(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多種のプラスチック廃材が混在している多種混在樹脂廃材をシリンダ内に２本のスクリュー軸を平行に設けてなる第１押出機からシリンダ内に１本または２本のスクリュー軸を設けてなる第２押出機へと送り込み、該第２押出機の下流に設けられたダイスから押し出すことによって所期の成形品を製造する多種混在樹脂廃材の押出成形装置であって、
前記第１押出機の２本のスクリュー軸は、ネジ山のピッチを下流に行くに従い次第に小さくなるように形成すると共に、両スクリュー軸の長手方向略中間部に外周面が偏心円周面状に形成された複数の圧潰体を両側に交互に段状に突出する形状に形成し、両スクリュー軸の該圧潰体間に挟着されることで多種混在樹脂廃材が揉み砕かれるようにしたことを特徴とする多種混在樹脂廃材の押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多種のプラスチック廃材が混在している多種混在樹脂を再利用し、押出成形により有用なプラスチック製品を成形する多種混在樹脂廃材の押出成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭、或いは産業廃棄物として排出される合成樹脂を主体とする大量の廃材は、ポリ塩化ビニール，ポリエチレン，ポリプロピレン，ナイロン，ポリスチレン，ポリエチレンフタレート，ポリエステル，ウレタン，エポキシ，フェノール等の熱可塑性または熱硬化性の種々の合成樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、および、有機低分子物および無機物が混在している。ところで従来このような多種混在樹脂廃材は、各材料毎に溶融温度がまちまちであるので射出成形機に供給してプラスチック製品を再成形するのは困難であった。従って材料毎に分別しないとリサイクルはできないものであった。しかし分別のためには多大なコストと高度な分離技術が要求されるうえに完全な分離は困難であったため、従来では処分場へ投棄される割合が大きく、このために環境破壊の重大な要因となるものであった。
【０００３】
一方、下記特許文献１〜３は、合成樹脂に木粉を混入することで木の特質を有する木質粉砕物混入樹脂成形品の製造方法を開示するものであり、下記特許文献４は、夫々スクリュー軸を備えた２つの押出機を直列に接続し、第１押出機により樹脂ペレットを半溶融状態にまで加熱し、第２押出機にてその樹脂を完全に溶融混練するベント式２段押出装置を開示したものである。
【特許文献１】特開平１１−２９１３１９号公報
【特許文献２】特開２００２−７９５６７号公報
【特許文献３】特開２００２−２１０８０２号公報
【特許文献４】特公平７−４７２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような多種混在樹脂廃材を原料として上記従来の押出装置により成形しようとすると、特に３種類以上の合成樹脂が混在する多種混在樹脂廃材では、ダイスから所謂「あんこ」が押し出されて来るような状態となり、所要形状に成形できず、仮にできたとしても表面肌が凹凸状で製品価値のないものとならざるを得ない状況であった。
そこで本発明は、従来の押出成形装置では多種混在樹脂廃材を押出成形することが困難である原因として、原料の粉砕混錬が十分でないこと、および、温度設定，温度管理が適切でないことにあることに着眼し、これらを改善することにより、３種類以上の合成樹脂が混在する多種混在樹脂廃材でも押出成形を可能にし、物性の優れた価値あるプラスチック製品を成形できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために請求項１に記載した発明は、多種のプラスチック廃材が混在している多種混在樹脂廃材を第１押出機から第２押出機に送り込み、該第２押出機の下流に設けられたダイスより押し出すことにより所期の成形品を製造する多種混在樹脂廃材の押出成形装置であって、第１押出機は多種混在樹脂廃材を１７０〜１９０℃に加熱すると同時にシリンダ内に平行に設けられた２本のスクリュー軸によって該多種混在樹脂廃材を揉み砕くことにより該多種混在樹脂廃材を完全溶融して第２押出機に送り込み、第２押出機はシリンダ内に設けられた１本または２本のスクリュー軸によって該溶融樹脂を押送すると共に次第に温度下降させ、１２８〜１６０℃にて該溶融樹脂をダイスから押し出すようにしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は上記押出成形装置において、第１押出機の２本のスクリュー軸は、ネジ山のピッチを下流に行くに従い次第に小さくなるように形成すると共に、両スクリュー軸の長手方向略中間部に外周面が偏心円周面状に形成された複数の圧潰体を両側に交互に段状に突出する形状に形成し、両スクリュー軸の該圧潰体間に挟着されることで多種混在樹脂廃材が揉み砕かれるようにしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は上記押出成形装置において、冷却媒体を流通させることにより冷却される冷却フィンを備えた冷却器を第２押出機とダイスとの間の材料押出通路の中心部に設け、溶融樹脂を該冷却フィンに接触させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
多種のプラスチック廃材が混在している多種混在樹脂廃材をそのまま原料とし、新たなプラスチック製品を成形することができるので、一般家庭、或いは産業廃棄物として多量に排出されるプラスチック廃材のリサイクルを促進することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明に係る押出成形装置の概略を示す平面図で、１は第１押出機、２は第２押出機、３は該第１押出機の下流と第２押出機の上流とを接続している連通路、４は第２押出機の下流に設けられた冷却域、５はさらにその下流に設けられたダイスである。
【０００８】
第１押出機１は、図２に水平断面平面図、図３にその拡大図、図４にＡ−Ａ線断面図、図５にＢ−Ｂ線断面図を示したように、水平に支持された円柱状のシリンダ１０内に２本のスクリュー軸１１ａ，１１ｂが接近状態で平行に設けられ、該各スクリュー軸の一端をギヤボックス１２を介してモータ１３に連繋し、該モータを駆動することにより該各スクリュー軸が回転駆動されように構成している。該各スクリュー軸１１ａ，１１ｂは、外周に台形状のネジ山が２条に形成され、その一方のスクリュー軸１１ａは右ネジ、他方のスクリュー軸１１ｂは左ネジで、そのネジ山どうしが互いに噛み合い状態となる寸前まで接近するように両スクリュー軸１１ａ，１１ｂを平行に支持している。
【０００９】
また、該各スクリュー軸１１ａ，１１ｂの長手方向略中間部に圧潰部１４ａ，１４ｂを設けると共に、その上流および下流にそれぞれ形成されたネジ山はそのピッチがいずれも下流に行くに従い次第に小さくなるように形成されている。該圧潰部１４ａ，１４ｂは、図３，図５に拡大して示したように、外周面が偏心円周面状に形成された３つの圧潰体１５，１６，１７を該各スクリュー軸の両側に交互に段状に突出するように形成したものである。
【００１０】
１８はシリンダ１０の外周に設けられたバンドヒータ、１９は水等の冷却媒体を通すために該シリンダ１０の壁に形成された温度調節用の冷媒通路である。また、２０はシリンダ１０の基部上面に設けられた原料投入用のホッパー、２１はシリンダ１０の長手方向略中間部上面に形成されたガス抜き孔である。
【００１１】
第２押出機２は、水平に支持されたシリンダ３０内に２本のスクリュー軸３１ａ，３１ｂが接近状態で平行に設けられ、各スクリュー軸の一端をギヤボックス３２を介してモータ３３に連繋し、該モータを駆動することにより該各スクリュー軸が回転駆動されるように構成している。該各スクリュー軸３１ａ，３１ｂは、図６にも示されるように、前記スクリュー軸１１ａ，１１ｂと同様に外周に台形状のネジ山が形成されたものであるが、前記スクリュー軸１１ａ，１１ｂのような圧潰部は形成されていない。３４はシリンダ３０の基端部寄り上面に形成されたガス抜き孔、３５は水等の冷却媒体を通すために該シリンダ３０の壁に形成された冷媒通路である。該第２押出機２の下流でダイス５との間に設けられた冷却域４には、図７に示したように、冷却水を流通させることにより冷却される冷却フィン３６を備えた冷却器３７がその材料押出通路の中心部に位置するように設けられる。なお、３８は冷却器３７を材料押出通路の中心部に固定するための支持杆である。また、３９はダイス５の外部に設けられた抽出テーブルである。
【００１２】
このように構成した押出成形装置では、一般家庭から排出された器状、板状、シート状、棒状等の大小種々の形状であって種々の合成樹脂材料が混在している合成樹脂廃材を粉砕し、これを分別することなく公知の造粒機（図示せず）に通すことにより、直径数ミリ〜数センチのペレット状に加工し、このペレット状の多種混在樹脂廃材をホッパー２０に投入する。そして、スクリュー軸１１ａ，１１ｂを図４に矢印で示したように互いに反対方向に回転させると共に、バンドヒータ１８を通電しシリンダ１０内を加熱することによりこのペレット状の多種混在樹脂廃材を１７０〜１９０℃に加熱する。このとき、両スクリュー軸１１ａ，１１ｂのネジ山が互いに噛み合い状態寸前まで接近しており、しかもネジ山はピッチが下流に行くに従い次第に小さくなるように形成されていることから、該多種混在樹脂廃材が両スクリュー軸のネジ山間に挟まれて下流に押送されるに従い該多種混在樹脂廃材に次第に強い摩擦力が作用し揉み砕かれる。このため揉み砕かれる際に発生する摩擦熱も加わって該多種混在樹脂廃材が溶融し混練（ミキシング）する。なお、冷媒通路１９に水等の冷却媒体を通すことによりこのときの該多種混在樹脂廃材の加熱温度が調整される。
【００１３】
また、該多種混在樹脂廃材が両スクリュー軸１１ａ，１１ｂの長手方向略中間部に設けらえた圧潰部１４ａ，１４ｂに押送されて来たとき、圧潰体１５，１６，１７により該多種混在樹脂廃材に圧潰力と剪断力が交互に加えられ該多種混在樹脂廃材はさらに細かく確実に揉み砕かれる。その後、該多種混在樹脂廃材はさらに両スクリュー軸１１ａ，１１ｂのピッチが次第に小さくなる両ネジ山間にて混練（ミキシング）され、該多種混在樹脂廃材にくまなく熱が浸透することで完全なゲル状態となる。こうして多種混在樹脂廃材を構成する種々の合成樹脂は完全な溶融状態となって混練する。そのとき該溶融樹脂の温度は該多種混在樹脂廃材を構成する種々の合成樹脂の溶融温度より少し高めの１７０〜１９０℃となるようにする。こうしてホッパー２０に投入された多種混在樹脂廃材は第１押出機１を通過することで完全なゲル状態となって連通路３を通り第２押出機２に押送される。
【００１４】
一方、第２押出機２は第１押出機１から押送されてきた溶融樹脂をスクリュー軸３１ａ，３１ｂを回転させることによりさらに混練しながら押送し、冷媒通路３５に冷却水を通すことにより該溶融樹脂を徐々に冷却する。そして冷却域４にて該溶融樹脂を冷却器３７の冷却フィン３６に接触させ、該溶融樹脂を１２８〜１６０℃に冷却し、該溶融樹脂がこの温度にてダイス５から押し出されるようにする。これにより板状，棒状等の所要断面形状の押出成形品４０がテーブル３９上に抽出される。
【００１５】
このように本発明の押出成形装置は、第１押出機にて多種混在樹脂廃材を１７０〜１９０℃に加熱すると同時にこれを下流に行くに従い次第にピッチを次第に小さくしたネジ山を有する２本のスクリュー軸により混練すると共に、該多種混在樹脂廃材を圧潰体間に挟着させることにより揉み砕き、完全なゲル状態に溶融させる。次いで第２押出機にてはこの溶融樹脂を１２８〜１６０℃に温度下降させてダイスから押し出すことで、多種混在樹脂廃材を構成する種々の合成樹脂を混然一体のものにしてプラスチック製品に成形することができる。ここで第１押出機を経過したときの加熱温度よりもダイスから押し出すときの溶融樹脂の温度を低くなるようにしたことにより、物性を損なうことなく、成形品の形状が安定し、表面肌の滑らかな成形品を成形することができる。
【００１６】
なお、第１押出機における加熱温度が１７０℃未満では多種混在樹脂廃材を完全に溶融することはできず、第１押出機における加熱温度が１９０℃を越すと、焼けが生じてガスが多量に発生し樹脂の物性，強度が劣化するため、第１押出機における加熱温度は１７０〜１９０℃としなければならない。
また、ダイスより押し出すときの溶融樹脂の温度は、１２８℃よりも低くすると溶融樹脂の流動性が損なわれ第２押出機内の押送圧力が異常に上昇すると共に成形速度も極端に遅くなるので好ましくない。また、ダイスより押し出すときの溶融樹脂の温度が１６０℃よりも高いと、形状保持性がなくなり所要形状に成形することが困難となる。このためダイスより押し出すときの溶融樹脂の温度は、１２８〜１６０℃でなければならない。
【００１７】
また、この実施形態に示したように２本のスクリュー軸３１ａ，３１ｂを有する第２押出機２は、その冷却過程でも溶融樹脂を両スクリュー軸間にて混練させることから、一旦融合した種類の異なる合成樹脂を分離させるおそれなく成形可能な温度まで徐々に冷却しダイスに押送することができる。このため第２押出機２はこの実施形態で示したように２本のスクリュー軸を有するものが望ましいが、スクリュー軸が１本だけの押出機では、合成樹脂を分離させないようにするための添加剤を使用することで対処することが可能となる。
【００１８】
また、冷却フィン３６を備えた冷却器３７を第２押出機とダイスとの間の材料押出通路の中心部に設け、溶融樹脂を該冷却フィンに接触させることにより該溶融樹脂の中心部が冷却され、外周部との温度差を無くすことができるため、溶融樹脂の流動性が中心部と外周部とで大きく相違するようなことがなくなり該溶融樹脂をダイスから一様に押し出すことができる。このために分離し易い多種混在樹脂廃材を原料としながらも、円柱状、板状、或いは中空筒状等の複雑な断面形状を持ったプラスチック製品を容易に成形することができる。
【００１９】
なお、一般家庭から排出された多種混在樹脂廃材の成分を分析した結果、ポリプロピレンが３１重量％、ポリエチレンが４７重量％、ポリスチレンが１１重量％、ポリ塩化ビニールが１重量％、ポリエチレンテレフタレートが１重量％、ナイロンが２重量％、有機低分子物３重量％、無機物４重量％であった。本発明によればこの例のように３種類以上の合成樹脂が混在する多種混在樹脂廃材でも分別することなくそのままで新たなプラスチック製品の原料としてリサイクルすることができる。
【００２０】
また、上記のようにペレット状に加工した多種混在樹脂廃材を例えば７０重量％に対し、同様に造粒機によってペレット状に加工した木材を３０重量％混合したものを原料とすることにより、建築資材としても使用可能な良質の木質系合成樹脂板等を成形することが可能である。
また、古紙、繊維等のセルロース系材料をこの多種混在樹脂廃材と適宜配分で混合することによっても、用途に応じた物性のプラスチック製品を成形することができる。またその成形に際して際、必要に応じて強化剤、安定剤、耐光剤、難燃剤等を添加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る押出成形装置の全体の概略を示す平面図。
【図２】図１の押出成形装置の要部の水平断面図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】図２のＣ−Ｃ線断面図。
【図７】図１のＤ−Ｄ線断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１                  第１押出機
２                  第２押出機
３                  連通路
４                  冷却域
５                  ダイス
１０                シリンダ
１１ａ，１１ｂ      スクリュー軸
１４ａ，１４ｂ      圧潰部
１５，１６，１７    圧潰体
１８                バンドヒータ
１９                冷媒通路
２０                ホッパー
３０                シリンダ
３１ａ，３１ｂ      スクリュー軸
３６                冷却フィン
３７                冷却器
４０                成形品
【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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