JP5563736B2

JP5563736B2 - 多段歯車式加工装置

Info

Publication number: JP5563736B2
Application number: JP2007531008A
Authority: JP
Inventors: 幸助内山
Original assignee: 周延儒
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: KR20080039955A; JPWO2007020940A1; KR101352346B1; WO2007020940A1

Description

本発明は、物質を例えば炭酸ガスと共に圧縮して臨界状態の流体として、すなわち炭酸ガス超臨界または亜臨界下で、混練、分解、抽出または化学合成等の加工をするための装置に関する。

超臨界炭酸ガスを利用した物質混合、物質抽出、物質分解、化学合成は既に数多く提案され、特に抽出の分野では実用化がなされている。

例えば、特許文献１には、液状食品や液状薬品を超臨界流体または亜臨界流体を使用して酵素失活、殺菌、脱臭、抽出処理等をする連続処理方法において、炭酸ガスを作動媒体とする圧縮機の吸入工程または圧縮工程に液状原料を注入して炭酸ガスとともに圧縮させ、二酸化炭素と液状原料とを直接接触させ臨界状態の高圧気液混合流体を形成させる圧縮工程と、臨界状態にある高圧の気液混合流体より高圧炭酸ガスと液状物質を溶かしこんだ高圧炭酸ガスとに分離する液−ガス分離工程と、分離された液状物質を溶かしこんだ高圧炭酸ガスを急速に減圧して臨界解除による低温炭酸ガスの排出と酵素失活処理や低温殺菌処理やフレーバ抽出処理を行なう減圧工程を使用することが提案されている。

この提案では、原料液体をポンプにより圧縮機に供給し、さらに分離機で超臨界条件を達成するため、多数の装置が必要であり、設備投資が過大となり、経済的に好ましくない。また、作用条件が低温に限定され、適用範囲が狭くなる欠点もある。

また、特許文献２では、回収ポリエステル製品をフレーク状に破枠し、洗浄し、前工程用スクリュー混練押出機において、水分を脱揮乾燥し、改質剤および触媒を添加して改質反応させ、さらに後工程用スクリュー式押出機により超臨界流体を添加しつつ発泡押出しするという回収ポリエステル製品の再資源化方法および装置が提案されている。

この提案ではスクリュー押出機が使用されているが、前工程で改質反応がなされ、後工程で超臨界炭酸ガスが注入されることにより発泡製品が製造されるとするもので、超臨界炭酸ガス中のおける反応は存在しない。また、スクリュー式であるためガス漏れが発生し、低粘度物質にガスを封じ込めた状態で加工することはできない。

特許文献３には、歯車ポンプを少なくとも２基連結し、歯車ポンプ内で未溶融塩化ビニル粉を溶融、混合する押出機が提案されている。

この提案では２基以上の歯車ポンプを連結することが混練効果上好ましいとされているが、歯車ポンプ間の回転数が異なる場合の制御方法が記載されていない。同じ容量の歯車ポンプが同速度で連結されている場合には連結された歯車ポンプ間に異常圧力が発生することはなく、運転が可能である。しかし、容量の異なる歯車ポンプが連結され、例えば大容量歯車ポンプの次に小容量歯車ポンプが連結されている場合、歯車ポンプ間に異常高圧力が発生し、大容量歯車ポンプに過大なロードが掛かり、シェアピンが飛び、実際には運転できない。
特開２００２−２０４９４２号公報特開２０００−２６４９９８号公報特開平１１−３４０４５号公報

本発明は、超臨界または亜臨界下ガスを利用して、物質の分解、混合または抽出等の加工を操作性よく実施できる装置を提供することを課題とする。

本発明では、気体が混在する物質を気体圧縮の圧力を制御し、または移送物質の一部を逆流制御する方法を備えた多段歯車部を設置することにより、前記課題を解決した。

即ち、本発明の装置は、気体が混在する物質を、連続して混練加工するための加工装置であって、歯車寸法の異なる（すなわち、移送部容量の異なる）歯車式移送部を２段以上設け、連続する２段の歯車式移送部間の移送容量差により気体圧縮の圧力差を制御し、または移送物質の一部を逆流させ、実質移送容量を一定にすることを特徴とする。

以下、一定時間内に歯車式移送部を気体が混在する物質が通過する際の温度および圧力における物質および気体の体積の和を「移送容量」と述べ、歯車式移送部の移送容量能力を「移送部容量」と述べる。前述の移送容量を同一温度および１気圧換算圧力における物質および気体の体積の和を「実質移送容量」と述べる。

なお、連続する２段の歯車式移送部には、その間で対をなす歯車が複数個、好ましくは２〜４個設けられているものであり、各歯車式移送部により移送される移送容量は、歯車式移送部の回転数、寸法（モジュール、ピッチ円径、歯車厚さ等）により異なる。移送部容量は近似的に歯車の回転数、モジュール、ピッチ円径および歯車厚さの相乗積に比例するが、実際には実質移送容量が一定になるように、気体を圧縮調節する方法によるか、一部を出口側から入口側に逆流させ調節する方法などを適用するのがよい。かかる歯車式移送部は、例えば、押出スクリューに続いて設けられるのが好ましく、歯車移送部の第一番目の歯車移送部容量が第二番目の歯車移送部容量より小であることにより、その間の圧力を負圧にすることが可能になる。第二番目の歯車より後方に第二番目の歯車より移送部容量が小である歯車を設けることにより昇圧することが可能になるり、所望の効果が得られるのである。

かかる本発明の装置では、低粘度の原料物質をも連続的に加工できるものであり、前記歯車式移送部により、超臨界または亜臨界ガスの高圧条件を発生させることができる。

本発明の装置は、押出機または射出成型機であると同時に、超臨界または亜臨界炭酸ガス下、物質の分解、混合または抽出などを連続し、広範囲の作用条件で実施することができる汎用化学装置であり、工程が多岐に渡らないため設備が廉価で経済的に優れている。また、歯車式移送部を垂直に積み重ねることも可能であり、コンパクトな装置で設置面積が小さくて済む。

降圧部のギァポンプ構造の説明図である。昇圧部のギァポンプ構造の説明図である。混練部のギァポンプ構造の説明図である。オリフィス部の構造を示す説明図である。圧力制御部の構造を示す説明図である。多段歯車式押出機の構造を示すものであり、（Ｉ）はその前部を、（II）はその後部を示す。多段歯車式発泡射出成形・押出機の構造を示すものである。多段歯車式押出機を横に配列した構造を示すもので、（１）は平面断面図、（２）は縦断面図である。多段歯車式押出機を円弧状に配列した構造の平面断面図を示すものである。

符号の説明

１シリンダー
２シャフト
３シャフト
４シャフト
５スクリュー
６歯車
７伝導中継歯車
８ホッパー
９オリフィス
１０ベント孔
１１ダイス
１２ノズル
１３流動通路
１４戻り通路
１５矢印
１６サーボ・モーター
１７サーボ・アンプ
１８圧力電気信号
１９樹脂圧計
２０圧力計
２１減圧弁
２２逆止弁
２３熔融区間
２４加圧区間
２５超臨界区間
２６オリフィス区間
２７無フライト区間
２８圧力調整区間
２９気体注入区間
３０昇圧区間
３１超臨界区間
３２降圧区間

図面に示す一例に従って本発明を説明する。
本発明の装置は、図１および図２および図３に示すような歯車を組み合わせた多段歯車式移送部を使用し、その間を移送する気体が混在する物質を、臨界状態の流体として加工するものである。例えば、図６の２軸横型歯車式押出機は、原料供給部の２軸押出スクリューに続いて、多段歯車式移送部を備えたものであり、電熱ヒーターにより過熱されるシリンダー１の内部に、A軸スクリューおよびB軸スクリューを設け、ホッパー８から供給される樹脂原料を移送しながら溶融させ、熔融区間２３の区間で溶融した樹脂を、図１に示されるような次段の歯車に流入する。歯車Ｔ１とそれに続く歯車Ｔ２は、厚さがＴ１＜Ｔ２という関係にあり、図１の歯車では降圧部Ｘが構成され、ガスが減圧弁２１で設定された供給圧で圧縮され歯車厚さの寸法差（Ｔ２−Ｔ１）に相当する体積移送量の一定量のガスが注入される。歯車Ｔ２以降の流動体はガスと樹脂が混在したものとなる。したがって、ガスの注入量は減圧弁２１により設定される供給圧が高いほど大きい。このガスは真空ポンプにより吸引されるベント孔１０で脱気される。なお、この例では、スクリューが２軸となっているが、１軸であってもよい。

図１は降圧部Ｘのギァポンプ構造を示すものであり、図１の（１）は平面図を示す。図１の（２）はＯｕｔ側軸方向から見た断面図、図１の（３）および（４）はそれぞれ側面図を示す。図示されるように、シリンダー１の内部にＡ軸シャフト２及びＢ軸シャフト３が貫通しており、それぞれの軸に互いに噛み合って、厚さの異なる歯車Ｔ１及びＴ２が固定され、２組のギアポンプを構成している。Ａ軸及びＢ軸のシャフト２、３は、矢印１５に示されるような回転方向に駆動され、流動通路１３に充満した樹脂は歯車により図示されるＩｎ側からＯｕｔ側に運搬される。歯車Ｔ１及びＴ２の厚さがＴ１＜Ｔ２という条件下では、歯車Ｔ１の移送容量より歯車Ｔ２の移送容量を多くしようとする傾向に作用する。

次に、物質が熱可塑性樹脂の熔融物であって気体が炭酸ガスである場合を例に説明する。図１において、樹脂と気体が混在する流体がＩｎから流入する場合、歯車Ｔ１の移送容量は樹脂体積と気体が圧力Ｐ１により圧縮された体積との和に相当する。歯車Ｔ２の移送容量は歯車Ｔ１を通過した樹脂体積と気体が圧力Ｐ２により圧縮された体積との和に相当する。歯車厚さがＴ１＜Ｔ２である条件下で、移送容量は歯車Ｔ１より歯車Ｔ２による方が大きく、圧力はＰ１＞Ｐ２となる。図１の（３）の構造は主として気体注入の目的で多段歯車群の初段に用いる。気体を含有しない樹脂だけの流体がＩｎから流入する場合、Ｐ１に無関係にＧａｓ注入口から供給される炭酸ガス圧Ｐ２に圧縮されたガス体積が歯車厚さ寸法の差分（Ｔ２−Ｔ１）相当の体積量になる。この場合、Ｉｎから流入する流体は樹脂だけである必要はなく、樹脂と気体の混合物であっても歯車Ｔ１、歯車Ｔ２、Ｐ１およびＰ２のバランスした条件下で炭酸ガスを注入させることが出来る。図１の（４）の構造は主として気体が混在する流動体を超臨界領域から亜臨界領域に降圧する目的で多段歯車群の最後部に用いる。

図２は昇圧部Ｙのギァポンプ構造を示すもので、図２の（１）は平面図、図２の（２）はＯｕｔ側軸方向から見た断面図を、図２（３）は側面図を示す。Ｉｎから流入する流体は、例えば樹脂と気体が混在した充分に圧縮可能な流体である。それぞれの歯車厚さが、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３の条件下においても実質移送容量は各歯車において同じであるから、流動通路１３における内部圧力はＰ１＜Ｐ２と昇圧し、それぞれＰ１、Ｐ２の圧力により流動体は圧縮されるので移送容量がバランスすることになる。仮に、実質移送容量が不明で、Ｉｎから流入する流体の圧力Ｐ０が極めて高い場合を想定すると、Ｔ１＞Ｔ２の条件において、必ずしもＰ０＜Ｐ１とは限らず、Ｗは昇圧部とは定義できない。通常、設計する段階では、実質移送容量およびＰ０が設計値として判明しているので、２段の歯車の組合わせでも昇圧部は構成可能である。前述のような理由で、図２は３段の歯車の組合わせで構成した。図２の構造は主として、次の２つの用途に採用される。

図２の構造の用途１例として、図１の（３）の構造で炭酸ガスを注入した次段に超臨界領域まで昇圧する目的で設置する。この場合、昇圧部の１段目は図１の歯車Ｔ２と考えて良い。

図２の構造の用途の一例として、デンプンを充分にアルファ化するための配合例(例えば、デンプン５８重量％と水４２重量％の混合物）がある。その水が、予め炭酸ガスを水に溶解させた炭酸水である場合、例えば図６の装置では、この混合物をホッパー８から供給すると、ホッパー下のスクリュー５はダイラタント流動のデンプンが充分に食い込む２軸パドルスクリューを用い、多段歯車初段に過熱運搬する途中で水は水蒸気になる。炭酸ガスはすでに炭酸水の中に含有しているので、ガス注入は不必要であり、多段歯車の初段から超臨界領域に昇圧する目的で図２の構造が使用される。

図３は混練部Ｚのギァポンプ構造を示すもので、図３の（１）は平面図、を示す。図３の（２）はＯｕｔ側軸方向から見た断面図、図３の（３）は側面図を示す。また、図３の（４）はＡ軸、Ｂ軸及びＣ軸のシャフト２、３、４に取り付けられた歯車と流体の移動関係を図示する。図３の（２）にＡ軸の歯車の外周に流動通路を示すように、流体の一部はＯｕｔ側からＡ軸の歯車の外周を通りＣ軸の歯車の入口に供給され、Ｃ軸の歯車の出口からＡ軸の歯車の外周を戻り通路１４を通りＩｎ側に逆流する。この逆流する量を図３の（４）にＦＢとして示した。ＦＢ量により混練効果が優れ、さらにＩｎ側およびＯｕｔ側の圧力が安定することを特徴とする。また、図３の（５）に示すようにＣ軸の歯車と同様の働きをする歯車をＤ軸に設け４個の歯車を使用することもできる。Ｃ軸の歯車で逆流させる量をＦＢＣ、Ｄ軸の歯車により逆流させる量をＦＢＤと記した。この対をなす歯車部は、昇圧部にも降圧部にも圧力が平衡する部にも使用することができる。混練及び分散効果が極めて優れている。

図４にオリフィス部構造を示す。主として超臨界区間に設置され、流体はＩｎから流入し、オリフィス９の狭い溝を通り流動通路からＯｕｔに抜ける。気体が超臨界状態である区間における流体の流動性は高く、この部にオリフィスを設けることにより、混練および分散効果はより一層高くなる。

図５に圧力制御部構造を示す。主として圧力制御部は研究開発用途の多段歯車式加工装置には便利であるが、生産機では図１に示すＡ軸およびＢ軸に固定された歯車による降圧部Ｘが簡便であり、圧力制御部を必要としない。圧力制御部を設けるのは、例えば炭酸ガスの添加量と圧力などの影響が化学反応の度合い、混練分散の程度などに及ぼす関係を調査する目的、または、生産機の仕様を確定する目的が主となる。スクリューの超臨界区間のオリフィス部後段にスクリュー溝の無い無フライト区間２７で流体の通路を遮断し、流動通路１３のバイパス通路を設け、サーボ・モーター１６によりスクリュー５と別駆動される歯車６を経由し、無フライト区間２７の後段に流入する。通常、歯車６は２段の歯車で降圧部Ｘを構成する。サーボ・モーターの回転数を下げれば樹脂圧計１９の取付部の圧力は上昇し、サーボ・モーターの回転数を上げれば樹脂圧計１９の取付部の圧力は下降する。サーボ・モーター１６はサーボ・アンプ１７により駆動され、サーボ・アンプに指令される圧力指令に対し、樹脂圧計１９から圧力電気信号１８がフィードバックされており、圧力設定値に近づくようにサーボ・モーターの回転数制御がなされ、圧力自動制御を構成している。

図６に多段歯車式押出機の１例を示す。ホッパー８から樹脂が供給され、ヒーターにより加熱されたシリンダー１の内部に設けられたＡ軸、Ｂ軸の２軸スクリュー５により樹脂は加熱熔融され流動化した樹脂が図１に示すような多段歯車初段に到達する。この例は２軸で構成したが、１軸でも充分に目的は達成される。多段歯車初段の後部には炭酸ガスボンベから炭酸ガスが、減圧弁２１により減圧され、逆止弁２２を通し、供給されている。供給される炭酸ガスの圧力は圧力計２０で確認される。炭酸ガスは、スクリュー５により運ばれてきた樹脂と共に、加圧区間２４を経て、超臨界区間２５区間に設置されたスクリューにより加圧、混練がなされ、炭酸ガスは超臨界状態になり、次段のオリフィス区間２６に到達する。オリフィス区間２６を通過した樹脂と気体の混合体は次段の無フライト区間２７で通路を遮断されサーボ・モーターによる圧力調整区間２８に流入する。圧力調整区間を通過した流動体はベント孔１０の設置されたスクリュー部に流入する。この際、炭酸ガスは減圧して超臨界から亜臨界状態になる。樹脂と気体との混合流動体は真空ポンプが接続されているベント孔部で吸引され脱気する。ベント孔から後段は一般の押出機と同様な構造でダイス１１に達し、流動体（樹脂）はストランド水槽で冷却され、ストランドカッターで切断するか、ホットカッターや水中カッター等により切断し、ペレット化される。また、場合によっては液状で取り出すことができる。なお、加圧区間２４に第一番目から第三番目の歯車を図示したが、第一番目と第二番目の歯車は図１で説明した降圧部Ｘであり、第二番目と第三番目の歯車は図２で説明した昇圧部Ｙとは図形が異なるが、第三番目の対をなして逆流部を構成する３個の歯車（図３の混練部Ｚで説明した）の移送部容量は第二番目の移送部容量より小であり、気体はさらに圧縮され昇圧部Ｙを構成している。

図７に多段歯車式発泡射出成形機・押出機の例を示す。ホッパー８から樹脂原料が供給され、ヒーターにより加熱されたシリンダー１の内部に設置されたスクリュー５を通過しながら熔融する。スクリューは単軸でも２軸でも熔融させることが目的であり、何れを採用しても良い。熔融した樹脂は多段歯車部初段に配置される気体注入区間２９（図１に示されるような降圧部Ｘ）に到達する。この区間で樹脂に気体が混入され、次段に配置された昇圧区間３０に移送される。この例では、昇圧と混練を同時に作用させるように、図３の（１）に示したような３枚の歯車を組合わせる方法を採用している。次に流動体は超臨界区間３１に移送され、混合気体は樹脂細部に入り込む。この部分に樹脂圧計１９を取り付けておくことは超臨界圧力を監視するのに便利である。次に、気体と混合された樹脂は、降圧区間３２を通過し、先端のノズル１２を経て射出成形機の金型に注入される。ノズルは金型に圧接した際にノズルから吐出できる周知のメカニカル・ノズル構造になっている。
なお、ノズルの代りに丸ダイスまたはＴダイを取付け、連続発泡させることも可能である。図示は本発明の装置の一例であって、歯車段数が必ずしも図示された段数に限定されるものではない。

図８に多段歯車を横に配列した多段歯車式押出機の一例を示す。図８の（１）は平面図、（２）は側面図である。歯車厚さはＴ１＜Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４としたが、用途目的により適宜、歯車厚さを選び配列することができる。同様に図９に多段歯車を円弧状に配列した多段歯車式押出機の一例を示す。多段歯車を横配列または円弧状配列にする場合の難点は、歯車軸のシールであり、高圧側になるほどシールは破壊され易い。本発明では、伝導中継歯車７を設けることにより、この問題を解決した。横配列または円弧配列において伝導中継歯車を設けることにより、シールの複雑さを解消し、小型にまとまり、研究室向け各種の超臨界コンパウンド、超臨界抽出や超臨界反応試験機用途に最適になった。

気体の混在する物質を得るために、例えば、図６の装置では、気体を減圧弁２１を経て逆止弁を通して供給するとしているが、樹脂等に混入する気体は、注入する際に必ずしも気体であることは必要ない。注入する際に液体であっても良い。例えば、ホッパー８から樹脂または澱粉などに水を添加し、スクリューにより移送途中で水蒸気が発生して、気体が混在する流動体となっても、またガス注入口から液体を添加し、多段歯車群の内部熱で気化させる方法で、気体が混在する流動体となってもよいのである。すなわち、本発明では、多段歯車群を通過する流動体に気体成分が混在している状態を気体が混在する物質または気体含有物質として扱う。

このような本発明の装置の取り出し口には、ダイスを一般的に用いる。ダイスのダイス孔およびその形状は次の工程により、適宜選択される。例えば次の工程がフィルムまたはシート製作であればダイス孔の形状はスリット形状とし、連続してフィルムやシートの製造を可能とすることができる。また、次の工程が不連続であれば、加工物資を索状に取り出し、カッターにより裁断しぺレットを製造したり、シート状に押し出し、角ペレットを製造したり、ホットカッターまたは水中カッターにより丸ペレットを製造したりすることもできる。場合によっては液状で取り出すこともできる。

場合によっては本発明の歯車式加工装置が射出成型機、射出ブロー成型機、インフレーション装置、Ｔダイなどの混練部品の一部として押出しスクリューに組み込まれることもある。また、本発明の歯車式加工装置はマンドレルとの組み合わせにより、垂直に積み重ねる形で連結することもできる。垂直に積み重ねることにより、加工装置全体の設置面積を一般的なスクリュー押出し混練機より小さくすることができる。

本発明に使用する歯車式移送部は一般的に使用されている歯車式計量ポンプとは異なり、計量より混合効果を主眼としている。歯車式移送部の歯車形状は歯車の先端Rの大きさによりセン弾力を変化する。歯車の溝の接線と中心線との角度差により、歯車内の物質の流速が変化する。歯車が回転することにより、歯車の溝の中で物質はセン断を受け、混合される。歯車とハウジング表面形状を粗にすることにより、計量性は低下するがこのセン弾力を大きくすることができる。計量が歯車溝の容積と歯車回転数により変化することは一般的な歯車ポンプと同じである。

また、歯車式移送部とスクリュー部の駆動を別に設置することも可能である。この場合、歯車式移送部歯車の溝はスクリュー軸に対し直交するように縦型設置することもできる。また、歯車式移送部はモジュールとして組み込まれ、互換性が容易にすることが好ましい。これは前記横型の場合でも同様で、一般的な２軸押出し機で用いられている方法と同じモジュール交換方式である。これは使用する物質により、粘度が異なるため、同じ歯車・クリアランスであっても逆流抵抗が粘度により異なり、所期の圧力選択、また必要なセン断強さ選択が容易となるためである。モジュール・システムは装置のクリーニングに関しても有利である。

超臨界または亜臨界ガス化学作用は例えば加水分解、アルコリシス、酵素分解などの化学分解、表面処理を行っていない微細粒子の混合、液体とポリマーの混合、相溶化剤を用いない不溶性ポリマー混合などの混合、溶剤抽出、水蒸気抽出などの化学作用が挙げられる。触媒、副原料などは原料供給部から適宜定量的に供給されても良く、低圧ガス供給部、または液注入などにより途中からプランジャーポンプ、歯車ポンプなどにより定量的に供給されても良い。超臨界または亜臨界ガスは炭酸ガス、メタノール、アセトン、窒素ガス、水などの低分子量化合物を使用することがあり、中では臨界条件がマイルドで爆発性のない炭酸ガスが多く用いられる。

加水分解例としては、例えばデンプン、ケナフ、バカス、セルロース、蛋白質、脂肪などを原料とし、多糖類、オリゴ糖、単糖類、アミノ酸、アルコールなどに分解する。触媒として糖類には酸、蛋白質にはアルカリまたはアミラーゼ、ぺプチターゼ、リパーゼなどの酵素を使用する。炭酸ガスの超臨界条件は３１℃、７ＭＰａであるが触媒として酵素を使用する際には酵素が失活しない温度範囲例えば３５から４０℃、７ＭＰａ以上の条件で作用させることが好ましい。酸またはアルカリを触媒として使用する際には温度を高くするほうが反応効率は上がり、生産性を向上することができ好ましい。

アルコリシス例としては、例えば通称ペットボトルを回収し、粉砕したフレークを本発明の化学作用装置にフレークとメタノールを供給し、ポリエチレンテレフタレートをメタノールによりアルコリシスし、テレフタール酸メチルエステルとして回収することができる。精留し不純物を除去した後、テレフタール酸メチルを再度重合することにより、ポリエチレンテレフタレートを製造することができる。また、メタノールの代わりにエチレンジオールを使用し、ビスヒドロキシエチレンテレフタレートとして回収し、同様にしてポリエチレンテレフタレートを製造することができる。アルコリシスの温度を高くするほうが反応効率は上がり、生産性を向上することができ好ましい。

抽出例としては、例えばオレンジ皮をそのまま原料として本発明の加工装置に供給し、オレンジ皮からリモネンを抽出することができる。抽出温度をリモネンの沸点近傍まで高くするほうが抽出効率は上がり、生産性を向上することができ好ましい。抽出した粗リモネンは精留し、純度を向上し、使用される。

混合例としては、例えば生分解性ポリ乳酸の耐熱性向上のため、無機微粒子を結晶化核剤として本発明の加工装置に供給し、ペレットを製造することができる。本発明の加工装置を使用することにより、無機微粒子結晶化核剤を水分散系で供給し、炭酸ガス亜臨界条件でポリ乳酸を低分子量に加水分解した状態で混合し、次に脱水縮合し、分散が良好であるため透明なポリ乳酸ペレットを製造することができる。

発泡例としては、例えば炭酸ガス、窒素ガスなどのガス、ブタン、ペンタン等の揮発物質を減圧部から注入、ジアゾ化合物などの熱化学発泡剤などをホッパーから混合投入するなどにより、押出し発泡、射出発泡などの装置に組み込むことができる。１例として図７に多段歯車式発泡射出成型機・押出機の例を示す。この場合、一般的なプランジャー方式の射出成型機に組み込むことができる。

この例では、図６に示される本発明の多段歯車式押出機を使用した。スクリューは水分の多い原料に対応するため、原料供給ホッパーの下部の５０ｍｍ径、長さ３５０ｍｍ、２軸パドル・スクリューに続いて長さ４００ｍｍ単軸スクリューを使用した。多段歯車は全３段を使用し、サーボ・モーターにより駆動される多段歯車は全２段を使用した。下記に歯車主要部の寸法を記載する。Ａ軸及びＢ軸の歯車厚さの寸法（以下、「歯厚」と述べる）のみ記載しＣ軸の歯厚を記載していない段は降圧部Ｘまたは昇圧部Ｙとして説明した構造であり、Ｃ軸の歯厚の記載がある段は混練部Ｚとして示した構造である。次に記載した圧力は記載段の出側圧力で次段記載の入側圧力に相当し、単位は（ＭＰａ）である。
全歯車のピッチ円径は４６ｍｍ、モジュール２を採用した。
第１段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚８７ｍｍ０．８８（測定値）
第２段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚９２ｍｍ５．２９（設計値）
第３段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚４８ｍｍ／Ｃ軸の歯車２０ｍｍ８．８２（設計値）
以下、サーボ・モーター駆動・圧力制御部
第１段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚２０ｍｍ８．８（測定値）
第２段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚２８ｍｍ４．４１（設計値）
丸孔ノズル付きダイス、水中カッターおよびドライヤーから構成される装置を使用した。

以下の運転条件は押出機の軸回転数を８０ｒｐｍ、サーボ・モーターの回転数は１２０ｒｐｍでバランスした。ヒーターによる設定温度を入口ホッパー下のみ１６０℃、各部の設定温度を２３０℃に設定し、原料ポリ乳酸と５重量％雲母水分散液原料比１．０雲母重量％をブレンドし、３０ｋｇ／時間で供給した。ガス注入口から炭酸ガスを減圧弁で０．８８ＭＰａに減圧し注入した。サーボ・モーターによる圧力調整部における樹脂圧計の指示圧力は８．８ＭＰａの炭酸ガス超臨界下、圧力調整部歯車に到達する滞留時間は約２０秒（算出値）でポリ乳酸を分解し、フラットスクリュー減圧ベント部で水流ポンプ減圧縮重合し、ポリ乳酸の分子量を回復した。得られたペレットは無機物微粒子が含まれているにもかかわらず透明で分散性がナノレベルに達していることが明白であった。

この例では、図６に示される多段歯車式押出機で実施例１と同様のものを使用した。

以下の運転条件は押出機の軸回転数を８０ｒｐｍ、サーボ・モーターの回転数を１２０ｒｐｍでバランスした。ヒーターによる設定温度を入口ホッパー下のみ１６０℃、各部の設定温度を１９０℃に設定し、原料ポリ乳酸８９．３重量％とデンプン水分散液（固形分５０重量％）１０．７重量％をブレンドし、３０ｋｇ／時間で供給した。ガス注入口から炭酸ガスを減圧弁で０．８８ＭＰａに減圧し注入した。サーボ・モーターによる圧力調整部における樹脂圧計の指示圧力は８．８ＭＰａの炭酸ガス超臨界下、圧力調整部歯車に到達する滞留時間は約２６秒（算出値）でポリ乳酸を分解し、フラットスクリュー減圧ベント部で水流ポンプ減圧縮重合し、ポリ乳酸の分子量を回復した。得られたペレットはデンプンが含まれているにもかかわらず透明で分散性がナノレベルに達していることが明白であった。

この例では、図７の多段歯車式発泡射出成型・押出機を、多段歯車の数を１０段に変えて使用した。原料供給下部の５０ｍｍ径、長さ７５０ｍｍ単軸フラットスクリューを使用した。主要部の寸法を記載する。Ａ軸及びＢ軸の歯厚のみ記載し、Ｃ軸の歯厚を記載していない段は降圧部Ｘまたは昇圧部Ｙとして説明した構造であり、Ｃ軸の歯厚の記載がある段は混練部Ｚとして示した構造である。次に記載した圧力は記載段の出側圧力で次段記載の入側に相当し、単位は（ＭＰａ）である。
全歯車のピッチ円径は４６ｍｍ、モジュール２を採用した。
第１段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚１２ｍｍ０．７４（測定値）
第２段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚９２ｍｍ５．１９（設計値）
第３段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚４４ｍｍ／Ｃ軸の歯厚１８ｍｍ９．８（設計値）
第４段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚３６ｍｍ／Ｃ軸の歯厚１８ｍｍ９．８（設計値）
第５段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚１８ｍｍ９．８（設計値）
第６段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚３６ｍｍ／Ｃ軸の歯厚１８ｍｍ９．８（測定値）
第７段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚１８ｍｍ５．８８（設計値）
第８段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚２２ｍｍ２．９４（設計値）
第９段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚３２ｍｍ０．２（設計値）
第１０段Ａ軸、Ｂ軸の歯厚３１２ｍｍ
多段歯車群の第１０段後部に実効全長１２００ｍｍの水冷丸ダイスを取付けた。外側水冷丸ダイスの内径は８０ｍｍ出口径で、中子水冷丸ダイスは先細りテーパーを採用し、外径は６０ｍｍ出口径である。

ヒーター温度を１６０℃に設定し、軸回転数を８０ｒｐｍ、主原料ポリエチレン９９．５重量％とワックス０．５重量％をドライブレンドし、ホッパーから投入した。気体注入口にはコンプレッサーから圧縮空気を減圧弁で０．７４（ＭＰａ）に減圧し注入した。結果は、外径８０ｍｍ径、内径６０ｍｍ径の円筒形状の連続発泡体がえられた。発泡セルは小さく、発泡倍率は約５０倍、時間換算吐出量は３５ｋｇであった。

この例では、図７の多段歯車式発泡射出成型・押出機で実施例３と同様の歯車を１０段としたものを使用した。ただし、実施例３の装置の丸ダイスを外し、射出成型機用メカニカル・ノズルを取付け使用した。簡便な試作試験のため、金型にはアルミ材を採用し、８箇所に６ｍｍ径の材料漏れ用の穴を設け、フックでメカニカル・ノズルに圧接する構造にした。また、メカニカル・ノズルと金型間にドレンを設け、金型流入する方向とドレンから流出する方向との切替えバルブを取付けた。気体注入口には炭酸ガス・ボンベから減圧弁で０．７４（ＭＰａ）に減圧し接続した。

乾燥した原料ポリ乳酸９９重量％とトリメリット酸無水物１重量％をドライブレンドし、ホッパーから３５ｋｇ／時間で供給し、炭酸ガス注入口から０．７４ＭＰａの炭酸ガスを供給し、温度２３０℃、第６段の後部圧力９．８ＭＰａの超臨界炭酸ガス条件下連続混練りし、切替えバルブでドレン側から金型側に一時的に切替えることにより、発泡ポリ乳酸を常温のトロ箱金型に射出後、金型を水冷却した。発泡ポリ乳酸のトロ箱は約５０倍発泡し、微細発泡核を生成し、フラッシュ跡もないトロ箱を成型できた。

Claims

気体が混在する物質を、上流側から下流側へ移送しながら連続して混練圧縮し、超臨界状態または亜臨界状態の気体を含有する流体として、加工するための加工装置であって、移送部容量の異なる歯車式移送部を２段以上設け、連続する２段の歯車式移送部の差により流体に含有される気体を圧縮する圧力を制御し、または移送流体の一部を逆流させ実質移送容量を一定するように構成された上、前記２段以上の歯車式移送部において連続する２段の歯車式移送部の間に気体注入口が設けられ、且つ、該気体注入口の上流側の段の歯車による移送部容量が該気体注入口の下流側の段の歯車による移送部容量より小であることで、前記連続する２段の歯車式移送部の間に、気体を降圧するための降圧部が形成され、前記気体注入口から気体注入が可能に構成されたことを特徴とする多段歯車式加工装置。
前記連続する移送部容量が異なる２段の歯車式移送部に対をなす複数個の歯車が設けられていることを特徴とする請求項１の多段歯車式加工装置。
押出スクリューに続いて、前記歯車式移送部が設けられていることを特徴とする請求項１または２の多段歯車式加工装置。
前記歯車式移送部により超臨界または亜臨界状態を形成するに足る圧力を発生する請求項１から３のいずれか１項の多段歯車式加工装置。
ガス発泡成形に用いる請求項１から４のいずれか１項の多段歯車式加工装置。
請求項１から４のいずれか１項の多段歯車式加工装置を使用して、混練、分解、抽出または化学合成を行う加工方法。
互いに平行するＡ軸、Ｂ軸及び前記Ａ軸の隣にあるＣ軸にそれぞれ取り付けられた歯車を備え、
前記Ａ軸及び前記Ｂ軸の２つの歯車により前記歯車式移送部が構成された上、前記流体の一部が前記歯車式移送部の下流側から前記Ａ軸の歯車の外周を通り前記Ｃ軸の歯車の入口に供給され、前記Ｃ軸の歯車の出口から前記Ａ軸の歯車の外周に戻り前記歯車式移送部の上流側に逆流し、再び前記歯車式移送部に移送されるように構成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の多段歯車式加工装置。
前記Ａ軸、前記Ｂ軸及び前記Ｃ軸と平行し、且つ前記Ｂ軸の隣にあるＤ軸に取り付けられた歯車を更に有する上、前記流体の一部が前記歯車式移送部の下流側から前記Ｂ軸の歯車の外周を通り前記Ｄ軸の歯車の入口に供給されてから、前記Ｄ軸の歯車の出口から前記Ｂ軸の歯車の外周に戻り前記歯車式移送部の上流側に逆流し、再び前記歯車式移送部に移送されるように構成されたことを特徴とする請求項７の多段歯車式加工装置。