JP3908981B2 - 成形用組成物の製造方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、古紙を原料とした古紙繊維と熱可塑性樹脂とを混練して得られる成形用組成物の製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、古紙をリサイクルして再利用する方法として、古紙を粉砕し、熱可塑性樹脂と混合した複合樹脂組成物とすることが行われている。このような複合樹脂組成物の製法として、たとえば、特開平５−３２０３６７号に開示された方法がある。この方法は、ターボミル等によって解繊した古紙にポリプロピレン等の樹脂材料を加え、加熱溶融混練してノズルから押出して樹脂ペレットを得、この樹脂ペレットを射出成形して成形品を得るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記方法では、細断した古紙を直接ターボミル等に投入して解繊を行なうため、古紙がある程度まで解繊されてしまうと、ミル中で繊維が浮遊してしまい、ミルの切刃が繊維にほとんど作用しなくなり、ミルのクリアランスが同じではそれ以上に細かくするのが困難であった。このため、現実には古紙が十分に解繊されない状態で各種の成形品に成形されることがほとんどであり、比較的肉厚のある成形品では問題がなかったものの、薄肉の成形品では成形材料の流れが悪くなって成形不良が生じたり、成形品の強度不足が生じたりしやすいという問題があった。また、このような問題を解消しようとして古紙を細かく解繊するためには、ミルのクリアランスを詰めた解繊工程を複数段階にわたって行なう必要があり、その分余分な設備が必要になったり、工程が複雑化したりする等、製造コストが大幅にアップしてしまうという問題があった。さらに、ミルのクリアランスをあまりに小さく設定するのは、少しの異物が噛み込んでも切刃等を損傷させやすく、装置の寿命を大幅に縮める結果となるため、現実的な問題としてクリアランスを詰めるにも限界があり、希望するレベルまで解繊できなかった。
【０００４】
また、上記方法では、加熱溶融混練してノズルから押出すことにより樹脂ペレットを形成するため、解繊した古紙と樹脂とを加熱混練りしたり押出したりする工程における加熱や摩擦等により、古紙に焼けが生じて物性劣化しやすい。古紙に焼けが生じると、繊維中のセルロースが加熱分解して臭気が発生したり成形品に着色が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、古紙をより細かく解繊して薄物の成形品にも適した成形材料を得られる成形用組成物の製造方法および装置の提供を第１の目的とし、加熱による古紙の物性劣化を防止しうる成形用組成物の製造方法および装置の提供を第２の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の成形用組成物の製造方法は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成する工程と、上記一次ペレットを微粉砕機で粉砕することにより古紙をさらに解砕したのちペレット化して二次ペレットを生成する工程と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する工程とを含むことを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の成形用組成物の製造装置は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成するペレット成形機と、上記一次ペレットを粉砕することにより古紙をさらに解砕する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙をペレット化して二次ペレットを生成するペレット成形機と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する成形材料生成手段とを備えたことを要旨とする。
【０００８】
このように、本発明の成形用組成物の製造方法および装置は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成し、上記一次ペレットを微粉砕機で粉砕することにより古紙をさらに解砕したのちペレット化して二次ペレットを生成する。このため、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【０００９】
本発明の成形用組成物の製造方法において、上記成形用材料を生成する工程が、二次ペレットを樹脂材料と混合して微粉砕機で粉砕することにより古紙と樹脂を混合したのちペレット化するものである場合、あるいは、本発明の装置において、上記成形用材料生成手段が、二次ペレットを樹脂材料と混合して粉砕することにより古紙と樹脂を混合する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙と樹脂の混合物をペレット化するペレット成形機とを有するものである場合には、成形用材料を生成する際に、従来のような加熱溶融混練やノズルからの押出しを行なわなくてよいため、解繊した古紙に対する加熱や摩擦等が大幅に緩和され、古紙に焼けが生じることによる物性劣化を防止できる。したがって、繊維の加熱分解による臭気や成形品の着色を防止できるようになる。
【００１０】
本発明の成形用組成物の製造方法および装置において、上記一次ペレットを粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている場合には、投入口側の回転子から排出口側の回転子に向かって徐々に砕けた一次ペレットと古紙繊維が送られ、徐々にクリアランスが狭くなるため、より効率的に細かく解繊することができる。
【００１１】
本発明の成形用組成物の製造方法および装置において、上記二次ペレットと樹脂材料の混合物を粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている場合には、徐々にクリアランスが狭くなる複数の回転子の回転刃と固定刃によるせん断作用等の外力を受け、二次ペレットは粉砕されて古紙繊維がさらに細かく解繊されるとともに樹脂ペレットも細かく粉砕され、古紙繊維と粉砕された樹脂粉がまんべんなく混合される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
本発明の成形用組成物の製造方法は、図１に示すように、古紙を解砕する工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂ、一次ペレットの生成工程Ｃ、一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄ、二次ペレットの生成工程Ｅ、樹脂材料の混合・粉砕工程Ｆ、成形用ペレットの生成工程Ｇ、成形品の成形工程Ｈの各工程を備えている。
【００１４】
そして、上記各工程Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈでは、それぞれ、粗粉砕機１，中粉砕機２，ペレット成形機２０，微粉砕機３１，ペレット成形機２０，微粉砕機３１，ペレット成形機２０，射出成形機が用いられ、これらの装置により本発明の成形用組成物の製造装置が構成されている。
【００１５】
本発明の成形用組成物の製造方法では、まず、古紙を細かく解砕する古紙の解砕工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂを行なう。
【００１６】
上記古紙としては、特に限定するものではなく、各種の古紙を用いることができる。例えば、ＯＡ関連の古紙，ダンボール，新聞，雑誌，トムソン加工の破材，樹脂原料ペレットの袋，使用済みの乗車券・馬券等の磁気粉末が付着したもの等があげられる。
【００１７】
また、本発明では、上記古紙として、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものを効果的に適用することができる。たとえば、牛乳パック，各種包装箱用紙，包装袋用紙等の打ち抜きかす等をあげることができる。
【００１８】
この粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂにより、古紙が平均太さ０．０１〜０．１ｍｍ，平均長さ２．５ｍｍ以下程度の繊維状になるまで解砕される。
【００１９】
上記古紙の解砕工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂに用いる解砕装置としては、例えば、図２に示すように、古紙を粗粉砕する粗粉砕機１と、粗粉砕された古紙を中粉砕する中粉砕機２とを備えたものが好適に用いられる。
【００２０】
上記解砕装置は、粗粉砕機１上部のホッパ４にシート状の古紙を投入し、粗粉砕機１で粗粉砕が行なわれた古紙を圧送ブロア３および圧送管５を介して中粉砕機２に送り、中粉砕機２で中粉砕することが行なわれる。
【００２１】
上記解砕装置には、圧送管５の中粉砕機２直前の部分および中粉砕機２に、添加剤を投入する添加剤投入口６，７が設けられ、中粉砕の段階もしくはその直前の少なくともいずれかにおいて添加剤として酸化防止剤と中和剤の少なくともいずれかを添加するようになっている。このように、古紙を解砕する際に酸化防止剤や中和剤を添加することにより、解砕中の摩擦熱等により古紙が加熱されたとしても、酸化防止剤によりアルデヒド類の発生が抑制され、中和剤により発生したアルデヒド類が中和される。このため、成形品等に発生する臭気や着色が大幅に低減される。
【００２２】
上記酸化防止剤としては、特に限定するものではなく、各種のものを用いることができる。例えば、フェノール系および芳香族アミン系化合物のほかに、硫黄系，りん系，有機金属系化合物等をあげることができる。これらは、単独でもしくは併せて用いることができる。
【００２３】
これらのなかでも、フェノール系酸化防止剤およびリン系酸化防止剤を好適に用いることができる。フェノール系としては、ヒドロキノンモノベンジルエーテル，２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール，２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｐ−クレゾール，２．４．６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール，４．４’−ビス（３．５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール），ビス（４−オキシ−２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メタン，各種のアルキル化フェノール，またはクレゾール類，スチレン化フェノール等があげられる。リン系としては、ホスファイト類でアリールあるいはアルキルアリールホスファイト類，例えば、トリフェニルホスファイト，ノニルフェニルホスファイト等があげられる。
【００２４】
また、上記酸化防止剤としては、ラジカル連鎖を防止したり過酸化物を分解させることにより、樹脂材料の酸化を効果的に防止することから、ラジカル連鎖禁止剤と過酸化物分解剤の少なくともいずれかを含むものが好適に用いられる。例えば、ラジカル連鎖禁止剤としては、旭電化工業社製アデカブスタＡ３０（商品名）等があげられ、過酸化物分解剤としては、旭電化工業社製アデカブスタＰＥＰ２（商品名）等をあげることができる。
【００２５】
また、上記中和剤としては、セルロースの加熱分解で生じたアルデヒド類を効果的に中和し、成形品の臭気や着色を効果的に防止することができるため、アルデヒドを中和するものが好適に用いられる。例えば、環状活性イミノ化合物が有効で、５．５ジメチルヒダントイン等のヒダントイン類やイミダゾール化合物等があげられる。
【００２６】
上記添加剤の添加量としては、古紙と熱可塑性樹脂との混在物に対して０．００５重量％以上１重量％以下が好ましく、さらに好ましくは、０．０１重量％以上０．５重量％以下であり、一層好ましくは、０．０５重量％以上０．１重量％以下である。上記添加量において樹脂材料の酸化や成形品の臭気や着色を効果的に防止することができるからである。
【００２７】
上記粗粉砕機１は、この例では、図３に示すように、軸心が実質的に上下方向に向かって延びる回転刃９と（図は上側から見た図である）、上記回転刃９の周囲に設けられた固定刃１０とで古紙を粗粉砕する縦型粉砕機を用いている。上記固定刃１０と回転刃９の周囲は、メッシュドラム１１で囲まれており、粗粉砕された古紙がメッシュドラム１１のメッシュ穴を通過して圧送管５に送られるようになっている。
【００２８】
上記粗粉砕機１として、軸心が上下に延びる回転刃９と固定刃１０とで古紙を粗粉砕する縦型粉砕機を用いたことにより、粗粉砕された古紙が詰まりにくく、かりに詰まったとしても除去が容易である。
【００２９】
上記中粉砕機２は、この例では、図４に示すように、円板の片面に、同心円Ｐ上に並ぶよう固定ピン１５が列設された固定円板１３と、円板の片面に、上記同心円Ｐの間に位置する同心円Ｑ上に並ぶように回転ピン１６が列設された回転円板１４とを備えたピンミルが用いられている。そして、図５に示すように、上記固定円板１３と回転円板１４とを対面させ、固定ピン１５と回転ピン１６とを噛み合わせる。
【００３０】
この状態で、回転円板１４を円板の中心を軸心として回転させることにより、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙を摩擦して粉砕するようになっている。図５において１８はケース、１７はメッシュドラムである。このように、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙を摩擦して粉砕するため、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙がもみほぐされるため、繊維の切断が少なく、かつ十分に解繊される。
【００３１】
なお、上記古紙の解砕工程に用いる装置としては、上述したものに限定するものではなく、高速シュレッダーとジェットミルの組み合わせ，紙おむつ用の開綿状パルプの粉砕機，ターボカッター等、各種のものを用いることができる。
【００３２】
ついで、上記解砕された繊維状の古紙を混練して造粒することにより一次ペレットとする一次ペレット生成工程Ｃが行なわれる。
【００３３】
図６は、この一次ペレット生成工程Ｃに用いるペレット成形機２０の一例を示す。このペレット成形機２０は、ホッパ２１から解砕された古紙を投入し、混練りおよび造粒してペレット状に形成し、排出口２２から一次ペレットを排出するようになっている。
【００３４】
この造粒の際に、上述したものと同様の酸化防止剤や中和剤を添加するのが好ましい。このようにすることにより、造粒中の加熱や摩擦熱等により古紙が加熱されたとしても、酸化防止剤によりアルデヒド類の発生が抑制され、中和剤により発生したアルデヒド類が中和される。このため、成形品等に発生する臭気や着色が大幅に低減される。
【００３５】
上記造粒は、古紙と熱可塑性樹脂とが混在する状態で行なうのが好ましい。使用される古紙が、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものであれば、そのまま用いることができる。使用される古紙が樹脂分を含まないものであれば、解砕された古紙にポリオレフィンエラストマー等のオレフィン系樹脂を重量比で２〜１０％混合することが行なわれる。
【００３６】
このようにすることにより、解砕された古紙と熱可塑性樹脂が造粒されて一次ペレットとなるため、繊維状の古紙の嵩がおよそ１０分の１から３０分の１程度にまで減少する。したがって、古紙を装置に供給する速度が早くなり、生産性が極めて向上する。また、ペレット状であるため、解砕した古紙を保管する場合にも場所をとらず、移送等の取り扱いも容易になる。さらに、重量測定の精度も良くなるため、熱可塑性樹脂との混合比率も安定して品質が向上する。しかも、上記一次ペレットでは、各種の樹脂と混じりやすい熱可塑性樹脂が繊維の周囲にコーティングされるため、繊維と樹脂材料とのなじみ性が格段に向上し、各種の樹脂が混じる割合が多い再生樹脂等であっても成形品の強度が確保される。
【００３７】
上記ポリオレフィンエラストマーとしては、高密度ポリエチレン，低密度ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブデン，ポリ−４−メチルペンテン−１，エチレンとα−オレフィンの共重合体，プロピレンとα−オレフィンの共重合体などのオリゴマー類、エチレン・オクテン・コーポリマー（商品名「エンゲージ」：ダウケミカル社）等のエラストマーがあげられる。これらは、単独でもしくは併せて用いられる。
【００３８】
上記ポリオレフィンエラストマーの古紙に対する混合率は、重量比で２〜１０％が好ましい。２％未満では、嵩を減少させたり樹脂とのなじみ性を向上させる効果に乏しく、１０％を超えると、生産性は向上するものの、オレフィン系以外の樹脂と混合する場合にかえって成形品の強度が低下するからである。
【００３９】
上述したように、古紙が、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものである場合には、オレフィン系樹脂を添加することなく、同様の効果を得ることができるが、オレフィン系樹脂を添加して造粒することも可能である。
【００４０】
上記ペレット成形機２０は、図７に示すように、周面に多数のペレット押出孔２４が穿設された回転ドラム２３と、外周面が上記回転ドラム２３の内周面と所定のクリアランスを保持して回転自在に軸支された第１ロール２５および第２ロール２６とを備えている。
【００４１】
そして、回転ドラム２３内に投入された解砕された古紙と熱可塑性樹脂は、第１および第２ロール２５，２６の外周面と回転ドラム２３の内周面との間に挟まれて圧縮され、ペレット押出孔２４から押出されて効率的に造粒される。図７において２７はペレット押出孔２４から押出された古紙繊維と樹脂の混合物を切断するカッターである。
【００４２】
上記第１ロール２５は、図８に示すように、外周面に回転ドラム２３の回転方向と直交する方向に延びる溝２８が刻設されている。このため、上記溝２８により第１ロール２５の外周面と回転ドラム２３の内周面との間で発生する摩擦熱が熱可塑性樹脂を溶融させ、解砕された古紙と熱可塑性樹脂とが効果的に造粒されペレット化される。
【００４３】
上記第２ロール２６は、図９に示すように、外周面に多数の凹部２９が設けられている。このため、上記凹部２９により、第２ロール２６の外周面と回転ドラム２３の内周面との間に解砕された古紙と熱可塑性樹脂とが押込まれ、効果的に造粒されペレット化される。
【００４４】
このように、混練および造粒することにより、２〜６ｍｍ程度の一次ペレットが得られる。ここで、混練温度は、８０〜１１０℃が好ましい。８０℃未満では、混練の際の混練機の負荷が大きくなりすぎ、１１０℃を超えると、ポリオレフィンエラストマーや熱可塑性樹脂が完全に溶融してしまうため、かえって古紙との練りが悪くなるからである。
【００４５】
なお、造粒の際の混練は、上述したペレット成形機２０に限定するものではなく、ヘンシェルミキサーで混合して押出機で混練するか、ニーダールーダーや高混練タイプの二軸押出機を散ることもできるし、他の方式でもよい。
【００４６】
つぎに、上記一次ペレットを微粉砕機３１で粉砕することにより、解砕された古紙をさらに細かく解繊する一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄが行なわれる。
【００４７】
上記微粉砕機３１は、例えば、図１０に示すように、円筒状のケーシング３２と、このケーシング３２の中心線Ｒ−Ｒ上に同軸状に設けられた回転軸３３と、上記回転軸３３に取り付けられた複数（この例では４つ）の第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄとを備えている。
【００４８】
上記回転軸３３は、ケーシング３２の両側壁に軸受３５により支持され、その端部に固定されたプーリ３６に掛けられたベルト（図示せず）により、上記中心線Ｒ−Ｒを軸心として高速回転されるようになっている。
【００４９】
上記ケーシング３２の内周面には、図１１に示すように、上記中心線Ｒ−Ｒに沿った方向に延びる多数の突条である固定刃３７が設けられている。一方、上記第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄにはそれぞれ、上記中心線Ｒ−Ｒに沿った方向に延びる多数の突条もしくは羽根である回転刃３８が設けられている。そして、上記固定刃３７と回転刃３８の間には所定のクリアランスｔが設けられている。
【００５０】
上記ケーシング３２には、その一側端部にワークである一次ペレットが投入される投入口３９が設けられ、ケーシング３２の他端部には粉砕・解繊された一次ペレットが排出される排出口４０が設けられている。
【００５１】
上記投入口３９に近い側から順にならんだ複数の第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄでは、それぞれ上記クリアランスｔが異なるように設定されており、投入口３９に近い側から排出口４０側に向かって順にクリアランスｔが徐々に狭くなるように設定されている。例えば、投入口３９に最も近い第１回転子３４Ａではクリアランスｔが５ｍｍに設定され、つぎの第２回転子３４Ｂでは４ｍｍ、そのつぎの第３回転子３４Ｃでは２ｍｍ、最も排出口４０側の第４回転子３４Ｄでは１．５ｍｍに設定される。
【００５２】
上記微粉砕機３１では、投入口３９から多量の空気と共に一次ペレットが供給され、供給された一次ペレットが、第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７との間で細かく粉砕されるとともに、一次ペレットの主体成分である古紙繊維がさらに細かく解繊される。そして、粉砕・解繊された古紙繊維は、空気とともに排出口４０から排出される。
【００５３】
このとき、古紙繊維を解砕された状態のままで微粉砕機３１に供給するのではなく、一旦一次ペレットに成形し、このペレット状のものを供給するようにしているため、各回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７によるせん断作用等の外力を受け、細かく解砕された古紙繊維をさらに細かく解繊することができるのである。
【００５４】
そして、投入口３９に近い側の第１回転子３４Ａから排出口４０側の回転子３４Ｄに向かって徐々に砕けた一次ペレットと古紙繊維が送られ、徐々にクリアランスが狭くなるため、より効率的に細かく解繊することができる。例えば、上述したクリアランスの設定では、繊維長が０．３ｍｍ以下程度になるまで解繊することが可能である。
【００５５】
つぎに、上記微粉砕機３１で細かく解繊された古紙繊維を、図６〜図９で説明したペレット成形機２０によりペレット化して二次ペレットを生成する二次ペレットの生成工程Ｅを行なう。
【００５６】
この二次ペレット生成工程Ｅは、基本的には上述した一次ペレット生成工程Ｃと同様にして行なうことができ、ペレット成形機２０も同じ機械を兼用することができる。また、二次ペレット生成工程Ｅにおいても、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂を追加して行なうこともできる。また、この工程において、上述したものと同様の酸化防止剤や中和剤を添加することもできる。
【００５７】
つぎに、上記二次ペレットに、成形材料である熱可塑性樹脂ペレットを混合して、混合された樹脂ペレットおよび二次ペレット（古紙ペレット）を粉砕する樹脂材料の混合・粉砕工程Ｆを行なう。
【００５８】
この混合・粉砕工程Ｆは、図１０および図１１で説明した微粉砕機３１が用いられる。この混合・粉砕工程Ｆは、基本的には上述した一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄと同様にして行なうことができ、微粉砕機３１も同じ機械を兼用することができる。
【００５９】
ここで混合される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン，ＡＢＳ樹脂，スチロール樹脂，ポリエチレン樹脂，ポリアセタール，ポリカーボネート等、ポリオレフィンエラストマーと容易に混合するものが用いられる。
【００６０】
上記熱可塑性樹脂ペレットの混合率は、最終的な成形用組成物の樹脂含有率が重量比で２０〜８０％となる範囲が好ましく、３０％〜７０％であればより好ましい。成形用組成物の樹脂含有率が２０％以下では、繊維の占める比率が多すぎて成形品の強度が低下し、８０％を超えると、成形品を燃焼させたときの発生熱量が高くなり、処分が困難になるからである。また、上記樹脂材料からなるフィルム，シート粕，成形不良品等を粉砕機で２〜６ｍｍ程度に粉砕した再生樹脂も好適に用いられる。
【００６１】
この微粉砕機３１を用いた工程Ｆによれば、徐々にクリアランスｔが狭くなる複数の第１〜第４各回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７によるせん断作用等の外力を受け、古紙ペレットである二次ペレットは粉砕されて古紙繊維がさらに細かく解繊されるとともに樹脂ペレットも細かく粉砕され、古紙繊維と粉砕された樹脂粉がまんべんなく混合される。
【００６２】
つぎに、解繊された古紙繊維と樹脂粉との混合物を、図６〜図９で説明したペレット成形機２０によりペレット化して成形用ペレットを生成する成形用ペレットの生成工程Ｇを行なう。
【００６３】
この成形用ペレット生成工程Ｇは、基本的には上述した一次ペレット生成工程Ｃや二次ペレット成形工程Ｅと同様にして行なうことができ、ペレット成形機２０も同じ機械を兼用することができる。このようにして従来の押出し成形を行なうことなく成形用ペレットを生成することが可能となり、成形用材料を生成する際に、従来のような加熱溶融混練やノズルからの押出しを行わなくてよいため、解繊した古紙に対する加熱や摩擦等が大幅に緩和され、古紙に焼けが生じることによる物性劣化を防止できる。したがって、繊維の加熱分解による臭気や成形品の着色を防止できるようになる。
【００６４】
そして、上記工程Ｇで形成された成形用ペレットを射出成形機にかけることにより、所望の形状の成形品を得ることができる。このとき、成形前に、繊維に吸着した水分を除去するため、ホッパードライヤーもしくは箱型乾燥機等で８０〜１００℃程度で約３〜４時間乾燥させるのが好ましい。また、成形温度は、繊維の炭化を防止するため比較的低温に設定するのが好ましい。それ以外は、通常の樹脂材料の成形と同様にして成形することができる。
【００６５】
このようにして得られた成形品は、成形材料の流れが良くなってしわ等の成形不良の発生率が少なくなり、機械的強度も良好である。また、燃焼させたときの発生熱量が少なく、一般の可燃物と同様の焼却処理が可能である。しかも、古紙の焼け焦げやアルデヒド類の発生が効果的に抑制され、着色や臭気の問題もほとんど発生しない。
【００６６】
このように、上記成形用組成物の製造方法および装置によれば、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも従来に比べて広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【００６７】
なお、上記工程Ｆ，Ｇの代わりに、工程Ｅを経て生成された古紙ペレットである二次ペレットに、熱可塑性樹脂ペレットを混合し、押出装置によって加熱混練したのち造粒してペレット化することにより成形用組成物を生成するようにしてもよい。このときの加熱混練の温度は、１００〜１５０℃で行なうのが好ましい。１００℃未満では、混練に時間がかかり、１５０℃を超えると古紙が焼け焦げるおそれがあるからである。造粒は、古紙の保熱により繊維が焦げるおそれがあるため、水中押出しによって行なうのが好ましい。
【００６８】
この場合も、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、古紙繊維をさらに細かく解砕しているため、得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の成形用組成物の製造方法および装置によれば、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用組成物の製造方法の一実施の形態を示す工程説明図である。
【図２】本発明の成形用組成物の製造装置の一実施の形態に用いる解砕装置を示す説明図である。
【図３】粗粉砕機を示す説明図である。
【図４】中粉砕機の円板を示す図であり、（ａ）は固定円板、（ｂ）は回転円板である。
【図５】中粉砕機の構造を示す断面図である。
【図６】ペレット成形機を示す側面図である。
【図７】ペレット成形機の内部構造を示す説明図である。
【図８】第１ロールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】第２ロールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】微粉砕機を示す断面図である。
【図１１】上記微粉砕機の要部拡大側面図である。
【符号の説明】
Ａ 古紙を解砕する工程（粗粉砕）
Ｂ 古紙を解砕する工程（中粉砕）
Ｃ 一次ペレットの生成工程
Ｄ 一次ペレットの粉砕・解繊工程
Ｅ 二次ペレットの生成工程
Ｆ 樹脂材料の混合・粉砕工程
Ｇ 成形用ペレットの生成工程
Ｈ 成形品の成形工程
Ｐ 同心円
Ｑ 同心円
１ 粗粉砕機
２ 中粉砕機
３ 圧送ブロア
４ ホッパ
５ 圧送管
６ 添加剤投入口
７ 添加剤投入口
９ 回転刃
１０ 固定刃
１１ メッシュドラム
１３ 固定円板
１４ 回転円板
１５ 固定ピン
１６ 回転ピン
１７ メッシュドラム
１８ ケース
２０ ペレット成形機
２１ ホッパ
２２ 排出口
２３ 回転ドラム
２４ ペレット押出孔
２５ 第１ロール
２６ 第２ロール
２７ カッター
２８ 溝
２９ 凹部
３１ 微粉砕機
３２ ケーシング
３３ 回転軸
３４Ａ 第１回転子
３４Ｂ 第２回転子
３４Ｃ 第３回転子
３４Ｄ 第４回転子
３５ 軸受
３６ プーリ
３７ 固定刃
３８ 回転刃
３９ 投入口
４０ 排出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、古紙を原料とした古紙繊維と熱可塑性樹脂とを混練して得られる成形用組成物の製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、古紙をリサイクルして再利用する方法として、古紙を粉砕し、熱可塑性樹脂と混合した複合樹脂組成物とすることが行われている。このような複合樹脂組成物の製法として、たとえば、特開平５−３２０３６７号に開示された方法がある。この方法は、ターボミル等によって解繊した古紙にポリプロピレン等の樹脂材料を加え、加熱溶融混練してノズルから押出して樹脂ペレットを得、この樹脂ペレットを射出成形して成形品を得るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記方法では、細断した古紙を直接ターボミル等に投入して解繊を行なうため、古紙がある程度まで解繊されてしまうと、ミル中で繊維が浮遊してしまい、ミルの切刃が繊維にほとんど作用しなくなり、ミルのクリアランスが同じではそれ以上に細かくするのが困難であった。このため、現実には古紙が十分に解繊されない状態で各種の成形品に成形されることがほとんどであり、比較的肉厚のある成形品では問題がなかったものの、薄肉の成形品では成形材料の流れが悪くなって成形不良が生じたり、成形品の強度不足が生じたりしやすいという問題があった。また、このような問題を解消しようとして古紙を細かく解繊するためには、ミルのクリアランスを詰めた解繊工程を複数段階にわたって行なう必要があり、その分余分な設備が必要になったり、工程が複雑化したりする等、製造コストが大幅にアップしてしまうという問題があった。さらに、ミルのクリアランスをあまりに小さく設定するのは、少しの異物が噛み込んでも切刃等を損傷させやすく、装置の寿命を大幅に縮める結果となるため、現実的な問題としてクリアランスを詰めるにも限界があり、希望するレベルまで解繊できなかった。
【０００４】
また、上記方法では、加熱溶融混練してノズルから押出すことにより樹脂ペレットを形成するため、解繊した古紙と樹脂とを加熱混練りしたり押出したりする工程における加熱や摩擦等により、古紙に焼けが生じて物性劣化しやすい。古紙に焼けが生じると、繊維中のセルロースが加熱分解して臭気が発生したり成形品に着色が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、古紙をより細かく解繊して薄物の成形品にも適した成形材料を得られる成形用組成物の製造方法および装置の提供を第１の目的とし、加熱による古紙の物性劣化を防止しうる成形用組成物の製造方法および装置の提供を第２の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の成形用組成物の製造方法は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成する工程と、上記一次ペレットを微粉砕機で粉砕することにより古紙をさらに解砕したのちペレット化して二次ペレットを生成する工程と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する工程とを含むことを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の成形用組成物の製造装置は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成するペレット成形機と、上記一次ペレットを粉砕することにより古紙をさらに解砕する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙をペレット化して二次ペレットを生成するペレット成形機と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する成形材料生成手段とを備えたことを要旨とする。
【０００８】
このように、本発明の成形用組成物の製造方法および装置は、解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成し、上記一次ペレットを微粉砕機で粉砕することにより古紙をさらに解砕したのちペレット化して二次ペレットを生成する。このため、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【０００９】
本発明の成形用組成物の製造方法において、上記成形用材料を生成する工程が、二次ペレットを樹脂材料と混合して微粉砕機で粉砕することにより古紙と樹脂を混合したのちペレット化するものである場合、あるいは、本発明の装置において、上記成形用材料生成手段が、二次ペレットを樹脂材料と混合して粉砕することにより古紙と樹脂を混合する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙と樹脂の混合物をペレット化するペレット成形機とを有するものである場合には、成形用材料を生成する際に、従来のような加熱溶融混練やノズルからの押出しを行なわなくてよいため、解繊した古紙に対する加熱や摩擦等が大幅に緩和され、古紙に焼けが生じることによる物性劣化を防止できる。したがって、繊維の加熱分解による臭気や成形品の着色を防止できるようになる。
【００１０】
本発明の成形用組成物の製造方法および装置において、上記一次ペレットを粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている場合には、投入口側の回転子から排出口側の回転子に向かって徐々に砕けた一次ペレットと古紙繊維が送られ、徐々にクリアランスが狭くなるため、より効率的に細かく解繊することができる。
【００１１】
本発明の成形用組成物の製造方法および装置において、上記二次ペレットと樹脂材料の混合物を粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている場合には、徐々にクリアランスが狭くなる複数の回転子の回転刃と固定刃によるせん断作用等の外力を受け、二次ペレットは粉砕されて古紙繊維がさらに細かく解繊されるとともに樹脂ペレットも細かく粉砕され、古紙繊維と粉砕された樹脂粉がまんべんなく混合される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
本発明の成形用組成物の製造方法は、図１に示すように、古紙を解砕する工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂ、一次ペレットの生成工程Ｃ、一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄ、二次ペレットの生成工程Ｅ、樹脂材料の混合・粉砕工程Ｆ、成形用ペレットの生成工程Ｇ、成形品の成形工程Ｈの各工程を備えている。
【００１４】
そして、上記各工程Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈでは、それぞれ、粗粉砕機１，中粉砕機２，ペレット成形機２０，微粉砕機３１，ペレット成形機２０，微粉砕機３１，ペレット成形機２０，射出成形機が用いられ、これらの装置により本発明の成形用組成物の製造装置が構成されている。
【００１５】
本発明の成形用組成物の製造方法では、まず、古紙を細かく解砕する古紙の解砕工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂを行なう。
【００１６】
上記古紙としては、特に限定するものではなく、各種の古紙を用いることができる。例えば、ＯＡ関連の古紙，ダンボール，新聞，雑誌，トムソン加工の破材，樹脂原料ペレットの袋，使用済みの乗車券・馬券等の磁気粉末が付着したもの等があげられる。
【００１７】
また、本発明では、上記古紙として、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものを効果的に適用することができる。たとえば、牛乳パック，各種包装箱用紙，包装袋用紙等の打ち抜きかす等をあげることができる。
【００１８】
この粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂにより、古紙が平均太さ０．０１〜０．１ｍｍ，平均長さ２．５ｍｍ以下程度の繊維状になるまで解砕される。
【００１９】
上記古紙の解砕工程である粗粉砕Ａおよび中粉砕Ｂに用いる解砕装置としては、例えば、図２に示すように、古紙を粗粉砕する粗粉砕機１と、粗粉砕された古紙を中粉砕する中粉砕機２とを備えたものが好適に用いられる。
【００２０】
上記解砕装置は、粗粉砕機１上部のホッパ４にシート状の古紙を投入し、粗粉砕機１で粗粉砕が行なわれた古紙を圧送ブロア３および圧送管５を介して中粉砕機２に送り、中粉砕機２で中粉砕することが行なわれる。
【００２１】
上記解砕装置には、圧送管５の中粉砕機２直前の部分および中粉砕機２に、添加剤を投入する添加剤投入口６，７が設けられ、中粉砕の段階もしくはその直前の少なくともいずれかにおいて添加剤として酸化防止剤と中和剤の少なくともいずれかを添加するようになっている。このように、古紙を解砕する際に酸化防止剤や中和剤を添加することにより、解砕中の摩擦熱等により古紙が加熱されたとしても、酸化防止剤によりアルデヒド類の発生が抑制され、中和剤により発生したアルデヒド類が中和される。このため、成形品等に発生する臭気や着色が大幅に低減される。
【００２２】
上記酸化防止剤としては、特に限定するものではなく、各種のものを用いることができる。例えば、フェノール系および芳香族アミン系化合物のほかに、硫黄系，りん系，有機金属系化合物等をあげることができる。これらは、単独でもしくは併せて用いることができる。
【００２３】
これらのなかでも、フェノール系酸化防止剤およびリン系酸化防止剤を好適に用いることができる。フェノール系としては、ヒドロキノンモノベンジルエーテル，２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール，２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｐ−クレゾール，２．４．６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール，４．４’−ビス（３．５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール），ビス（４−オキシ−２．６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）メタン，各種のアルキル化フェノール，またはクレゾール類，スチレン化フェノール等があげられる。リン系としては、ホスファイト類でアリールあるいはアルキルアリールホスファイト類，例えば、トリフェニルホスファイト，ノニルフェニルホスファイト等があげられる。
【００２４】
また、上記酸化防止剤としては、ラジカル連鎖を防止したり過酸化物を分解させることにより、樹脂材料の酸化を効果的に防止することから、ラジカル連鎖禁止剤と過酸化物分解剤の少なくともいずれかを含むものが好適に用いられる。例えば、ラジカル連鎖禁止剤としては、旭電化工業社製アデカブスタＡ３０（商品名）等があげられ、過酸化物分解剤としては、旭電化工業社製アデカブスタＰＥＰ２（商品名）等をあげることができる。
【００２５】
また、上記中和剤としては、セルロースの加熱分解で生じたアルデヒド類を効果的に中和し、成形品の臭気や着色を効果的に防止することができるため、アルデヒドを中和するものが好適に用いられる。例えば、環状活性イミノ化合物が有効で、５．５ジメチルヒダントイン等のヒダントイン類やイミダゾール化合物等があげられる。
【００２６】
上記添加剤の添加量としては、古紙と熱可塑性樹脂との混在物に対して０．００５重量％以上１重量％以下が好ましく、さらに好ましくは、０．０１重量％以上０．５重量％以下であり、一層好ましくは、０．０５重量％以上０．１重量％以下である。上記添加量において樹脂材料の酸化や成形品の臭気や着色を効果的に防止することができるからである。
【００２７】
上記粗粉砕機１は、この例では、図３に示すように、軸心が実質的に上下方向に向かって延びる回転刃９と（図は上側から見た図である）、上記回転刃９の周囲に設けられた固定刃１０とで古紙を粗粉砕する縦型粉砕機を用いている。上記固定刃１０と回転刃９の周囲は、メッシュドラム１１で囲まれており、粗粉砕された古紙がメッシュドラム１１のメッシュ穴を通過して圧送管５に送られるようになっている。
【００２８】
上記粗粉砕機１として、軸心が上下に延びる回転刃９と固定刃１０とで古紙を粗粉砕する縦型粉砕機を用いたことにより、粗粉砕された古紙が詰まりにくく、かりに詰まったとしても除去が容易である。
【００２９】
上記中粉砕機２は、この例では、図４に示すように、円板の片面に、同心円Ｐ上に並ぶよう固定ピン１５が列設された固定円板１３と、円板の片面に、上記同心円Ｐの間に位置する同心円Ｑ上に並ぶように回転ピン１６が列設された回転円板１４とを備えたピンミルが用いられている。そして、図５に示すように、上記固定円板１３と回転円板１４とを対面させ、固定ピン１５と回転ピン１６とを噛み合わせる。
【００３０】
この状態で、回転円板１４を円板の中心を軸心として回転させることにより、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙を摩擦して粉砕するようになっている。図５において１８はケース、１７はメッシュドラムである。このように、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙を摩擦して粉砕するため、固定ピン１５と回転ピン１６の間で古紙がもみほぐされるため、繊維の切断が少なく、かつ十分に解繊される。
【００３１】
なお、上記古紙の解砕工程に用いる装置としては、上述したものに限定するものではなく、高速シュレッダーとジェットミルの組み合わせ，紙おむつ用の開綿状パルプの粉砕機，ターボカッター等、各種のものを用いることができる。
【００３２】
ついで、上記解砕された繊維状の古紙を混練して造粒することにより一次ペレットとする一次ペレット生成工程Ｃが行なわれる。
【００３３】
図６は、この一次ペレット生成工程Ｃに用いるペレット成形機２０の一例を示す。このペレット成形機２０は、ホッパ２１から解砕された古紙を投入し、混練りおよび造粒してペレット状に形成し、排出口２２から一次ペレットを排出するようになっている。
【００３４】
この造粒の際に、上述したものと同様の酸化防止剤や中和剤を添加するのが好ましい。このようにすることにより、造粒中の加熱や摩擦熱等により古紙が加熱されたとしても、酸化防止剤によりアルデヒド類の発生が抑制され、中和剤により発生したアルデヒド類が中和される。このため、成形品等に発生する臭気や着色が大幅に低減される。
【００３５】
上記造粒は、古紙と熱可塑性樹脂とが混在する状態で行なうのが好ましい。使用される古紙が、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものであれば、そのまま用いることができる。使用される古紙が樹脂分を含まないものであれば、解砕された古紙にポリオレフィンエラストマー等のオレフィン系樹脂を重量比で２〜１０％混合することが行なわれる。
【００３６】
このようにすることにより、解砕された古紙と熱可塑性樹脂が造粒されて一次ペレットとなるため、繊維状の古紙の嵩がおよそ１０分の１から３０分の１程度にまで減少する。したがって、古紙を装置に供給する速度が早くなり、生産性が極めて向上する。また、ペレット状であるため、解砕した古紙を保管する場合にも場所をとらず、移送等の取り扱いも容易になる。さらに、重量測定の精度も良くなるため、熱可塑性樹脂との混合比率も安定して品質が向上する。しかも、上記一次ペレットでは、各種の樹脂と混じりやすい熱可塑性樹脂が繊維の周囲にコーティングされるため、繊維と樹脂材料とのなじみ性が格段に向上し、各種の樹脂が混じる割合が多い再生樹脂等であっても成形品の強度が確保される。
【００３７】
上記ポリオレフィンエラストマーとしては、高密度ポリエチレン，低密度ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブデン，ポリ−４−メチルペンテン−１，エチレンとα−オレフィンの共重合体，プロピレンとα−オレフィンの共重合体などのオリゴマー類、エチレン・オクテン・コーポリマー（商品名「エンゲージ」：ダウケミカル社）等のエラストマーがあげられる。これらは、単独でもしくは併せて用いられる。
【００３８】
上記ポリオレフィンエラストマーの古紙に対する混合率は、重量比で２〜１０％が好ましい。２％未満では、嵩を減少させたり樹脂とのなじみ性を向上させる効果に乏しく、１０％を超えると、生産性は向上するものの、オレフィン系以外の樹脂と混合する場合にかえって成形品の強度が低下するからである。
【００３９】
上述したように、古紙が、紙材料に対して熱可塑性樹脂材料が含浸および／またはラミネートされたものである場合には、オレフィン系樹脂を添加することなく、同様の効果を得ることができるが、オレフィン系樹脂を添加して造粒することも可能である。
【００４０】
上記ペレット成形機２０は、図７に示すように、周面に多数のペレット押出孔２４が穿設された回転ドラム２３と、外周面が上記回転ドラム２３の内周面と所定のクリアランスを保持して回転自在に軸支された第１ロール２５および第２ロール２６とを備えている。
【００４１】
そして、回転ドラム２３内に投入された解砕された古紙と熱可塑性樹脂は、第１および第２ロール２５，２６の外周面と回転ドラム２３の内周面との間に挟まれて圧縮され、ペレット押出孔２４から押出されて効率的に造粒される。図７において２７はペレット押出孔２４から押出された古紙繊維と樹脂の混合物を切断するカッターである。
【００４２】
上記第１ロール２５は、図８に示すように、外周面に回転ドラム２３の回転方向と直交する方向に延びる溝２８が刻設されている。このため、上記溝２８により第１ロール２５の外周面と回転ドラム２３の内周面との間で発生する摩擦熱が熱可塑性樹脂を溶融させ、解砕された古紙と熱可塑性樹脂とが効果的に造粒されペレット化される。
【００４３】
上記第２ロール２６は、図９に示すように、外周面に多数の凹部２９が設けられている。このため、上記凹部２９により、第２ロール２６の外周面と回転ドラム２３の内周面との間に解砕された古紙と熱可塑性樹脂とが押込まれ、効果的に造粒されペレット化される。
【００４４】
このように、混練および造粒することにより、２〜６ｍｍ程度の一次ペレットが得られる。ここで、混練温度は、８０〜１１０℃が好ましい。８０℃未満では、混練の際の混練機の負荷が大きくなりすぎ、１１０℃を超えると、ポリオレフィンエラストマーや熱可塑性樹脂が完全に溶融してしまうため、かえって古紙との練りが悪くなるからである。
【００４５】
なお、造粒の際の混練は、上述したペレット成形機２０に限定するものではなく、ヘンシェルミキサーで混合して押出機で混練するか、ニーダールーダーや高混練タイプの二軸押出機を散ることもできるし、他の方式でもよい。
【００４６】
つぎに、上記一次ペレットを微粉砕機３１で粉砕することにより、解砕された古紙をさらに細かく解繊する一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄが行なわれる。
【００４７】
上記微粉砕機３１は、例えば、図１０に示すように、円筒状のケーシング３２と、このケーシング３２の中心線Ｒ−Ｒ上に同軸状に設けられた回転軸３３と、上記回転軸３３に取り付けられた複数（この例では４つ）の第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄとを備えている。
【００４８】
上記回転軸３３は、ケーシング３２の両側壁に軸受３５により支持され、その端部に固定されたプーリ３６に掛けられたベルト（図示せず）により、上記中心線Ｒ−Ｒを軸心として高速回転されるようになっている。
【００４９】
上記ケーシング３２の内周面には、図１１に示すように、上記中心線Ｒ−Ｒに沿った方向に延びる多数の突条である固定刃３７が設けられている。一方、上記第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄにはそれぞれ、上記中心線Ｒ−Ｒに沿った方向に延びる多数の突条もしくは羽根である回転刃３８が設けられている。そして、上記固定刃３７と回転刃３８の間には所定のクリアランスｔが設けられている。
【００５０】
上記ケーシング３２には、その一側端部にワークである一次ペレットが投入される投入口３９が設けられ、ケーシング３２の他端部には粉砕・解繊された一次ペレットが排出される排出口４０が設けられている。
【００５１】
上記投入口３９に近い側から順にならんだ複数の第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄでは、それぞれ上記クリアランスｔが異なるように設定されており、投入口３９に近い側から排出口４０側に向かって順にクリアランスｔが徐々に狭くなるように設定されている。例えば、投入口３９に最も近い第１回転子３４Ａではクリアランスｔが５ｍｍに設定され、つぎの第２回転子３４Ｂでは４ｍｍ、そのつぎの第３回転子３４Ｃでは２ｍｍ、最も排出口４０側の第４回転子３４Ｄでは１．５ｍｍに設定される。
【００５２】
上記微粉砕機３１では、投入口３９から多量の空気と共に一次ペレットが供給され、供給された一次ペレットが、第１〜第４回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７との間で細かく粉砕されるとともに、一次ペレットの主体成分である古紙繊維がさらに細かく解繊される。そして、粉砕・解繊された古紙繊維は、空気とともに排出口４０から排出される。
【００５３】
このとき、古紙繊維を解砕された状態のままで微粉砕機３１に供給するのではなく、一旦一次ペレットに成形し、このペレット状のものを供給するようにしているため、各回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７によるせん断作用等の外力を受け、細かく解砕された古紙繊維をさらに細かく解繊することができるのである。
【００５４】
そして、投入口３９に近い側の第１回転子３４Ａから排出口４０側の回転子３４Ｄに向かって徐々に砕けた一次ペレットと古紙繊維が送られ、徐々にクリアランスが狭くなるため、より効率的に細かく解繊することができる。例えば、上述したクリアランスの設定では、繊維長が０．３ｍｍ以下程度になるまで解繊することが可能である。
【００５５】
つぎに、上記微粉砕機３１で細かく解繊された古紙繊維を、図６〜図９で説明したペレット成形機２０によりペレット化して二次ペレットを生成する二次ペレットの生成工程Ｅを行なう。
【００５６】
この二次ペレット生成工程Ｅは、基本的には上述した一次ペレット生成工程Ｃと同様にして行なうことができ、ペレット成形機２０も同じ機械を兼用することができる。また、二次ペレット生成工程Ｅにおいても、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂を追加して行なうこともできる。また、この工程において、上述したものと同様の酸化防止剤や中和剤を添加することもできる。
【００５７】
つぎに、上記二次ペレットに、成形材料である熱可塑性樹脂ペレットを混合して、混合された樹脂ペレットおよび二次ペレット（古紙ペレット）を粉砕する樹脂材料の混合・粉砕工程Ｆを行なう。
【００５８】
この混合・粉砕工程Ｆは、図１０および図１１で説明した微粉砕機３１が用いられる。この混合・粉砕工程Ｆは、基本的には上述した一次ペレットの粉砕・解繊工程Ｄと同様にして行なうことができ、微粉砕機３１も同じ機械を兼用することができる。
【００５９】
ここで混合される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン，ＡＢＳ樹脂，スチロール樹脂，ポリエチレン樹脂，ポリアセタール，ポリカーボネート等、ポリオレフィンエラストマーと容易に混合するものが用いられる。
【００６０】
上記熱可塑性樹脂ペレットの混合率は、最終的な成形用組成物の樹脂含有率が重量比で２０〜８０％となる範囲が好ましく、３０％〜７０％であればより好ましい。成形用組成物の樹脂含有率が２０％以下では、繊維の占める比率が多すぎて成形品の強度が低下し、８０％を超えると、成形品を燃焼させたときの発生熱量が高くなり、処分が困難になるからである。また、上記樹脂材料からなるフィルム，シート粕，成形不良品等を粉砕機で２〜６ｍｍ程度に粉砕した再生樹脂も好適に用いられる。
【００６１】
この微粉砕機３１を用いた工程Ｆによれば、徐々にクリアランスｔが狭くなる複数の第１〜第４各回転子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの回転刃３８とケーシング３２の固定刃３７によるせん断作用等の外力を受け、古紙ペレットである二次ペレットは粉砕されて古紙繊維がさらに細かく解繊されるとともに樹脂ペレットも細かく粉砕され、古紙繊維と粉砕された樹脂粉がまんべんなく混合される。
【００６２】
つぎに、解繊された古紙繊維と樹脂粉との混合物を、図６〜図９で説明したペレット成形機２０によりペレット化して成形用ペレットを生成する成形用ペレットの生成工程Ｇを行なう。
【００６３】
この成形用ペレット生成工程Ｇは、基本的には上述した一次ペレット生成工程Ｃや二次ペレット成形工程Ｅと同様にして行なうことができ、ペレット成形機２０も同じ機械を兼用することができる。このようにして従来の押出し成形を行なうことなく成形用ペレットを生成することが可能となり、成形用材料を生成する際に、従来のような加熱溶融混練やノズルからの押出しを行わなくてよいため、解繊した古紙に対する加熱や摩擦等が大幅に緩和され、古紙に焼けが生じることによる物性劣化を防止できる。したがって、繊維の加熱分解による臭気や成形品の着色を防止できるようになる。
【００６４】
そして、上記工程Ｇで形成された成形用ペレットを射出成形機にかけることにより、所望の形状の成形品を得ることができる。このとき、成形前に、繊維に吸着した水分を除去するため、ホッパードライヤーもしくは箱型乾燥機等で８０〜１００℃程度で約３〜４時間乾燥させるのが好ましい。また、成形温度は、繊維の炭化を防止するため比較的低温に設定するのが好ましい。それ以外は、通常の樹脂材料の成形と同様にして成形することができる。
【００６５】
このようにして得られた成形品は、成形材料の流れが良くなってしわ等の成形不良の発生率が少なくなり、機械的強度も良好である。また、燃焼させたときの発生熱量が少なく、一般の可燃物と同様の焼却処理が可能である。しかも、古紙の焼け焦げやアルデヒド類の発生が効果的に抑制され、着色や臭気の問題もほとんど発生しない。
【００６６】
このように、上記成形用組成物の製造方法および装置によれば、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも従来に比べて広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【００６７】
なお、上記工程Ｆ，Ｇの代わりに、工程Ｅを経て生成された古紙ペレットである二次ペレットに、熱可塑性樹脂ペレットを混合し、押出装置によって加熱混練したのち造粒してペレット化することにより成形用組成物を生成するようにしてもよい。このときの加熱混練の温度は、１００〜１５０℃で行なうのが好ましい。１００℃未満では、混練に時間がかかり、１５０℃を超えると古紙が焼け焦げるおそれがあるからである。造粒は、古紙の保熱により繊維が焦げるおそれがあるため、水中押出しによって行なうのが好ましい。
【００６８】
この場合も、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、古紙繊維をさらに細かく解砕しているため、得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の成形用組成物の製造方法および装置によれば、古紙を一次ペレットにした状態で微粉砕機に投入することにより、一旦解砕された古紙繊維に対して微粉砕機の切刃が十分作用して、古紙繊維をさらに細かく解砕することが可能となる。したがって、従来に比べ簡素化された工程で低コストに古紙繊維を細かく解繊できる。そして、このようにして得られた成形用組成物で成形された成形品は、従来のものに比べて樹脂の流れがよくなり、薄肉品でも成形不良の発生率が少なくなり、成形品の強度も向上する。また、微粉砕機のクリアランスも広めに設定して稼動させることができ、異物による装置の損傷を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用組成物の製造方法の一実施の形態を示す工程説明図である。
【図２】本発明の成形用組成物の製造装置の一実施の形態に用いる解砕装置を示す説明図である。
【図３】粗粉砕機を示す説明図である。
【図４】中粉砕機の円板を示す図であり、（ａ）は固定円板、（ｂ）は回転円板である。
【図５】中粉砕機の構造を示す断面図である。
【図６】ペレット成形機を示す側面図である。
【図７】ペレット成形機の内部構造を示す説明図である。
【図８】第１ロールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】第２ロールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】微粉砕機を示す断面図である。
【図１１】上記微粉砕機の要部拡大側面図である。
【符号の説明】
Ａ 古紙を解砕する工程（粗粉砕）
Ｂ 古紙を解砕する工程（中粉砕）
Ｃ 一次ペレットの生成工程
Ｄ 一次ペレットの粉砕・解繊工程
Ｅ 二次ペレットの生成工程
Ｆ 樹脂材料の混合・粉砕工程
Ｇ 成形用ペレットの生成工程
Ｈ 成形品の成形工程
Ｐ 同心円
Ｑ 同心円
１ 粗粉砕機
２ 中粉砕機
３ 圧送ブロア
４ ホッパ
５ 圧送管
６ 添加剤投入口
７ 添加剤投入口
９ 回転刃
１０ 固定刃
１１ メッシュドラム
１３ 固定円板
１４ 回転円板
１５ 固定ピン
１６ 回転ピン
１７ メッシュドラム
１８ ケース
２０ ペレット成形機
２１ ホッパ
２２ 排出口
２３ 回転ドラム
２４ ペレット押出孔
２５ 第１ロール
２６ 第２ロール
２７ カッター
２８ 溝
２９ 凹部
３１ 微粉砕機
３２ ケーシング
３３ 回転軸
３４Ａ 第１回転子
３４Ｂ 第２回転子
３４Ｃ 第３回転子
３４Ｄ 第４回転子
３５ 軸受
３６ プーリ
３７ 固定刃
３８ 回転刃
３９ 投入口
４０ 排出口
Claims (6)
- 解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成する工程と、上記一次ペレットを微粉砕機で粉砕することにより古紙をさらに解砕したのちペレット化して二次ペレットを生成する工程と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する工程とを含むことを特徴とする成形用組成物の製造方法。
- 上記成形用材料を生成する工程が、二次ペレットを樹脂材料と混合して微粉砕機で粉砕することにより古紙と樹脂を混合したのちペレット化するものである請求項１記載の成形用組成物の製造方法。
- 解砕した古紙と熱可塑性樹脂を混合させた状態でペレット化して一次ペレットを生成するペレット成形機と、上記一次ペレットを粉砕することにより古紙をさらに解砕する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙をペレット化して二次ペレットを生成するペレット成形機と、上記二次ペレットを樹脂材料と混合して成形用材料を生成する成形材料生成手段とを備えたことを特徴とする成形用組成物の製造装置。
- 上記成形用材料生成手段が、二次ペレットを樹脂材料と混合して粉砕することにより古紙と樹脂を混合する微粉砕機と、上記微粉砕機で粉砕した古紙と樹脂の混合物をペレット化するペレット成形機とを有するものである請求項３記載の成形用組成物の製造装置。
- 上記一次ペレットを粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている請求項３記載の成形用組成物の製造装置。
- 上記二次ペレットと樹脂材料の混合物を粉砕する微粉砕機が、円筒状に形成されてその内周面に中心線に沿った方向に延びる固定刃が設けられたケーシングと、このケーシングの中心線上に同軸状に設けられた回転軸と、上記回転軸に取り付けられてそれぞれ上記中心線に沿った方向に延びる回転刃が設けられた複数の回転子とを備え、上記各回転子の回転刃と固定刃とのクリアランスが、材料の投入口側から排出口側に向かって順に狭くなるように設定されている請求項４または５記載の成形用組成物の製造装置。
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