JPH05269742A - プラスチックまたは有機天然ポリマーの破砕方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 特にリサイクル用として任意のプラスチック
またはプラスチック含有の複合体もしくは混合物だけで
なく有機天然ポリマー、たとえばセルロース（木材、
藁）をも、所定の回転数比またはローラ間隙における所
定の剪断速度比にて同方向もしくは反対方向に回転する
ローラの間で破砕する（好ましくは粉末作成する）方法
を提供する。 【構成】 （ａ）間隙における剪断速度を０．０００１
〜１００，０００ｓｅｃ^−１に保ち、（ｂ）単味で或い
は複合体もしくは混合物の形態で充填されるプラスチッ
ク材料が０．５ｋｇ／ｍ^３の最小密度を有する破砕方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックまたは有
機天然ポリマーの破砕方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックをリサイクルするための全
ての方法は破砕工程を伴う。しかしながら、破砕工程の
経費はこれら方法の経済性を上廻ると標準的に判定され
る。この経費は、使用済みプラスチックの所望の社会的
再利用を一般に可能にするかどうかを決定する。しかし
ながら、有利な破砕はたとえばセルロース（木材、藁）
などの有機天然ポリマーについても望ましい。したがっ
て本発明の課題は、任意のプラスチック、ゴムおよびプ
ラスチック含有の結合体もしくはプラスチック含有の混
合物（Ｇｅｍｉｓｃｈｅｎ ｕｎｄＧｅｍｅｎｇｅｎ）
だけでなく有機天然ポリマー、たとえばセルロース（木
材、藁）からも効率的な粉末作成を可能にする方法を提
供することにある。この種の材料をミルもしくは押出機
で破砕することが既に知られている。ミルにおいて充填
物は既に強度に予備破砕（一般に切断、次いで粒状化）
されていなければならない。多くのリサイクル法には必
要であるような極めて小さい粒子寸法の場合、任意の設
計のミルは高価につく。何故なら、この装置では極く少
量しか処理しえないからである。多くの場合、粉末作成
は極低温粉砕技術を介してのみ可能である。これは、付
加的に要する冷却手段のため極めてエネルギーの無駄と
なる。

【０００３】中古ゴムを破砕するための他の公知方法は
押出機の使用である〔たとえばＦａ．ベルストルフ、ド
イツ公開公報第３３３２６２９号、並びにＪ．ヤニクお
よびＬ．ブースコワ、インターナショナル・ポリマー・
サイエンス・テクノロジー（１９９０）、第１７（３）
巻、第Ｔ／３３／Ｔ３７頁〕。しかしながら、この場合
も材料を予備破砕（一般に粒状化）せねばならない。低
い密度および強いひび割れ表面を有する材料の場合は押
出機の導入領域にブリッジ形成が生じて困難性をもたら
し、これは粉末作成の際の連続操作を困難にする。従来
公知の押出機粉砕法は、３００〜５００μｍの範囲の粒
子寸法を有する粉末を与える。さらに、中古ゴム片をグ
ルーブローラで粒状化することも知られている。この場
合は、特殊なグルーブローラ装置を使用して中古タイヤ
を押出機粉砕用に予備破砕する。この場合、約３ｍｍの
最小粒子寸法に達する。驚くことに今回、これら困難性
はローラ装置を使用すると共に以下詳細に説明する方法
を用いて解決されることが判明した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、任意
のプラスチックまたはプラスチック含有の複合体もしく
は混合物だけでなく有機天然ポリマー、たとえばセルロ
ース（木材、藁）をも、所定の回転数比またはローラ間
隙における所定の剪断速度比にて同方向もしくは反対方
向に回転するローラの間で破砕する（好ましくは粉末作
成する）方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の新規性は、
（ａ）間隙における剪断速度を０．０００１〜１００，
０００ｓｅｃ^-1に保ち、（ｂ）単味で或いは複合体もし
くは混合物の形態で充填されるプラスチック材料が０．
５ｋｇ／ｍ³ の最小密度を有する点にある。当業者には
知られるように、ローラの設計には種々の形状が可能で
ある。たとえば、円筒状もしくは円錐状のローラを選択
することができる。好ましくは、充填されるプラスチッ
ク材料は、約１０ｃｍまでの厚さにて１ｍｍ〜１ｍ、好
ましくは１ｍｍ〜１０ｃｍの寸法を有する。ローラは好
ましくは、ローラ間隙にて剪断速度が１００〜２０，０
００ｓｅｃ^-1、好ましくは１０００〜１０，０００ｓｅ
ｃ^-1となるよう操作される。

【０００６】予備破砕は材料に依存し、大抵の場合約１
０ｃｍまでの粒径しか必要としない。破砕すべく充填さ
れる材料は冷却することもできるが、好ましくは材料を
冷却せずに充填する。ローラは粉砕過程で加熱しうる
が、好ましくはローラを加熱せず、寧ろ粉砕過程で生じ
た熱を除去すべくさらに冷却する。ローラは、この方法
の特定具体例によれば０〜２００℃、好ましくは０〜３
０℃、特に１０〜２５℃の操作温度を有する。磨滅して
いるが好ましくは平滑な表面を有するローラが使用され
る。他の特定具体例によれば、ローラは粉砕操作に際し
１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満、特に好ましく
は０．１ｍｍ未満の間隙を形成する。好ましくは、粉砕
物品は破砕に際し冷却される。これは水添加により直接
的に或いはローラの冷却により間接的に行なうことがで
きる。冷却は、特に硬質および弾性型の粉砕物品につき
有利である。

【０００７】この粉砕法は多くの方法で操作することが
できる。たとえば、１対のローラのみで操作する場合
は、粉砕過程の進行に際し粉砕物品の粒子寸法にローラ
間隙をローラの後調整により適合させることができる。
この場合、粉砕物品はローラ間隙を複数回通過する。し
かしながら、さらに当業者には周知されているように、
複数のローラをカスケードで操作すると共に、必要に応
じローラ間隙を順次に小さく選択することも可能であ
る。

【０００８】複数の異なる或いは同一のローラ装置をカ
スケードで用いれば、連続粉砕処理に際し、より高い処
理能力にて一層微細な粒子寸法を達成しうるという利点
がさらに得られる。この方法は、従来提案された解決策
では可能でなかった多数の利点を与える。すなわち、強
度の予備破砕なしに大部分を破砕工程に供給することが
でき、著しく異なる密度を持った任意のプラスチックを
共通に処理することもでき、低密度の極めて軟質のプラ
スチックも破砕することができ、熱可塑性プラスチック
と熱硬化性プラスチックもしくは原料との任意の混合物
を処理することができ、脆性材料と弾性もしくは軟質弾
性材料との任意の混合物を処理することができ、

【０００９】従来は粗大な熱硬化性プラスチックのため
射出できなかった熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラ
スチックとの混合物も射出成形で加工することができ、
或いは熱硬化性粒子がその極めて小さい寸法および良好
な分散により熱可塑性プラスチック中に極めて良好に混
入されるので一層良好な性質を有することができ、特に
微細な粉末を作成することができ、粉砕装置の封入操作
にてハロゲン含有噴射ガスにより発泡ポリマーを横穴地
下施設から効果的に遊離させかつ抽出することができ
る。

【００１０】この方法は経済的であって、粉末／粒子か
ら出発する多くのリサイクル手段を経済上有意義にしう
る。さらに本発明の方法は次の特徴をも有する：全ゆる
プラスチックおよび有機天然ポリマーを破砕することが
できる。全ゆるプラスチックおよび有機天然ポリマーを
それぞれ任意の組合せで共通に破砕することができる。
全ゆるプラスチックおよび有機天然ポリマーを必要に応
じ部分的にのみ摩擦接続した結合体の形態で共通に破砕
することができる。ローラ粉砕法の温度状態および剪断
比は必要に応じ、ライニング、表面被覆、装飾および他
の表面層とフォーム状支持体との間の摩擦接続部にて支
持体を破砕すると共にライニングを実質的に保持し続け
るよう選択することもできる。

【００１１】全てのプラスチックおよび有機天然ポリマ
ーをそれぞれ混合物の形態で共通に破砕することができ
る。全てのプラスチックおよび天然有機ポリマーをそれ
ぞれ任意の非プラスチック材料との混合物または結合体
（たとえば木材、ガラス、セラミック、布地または金
属）の形態で共通に破砕することができる。好適プラス
チックは熱可塑性もしくは熱硬化性ポリウレタン、ポリ
ウレタン尿素もしくはポリ尿素、これらと他のプラスチ
ックとのブレンド／複合体、ポリカーボネートおよびポ
リカーボネートと他のプラスチックとのブレンド、ＡＢ
ＳおよびＡＢＳと他のプラスチックとのブレンド、ＰＶ
ＣおよびＰＶＣと他のプラスチックとのブレンド、ＰＰ
ＳおよびＰＰＳと他のプラスチックとのブレンド、ＰＢ
ＴおよびＰＢＴと他のプラスチックとのブレンド、ＬＣ
ＰおよびＬＣＰと他のプラスチックとのブレンド、ＰＥ
ＴおよびＰＥＴと他のプラスチックとのブレンド、ＰＥ
ＫおよびＰＥＫと他のプラスチックとのブレンド、ＳＭ
ＡおよびＳＭＡと他のプラスチックとのブレンド、ＰＳ
およびＰＳと他のプラスチックとのブレンド、ＰＴＦＥ
およびＰＴＦＥと他のプラスチックとのブレンド、ＰＭ
ＭＡおよびＰＭＭＡと他のプラスチックとのブレンド、
ＰＯＭおよびＰＯＭと他のプラスチックとのブレンド、
ポリアミドまたはポリアミドと他の熱可塑性プラスチッ
クとのブレンド、ポリオレフィンまたはポリオレフィン
と他の熱可塑性プラスチックとのブレンドであり、特に
好適にはポリプロピレン樹脂またはポリスチレン樹脂で
ある。

【００１２】さらに所定のプラスチックは改質すること
もできる。たとえば、これらは通常の無機（好ましくは
鉱物質）もしくは有機の充填材もしくは強化材を繊維状
もしくは平面状または他の形状で連続もしくは分離した
構造として有することができ、通常の加工助剤または機
械的性質、表面特性もしくは老化特性を改善するための
薬剤を含むこともできる。さらに所定のプラスチックは
ラッカー仕上げしたり或いは他の表面改質を無電流もし
くは電気分解の金属化またはメッキ処理、表面エッチン
グ、プラズマ処理などにより施すこともできる。たとえ
ばクンストストッフ・ハンドブーフ、第７巻、「ポリウ
レタン」、カール・ハンサー・フェアラーク出版、ミュ
ンヘン／ウイーン、第１版（１９６６）および第２版
（１９８３）に記載されたような熱可塑性もしくは熱硬
化性ポリウレタン、ポリウレタン尿素もしくはポリ尿素
が特に好適である。

【００１３】この種のポリウレタン、ポリウレタン尿素
もしくはポリ尿素は０．５ｋｇ／ｍ³ より大きい密度を
有し、たとえばシーリング、ボンネット、トランク室ラ
イニング、ドア内側被覆、ヘッドレスト、座席、計器
盤、コンソールなどのショックアブソーバを製作するた
めエネルギー吸収性フォームなどに使用される。さら
に、これら熱可塑性もしくは熱硬化性ポリウレタン、ポ
リウレタン尿素もしくはポリ尿素と、たとえば結合体を
製作するために用いられた材料との結合体または混合物
が特に好適であり、これら材料はたとえばガラスマッ
ト、繊維品、プラスチック膜、フォーム膜、木材または
熱硬化性樹脂結合したセルロース材料とすることができ
る。

【００１４】このように作成された粉末は種々異なるリ
サイクル技術の出発物質として適している： −熱可塑性プラスチックは粉末状で慣用の熱可塑性プラ
スチック加工に供給することができ、その際比較的簡単
に加工したり配合することができる。 −ポリウレタンはこの粉末状にてたとえばグリコリシ
ス、アルコリシス、アミノリシスおよび加水分解のよう
な化学分解法で有利に使用できる。 −さらに押出および射出成形加工についても粉末状が有
利であり、これは特にラッカー仕上げの出発物質につき
有利である。 −ＰＵＲ組成物におけるマトリックス類似およびマトリ
ックス同一の充填材として使用するには、最も微細な分
散における粉末状が高度の性質レベルおよび良好な表面
形状につき必要な前提となる。 −このように製作されたポリマー粉末は熱処理法につき
有利に使用することができる。

【００１５】

【実施例】以下の実施例においては、フィルマ・ベルス
トルフ社（ハノーバー）のＳＫ６６１２型の実験室圧延
機にて操作した。この装置は７〜３１．５ｍｉｎ^-1の範
囲の回転数で独立して制御しうる固定支持された外周６
２ｃｍかつ長さ４５ｃｍの２個のローラを有する。ロー
ラ間隙は０．０２５ｍｍ以下まで縮小することができ
る。粉砕過程に際しローラは加熱しなかった。粒子寸法
分布の測定はフィルマ・マルフェルン社（グレート−マ
ルフェルン、ＵＫ）のモデル２６００型マルフェルン粒
子サイザーで行なった。この測定装置は１μｍ〜約１ｍ
ｍの粒子寸法範囲における光回折−分光光度法に基づい
て操作される。粉末状試料を測定のため水中に撹拌混入
し、約６０秒間にわたり超音波（フィルマ・ブランソン
社、ヒルデン、ＢＲＤの装置ＸＬ）で分散させた。所定
の平均粒子寸法は、全粒子の５０％が所定の数値よりも
小さくかつ全粒子の５０％が所定の数値よりも大きいよ
うな粒子寸法（＝質量同一球体の直径）である。

【００１６】実施例１ 粉末作成のため、約１２００ｋｇ／ｍ³ の密度のガラス
繊維強化材を有するＲＩＭ−ポリウレタン尿素を使用し
た。この出発物質は次の工程にしたがって作成した。次
の成分よりなるポリオール成分を使用した： ６７．４０部：先ず最初に８７重量％の酸化プロピレ
ン、次いで１３重量％の酸化エチレンをトリメチロール
プロパンにブロック付加して得られたＯＨ価３５のポリ
エーテル、 ２４ 部：６５部の１−メチル−３，５−ジエチル
−２，４−ジアミノベンゼンと３５部の１−メチル−
３，５−ジエチル−２，６−ジアミノベンゼン（ＤＥＴ
ＤＡ）とからなる混合物、 ２ 部：＞５の酸価を有するポリリシノール酸エス
テル、 ４．７ 部：ＤＥＴＤＡとステアリン酸亜鉛とビス−
（３−ジメチルアミノプロピル）−アミンとからなる
２：１：１混合物、 ０．７ 部：ダブコ３３ＬＶ、すなわちエア・プロダク
ツ社のアミン型触媒、 ０．１ 部：ＵＬ２８、すなわちウィトコ社の錫触媒、 ０．１ 部：Ｂ８４０８、すなわちゴールドシュミット
ＡＧ社のシロキサン安定化剤、

【００１７】１００ 部：このポリオール組成物を４
５．６部の粉砕したガラス繊維ＭＦ７９０１商品（バイ
エルＡＧ社、レバークッセン、ＢＲＤ）と混合する（２
２．５重量％のガラス含有量に相当）、 １００ 部：このポリオール−ガラス混合物を４０部
のポリイソシアネートと共に反応射出成形技術の原理に
したがい密閉金型を用いて厚さ４ｍｍの板状成形体まで
加工する。ポリイソシアネートとしては４，４′−ジイ
ソシアナト−ジフェニルメタンとトリプロピレングリコ
ールとの２４．５重量％のＮＣＯ含有量を有する反応生
成物を用いた。

【００１８】このように作成された成形体を、寸法１０
ｃｍ×１０ｃｍ×４ｍｍの部材が得られるよう機械的に
予備破砕した。これを、さらに破砕することなく圧延機
で次の条件下に粉砕した： 回転数ローラ１：２４ｍｉｎ^-1 回転数ローラ２： ６ｍｉｎ^-1 ローラ間隙 ：１８０μｍ ローラ間隙に対する材料通過の回数：３ 得られた平均粒子寸法：２００μｍ

【００１９】実施例２ この実施例においては、密度４５０ｋｇ／ｍ³ のポリウ
レタンフォームの破砕につき説明する。フォーム製造に
ついては次のポリウレタン原料を用いた：酸化プロピレ
ン（８７％）と酸化エチレン（１３％）とのトリメチロ
ールプロパンに対する付加によって得られた４８００の
分子量を有する９０ｇのポリエーテルと２．５ｇの水と
２ｇのトール油と０．４ｇのジメチルアミノプロピルホ
ルムアミドとを、アニリン−ホルムアルデヒド縮合物の
ホスゲン化により得られかつ３１重量％のＮＣＯ含有量
を有する４７ｇのポリフェニルポリメチレンポリイソシ
アネートと混合して金型に入れた。中空寸法２０×２０
×４ｃｍの調温しうる金属板工具に上記原料混合物を機
械的に充填した。５分間の反応時間および硬化時間の後
に離型させた。得られた成形部品を１２０℃にて通気乾
燥棚で別途に調温し、裏込フォームの密度は約４５０ｋ
ｇ／ｍ³ となった。次いでプレートを予備破砕なしに次
の条件下で圧延機にて粉砕した： 回転数ローラ１：２０Ｕ／ｍｉｎ 回転数ローラ２：１０Ｕ／ｍｉｎ ローラ間隙 ：６０μｍ ローラ間隙に対する材料通過の回数：３ 得られた平均粒子寸法：６５μｍ

【００２０】実施例３ ここでは約５０ｋｇ／ｍ³ の密度のポリウレタン軟質フ
ォームからの粉末作成につき説明する。軟質フォームの
作成には次の処方を用いた： Ａ−成分： １００ 部：トリメチロールプロパンのプロポキシル化
および次いでプロポキシル化生成物のエトキシル化によ
り作成されたＯＨ価２８のポリエーテルポリオール（Ｐ
Ｏ：ＥＯ重量比＝８７：１３）、 ３ 部：水、 ０．１２部：ビス−ジメチルアミノエチルエーテル、 ０．５ 部：ジプロピレングリコールにおけるトリエチ
レンジアミンの３３重量％溶液、 ０．６ 部：脂肪族アミンの混合物（「フェアネッツァ
ー５６」、バイエルＡＧ社の商品）、 ０．４ 部：市販のポリシロキサン安定化剤（バイエル
ＡＧ社の安定化剤ＫＳ４３）、

【００２１】Ｂ−成分： ５０．７部：８５重量％のジイソシアナトジフェニルメ
タン異性体の含有量を有するジフェニルメタン系列のポ
リイソシアナト混合物（前記異性体は実質的に２５重量
％の２，４′−ジイソシアナトジフェニルメタンと残部
の４，４′−ジイソシアナトジフェニルメタンとで構成
される）。 Ａ−成分を高圧装置にてＢ−成分と混合し、この反応混
合物を４０リットルの約５０℃まで加温された金型に導
入した。この金型を密閉し、約６分間の後に成型部品を
金型から取出した。充填重量は２．３８ｋｇである。

【００２２】 機械的データ： ＤＩＮ ５３ ４２０にしたがう総密度 ５５ｋｇ／ｍ³ ＤＩＮ ５３ ５７７にしたがう破砕硬度 ６．４ｋＰａ ＤＩＮ ５３ ５７１にしたがう引張強さ １５８ｋＰａ ＤＩＮ ５３ ５７１にしたがう破断点伸び率 １３２％ ＤＩＮ ５３ ５７２にしたがう圧縮変形歪み ６．７％ ５％Ｃ_t 値 このように作成したフォームをさらに予備破砕すること
なく圧延機で次の条件下に直接粉砕した： 回転数ローラ１：２０Ｕ／ｍｉｎ 回転数ローラ２：１０Ｕ／ｍｉｎ ローラ間隙 ：１００μｍ ローラ間隙に対する材料通過の回数：３ 得られた平均粒子寸法：１２７μｍ

【００２３】実施例４ この実施例においては、たとえばＫＦＺ−バウにて計器
盤として使用するような複合構造部材の破砕につき説明
する。この複合構造部材は次の材料構成を有する：（Ｐ
ＶＣ／ＡＢＳ−装飾膜、ベイフィル−フォーム（処方：
実施例２参照）、フィブリット支持体（フェノール樹脂
結合のセルロース材料）。 回転数ローラ１：２８Ｕ／ｍｉｎ 回転数ローラ２：１０Ｕ／ｍｉｎ ローラ間隙 ：７５μｍ ローラ間隙に対する材料通過の回数：４ 得られた平均粒子寸法：８０μｍ

【００２４】実施例５ 収穫した小麦を脱穀した後に廃物として残留した麦藁を
１０〜４０ｃｍの予備切断長さでローラに掛けて粉砕し
た。 回転数ローラ１：３１Ｕ／ｍｉｎ 回転数ローラ２： ８Ｕ／ｍｉｎ ローラ間隙 ：５５μｍ ローラ間隙に対する材料通過の回数：４ 得られた平均粒子寸法：０．１ｍｍ

【００２５】以下、本発明の実施態様を要約すれば次の
通りである。 １．任意のプラスチックまたはプラスチック含有の複合
体もしくは混合物乃至混和物または有機天然ポリマー
を、所定の回転数比もしくはローラ間隙における所定の
剪断速度比にて同方向もしくは反対方向に回転する好ま
しくは固定支持されたローラの間で破砕する方法におい
て、（ａ）間隙における剪断速度を０．０００１〜１０
０，０００ｓｅｃ^-1に保持すると共に、（ｂ）単味でま
たは複合体もしくは混合物の形態で充填されるプラスチ
ック材料が０．５ｋｇ／ｍ³ の最小密度を有することを
特徴とする破砕方法。

【００２６】２．充填されるプラスチック材料が１ｍｍ
〜１ｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｃｍの粒子寸法を有す
ることを特徴とする上記１に記載の方法。 ３．ローラを種々異なる回転速度で作動させることを特
徴とする上記１または２に記載の方法。 ４．ローラ間隙にて１００〜２００００ｓｅｃ^-1、好ま
しくは１０００〜１０，０００ｓｅｃ^-1の剪断速度が支
配するようローラを作動させることを特徴とする上記１
〜３のいずれか一項に記載の方法。 ５．ローラが０〜２００℃、好ましくは０〜３０℃、特
に好ましくは１０〜２５℃の操作温度を有することを特
徴とする上記１〜４のいずれか一項に記載の方法。 ６．磨滅した、好ましくは平滑な表面を持ったローラを
使用することを特徴とする上記１〜５のいずれか一項に
記載の方法。

【００２７】７．粉砕操作時のローラが１ｍｍ未満、好
ましくは０．５ｍｍ未満、特に好ましくは０．１ｍｍ未
満の間隙を形成することを特徴とする上記１〜６のいず
れか一項に記載の方法。 ８．粉砕物品を冷却するとを特徴とする上記１〜７のい
ずれか一項に記載の方法。 ９．プラスチックが化学的および／または物理的に架橋
したポリウレタン、ポリ尿素もしくはポリウレタン尿
素、またはこの種のポリウレタン（尿素）を使用した複
合構造部材であることを特徴とする上記１〜８のいずれ
か一項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール・ペルツエル ドイツ連邦共和国デイー5654 ライヒリン ゲン１、メツツホルツ 54

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意のプラスチックまたはプラスチック
   含有の複合体もしくは混合物乃至混和物または有機天然
   ポリマーを、所定の回転数比もしくはローラ間隙におけ
   る所定の剪断速度比にて同方向もしくは反対方向に回転
   する好ましくは固定支持されたローラの間で破砕する方
   法において、（ａ）間隙における剪断速度を０．０００
   １〜１００，０００ｓｅｃ^-1に保持すると共に、（ｂ）
   単味でまたは複合体もしくは混合物の形態で充填される
   プラスチック材料が０．５ｋｇ／ｍ³ の最小密度を有す
   ることを特徴とする破砕方法。