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 - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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