JP3974809B2

JP3974809B2 - プラスチック再生装置及び再生プラスチックの生産方法

Info

Publication number: JP3974809B2
Application number: JP2002117595A
Authority: JP
Inventors: 智三千; 透起梶原
Original assignee: 透起梶原
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003313359A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙・木片及び熱硬化性樹脂等の不溶解性物質が含まれたプラスチック廃棄物を材料として再生プラスチックを生産するためのプラスチック再生装置及び再生プラスチックの生産方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
プラスチック廃棄物の再利用を行う際に、プラスチック廃棄物が熱可塑性樹脂だけであれば、加熱溶解して混練造粒することで、射出成形原料として再利用することが可能である。
しかし、現実のプラスチック廃棄物には、異物が混入しており、再生プラスチックとして利用するのが非常に困難である。異物としては、例えば、木片（割り箸等）、紙、アルミ蒸着シート、熱硬化性樹脂などの不溶解性物質があり、このような不溶解性物質が混入した状態で造粒を行うと、異物片が射出成型加工や押出成型加工の際にノズル詰まり、ゲート詰まり、又はダイス詰まりを発生させる。しかも、異物が混入したままであると、異物によってペレットや成形品が脆くなる。したがって、プラスチックの再利用が可能となる程の品質が得られない。
【０００３】
このような理由から、プラスチック廃棄物は、再資源化が行われておらず、焼却・埋め立て等で廃棄処分されているのが現状である。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、不溶解性物質が含まれるプラスチック廃棄物を材料とした再生プラスチックを得るための装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不溶解性物質が含まれたプラスチック廃棄物を材料として再生プラスチックを生産するために、前記材料を加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱溶融された前記材料に含まれる前記不溶解性物質を破砕して微細化するための破砕部と、前記材料を前記破砕部に移送するスクリュと、を備えているプラスチック再生装置であって、前記破砕部は、外筒からなる固定体と、この固定体の内周側に同軸状に配置され前記スクリュの回転力によって回転する回転体とを有し、前記回転体の外周面に、前記スクリュの回転によって移送される前記材料を押し込ませるべく上流側に開口しかつ下流側には開口していない第１溝と、前記スクリュの回転によって移送される前記材料が進入しないように上流側に開口していない第２溝とが周方向に交互に配置され、前記回転体の外周面における前記第１溝と前記第２溝との間の部分と、前記固定体の内周面との間に、前記第１溝内の前記材料を前記第２溝に移動させ得る微小隙間が設けられ、前記固定体の内周面にスパイラル状の溝が形成され、前記第１溝内に移送された前記材料の前記不溶解性物質を、前記固定体の前記溝と前記回転体の前記第１溝との間のせん断作用によって微細化し、この微細化された不溶解性物質を含む前記材料を、前記微小隙間を通して前記第２溝に移動させ、当該第２溝から下流側へ吐出するものである。
【０００５】
加熱部によって加熱溶融されたプラスチック廃棄物に含まれる不熔解性物質は破砕部によって微細化され溶融状態の材料に分散されるため、ある程度の不溶解性物質が含まれていても許容され、プラスチック廃棄物を再生プラスチックとして利用することが可能となる。
【０００６】
また、再生プラスチック生産方法に係る本発明は、不溶解性物質が含まれたプラスチック廃棄物を材料として、当該材料に含まれるプラスチック廃棄物を加熱溶融した状態で、溶融した材料中に含まれる前記不溶解性物質を、内周面にスパイラル状の溝が形成された外筒からなる固定体と、この固定体の内周側に同軸状に配置されて回転する回転体との間のせん断作用によって破砕して微細化することで再生プラスチックを得る方法であって、上流側に開口しかつ下流側には開口しないように前記回転体の外周面に形成した第１溝内に前記材料を当該上流側の開口から入れて存在させ、この材料の前記不溶解性物質を前記第１溝内において前記固定体の前記溝と前記回転体の前記第１溝との間のせん断作用によって微細化し、この微細化した不溶解性物質を含む前記材料を、上流側に開口しないように前記回転体の外周面に前記第１溝と周方向に交互に形成した第２溝に、前記固定体の内周面と前記回転体の外周面との間に形成した微小隙間を通じて移動させてから、前記第２溝より、さらに下流側へ吐出する。
【０００７】
加熱溶融されたプラスチック廃棄物に含まれる不熔解性物質を微細化することで、ある程度の不溶解性物質が含まれていても許容され、プラスチック廃棄物を再生プラスチックとして利用することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、第１実施形態に係るプラスチック再生装置を示している。このプラスチック再生装置１は、基本構成は、通常の混練押出機と略同様であり、シリンダ（バレル）２と、シリンダ２の外周に設置された加熱部（ヒータ）３と、シリンダ２内に配置された単軸のスクリュ４と、シリンダ２の上流端に配置された図示しない材料供給部（ホッパ）と、スクリュ４を駆動させる図示しない駆動装置とを有している。このプラスチック再生装置１では、上記構成に加え、さらにシリンダ２の下流端（図１の左側）に配置された破砕部５を備えている。
【０００９】
前記スクリュ４は、軸部７の外周面に螺旋状のフライト部８を備えて構成されており、軸部７の外周とシリンダ２の内周との間は、３〜４ｍｍに設定されている。
前記破砕部５は、スクリュ４の先端部４ａ付近に配置されている。この破砕部５は、スクリュ４に取り付けられて当該スクリュ４と一体的に回転する回転体である内筒１０と、シリンダ２の内周面に固定的に取り付けられ、かつ内筒１０の外周側に同軸状に配置された固定体である外筒１１とを備えている。
【００１０】
内筒１０は、その内周側がスクリュ先端部４ａ付近に外嵌状に取り付けられており、スクリュ４の回転に伴って一体的に回転する。内筒１０の外径はスクリュ軸部７の外径より大きく形成されており、具体的にはシリンダ２の内径と略同一である。なお、内筒１０内部に位置するスクリュ先端部４ａは先細り状に形成され、外周面には螺旋状の溝４ｂが形成されている。なお、先端部４ａは、その回転によって、破砕部５から吐出された材料を更に吐出方向へ押し出す機能を有している。
【００１１】
図２に示すように、内筒１０は、外周面に第１溝１３と第２溝１４とをそれぞれ複数備えている。第１溝１３及び第２溝１４は、それぞれ内筒１０軸方向に長く形成されており、第１溝１３と第２溝１４とは、それぞれ横断面形状が円弧凹状であり、内筒１０の周方向に交互に配置されている。なお、第１溝１３及び第２溝１４の総数は、吐出量を確保するため８〜１０本程度が好ましい。
【００１２】
第１溝１３は、内筒１０の軸方向両端部１０ａ，１０ｂのうちの一方の端部である上流側（図２において右側）の端部１０ａ位置まで形成されており、第１溝１３の当該端部１３ａは、溝長手方向外方向に向けて開口している。したがって、スクリュ４の回転によってシリンダ２内を圧送されてくる材料は、当該端部開口１３ａから第１溝１３に押し込まれる。なお、第１溝１３の他方の端部１３ｂは、内筒１０の他方の軸方向端部（図２において左側）に対して離れて形成されており、溝長手方向外方向に向けて開口していない。この第１溝１３の深さは、３〜４ｍｍ程度に設定されており、スクリュ軸部４の外周と第１溝１３の底部との位置が略一致するように形成されている。したがって、材料は比較的スムーズに第１溝１３に進入することができる。
【００１３】
第２溝１４は、溝長手方向両端部１４ａ，１４ｂのいずれもが、内筒１０の軸方向両端部１０ａ，１０ｂから離れて形成されており、溝長手方向外方向に向けて開口していない。したがって、シリンダ２内を圧送されてくる材料が直接第２溝１４に進入することはない。
第２溝１４の底部には、内筒１０の径内側にまで貫通する貫通孔１６が形成されている。この貫通孔１６は各第２溝１４に複数形成されている。複数の貫通孔１６は溝長手方向に並設されている。各貫通孔１６の径は４〜５ｍｍ程度である。
【００１４】
図３に示すように、外筒１１の内周面１１ａにはスパイラル状の溝１８が形成されている。この溝１８の溝横断面形状が矩形状であり、溝幅が４〜５ｍｍ程度、溝深さが１ｍｍ程度の浅溝である。
【００１５】
図４にも示すように、外筒１１の内側に内筒１０が挿入されて破砕部が構成されている。外筒１１の内周面１（の溝１８ではない部分）と、内筒１０の外周面（の第１・第２溝１３，１４ではない部分）との間には、微小隙間２０が確保されている。この微小隙間２０は、要求される不溶解性物質の微細化の程度に応じて設定すれば良く、例えば、０．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００１６】
なお、破砕部５の下流側には、スクリーン（ステンレス金網）２２、ブレーカプレート２３が設けられており、さらに吐出口２４を有するダイスプレート２５が設けられている。
【００１７】
以下、上記プラスチック再生装置１などを用いて再生プラスチックを生産する方法を説明する。プラスチック廃棄物としては、例えば、容器包装用プラスチック廃棄物を対象とすることができる。
【００１８】
まず、初期処理として、プラスチック廃棄物から金属の除去工程と付着塵芥の除去工程を行う。金属の除去は、磁力選別と金属センサーを用いて行う。また、付着塵芥の除去は、高圧空気撹拌とサイクロンを用いて行う。
初期処理を行っても、プラスチック廃棄物には、熱可塑性樹脂のほかに、木片（割り箸等）、紙、アルミ蒸着シート、熱硬化性樹脂などの不溶解性物質が含まれていることがあるが、これらの不溶解性物質とともにプラスチック廃棄物を材料としてプラスチック再生装置１の材料供給部に投入する。なお、材料には相溶化剤が添加される。相溶化剤としては、グリシジルメタクリレート又はＮ−メチロールアミドを含むものが好適である。
【００１９】
シリンダ２内のスクリュ４が回転することによって、材料供給部の材料がシリンダ内を移送される。移送されている材料のうち、熱可塑性樹脂は加熱部３によって加熱溶融され、混練が行われる。なお、溶融温度の異なる複数種の樹脂が含まれていてもよい。複数種の樹脂があっても加熱溶融して混練することができる。
【００２０】
溶融状態の材料は、スクリュ４の回転によって破砕部５に圧送され、第１溝１３の端部１３ａから当該第１溝１３に進入する。第１溝１３に入った材料は、内筒１０と外筒１１との間の微小隙間２０を通って、第２溝１４に移動し、第２溝１４の貫通孔１６から、内筒１０の内側へ吐出される。
【００２１】
このとき、内筒の溝１３，１４と、外筒の溝１８とがせん断凹凸部として機能し、両溝のせん断作用によって、不溶解性物質が破砕されて微細化するとともに、混練されて材料中に分散する。ここで、不溶解性物質は微小隙間２０の大きさ程度まで微細化されなければ、第１溝１３から微小隙間２０を通って第２溝１４に移動できず、破砕部５から吐出されることもない。したがって、不溶解性物質の微細化が確実に行える。なお、不溶解性物質の破砕は、内筒１０と外筒１１との間の広い面積で行われるため、微細化処理能力を高くできる。しかも、破砕部５では、破砕の対象が不溶解性物質だけであって、熱可塑性樹脂は溶融しているため破砕の必要がほとんどなく、少ない力で破砕を効率的に行うことができる。
【００２２】
破砕部５から吐出された材料は、さらに、スクリーン２２、ブレーカプレート２３を通り、ダイスプレート２５の吐出口２４から吐出され、図示しないカッターによって切断されて、再生プラスチックよりなる所定形状のペレットが形成される。なお、前記プラスチック再生装置によって射出成型機の一部を構成し、再生プラスチックによる射出成形を行っても良い。
【００２３】
本実施形態によると、破砕部５において不溶解性物質を微細化することで、不溶解性物質が多少含まれていても、再生プラスチックとして品質上許容される。この再生プラスチックを原料として、厚み１．５ｍｍの薄肉成形品（２０Ｌポリバケツ）を、従来の成型機で成型したところ、問題なく成型できることが確認された。この他、この再生プラスチックを原料とした成型品としては、例えば、使用済注射針や紙おむつ等の医療系廃棄物の収納ボックスが好適である。
しかも、不溶解性物質を微細化して相溶化剤との接着性を得ることで、不溶解性物質が補強剤化され、材料にある程度の不溶解性物質が混入していても許容される。また、破砕部５において微細化された不溶解性物質が材料中に混練されるため、相溶化剤の添加量を少なくでき、コスト低減も可能である。
【００２４】
図５及び図６は、第２実施形態に係るプラスチック再生装置３１を示している。なお、第２実施形態において第１実施形態と共通する部分には、同符号が附されている。
このプラスチック再生装置３１では、破砕部５の構成が、第１実施形態と異なる。この第２実施形態では、破砕部５を構成する回転体は、スクリュ４の先端部４ａに形成され、破砕部５を構成する固定体はブレーカプレート２３に形成されている。スクリュ４の先端部４ａは、円錐状に形成され、その先端中心から放射状に複数の溝３３が形成されている。
【００２５】
また、ブレーカプレート２３がスクリュ４の先端部４ａと対向する面２３ａは、図６に示すように、円形であって、スクリュ先端部４ａの形状と対応して、先すぼみ状となるよう断面が横Ｖ字状に形成されている。また、ブレーカプレート２３のスクリュ４との対向面２３にも、放射状に複数の溝３４が形成されている。また、各溝３４の間には、ブレーカプレートの吐出孔３５が形成されている。第２実施形態では、溝３３，３４がせん断凹凸部として機能し、回転体であるスクリュ先端部４ａが回転することでせん断凹凸部である溝３３，３４のせん断作用によって不溶解性物質が微細化される。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、加熱溶融されたプラスチック廃棄物に含まれる不熔解性物質は微細化され溶融状態の材料に分散されるため、ある程度の不溶解性物質が含まれていても許容され、プラスチック廃棄物から品質的に許容できる再生プラスチックを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るプラスチック再生装置の断面図である。
【図２】破砕部の内筒側面図である。
【図３】破砕部の外筒断面図である。
【図４】破砕部の横断面図である。
【図５】第２実施形態に係るプラスチック再生装置の断面図である。
【図６】破砕部の固定体であるブレーカプレートの平面図である。
【符号の説明】
１プラスチック再生装置
３加熱部
４スクリュ
５破砕部
１０内筒（回転体）
１１外筒（固定体）
１３第１溝（せん断凹凸部）
１４第２溝（せん断凹凸部）
１８溝（せん断凹凸部）

Claims

不溶解性物質が含まれたプラスチック廃棄物を材料として再生プラスチックを生産するために、前記材料を加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱溶融された前記材料に含まれる前記不溶解性物質を破砕して微細化するための破砕部と、前記材料を前記破砕部に移送するスクリュと、を備えているプラスチック再生装置であって、
前記破砕部は、外筒からなる固定体と、この固定体の内周側に同軸状に配置され前記スクリュの回転力によって回転する回転体とを有し、
前記回転体の外周面に、前記スクリュの回転によって移送される前記材料を押し込ませるべく上流側に開口しかつ下流側には開口していない第１溝と、前記スクリュの回転によって移送される前記材料が進入しないように上流側に開口していない第２溝とが周方向に交互に配置され、
前記回転体の外周面における前記第１溝と前記第２溝との間の部分と、前記固定体の内周面との間に、前記第１溝内の前記材料を前記第２溝に移動させ得る微小隙間が設けられ、
前記固定体の内周面にスパイラル状の溝が形成され、
前記第１溝内に移送された前記材料の前記不溶解性物質を、前記固定体の前記溝と前記回転体の前記第１溝との間のせん断作用によって微細化し、この微細化された不溶解性物質を含む前記材料を、前記微小隙間を通して前記第２溝に移動させ、当該第２溝から下流側へ吐出することを特徴とするプラスチック再生装置。
不溶解性物質が含まれたプラスチック廃棄物を材料として、当該材料に含まれるプラスチック廃棄物を加熱溶融した状態で、溶融した材料中に含まれる前記不溶解性物質を、内周面にスパイラル状の溝が形成された外筒からなる固定体と、この固定体の内周側に同軸状に配置されて回転する回転体との間のせん断作用によって破砕して微細化することで再生プラスチックを得る方法であって、
上流側に開口しかつ下流側には開口しないように前記回転体の外周面に形成した第１溝内に前記材料を当該上流側の開口から入れて存在させ、この材料の前記不溶解性物質を前記第１溝内において前記固定体の前記溝と前記回転体の前記第１溝との間のせん断作用によって微細化し、この微細化した不溶解性物質を含む前記材料を、上流側に開口しないように前記回転体の外周面に前記第１溝と周方向に交互に形成した第２溝に、前記固定体の内周面と前記回転体の外周面との間に形成した微小隙間を通じて移動させてから、前記第２溝より、さらに下流側へ吐出することを特徴とする再生プラスチック生産方法。