(57)【要約】【課題】混練作業の効率を高めるとともに、混練品の品質を高める。【解決手段】少なくとも結合材と配合剤を含有した混合粉粒体物をオープン２本ロール型連続式混練機１で混練する際に、混合粉粒体物を圧縮固化し、固形にした状態でオープン２本ロール型連続式混練機１へ供給する。混合粉粒体物の圧縮固化作業には圧縮固化装置２が用いられる。圧縮固化装置２は、水平で平行に配置され、互いに逆方向に回転し、一方が他方に対して間隔を狭める方向へ移動可能な２本のロール６、７と、このロール６、７の上方に配置されてロール６、７間に混合粉粒体物を押し込む回転可能なスクリュー５を備えたホッパー４とから構成される。ホッパー４内の混合粉粒体物は、スクリュー５の回転によってホッパー４の排出口からロール６、７間に供給され、ロール６、７間で圧縮固化された後に、オープン２本ロール型連続式混練機１に供給されて混練される。【選択図】        図１
2004290732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも結合材と配合剤を含有した混合粉粒体物をオープン２本ロール型連続式混練機で混練する際に、該混合粉粒体物を圧縮固化し、固形にした状態でオープン２本ロール型連続式混練機へ供給して溶融混練することを特徴とする混合粉粒体物の混練方法。
【請求項２】
水平で平行に配置され、互いに逆方向に回転し、少なくとも一方が他方に対して間隔を狭める方向へ移動可能な２本のロールと、該２本のロールの上方に配置されて、該２本のロール間に混合粉粒体物を押し込む回転可能なスクリューを備えたホッパーとから構成された圧縮固化装置を用い、該圧縮固化装置により混合粉粒体物を圧縮固化することを特徴とする請求項１に記載の混合粉粒体物の混練方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴムや樹脂等の結合材と顔料や充填材等の配合剤を含有した混合粉粒体物の混練方法に関し、特に、オープン２本ロール型連続式混練機による混合粉粒体物の混練方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ゴムや樹脂等の結合材と顔料や充填材等の配合剤を含有した混合粉粒体物を混練する場合、押出機、ニーダ、バンバリミキサー、ロール機等の混練機を用い、加熱しながら圧縮・剪断作用を加えることにより溶融混練している。
【０００３】
このような混練作業には、強力な圧縮・剪断作用と多品種少量生産への対応から清掃性の良いロール機が多く用いられている。以前のロール機は、ミキシングロールのようなロール全長に原料を供給してバンクを形成し混練するバッチタイプであり、ロール師と呼ばれる熟練工により切り返しと呼ばれる危険な作業を伴い、また、ロットによるむらが生じていた。これらのことを改善し、生産性の向上を図るために、オープン２本ロール型連続式混練機が生み出され、普及してきている。
【０００４】
オープン２本ロール型連続式混練機の一例を図２及び図３に示す。このオープン２本ロール型連続式混練機１には、バックロール２１とフロントロール２２の２本のロールが設けられている。それぞれのロール２１、２２の表面には螺旋状の溝あるいは凹凸が設けられている。２３は原料供給部、２４は混練物排出部である。原料供給部２３から投入された原料は、フロントロール２２に巻き付き混練されながら混練物排出部２４へ送られる。２８、２９はバックロール２１とフロントロール２２の駆動モーターである。駆動モーター２８、２９については、フロントロール２２とバックロール２１を連動させても良い。
【０００５】
バックロール２１とフロントロール２２の内部には空間があり熱媒が供給されている。２６、２７はバックロール２１、フロントロール２２の熱媒供給排出部である。フロントロール２２は、図３の波線で示されるように、熱媒が分離された構造を有しており、原料供給部２３側付近では、結合剤が溶融される温度の熱媒が供給され、混練物排出部２４側ではそれより低い温度の熱媒が供給されている。一方、バックロール２１は、フロントロール２２と同様に熱媒が分離される構造、あるいは分離していない構造になっており、いずれの場合も、フロントロール２２の排出側温度よりもさらに低い温度の熱媒が供給されている。このような熱媒の操作により、バックロール２１、フロントロール２２の剪断力をさらに増大させて結合材、配合剤の分散性を向上させている。
【０００６】
従来、オープン２本ロール型連続式混練機への原料供給は、スクリューフィーダ、テーブルフィーダ、振動フィーダなどの供給機によって行われていた。しかし、このような供給装置により、ゴムや樹脂等の結合材と顔料や充填材等の配合剤を含有した粒子状の混合粉粒体物を圧縮固化することなく、オープン２本ロール型連続式混練機へ供給した場合には、以下の問題点が生じ、生産効率の低下は避けられなかった。
【０００７】
最も大きな問題は、供給量を増加すると、流動性が良い粒子状の混合粉粒体物はバンク上を自在に流れ、ニップ部を通過せずに、つまりロールに巻き付かずにバンク上を原料供給部２３から混練物排出部２４にショートパスし、混練されずに排出されるという現象が生じていた。従って、排出される混練物の結合材と配合剤の分散に悪影響を与えることになった。
【０００８】
これを防止するために、ロール表面にスパイラル状の凹凸部を設けて処理量を増加させて対応するように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−２３５１０５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなロールを用いた場合であっても、原料供給部側にバンクが発生する以上、粒子状の混合粉粒体物を供給した場合に混合粉粒体物がバンク上を流出することは避けられなかった。
【００１１】
また、粒子状の混合粉粒体物を供給した場合に、混合粉粒体物がフロントロールに巻き付くことなく落下する量が多いという問題も発生した。つまり、混合粉粒体物がオープン２本ロール型連続式混練機へ供給されると、ロールからの熱により混合粉粒体物中のゴムや樹脂等の結合材が溶融し、混合粉粒体物がロールに付着し、巻き付くことになる。ロール上に堆積した混合粉粒体物の中で、表面付近に堆積した混合粉粒体物は結合材の十分な溶融によってロールに付着するが、ロール表面から離れて堆積した混合粉粒体物は結合材の溶融が不完全であったり、あるいは溶融しないためにロールには付着せず、ロールの回転によりこれらの混合粉粒体物がロールの下側に移動したとき落下することになった。
【００１２】
この落下を防止するために、ロールの加熱温度を上げる、供給する幅を広げる、混合粉粒体物を供給前に予備加熱するなどの方法が考えられた。しかし、ロール加熱温度を上げた場合には混練物の溶融粘度が下がるために剪断作用の低下につながり、また、供給する幅を広げた場合には混練物が剪断を受ける回数の低下につながり、どちらの場合も分散性が悪くなった。さらに、予備加熱をした場合には、スクリューフィーダや振動フィーダ等による供給過程で溶融して供給装置内に付着する場合があり、安定供給に支障を来たしたり、色替え（品種替え）の場合に清掃等で大変手間がかかった。
【００１３】
さらに、混合粉粒体物の粒子がオープン２本ロール型連続式混練機の周辺を舞うという現象が生じる問題があった。これは、異方向に回転する加温されたロールによりロール上に上昇気流が発生し、この上昇気流に微細な混合粉粒体物が乗り舞い上がるために生じる。このような粉塵は、作業環境を悪化させるとともに調整された混合粉粒体物の配合が崩されて混練品の品質にも影響を与えた。
【００１４】
本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、オープン２本ロール型連続式混練機へ供給した混合粉粒体物がロール間に形成されるバンク上を流れる現象を防止し、また混合粉粒体物を落下させることなく、さらに粉塵の発生を防止することにより混練作業の効率を高めることができる混合粉粒体物の混練方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る混合粉粒体物の混練方法は、少なくとも結合材と配合剤を含有した混合粉粒体物をオープン２本ロール型連続式混練機で混練する際に、該混合粉粒体物を圧縮固化し、固形にした状態でオープン２本ロール型連続式混練機へ供給して溶融混練する手段を採用している。
また、本発明の請求項２に係る混合粉粒体物の混練方法は、請求項１に記載の混合粉粒体物の混練方法において、水平で平行に配置され、互いに逆方向に回転し、少なくとも一方が他方に対して間隔を狭める方向へ移動可能な２本のロールと、該２本のロールの上方に配置されて、該２本のロール間に混合粉粒体物を押し込む回転可能なスクリューを備えたホッパーとから構成された圧縮固化装置を用い、該圧縮固化装置により混合粉粒体物を圧縮固化する手段を採用している。
【００１６】
【作用】
本発明は、上記のような手段を採用したことにより、圧縮固化装置のホッパー内の混合粉粒体物は、スクリューの回転によって搬送されて、ホッパーの排出口から２本のロール間に強制的に押し込まれ、２本のロールの回転によって塊状又はフレーク状に圧縮固化され、この状態でオープン２本ロール型連続式混練機に供給されて、混練されることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による混合粉粒体物の混練方法は、ゴムや樹脂等の結合材と顔料や充填材等の配合剤を含有した混合粉粒体物を圧縮固化することにより、塊状あるいはフレーク状の固形状態にしてオープン２本ロール型連続式混練機へ供給し、混練することを特徴としている。
【００１８】
また、水平で平行に配置され、互いに逆方向に回転し、少なくとも一方が他方に対して間隔を縮める方向に力が作用して移動可能である２本のロールと、この２本のロールの上方に配置されて、内部に２本のロール間に混合物を押し込むための回転可能なスクリューを備えたホッパーとで構成される圧縮固化装置を用い、この圧縮固化装置により混合粉粒体物を塊状あるいはフレーク状に圧縮固化し、この固形化したものをオープン２本ロール型連続式混練機へ供給することを特徴としている。
【００１９】
本発明においては、混合粉粒体物を塊状あるいはフレーク状に固形（不定形）化して供給するので、粒子状の混合粉粒体物に比較して流動性に制約がある。また、混合粉粒体物は固形化されて圧密されているので伝熱性が良くて加温されやすくなりロールへの付着・巻き付き性が向上する。そのために、バンク上を混合粉粒体物が自在に流れることはなくなり、ロールに巻き付かずにバンク上を原料供給部から混練物排出部にショートパスすることがない。
【００２０】
さらに、特に原料供給初期段階での混練機のロール間の隙間への自在の流れ込みもなく、ロールの動きに合わせて流動するようになり、ロールへの付着・巻き付き性の向上と共に、混合粉粒体物がロールから落下することの防止につながった。その上、固形化された混合粉粒体物は、粒子状のものに比較し極端に大きさが大きくなることから発塵も防止できるようになった。このような作用の相乗効果により、混合粉粒体物に対するオープン２本ロール型連続式混練機による溶融混練の性能は向上した。
【００２１】
本発明の対象は結合材と配合剤を含む混合粉粒体物である。ゴムや樹脂等の結合材としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、塩化ポリエーテル、ポリスチレン、スチレン、アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリエチレン、エチレン、酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル、ナイロン（商標名）、エチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、生分解性樹脂、フェノール、エポキシ、メラミン、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、シリコン樹脂、ジアクリルフタレート、天然ゴム、イソブチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ニトリルゴム、ニトリル・イソブチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられ、これらのゴム樹脂を単独または２種類以上組み合わせて用いる。
【００２２】
顔料、充填材等の配合剤としては、顔料、染料、ワックス、ガラス、アルミナ、ジルコニア、チタニア、フェライト、ネオジウム、ボロン、鉄、コバルト、タングステン、サマリウム、シリカ、ベントナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、セビオライト、木粉、炭、カーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、酸化チタン、タルク、炭カル、マイカ等が挙げられ、これら配合剤を単独または２種類以上組み合わせて用いる。
【００２３】
用途としては、黒トナー、カラートナー、粉体塗料、インキ、プラマグ、ゴムマグ、鉛筆芯、電池材料、木質樹脂、ホットメタル接着剤、含有ゴム接着剤、セラミックスインジェクションモールド用コンパウンド、メタルインジェクションモールド用コンパウンド、樹脂とワックス類や顔料のマスターバッチ、樹脂と安定剤などの添加剤マスターバッチなどである。
【００２４】
以下、図１〜図３を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の混合粉粒体物の混練方法では、オープン２本ロール型連続式混練機１と、その上方に配置される圧縮固化装置２とを用いて混練作業が行われる。
【００２５】
圧縮固化装置２は、図１に示すように、水平で平行に配置されて互いに逆方向に回転し、間隔を縮める方向に力を受けている２本のロール３と、その上方に配置される内部に回転可能なスクリュー５を有するホッパー４とから構成されている。
【００２６】
２本のロール３の一方のロール６は位置が固定され、他方のロール７は位置が水平方向に移動可能であり、両ロール６、７の間隔は調節が可能である。固定側のロール６は駆動部８から動力を伝達されて回転し、移動側のロール７は固定側のロール６に連動して回転する。移動可能なロール７は、ロール間隔を縮める方向に加圧装置９（油圧シリンダー、空気圧シリンダー、バネ等）により加圧されている。
【００２７】
これらの２本のロール３の上方にホッパー４が設けられ、ホッパー４の排出口がロール３上に配置されている。ホッパー４の形状は特に限定はしないが、円錐、角錐などのロール３への原料の流れが滞留しない形状が好ましい。ホッパー４内にはスクリュー５が設けられており、スクリュー５による原料の流れがホッパー４の排出口に向かいロール３内へ押し込む構造としている。このスクリュー軸は、ホッパー４の外側に配置された駆動部１０と接続されて回転可能になっている。スクリュー５のホッパー４内の配置については、ホッパー４の形状に対応し、垂直、傾斜どちらでも良く、ロール３内への押し込みが可能な配置とする。
【００２８】
ホッパー４内に貯蔵された混合粉粒体物はスクリュー５で搬送され、ホッパー４の排出口を通してロール３内に強制的に押し込まれる。押し込まれた混合粉粒体物は、ロール３によって塊状あるいはフレーク状に固形化され、ロール３の排出部から図２及び図３に示すオープン２本ロール型連続式混練機１の原料供給部２３に送り込まれる。その際に送り込まれる原料の落下の中心軸がフロントロール２２側にくるように、ロール３の排出部を配置する。混合粉粒体物は、バックロール２１よりも高温のフロントロール２２に巻き付き、巻き付きながら原料供給部２３から混練物排出部２４へ移動し溶融混練され、混練排出部２４から排出される。
【００２９】
＜実施例＞
2004290732.tif 000003
数百μｍのスチレンアクリル樹脂と数μｍの顔料の混合粉粒体物を（１）の圧縮固化装置に供給し、大きさ（最大寸法）が５ｍｍ以上（大部分は５〜２０ｍｍの範囲）の塊状に固形化し（２）のオープン２本ロール型連続式混練機に供給して混練を行った。この結果、（１）の処理量を１５ｋｇ／ｈまで増大しても、バンク上を原料が流れてショートパス現象は発生せず、分散に関して良好な結果を得ることができた。また原料の落下、粉塵の発生もほとんど無かった。
【００３０】
＜比較例＞
実施例における（１）の圧縮固化装置を用いず、つまり実施例と同じ混合粉粒体物を圧縮固化することはせずに、直接（２）の混練機に供給したところ、処理量を５ｋｇ／ｈ以上に増やすとバンク上を原料供給口から混練物の排出部側ヘショートパスし、混練されずに分散効果は著しく悪化した。また、処理量にかかわらず粉体の落下及び飛散する量が多かった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、前記のように構成したことにより、混合粉粒体物は、塊状又はフレーク状に固形化され、固形化された状態でオープン２本ロール型連続式混練機に供給されて混練されることになる。従って、ロールへの付着・巻き付き性が向上するので、バンク上を混合粉粒体物が自在に流れることはなく、ロールに巻き付かずにバンク上を原料供給部から混練物排出部にショートパスすることはなく、分散効果を著しく向上させることができる。さらに、混合粉粒体物がロールから落下することはなく、また粉塵が発生することもないので、混練作業の効率を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による混合粉粒体物の混練方法を実施するために使用する圧縮固化装置の一例を示した概略図である。
【図２】本発明による混合粉粒体物の混練方法を実施するために使用するオープン２本ロール型連続式混練機の一例を示した正面図である。
【図３】図２のロールの拡大平面図である。
【符号の説明】
１……オープン２本ロール型連続式混練機
２……圧縮固化装置
３、６、７……ロール
４……ホッパー
５……スクリュー
８、１０……駆動部
９……加圧装置
２１……バックロール
２２……フロントロール
２３……原料供給部
２４……混練物排出部
２６、２７……熱媒供給排出部
２８、２９……駆動モーター
【図１】
2004290732.tif 000004
【図２】
2004290732.tif 000005
【図３】
2004290732.tif 000006