JP2007130775A - タンデム型反応押出機および反応押出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、押出機内で樹脂の架橋、変性、改質などの反応を行う反応押出により、高品質な樹脂を安定して、低コストで製造することができる反応押出装置を提供することである。
【解決手段】 本発明のタンデム型押出機は、第１段押出機の樹脂吐出口が、接続官を介して、第２段押出機の原料供給口に接続されているタンデム型押出機であって、該前記第１段押出機は、固体状の樹脂原料を可塑化し、第１段目の反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有し、前記第２段押出機は、該第１段押出機から供給された溶融樹脂に第２段目反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有することを特徴とし、熱的ダメージが無く、十分に反応した高品質樹脂を、低コストで製造可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の製造を行うためのタンデム型反応押出機、及びその反応押出方法に関するものである。

押出機内で樹脂の架橋、変性、改質などの反応を行う反応押出機は、図１に示すような構成のものが用いられ、フィーダーなどの樹脂供給装置と、押出ダイから冷却水槽、引取機、ペレタイザまでの再ペレット化設備、反応に必要な副原料の供給装置、ベントガスの処理装置を備えている。２段の反応が必要な樹脂を製造する場合は、１段目反応押出機でペレット化した樹脂を、同様な構成の反応押出機を用いて、再度、反応押出をする。

反応押出を行う押出機は、樹脂と、液体あるいはガス状物質、および触媒が必要な場合は触媒などの副原料と混練することが重要であることから、一般に混練効果の高いスクリュ構成の二軸押出機が用いられる。また、所望の反応度の樹脂製品を得るために十分な反応時間とするために、混練・反応が行われる部位として必要な十分長い混練部が必要である。

また、未反応の副原料および副成物を樹脂中から除去するために、大気圧あるいは真空圧下まで減圧したベント口から、排ガスとして吸引する真空ポンプなどの設備が必要である。この排ガスが有害物質である場合には、除害するための設備が必要な場合もある。

このような反応押出の例として、特許文献１には、反応媒体として有機溶剤を使用しなくても反応効率および反応均一性を大幅に向上させることができ、しかも得られる変性熱可塑性樹脂中の未反応成分を大幅に低下させることができ、かつ低コストで容易に効率よく変性熱可塑性樹脂を製造する方法として、熱可塑性樹脂を溶融状態で変性させて変性熱可塑性樹脂を製造する方法において、熱可塑性樹脂１００重量部に対して反応媒体として二酸化炭素を２〜２００重量部の割合で使用する変性熱可塑性樹脂の製造方法を提案しており、このとき使用する押出機として、押出機が２台繋がったタンデム押出機、押出機が３台以上繋がった多段押出機等、が使用でること、中でも単軸押出機が好ましく、その中でも単軸押出機が２台以上繋がった押出機が好ましく、押出機内が溶融した熱可塑性樹脂で完全に充填されるため、二軸押出機に比べて樹脂圧力が高圧状態に維持し易く、多量の二酸化炭素を熱可塑性樹脂に完全に溶解拡散するための高圧状態が得やすいこと、また、二酸化炭素を供給する供給口、および二酸化炭素や未反応成分などの不純物を除去するための脱気口を有するものが好ましいこと、等が記載されている。
特開２００２−２５６０４２号公報

２段階の反応が必要な樹脂を製造する場合、従来は、図１のような構成の第一の反応押出設備で、１段目の反応を行った樹脂ペレットを製造し、同様な構成の第２の反応押出設備の原料として用いて、２段目の反応を行い、所望の樹脂を製造していた。この場合、二つの反応押出設備のそれぞれに、フィーダーなどの樹脂供給装置と、押出ダイから冷却水槽、引取機、ペレタイザまでのペレット化設備が必要である。また、未反応の副原料および副成物を樹脂中から除去するための真空設備や除害設備も両方に必要となる。また、一度ペレット化した樹脂を、再び可塑化することから、樹脂に熱的なダメージを与えて品質の低下を引き起こす可能性がある。第１段の反応後の樹脂の貯蔵スペースが必要となることと、樹脂ペレットへの異物混入の恐れもある。

また一段の反応により反応押出で樹脂を生産する場合でも、反応の種類や度合いにより所望の反応度の樹脂を得るためには、非常に長い混練・反応を行う部分が必要となり、押出機の長さと直径の比（Ｌ／Ｄ）が大きくなって、押出機の製作が困難な場合や、高価になる場合がある。

また、前述した特許文献１には、押出機が２台繋がったタンデム押出機を使用する方法が記載されているが、たんに繋げるだけでは、第２段押出機への溶融樹脂の供給状態が安定しない場合があり、高品質な樹脂を安定して得ることができない、という問題があった。

本発明は、上記課題を次のようにして、解決した。つまり、本発明のタンデム型押出機は、第１段押出機の樹脂吐出口が、接続官を介して、第２段押出機の原料供給口に接続されているタンデム型押出機であって、前記第１段押出機は、固体状の樹脂原料を可塑化し、第１段目の反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有し、前記第２段押出機は、前記第１段押出機から供給された溶融樹脂に第２段目反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有することを特徴とする、タンデム型反応押出機であり、第２段目押出機での再可塑化が不要で、樹脂への熱ダメージが小さくなること、第１段目と第２段目の押出機間がクローズ化されることで異物混入が抑えられ、製品樹脂の品質が向上する利点がある。つまり、熱的ダメージが無く、必要な反応度まで反応した高品質な樹脂を、低コストで製造可能である。

前記接続官に、前記溶融樹脂の流量の変動を抑制するための機構が付与されていると、第１段目押出機でサージングが発生しても、第２段目押出機に供給される樹脂流量が変動しないので、安定して、高品質な樹脂を得ることができ好ましい。

前記第１段押出機と前記第２段押出機とが、二軸押出機であると、混練効果が高くなり、所望の反応度の樹脂製品を短かい反応時間、つまり熱的ダメージが無く、製造できるので好ましい。

前記第１段押出機と前記第２段押出機とが、１段または多段ベントを有することで、種々の反応、及び条件に適用可能となり好ましい。

このような本発明のタンデム押出機により行う反応押出方法として、前記第１段押出機および前記第２段押出機で、異なる反応を行う反応押出方法とすると、特性の優れた樹脂が簡単に得られるので好ましい。

このような本発明のタンデム押出機により行う反応押出方法として、前記第１段押出機および前記第２段押出機で、同じ反応を行う反応押出方法とすると、目的の反応率まで反応させるのが、一段の押出機では困難な高性能樹脂が低コストで得られるので好ましい。

本発明によるタンデム型反応押出機は、２段階の反応を行う反応押出において、別々の押出機を用いて製造する場合に比べて、１段目押出機の冷却水槽とペレタイザが不要となり、装置点数が少なくなる利点と、また第２段目押出機での再可塑化が不要で、樹脂への熱ダメージが小さくなること、第１段目と第２段目押出機間がクローズ化されることで異物混入が抑えられ、製品樹脂の品質が向上する利点がある。また、未反応副原料および副成物のベントからの除去に、真空設備および除害設備が必要な場合にも、第１段目押出機と第２段目押出機とで共用できる利点がある。

第１段目と第２段目で同じ反応を行わせるタンデム型反応押出機においては、一段の押出機では、必要な反応率が得られないか、必要な押出機のＬ／Ｄが非常に長くなり、押出機の製作が困難になったり、高価になる場合において、より短い押出機により、製造可能になる。

図２は、本発明によるタンデム型反応押出機の構成図である。同図に示すように、第１段目の押出機１と、第２段目の押出機２がタンデムに配置されている。タンデム配列の方式は、図２のごとく並列配列でも、第１段目の押出機１と、第２段目の押出機２が直角に配列される直交配列のどちらでもかまわない。第１段目押出機１の吐出口５は、接続管３を介して、第２段目押出機２の原料供給口６に接続されている。また図３のごとく、接続管３の代わりに、接続用ギアポンプ３’で接続してもよい。

一般的に原料樹脂は、固体状の樹脂として、第１段目押出機１の原料供給口４より、フィーダー装置などで供給され、押出機内で可塑化される。押出機内の可塑化が行われた後の部分に設けられた、反応原料供給口８ａから、液体または気体状の副原料または、触媒もしくは開始剤を、ポンプ１５等を用いて供給する。副原料または、触媒もしくは開始剤が複数で、別々に供給する必要がある場合は、別の反応原料供給口８ｂから、同じくポンプ等を用いて供給される。

第１段目押出機１の原料供給口８ａ（、８ｂ）より、下流側で必要な反応度が得られるＬ／Ｄ以降に、ベント口９ａが設けられ、未反応原料および副成物が大気圧下または、真空下で除去される。このベント口は、除去量に応じて、図２のベント口９ｂのごとく複数設ける。

第２段目押出機への副原料または、触媒もしくは開始剤の供給は、第２段目押出機原料供給口６の下流部の反応原料供給口１０ａから、液体または気体状の副原料または、触媒もしくは開始剤を、ポンプ１６を用いて供給する。第２段目押出機２でも、副原料または、触媒もしくは開始剤が複数で、別々に供給する必要がある場合は、さらに押出機下流の反応原料供給口１０ｂから、同じくポンプを用いて供給される。

第２段目押出機１の原料供給口１０ａ（、１０ｂ）より、下流側で必要な反応度が得られるＬ／Ｄ以降に、ベント口１１ａが設けられ、未反応原料および副成物が大気圧下または、真空下で除去される。このベント口は、除去量に応じて、図２のベント口１１ｂのごとく複数設ける。

第２段目押出機の吐出口１１には、押出ダイ１２を取り付け、冷却水槽１３、ペレタイザ１４により、ペレット化して目的の製品を得る。

図３は接続管の替わりに、接続用ギアポンプ３’を用いた構成図で、第１段目押出機でサージングが発生するような、押出機条件の場合に用いられ、第２段目押出機に供給される樹脂流量の変動を抑制するために用いる。

図４は、第１段目の反応に必要なＬ／Ｄが大きく、ベント口を設けることができない場合の構成図で、第２段目押出機の原料供給口６の前後に、ベント口９ａ（、９ｂ）のように設ける。

従来の反応押出機の構成図である。 本発明によるタンデム型反応押出機の構成図である。 本発明によるタンデム型反応押出機であって、タンデム接続にギアポンプを用いた構成図である。 本発明によるタンデム型反応押出機であって、第１段目押出機のガスの脱揮を、第２段目押出機の上流部ベントで行う場合の構成図である。

符号の説明

１ 押出機（第１段目）
２ 押出機（第２段目）
３ 接続管
３’ 接続用ギアポンプ
４ 原料供給口（第１段目押出機）
５ 吐出口（第１段目押出機）
６ 原料供給口（第２段目押出機）
７ 吐出口（第２段目押出機
８ 反応原料供給口（第１段目押出機）
９ ベント口（第１段目押出機）
１０ 反応原料供給口（第２段目押出機）
１１ ベント口（第２段目押出機）
１２ 押出ダイ
１３ 冷却水槽など
１４ ペレタイザ
１５ 液体用ポンプまたはガス加圧装置など（第１段目押出機）
１６ 液体用ポンプまたはガス加圧装置など（第２段目押出機）

Claims (6)

1. 第１段押出機の樹脂吐出口が、接続官を介して、第２段押出機の原料供給口に接続されているタンデム型押出機であって、
   該第１段押出機は、固体状の樹脂原料を可塑化し、第１段目の反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有し、
   該第２段押出機は、該第１段押出機から供給された溶融樹脂に、第２段目反応の副原料が供給されて反応を行う反応押出機としての機能を有することを特徴とする、タンデム型反応押出機。
2. 請求項１に記載のタンデム押出機であって、前記接続官に、前記溶融樹脂の流量の変動を抑制するための機構が付与されていることを特徴とするタンデム型反応押出機。
3. 請求項１、又は２に記載のタンデム押出機であって、前記第１段押出機と前記第２段押出機とが、二軸押出機であることを特徴とするタンデム型反応押出機。
4. 請求項１、又は２に記載のタンデム押出機であって、前記第１段押出機と前記第２段押出機とが、１段または多段ベントを有することを特徴とするタンデム型反応押出機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のタンデム押出機により行う反応押出方法であって、前記第１段押出機および前記第２段押出機で、異なる反応を行うことを特徴とする反応押出方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のタンデム押出機により行う反応押出方法であって、前記第１段押出機および前記第２段押出機で、同じ反応を行うことを特徴とする反応押出方法。

Images