JP2017100450A - 熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片を連続的に材料に利用する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片を連続的に材料に利用する方法を提供する。
【解決手段】
押出装置（１）は押出方向（Ｅ）に見て、最初に繊維および織物から成る廃細片が供給され、次に熱可塑性ポリマーと添加物によって構成される別の細片が供給され、供給された廃細片と別の細片は押出装置（１）内において互いに混合され、脱気され、および一緒に押出装置（１）から押出物（６）を形成して押し出され、押出物において廃細片は少なくとも部分的に繊維構造を維持して別の細片の熱可塑性ポリマー内に埋め込まれ、その場合、廃細片と別の細片の混合、脱気、押出が廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度より低い温度によって実施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば廃車のプラスチックリサイクルプロセスにおいて生じるような熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片を連続的に材料に利用する方法に関する。

産業界は、例えば廃車の繊維および織物から成る材料を分別したシュレッダ細片を材料として再利用することに努めている。これらの廃細片は熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物を含み、その場合に、このような廃細片を押出成形方法において単軸または２軸スクリュー押出機に供給し、且つそれを用いて廃細片を溶融し均質化し、続いて押出物に処理することが知られている。廃細片が異なるポリマーによって構成される場合、得られる押出物の形状安定な結合を得るために、添加物および／または追加ポリマーと共に処理される。

廃細片を構成する熱可塑性プラスチックの完全な溶融と押出しにおいて、前工程の選別工程によって廃細片が高い水分含量を備え、該水分含量は安定した押出工程を妨害することが問題になる。さらに押出工程は、廃細片を常に一定の給送量で押出機に供給できないこと、およびその上に廃細片がしばしば高級部材の製造をさらに困難にする塵埃、紙、エラストマー等の不純物を含むことによって妨げられる。

これらの困難性に基づいて廃細片の材料への利用はエネルギーへの利用と競合しており、一般的にエネルギーへの利用に負けている。さらに周知の押出成形法においては、繊維と織物に存在していた有利な機械的特性が失われて、粗悪製品しか作れない。

したがって、本発明の課題は、高級製品への繊維と織物の効率的かつ経済的な再利用を可能にし、それによって得られる部材特性が熱的利用との経済的比較において有利になることができる付加価値をもたらす、熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片を連続的に材料に利用する方法を提供することである。

この課題は、本発明に基づいて特許請求項１の特徴に基づく方法を用いて解決される。

本発明の有利な形態と展開は従属請求項の対象である。

本発明に基づく提案は、押出方向に見て最初に押出装置へ繊維と織物から成る廃細片を供給し、次に熱可塑性ポリマーと添加物で構成される別の細片を供給すること、供給された廃細片と別の細片を次に押出装置において互いに混合すること、脱気すること、および少なくとも部分的に繊維構造を含む廃細片が別の細片の熱可塑性ポリマーに埋め込まれた押出物を形成して一緒に押出装置から押し出すこと、に基づく。これは、廃細片と別の細片の混合、脱気、および押出しが、廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度よりも低い温度によって実施されることによってもたらされる。

それに応じて、本発明に基づく方法の使用によって、別の細片の熱可塑性ポリマーがマトリクス材として存在し、且つ埋め込まれているがしかし構造内に十分に与えられている繊維と織物部分によって強化された押出物が得られ、その結果、押出物は機械的強度等における対応する高度な要求を有する高級用途に適する特に良好な機械的特性を与えられる。

したがって本発明に基づいて、繊維および織物から成る廃細片と別の細片の押出しが共通の押出装置において実施され、その場合、廃細片内の熱可塑性プラスチックに応じて、押出装置内部の温度は各ケースにおいて廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度以下に留まり、その結果、繊維構造が維持され続けるように、押出装置の対応する温度ガイド、および原料、特に別の細片のポリマーの対応する選択が行われる。これは、別の細片の熱可塑性ポリマーとして特にその融点が廃細片の枠内で処理される熱可塑性プラスチックの軟化温度よりも低いものが考慮の対象になる、ことを前提とする。

本発明の提案に基づいて、廃細片は、別の細片の供給の前または後に押出装置において９５℃から１０５℃、望ましくは約１００℃の温度に加熱され、大気圧および／または負圧の生成によって廃細片または既に別の細片と混合された廃細片の強制的な脱気が押出装置内で行われる。その場合、廃細片の表面上の揮発性の汚染物が取り除かれ、また、廃細片の気体転移温度は残留水分に依存するので、少なくとも押出工程を妨げない残留水分が生じる範囲において廃細片の水分含量が取り除かれる。廃細片の水分含量の制御によって、添加される別の細片の熱可塑性ポリマーと添加物の処理が廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度以下で行われることが保証される。

別の細片は、本発明に基づいて、例えば非溶融状態において押出装置に供給することができ、且つ続いて廃細片と一緒に押出物へ処理することができる熱可塑性ポリマーと添加物とによって構成することができる。

本発明の別の提案に基づいて、代替的に別の細片は押出装置への供給前に、独立した可塑化押出機、例えば単軸スクリュー押出機において可塑化され、そこから可塑化された状態において押出装置に供給され、それに続いて廃細片が、既に可塑化された別の細片と一緒に脱気される。さらに、既に可塑化された状態における別の細片の供給によって、廃細片は押出装置内部の処理の枠内においてあまり強く加熱されず、その結果、温度は廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度以下に確実に維持することができる。既に溶融されているポリマーはさらに容易に押出装置内の廃細片にある必然的な間隙内に入り込むことができ、その間隙は塑性状態にある第２細片によって満たされる。

既に可塑化された状態において押出装置に供給される別の細片は、原則的にそれぞれ押出装置の適切な位置において供給することができるが、しかしその場合、これは押出方向に見て常に廃細片の供給部の後ろになる、ことが予定される。しかしその場合、必ず大きな間隔を遵守する必要はなく、廃細片を既に早い時期に余熱するために、既に溶融された別の細片を廃細片の直後に押出装置に供給することも可能である。

さらに、別の細片は、可塑化押出機における可塑化後に、例えば２つの部分流に分割することも可能であり、その場合、押出装置の部分流は、押出方向に見て押出装置の互いに連続する位置に供給される。例えば、押出装置の第１部分流は、廃細片の供給部にできる限り直接続いて供給することができ、その一方で他方の部分流は、押出方向に見て押出装置から離れた下流地点に供給することができる。

本発明に基づく方法は、押出物に含まれる繊維構造を意味する繊維と織物が、使用される高い熱変形抵抗性を備えた熱可塑性プラスチックに基づく廃細片内に存在する、ことを前提とする。これは、例えばポリアミドまたはポリエステルに基づく繊維と織物におけるケースである。

本発明の別の提案に基づいて廃細片は、押出装置で得られる押出物の少なくとも５０％の割合において供給され、例えば管、成型品、ケーブルまたは薄膜またはプレート、多層複合物、例えば共押出複合材の中核材料、または溶融ストランドに加工される。また、続いて鋳造品を製造するためにプレス型もしくはプレス工具に押し出すことによって三次元部材を製造することも可能であり、または続いて例えば射出成形工程において再処理される顆粒化物を押出物から形成することも可能である。

本発明の更なる詳細を以下、実施例に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態に基づく押出装置を模式的な図において示す。 本発明の第２実施形態に基づく押出装置を示す。 本発明の第３実施形態に基づく押出装置を示す。

図から、先に説明した方法の用途のために使用される参照符号１を与えられた押出装置の異なる形態が分かる。押出装置において、それぞれ使用ケースに基づいて当業者が選択することができる単軸スクリュー押出機または２軸スクリュー押出機は、周知の構造から選択することができる。

図１に基づく実施例において、押出装置１は押出方向Ｅに見て最初に、例えば廃車のリサイクル工程からのシュレッダ屑、または繊維織物細片の形において存在するような熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片に対する供給装置１０を含む。この廃細片は最初に押出装置において圧縮され且つ均質化され、押出方向Ｅに見て後配置される投入ステーション１１を介して熱可塑性ポリマーが、および別の投入ステーション１２を介して適当な添加物が一緒に押出装置１に供給され、および押出装置１において既に給送された廃細片と混合され、脱気され、および押出物６を形成して一緒に押出装置１から押し出される。その場合、押出装置１の内部の温度ガイドは、廃細片と別の細片の混合、脱気、押出が廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度より低い温度において実施されるように行われ、その結果、押出物６において、廃細片は繊維構造を部分的に含有して、繊維もしくは織物残部の収容に対するマトリクス材を構成する別の細片の熱可塑性ポリマー内に埋め込まれる。

典型的な調合品は、例えば以下のように構成することができる。すなわち、
４０〜８０％：廃細片（繊維、織物等）
２０〜５０％：熱可塑性ポリマー（例えばＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＭＤＰＥ（中密度ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニール）、またはリサイクルシュレッダ屑）
５〜５０％ ：添加物（下地材、顔料、潤滑材等）

脱気のために押出装置１内の温度は望ましくは１００℃またはそれ以上が必要であり 、その一方で均質化と鋳込みに対しては約１２０℃〜１６０℃の温度が予定される。

それに対して変化させた配置が図２から分かり、該配置において廃細片と添加物の供給が、図１における形態に対して類似の対応する投入装置１０、１２を介して行われるが、しかし添加物と一緒に別の細片を構成するポリマーは最初に独立して可塑化押出機４に投入ステーション４０を介して供給されて、可塑化され、且つ対応する導管４３を介して既に可塑化された状態において押出装置１に供給される。

図３に基づく実施例から、それに対してさらに変化させた配置が分かり、該配置において熱可塑性ポリマーは可塑化押出機４から２つの部分流４１、４２に分割され、その場合、第１部分流４１は廃細片の装填後に押出装置１に直接供給され、その一方で別の部分流４２は押出方向Ｅに見て、下流側の位置において投入ステーション１２から投入される添加物と一緒に押出装置１に供給される。

上述した全ての実施法において得られる押出物６は、例えば管、成型品、ケーブル、薄膜、プレート、または共押出複合材のような多層複合材の中核材料に加工することができ、または続いて例えば三次元部材にプレス加工される溶融ストランドに成形することができ、または続いて例えば射出成形工程において部材に再加工することができる顆粒化物に成形することができる。

得られる押出物６は、マトリクス材として使用されるポリマー内における繊維構造の維持に基づく高度の機械的特性において優れており、その結果、最終的に廃細片と別の細片とから成る繊維強化ポリマーが得られる。

１ 押出装置
４ 可塑化押出機
６ 押出物
１０ 供給装置、または投入装置
１１ 投入ステーション
１２ 投入ステーション、または投入装置
４０ 投入ステーション
４１ 部分流
４２ 部分流
４３ 導管
Ｅ 押出方向

Claims (9)

1. 熱可塑性プラスチックに基づく繊維および織物から成る廃細片を連続的に材料に利用する方法であって、押出装置（１）は押出方向（Ｅ）に見て、最初に繊維および織物から成る前記廃細片が供給され、次に熱可塑性ポリマーと添加物によって構成される別の細片が供給され、供給された前記廃細片と前記別の細片は前記押出装置（１）内において互いに混合され、脱気され、および一緒に前記押出装置（１）から押出物（６）を形成して押し出され、前記押出物において前記廃細片は少なくとも部分的に繊維構造を維持して前記別の細片の熱可塑性ポリマー内に埋め込まれ、その場合、廃細片と別の細片の混合、脱気、押出は、廃細片の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックの軟化温度よりも低い温度によって実施される方法。
2. 前記廃細片は前記別の細片の供給前または供給後に、前記押出装置（１）内で１００℃から１６０℃までの温度に加熱され、大気圧または負圧を用いて脱気される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記別の細片は前記押出装置（１）への供給前に、独立した可塑化押出機（４）において可塑化され、およびそこから可塑化された状態において前記押出装置（１）に供給され、続いて前記廃細片は前記別の細片と一緒に脱気される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記別の細片は前記可塑化押出機（４）における可塑化後に２つの部分流に分割され、前記部分流は前記押出装置に、押出方向（Ｅ）に見て前記押出装置（１）の連続する位置において供給される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記別の細片の前記熱可塑性ポリマーと前記添加物は、一緒に、または押出方向（Ｅ）に見て連続する位置において前記押出装置（１）に供給される、ことを特徴とする請求項１から４の一項に記載の方法。
6. 前記廃細片の繊維または織物はポリアミドまたはポリエステルに基づいて形成される、ことを特徴とする請求項１から５の一項に記載の方法。
7. 前記廃細片は少なくとも前記押出物（６）の５０％の割合において押出装置（１）に供給される、ことを特徴とする請求項１から６の一項に記載の方法。
8. 前記廃細片の水分含量は制御される、ことを特徴とする請求項１から７の一項に記載の方法。
9. 前記押出物（６）は管、成型品、ケーブル、薄膜、プレート、または多層複合物の中核材料、溶融ストランド、または顆粒化物に成形される、ことを特徴とする請求項１から８の一項に記載の方法。

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