WO2016114305A1 - ベントを備えた押出機 - Google Patents

Abstract

　押出機（１）はシリンダ（２）とスクリュ（３）とから構成され、シリンダ（２）においてホッパ（５）より上流側にリアベント（７）を下流側に１個以上のフロントベント（８ａ）が設けられる。シリンダ（２）には、ホッパ（５）とリアベント（７）の間において、シリンダ（２）内に水を噴射して内部を冷却する液体供給装置（９）が設けられると共に、シリンダ（２）の下部に開口する液体排出口（１２）が設けられる。

Description

ベントを備えた押出機

　本発明は、揮発性物質を含んだ樹脂材料である溶媒樹脂溶液を脱揮すると共に押し出して樹脂材料を得る、ベントを備えた押出機に関する。

　工業的に利用される樹脂材料は、ポリカーボネート、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂等、色々な種類のものがある。また、モノマーから重合反応によりポリマーとして得られる材料、つまりエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の合成ゴムも、広義の樹脂材料ということができる。本明細書においては用語「樹脂材料」は、合成ゴムを含む用語として使用される。さて、重合装置において材料のモノマーに対して重合処理を行うと、いわゆる溶媒樹脂溶液が得られる。溶媒樹脂溶液は、不揮発性のポリマーと揮発性物質とからなる。このような溶媒樹脂溶液から揮発性物質を除去すると樹脂材料が得られる。このような揮発性物質の除去、すなわち、脱揮は、ベントを備えた押出機によって実施できる。押出機は、周知のように、シリンダと、該シリンダ内で回転するスクリュとから構成され、シリンダには溶媒樹脂溶液が投入されるホッパが設けられている。脱揮をするための押出機においては、揮発性物質を脱揮するために複数のベントがシリンダに設けられている。具体的にはホッパより後方にはリアベントが設けられ、ホッパより前方には１個あるいは２個以上のフロントベントが設けられている。このようなベントを備えた押出機は、スクリュが１本からなる単軸押出機であってもスクリュが２本からなる二軸押出機であってもよい。ホッパから溶媒樹脂溶液を投入してスクリュを回転すると、溶媒樹脂溶液が混練されて前方に押し出される。溶媒樹脂溶液が混練されて押し出されるときに、溶媒樹脂溶液から揮発性物質が揮発して複数のベントから排出される。すなわち、脱揮される。押出機の先端のダイから揮発性物質が除去された樹脂材料が押し出される。押し出された樹脂材料を必要に応じてカッタ装置により切断すると、射出成形機等の原料となるペレットが得られる。

　ベントを備えた押出機によって溶媒樹脂溶液を押し出すとき、気化した揮発性物質の一部はリアベントから脱揮される。このとき、気化した揮発性物質の圧力によって樹脂材料が飛沫状、あるいは粒状になって所定範囲で逆流する、エントレインメント現象が発生する。このとき、飛沫状物又は粒状物である、いわゆるエントレが、リアベント近傍に飛散する。このようなエントレの多くは、スクリュによって前方に送られてシリンダ内の樹脂材料と混練されるので問題はないが、一部はリアベント内に堆積してしまう。リアベントにエントレが堆積すると脱揮能力が低下する問題があるし、堆積した古いエントレがシリンダ内に落下して樹脂材料を汚染する問題もある。そこで、リアベントにエントレが堆積しないようにする必要がある。例えば、その対策の一つとして、ホッパとリアベントの距離を大きくする方法がある。ホッパとリアベントの距離が大きい押出機においては、ホッパ近傍でエントレが発生してもリアベント近傍にまで飛散し難くなるので、リアベントに堆積する可能性が小さくなるからである。他の対策として、シリンダ径を大きくしたりホッパとリアベント間のスクリュのフライト溝を大きくする等して、この部分における容積を増やし、それによって気化した揮発性物質の流速を低下させる場合もある。流速が低下すればエントレが後方に逆流する勢いを抑制できるからである。

　特許文献１においても、リアベントへのエントレの堆積を防止する押出機が提案されている。特許文献１に記載の押出機は、シリンダが複数のシリンダブロックから構成されている。リアベントを備えているシリンダブロックに、ホッパつまり原料供給口が設けられている。そして、原料供給口は、スクリュの側方あるいは下方に開口しており、原料溶液すなわち溶媒樹脂溶液はスクリュの側方あるいは下方からシリンダ内に供給されるようになっている。シリンダ内の溶媒樹脂溶液からは揮発性物質が気化して上方に流れ、スクリュより上方に位置するリアベントから脱揮される。溶媒樹脂溶液をシリンダ内に供給するときは、スクリュの側方あるいは下方から供給するので、気化した揮発性物質の脱揮の妨げになることがない。つまり、気化した揮発性物質を溶媒樹脂溶液で塞ぐことがない。これによって樹脂材料の飛散を防止することができ、エントレがリアベントに堆積することを防止できる。

日本国特開２０１１－１１６０２５号公報

　前記したように、揮発性物質を含んだ溶媒樹脂溶液を複数のベントを備えた押出機により脱揮するとき、ホッパより後方に設けられているリアベントにおいてエントレが堆積する問題がある。ホッパとリアベントの距離を大きくした従来の押出機、ホッパとリアベントの間のシリンダ内の容積を大きくした従来の押出機、あるいは特許文献１に記載の押出機は、このリアベントにおけるエントレの堆積はある程度防止できるので優れてはいる。しかしながら、問題も見受けられる。まず、ホッパとリアベントの距離を大きくとった従来の押出機の場合には、機械長が長くなり、押出機が大型化するという問題がある。また、このような従来の押出機においてもリアベントにおけるエントレの堆積を完全には防止できないという問題もある。ホッパ近傍において気化した揮発性物質は、リアベントで脱揮されるが、リアベントに到達するまでは圧力は解放されない。そうすると、ホッパとリアベントの距離を大きくとっても、樹脂材料を逆流させる圧力は小さくならないので、エントレの一部はリアベント近傍まで運ばれてしまう。つまり、リアベントにおけるエントレの堆積をある程度抑制はできるが完全に防ぐことはできない。ホッパとリアベントの間のシリンダ内の容積を大きくした従来の押出機についても問題がある。このような押出機は製造コストが大きいし、そもそも気化した揮発性物質の流速を低下させるだけの十分な容積を確保することは難しいからである。特許文献１に記載の押出機においては、溶媒樹脂溶液から気化する揮発性物質は、原料供給口を介してシリンダ内に供給される溶媒樹脂溶液によって塞がれずに上方に流れる。これにより、揮発性物質はスムーズにリアベントから脱揮され、エントレの発生をある程度抑制できる。従って、リアベントにエントレが堆積する可能性は小さい。しかしながら、溶媒樹脂溶液から気化する揮発性物質の一部は溶媒樹脂溶液中に閉じ込められる。この閉じ込められた気体の圧力によってエントレは発生してしまう。つまり、特許文献１に記載の押出機によっても、リアベントへのエントレの堆積を完全に防止できるわけではない。

　本発明は、上記問題を解決した押出機を提供することを目的としている。本発明は、揮発性物質を含んだ樹脂材料である溶媒樹脂溶液を脱揮すると共に押し出して樹脂材料を得る、複数のベントを備えた押出機において、押出機の機械長が長くなることが無くコンパクトでありながら、リアベントへのエントレの堆積を実質的に完全に防止できる押出機を提供することを目的としている。

　本発明は、上記目的を達成するために、シリンダと、該シリンダ内で回転する１本または２本のスクリュとからなり、シリンダには１個以上のベントが設けられた押出機を対象としている。この押出機は、ホッパから揮発性物質を含む樹脂材料である溶媒樹脂溶液が供給されて、該溶媒樹脂溶液がスクリュによってシリンダの下流に送られると、揮発性物質が気化してベントから脱揮されるようになっている。本発明は、ホッパとリアベントの間のシリンダにおいて、シリンダ内に冷却用液体を供給する液体供給装置が設けられると共に、シリンダの下部に開口する液体排出口が設けられる。好ましい形態では、冷却用液体は水から構成され、液体供給装置は、水をシリンダ内に噴射する水噴霧装置から構成される。

　本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）　シリンダと、該シリンダ内で回転する１本または２本のスクリュとからなり、前記シリンダには１個以上のベントが設けられ、ホッパから揮発性物質を含む樹脂材料である溶媒樹脂溶液が供給されて該溶媒樹脂溶液が前記スクリュによって前記シリンダの下流に送られると前記揮発性物質が気化して前記ベントから脱揮されるようになっている押出機であって、
　前記シリンダは、前記ホッパの上流側において、前記シリンダ内に冷却用液体を供給する液体供給装置が設けられていると共に前記シリンダの下部に開口する液体排出口が設けられている押出機。
（２）　上記（１）に記載の押出機において、前記ベントは、前記ホッパより上流側に設けられているリアベントと前記ホッパの下流側に設けられている１個以上のフロントベントとからなり、前記液体供給装置と前記液体排出口は、前記ホッパと前記リアベントの間に設けられている押出機。
（３）　上記（１）または（２）に記載の押出機において、前記冷却用液体は水からなり、前記液体供給装置は水を噴射する水噴霧装置から構成されている押出機。
（４）　上記（１）～（３）のいずれかに記載の押出機において、前記液体排出口には網体が設けられている押出機。

　上記（１）の発明によれば、シリンダは、ホッパの上流側において、シリンダ内に冷却用液体を供給する液体供給装置が設けられていると共にシリンダの下部に開口する液体排出口が設けられている。そうすると、ホッパの上流側において、液体供給装置からシリンダ内に供給される冷却用液体によって、揮発した揮発性物質の一部が凝結して液化し、揮発性物質の圧力が急激に低下する。これによってエントレの逆流が急減する。
　また、上記（１）の発明によれば、ホッパの上流側においてシリンダの下部に開口する液体排出口が設けられている。これにより、凝縮して液化した揮発性物質は、液体排出口から排出されることが保証され、スクリュによって下流に送られて樹脂材料と混練されることがない。
　上記（２）の発明によれば、ホッパの上流側にリアベントが設けられているので、エントレはリアベント近傍まで到達できない。つまり、リアベントにエントレが堆積することを実質的に完全に防止できる。この場合、ホッパとリアベントの距離を大きくとる必要もなく押出機の機械長を短くできる。
　上記（３）の発明によれば、冷却用液体は水からなり、液体供給装置は水を噴射する水噴霧装置から構成されている。つまり、冷却用液体として水を使用するので安価である。水噴霧装置により冷却するようにすると効率よくかつ短時間で揮発した揮発性物質を凝結させることができ、凝結した揮発性物質を水と一緒に液体排出口から排出することができる。
　上記（４）の発明によれば、液体排出口には網体が設けられている。上記（１）の発明においては液体供給装置によってエントレが逆流する勢いを低下させる効果があり、リアベント近傍に飛散するエントレは実質的になくなるが、エントレが液体排出口近傍に飛散することはある。上記（４）の発明では網体が設けられているので、エントレは液体排出口から排出されることなくスクリュによって確実に前方に送られて、他の樹脂材料と混練されることが保証される。つまり、樹脂材料が無駄にならないという効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る押出機の正面断面図である。 図２は、本実施の形態に係る押出機において、水噴射装置を停止して運転したときにおけるシリンダ２内を示す写真である。 図３は、本実施の形態に係る押出機において、水噴射装置から水を噴射して運転したときにおけるシリンダ２内を示す写真である。

　以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る押出機１は、図１に示されているように、シリンダ２と、該シリンダ２内に設けられているスクリュ３とからなる。スクリュ３は１本でも２本でもよく、いずれでも実施できる。図１にはスクリュ３が１本しか示されていないが、本実施の形態に係る押出機１はスクリュ３が２本の二軸押出機からなる。そして、２本のスクリュ３は互いに噛み合い状態でシリンダ２内に格納され、図に示されていない所定の駆動機構により同期して回転するようになっている。シリンダ２は、従来のシリンダと同様に複数のシリンダブロック２ａ、２ｂ、…から構成され、これらのシリンダブロック２ａ、２ｂ、…が一体的に結合されている。材料が押し出される方向を前方とすると、シリンダ２の比較的後方に位置する所定のシリンダブロック２ｄには、シリンダ２内に材料を投入するホッパ５が設けられている。このホッパ５が設けられているシリンダブロック２ｄより後方側に位置するシリンダブロック２ｅにリアベント７が設けられている。そして、前方側に位置するシリンダブロック２ａ、２ｂ、２ｃに、それぞれ第１～３のフロントベント８ａ、８ｂ、８ｃが設けられている。すなわち、材料が押し出される流れ方向で考えると、シリンダ２において、リアベント７はホッパ５より上流側に設けられ、フロントベント８ａ、８ｂ、８ｃはホッパ５より下流側に設けられている。図１には示されていないが、リアベント７、フロントベント８ａ、８ｂ、８ｃには負圧源が接続されていて、脱揮された気体が吸引されるようになっている。また、シリンダ２には、スチームやオイル等によりシリンダ２を加熱、冷却する手段が設けられ、それぞれの位置において適切な温度になるように制御されている。そして、シリンダ２の前方にはダイが設けられ、スクリュ３によって前方に送られた樹脂材料がダイから押し出されるようになっている。

　本実施の形態に係る押出機１には２つの特徴がある。第１の特徴は、シリンダ２においてホッパ５とリアベント７の間に、シリンダ２内に冷却用液体を供給する液体供給装置９が設けられている点である。本実施の形態において、冷却用液体は水からなり、そして、液体供給装置９は水噴霧装置からなる。水噴霧装置９はノズル１０を備え、該ノズル１０はシリンダ２に設けられている。具体的にはリアベント７が設けられているシリンダブロック２ｅのリアベント７より下流側にノズル１０が設けられている。このノズル１０は、シリンダ２内に水を噴射するようになっている。

　本実施の形態に係る押出機１の第２の特徴は、シリンダ２においてホッパ５とリアベント７の間に排水口（液体排出口）１２が設けられている点である。本実施の形態において、排水口１２はリアベント７が設けられているシリンダブロック２ｅに設けられている。排水口１２は、シリンダ２の下部に開口しており、所定の網体１３が設けられている。この網体１３によって粒状の固形物は捕捉され、液体だけがシリンダ２外に排出される。捕捉された固形物はスクリュ３によって前方に送られることになる。図１には示されていないが、排水口１２には所定の管路が接続され排出物が外部に送られるようになっている。

　本実施の形態に係る押出機１の作用を説明する。本実施の形態に係る押出機１は、いわゆる重合装置によって得られた溶媒樹脂溶液を処理するようになっている。重合装置については周知の装置を利用できるので説明はしない。重合装置において、材料のモノマーを投入して、いわゆるスラリー法、乳化法、溶液法等によって重合反応させると樹脂材料であるポリマーが得られる。この樹脂材料は揮発性物質も含んだ溶媒樹脂溶液として得られる。このような溶媒樹脂溶液は、本実施の形態に係る押出機１で処理される。

　押出機１において、図１に示されていない加熱手段や冷却手段によりシリンダ２の温度を制御し、スクリュ３を回転する。水噴霧装置９を駆動してノズル１０から水を噴霧する。この状態でホッパ５から溶媒樹脂溶液を連続的にシリンダ２内に供給する。あるいは、ホッパ５からシリンダ２内に溶媒樹脂溶液の供給を開始したときに、同時に水噴霧装置９からの水の噴霧を開始する。ホッパ５から供給された溶媒樹脂溶液はスクリュ３によって混練されながらシリンダ２の下流すなわち前方に送られるが、送られる過程で溶媒樹脂溶液中の揮発性物質はシリンダ２内で揮発する。揮発性物質は所定の温度に制御されているシリンダ２内で容易に揮発する。揮発した揮発性物質は、大半がシリンダ２内を逆流して上流側に向かい、残りが前方に送られて第１～３のフロントベント８ａ、８ｂ、８ｃから脱揮される。揮発した揮発性物質つまり気体の揮発性物質が逆流するとき、その圧力によって樹脂材料が引きちぎられて上流側に飛散する。すなわち、エントレが発生する。本実施の形態に係る押出機１においては、気体の揮発性物質がノズル１０から噴霧される水に接触すると、一部が急速に凝縮して液体になる。これによって圧力は急速に低下する。従って、水噴霧装置９より上流側においてエントレは発生しない。凝縮して液体になった揮発性物質と水の混合物は、排水口１２から外部に排出される。凝縮せずに気体として残った揮発性物質はリアベント７から脱揮される。溶媒樹脂溶液がスクリュ３によって前方に送られるに従って、揮発性物質が揮発して第１～３のフロントベント８ａ、８ｂ、８ｃから脱揮され、樹脂材料が得られる。樹脂材料が押出機１から押し出される。なお、ホッパ５とリアベント７の間で発生したエントレはスクリュ３によって前方に送られて他の樹脂材料と一緒に混練される。

　本実施の形態に係る押出機１によって溶媒樹脂溶液を処理するとき、リアベント７にエントレが堆積しないことを確認するため、実験を行った。
　実験条件：ホッパ５から供給する溶媒樹脂溶液は、ノルマルヘキサン２０％を含むエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）とした。また、リアベント７は大気圧に開放するようにした。実験で使用した本実施の形態に係る押出機１は、シリンダ２の一部を透明な材料から構成し、シリンダ２内を外部から視認できる、いわゆる可視化シリンダを使用した。
　実験１：本実施の形態に係る押出機１において、水噴霧装置９を停止して溶媒樹脂溶液を処理した。すなわち、ノズル１０からの水の噴霧を停止して溶媒樹脂溶液を処理した。１０分間運転してスクリュ３に付着したエントレを調べた。スクリュ３にはノズル１０近傍に対応する部分だけでなくリアベント７近傍に対応する部分においても多量のエントレの付着があった。図２の写真に示されているように、スクリュ３には多量のエントレの付着が見られる。
　実験２：スクリュ３を清掃し、本実施の形態に係る押出機１において、水噴霧装置９を作動させ溶媒樹脂溶液を処理する実験を行った。すなわち、ノズル１０から水を噴射して溶媒樹脂溶液を処理した。１０分間運転してスクリュ３に付着したエントレを調べた。スクリュ３のリアベント７近傍に対応する部分には、エントレの付着は全く無かった。スクリュ３のノズル１０近傍に対応する部分にわずかにエントレの付着が見られただけであった。図３の写真に示されているように、スクリュ３へのエントレの付着がほとんどないことが分かる。
　考察：本実施の形態に係る押出機１は、水噴霧装置９によってシリンダ２内に水を噴射するとリアベント７近傍におけるエントレがほとんど発生しないことが確認できた。これによって、エントレがリアベント７に堆積する可能性は実質的にほとんどないと言える。なお、実験１、２のいずれにおいても、押出機１から押し出されたエチレンプロピレンジエンゴムを調べたところ、ノルマルヘキサンの濃度は１０００ｐｐｍ以下であり、いずれも脱揮に関して同等の能力が得られることを確認した。

　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

　例えば本実施の形態においては冷却用液体は水からなり、液体供給装置９は水噴霧装置９であるとして説明したが、冷却用液体は、アルコール等の他の液体であってもよい。ノルマルヘキサン等の揮発性物質を凝縮できるようにすれば目的が達成できるからである。また、本実施の形態においては排水口１２には網体１３が設けられているように説明したが、網体１３は必須ではない。特に、比較的粘性が高い樹脂材料を処理する場合には、網体１３が設けられていると、これに樹脂材料が付着して目詰まりして連続運転ができず問題がある。このような場合には、網体１３が排水口１２に設けられずに、排水口１２近傍に逆流した固形物の樹脂材料が排水口１２から外部に排出されてもよい。他にも変形が可能である。ベントはリアベント７と３個のフロントベント８ａ、８ｂ、８ｃからなるように説明したが、フロントベント８ａ、８ｂ、８ｃは２個あるいは４個以上であってもよい。さらには、リアベント７も必須ではない。水噴霧装置９によって揮発性物質が十分に凝縮できる場合には、シリンダ２内を逆流する揮発性物質はほとんど凝縮して液体になるので排水口１２から排出すればよく、格別にリアベント７を設ける必要はない。

　本発明を詳細にまた特定の実施の態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本出願は、２０１５年１月１３日出願の日本特許出願（特願２０１５－４４２９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　ここで、上述した本発明に係る押出機の実施の形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。

［１］　シリンダ（２）と、該シリンダ（２）内で回転する１本または２本のスクリュ（３）とからなり、前記シリンダ（２）には１個以上のベント（７，８ａ，８ｂ，８ｃ）が設けられ、ホッパ（５）から揮発性物質を含む樹脂材料である溶媒樹脂溶液が供給されて該溶媒樹脂溶液が前記スクリュ（３）によって前記シリンダ（２）の下流に送られると前記揮発性物質が気化して前記ベント（７，８ａ，８ｂ，８ｃ）から脱揮されるようになっている押出機（１）であって、
　前記シリンダ（２）は、前記ホッパ（５）の上流側において、前記シリンダ（２）内に冷却用液体を供給する液体供給装置（９）が設けられていると共に前記シリンダ（２）の下部に開口する液体排出口（排水口１２）が設けられている押出機（１）。
［２］　上記［１］に記載の押出機（１）において、前記ベントは、前記ホッパ（５）より上流側に設けられているリアベント（７）と前記ホッパ（５）の下流側に設けられている１個以上のフロントベント（８ａ，８ｂ，８ｃ）とからなり、前記液体供給装置（９）と前記液体排出口（１２）は、前記ホッパ（５）と前記リアベント（７）の間に設けられている押出機（１）。
［３］　上記［１］または［２］に記載の押出機（１）において、前記冷却用液体は水からなり、前記液体供給装置（９）は水を噴射する水噴霧装置（ノズル１０）から構成されている押出機（１）。
［４］　上記［１］～［３］のいずれかに記載の押出機（１）において、前記液体排出口（１２）には網体（１３）が設けられている押出機（１）。

　本発明によれば、押出機の機械長が長くなることが無くコンパクトでありながら、リアベントへのエントレの堆積を実質的に完全に防止できる押出機を提供することができる。このような効果を奏する本発明は、押出機の分野において有用である。

　　１　　　押出機　
　　２　　　シリンダ
　　３　　　スクリュ
　　５　　　ホッパ
　　７　　　リアベント
　　８ａ、８ｂ、８ｃ　　　第１～３のフロントベント
　　９　　　液体供給装置
　１０　　　ノズル
　１２　　　排水口（液体排出口）
　１３　　　網体
　１５　　　冷媒管

Claims (4)

1. 　シリンダと、該シリンダ内で回転する１本または２本のスクリュとからなり、前記シリンダには１個以上のベントが設けられ、ホッパから揮発性物質を含む樹脂材料である溶媒樹脂溶液が供給されて該溶媒樹脂溶液が前記スクリュによって前記シリンダの下流に送られると前記揮発性物質が気化して前記ベントから脱揮されるようになっている押出機であって、
   　前記シリンダは、前記ホッパの上流側において、前記シリンダ内に冷却用液体を供給する液体供給装置が設けられていると共に前記シリンダの下部に開口する液体排出口が設けられている押出機。
2. 　請求項１に記載の押出機において、前記ベントは、前記ホッパより上流側に設けられているリアベントと前記ホッパの下流側に設けられている１個以上のフロントベントとからなり、前記液体供給装置と前記液体排出口は、前記ホッパと前記リアベントの間に設けられている押出機。
3. 　請求項１または２に記載の押出機において、前記冷却用液体は水からなり、前記液体供給装置は水を噴射する水噴霧装置から構成されている押出機。
4. 　請求項１に記載の押出機において、前記液体排出口には網体が設けられている押出機。

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