JP7468471B2 - Manufacturing method and manufacturing equipment for plastic molded products - Google Patents
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- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Description
本発明は、プラスチック（主に廃プラスチック）を押出成形してプラスチック成形体を製造するための製造方法および製造設備に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and manufacturing equipment for producing plastic molded bodies by extrusion molding of plastic (mainly waste plastic).
近年、製鉄所では、炭酸ガスの排出削減という社会的要請や原料炭の高騰などの理由から、ＬＮＧなどの石炭以外の炭素源が燃料や還元剤の一部として利用されるようになってきた。しかし、さらなる炭酸ガス排出削減のために、ＬＮＧなどの化石燃料への依存を低下させることが求められている。
このような背景から、廃プラスチックを炭素源として再資源化することが行われている。従来、廃プラスチックの多くは焼却処理されていたが、焼却処理は炭酸ガス発生などの環境負荷が高く、また焼却炉の熱的損傷の問題もあり、廃プラスチックを製鉄所の炭素源として再資源化できれば、そのような問題も解消できる。廃プラスチックのケミカルリサイクル技術の１つとして、製鉄所のコークス炉において廃プラスチックを石炭に混合し、石炭ととともに乾溜する技術がある。
In recent years, steel plants have begun to use carbon sources other than coal, such as LNG, as fuel or a part of the reducing agent, due to social demands for reducing carbon dioxide emissions and rising raw coal prices. However, in order to further reduce carbon dioxide emissions, there is a demand to reduce dependence on fossil fuels such as LNG.
In light of this background, efforts are being made to recycle waste plastics as a carbon source. Conventionally, most waste plastics have been incinerated, but incineration generates carbon dioxide gas and has a high environmental impact, and there is also the problem of thermal damage to the incinerator. If waste plastics could be recycled as a carbon source for steelworks, these problems could be resolved. One of the chemical recycling technologies for waste plastics is a technology in which waste plastics are mixed with coal in the coke ovens of steelworks and then dry-distilled together with the coal.
廃プラスチックを石炭に混合してコークス炉で乾溜する場合、プラスチックは、乾溜の過程で石炭との接触面において石炭中の水素を引き抜く性質があり、このような水素の引き抜きが生じると石炭の溶融性が低下し、乾溜後のコークス強度が低下するという問題がある。このため乾溜する石炭とプラスチックの接触面は狭いことが好ましい。廃プラスチックの見かけ密度が小さいと、プラスチックの比表面積が大きくなり、石炭との接触面積が大きくなるため、プラスチックの見かけ密度を大きくすることは、コークス強度の低下を抑制するために重要である。
廃プラスチックの見かけ密度を大きくするための技術として、例えば、特許文献１には、プラスチックを１８０～２６０℃で加熱して圧縮成形（押出成形）した後、切断して水冷装置にかけて冷却（急冷）することでプラスチック成形体を製造する方法が示されている。また、特許文献２には、プラスチックを１００～１４０℃で加熱して圧縮成形（押出成形）した後、冷却コンベアで冷却する方法が示されている。
When waste plastics are mixed with coal and dry-distilled in a coke oven, the plastics have the property of extracting hydrogen from the coal at the contact surface with the coal during the dry-distillation process, and when such hydrogen extraction occurs, the melting property of the coal decreases, and there is a problem that the coke strength after dry-distillation decreases. For this reason, it is preferable that the contact surface between the coal and the plastics to be dry-distilled is small. If the apparent density of the waste plastics is small, the specific surface area of the plastics becomes large, and the contact area with the coal becomes large, so it is important to increase the apparent density of the plastics in order to suppress the decrease in coke strength.
As a technique for increasing the apparent density of waste plastic, for example, Patent Document 1 shows a method of manufacturing a plastic molded body by heating plastic at 180 to 260°C, compression molding (extrusion molding), cutting, and cooling (quenching) in a water cooling device. Also,
しかしながら、特許文献１、２の方法には、以下のような問題がある。
特許文献１の方法は、プラスチックを１８０～２６０℃で加熱して圧縮成形するものであり、同文献には、プラスチックの温度が１８０℃未満では、プラスチックの粘度が高いため成形しにくく、また、圧縮されたプラスチックに入り込んだガス分が抜けにくくなることから、成形後の見かけ密度が高くならないと記載されている。しかし、特許文献１のようにプラスチックを高温で加熱してプラスチックの粘度が低くなると、プラスチックの流動性が高すぎるため、圧縮成形機からの排出（押出）速度を一定に保つことができず、生産性が不安定になるという問題がある。また、特許文献１の方法では、プラスチックの流動性が高いため、押し出された成形体の形状を保つために、圧縮成形機から排出（押出）された成形体を急冷する必要がある。しかし、後述するように、本発明者らの実験によれば、急冷することが逆に見かけ密度を低下させてしまうことが判った。
However, the methods of
The method of Patent Document 1 involves heating plastic at 180 to 260°C and compression molding it. The document states that if the temperature of the plastic is less than 180°C, the plastic is difficult to mold due to its high viscosity, and the gas that has entered the compressed plastic is difficult to escape, so the apparent density after molding does not increase. However, if the plastic is heated at a high temperature as in Patent Document 1 and the viscosity of the plastic is reduced, the fluidity of the plastic is too high, so the discharge (extrusion) speed from the compression molding machine cannot be kept constant, resulting in unstable productivity. In addition, in the method of Patent Document 1, since the fluidity of the plastic is high, it is necessary to rapidly cool the molded body discharged (extruded) from the compression molding machine in order to maintain the shape of the extruded molded body. However, as described below, according to experiments by the present inventors, it was found that rapid cooling actually reduces the apparent density.
さらに、特許文献１の方法のように高温での加熱や水冷等による冷却はコストがかかる問題があり、また、１８０℃以上での加熱は塩素ガス発生が促進されるため、ガスがプラスチック内に残りやすくなり、この点でも見かけ密度が低下しやすくなる。
一方、特許文献２の方法は、プラスチックを１００～１４０℃で加熱して圧縮成形するものであり、同文献には、１４０℃超の温度で成形すると、プラスチックが溶融状態または半溶融状態になり、流動性が高くなりすぎて押出に支障をきたし、生産性が悪化すると記載されているが、溶融状態または半溶融状態にならなければ、押し出し圧縮成形ができないため、見かけ密度を十分に高くすることができない。
Furthermore, heating at high temperatures and cooling by water cooling or the like, as in the method of Patent Document 1, are problematic in that they are costly, and heating at temperatures of 180° C. or higher promotes the generation of chlorine gas, which tends to remain in the plastic, and this also tends to reduce the apparent density.
On the other hand, the method of
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、主に廃プラスチックを原料とし、見かけ密度が高いプラスチック成形体を高い生産性で低コストに製造することができる製造方法および製造設備を提供することにある。 The object of the present invention is therefore to provide a manufacturing method and equipment that can solve the problems of the conventional technology described above and produce plastic molded bodies with high apparent density at low cost and with high productivity using mainly waste plastic as a raw material.
本発明者らは、上記の課題を解決し得るプラスチック成形体の製造条件について鋭意検討を重ね、その結果、以下に述べるような新規な製造方法および製造設備を開発するに至った。
すなわち、上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、押出成形機において１４０℃超１８０℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るとともに、得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却することで、体積が２００ｃｍ３以上、見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３のプラスチック成形体を製造することを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
The present inventors have conducted extensive research into the production conditions for plastic molded articles that can solve the above problems, and as a result have developed the following novel production method and production equipment.
That is, the gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] A method for producing a plastic molded body, comprising extruding a plastic mainly composed of a thermoplastic resin in an extrusion molding machine while heating the plastic to a temperature greater than 140°C and less than 180°C to obtain a plastic molded body, and then cooling the obtained plastic molded body to a room temperature of 40°C or less to produce a plastic molded body having a volume of 200 cm3 or more and an apparent density of 0.9 to 1.1 g/ cm3 .
［2］上記［1］の製造方法において、押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧しつつプラスチックを押出成形することを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
［3］上記［1］または［2］の製造方法において、押出成形で得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却する際の平均冷却速度が１０℃／分未満であることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
［4］上記［1］～［3］のいずれかの製造方法において、押出成形で得られたプラスチックの成形体を切断機で体積２００～１０００ｃｍ３の大きさに切断してプラスチック成形体とすることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
［5］上記［1］～［4］のいずれかの製造方法において、プラスチック成形体の比表面積が０．６～１．１ｃｍ２／ｇであることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
[2] A method for producing a plastic molded article according to the above [1], characterized in that the gas inside the extruder is sucked out to reduce the pressure inside the machine to less than atmospheric pressure while extruding the plastic.
[3] A method for producing a plastic molded body, characterized in that in the manufacturing method according to [1] or [2] above, the average cooling rate when cooling the plastic molded body obtained by extrusion molding to 40°C or less at room temperature is less than 10°C/min.
[4] A method for producing a plastic molded article, comprising the steps of: cutting the plastic molded article obtained by extrusion molding into a volume of 200 to 1,000 cm3 using a cutter; and
[5] The method for producing a plastic molded article according to any one of the above [1] to [4], wherein the specific surface area of the plastic molded article is 0.6 to 1.1 cm 2 /g.
［6］熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、１４０℃超１８０℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るための押出成形機と、該押出成形機で得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却するための冷却設備を備えることを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
［7］上記［6］の製造設備において、さらに、押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧するための減圧手段を有することを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
［8］上記［6］または［7］の製造設備において、さらに、押出成形機で得られたプラスチックの成形体を体積２００～１０００ｃｍ３の大きさに切断するための切断機を備えることを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
[6] A manufacturing facility for plastic molded bodies, comprising an extrusion molding machine for extruding a plastic, mainly composed of a thermoplastic resin, while heating the plastic to a temperature greater than 140°C and less than 180°C to obtain a plastic molded body, and cooling equipment for cooling the plastic molded body obtained by the extrusion molding machine to a room temperature of 40°C or less.
[7] The manufacturing equipment for plastic molded products according to the above [6], further comprising a pressure reducing means for sucking gas from within the extruder to reduce the pressure inside the extruder to less than atmospheric pressure.
[8] The manufacturing facility for plastic molded bodies according to the above [6] or [7], further comprising a cutter for cutting the plastic molded bodies obtained by the extrusion molding machine into pieces having a volume of 200 to 1,000 cm3 .
本発明によれば、主に廃プラスチックを原料としてプラスチック成形体を製造する際に、プラスチックの成形体内にガス成分が残存することを効果的に抑制することができ、しかもプラスチック成形体の生産性が阻害されることもないため、見かけ密度が高いプラスチック成形体を高い生産性で低コストに製造することができる。このため本発明は、石炭に混合してコークス炉で乾溜する用途のプラスチック成形体の製造方法および設備として特に好適なものである。 According to the present invention, when plastic molded bodies are manufactured mainly from waste plastics as raw materials, it is possible to effectively prevent gas components from remaining in the plastic molded bodies, and the productivity of the plastic molded bodies is not hindered, so that plastic molded bodies with high apparent density can be manufactured with high productivity and low cost. For this reason, the present invention is particularly suitable as a manufacturing method and equipment for plastic molded bodies to be mixed with coal and dry-distilled in a coke oven.
本発明のプラスチック成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、押出成形機（圧縮成形機）において１４０℃超１８０℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るとともに、得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却することで、体積が２００ｃｍ３以上、見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３のプラスチック成形体を製造するものである。
プラスチック成形体の原料である、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチック（すなわち熱可塑性樹脂を５０質量％以上の割合で含むプラスチック）は、通常、主に廃プラスチックからなるものであり、回収された廃プラスチックについて、必要に応じて、破砕処理、風力選別、磁力選別などの事前処理を施したものが用いられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどが挙げられ、それらの１種以上の熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックが原料となる。
The method for producing a plastic molded body of the present invention involves extrusion molding a plastic mainly composed of a thermoplastic resin in an extrusion molding machine (compression molding machine) while heating the plastic to a temperature greater than 140°C and less than 180°C to obtain a plastic molded body, and then cooling the obtained plastic molded body to a room temperature of 40°C or less, thereby producing a plastic molded body with a volume of 200 cm3 or more and an apparent density of 0.9 to 1.1 g/ cm3 .
The raw material for plastic molded bodies, plastics primarily composed of thermoplastic resin (i.e., plastics containing 50% or more by mass of thermoplastic resin), is usually composed mainly of waste plastics, and recovered waste plastics are used after being subjected to pre-processing such as crushing, air sorting, and magnetic sorting, as necessary.
Examples of thermoplastic resins include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, and polyvinyl chloride, and plastics mainly composed of one or more of these thermoplastic resins are used as the raw material.
本発明で使用する押出成形機の種類や形式は特に制限はなく、プラスチックを圧縮（圧密化）するとともに所定の温度に加熱した状態でダイ（押出ノズル）から押出してプラスチックの成形体が得られるものであればよい。代表的なものとしては、スクリューでプラスチックを圧縮（圧密化）して押出成形するスクリュー式押出成形機が挙げられるが、これに限定されない。また、プラスチックを所定の温度に加熱する方式としては、例えば、押出成形機の外周に電気ヒータなどの発熱体を取り付けて内部のプラスチックを加熱する方式、押出成形機のダイの部分に加熱機構を設け、このダイの部分だけでプラスチックを加熱する方式などがあるが、これらに限定されない。 There are no particular limitations on the type or format of the extruder used in the present invention, as long as it compresses (consolidates) plastic and extrudes it from a die (extrusion nozzle) in a state where it is heated to a specified temperature to obtain a plastic molded body. A representative example is a screw-type extruder that compresses (consolidates) plastic with a screw and extrudes it into an extrusion mold, but this is not limited to this. Methods for heating plastic to a specified temperature include, for example, a method in which a heating element such as an electric heater is attached to the outer periphery of the extruder to heat the plastic inside, and a method in which a heating mechanism is provided in the die part of the extruder and the plastic is heated only in this die part, but this is not limited to these.
本発明では、押出成形機で押出成形するプラスチックの加熱温度（押出成形温度）を１４０℃超１８０℃未満にすることで、押出成形時のプラスチックが溶融状態または半溶融状態になり、これによりプラスチックを圧密化した状態で押出成形することが容易になり、且つプラスチックが一定の粘性を持つため、生産性も一定に保つことができる。押出成形機で押出成形するプラスチックの加熱温度（押出成形温度）が１４０℃以下では、プラスチックが溶融状態または半溶融状態にならず、プラスチックを十分に圧密化した状態で押出成形することができないため、見かけ密度を十分に高くすることができない。一方、プラスチックの加熱温度（押出成形温度）が１８０℃以上では、プラスチックの粘度が低くなって流動性が高くなりすぎるため、押出成形機からの押出速度を一定に保つことができず、生産性が不安定になる。加えて、プラスチックの流動性が高いため、押し出された成形体の形状を保つために、押出成形機から押出された成形体を急冷する必要があるが、後述するように、急冷することにより成形体の見かけ密度が低下してしまう。 In the present invention, by setting the heating temperature (extrusion temperature) of the plastic to be extruded by the extruder to more than 140°C and less than 180°C, the plastic is in a molten or semi-molten state during extrusion, which makes it easy to extrude the plastic in a compacted state, and since the plastic has a certain viscosity, productivity can be kept constant. If the heating temperature (extrusion temperature) of the plastic to be extruded by the extruder is 140°C or lower, the plastic does not become in a molten or semi-molten state, and the plastic cannot be extruded in a sufficiently compacted state, so the apparent density cannot be made sufficiently high. On the other hand, if the heating temperature (extrusion temperature) of the plastic is 180°C or higher, the viscosity of the plastic decreases and the fluidity becomes too high, so the extrusion speed from the extruder cannot be kept constant, and productivity becomes unstable. In addition, since the fluidity of the plastic is high, it is necessary to rapidly cool the molded body extruded from the extruder in order to maintain the shape of the extruded molded body, but as described later, rapid cooling reduces the apparent density of the molded body.
図２は、プラスチックを種々の加熱温度（成形温度）で押出成形した後、そのプラスチックの成形体を常温で４０℃まで空冷（徐冷）した場合と水冷装置で水冷（急冷）した場合について、プラスチックを押出成形する際の加熱温度（成形温度）と、プラスチックの成形体の見かけ密度との関係を調べた結果を示している。同図によれば、プラスチックを成形温度１４０℃超１８０℃未満で成形し、その成形体を急冷することなく常温で４０℃まで空冷（徐冷）することにより、見かけ密度が０．９ｇ／ｃｍ３以上のプラスチック成形体が得られることが判る。
また、上述したプラスチックの押出成形では、減圧手段（ガス吸引手段）によって押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧しつつ、プラスチックを押出成形することが好ましい。これにより押出成形機内に生じる水蒸気や塩素ガスを除去することができ、プラスチック成形体内への残存ガス混入を抑制できる。
Fig. 2 shows the results of investigating the relationship between the heating temperature (molding temperature) during extrusion molding of plastics and the apparent density of the molded plastics when the plastics are extruded at various heating temperatures (molding temperatures) and then the molded plastics are air-cooled (slowly cooled) to room temperature to 40°C and when they are water-cooled (rapidly cooled) in a water-cooling device. According to the figure, it is clear that a plastic molded product with an apparent density of 0.9 g/cm3 or more can be obtained by molding the plastics at a molding temperature of more than 140°C and less than 180°C and then air-cooling (slowly cooled) the molded product to room temperature to 40°C without quenching.
In the above-mentioned extrusion molding of plastics, it is preferable to extrude the plastics while reducing the pressure inside the extrusion molding machine to less than atmospheric pressure by sucking gas from the extrusion molding machine using a pressure reducing means (gas suction means). This makes it possible to remove water vapor and chlorine gas generated inside the extrusion molding machine and to suppress the intrusion of residual gas into the plastic molded body.
押出成形機から押し出されたプラスチックの成形体は、そのまま常温で４０℃以下まで冷却されるが、本発明では、このように常温で４０℃以下まで徐冷することにより、成形体からガス成分を適切に放出させ、見かけ密度の大きいプラスチック成形体を得ることができる。ここで、特許文献１の方法では、押し出されたプラスチック成形体を水冷装置で急冷するものであり、この急冷によりプラスチック成形体の表面に固化相が形成され、残存ガスによる膨れが一時的に抑制されるとしている。しかし、本発明者らによる実験の結果では、急冷によってプラスチック成形体の表面に固化相が形成されることで、逆に残存ガスが抜けなくなるため、プラスチック成形体内に残存ガス分の空隙が残り、その結果、見かけ密度が低下することが判った。これに対して本発明では、押出成形機から押出された成形体は、残存ガスによる膨れは生じるものの、冷却速度が遅いためしばらくは溶融状態を保ち、残存ガスは自然に抜ける。残存ガスが抜けた後は、いまだ一定の粘性を持っているため、残存ガス分の空隙を埋めていき、膨れた分が収縮していく。したがって、得られるプラスチック成形体の見かけ密度は、特許文献１の方法により得られるプラスチック成形体よりも大きくなる。また、本発明では、冷却時間はかかるものの、水冷装置などは使用しないため冷却コストが小さくて済む利点もある。 The plastic molded body extruded from the extrusion molding machine is cooled to 40°C or less at room temperature, but in the present invention, by slowly cooling to 40°C or less at room temperature, gas components are appropriately released from the molded body, and a plastic molded body with a large apparent density can be obtained. Here, in the method of Patent Document 1, the extruded plastic molded body is rapidly cooled with a water cooling device, and this rapid cooling forms a solidified phase on the surface of the plastic molded body, temporarily suppressing swelling due to the remaining gas. However, the results of experiments by the inventors of the present invention showed that the formation of a solidified phase on the surface of the plastic molded body by rapid cooling prevents the remaining gas from escaping, and therefore voids for the remaining gas remain in the plastic molded body, resulting in a decrease in apparent density. In contrast, in the present invention, although the molded body extruded from the extrusion molding machine swells due to the remaining gas, it remains in a molten state for a while due to the slow cooling rate, and the remaining gas naturally escapes. After the remaining gas escapes, the molded body still has a certain viscosity, so it fills the voids for the remaining gas and the swelled part shrinks. Therefore, the apparent density of the resulting plastic molded body is greater than that of the plastic molded body obtained by the method of Patent Document 1. In addition, although the present invention requires a long cooling time, it also has the advantage of keeping cooling costs low because no water cooling equipment is used.
押出成形で得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却する際の平均冷却速度は１０℃／分未満が好ましく、これにより、上述した作用を効果的に生じさせることができる。ここで、平均冷却速度とは、プラスチックの成形体の全断面温度平均での冷却速度である。
押出成形機から押出されるプラスチックの成形体は、通常、適当なサイズにカットされて、そのまま常温で４０℃以下まで冷却されるが、具体的な冷却方法としては、例えば、ピットや容器などに収容して大気中で放冷してもよいし、冷却速度をコントロールするために保温カバー付きのピットや容器内で徐冷してもよい。
The average cooling rate when cooling the plastic molded body obtained by extrusion molding to 40°C or less at room temperature is preferably less than 10°C/min, which makes it possible to effectively achieve the above-mentioned effects. Here, the average cooling rate is the cooling rate at the average temperature of the entire cross section of the plastic molded body.
The plastic molded product extruded from the extrusion molding machine is usually cut to an appropriate size and cooled as is to below 40°C at room temperature. Specific cooling methods include, for example, placing the product in a pit or container and allowing it to cool in the air, or slowly cooling the product in a pit or container equipped with an insulating cover to control the cooling rate.
本発明において、上述した工程を経て製造されるプラスチック成形体は、プラスチック成形体内に残存するガス成分が少なく、見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３まで圧密されている。ここで、プラスチック成形体の見かけ密度は、液中秤量法で測定することができる。また、本発明において、プラスチック成形体の見かけ密度は、無作為に抽出した１０個のプラスチック成形体の見かけ密度の測定値の平均値とする。
また、本発明で製造されるプラスチック成形体は、体積が２００ｃｍ３以上とする。プラスチック成形体の体積が２００ｃｍ３未満では、ハンドリング性が悪くなり、また、比表面積が大きくなるため、例えば、石炭と混合してコークス炉で乾留する場合に、石炭とプラスチック成形体の接触面積が大きくなり、製造されるコークスの強度低下を生じやすくなる。
本発明で製造されるプラスチック成形体は、体積が２００ｃｍ３以上で見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３であることにより、例えば、プラスチック成形体を石炭に混合してコークス炉で乾溜する場合、乾溜する石炭とプラスチック成形体との接触面積が小さくなり、製造されるコークスの強度低下を抑制することができる。
In the present invention, the plastic molded body produced through the above-mentioned steps has a small amount of gas components remaining therein, and is compressed to an apparent density of 0.9 to 1.1 g/ cm3 . Here, the apparent density of the plastic molded body can be measured by a submerged weighing method. In addition, in the present invention, the apparent density of the plastic molded body is the average value of the apparent density measurements of 10 randomly selected plastic molded bodies.
Furthermore, the plastic molded body produced by the present invention has a volume of 200 cm3 or more. If the volume of the plastic molded body is less than 200 cm3 , the handleability will be poor and the specific surface area will be large, so that, for example, when the plastic molded body is mixed with coal and carbonized in a coke oven, the contact area between the coal and the plastic molded body will be large, and the strength of the produced coke will be easily reduced.
The plastic molded body produced by the present invention has a volume of 200 cm3 or more and an apparent density of 0.9 to 1.1 g/ cm3 . Therefore, for example, when the plastic molded body is mixed with coal and dry-distilled in a coke oven, the contact area between the coal being dry-distilled and the plastic molded body is small, and a decrease in the strength of the produced coke can be suppressed.
一方、プラスチック成形体の体積の上限は特にないが、石炭と混合してコークス炉で乾留する場合、プラスチック成形体の体積が１０００ｃｍ３を超えると、プラスチックの熱分解後の空隙が大きくなるため、製品コークスに空隙が生じ、コークス強度の低下を引き起こすおそれがある。このため、プラスチック成形体を石炭と混合してコークス炉で乾留する用途などに適用する場合には、プラスチック成形体の体積は１０００ｃｍ３以下とすることが好ましい。なお、特許文献１では、プラスチック成形体の体積を２００ｃｍ３以上にすると、コークス強度が低下すると記載されているが、本発明者らによる実験の結果では、そのようなコークス強度の低下は見られなかった。 On the other hand, there is no particular upper limit to the volume of the plastic molded body, but when it is mixed with coal and carbonized in a coke oven, if the volume of the plastic molded body exceeds 1000 cm3 , the voids after thermal decomposition of the plastic become large, which may cause voids in the product coke and lead to a decrease in coke strength. For this reason, when the plastic molded body is used for applications such as mixing with coal and carbonizing in a coke oven, the volume of the plastic molded body is preferably 1000 cm3 or less. It is noted that Patent Document 1 describes that if the volume of the plastic molded body is 200 cm3 or more, the coke strength decreases, but the inventors' experiments did not show such a decrease in coke strength.
本発明では、上述した観点から、必要に応じて、押出成形で得られたプラスチックの成形体を切断機で体積２００～１０００ｃｍ３の大きさに切断してプラスチック成形体（製品）とする。この切断は、（i）押出直後、（ii）押出後４０℃以下に冷却する冷却中、（iii）４０℃以下に冷却後、のうちのいずれの段階で行ってもよい。ただし、流動性のあるプラスチックを切断するには鋭利な刃物が必要であるが、４０℃以下まで冷却することでプラスチックの成形体は完全に固化し、鋭利な刃物でなくても容易に切断でき、切断コストも低減できるので、４０℃以下に冷却した後に切断処理することが好ましい。 In the present invention, from the above viewpoint, the plastic molded body obtained by extrusion molding is cut into a volume of 200 to 1000 cm3 by a cutter as necessary to obtain a plastic molded body (product). This cutting may be performed at any stage of (i) immediately after extrusion, (ii) during cooling to 40°C or less after extrusion, or (iii) after cooling to 40°C or less. However, a sharp blade is required to cut a fluid plastic, but by cooling to 40°C or less, the plastic molded body is completely solidified and can be easily cut without a sharp blade, and cutting costs can also be reduced, so it is preferable to perform the cutting process after cooling to 40°C or less.
また、上述したプラスチック成形体の体積と同様の理由で、製造されるプラスチック成形体の比表面積は０．６～１．１ｃｍ２／ｇ程度であることが好ましい。すなわち、プラスチック成形体を石炭と混合してコークス炉で乾留する場合に、プラスチック成形体の比表面積が１．１ｃｍ２／ｇを超えると、石炭とプラスチック成形体の接触面積が大きくなり、製造されるコークスの強度低下を生じやすくなる。一方、プラスチック成形体の比表面積が０．６ｃｍ２／ｇ未満では、プラスチック成形体のサイズが大きすぎ、プラスチックの熱分解後の空隙が大きくなるため、製品コークスに空隙が生じ、コークス強度の低下を引き起こすおそれがある。ここで、プラスチック成形体の比表面積は、サイズ及び形状から計算することができる。また、本発明においてプラスチック成形体の比表面積は、無作為に抽出した１０個のプラスチック成形体の比表面積の測定値の平均値とする。 Also, for the same reason as the volume of the plastic molded body described above, the specific surface area of the plastic molded body to be produced is preferably about 0.6 to 1.1 cm 2 /g. That is, when the plastic molded body is mixed with coal and carbonized in a coke oven, if the specific surface area of the plastic molded body exceeds 1.1 cm 2 /g, the contact area between the coal and the plastic molded body becomes large, and the strength of the produced coke is likely to decrease. On the other hand, if the specific surface area of the plastic molded body is less than 0.6 cm 2 /g, the size of the plastic molded body is too large, and the voids after the thermal decomposition of the plastic become large, so that voids are generated in the product coke, which may cause a decrease in the coke strength. Here, the specific surface area of the plastic molded body can be calculated from the size and shape. Also, in the present invention, the specific surface area of the plastic molded body is the average value of the measured values of the specific surface areas of 10 randomly selected plastic molded bodies.
図１は、本発明によるプラスチック成形体の製造方法および製造設備の一実施形態を模式的に示すものであり、１はプラスチックを加熱した状態で押出成形する押出成形機（圧縮成形機）、２は押出成形機から押し出されたプラスチックの成形体を常温で冷却する冷却設備、３はこの冷却設備で冷却されたプラスチックの成形体を所定の大きさに切断する切断機である。
本実施形態の押出成形機１はスクリュー式の押出成形機であり、筒状のケーシング１０（機体）の内部には、その長手方向に沿ってプラスチック押込み用のスクリュー軸１１が配され、このスクリュー軸１１は駆動装置（図示せず）の動力で回転駆動する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a manufacturing method and manufacturing equipment for plastic molded bodies according to the present invention, in which 1 is an extrusion molding machine (compression molding machine) that extrudes plastic in a heated state, 2 is cooling equipment that cools the plastic molded body extruded from the extrusion molding machine to room temperature, and 3 is a cutting machine that cuts the plastic molded body cooled in the cooling equipment to a predetermined size.
The extrusion molding machine 1 of this embodiment is a screw-type extrusion molding machine, and a
ケーシング１０の一端側にはプラスチックの供給口１２が、他端側には押し出し用のダイ１３がそれぞれ設けられ、ダイ１３の外側には、押し出された成形体を適当な長さにカットするためのカッター（図示せず）が設けられている。また、ケーシング１０の外周には電気ヒータなどの発熱体１４が設けられ、ケーシング１０内部のプラスチックを加熱できるようにしている。
また、本実施形態では、押出成形機１内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧するための減圧手段４（ガス吸引手段）が設けられている。このため、ケーシング１０の途中には排気口１５が設けられ、この排気口１５に排気管５を介して吸引ブロアや真空ポンプなどからなる減圧手段４が接続されている。
冷却設備２は、例えば、押出成形機１から押出されたプラスチックの成形体ａを収容するピットまたは容器などで構成される。この冷却設備２は、単に成形体ａを収容して大気中で放冷するものでもよいし、冷却速度をコントロールするために保温カバーを備え、成形体ａを徐冷できるようにしたものでもよい。
切断機３は、固化したプラスチックの成形体ａを所定の大きさに切断できるものであればよく、種類は問わない。
A
In this embodiment, a pressure reducing means 4 (gas suction means) is provided for sucking gas from inside the extruder 1 and reducing the pressure inside the machine to less than atmospheric pressure. For this purpose, an
The
There is no restriction on the type of cutting
本実施形態では、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチック（主に廃プラスチック）が供給口１２から押出成形機１に投入され、このプラスチックはケーシング１０内でスクリュー軸１１により押し込まれて圧縮（圧密化）されつつ加熱される（この加熱の主たる熱源は発熱体１４であるが、圧密によるプラスチックの摩擦熱が熱源の一部となる場合がある）ことにより溶融状態または半溶融状態となり、１４０℃超１８０℃未満の加熱温度（押出成形温度）でダイ１３から押し出される。また、このプラスチックの押出成形は、減圧手段４により押出成形機１内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧しつつ行われ、これにより押出成形機１内で生じる水蒸気や塩素ガスを除去することができ、プラスチック成形体内への残存ガス混入を抑制できる。
In this embodiment, plastics (mainly waste plastics) mainly composed of thermoplastic resins are fed into the extruder 1 from the
ダイ１３から押出されたプラスチックの成形体は、ダイ出口のカッターにより適当な大きさにカットされ（これにより成形体ａが得られる）、そのまま冷却設備２にて常温で４０℃以下まで冷却される。この際、好ましくは１０℃／分未満の平均冷却速度で冷却される。これにより成形体ａからガス成分を適切に放出させ、見かけ密度の大きい成形体ａを得ることができる。以上のようにして得られるプラスチックの成形体ａは、内部に残存するガス成分が少なく、見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３まで圧密化されている。次いで、プラスチックの成形体ａを切断機３で体積２００～１０００ｃｍ３の大きさに切断する。成形体ａは４０℃以下まで冷却されて完全に固化しているため、鋭利な刃物でなくても容易に切断できる。
以上により、体積が２００～１０００ｃｍ３、見かけ密度が０．９～１．１ｇ／ｃｍ３、好ましくは比表面積が０．６～１．１ｃｍ２／ｇのプラスチック成形体Ａが製造される。
The plastic molded body extruded from the
By the above steps, a plastic molded body A is produced having a volume of 200 to 1000 cm 3 , an apparent density of 0.9 to 1.1 g/cm 3 , and preferably a specific surface area of 0.6 to 1.1 cm 2 /g.
本発明法と比較法により、以下のようにしてプラスチック成形体を製造した。
・発明例１
図１に示す製造設備を用いて、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを原料としてプラスチック成形体を製造した。プラスチックを押出成形機に供給して加熱しつつ圧縮（圧密化）し、１５０℃の加熱温度（押出成形温度）で押出成形した。得られたプラスチックの成形体（体積１２００ｃｍ３）を常温で４０℃以下まで冷却（空冷）した後、体積が３００ｃｍ３になるように４等分に切断し、プラスチック成形体の製品を得た。無作為に抽出した１０個のプラスチック成形体の見かけ密度を液中秤量法で測定し、それらの測定値の平均値をもって製品の見かけ密度とした。また、無作為に抽出した１０個のプラスチック成形体について、それらの重量を測定するとともに、成形体の径と長さを測定し、円柱とみなして表面積を計算することで、比表面積を算出し、それらの測定値（算出値）の平均値をもって製品の比表面積とした。
According to the method of the present invention and the comparative method, plastic molded articles were produced as follows.
Example 1
Using the manufacturing equipment shown in FIG. 1, a plastic molded body was manufactured using a plastic mainly composed of a thermoplastic resin as a raw material. The plastic was fed to an extrusion molding machine, compressed (consolidated) while being heated, and extrusion molded at a heating temperature (extrusion molding temperature) of 150°C. The obtained plastic molded body (volume 1200 cm3 ) was cooled (air-cooled) to 40°C or less at room temperature, and then cut into four equal parts so that the volume was 300 cm3 to obtain a plastic molded body product. The apparent density of 10 randomly selected plastic molded bodies was measured by a liquid weighing method, and the average value of these measured values was used as the apparent density of the product. In addition, the weights of the 10 randomly selected plastic molded bodies were measured, and the diameters and lengths of the molded bodies were measured, and the specific surface area was calculated by considering them as cylinders, and the average value of these measured values (calculated values) was used as the specific surface area of the product.
・比較例１
発明例１と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を水冷装置で冷却（急冷）した。その他の条件は発明例１と同じである。
・比較例２
プラスチックの加熱温度（押出成形温度）を２００℃とした以外は、発明例１と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を水冷装置で冷却（急冷）した。その他の条件は発明例１と同じである。
・比較例３
プラスチックの加熱温度（押出成形温度）を１３０℃とした以外は、発明例１と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を常温で４０℃以下まで冷却（空冷）した。その他の条件は発明例１と同じである。
Comparative Example 1
The plastic was extrusion molded under the same conditions as in Example 1, and the obtained plastic molded body was cooled (quenched) in a water cooling device. The other conditions were the same as in Example 1.
Comparative Example 2
The plastic was extrusion molded under the same conditions as in Example 1, except that the heating temperature (extrusion molding temperature) of the plastic was set to 200° C., and the obtained plastic molded body was cooled (quenched) in a water cooling device. The other conditions were the same as in Example 1.
Comparative Example 3
The plastic was extrusion molded under the same conditions as in Example 1, except that the heating temperature (extrusion molding temperature) of the plastic was 130° C., and the obtained plastic molded body was cooled (air-cooled) to a room temperature of 40° C. or less. The other conditions were the same as in Example 1.
発明例１、比較例１～３で製造されたプラスチック成形体について、それらの見かけ密度を比較した結果を以下に示す。
発明例１で製造されたプラスチック成形体（製品）の見かけ密度は０．９５ｇ／ｃｍ３（比表面積０．９ｃｍ２／ｇ）であった。これに対して、比較例１で製造されたプラスチック成形体（製品）の見かけ密度は０．６６ｇ／ｃｍ３（比表面積１．３ｃｍ２／ｇ）であった。これは押出成形後の冷却が水冷（急冷）であったため、プラスチック成形体内に成形時に生じたガスが残存していたためであると考えられる。また、比較例２で製造されたプラスチック成形体（製品）の見かけ密度は０．８１ｇ／ｃｍ３（比表面積１．２ｃｍ２／ｇ）であった。これは高温加熱によって塩素ガスの発生が促進されたため、プラスチック成形体内の残存ガス量が増加したためであると考えられる。また、比較例３で製造されたプラスチック成形体（製品）の見かけ密度は０．６７ｇ／ｃｍ３（比表面積１．３ｃｍ２／ｇ）であった。これは加熱が十分でなかったため、プラスチックが十分に溶融されずに、多数の空隙が生成されてしまったためであると考えられる。
以上の結果から、本発明法は、比較例１～３の方法に比べて欠点がなく有意な操業ができることが確認できた。
The apparent densities of the plastic molded articles produced in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were compared, and the results are shown below.
The apparent density of the plastic molded body (product) produced in invention example 1 was 0.95 g/cm 3 (specific surface area 0.9 cm 2 /g). In contrast, the apparent density of the plastic molded body (product) produced in comparative example 1 was 0.66 g/cm 3 (specific surface area 1.3 cm 2 /g). This is believed to be because the cooling after extrusion molding was water cooling (quenching), and gas generated during molding remained in the plastic molded body. The apparent density of the plastic molded body (product) produced in comparative example 2 was 0.81 g/cm 3 (specific surface area 1.2 cm 2 /g). This is believed to be because the generation of chlorine gas was promoted by high-temperature heating, and the amount of remaining gas in the plastic molded body increased. The apparent density of the plastic molded body (product) produced in comparative example 3 was 0.67 g/cm 3 (specific surface area 1.3 cm 2 /g). This is believed to be because the heat was insufficient, which resulted in the plastic not being fully melted and numerous voids being created.
From the above results, it was confirmed that the method of the present invention has no drawbacks compared to the methods of Comparative Examples 1 to 3 and can be operated effectively.
１ 押出成形機
２ 冷却設備
３ 切断機
４ 減圧手段
５ 排気管
１０ ケーシング
１１ スクリュー軸
１２ 供給口
１３ ダイ
１４ 発熱体
１５ 排気口
ａ 成形体
Ａ プラスチック成形体
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