JP3886467B2

JP3886467B2 - スクリュ式混練押出機

Info

Publication number: JP3886467B2
Application number: JP2003106295A
Authority: JP
Inventors: 研一安坂; 淳柿崎; 典聖織田; 圭彦岩本
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: EP1616684A1; EP1616684A4; US20060269640A1; WO2004089587A1; JP2004306547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ式混練押出機に関し、特に、表面更新性のスクリュピースを有することにより、温度上昇させることなくポリマー劣化を防止して脱気性能を向上させるための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、化学合成反応により生成された合成樹脂原料には相当量の揮発成分が残存して含まれている。相当量の揮発成分を含む合成樹脂原料は、その後の各種加工工程において、製品中に気泡を形成することにより製品の品質を低下させ、あるいは揮発成分を揮発させて作業環境を汚染している。このような不具合を解消するために、従来より、化学合成反応により生成された合成樹脂原料から揮発成分を除去する脱揮処理が行われている。
【０００３】
熱可塑性合成樹脂原料の脱揮処理については、通常、図３に示すように構成されたスクリュ式混練押出機が使用されている（非特許文献１参照）。図３は従来のスクリュ式混練押出機の中間部（図３の左端）から下流端部（先端部：図３の右端）までを部分的に示す構成図である。図３において、符号１で示すものはスクリュ式混練押出機であり、このスクリュ式混練押出機１は、筒形状のシリンダ２とこのシリンダ２内に回転駆動可能に挿入されたスクリュ３とにより構成されている。前記シリンダ２は複数個のシリンダブロックを連結して構成され、前記スクリュ式混練押出機１の中間部から下流側の位置に、軸方向に通常より長尺のベント口４が形成されている。前記ベント口４は大気へ開放されるか、あるいは必要に応じて図示しない真空排気装置が連結されている。なお、各前記シリンダブロックは温度調節可能に構成されている。
【０００４】
前記スクリュ３は適宜に選択された複数種類のスクリュピースを適宜の順序に配列配置し、一体化して構成されている。すなわち、このスクリュ３は、前記ベント口４の上流の位置にシールリングにより構成されるシール部５が配置され、シール部５の上流側には複数個の攪拌機能を有する攪拌スクリュピースにより構成される攪拌部６が配置され、シール部５の下流側すなわちシール部５から前記ベント口４を経て先端までには、通常の混練スクリュピースにより構成される混練輸送部７が配置されている。なお、前記攪拌部６の図示しない上流側（図３の左側）には、輸送・混練機能を有するスクリュピースが配置されている。前記攪拌部６を構成するスクリュピースとしては、それぞれ送り、戻しおよびニュートラル形式のニーディングスクリュピース、ツィストニーディングスクリュピース、ロータスクリュピース、フライト切り欠きスクリュピース等が使用される。前記混練輸送部７を構成するスクリュピースとしては、半角フライトスクリュピース、フルフライトスクリュピース等が使用される。
【０００５】
以上のように構成されたスクリュ式混練押出機１において、熱可塑性合成樹脂原料から揮発成分を除去する脱揮処理が以下のように行われる。シリンダ２の各シリンダブロックがそれぞれ所定の温度に温度調節され、ベント口４に真空排気装置が連結されている場合は真空排気装置が所定真空度で運転され、スクリュ３が所定回転数で回転駆動されている状態で、図示しないスクリュ式混練押出機１の上流部（図３の左側）において、シリンダ２内へ熱可塑性合成樹脂原料が所定供給量速度で連続的に供給される。シリンダ２内へ供給された熱可塑性合成樹脂原料は、シリンダ２により加熱されるとともに、回転するスクリュ３により混練されながら下流方向（図３の右方向）へ輸送され、攪拌部６に到る。この攪拌部６において、熱可塑性合成樹脂原料は強力に攪拌され溶融混練されるとともに、下流側のシール部５により輸送を止められた状態となり、高圧状態となる。
【０００６】
前記攪拌部６において高圧の溶融状態となった熱可塑性合成樹脂原料は、シール部５のシールリングの外周とシリンダ２の内周との狭い隙間を通過し、ベント口４が形成されて大気圧に開放あるいは負圧に吸引されたシリンダ２内の混練輸送部７へ輸送される。このシール部５を通過した熱可塑性合成樹脂原料は、高圧状態から低圧状態へ一気に圧力降下することにより、表面付近に含まれている揮発成分が気泡となって膨張し、破裂した気泡から揮発成分が放出され、ベント口４から排気される。この混練輸送部７では、熱可塑性合成樹脂原料が混練されながら輸送される間に、熱可塑性合成樹脂原料の内部と表層部とが絶えず入替ることにより表面部が更新され、表面付近において順次新たな気泡が発生して破裂し、揮発成分が放出される。その後、混練輸送部７の下流端に達した熱可塑性合成樹脂原料は、シリンダ２の先端に設けられた図示しないダイスを経て外部へ押出される。
【０００７】
【非特許文献１】
（株）シグマ出版社発行の「成形加工」、第６巻第１１号（１９９４）第７５６頁
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の脱揮用スクリュ式混練押出機は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、脱揮度を高くするために、以下のような運転方法が行われている。第１の方法は、スクリュの回転数を高くしてベント口付近における熱可塑性合成樹脂原料の温度を高くし、揮発成分が気化し膨張し易くする。第２の方法は、ベント口に真空排気装置を連結してベント口における真空度を高くし、揮発成分の気泡を膨張・破裂し易くするとともに放出された揮発成分を強力に吸引脱気する。しかしながら、第１の方法により熱可塑性合成樹脂原料の温度を高くすることは熱可塑性合成樹脂原料の物性を劣化させ、品質を低下させることになっていた。また、第２の方法により真空排気装置を連結して真空度を高くすることは、新たな高真空度の真空設備の設置費、あるいは高真空度を得るための運転動力費を増加させていた。
【０００９】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、特に、表面更新性のスクリュピースを有することにより、温度上昇させることなくポリマー劣化を防止して脱気性能を向上させるようにしたスクリュ式混練押出機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクリュ式混練押出機は、シリンダに形成されたベント口に対応して位置するスクリュが送り形式のニーディングスクリュ、ツイストニーディングスクリュピース、ロータスクリュピース、フライト切り欠きスクリュピースの何れかよりなる表面更新性スクリュピースを有する構成であり、また、前記表面更新性スクリュピースが、前記ベント口の軸方向開口長に対し１０〜１００％の軸長範囲に配置されている構成である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるスクリュ式混練押出機の好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。図１は本発明によるスクリュ式混練押出機の中間部（図１の左端）から下流端部（先端部：図１の右端）までを部分的に示す構成図である。図１において、符号１で示されるものはスクリュ式混練押出機であり、このスクリュ式混練押出機１は筒形状のシリンダ２とこのシリンダ２内に回転駆動可能に挿入されたスクリュ３とにより構成されている。前記シリンダ２は複数個のシリンダブロックを連結して構成され、前記スクリュ式混練押出機１の中間部から下流側の位置に、軸方向に通常より長尺のベント口４が形成されたベントシリンダを配置して構成されている。前記ベント口４は大気へ開放されるか、あるいは必要に応じて図示しない真空排気装置が連結されている。なお、各前記シリンダブロックは温度調節可能に構成されている。
【００１２】
前記スクリュ３は適宜に選択された複数種類のスクリュピースを適宜の順序に配列配置し、一体化して構成されている。すなわちこのスクリュ３は、前記ベント口４の上流の位置に複数個の攪拌機能を有する攪拌スクリュピースにより構成される攪拌部６が配置され、攪拌部６の下流端から先端までは、前記ベント口４の位置に複数個の攪拌機能すなわち、表面更新性を有する表面更新性スクリュピース１０を挟んで、通常の混練スクリュピースにより構成される混練輸送部７、７ａが配置されている。尚、前記攪拌部６の図示しない上流側（図１の左側）には、輸送・混練機能を有するスクリュピースが配置されている。
【００１３】
前記攪拌部６を構成するスクリュピースとしては、それぞれ周知の送り、戻しおよびニュートラル形式あるいは１条、多条形式のニーディングスクリュピース、ツィストニーディングスクリュピース、ロータスクリュピース、フライト切り欠きスクリュピース等が使用される。前記混練輸送部７、７ａを構成するスクリュピースとしては、半角フライトスクリュピース、フルフライトスクリュピース等が使用される。撹拌部としての前記表面更新性スクリュピース１０は、前記ベント口４の軸方向開口長に対し、脱揮処理される熱可塑性合成樹脂原料の物性、揮発物質含有量の多少あるいは揮発物質の分離性等に応じて、１０〜１００％の軸長範囲に配置され、送り形式のニーディングスクリュピース、ツィストニーディングスクリュピース、ロータスクリュピース、フライト切り欠きスクリュピースの何れかにより構成されている。尚、前記表面更新性スクリュピース１０（撹拌部をなす）のＬ／Ｄは０．１〜軸方向開口長さと同様Ｌ／Ｄである。
【００１４】
以上のように構成されたスクリュ式混練押出機１において、熱可塑性合成樹脂原料から揮発成分を除去する脱揮処理が以下のように行われる。シリンダ２の各シリンダブロックがそれぞれ所定の温度に温度調節され、ベント口４に真空排気装置が連結されている場合は真空排気装置が所定真空度で運転され、スクリュ３が所定回転数で回転駆動されている状態で、図示しないスクリュ式混練押出機１の上流部（図１の左側）において、シリンダ２内へ熱可塑性合成樹脂原料が所定供給量速度で連続的に供給される。このシリンダ２内へ供給された熱可塑性合成樹脂原料は、シリンダ２により加熱されるとともに、回転するスクリュ３により混練されつつ下流方向（図１の右方向）へ輸送され、攪拌部６に到る。この攪拌部６において、熱可塑性合成樹脂原料は強力に攪拌され溶融混練される。
【００１５】
前記攪拌部６において高温の溶融状態となった熱可塑性合成樹脂原料は、シリンダ２内の混練輸送部７を下流（先端：図１の右側）方向へ混練輸送される。低圧状態での混練輸送部７を混練輸送される高温溶融状態の熱可塑性合成樹脂原料は、表面付近に含まれている揮発成分が気泡となって膨張し、破裂する。また、混練されることにより内部と表層部とが絶えず入替ることにより表面部が更新され、新たな表面付近に揮発成分の気泡が順次発生して破裂し、揮発成分が放出される。前記ベント口４の位置では、前記表面更新性スクリュピース１０により熱可塑性合成樹脂原料が強力に攪拌され、表面部の更新がさらに頻繁に行われ、同様にして揮発成分が大量に放出される。破裂した気泡から放出された揮発成分はベント口４から脱気される。その後、混練輸送部７ａ部の下流端に達した熱可塑性合成樹脂原料は、シリンダ２の先端に設けられた図示しないダイスを経て外部へストランドとして押出される。
【００１６】
以上説明したスクリュ式混練押出機１は、単軸スクリュ式および二軸、三軸など多軸スクリュ式混練押出機に適用可能である。また、多軸スクリュ式混練押出機では、スクリュを混練性すなわち表面更新性の良い完全噛合い状態に構成する。図１に示す構成図では、長尺のベント口４が一個所設けられている場合を示しているが、長尺あるいは一個所に限定されるものではなく、前述の熱可塑性合成樹脂原料の物性等に応じて、通常の軸方向長および／あるいは長尺のベント口４が二個所、三個所など複数個所設けられてもよい。従って、表面更新性スクリュピース１０についても、それぞれのベント口４の位置に配置して複数個所に設けられてもよい。また、スクリュは単軸又は多軸の何れにも適用可である。
【００１７】
（実施例）
本発明を適用して下記仕様による試験を実施した。
試験装置
混練押出機：ＴＥＸ６５αII−３５ＢＷ−Ｖ（２Ｖ）（日本製鋼所製）
（二軸スクリュ式混練押出機、スクリュ直径：６５ｍｍ、スクリュ長Ｌ／スクリュ直径Ｄ：３５、長尺ベント口一箇所）
スクリュ回転速度：６０〜６００ｒｐｍ
主モータ容量：３００ｋＷ
試験熱可塑性合成樹脂原料
ポリカーポネートパウダー
分子量：２５５００
揮発成分（Ｖｍ）：１９６ｐｐｍ
【００１８】
本発明によるスクリュ式混練押出機と従来のスクリュ式混練押出機とを用いたそれぞれの試験の結果を対比して表１の第１表および図２に示す。図２及び第１表からも明らかなように、
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
本発明によるスクリュ式混練押出機は以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、スクリュ式混練押出機において、シリンダに形成されたベント口に位置するスクリュが表面更新性スクリュピースを有して構成されていることにより、ベント口において、この表面更新性スクリュピースにより熱可塑性合成樹脂原料が強力に攪拌され、表面部の更新が頻繁に行われ、大量の揮発成分が容易に放出されるようになった。
【００２１】
従って、熱可塑性合成樹脂原料の温度を高くするためのスクリュの高回転数運転を必要とせず、揮発成分の気泡を膨張・破裂し易くするとともに放出された揮発成分を強力に吸引排気するためのベント口に連結された真空排気装置の高真空度運転を必要とせず、その結果、吐出ポリマーの温度を上げることなくポリマー劣化を防止して品質を低下させることが無くなるとともに、新たな高真空度真空設備の設置費あるいは高真空度を得るための運転動力費を必要としなくなった。また、消費エネルギーの増加を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスクリュ式混練押出機の部分を示す概略構成図である。
【図２】本発明によるスクリュ式混練押出機と従来のスクリュ式混練押出機とを用いたそれぞれの試験の結果を対比するグラフである。
【図３】従来のスクリュ式混練押出機の部分を示す構成図である。
【符号の説明】
１スクリュ式混練押出機
２シリンダ
３スクリュ
４ベント口
６撹拌部
７、７ａ混練輸送部
１０表面更新性スピース

Claims

シリンダ(2)に形成されたベント口(4)に対応して位置するスクリュ(3)が送り形式のニーディングスクリュ、ツイストニーディングスクリュピース、ロータスクリュピース、フライト切り欠きスクリュピースの何れかよりなる表面更新性スクリュピース(10)を有して構成されていることを特徴とするスクリュ式混練押出機。
前記表面更新性スクリュピース(10)が、前記ベント口(4)の軸方向開口長に対し１０〜１００％の軸長範囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載のスクリュ式混練押出機。