）とポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）のように、ポリフェニレンスルファイドの不純物を除去した液晶ポリマーの分散効果を向上させたアロイ化、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）とスチレン・アクリロニトリル（ＳＡＮ）のブレンドのように樹脂焼け変色の激しい場合に適用するとよい。

また、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、水酸化マグネシウム等の充填剤のいずれかを混合したフィラーコンパウンドにおいて、せん断発熱による局部発熱を抑制して高品質のペレットを製造することができる。

一実施の形態による超臨界流体を利用した混練押出装置の説明図である。図１に示す混練押出装置の模式部分断面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う模式部分断面図である。ニーディングディスクの一例を示す模式正面図である。ロータの一例を示す模式斜視図である。一従来例による超臨界流体を利用した混練押出装置の説明図である。

符号の説明

１シリンダ
２スクリュ
３供給口
４ダイ
５回転駆動装置
６注入口
７直線溝
８強制排気ベント口
９シールリング
１０ニーディングディスク
１１切断装置
１２ストランド
１３ホッパ
２０超臨界流体発生装置
２１供給管路
２５排気装置
３０ロータ

Claims

シリンダ（１）内に回転自在に配設された２本のスクリュ（２）を有し、供給口（３）が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、複合成形材料を混合・溶融する可塑化部（Ａ）、溶融した前記複合成形材料に対して注入口（６）より超臨界流体を注入して可塑剤および不純物キャリアとして作用させる混練部（Ｂ）、前記超臨界流体をガス化させて前記不純物とともに分離除去するための強制排気ベント口（８）を有する脱揮部（Ｃ）を備えた混練押出装置であって、
前記スクリュは、前記可塑化部がフルフライト、前記混練部が上流側の深溝のフルフライトおよび下流側のニーディングディスク（１０）、前記脱揮部がフルフライトからなり、
前記混練部の前記シリンダの内壁面（１ａ）には、前記ニーディングディスクに対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝（７）が周方向に互いに間隔をおいて設けられていることを特徴とする超臨界流体を利用した混練押出装置。
前記ニーディングディスクが、中心軸線に対して山頂部（１０ｂ）が傾斜していることを特徴とする請求項１記載の超臨界流体を利用した混練押出装置。
シリンダ（１）内に回転自在に配設された２本のスクリュ（２）を有し、供給口（３）が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、複合成形材料を混合・溶融する可塑化部（Ａ）、溶融した前記複合成形材料に対して注入口（６）より超臨界流体を注入して可塑剤および不純物キャリアとして作用させる混練部（Ｂ）、前記超臨界流体をガス化させて前記不純物とともに分離除去するための強制排気ベント口（８）を有する脱揮部（Ｃ）を備えた混練押出装置であって、
前記スクリュは、前記可塑化部がフルフライト、前記混練部が上流側の深溝のフルフライトおよび下流側のロータ（３０）、前記脱揮部がフルフライトからなり、
前記混練部の前記シリンダの内壁面（１ａ）には、前記ロータに対応する部位に複数の軸方向に延在する直線溝（７）が周方向に互いに間隔をおいて設けられていることを特徴とする超臨界流体を利用した混練押出装置。
前記スクリュ（２）は、前記可塑化部（Ａ）と前記混練部（Ｂ）との境界部および前記混練部と前記脱揮部（Ｃ）との境界部にそれぞれ配設されたシールリング（９）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の超臨界流体を利用した混練押出装置。