(57)【要約】【課題】本発明は、反応部を送りのない構成として反応時間を長くし、均質な反応を可能とすることを目的とする。【解決手段】本発明によるスクリュ式反応押出機は、長尺筒状シリンダ（１１）内で回転駆動されるスクリュ（１３）により溶融混練され押出される合成樹脂原料の流動方向に、順次、少なくとも輸送部（Ａ）、溶融部（Ｂ）および反応部（Ｃ）が形成されたスクリュ式反応押出機において、前記反応部（Ｃ）は送りがない構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺筒状シリンダ（１１）内で回転駆動されるスクリュ（１３）により溶融混練され押出される合成樹脂原料の流動方向に沿って、順次、少なくとも輸送部（Ａ）、溶融部（Ｂ）および反応部（Ｃ）が形成されるスクリュ式反応押出機において、前記反応部（Ｃ）は前記合成樹脂原料の送り機能が無いように構成されていることを特徴とするスクリュ式反応押出機。
【請求項２】
前記反応部（Ｃ）はリングからなることを特徴とする請求項１記載のスクリュ式反応押出機。
【請求項３】
前記反応部（Ｃ）にはスクリュ軸がないことを特徴とする請求項１記載のスクリュ式反応押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機に関し、特に、反応部に合成樹脂原料の送り機能を設けないことにより合成樹脂原料の反応時間を長くするための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、合成樹脂原料の物性を改質あるいは改善するための溶融混練用装置として、スクリュ式混練押出機が使用されている。このような処理の一方法として、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練が行われている。従来より、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練には、図６に示されるような通常のスクリュ式混練押出機が使用され、押出機の全長およびスクリュ形状の組合せを含む機器構成、および温度、圧力等の運転条件を適宜に選定して溶融混練が行われている。
【０００３】
図６は従来の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機の概略を示す正面断面構成図である。図６において、符号１０で示されるものはスクリュ式反応押出機であり、このスクリュ式反応押出機１０はシリンダ１１、ダイス１２およびスクリュ１３により構成されている。なお、図６では、前記シリンダ１１の下側部分が省略して示されている。前記スクリュ式反応押出機１０は、水平配置された前記シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に、前記スクリュ１３が回転駆動可能に挿入されており、シリンダ１１の下流端面に前記ダイス１２が組付け固定されている。前記スクリュ式反応押出機１０は、前記シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に前記スクリュ１３を１本、２本あるいは３本以上挿入されて構成され、それぞれ単軸、二軸あるいは多軸押出機と呼称される。前記スクリュ式反応押出機１０は、また、上流部（図６の左端部）から下流部（図６の右端部）へ沿って、輸送部Ａ、溶融部Ｂおよび反応部Ｃにより構成されている。なお、前記スクリュ１３の上流端部（図６の左端部）は図示しない回転駆動装置に連結されている。
【０００４】
以上のように構成されたスクリュ式反応押出機１０において、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練および押出が以下のように行われている。すなわち、シリンダ１１の各シリンダブロックが所定の温度に温度調節された状態で、スクリュ１３を所定回転数で回転駆動する。次に、合成樹脂原料供給口１１ａから合成樹脂原料を所定の供給割合でシリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内へ供給する。シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に供給された合成樹脂原料は、輸送部Ａにおいて輸送部スクリュ１３ａにより下流方向（図６の右方向）へ順次輸送される。輸送されて溶融部Ｂに到達した合成樹脂原料は、溶融部スクリュ１３ｂによる混練作用とシリンダ１１による加熱により溶融混練されながら、輸送部Ａから順次輸送されてくる合成樹脂原料に押されて、溶融部Ｂを下流方向へ順次流動する。溶融部Ｂを通過した合成樹脂原料は高温の溶融状態で反応部Ｃに流入する。反応部Ｃにおいて、合成樹脂原料は先ず添加剤供給孔１１ｂより所定量の添加剤が加えられ、反応部スクリュ１３ｃのフライトにより下流方向へ順次流動する。添加剤を加えられた高温溶融状態の合成樹脂原料は、反応部Ｃを流動する間に化学反応が起る。所定の化学反応を終えて反応部Ｃの下流端に到達した合成樹脂原料は、ダイス１２を経て押出される。
【０００５】
また、スクリュ式反応押出機の他の従来例として、図示しない構成がある（例えば、特許文献１参照）。この従来例では、反応部の一部においてシリンダの貫通内孔の径を大きくし、貫通内孔の軸直角断面積が大きくなるように構成されている。このように構成されたスクリュ式反応押出機では、図６に示される従来構成と比較して、貫通内孔を大きくした部分において合成樹脂原料の流動速度が遅くなる。その結果、反応部を通過する時間すなわち反応時間を長くすることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３４０４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスクリュ式反応押出機は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、図６に示されるスクリュ式反応押出機では、スクリュの強度、設備上の制限等の理由から押出機の長さを無闇に長くすることが出来ず、従って押出機の長さに限界がある。従って、合成樹脂原料が反応部Ｃを通過する時間すなわち反応時間を長くすることに限界があり、反応速度の遅い合成樹脂原料を処理する場合、反応が不充分な状態で押出されることがある。
【０００８】
前述の特許文献１に示されるスクリュ式反応押出機では、シリンダの貫通内孔の径を大きくさせる部分に特別なシリンダを設ける必要があり、コスト面、汎用性に欠ける。
【０００９】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、反応部を送りのない形状とすることにより、反応時間を長くすることが可能であり、部分的な反応程度の差異を発生せず、均質な反応が可能となるスクリュ式反応押出機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクリュ式反応押出機は、長尺筒状シリンダ内で回転駆動されるスクリュにより溶融混練され押出される合成樹脂原料の流動方向に沿って、順次、少なくとも輸送部、溶融部および反応部が形成されるスクリュ式反応押出機において、前記反応部は前記合成樹脂原料の送り機能が無いようにした構成であり、また、前記反応部はリングからなる構成であり、また、前記反応部はスクリュ軸がない構成である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるスクリュ式反応押出機の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
【００１２】
図１〜図３に示される第１実施の形態において、符号１０で示されるものはスクリュ式反応押出機であり、このスクリュ式反応押出機１０は全長において一定の径の貫通内孔１１ｃで構成された長尺筒状のシリンダ１１、ダイス１２およびスクリュ１３により構成されている。なお、図１では、前記シリンダ１１の下側部分が省略して示されている。前記スクリュ式反応押出機１０は、水平配置された前記シリンダ１１の貫通した貫通内孔１１ｃ内に前記スクリュ１３が回転駆動可能に挿入されており、シリンダ１１の下流端面に前記ダイス１２が組付け固定されている。前記シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に前記スクリュ１３を１本、２本あるいは３本以上挿入されて構成され、それぞれ単軸、二軸あるいは多軸押出機と呼称されるが、本形態では二軸の場合が示されている。前記スクリュ式反応押出機１０は、また、上流部から下流部へ沿って、輸送部Ａ、溶融部Ｂ、反応部Ｃおよび押出部Ｄにより構成されている。なお、前記スクリュ１３の上流端部（図１の左端部）は図示しない駆動装置に連結されている。
【００１３】
前記輸送部Ａには合成樹脂原料の輸送用に、前記溶融部Ｂには合成樹脂原料の溶融混練用に、そして前記押出部Ｄには合成樹脂原料の押出用に、それぞれ最適のフライト形状が形成されたスクリュピースを配列して、輸送部スクリュ１３ａ、溶融部スクリュ１３ｂおよび押出し部スクリュ１３ｄが構成されている。
【００１４】
前記反応部Ｃにはフライトが無く合成樹脂原料である溶融樹脂を送る機能がないように前記スクリュ１３の溝底径を外周とするスクリュピースを配列して反応部スクリュ１３ｃが構成されている。輸送部スクリュ１３ａの外形は、図２のように、長軸の長さをシリンダ１１の貫通内孔１１ｃの直径とする楕円形の断面形状に構成されている。他方、前記反応部スクリュ１３ｃの外形は、図３で示されるように、円形の断面形状に構成され、前記合成樹脂原料を送るためのフライト等の送り機能がないように形成されている。またフライトがないことにより、スクリュとシリンダ間の空間面積、すなわち流路断面積を通常のものよりも大きくしている。その結果として、前記反応部Ｃにおいては、スクリュ１３ｃに送り機能がないことにより溶融樹脂がシリンダ内に充満し、さらに流路断面積が通常より大きいため、溶融樹脂の反応部Ｃにおける滞留時間を延ばすことができる。
このように前記輸送部スクリュ１３ａでは、フライトが形成されるが、前記反応部スクリュ１３ｃでは、前記貫通内孔１１ｃと前記反応部スクリュ１３ｃの外周との間にフライト溝深さのリング状断面の空間がそれぞれのスクリュ１３ｃの周りに形成される。このスクリュ１３ｃの構成は、リング状のスクリュエレメント、すなわちリングのみで接続して構成することができる。
【００１５】
以上のように構成されたスクリュ式反応押出機１０において、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練および押出が以下のように行われる。すなわち、シリンダ１１の各シリンダブロックが所定の温度に温度調節された状態で、スクリュ１３を所定回転数で回転駆動する。次に、合成樹脂原料供給口１１ａから合成樹脂原料を所定の供給割合でシリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に供給する。シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内に供給された合成樹脂原料は、輸送部Ａにおいて輸送部スクリュ１３ａにより下流方向（図１の右方向）へ順次輸送される。輸送されて溶融部Ｂに到達した合成樹脂原料は、溶融部スクリュ１３ｂによる混練作用とシリンダ１１による加熱により溶融混練されながら、輸送部Ａから順次輸送されてくる合成樹脂原料に押されて、溶融部Ｂを下流方向へ順次流動する。溶融部Ｂを通過した合成樹脂原料は、高温の溶融状態で反応部Ｃに流入する。反応部Ｃにおいて、合成樹脂原料は先ず添加剤供給孔１１ｂより所定量の添加剤が加えられ、溶融部Ｂから流入してくる合成樹脂原料に押されて、リング状断面の反応部Ｃを下流方向へ順次流動する。添加剤を加えられた高温溶融状態の合成樹脂原料は、反応部Ｃを流動する間に化学反応が起る。所定の化学反応を終えて反応部Ｃの下流端に到達した合成樹脂原料は、混練スクリュ１３ｅにより混練されて均質化される。反応部Ｃを通過した合成樹脂原料は押出部スクリュ１３ｄへ流出し、押出部スクリュ１３ｄにより押出圧力を加えられ、ダイス１２を経て押出される。
【００１６】
次に、図４および図５に示される第２実施の形態において、前述の第１形態と同様な部分については説明を省略し、異なる部分のみを以下に説明する。スクリュ式反応押出機１０を構成するスクリュ１３が、輸送部Ａおよび溶融部Ｂを構成する輸送部スクリュ１３ａおよび溶融部スクリュ１３ｂのみで短尺に構成されている。従って、反応部Ｃから下流にはスクリュ１３のスクリュ軸が全く無く、図５に示されるように、シリンダ１１の貫通内孔１１ｃ内部は全くの空洞になっているため、合成樹脂原料である溶融樹脂を送るための送りの機能は全くない構造で構成されている。前記合成樹脂原料は上流の輸送部スクリュ１３ａによる押出圧力により下流に押出される。
【００１７】
従って、反応部Ｃにおいて、合成樹脂原料は先ず添加剤供給孔１１ｂより所定量の添加剤が加えられ、溶融部Ｂから流入してくる合成樹脂原料に押されてスクリュ１３の無い空洞状態の反応部Ｃを下流方向へ順次流動する。添加剤を加えられた高温溶融状態の合成樹脂原料は、反応部Ｃを流動する間に化学反応が起る。所定の化学反応を終えて反応部Ｃの下流端に到達した合成樹脂原料は、順次流動してくる合成樹脂原料に押されてダイス１２を経て長い時間をかけて押出される。
なお、これら第１、第２の実施の形態とも、添加剤は添加剤供給孔１１ｂより供給される例で示したが、これに限らず樹脂原料、運転条件に応じて、添加剤の供給位置は最適とされる位置に設置され、例えば合成樹脂原料供給口１１ａから合成樹脂原料と共に添加剤が供給される場合もある。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によるスクリュ式反応押出機は以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
スクリュ式反応押出機の反応部におけるスクリュが、フライトのないスクリュ（リング）であること、あるいは反応部のスクリュを除いた構成であることにより、スクリュの送り機能がなくなり、スクリュとシリンダ間の空間に樹脂を充満させることができる。
またシリンダ内占有体積を小さくすることができ、その結果反応部における流路断面積を従来の構成と比較して格段に大きくさせることができる。
これらの結果、反応部における合成樹脂原料の流動速度が遅くなり、滞留時間を大きくとることができる。したがって、反応時間を長くすることが可能になり、反応速度の遅い合成樹脂原料の必要な反応時間を確保することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機の第１実施の形態を示す正面断面構成図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明による化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機の第２実施の形態を示す正面断面構成図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】従来の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機を示す正面断面構成図である。
【符号の説明】
１０    スクリュ式反応押出機
１１    シリンダ
１１ａ    合成樹脂原料供給口
１１ｂ    添加剤供給孔
１１ｃ    貫通内孔
１２    ダイス
１３    スクリュ
Ａ    輸送部
Ｂ    溶融部
Ｃ    反応部
Ｄ    押出部
【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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