JP2010179575A - 脱揮用二軸スクリュ押出機 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック原料の暴露表面積を低下させることなく、表面更新回数を増加させる。
【解決手段】温度調節可能なシリンダ１２内に回転自在に配備された２本のスクリュ１４と、２本のスクリュ１４を回転させる回転駆動機構とを備え、上流側より下流側へ向かって順次、混練部１７、脱揮領域１６、原料充満部１５を有する。脱揮領域１６には、シリンダ１２の中空部上方側をシリンダ内径の０・０１〜０・１５倍に相当する削り量だけ拡大した拡大シリンダセグメント１９を配備し、かつ拡大シリンダの真空ベント口１３直下以外の部位に表面更新スクリュピース１８を配備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック原料に含有された揮発成分の除去に用いられる脱揮用二軸スクリュ押出機に関するものである。

プラスチック原料に含有された揮発成分の除去に用いられる脱揮用二軸スクリュ押出機の従来例について説明する。

特許文献１（特開２００６−１２５２号公報）に開示された二軸スクリュ押出機は、図１０に示すように、シリンダ１０１とシリンダ内に回転自在に配備された回転駆動機構（不図示）を備えている。シリンダ１０１の上流側に設けられた供給口１０３より供給されたプラスチック原料は、同方向回転する２本のスクリュ１０２によってシリンダ１０１の下流側まで輸送され、混練部１０４でせん断力を付加されて溶融し、脱揮領域１０５へ輸送され、真空ベント口１０７からの真空吸引力により負圧になった脱揮領域１０５において揮発成分が分離され、真空ベント口１０７を通して機外へ除去される。

特許文献２（特許第３８５７４１１号公報）には、かみ合い型同方向回転二軸スクリュ押出機において、混練部と脱揮部が交互に設けられていることにより、真空ベント口に対応する部位にプラスチック原料を攪拌する能力の高いスクリュピースを配備することで、プラスチック原料を下流側から上流側へ逆流させて表面を更新させる混練部が開示されている。

特開２００６−１２５２号公報 特許第３８５７４１１号公報

特許文献１に開示された押出機は、脱揮領域にプラスチック原料を下流方向へ輸送可能なように捩れた混練フライトを配備し、練り混ぜながらプラスチック原料の表面更新を行う。

しかしながら、表面更新回数を増加させるには、脱揮領域でのプラスチック原料の滞留時間を長くする必要があるため、脱揮領域におけるプラスチック原料の充満率が増大する。その結果、減圧下に曝されるプラスチック原料の暴露表面積が減少し、逆に脱揮能力が低下する場合もある。そこで、脱揮領域でのプラスチック原料の暴露表面積が減少しないように、シリンダ内部でプラスチック原料を充満させない輸送能力の高いスクリュピースを配備し、加えて充分な脱揮能力を得るために、脱揮領域を長く設定しなければならないという問題点がある。

また、特許文献２に開示された発明は、真空ベント口に対応する部位に表面更新スクリュを配備している。そのため、プラスチック原料が盛り上がり、ベント口を閉塞させてベント口が機能しなくなるおそれがある。

本発明は、上記従来例の有する問題点に鑑みてなされたものであり、プラスチック原料の暴露表面積を低下させることなく表面更新回数を増加させて、プラスチック原料に含有された揮発成分を効率良く除去するこができる脱揮用二軸スクリュ押出機を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の脱揮用二軸スクリュ押出機は、温度調節可能なシリンダと、前記シリンダ内に回転自在に配備された２本のスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動機構とを備え、供給口が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、混練部、真空ベント口を有する脱揮領域、原料充満部を備える脱揮用二軸スクリュ押出機において、前記脱揮領域には、シリンダ中空部の上部を前記シリンダの内径の０．０１〜０．１５倍に相当する拡大量の拡大を行った拡大シリンダを配備し、かつ前記拡大シリンダ内には表面更新性を有するスクリュピースを配備したことを特徴とする。

本発明は、上記のとおり構成されているので、次に記載するような効果を奏する。

脱揮領域に内部空間体積を拡大したシリンダを配備することで、プラスチック原料の暴露表面積を縮小させることなく表面更新回数を増加させることが可能となる。その結果、含有された揮発成分を効率良く除去するこができる。

本発明の一実施形態による脱揮用二軸スクリュ押出機の主要部を示す説明図である。 表面更新スクリュピースの一例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向から見た正面図である。 表面更新スクリュピースの一例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向から見た正面図である。 本発明に係る拡大シリンダセグメントの一例を示す斜視図である。 本発明に係る拡大シリンダセグメントの他の例を示す斜視図である。 実施例１による脱揮用二軸スクリュ押出機の主要部を示す説明図である。 実施例２による脱揮用二軸スクリュ押出機の主要部を示す説明図である。 比較例による脱揮用二軸スクリュ押出機の主要部を示す説明図である。 実施例１、２と比較例について脱揮能力を示すグラフである。 一従来例による脱揮用二軸スクリュ押出機を示し、（ａ）はシリンダの模式側面図、（ｂ）はスクリュの模式側面図である。

本発明に係る脱揮用二軸スクリュ押出機の実施形態について説明する。

図１は、一実施形態よる脱揮用二軸スクリュ押出機の主要部を示す説明図である。脱揮用二軸スクリュ押出機１１は、温度調節可能なシリンダ１２と、シリンダ１２の中空部に回転自在に配備されたかみ合い型の２本のスクリュ１４と、２本のスクリュ１４を同方向回転させる回転駆動機構等を備えている。そして、供給口（不図示）が設けられたシリンダ１２の上流側から下流側へ向かって順次、混練部１７、脱揮領域１６、原料充満部１５が配備されている。

シリンダ１２は、複数のシリンダセグメントを軸方向に連結して構成されており、脱揮領域１６には、真空ベント口１３と、その真空ベント口上流側に拡大シリンダセグメント１９が配備されている。

スクリュ１４は、複数のスクリュピースを軸方向に連結して構成されており、脱揮領域１６には真空ベント口１３の開口部直下を避けた上流側部位に表面更新スクリュピース１８が配備されている。

真空ベント口１３は、図示しない真空排気装置に接続されており、この真空排気装置によって真空吸引すると、脱揮領域１６は負圧状態になり、プラスチック原料に含有された揮発成分がガス化して分離し、機外へ除去されるように構成されている。

二軸スクリュ押出機の供給口（不図示）からプラスチック原料を供給すると、シリンダ１２内で同方向回転する２本のスクリュ１４より下流の混練部１７へ輸送され、混練部１７で充満することにより、脱揮領域１６の気密性を保ち、脱揮領域１６へ輸送される。脱揮領域１６へ輸送されたプラスチック原料は、表面更新スクリュピース１８により、表面部と内部とを入れ替え、プラスチック原料に含有されている揮発成分を分離・除去しながら、下流へ輸送され、原料充満部１５を通して吐出される。

本発明において、表面更新スクリュピース１８としては、下流方向へ輸送能力を持つ混練ピースであれば種類は問わないが、図２に示すＦＴＫＤ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｔｗｉｓｔ
Ｋｎｅａｄｉｎｇ Ｄｉｓｋ）や、図３に示すＦＫＤ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｋｎｅａｄｉｎｇ Ｄｉｓｋ）が好ましい。

ＦＴＫＤは、図２に示すように、スクリュ軸周りに、位相角θ（４５°）を持って配列された５枚のディスクを有し、各ディスクは、スクリュの軸方向から見て略楕円形であり、その長軸側の両端部にフライトチップ（チップリード角α）突設されている。また、ＦＫＤは、図３に示すように、スクリュ軸周りに位相角θ（４５°）を持って配列された５まいのディスクを有している。

なお、位相角θは、４５°に限らず、運転条件によっては、３０°、６０°等の角度に設定することができる。

表面更新スクリュピース１８が配備された脱揮領域１６には、混練部１７や原料充満部１５におけるシリンダ１２の内径よりも大きな内径を持つ拡大シリンダセグメント２９が配備されている。拡大シリンダセグメント１９は、図４に示すように、混練部１７や原料充満部１５のシリンダ（以下、「標準シリンダ」という）の内壁面の上方側を削り取って内径を拡大させたもので、標準シリンダの内径Ｄに対して削り量δの割合δ／Ｄが０．０１〜０．１５の範囲のものが好ましい。

なお、図５に示すように、標準シリンダの内壁面の上方側を削り量δだけ削り取った形状であってもよい。

本発明において、拡大シリンダセグメント１９，２９の如くシリンダ内部空間体積を拡大することにより、シリンダ内部にプラスチック原料が過剰に充満することがなく、プラスチック原料に含有された揮発成分が効率良く分離・除去される。

（押出条件）
原料：ＬＤＰＥ（Ｍ１＝２）〔日本製鋼所製 ＴＥＸＣＴ〕
含有揮発成分：ｎ−Ｈｅｘ（３０００ｐｐｍ）
シリンダ内径：６９φｍｍ
原料処理量Ｑ：１５０〜２５０Ｋｇ／ｈ
スクリュ回転速度：１００〜２５０ｒｐｍ
実験で使用したシリンダ・スクリュの構成を図６〜８に示す。

図６に示す実施例１は、脱揮領域１６にδ／Ｄ＝０・０１とした拡大シリンダセグメント１９を配備した。

図７に示す実施例２は、脱揮領域１６にδ／Ｄ＝０・１５とした拡大シリンダセグメント１９を配備した。

なお、表面更新スクリュピース１８には、ＦＴＫＤ（Ｌ／Ｄ＝０．２Ｄ×５枚組、位相角θ＝順方向に４５°スラシ、チップリード＝６・０Ｄ）を３組配置した。

図８に示す比較例は、脱揮領域に実施例の拡大シリンダに替えて標準シリンダを用いた点が実施例と相違する。削り量（拡大量）δ／Ｄは、０・０１〜０・１５の範囲内にすることが好ましい。

δ／Ｄが０・０１より小さい場合、標準シリンダの空間体積とほぼ同程度であるため、大きな暴露表面積の増加は望めず、シリンダを削り取る手間や費用に見合った効果が望めない。

また、δ／Ｄが０・１５より大きい場合、プラスチック原料が押出機内に長時間滞留し、ヤケが発生するおそれがある。

図９に実験結果を示す。図９は、実施例１、２及び比較例における脱揮能力を示すものである。脱揮能力の評価としては、比較例における原料処理量（Ｑ）＝１５０Ｋｇ／ｈの脱揮率を１とし、実施例１、２における脱揮率との比較を行った。

脱揮率は、１−Ｃｏｕｔ／Ｃｉｎとする。

ここで、Ｃｏｕｔ＝押出機から吐出された原料に含有された揮発成分の濃度
Ｃｉｎ＝押圧機へ供給される前の原料に含有された揮発成分の濃度
図９より、実施例１、２のような拡大シリンダを使用することで、標準シリンダより脱揮能力を向上させることができた。実施例２（θ／Ｄ＝０・１５拡大シリンダ）では、比較例に比べ原料処理量Ｑ＝１５０Ｋｇ／ｈにおいては約９％、原料処理量Ｑ＝２５０Ｋｇ／ｈにおいては約１４％、脱揮能力が向上した。

また、実施例２での原料処理量Ｑ＝２５０Ｋｇ／ｈにおける脱揮能力は、比較例での原料処理量Ｑ＝１５０Ｋｇ／ｈにおける脱揮能力と同等以上であることから、表面更新スクリュピースの位置する部分に拡大シリンダを配備することで、従来の構成より原料処理量を約６７％増加させても同等以上の脱揮能力が得られた。

なお、上記実施例では、脱揮領域が一箇所の場合の結果を示しているが、二軸スクリュ押出機で脱揮する場合、複数箇所に脱揮領域を配備することがあり、その場合でも同様の効果が得られる。

１１ 脱揮用二軸スクリュ押出機
１２ シリンダ
１３ 真空ベント口
１４ スクリュ
１５ 原料充満部
１６ 脱揮領域
１７ 混練部
１８、２８ 表面更新スクリュピース
１９、２９ 拡大シリンダセグメント

Claims (1)

1. 温度調節可能なシリンダと、前記シリンダ内に回転自在に配備された２本のスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動機構とを備え、供給口が設けられた上流側から下流側へ向かって順次、混練部、真空ベント口を有する脱揮領域、原料充満部を備える脱揮用二軸スクリュ押出機において、
   前記脱揮領域には、シリンダ中空部の上部を前記シリンダの内径の０．０１〜０．１５倍に相当する拡大量の拡大を行った拡大シリンダを配備し、かつ前記拡大シリンダ内には表面更新性を有するスクリュピースを配備したことを特徴とする脱揮用二軸スクリュ押出機。

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