(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理において、
バレルの中にスクリューを有するスクリュー押出機に架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、前記スクリューが軸を有する、送給するステップと、
前記スクリューの回転によって、前記バレルの中の超音波処理ゾーンに前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、前記超音波処理ゾーンは、
そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、前記円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、
それとともに回転するように前記スクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、前記シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記スクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記ボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記円筒シャフトの上に整列され、前記円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、
前記弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、
前記超音波ホーンによって発生される超音波によって、前記弧状の超音波処理流路で、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、
を含む、処理。
【請求項２】
前記本体の中の前記円筒ボアは、チャネルが全くない、請求項１に記載の処理。
【請求項３】
前記超音波ホーンの前記遠位端部は、前記弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる前記ステップにおいて、前記弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、前記超音波処理ゾーンにおいてより均一な平均滞留時間を経験するように、断面が矩形である、請求項２に記載の処理。
【請求項４】
前記超音波処理ゾーンはさらに、前記本体の前記ボア内の前記シャフトの周囲に部分的に延在する固定インサートを備え、前記弧状の超音波処理流路は、前記シャフトと、前記固定インサートと、前記超音波ホーンの前記遠位端部と、前記ホーン通路との間に画定される、請求項１に記載の処理。
【請求項５】
前記超音波の周波数は１５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである、請求項１に記載の処理。
【請求項６】
前記超音波の振幅は２ミクロン〜１００ミクロンである、請求項４に記載の処理。
【請求項７】
前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、６０秒未満である、請求項５に記載の処理。
【請求項８】
前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、５秒未満である、請求項５に記載の処理。
【請求項９】
架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理において、
バレルの中に第１のスクリュー及び第２のスクリューを有する２軸スクリュー押出機に、架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、前記第１のスクリューが第１の軸を有し、前記第２のスクリューが第２の軸を有する、送給するステップと、
前記第１のスクリュー及び前記第２のスクリューの回転によって、前記バレルの中の超音波処理ゾーンに前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、前記超音波処理ゾーンは、
本体であって、
前記第１のスクリューの前記軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第１のボア、
前記第２のスクリューの前記軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第２のボアであって、前記第１のボア及び第２のボアが２軸ボアを形成するように重なる、第２のボア、
前記２軸ボアの前記第１のボア及び前記第２のボアと連通しているホーン通路、を含む、本体と、
それとともに回転するように前記第１のスクリューに組み込まれる第１の円筒シャフトであって、前記第１の円筒シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記第１のスクリュー及び第２のスクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記第１のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第１の円筒シャフトと、
それとともに回転するように前記第２のスクリューに組み込まれる第２の円筒シャフトであって、前記第２の円筒シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記第１のスクリュー及び第２のスクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記第２のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、且つ前記第１の円筒シャフトに互いに接触する第２の円筒シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記第１のシャフト及び第２のシャフトの上に整列され、前記第１のシャフト及び前記第２のシャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記第１のシャフト及び前記第２の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、
前記二重弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、
前記超音波ホーンによって発生される超音波によって、前記二重弧状の超音波処理流路で、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、
を含む、処理。
【請求項１０】
前記本体の前記第１のボア及び前記第２のボアは、チャネルが全くない、請求項９に記載の処理。
【請求項１１】
前記超音波ホーンの前記遠位端部は、前記二重弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる前記ステップにおいて、前記二重弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、より均一な超音波処理時間分布を経験するように、断面が矩形である、請求項９に記載の処理。
【請求項１２】
前記超音波処理ゾーンはさらに、前記本体の前記第１のボア内の前記第１のシャフト及び前記第２のボア内の前記第２のシャフトの周囲に部分的に延在する１つ以上の固定インサートを備え、前記二重弧状の超音波処理流路は、前記第１のシャフトと、前記第２のシャフトと、前記１つ以上の固定インサートの少なくとも１つと、前記超音波ホーンの前記遠位端部と、前記ホーン通路との間に画定される、請求項９に記載の処理。
【請求項１３】
前記超音波の周波数は１５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである、請求項９に記載の処理。
【請求項１４】
前記超音波の振幅は２ミクロン〜１００ミクロンである、請求項１３に記載の処理。
【請求項１５】
前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、５秒未満である、請求項１４に記載の処理。
【請求項１６】
バレルの中にスクリューを有し、前記スクリューが軸を有する、単軸スクリュー押出機において、前記単軸スクリュー押出機は前記バレルの中に超音波処理ゾーンを含み、前記超音波処理ゾーンは、
そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、前記円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、
それとともに回転するように前記スクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、前記本体の前記ボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記円筒シャフトの上に整列され、前記円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、
を備えることを特徴とする、単軸スクリュー押出機。
【請求項１７】
バレルの中に第１のスクリュー及び第２のスクリューを有し、前記第１のスクリューが第１の軸を有し、前記第２のスクリューが第２の軸を有する、２軸スクリュー押出機において、前記２軸スクリュー押出機は前記バレルの中に超音波処理ゾーンを含み、前記超音波処理ゾーンは、
本体であって、前記第１のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第１のボアと、前記第２のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有し、前記第１のボアとで２軸ボアを形成するように重なる、前記本体を通る第２のボアと、前記２軸ボアの前記第１のボア及び前記第２のボアと連通しているホーン通路とを含む、本体と、
それとともに回転するように前記第１のスクリューに組み込まれる第１の円筒シャフトであって、前記本体の前記第１のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第１の円筒シャフトと、
それとともに回転するように前記第２のスクリューに組み込まれる第２の円筒シャフトであって、前記本体の前記第２のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、且つ前記第１の円筒シャフトに互いに接触する第２の円筒シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記第１のシャフト及び第２のシャフトの上に整列され、前記第１のシャフト及び前記第２のシャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記第１の円筒シャフト及び前記第２の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、
を備えることを特徴とする、２軸スクリュー押出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、超音波ホーンを有する押出機に関する。より具体的には、本発明は、押出機のバレルと連通している超音波ホーンを有する単軸及び２軸スクリュー押出機に関する。本発明はまた、架橋プラスチックの脱架橋及び加硫ゴムの脱硫のために、これらの単軸及び２軸スクリュー押出機を利用する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
２１世紀に人類が直面する数多くの環境問題の中には、途方もない量の生成されたポリマー廃棄物の環境持続可能性及び管理の問題がある。種々のポリマー廃棄物の中で、使用済タイヤ及びゴム廃棄物、ならびに架橋プラスチックの管理は、有効な解決策を必要とする主な環境問題である。本発明は、具体的には、使用済タイヤ及びゴム廃棄物、ならびに架橋プラスチックの再利用のための、新しく環境にやさしい超音波単軸スクリュー及び２軸スクリュー押出装置ならびに処理の作成を対象とする。単軸スクリュー押出機処理を使用したゴム脱硫の種々の処理及び機構のパラメータ、ならびにモデルを理解するために、広範囲の研究が行われた。この研究は、数多くの特許の発行、ならびに科学雑誌及び科学書の中の多数の科学的広報物に至った。これらの取り組みの成功のため、再利用の目的でゴム網目を分解するための、単軸スクリュー押出処理における高出力超音波の適用は、世界中の確立された研究分野である。それが研究の主題であるが、装置及び処理は、それでも、本明細書で開示されるような、さらなる発見及び開発の恩恵を受けることができる。
【０００３】
特に、米国特許第５，２８４，６２５号のように、超音波が２軸スクリュー押出機処理に取り入れられたという場合において、超音波ホーンは、押出機のダイの出口に配置されるように教示されている。上述した米国特許第５，２８４，６２５号のように、超音波が単軸スクリュー押出機処理に取り入れられたという場合において、超音波ホーンは、押出機のダイの出口に配置されている。超音波ホーンはまた、米国特許第６，０９５，４４０号のように、単軸スクリュー押出機のバレル内にも配置されており、該特許は、バレルの中に特殊螺旋チャネルを提供すること、及びホーンの遠位端部をこの螺旋チャネルの中に配置することを教示している。ホーンは、断面が正方形であり、その遠位端部に画定される弧状のチャネルを有し、該チャネルは、正方形の一方の隅部から反対側の隅部まで延在する。これは、望ましくないホーン設計であると考えられるが、ホーンが特殊螺旋チャネルと連通することを可能にするために必要である。これらの特許は、これらの押出機におけるゴムの脱硫を教示している。
【０００４】
さらに他の単軸スクリュー押出機は、欧州特許出願第１６４５３８１号のように、ダイ内に超音波ホーンを含めるように変更されており、該特許は、樹脂材料を金型成形する際に性質を改善する目的でそのような押出機を使用することを教示している。米国特許出願第２００９／０２７５６８９号も、バレルに超音波ホーンを配置することを教示しているが、材料をポリマーに分散させることが目的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、単軸及び２軸スクリュー押出機における加硫ゴムの脱硫及び架橋プラスチックの脱架橋によって、プラスチック及びゴムを回収することに注目し、ここでは、１つ以上の超音波ホーンが、単軸及び２軸スクリュー押出機のバレルに配置され、該ホーンには特定の流路が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、架橋プラスチックの効率的な脱架橋のための、ならびにタイヤ及び他の加硫ゴムの効率的な脱硫のための、単軸及び２軸スクリュー押出を利用した処理に関する。本処理は、送給区間の後のゾーンで超音波が印加されるバレル区間に配置される１つ以上の超音波水冷式ホーンを有する、単軸又は２軸いずれかのスクリュー押出機を含む。この特殊超音波処理ゾーンは、粉末状の架橋プラスチック又は加硫ゴムがそこを通過する、簡素化された弧状の超音波処理流路から成り、該弧状の処理流路は、部分的に、選択された奥行及び長さの間隔によって画定される。単軸スクリュー押出機において、この間隔は、回転シャフトと特殊構成の超音波ホーンの遠位端部との間に位置し、同様に２軸スクリュー押出機において、この間隔は、２つの回転円筒シャフトと特殊構成の超音波ホーンの遠位端部との間に位置する。それぞれの場合において、ホーンの先端部は、それが、１つ又は複数の回転シャフトの表面と実質的に平行である、円筒単一円弧表面（単軸）又は円筒二重円弧表面（２軸）を有するように成形加工される。１つ又は複数のシャフトとホーンとの間の間隔から離れる材料の流れを防止するために、特殊配設が成される。
【０００７】
加硫ゴム又は架橋プラスチック粉末は、押出機の送給区間で、制御された流量の下で送給機によって送給される。単一又は複数のスクリューの回転動作によって、粉末は、超音波処理ゾーンに送達される。ホーンの先端部下の通過中に、粉末は、脱硫又は脱架橋され、標準的な未加硫ゴム又は脱架橋プラスチックとして流動可能になり、押出機の端部に位置するダイに向かって押される。予想外に、いくつかの処理条件では、プラスチック又はゴムが、固まっていないばらばらの押出物とは対照的に、連続したロープとしてダイを出ることが観察された。１つ又は複数の超音波ホーンの温度は、ホーンの中に提供されるサーモスタットから冷却チャネルに送達される、水又は他のタイプの冷却媒体によって制御される。超音波の周波数及び振幅は、変動させることができる。超音波処理ゾーンとダイとの間の区間において、脱硫ゴム又は脱架橋プラスチックは、過剰な温度上昇のため必要とされる場合に冷却され、さらなる可塑化を受ける。本明細書の装置及び処理を使用して得られる、超音波で脱硫したゴム又は脱架橋したプラスチックは、必要とされる硬化剤と混合し、所望の製品に成形加工し、そして、再加硫又は再架橋することができる。
【０００８】
これらの処理において利用される２軸スクリュー押出機は、モジュール式の共回転又は逆回転押出機とすることができる。２軸スクリュー押出機は、特に微粉末の場合に、温度、回転速度、及び流速の正確な制御を提供するが、この制御は、単軸スクリュー押出処理では容易に達成されない。特に、２軸スクリュー押出機は、単軸スクリュー押出機と比較して、微粉末材料（プラスチック及びゴム）をより容易に受け入れるが、単軸スクリュー押出機では、微粉末が送給ゾーンを埋めて、単軸スクリューへの送給に抵抗する。また、２軸スクリュー処理の別の利点は、それが、より低い圧力及びより低い超音波電力消費で動作するという事実である。超音波２軸スクリュー押出機のさらなる利点は、それが、バレルを開くことによる容易な清掃に適する、クラムシェルバレルを有するという事実である。間違いなく、新規な超音波２軸スクリュー押出脱硫処理は、これまで当技術分野で知られている超音波単軸スクリュー押出脱硫処理よりも効率的である。また、見出された処理は、超音波単軸スクリュー押出脱硫処理よりも均質な脱硫ゴムを提供する。
【０００９】
一実施形態において、本発明は、架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理を提供し、該処理は、バレルの中にスクリューを有するスクリュー押出機に架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、スクリューが軸を有する、送給するステップと、スクリューの回転によって、バレルの中の超音波処理ゾーンに架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、超音波処理ゾーンは、そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、それとともに回転するようにスクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、シャフトの回転によって架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波処理ゾーンの中へ押し込むスクリューの回転によって進行させるように、本体のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、該ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、円筒シャフトの上に整列され、円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、遠位端部は、弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように、シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、弧状の超音波処理流路を通して架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、超音波ホーンによって発生される超音波によって、弧状の超音波処理流路で、架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、を含む。
【００１０】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］の処理を提供し、ここで、本体の円筒ボアは、チャネルが全くない。
【００１１】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］又は［００１０］の処理を提供し、ここで、超音波ホーンの遠位端部は、弧状の超音波処理流路を通して架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる該ステップにおいて、弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、超音波処理ゾーンにおいて、より均一な平均滞留時間を経験するように、断面が矩形である。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］〜［００１１］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波処理ゾーンはさらに、本体のボア内のシャフトの周囲に部分的に延在する、固定インサートを備え、弧状の超音波処理流路は、シャフトと、固定インサートと、超音波ホーンの遠位端部と、ホーン通路との間に画定される。
【００１３】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］〜［００１２］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波の周波数は、１５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである。
【００１４】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］〜［００１３］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波の振幅は２ミクロン〜１００ミクロンである。
【００１５】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］〜［００１４］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、弧状の超音波処理流路における架橋プラスチック又は加硫ゴムの滞留時間は、６０秒未満である。
【００１６】
他の実施形態において、本発明は、段落［０００９］〜［００１５］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、弧状の超音波処理流路における架橋プラスチック又は加硫ゴムの滞留時間は、５秒未満である。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理を提供し、該処理は、バレルの中に第１のスクリュー及び第２のスクリューを有する２軸スクリュー押出機に、架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、第１のスクリューは、第１の軸を有し、第２のスクリューは、第２の軸を有する、送給するステップと、第１のスクリュー及び第２のスクリューの回転によって、バレルの中の超音波処理ゾーンに架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、超音波処理ゾーンは、本体であって、本体を通る第１のボアであって、第１のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、第１のボアと、本体を通る第２のボアであって、第２のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、第２のボアと、を含み、第１のボア及び第２のボアは、２軸ボアを形成するように重なり、また、２軸ボアの第１のボア及び第２のボアと連通しているホーン通路を含む、本体と、それとともに回転するように第１のスクリューに組み込まれる第１の円筒シャフトであって、第１の円筒シャフトの回転によって架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波処理ゾーンの中へ押し込む第１のスクリュー及び第２のスクリューの回転によって進行させるように、本体の第１のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第１の円筒シャフトと、それとともに回転するように第２のスクリューに組み込まれる第２の円筒シャフトであって、第２の円筒シャフトの回転によって架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波処理ゾーンの中へ押し込む第１のスクリュー及び第２のスクリューの回転によって進行させるように、本体の第２のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第２の円筒シャフトと、を含み、第１の円筒シャフト及び第２の円筒シャフトは、互いに接触しており、また、該ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、第１のシャフト及び第２のシャフトの上に整列され、第１のシャフト及び第２のシャフトから離間された遠位端部を有し、遠位端部は、二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように、第１のシャフト及び第２の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、二重弧状の超音波処理流路を通して架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、超音波ホーンによって発生される超音波によって、二重弧状の超音波処理流路で、架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、を含む。
【００１８】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］の処理を提供し、ここで、本体の第１のボア及び第２のボアは、チャネルが全くない。
【００１９】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］又は［００１８］の処理を提供し、ここで、超音波ホーンの遠位端部は、二重弧状の超音波処理流路を通して架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる該ステップにおいて、二重弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、より均一な超音波処理時間分布を経験するように、断面が矩形である。
【００２０】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］〜［００１９］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波処理ゾーンはさらに、本体の第１のボア内の第１のシャフト及び第２のボア内の第２のシャフトの周囲に部分的に延在する、１つ以上の固定インサートを備え、二重弧状の超音波処理流路は、第１のシャフトと、第２のシャフトと、１つ以上の固定インサートの少なくとも１つと、超音波ホーンの遠位端部と、ホーン通路との間に画定される。
【００２１】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］〜［００２０］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波の周波数は、１５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである。
【００２２】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］〜［００２１］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、超音波の振幅は、２ミクロン〜１００ミクロンである。
【００２３】
他の実施形態において、本発明は、段落［００１７］〜［００２２］のうちのいずれかの処理を提供し、ここで、弧状の超音波処理流路における架橋プラスチック又は加硫ゴムの滞留時間は、５秒未満である。
【００２４】
本発明はまた、バレルの中にスクリューを有し、スクリューが軸を有する、単軸スクリュー押出機も提供し、単軸スクリュー押出機は、バレルの中に超音波処理ゾーンを含むことを特徴とし、超音波処理ゾーンは、そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、それとともに回転するようにスクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、本体のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、該ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、円筒シャフトの上に整列され、円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、遠位端部は、弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように、シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を備える。
【００２５】
さらに別の実施形態において、本発明は、バレルの中に第１のスクリュー及び第２のスクリューを有し、第１のスクリューが第１の軸を有し、第２のスクリューが第２の軸を有する、２軸スクリュー押出機を提供し、２軸スクリュー押出機は、バレルの中に超音波処理ゾーンを含むことを特徴とし、超音波処理ゾーンは、本体であって、本体を通る第１のボアであって、第１のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、第１のボアと、本体を通る第２のボアであって、第２のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、第２のボアと、を含み、第１のボア及び第２のボアは、２軸ボアを形成するように重なり、また、２軸ボアの第１のボア及び第２のボアと連通しているホーン通路を含む、本体と、それとともに回転するように第１のスクリューに組み込まれる第１の円筒シャフトであって、本体の第１のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第１の円筒シャフトと、それとともに回転するように第２のスクリューに組み込まれる第２の円筒シャフトであって、本体の第２のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第２の円筒シャフトと、を含み、第１の円筒シャフト及び第２の円筒シャフトは、互いに接触しており、また、該ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、第１のシャフト及び第２のシャフトの上に整列され、第１のシャフト及び第２のシャフトから離間された遠位端部を有し、遠位端部は、二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように、第１の円筒シャフト及び第２の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従う単軸スクリュー押出機の概略側面図である。
【図２】線２−２に沿った、図１の単軸スクリュー押出機の超音波処理ゾーンの断面図である。
【図３】本発明に従う２軸スクリュー押出機の概略側面図である。
【図４】線４−４に沿った、図３の２軸スクリュー押出機の超音波処理ゾーンの断面図である。
【図５】本明細書で利用される超音波ホーンの一般的な側面図であり、冷却チャネルを示す図である。
【図６】本明細書の一実施例による、脱架橋ＬＤＰＥフィルムから作製した金型成形体の応力−歪み挙動のグラフである。
【図７】（ａ）過酸化物によって架橋した粉末状のＬＤＰＥフィルム、（ｂ）本発明に従う単軸スクリュー押出機から得られた脱架橋ＬＤＰＥペレット、及び（ｃ）図７（ｂ）のペレットから作製した、金型成形脱架橋ＬＤＰＥスラブの写真である。
【図８】本発明に従う２軸スクリュー押出機を通して処理した２００メッシュの粉砕全タイヤゴムの写真であり、最初の粉末形状の加硫ゴム、及び処理したゴム、すなわち、脱硫ゴムのスラブへの押出加工及び再形成を示す。
【図９】本発明に従う２軸スクリュー押出機を通して処理した４０メッシュの粉砕全タイヤゴムの写真であり、最初の粉末形状の加硫ゴム、及び処理したゴム、すなわち、脱硫ゴムのスラブへの押出加工及び再形成を示す。
【図１０】未使用の架橋ＨＤＰＥ（点線）及び脱架橋ＨＤＰＥ（実線）から作製した金型成形体の応力−歪み挙動のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ここで図１を参照すると、本発明に従う単軸スクリュー押出機が示され、符号１０で表される。この単軸スクリュー押出機１０は、架橋プラスチックを脱架橋し、ゴムを脱硫するために利用される。知られているように、単軸スクリュー押出機１０は、バレル１４に材料を送給するために使用されるホッパー１２を含み、該バレルは、ねじ山２０によってダイ２２に向かって材料を進行させるために、主駆動アセンブリ１８によって回転駆動される、単軸スクリュー１６を含む。本発明は、超音波処理ゾーン２４を提供することによって技術を発展させ、ここで、単軸スクリュー押出機１０を通って進行する架橋プラスチック又は加硫ゴムは、超音波で処理され、それによって、脱架橋又は脱硫される。知られているように、押出機１０は、複数のゾーンを有することができ、各ゾーンは、所望の温度に維持される。本発明は、特に超音波処理ゾーン２４を対象とする。
【００２８】
単軸スクリュー１６が示されているが、バレル１４では、他の構造、例えば、ＵＣＣミキサー、溶融遊星型ミキサー等が利用され得ることが認識されるであろう。超音波処理ゾーン２４の後には、ダイ２２を通した押出のために、脱架橋プラスチックをさらに剪断し、それを可塑化するために、可塑化区間２２が利用され得る。必須ではないが、押出機１０は、押出機の混合要素のオプションを視覚的に示すために、可塑化区間２６の中に溶融遊星型ミキサー２８を示す。押出機の一般用途は知られており、本発明は特に、新規な超音波処理ゾーン２４を対象としており、これは、図２の断面図を参照してより具体的に開示される。
【００２９】
図２を参照すると、超音波処理ゾーン２４は、そこを貫通して延在し、ボア軸３４を画定するボア３２を有する、本体３０を含むことが分かる。本体３０はまた、ボア３２と連通するように本体を通って延在する、ホーン通路３６を含む。円筒シャフト３８は、ボア３２の中にあり、具体的な実施形態において、それと同軸である。すなわち、いくつかの実施形態において、シャフト３８の軸は、ボア軸３４上にある。円筒シャフト３８は、円筒シャフト３８が本体３０のボア３２の中で回転するように、（それとともに形成する、又はそれにキーで固定することによって）スクリュー１６に組み込まれ、スクリュー１６とともに回転する。特に、円筒シャフト３８は、シャフトの回転自体によって材料（すなわち、架橋プラスチック又は加硫ゴム）を進行させるのではなく、材料に超音波処理ゾーン２４を通過させる、スクリュー１６及びそのねじ山２０の回転によって進行させるように、超音波処理ゾーン２４内にいかなるねじ山も含まない。ねじ山のないシャフト３８は、それでも、材料を剪断する。ボア３２の内面は、いかなるチャネルも有しないことに留意されたい。
【００３０】
図２で示されるこの特定の実施形態において、円筒シャフト３８は、ボア３２の内面と円筒シャフト３８の外面との間で円筒シャフト３８の周囲に部分的に延在する、固定インサート４０内で回転する。ボア３２は円筒で示されているが、特に固定インサート４０が利用される場合、円筒である必要はない。しかしながら、本体３０は、固定インサート４０が必要でなくなるように、円筒シャフト３８と密接に係合するように成形加工され得ることを認識されたい。固定インサート４０はまた、アセンブリを容易にするために、複数の部品で提供され得る。
【００３１】
超音波ホーン４２は、ホーン通路３６の中へ延在し、円筒シャフト３８の上に整列される。図１を参照すると、ホーン４２が超音波処理ゾーンで超音波エネルギーを送達するように、電源４４及び変換器４６が、超音波周波数範囲の振動エネルギーを提供することが分かる。超音波ホーン４２は、弧状の超音波処理流路５０の一部分を画定するように、弧状部分５２において、円筒シャフト３８から離間され、それに相補的に成形加工される、遠位端部４８を含む。「相補的に成形加工される」は、遠位端部４８の湾曲が、シャフトの湾曲を密接に模倣するが、同一の湾曲が特に必要とされるわけではないことを意味することを認識されたい。いくつかの実施形態において、遠位端部４８の湾曲は、ホーン４２の遠位端部４８が円筒シャフト３８の直上に密接に嵌合し得、（押出機を動作させるために、空隙が必要であるが）それらの間にいかなる空隙も提供しないように、シャフト３８の湾曲と同一となる。しかしながら、ホーン４２の真下に弧状の超音波処理流路５０を提供し、材料の質量全体が超音波で処理される程度の小さい空隙を通して、材料にホーンの下を通過させることを必要とすることを意図するときには、湾曲の変形例が許容される。示される特定の実施形態において、弧状の超音波処理流路５０は、円筒シャフト３８と、固定インサート４０と、超音波ホーン４２の遠位端部４８と、ホーン通路３６との間に画定されることが認識されるであろう。さらに、遠位端部４８は、弧状部分５２を含む一方で、弧状部分５２から横方向に延在する平面脚部５３、５４も含み得る。
【００３２】
ホーン４２は、双頭矢印Ａ１で表されるように、円筒シャフト３８に接近し、且つそこから離れるように移動可能である。ホーン４２は、適切なシール４３を過ぎて移動し、該シールは、ホーン４２とホーン通路３６の壁との間の材料の流れを制止する役割を果たす。一実施形態において、シール４３は、ホーン通路３６の中の陥凹内に嵌合される、高温黒鉛充填ポリイミドである。ホーン４２が円筒シャフト３８から離れるように移動することによって、ホーン４２の弧状部分５２の頂点と円筒シャフト３８の頂点との間に、空隙ｇ１が画定される。遠位端部４８の弧状部分５２が円筒シャフト３８の湾曲と同一である実施形態において、この空隙ｇ１は、シャフト３８の円周に沿って一定のままであるが、弧状部分５２が同一でない実施形態では、空隙が若干変動することが認識されるであろう。脚部５３、５４での空隙は、存在するときには類似するが、頂点で空隙ｇ１と同一である必要はない。特定の実施形態において、空隙ｇ１は、０．１〜１５ミリメートル（ｍｍ）の範囲である。他の実施形態において、空隙ｇ１は、０．２〜１０ｍｍの範囲であり、他の実施形態では０．５〜５ｍｍであり、また、他の実施形態では１〜３ｍｍの範囲である。さらに、空隙は、シャフト３８の円周に沿って変動し得るが、全ての場所において１５ｍｍ未満を維持するべきであり、他の実施形態では１０ｍｍ未満、他の実施形態では５ｍｍ未満、他の実施形態では３ｍｍ未満、また、他の実施形態では２ｍｍ未満を維持するべきである。空隙はまた、全ての場所において０．１ｍｍより大きくするべきであり、他の実施形態では０．２ｍｍより大きく、他の実施形態では１ｍｍより大きく、また、他の実施形態では２ｍｍより大きくするべきである。
【００３３】
材料は、ホーン４２の下の滞留時間、すなわち、弧状の超音波流路５０での滞留時間が１〜６０秒であるような送給速度で、スクリュー１６によって進行させられる。他の実施形態において、滞留時間は、６０秒未満であり、他の実施形態では３０秒未満であり、他の実施形態では１５秒未満であり、他の実施形態では１０秒未満であり、他の実施形態では５秒未満であり、他の実施形態では２秒未満であり、また、他の実施形態では１秒未満である。
【００３４】
超音波ホーン４２は、好ましくは、１５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの周波数で動作する。他の実施形態において、ホーン４２は、好ましくは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで動作し、他の実施形態では２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚで動作し、また、他の実施形態では２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚで動作する。超音波ホーン４２は、好ましくは、２ミクロン〜５０ミクロンの振幅で動作する。他の実施形態において、ホーン４２は、好ましくは、５ミクロン〜３０ミクロンの振幅で動作し、また、他の実施形態では５ミクロン〜２０ミクロンの振幅で動作する。
【００３５】
図５を参照すると、ホーン４２は、好ましくは水冷式である。ホーン４２を冷却するために、内部チャンバ４５がホーン４２の中に形成され、チャンバ４５に水を送給するために、給水管４７が提供される一方で、チャンバ４５からの水の流れを受けるために、排水管４９が提供される。チャンバ４５は、中央に位置し、ホーン４２の高さのかなりの部分に沿って延在して、高さに沿った水の循環を可能にし、効率的な冷却を提供する。特に、好ましい実施形態において、給水管４７及び排水管４９は、給水口及び排水口に損傷を与える可能性を低減させるように、ホーンの節点、すなわち、超音波の振幅がゼロである場所に位置付けられる。水は、ホーン４２の熱を低減させるために、任意の適切な温度で送給され得る。一般的に、水は、１０〜９０℃の範囲であり得る。
【００３６】
ホーン４２が円筒である場合、ホーン４２の下の弧状の超音波処理流路５０を通って流れる材料の滞留時間は、材料の任意の所与の容積によって大幅に変動し得ることが認識されるであろう。特に、ホーン４２は、円筒である場合、（材料の流れの方向に対して）その中心で最大幅を有し、その幅は、（図２の断面に関して）中心から右又は左に向かって移動する位置を考えたときに、流れの方向に沿って減少する。ホーンの最大幅部分の下を通過する材料は、より長い超音波処理時間（すなわち、ホーンの下でのより長い滞留時間）を有する。従って、特定の実施形態において、ホーン４２は、弧状の超音波処理流路５０を通って進行する材料の容積が、より均一な超音波処理時間分布を経験するように、矩形の断面で作成される。さらに、弧状部分５２は、矩形のホーンの一方の側壁から、反対側の側壁まで延在するが、これは、一方の隅部から反対側の隅部まで延在する、米国特許第６，０９５，４４０号の螺旋弧状部分とは対照的であることに留意されたい。本ホーンの構造は、特に脚部５３、５４を含むときに、より頑健である。
【００３７】
本図は、超音波処理ゾーン２４に１つのホーン４２が示されているが、複数のホーンが利用され得ることに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態において、本体３０を通って下方に延在するホーン通路３６に進入するホーン４２について示される一般的な構造は、本体を通って上方に、又は左もしくは右からも延在するホーン通路に進入する第２のホーンのために繰り返され得る。さらに、２つ以上の超音波処理ゾーン２４が、バレル１４の長さに沿って配置され得る。
【００３８】
超音波処理ゾーン２４から、いかなるねじ山も含まない円筒シャフト３８は、６０（図１）においてねじ山付きシャフトに固定されるか、又は別様にはそれに組み込まれる。超音波処理ゾーン２４から押し出される脱架橋プラスチック又は脱硫ゴムは、それによって、ダイ２２に進行し、ここで、本明細書に記載されるパラメータに従って適切に処理された場合、材料は、未使用のプラスチック又はゴム材料とほぼ同じ、連続したロープ状の押出物を形成する。既に述べたように、押出機１０は、符号２８で表される溶融遊星型ミキサー等の、複数の混合区間を含み得る。
【００３９】
上で開示された構造によって、架橋プラスチックを脱架橋するための、及び加硫ゴムを脱硫するための処理は、バレル１４の中にスクリュー１６を有するスクリュー押出機１０に、架橋プラスチック又は加硫ゴム（本明細書では、集合的に「材料」と称される）を送給することを含む。材料は、スクリュー１６の回転によって、バレル１４の中の超音波処理ゾーン２４に進行する。超音波処理ゾーンは、そこを貫通してボア軸を画定するボア３２を有する、本体３０を含む。本体３０はまた、ボア３２と連通しているホーン通路３６も有する。円筒シャフト３８は、それとともに回転するようにスクリュー１６に組み込まれ、本体３０のボア３２の中で回転する。シャフトは、シャフト３８の回転によって材料を進行させるのではなく、材料を超音波処理ゾーン２４の中へ押し込むスクリュー１６の回転によって進行させるように、いかなるねじ山も備えない。超音波ホーン４２は、ホーン通路３６の中へ延在し、円筒シャフト３８の上に整列される。超音波ホーン４２は、円筒シャフト３８から離間された遠位端部４８を有し、遠位端部４８は、弧状の超音波処理流路５０の一部分を画定するようにシャフト３８に対して相補的に成形加工される。
【００４０】
材料は、弧状の超音波処理流路５０を通して進行され、超音波ホーン４２によって発生される超音波によって、弧状の超音波処理流路５０において超音波で処理される。処理は、本明細書で開示される滞留時間、周波数及び振幅に従う。その結果、架橋プラスチックが脱架橋されるか、又は加硫ゴムが脱硫される。
【００４１】
ここで図３を参照すると、本発明に従う２軸スクリュー押出機が示され、符号１１０で表される。この２軸スクリュー押出機１０は、図１及び図２の単軸スクリュー押出機１０と若干類似しているが、２つのシャフト１３８ａ、１３８ｂが存在するため、超音波処理ゾーン１２４でのその構造がやや複雑である。類似しているため、同様の部品には、同様だが１００増加させた符号が与えられる。２軸スクリュー押出機１１０は、架橋プラスチックを脱架橋するために、及び加硫ゴムを脱硫するために利用される。知られているように、２軸スクリュー押出機１１０は、バレル１１４に材料を送給するために使用されるホッパー１１２を含み、該バレルは、知られているように、２つの噛合スクリューを含むが、図３の側面図には１つのスクリュー１１６だけが見えている。２つの連続したスクリューが利用され得るが、モジュール式の２軸スクリュー要素を有する２軸スクリュー押出機が一般的に利用されることが認識されるであろう。本明細書では、超音波処理ゾーン１２４に注目する。スクリューは、ねじ山１２０によってダイ１２２に向かって材料を進行させるために、主駆動アセンブリ１１８によって回転駆動される。本発明は、超音波処理ゾーン１２４を提供することによって技術を発展させ、ここで、２軸スクリュー押出機１１０を通って進行する加硫ゴム又は架橋プラスチックは、超音波で処理され、それによって、脱硫（ゴム）又は脱架橋（プラスチック）される。知られているように、押出機１１０は、複数のゾーンを有することができ、各ゾーンは、所望の温度に維持される。本発明は、特に超音波処理ゾーン１２４を対象とする。
【００４２】
１１６において基本的なスクリュー構造だけが示されているが、バレル１１４では、他の構造が利用され得、例えば、モジュール式のスクリュー要素を有するスクリューが利用され得ることが認識されるであろう。２軸スクリュー押出機の一般用途は知られており、本発明は特に、新規な超音波処理ゾーン１２４を対象としており、これは、図４の断面図を参照してより具体的に開示される。
【００４３】
図４を参照すると、超音波処理ゾーン１２４は、そこを貫通して延在し、ボア軸１３４ａを画定する第１のボア１３２ａと、そこを貫通して延在し、且つボア軸１３４ｂを画定する第２のボア１３２ｂとを有する、本体１３０を含み、第１のボア１３２ａ及び第２のボア１３２ｂは、２軸ボア１３５を形成するように重なっていることが分かる。本体１３０はまた、２軸ボア１３５と連通するように本体を通って延在し、第１のボア１３２ａ及び第２のボア１３２ｂの双方の上に整列される、ホーン通路１３６を含む。第１の円筒シャフト１３８ａは、第１のボア１３２ａの中にあり、具体的な実施形態において、それと同軸である。すなわち、いくつかの実施形態において、第１のシャフト１３８ａの軸は、ボア軸１３４ａ上にある。円筒シャフト１３８は、円筒シャフト１３８ａが本体１３０の第１のボア１３２ａの中で回転するように、（それとともに形成する、又はそれにキーで固定することによって）スクリュー１１６に組み込まれて、スクリュー１１６とともに回転する。第２の円筒シャフト１３８ｂは、第２のボア１３２ｂの中にあり、具体的な実施形態において、それと同軸である。すなわち、いくつかの実施形態において、第２のシャフト１３８ｂの軸は、ボア軸１３４ｂ上にある。第２の円筒シャフト１３８ｂは、第２の円筒シャフト１３８ｂが本体１３０の第２のボア１３２の中で回転するように、（それとともに形成する、又はそれにキーで固定することによって）図３で示されないスクリューに組み込まれ、そのスクリューとともに回転する。特に、第１の円筒シャフト１３８ａも、第２の円筒シャフト１３８ｂも、シャフト１３８ａ、１３８ｂの回転自体によって材料（すなわち、架橋プラスチック）を進行させるのではなく、材料に超音波処理ゾーン１２４を通過させる、スクリュー１１６（及びもう一方の見えていないスクリュー）及びそれらのねじ山１２０の回転によって進行させるように、超音波処理ゾーン１２４内にねじ山を含まない。ねじ山のないシャフト１３８ａ、１３８ｂは、それでも、材料（すなわち、架橋プラスチック又は加硫ゴム）を剪断する。ボア１３２の内面は、いかなるチャネルも有しないことに留意されたい。シャフトは、地点１３９において接触するように成形加工され、離間される。シャフト１３８ａ、１３８ｂは、図４でシャフト上に記された実線の矢印で表されるように、同じ方向に回転し得、又は、シャフト１３８ａ上に記された実線の矢印及びシャフト１３８ｂ上に記された破線の矢印で表されるように、反対方向に回転し得る。
【００４４】
図３で示されるこの特定の実施形態において、第１の円筒シャフト１３８ａは、ボア１３２ａの内面と第１の円筒シャフト１３８ａの外面との間で第１の円筒シャフト１３８ａの周囲に部分的に延在する、固定インサート１４０ａ内で回転する。同様に、第２の円筒シャフト１３８ｂは、ボア１３２ｂの内面と第２の円筒シャフト１３８ｂの外面との間で第２の円筒シャフト１３８ｂの周囲に部分的に延在する、固定インサート１４０ｂ内で回転する。第１のボア１３２ａ及び第２のボア１３２ｂは、どちらも円筒で示されているが、特に固定インサート１４０ａ及び１４０ｂが利用される場合、円筒である必要はない。しかしながら、本体１３０は、固定インサート１４０ａ、１４０ｂが必要でなくなるように、第１の円筒シャフト１３８ａ及び第２の円筒シャフト１３８ｂと密接に係合するように成形加工され得ることを認識されたい。しかしながら、固定インサート１４０ａ、１４０ｂの使用は、アセンブリを容易にする。複数のインサートの代わりに、単一のインサートが利用され得る。要するに、本発明の一実施形態では、１つ以上の固定インサートが利用されるが、他の実施形態では、固定インサートは利用されない。
【００４５】
超音波ホーン１４２は、ホーン通路１３６の中へ延在し、第１の円筒シャフト１３８ａ及び第２の円筒シャフト１３４ｂ双方の上に整列される。図３を参照すると、ホーン１４２が超音波処理ゾーンで超音波エネルギーを送達するように、電源１４４及び変換器１４６が、超音波周波数範囲の振動エネルギーを提供することが分かる。超音波ホーン１４２は、二重弧状の超音波処理流路１５０の一部分を画定するように、弧状部分１５２ａ及び弧状部分１５２ｂにおいて、第１の円筒シャフト１３４ａ及び第２の円筒シャフト１３４ｂから離間され、それらの双方に相補的に成形加工される、遠位端部１４８を含む。「相補的に成形加工される」は、遠位端部１４８の湾曲が、第１のシャフト１３４ａ及び第２のシャフト１３４ｂの双方の湾曲を密接に模倣するが、同一の湾曲が特に必要とされるわけではないことを意味することを認識されたい。実際に、ホーン１４２が、第１のシャフト１３８ａ及び第２のシャフト１３８ｂが接触する領域、すなわち、近接地点１３９の上に整列する場所で、ホーン１４２は、平面接合部分１５５を有する。いくつかの実施形態において、ホーン１４２の遠位端部１４８が円筒シャフト３８の頂部の直上に密接に嵌合し得、平面接合部分１５５を除いて、それらの間にいかなる空隙も提供しないように、遠位端部１４８の弧状部分１５２ａの湾曲は、シャフト１３８ａの湾曲と同一となり、また、遠位端部１４８の弧状部分１５２ｂの湾曲は、シャフト１３８ｂの湾曲と同一となる。しかしながら、二重弧状の超音波処理流路１５０を提供することを意図するときには、湾曲の変形例が許容される。示される特定の実施形態において、二重弧状の超音波処理流路１５０は、第１の円筒シャフト１３８ａと、第２の円筒シャフト１３８ｂと、第１の固定インサート１４０ａと、第２の固定インサート１４０ｂと、超音波ホーン１４２の遠位端部１４８と、ホーン通路１３６との間に画定されることが認識されるであろう。さらに、遠位端部１４８は、第１弧状部分１５２ａ及び第２の弧状部分１５２ｂを含む一方で、弧状部分１５２ａ及び１５２ｂから横方向に延在する平面脚部１５３、１５４も含み得る。
【００４６】
ホーン１４２は、双頭矢印Ａ２で表されるように、円筒シャフト１３８ａ、１３８ｂに接近し、且つそこから離れるように移動可能である。ホーン１４２は、適切なシール１４３を過ぎて移動し、該シールは、ホーン１４２とホーン通路１３６の壁との間の材料の流れを制止する役割を果たす。一実施形態において、シール１４３は、ホーン通路１３６の陥凹内に嵌合される、高温黒鉛充填ポリイミドである。ホーン１４２が円筒シャフト１３８ａ、１３８ｂから離れるように移動することによって、ホーン１４２の弧状部分１５２ａの頂点と第１の円筒シャフト１３８ａの頂点との間に空隙ｇ２が画定され、また、ホーン１４２の弧状部分１５２ｂの頂点と第２の円筒シャフト１３８ｂとの頂点に空隙ｇ３が画定される。弧状部分１５２ａが円筒シャフト１３８ａの湾曲と同一である実施形態において、空隙ｇ２は、シャフト１３８ａの円周の大部分に沿って一定のままであるが、弧状部分１５２ａが同一でない実施形態では、空隙が若干変動することが認識されるであろう。これは、空隙ｇ３にもあてはまる。特定の実施形態において、シャフト１３８ａ、１３８ｂ及び弧状部分１５２ａ、１５２ｂは、空隙ｇ２が空隙ｇ３と同じであるようにサイズ決定される。脚部５３、５４での空隙は、存在するときには類似するが、空隙ｇ２及びｇ３と同一である必要はない。接合部分１５５の下の空隙は、２つのシャフト１３８ａ、１３８ｂが互いに接触する方向に延在するように形成される空間のため、より大きくなることが認識されるであろう。
【００４７】
２軸スクリュー押出機１１０に関して、空隙ｇ２及びｇ３のサイズは、図１及び図２の単軸スクリュー押出機１０について上で説明したものと同じ範囲を有し得ることに留意されたい。同様に、ホーン１４２の下の滞留時間、すなわち、二重弧状の超音波流路１５０での滞留時間、及び超音波ホーン１４２の周波数及び振幅は、上で説明したものと同じであり得る。図５に関して上で述ベたように、ホーン１４２も、好ましくは水冷式である。
【００４８】
ホーン４２と同様に、ホーン１４２は、二重弧状の超音波処理流路１５０を通って進行する材料の容積が、より均一な超音波処理時間分布を経験するように、いくつかの実施形態において、断面が矩形であることが認識されるであろう。さらに、弧状部分１５２は、矩形のホーンの一方の側壁から反対側の側壁まで延在することに留意されたい。本ホーンの構造は、特に脚部１５３、１５４を含むときに、より頑健である。
【００４９】
本図は、超音波処理ゾーン１２４に１つのホーン１４２を示しているが、複数のホーンが利用され得ることに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態において、本体１３０を通って下方に延在するホーン通路１３６に進入するホーン１４２について示される一般的な構造は、本体を通って上方に、又は、左もしくは右から進入するものは一方のシャフトとだけ接触するが、左もしくは右からも延在するホーン通路に進入する第２のホーンのために繰り返され得る。さらに、２つ以上の超音波処理ゾーン１２４が、バレル１１４の長さに沿って配置され得る。
【００５０】
超音波処理ゾーン１２４から、いかなるねじ山も含まない円筒シャフト１３８ａ、１３８ｂは、１６０（図３）においてねじ山付きシャフトに固定されるか、又は別様にはそれに組み込まれる。超音波処理ゾーン１２４から押し出される脱架橋プラスチック又は脱硫ゴムは、それによって、ダイ１２２に進行し、既に述べたように、押出機１１０はモジュール式のスクリュー要素を含み得る。
【００５１】
上で開示された構造によって、架橋プラスチックを脱架橋するための、又はゴムを脱硫するための処理は、バレル１１４の中に２軸スクリューを有するスクリュー押出機１１０に、架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給することを含む。この処理の開示の残部について、架橋プラスチック及び加硫ゴムは、単に「材料」と称される。材料は、２軸スクリューの回転によって、バレル１１４の中の超音波処理ゾーン１２４に進行する。超音波処理ゾーンは、そこを貫通して、接合された第１のボア１３２ａ及び第２のボア１３２ｂを形成する２軸ボア１３５を有する、本体１３０を含む。本体１３０はまた、２軸ボア１３５と連通しているホーン通路１３６も有する。第１の円筒シャフト１３８ａは、それとともに回転するように２軸スクリューの第１のスクリュー１１６に組み込まれ、本体１３０のボア１３２ａの中で回転する一方で、第２の円筒シャフト１３８ｂは、それとともに回転するように２軸スクリューの第２のスクリュー（図示せず）に組み込まれ、本体１３０のボア１３２ｂの中で回転する。シャフト１３８ａ、１３８ｂは、シャフト１３８ａ、１３８ｂの回転によって材料を進行させるのではなく、材料を超音波処理ゾーン１２４の中へ押し込む２軸スクリューの回転によって進行させるように、いかなるねじ山も備えない。超音波ホーン１４２は、ホーン通路１３６の中へ延在し、第１の円筒シャフト１３８ａ及び第２の円筒シャフト１３８ｂの上に整列される。超音波ホーン１４２は、第１の円筒シャフト１３８ａ及び第２の円筒シャフト１３８ｂから離間された遠位端部１４８を有し、遠位端部１４８は、二重弧状の超音波処理流路１５０の一部分を画定するように、第１の円筒シャフト１３８ａ及び第２の円筒シャフト１３８ｂに対して相補的に成形加工される。
【００５２】
材料は、二重弧状の超音波処理流路１５０を通して進行され、超音波ホーン１４２によって発生される超音波によって、弧状の超音波処理流路１５０において超音波で処理される。処理は、本明細書で開示される滞留時間、周波数及び振幅に従う。その結果、材料は、加硫ゴムの場合には脱硫され、架橋プラスチックの場合には脱架橋される。
【実施例】
【００５３】
単軸スクリュー押出機による架橋プラスチックの脱架橋
ジクミルペルオキシドによって架橋した低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）フィルム膜を、本明細書で教示される超音波処理ゾーンを含む単軸スクリュー押出機で脱架橋した。製造業者から得た私有の廃棄架橋ＬＤＰＥフィルムを、撹拌型２軸スクリュー送給機によって、１ポンド（約４５３．６グラム）／時間の送給速度で、本発明の単軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給し、１００ｒｐｍの速度でスクリューを回転させることによって、超音波処理ゾーンに進行させた。弧状の超音波処理流路において、ホーンの湾曲の頂点とスクリューに組み込まれたシャフトの頂点との間の空隙は、２．５ｍｍであった。この流速及び流路断面で、超音波処理ゾーンにおける滞留時間は、７．０秒であった。ホーンは、２０ｋＨｚの周波数及び１０μｍの振幅で動作させた。バレルの温度は、送給区間で１６０℃に、また、全ての他のゾーンで１８０℃に設定した。ＬＤＰＥを過熱させることを回避するために、ホーンの温度は、２５００ｃｃ／分の流速を伴う８０℃の水で冷却することによって調整した。ＬＤＰＥは、弧状の超音波処理流路を進行させ、そこで、超音波処理を受けさせ、シャフトの回転動作によって剪断した。超音波処理ゾーンの前後の超音波電力消費、押出圧力、及び温度は、データ取得システムを通してコンピュータによって記録した。トルクは、押出機のモーターの電力消費から読み出した。
【００５４】
そのような処理の後、脱架橋ＬＤＰＥは、可塑化区間を通して進行させ、ダイを通して押出加工し、そして、さらなる特徴付け及び成形加工のためにペレット化した。予想外に、押出物は、一般的に未使用のプラスチックの場合に経験する、連続したロープの形態であった。必要に応じて、適切な成形加工ダイを取り付けることによって、押出機の出口で直ちに成形加工を行うことができる。超音波処理ゾーンの圧力及び滞留時間は、流速、ダイの寸法、及び弧状の超音波処理ゾーンにおける空隙を変動させることによって、変動させることができる。これらは、超音波の動作を決定する、重要な変数である。また、温度及び超音波振幅等の他の処理パラメータも変動させることができる。
【００５５】
ジクミルペルオキシドで架橋したＬＤＰＥフィルムに関して得られた結果は、非常に有望なものである。具体的には、押出物は、一般的に未使用のプラスチックの場合に経験する、連続したロープの形態であった。図７は、（ａ）に、最初の架橋ＬＤＰＥフィルムの写真を示し、（ｂ）に、ダイの出口で収集したペレットを示し、（ｃ）に、圧縮金型加工してスラブを形成した脱架橋ＬＤＰＥに示す。明らかに、超音波で脱架橋したＬＤＰＥは、さらなる試験のための製品に容易に成形加工される、良好な流動性を示した。意外なことに、金型成形した脱架橋ＬＤＰＥスラブは、その可撓性を保持し、本設計（図１）の押出機における熱劣化が顕著でなかったことを示した。
【００５６】
図６は、２０ｍｍ／分の伸長速度で試験した、金型成形した脱架橋ＬＤＰＥ試料の応力−歪み曲線を示す。このデータが、脱架橋ＬＤＰＥの金型成形体が、約２５ＭＰａの引張強度及び約５５０％の破断伸びを呈し、非常に強靭であることを示すことは、注目すべきことであり、また予想外であった。元々の架橋ＬＤＰＥフィルムの機械的性質は、製造業者によって提供されなかった。また、発明者らは、提供されたフィルムが破砕された形態であったので、元々のフィルムの機械的性質を測定することができなかった。従って、発明者らは、脱架橋ＬＤＰＥの引張性質を、１．５重量％の過酸化物によって架橋した元々のＬＤＰＥ金型成形体に関する文献から入手した引張性質と比較した。引張性質は、具体的には、Khonakdar H. A., et al., Mechanical Properties of Uncrosslinked and Chemically Crosslinked Polyethylene/Ethylene Vinyl Acetate Copolymer Blends., J. Appl. Polym. Sci. 2007; 103: 3261-3270から得たが、その中で、架橋金型成形体は、９．９ＭＰａの引張強度及び３０７％の破断伸びを有することが示されている。明らかに、本実施例で作製される金型成形体は、非常に高い引張強度及び破断伸びを呈する。より良好な機械的性質を得るために、超音波押出機は、超音波処理ゾーンにおけるＰＥの過熱を制御しなければならない。この超音波押出機の改良設計は、本明細書で開示される冷却チャンバを通して、超音波ホーンの十分に制御された冷却を提供する。
【００５７】
２軸スクリュー押出機による架橋プラスチックの脱架橋
１％のジクミルペルオキシドで架橋した高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を粉砕して、本発明に従う超音波処理ゾーンを有する２軸スクリュー押出機に送給した。粉砕ＨＤＰＥは、２軸スクリュー送給機によって、１．１ｌｂ（約４９９ｇ）／時間の送給速度で、超音波２軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給した。２軸スクリュー押出脱硫処理は、図３及び図４で概略的に表される。使用した２軸スクリュー押出機は、モジュール式の共回転２軸スクリュー押出機（Ｐｒｉｓｍ）である。それは、１６ｍｍの直径及びＬ／Ｄ＝２５を有する。ＨＤＰＥは、送給機によって入口区間に送給し、２００ｒｐｍの速度で共回転するスクリューによって進行させた。この押出機は、温度及び回転速度の正確な制御を提供し、ホーン温度は、４５℃の温度でサーモスタットから送達される水によって制御される。２軸スクリュー押出機の送給区間を通過させた後に、ＨＤＰＥには、超音波処理ゾーンを通過させ、そこで、４０ｋＨｚの周波数及び１０μｍの振幅を伴う超音波を受けさせた。この区間では、ＨＤＰＥを脱架橋し、次いでさらに可塑化し、そして円形穴を有するダイを通して押し出した。バレルの中の温度設定は、送給区間で１９０℃、また、ダイ領域を含む全ての他の区間で２００℃であった。応力−歪み結果は、図１０で示され、処理したプラスチックを未使用のプラスチックと比較する。
【００５８】
２軸スクリュー押出機によるゴムの脱硫
粉末状の全タイヤ加硫ゴムを、本発明に従う超音波処理ゾーンを有する２軸スクリュー押出機で脱硫した。４０及び２００のメッシュサイズの粉末を使用し、粉末は、製造業者（Lehigh Technologies、耐用年数を経過したタイヤに由来する、微粉化されたゴム粉末）から得た。２００メッシュの粉末を、２軸スクリュー送給機によって、１．５ｌｂ（約６８０．４ｇ）／時間の送給速度で、超音波２軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給した。２軸スクリュー押出脱硫処理は、図３及び図４で概略的に表される。使用した２軸スクリュー押出機は、モジュール式の共回転２軸スクリュー押出機（Ｐｒｉｓｍ）である。それは、１６ｍｍの直径及びＬ／Ｄ＝２５を有する。全タイヤゴム粉末は、送給機によって入口区間に送給した。粉末は、２００ｒｐｍの速度で共回転するスクリューによって進行させた。この押出機は、温度及び回転速度の正確な制御を提供し、ホーン温度は、９０℃の温度でサーモスタットから送達される水によって制御される。２軸スクリュー押出機の送給区間を通過した後に、タイヤゴム粉末には、超音波処理ゾーンを通過させ、そこで、３．５、５、７．５、１０、及び１３μｍの種々の振幅で４０ｋＨｚの周波数を伴う超音波を受けさせた。この区間では、ゴム粉末を脱硫し、次いでさらに可塑化し、そして円形穴を有するダイを通して押し出した。バレルの中の温度設定は、送給区間で１５０℃、また、ダイ領域を含む全ての他の区間で１８０℃であった。興味深いことに、超音波の印加を伴わない、円形ダイを出たゴムは、元々のゴム粉末と類似した粉末形態であった。３．５μｍの超音波振幅で、２００メッシュのタイヤゴム粉末に関して行った実験は、粉末が、流動性材料に変換されることを示し、ダイを出た押出物は、粗く、非常に変形した表面を呈する。超音波振幅を５μｍまで増加させると、表面の凸凹が減少し、最終的には、７．５、１０、及び１３μｍの振幅で、表面の凸凹が予想外に小さくなり、よって、脱硫ゴムは、未使用の未加硫ゴム化合物に典型的な、連続した滑らかな押出物としてダイを出た。
【００５９】
図８は、以下の脱硫条件で処理した、２００メッシュの粉砕ゴムタイヤ（ＧＲＴ）の（ａ）最初のタイヤゴム粉末、（ｂ）脱硫ゴムの押出物、（ｃ）硬化剤と混合した圧縮金型加工したスラブ、及び（ｄ）加硫ゴムスラブの写真を示す。送給速度：０．１９グラム／秒、超音波振幅：１３μｍ、周波数：４０ｋＨｚ、超音波空隙（ｇ２／ｇ３）：２．５ミリメートル、及び送給区間からダイまでの種々の押出機ゾーンでの温度：１００／１８０／１８０／１８０／１６０／１５０℃。
【００６０】
加えて、脱硫実験を、２００メッシュのゴムの場合と同じ温度設定を使用して、１．５ｌｂ（約６８０．４ｇ）／時間の流速で、４０メッシュのタイヤゴム粉末に関して行った。超音波周波数は、３．５、５、７．５、１０、及び１３μｍの種々の振幅で、４０ｋＨｚであった。この場合、ダイを出たゴムは、粉末形態であったが、いくらかの軟らかさ及び粘着性を呈した。しかしながら、１０μｍの振幅まで、容易に壊れる、固まっていない押出物であった。１３μｍの振幅だけで、連続した滑らかな押出物が得られた。図９は、以下の脱硫条件で処理した、４０メッシュの粉砕ゴムタイヤ（ＧＲＴ）の（ａ）最初のタイヤゴム粉末、（ｂ）脱硫ゴムの押出物、（ｃ）硬化剤と混合した圧縮金型加工したスラブ、及び（ｄ）加硫ゴムスラブの写真を示す。送給速度：０．１９グラム／秒、超音波振幅：１３μｍ、周波数：４０ｋＨｚ、超音波空隙（ｇ２／ｇ３）：２．５ミリメートル、及び送給区間からダイまでの種々の押出機ゾーンでの温度：１００／１８０／１８０／１８０／１６０／１５０℃。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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