JP4067106B2 - 廃複合樹脂ペレット製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物である合成樹脂材（以下、廃樹脂材という。）及び産業廃棄物である、例えば石炭灰やフライアッシュ等の無機フィラー（以下、廃無機フィラーという。）を主原料とし、コンクリート代用品としての成形物を製造する際の原料として使用する廃複合樹脂ペレット製造装置及びその製造方法に関する。

廃棄物として排出される廃樹脂材及び廃無機フィラーは、通常は埋立処分や焼却処分されているが、これらを資源として再利用するため、例えば特許文献１に示す成形物の製造方法が提案されている。この成形物製造方法は、廃樹脂材約７０〜９０wt%に対して廃無機フィラーを約１０〜３０wt%の割合で混合して溶融し、所定形状の成形物を製造することを特徴としている。

しかし、上記した製造方法は、廃無機フィラーの含有量が約１０〜３０wt%であるため、廃無機フィラーの再資源利用効率が悪く、また成形物中における廃無機フィラーの分散状態が不均一になり、耐薬品性、耐強度性、耐候性等が悪く、高品質の成形物の成形原料としては不適当であった。

本出願人は、上記した従来の欠点を解決するため、特願２００３−３００６９２号において廃無機フィラーを３０〜６０wt%の割合で含有可能で、廃無機フィラーをほぼ均一に分散させ、成形物を高品質化することができる成形物の成形原料である複合樹脂組成物及びその製造方法を提案したが、この複合樹脂組成物の原料になる廃樹脂材には水等が付着している場合が多く、水等が付着した廃樹脂材に廃無機フィラーを混ぜて溶融混練してペレット状の複合樹脂組成物を製造すると、複合樹脂組成物には水蒸気や溶融時に発生するガスによる無数の空隙が形成されることになる。

このような複合樹脂組成物を原料として成形物を成形すると、成形物には上記空隙の空気により空隙ができ易くなり、成形物の強度等を悪くする問題を有している。また、複合樹脂組成物の輸送時に付着した水が内部に浸透して結合水になり易く、結合水を有した複合樹脂組成物を成形物の原料として成形すると、成形物には蒸気による空隙ができたり、表面に蒸気が抜ける際の跡が形成されて成形物の品質を低下させる原因になっていた。

特に、廃樹脂材に付着した水に起因する複合樹脂組成物の品質低下に関しては、加熱混練処理に先だって廃樹脂材を乾燥処理して水を除去する必要があるが、この処理に多くの手間や時間がかかって複合樹脂組成物を低コストで、効率的に製造できなかった。
特開平１１−７０５２４号公報

解決しようとする問題点は、廃樹脂材と廃無機フィラーの混合材料を溶融した際に付着した水による水蒸気や溶融時に発生するガスにより無数の空隙ができ、廃複合樹脂ペレット自体の品質を低下させると共にこの廃複合樹脂ペレットを原料として成形される成形物の品質を悪くする点にある。

本発明の請求項１は、少なくとも廃合成樹脂材及び該廃合成樹脂材より熱伝導率が高い廃無機フィラーを所定の割合で混合した廃複合樹脂原料を加熱及び混練して溶融する加熱混練手段と、溶融した廃複合樹脂原料を所望の連続形状に押出す押出し手段と、加熱混練手段及び押出し手段の間に設けられ、加熱混練手段から供給された溶融状態の廃複合樹脂原料を加圧する加圧部材と該加圧部材を往復揺動する作動部材と内部を負圧形成する負圧形成手段からなり、溶融状態の廃複合樹脂原料内の気体を脱泡して排出する脱気手段と、押出し手段から押出された廃複合樹脂原料を冷却硬化する冷却手段と、冷却硬化した廃複合樹脂原料を所望の長さに切断して廃複合樹脂ペレットに形成する切断手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項５は、少なくとも廃合成樹脂材及び該廃合成樹脂材より熱伝導率が高い廃無機フィラーを、廃合成樹脂材約４０〜７０ｗｔ％、廃無機フィラー約３０〜６０ｗｔ％の割合で混合した廃複合樹脂原料を加熱及び混練して溶融状態にする加熱混練工程と、加熱混練手段から供給された溶融状態の廃複合樹脂原料を負圧状態下で加圧部材により加圧しながら溶融状態の廃複合樹脂原料を冷却及び加熱して内部の気体を流動させて内部の気体を脱泡して排気部材により排気する脱泡工程と、脱気された溶融状態の廃複合樹脂原料を所定の連続形状に押出す押出し工程と、押出された廃複合樹脂原料を冷却硬化する冷却工程と、硬化した廃複合樹脂原料を所定の長さに切断して廃複合樹脂ペレットに形成する切断工程とからなることを特徴とする。

本発明は、成形物の成形原料になる廃複合樹脂ペレットを製造する際に、廃樹脂材と廃無機フィラーの混合材料を溶融した際に付着した水が蒸気化したり、溶融時に発生するガスにより無数の空隙が発生するのを防止し、廃複合樹脂ペレットを高品質化することができると共にこれを原料として成形される成形物の高品質化に寄与することができる。

本発明の最良の形態は、溶融した廃複合樹脂原料をペレット化する際に、脱気手段により溶融状態の廃複合樹脂原料を加圧部材により加圧して内部の気体を脱気すると共に負圧形成手段により脱気された気体を排出することを最良の形態とする。

以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１〜図７において、廃複合樹脂ペレット製造装置１は溶融混練手段３と脱気手段５と押出し手段７と冷却手段９と切断手段１１とから構成される。

溶融混練手段３は加熱チューブ１３内に、電動モータ１５に連結された混練スクリュー１７が回転可能に支持し、加熱チューブ１３に取り付けられたヒータ２１により投入された廃複合樹脂原料１９を加熱して溶融しながら回転する混練スクリュー１７により攪拌混練して溶融した廃複合樹脂原料１９を脱気手段５へ移送させる。

溶融混練手段３により加熱混練される廃複合樹脂原料１９は、主に廃棄物として排出される廃樹脂材を約４０〜７０wt％、廃樹脂材より熱伝導率が高い廃無機フィラーを約３０〜６０wt%の割合で混合したものを主原料とする。廃樹脂材としてはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、脱塩ポリ塩化ビニール、ポリウレタン、メタクリル樹脂等の熱可塑性樹脂で、例えば１０mm以下、好ましくは５mm以下の大きさに破砕したものが適している。

廃樹脂材としては、単一種類の合成樹脂でなくても、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタン等のように溶融温度が近い合成樹脂の組合せ、または例えばポリプロピレンやポリエチレンと脱塩ポリ塩化ビニールやメタクリル樹脂等のように溶融温度が異なる合成樹脂の組合せであってもよい。また、廃複合樹脂原料１９としては、上記廃樹脂材に対し、バージン樹脂を適宜の割合で混合してもよい。

廃無機フィラーとしては、主として産業廃棄物として排出される石炭灰、フライアッシュ、高炉スラグ、炭化物、珪藻土、貝殻粉、炭酸カルシウム、アルミナや一部フィラー換算された使用済みの熱硬化性樹脂等で、廃樹脂材より熱伝導率が高いものであればよい。この廃無機フィラーは、例えば１００マイクロm以下、好ましくは４５マイクロm以下に微粉砕されたものが適している。また、廃無機フィラーとしては、単一種類または複数種類の組合せであってもよい。

廃複合樹脂原料１９としては、上記廃樹脂材及び廃無機フィラーの他に、例えば難燃剤、強化剤、滑剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤、帯電防止剤、抗菌剤等、成形物の用途に応じた各種の助剤及び、例えば廃熱硬化性樹脂材を微粉砕した増量材を添加してもよい。そしてこれら廃樹脂材及び廃無機フィラーと必要に応じて添加される助剤及び増量材からなる廃複合樹脂原料１９を、先ず、常温にて混合攪拌して廃樹脂材の表面に廃無機フィラーをほぼ均一に付着させる。

上記した廃複合樹脂原料１９は、投入された加熱チューブ１３内にてヒータ２１により廃樹脂材が溶融する温度に加熱しながら回転する混練スクリュー１７により攪拌混練して溶融状態に生成された後に脱気手段５へ供給される。この加熱混練時においては、廃樹脂材は外部からの熱、無機フィラーを介して付与される熱や自己せん断熱により溶融される。

脱気手段５は上記溶融混練手段３の排出側と後述する押出し手段７の供給側の間に設けられ、その脱気容器２３はほぼ気密状に形成され、上部には内部と連通する排気ダクト２５が取付けられている。該排気ダクト２５は、例えばブロア装置又は真空ポンプ等の負圧発生装置２７に接続され、脱気容器２３内の空気を排気して内部を所望の負圧状態に形成する。

脱気容器２３内には加圧板２９の一方端部が揺動可能に支持される。該加圧板２９は脱気容器２３の排出開口部２３ａとほぼ一致する大きさで、脱気容器２３の外部に取付けられたエアーシリンダや油圧シリンダ等の作動部材３１に連結され、作動部材３１の作動に伴ってその自由端部を加熱チューブ１３の排出口端部より若干上方で脱気容器２３内に対する溶融した廃複合樹脂原料１９の投入を可能にする待機位置と排出口部２３ａ側に位置する加圧位置の間で往復揺動される。該加圧板２９は投入された溶融した廃複合樹脂原料１９を加圧して内部に発生した水蒸気やガスを押出して脱泡させながら後述する押出し手段７に供給させる。尚、溶融した廃複合樹脂原料１９から脱泡したガスは、負圧発生装置２７の駆動に伴って脱気容器２３外へ排気される。

脱気容器２３には冷却部材３３及び加熱部材３４が取付けられ、脱気容器２３内に投入された溶融した廃複合樹脂原料１９の冷却及び加熱を繰り返して収縮及び膨張させることにより廃複合樹脂原料１９内部のガスや水蒸気を流動可能な状態にさせることにより上記負圧条件下で脱泡し易くする。

押出し手段７は、上記した溶融混練手段３と同様に押出しチューブ３５内に、電動モータ３７に連結された押出しスクリュー３９及び脱気手段５の接続箇所に応じた押出しチューブ３５側において電動モータ３７にギャ（図示せず）等を介して連結されて押出しスクリュー３９と反対方向又は同一方向に回転する補助スクリュー４０を押出しスクリュー３９と近接した平行状態で回転可能に設けた２軸構造からなり、これら押出しスクリュー３９の基端部側及び補助スクリュー４０との協働により脱気手段５から供給される溶融した廃複合樹脂原料１９を押出しチューブ３５内へ巻込んで供給可能にしている。尚、押出し手段７は１本の押出しスクリュー３９のみを設けた構造としてもよいことは勿論である。

押出しチューブ３５の排出端部には所望のペレット形状に応じた内径からなる複数の押出し孔が形成されたダイスヘッド４１が取付けられ、該ダイスヘッド４１を介して溶融した廃複合樹脂原料１９を連続する複数本に押出してストランド状に成形する。尚、押出しチューブ３５には必要に応じて加熱部材４３が取付けられ、溶融した廃複合樹脂原料１９が押出し不可能な状態に硬化するのを防止するように加熱する。

冷却手段９は押出し手段７の排出側に配置され、押出された廃複合樹脂原料１９を冷却水により硬化させた後に、所望の長さに切断してペレット状に切断するコールドカット方式からなり、冷却水を溜める冷却トラフ４５と、冷却トラフ４５の搬入側に設けられ、押出し手段７から押出された廃複合樹脂原料１９を冷却水中へ導入させる搬入装置４７と、冷却されて硬化した廃複合樹脂原料１９を、後述する切断手段１１へ搬送する搬出装置４９とから構成される。

冷却手段９の排出側には切断手段１１が配置される。該切断手段１１は冷却手段９から連続する複数本の廃複合樹脂原料１９を、一度に所定の長さ（例えば５mm、８mm）に切断して廃複合樹脂ペレット５１に形成する。該切断手段１１としては、廃複合樹脂原料１９の連続方向と直交する方向に軸線を有したアンビルロール５３及び該アンビルロール５３と平行に配置され、切断長さに応じた角度をおいて周面に軸線方向へ延出する複数個の切断刃５５ａが取付けられ、電動モータ５７により回転駆動される切断ロール５５とから構成されるロータリー形式、或いは切断刃を往復移動して切断するシャー形式（図はロータリー形式の切断手段を示す。）のいずれであってもよい。

次に、廃複合樹脂ペレット製造装置１による廃複合樹脂ペレット５１の製造作用及び方法を説明する。

廃樹脂材及び廃無機フィラーを上記した割合で混合して攪拌された廃複合樹脂原料１９を溶融混練手段３の加熱チューブ１３内に投入し、ヒータ２１により廃複合樹脂原料１９中の廃樹脂材が溶融する温度まで加熱しながら回転する混練スクリュー１７により攪拌混練して溶融した廃複合樹脂原料１９に生成する。

そして回転する混練スクリュー１７により所定量の廃複合樹脂原料１９を、負圧発生装置２７により負圧状態になっている脱気手段５の脱気容器２３内に押出して溜める（図８参照）。脱気容器２３内に溜められた溶融状態の廃複合樹脂原料１９の内部に溜まった水蒸気やガスは上記した負圧による圧力差により外部に飛び出して脱泡されるが、その際に廃複合樹脂原料１９を、冷却部材３３及び加熱部材３４による加熱及び冷却を繰り返して収縮及び膨張させることにより内部に溜まったガスや水蒸気を流動させることにより負圧による脱泡作用を補助する。

また、上記した廃複合樹脂原料１９の冷却及び加熱に伴って作動部材３１を作動して加圧板２９を加圧位置側へ揺動して脱気容器２３内の溶融した廃複合樹脂原料１９を押出し手段７の供給側へ加圧すると、廃複合樹脂原料１９の内部からガスや水蒸気を積極的に押出して脱泡させながら押出し手段７の供給側へ導入させる。尚、脱泡されたガスや水蒸気は負圧発生装置２７により脱気容器２３外へ排気される。（図９参照）

加圧板２９の揺動により加圧された廃複合樹脂原料１９が押出し手段７の供給側へ供給された後においては、作動部材３１を復動して加圧板２９を、図５に示す溶融混練手段３からの押出し位置と交差しない待機位置まで戻し、次に押出される溶融状態の廃複合樹脂原料１９を脱気容器２３内へ導入可能にさせる。

そして押出し手段７は回転する押出しスクリュー３９及び補助スクリュー４０により溶融状態の廃複合樹脂原料１９を押出しチューブ３５内に積極的に巻込んで導入させた後に加熱部材４３により廃複合樹脂原料１９が押出し可能な溶融或は軟化状態を保つように加熱しながら押出しスクリュー３９の回転に伴ってダイスヘッド４１側へ移送し、廃複合樹脂原料１９を連続する複数本のストランド状に押出す。（図１０参照）

ストランド状に押出された廃複合樹脂原料１９は冷却トラフ４５内の冷却水を通過することにより冷却されて硬化した後に、回転する切断ロール５５の切断刃５５ａにより所望の長さに定寸切断されることにより廃複合樹脂成形物の成形原料になる廃複合樹脂ペレット５１に製造される（図１１参照）。尚、硬化した廃複合樹脂原料１９及び廃複合樹脂ペレット５１に付着した冷却水は、その潜熱により気化し、硬化した廃複合樹脂原料１９や廃複合樹脂ペレット５１を乾燥状態にさせる。

本実施例は、廃樹脂材や廃無機フィラーに含まれた水分による水蒸気や廃樹脂材を溶融する際に発生するガスを脱気し、成形物の高品質化を可能にする成形原料である廃複合樹脂ペレット５１を効率的に製造することができる。

１．上記説明は、押出し手段７のダイスヘッド４１から押出される廃複合樹脂原料１９を冷却水により冷却した後に所望の長さに定寸切断して廃複合樹脂ペレット５１を製造するものとしたが、ダイスヘッド４１から押出される廃複合樹脂原料１９を、直接、所望の長さに切断するホットカット形式であってもよい。

この場合にあっては、ホットカットされた廃複合樹脂ペレット５１自体、まだ軟化状態であるため、集積時に互いに付着し合ってブロック化するおそれがあるが、ホットカットされた廃複合樹脂ペレット５１が落下する際に、例えば冷風を強制的に吹付けたり、冷却部材により冷却されるシューターを落下させて集積させることにより廃複合樹脂ペレット５１を、相互に付着し合わない程度に硬化させればよい。

２．上記説明は、押出し手段７を押出しチューブ３５及び押出しスクリュー３７により構成したが、押出しチューブ３５内に投入された溶融状態の廃複合樹脂原料１９を油圧シリンダ等に連結されたピストンにより押出す構成であってもよい。

廃複合樹脂ペレット製造装置の一部を示す斜視図である。 廃複合樹脂ペレット製造装置の残部を示す斜視図である。 製造方法を示す工程図である。 加熱混練手段を拡大して示す断面説明図である。 脱気手段を拡大して示す断面説明図ある。 押出し手段における２軸構造を示す平面説明図である。 押出し手段の押出し側乃至切断手段を拡大して示す部分断面説明図である。 脱気手段に廃複合樹脂原料を溜めた状態を示す説明図である。 脱気状態を示す説明図である。 廃複合樹脂原料の押出し状態を示す説明図である。 廃複合樹脂ペレットの形成状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 廃複合樹脂ペレット製造装置
３ 溶融混練手段
５ 脱気手段
７ 押出し手段
９ 冷却手段
１１ 切断手段
２３ 脱気手段を構成する脱気容器
２７ 脱気手段を構成する負圧発生装置
２９ 脱気手段を構成する加圧部材としての加圧板
３１ 脱気手段を構成する作動部材

Claims (6)

1. 少なくとも廃合成樹脂材及び該廃合成樹脂材より熱伝導率が高い廃無機フィラーを所定の割合で混合した廃複合樹脂原料を加熱及び混練して溶融する加熱混練手段と、
   溶融した廃複合樹脂原料を所望の連続形状に押出す押出し手段と、
   加熱混練手段及び押出し手段の間に設けられ、加熱混練手段から供給された溶融状態の廃複合樹脂原料を加圧する加圧部材と該加圧部材を往復揺動する作動部材と内部を負圧形成する負圧形成手段からなり、溶融状態の廃複合樹脂原料内の気体を脱泡して排出する脱気手段と、
   押出し手段から押出された廃複合樹脂原料を冷却硬化する冷却手段と、
   冷却硬化した廃複合樹脂原料を所望の長さに切断して廃複合樹脂ペレットに形成する切断手段と、
   を備えた廃複合樹脂ペレット製造装置。
2. 請求項１の脱気手段は、加熱混練手段から供給された溶融状態の廃複合樹脂原料を負圧状態で冷却及び加熱して内部のガスを流動可能にする冷却部材及び加熱部材を設けた廃複合樹脂ペレット製造装置。
3. 請求項１の押出し手段は、所定の軸線長さからなる押出しチューブ部材と、該押出しチューブ部材内にて回転駆動される押出しスクリュー部材と、少なくとも押出しスクリュー部材の脱気手段側において該押出しスクリュー部材と平行な軸線を有して押出しスクリュー部材と同一又は反対の方向へ回転可能に設けられる補助スクリューとからなり、押出しスクリュー及び補助スクリューの協働により脱気された溶融状態の廃複合樹脂原料を押出しチューブ部材内に導入可能にした廃複合樹脂ペレット製造装置。
4. 請求項１の廃複合樹脂原料は、廃合成樹脂材約４０〜７０ｗｔ％、廃無機フィラー約３０〜６０ｗｔ％からなる廃複合樹脂ペレット製造装置。
5. 少なくとも廃合成樹脂材及び該廃合成樹脂材より熱伝導率が高い廃無機フィラーを、廃合成樹脂材約４０〜７０ｗｔ％、廃無機フィラー約３０〜６０ｗｔ％の割合で混合した廃複合樹脂原料を加熱及び混練して溶融状態にする加熱混練工程と、
   加熱混練手段から供給された溶融状態の廃複合樹脂原料を負圧状態下で加圧部材により加圧しながら溶融状態の廃複合樹脂原料を冷却及び加熱して内部の気体を流動させて内部の気体を脱泡して排気部材により排気する脱泡工程と、
   脱気された溶融状態の廃複合樹脂原料を所定の連続形状に押出す押出し工程と、
   押出された廃複合樹脂原料を冷却硬化する冷却工程と、
   硬化した廃複合樹脂原料を所定の長さに切断して廃複合樹脂ペレットに形成する切断工程と、
   からなる廃複合樹脂ペレット製造方法。
6. 請求項５の押出し工程において、所定の軸線長さからなる押出しチューブ部材内にて回転駆動する押出しスクリュー部材により溶融状態の廃複合樹脂原料を押出す際に、少なくとも押出しスクリュー部材の脱気手段側において平行な軸線を有した補助スクリューを、押出しスクリュー部材と同一又は反対の方向へ回転し、押出しスクリュー及び補助スクリューの協働により脱気された溶融状態の廃複合樹脂原料を押出しチューブ部材内に導入可能にした廃複合樹脂ペレット製造方法。

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