(57)【要約】【課題】  処理槽内の発泡ポリスチロールの流動性の向上を図りながら、処理槽の下部の発泡ポリスチロールの温度の急上昇を防止することのできる発泡ポリスチロールの粉砕方法を提供すること。【解決手段】  タンク２と、タンク２内に設けられ、水平回転する水平回転羽根３とを備える粉砕装置３２を用いて、発泡ポリスチロールをタンク２に投入するとともに、発泡ポリスチロールに接触するように、水をタンク２に投入し、水平回転羽根３の回転により、水を含む発泡ポリスチロールを粉砕する。【選択図】    図１
2007090234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽と、前記処理槽内に設けられ、水平回転する水平回転羽根とを備える粉砕装置を用いる、発泡ポリスチロールの粉砕方法であって、
発泡ポリスチロールを前記処理槽に投入する発泡ポリスチロール投入工程、
前記発泡ポリスチロールに接触するように、水を前記処理槽に投入する水投入工程、および、
前記水平回転羽根の回転により、前記水を含む発泡ポリスチロールを粉砕する粉砕工程
を備えていることを特徴とする、発泡ポリスチロールの粉砕方法。
【請求項２】
前記水の配合割合は、前記発泡ポリスチロール１００重量部に対して、１００〜２００重量部であることを特徴とする、請求項１に記載の発泡ポリスチロールの粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ポリスチロールの粉砕方法、詳しくは、発泡ポリスチロールをリサイクルするために粉砕する発泡ポリスチロールの粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、使用済みの発泡ポリスチロールは、押出成形用のペレットにしてリサイクルされている。発泡ポリスチロールは、上記リサイクルにおいて、発泡ポリスチロールが含んでいる気泡を除去する必要があり、上記した気泡を除去するために、発泡ポリスチロールを粉末に粉砕する方法が検討されている。
例えば、発泡ポリスチロールが投入される投入ホッパーの投入ホッパー下方部に、垂直に立設された回転軸と、回転軸から水平方向に延出する切断刃体と、切断刃体の回転時にそれと平面視で部分的に重なり合うように配置される固定刃体とを設けた縦型粉砕機を用いて、発泡ポリスチロールを投入ホッパーに投入して、回転軸とともに切断刃体を回転させて、切断刃体および固定刃体により、発泡ポリスチロールを細かく粉末に粉砕する、発泡ポリスチロールの粉砕方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−９２４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載されるような発泡ポリスチロールの粉砕方法では、発泡ポリスチロールの嵩密度が低いため、ホッパー内における発泡ポリスチロールは流動性が低く、ホッパー上方部の発泡ポリスチロールは、切断刃体の回転によっても、ホッパー下方部に移動せずに、ホッパー上方部に停滞して（いわゆるブリッジを生じて）、破砕されないという不具合がある。
【０００４】
一方、ホッパー下方部の発泡ポリスチロールは、切断刃体の回転により、粉末に粉砕される。しかし、上記したホッパー内における発泡ポリスチロールの流動性の低下に伴い、ホッパー上方部の発泡ポリスチロールがホッパー下方部に移動せず、ホッパー下方部の発泡ポリスチロールもホッパー上方部に移動しないので、そうすると、ホッパー下方部の発泡ポリスチロールは、切断刃体および固定刃体が発泡ポリスチロールを剪断する剪断熱により、その温度が急上昇して溶融して互いに接着してしまう。そのため、発泡ポリスチロールを所望の粒径の粉末として得られないという不具合がある。
【０００５】
本発明の目的は、処理槽内の発泡ポリスチロールの流動性の向上を図りながら、処理槽の下部の発泡ポリスチロールの温度の急上昇を防止することのできる発泡ポリスチロールの粉砕方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決するために、本発明の発泡ポリスチロールの粉砕方法は、処理槽と、前記処理槽内に設けられ、水平回転する水平回転羽根とを備える粉砕装置を用いる、発泡ポリスチロールの粉砕方法であって、発泡ポリスチロールを前記処理槽に投入する発泡ポリスチロール投入工程、前記発泡ポリスチロールに接触するように、水を前記処理槽に投入する水投入工程、および、前記水平回転羽根の回転により、前記水を含む発泡ポリスチロールを粉砕する粉砕工程を備えていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の発泡ポリスチロールの粉砕方法では、前記水の配合割合は、前記発泡ポリスチロール１００重量部に対して、１００〜２００重量部であることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発泡ポリスチロールの粉砕方法によれば、嵩密度の低い発泡ポリスチロールを、水と接触させることによって、この水を発泡ポリスチロールに含ませて、発泡ポリスチロールの嵩密度を高くすることができる。そのため、処理槽内における発泡ポリスチロールの流動性の向上を図ることができる。その結果、使用済みの発泡ポリスチロールを所望の粒径の粉末に粉砕して、射出成形用のペレットにしてリサイクルすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の発泡ポリスチロールの粉砕方法に用いられる粉砕処理システムの一実施形態を示す要部側断面図である。
図１において、この粉砕処理システム１は、材料供給装置３１と、粉砕装置３２と、乾燥装置３３とを備えている。
材料供給装置３１は、粉砕装置３２に供給する発泡ポリスチロール（以下、単に材料という場合がある。）を貯蔵するためのホッパ９と、ホッパ９から材料を切り出すためのスクリューフィーダ８と、スクリューフィーダ８から切り出された材料を粉砕装置３２に供給するための材料供給管５とを備えている。
【００１０】
ホッパ９は、略円筒形状をなし、その下端部がスクリューフィーダ８の材料切り出し方向上流側に接続されている。なお、このホッパ９には、材料のブリッジの発生を阻止するためのブリッジ破壊装置が取り付けられている。
スクリューフィーダ８は、ホッパ９の下側に配置されている。このスクリューフィーダ８には、スクリューフィーダ８の材料切り出し方向上流側側方に配置され、スクリューフィーダ８を駆動させるためのスクリューフィーダモータ１０が設けられている。
【００１１】
材料供給管５は、スクリューフィーダ８の下側に配置されており、その上端部がスクリューフィーダ８の材料切り出し方向下流側に接続され、その下端部が後述する粉砕装置３２のタンク２の蓋部２８に接続されている。
そして、材料供給装置３１では、ホッパ９に貯蔵されている材料が、スクリューフィーダモータ１０の駆動に基づいてスクリューフィーダ８により切り出され、次いで、このスクリューフィーダ８の切り出しによって、材料を材料供給管５から、粉砕装置３２のタンク２内に供給している。
【００１２】
粉砕装置３２は、垂直軸回転式の粉砕装置であって、処理槽としてのタンク２と、水平回転羽根３と、回転モータ４とを備えている。
タンク２は、材料を受け入れるために、上方が開放される有底円筒形状をなし、略水平方向に配置される略円板形状の底壁２６と、その底壁２６の周端部から上方に向かって立設される側壁２７とから連続して一体的に形成されている。また、タンク２には、タンク２の上部開放口を被覆する略円板状の蓋部２８が設けられており、この蓋部２８には、蒸気などの排気ガスを排気するための排気口２５が形成されている。また、タンク２には、材料を粉砕するための固定刃１６と、材料の流動性を向上するためのバッフル１７と、タンク２内の温度を測定するための温度センサ２９と、粉砕した材料を排出するための排出部７とが設けられている。
【００１３】
固定刃１６は、側壁２７の下部に配置され、側壁２７の内周面から径方向内方に向かって突出するように複数（本実施形態では６つ）形成されている。なお、図１において、固定刃１６は、６つのうち１つを図示している。固定刃１６は、上下方向において、後述する中羽根２０のやや上方に配置されている。固定刃１６は、長尺形状であって、その長手方向を側壁２７の径方向内方に向けており、６つの固定刃１６は、側壁２７の周方向において、ほぼ６０°間隔ごとに配置されている。また、固定刃１６は、平面視において、その遊端部が、回転する中羽根２０の回転刃２２（後述）と、上下方向において重なるように配置されている。
【００１４】
バッフル１７は、固定刃１６（図１において図示されている固定刃１６）の上側に配置され、側壁２７の内周面から径方向内方に向かって突出する、平面視鈍角三角形状であって、その鈍角部が遊端部とされるように形成されている。
温度センサ２９は、側壁２７の上部に、側壁２７の上部を略水平方向に貫通して、タンク２内に臨むように、配置されている。
【００１５】
排出部７は、側壁２７の下部に配置されている。排出部７には、タンク２から連通して形成され、下方に向かって開放される排出口３０と、排出口３０とタンク２との間を開閉するための開閉ゲート１２とが設けられている。開閉ゲート１２には、圧力シリンダ１３が設けられており、開閉ゲート１２は、その圧力シリンダ１３の駆動により開閉動作される。排出口３０には、排出口３０の下側に配置され、排出口３０と乾燥装置３３とを接続する排出管１４が設けられている。
【００１６】
排出部７では、圧力シリンダ１３の駆動に基づく開閉ゲート１２の開動作により、粉砕された材料が排出口３０に排出され、排出管１４を通過して、乾燥装置３３に排出されている。
また、タンク２の蓋部２８には、水を粉砕装置３２に給水するための給水管６が設けられている。
【００１７】
給水管６は、蓋部２８の上側で、蓋部２８の略中央部に配置されている。この給水管６には、給水または止水するための給水バルブ１１が設けられている。この給水管６から、給水バルブ１１の開動作により、タンク２内に水が給水される。なお、この給水管６は、給水流量の調節を兼ねており、その開度によって、給水流量を調節している。
水平回転羽根３は、タンク２内で、水平方向に回転自在に設けられ、回転軸１８と、その回転軸１８から径方向に延びる上羽根１９、中羽根２０および下羽根２１とを備えている。
【００１８】
回転軸１８は、タンク２の下部において、底壁２６の中央部から上方に向かって突出され、底壁２６の下方において図示しない軸受けに回転自在に支持されている。
上羽根１９は、回転軸１８から略水平方向（径方向外方）に向かって延び、先端部が上方に向かって屈曲するように複数（２つ）形成されている。
中羽根２０は、上羽根１９の下側で、回転軸１８から略水平方向（径方向外方）に向かって延びるように複数（３つ）形成されている。なお、図１において、中羽根２０は、３つのうち２つを図示している。各中羽根２０は、平面視において、回転軸１８から径方向外方に延びた後、先端部が中羽根２０（水平回転羽根３）の回転方向上流側に向かってやや屈曲して延びるように形成されている。各中羽根２０の先端部の上面には、回転刃２２が設けられている。
【００１９】
下羽根２１は、中羽根２０の下側で、回転軸１８から略水平方向（径方向外方）に向かって延び、先端部が上方に向かって屈曲するように形成されている。
回転モータ４は、タンク２の側方に配置されており、回転モータ４の図示しないピニオンシャフトと、水平回転羽根３の回転軸１８とが、図示しないプーリ機構を介して連結されている。
【００２０】
そして、水平回転羽根３では、回転モータ４の駆動によって、その動力がプーリ機構を介して回転軸１８に伝達される。これによって、上羽根１９、中羽根２０および下羽根２１が、水平方向に回転されるとともに、回転刃２２が、固定刃１６と対向する状態で水平方向に回転される。
そして、粉砕装置３２には、水平回転羽根３が回転されながら、タンク２内に、ホッパ９からスクリューフィーダ８により切り出され、材料供給管５から供給される材料と、給水管６から給水される水とが投入される。次いで、材料と水とは、モータ４の駆動に基づいて水平回転される水平回転羽根３の上羽根１９および下羽根２１の撹拌により、混合されて流動ながら、さらに、バッフル１７により、その流動性が向上されながら、互いに接触して、材料は水を含むようになる。水を含む材料は、水平回転される中羽根２０の回転刃２２と固定刃１６とにより剪断されて、粉末に粉砕される。また、水を含む材料の粉砕および剪断に基づく剪断熱により発生する蒸気などの排気ガスは、排気口２５から排出される。その後、所望の粒径の粉末に粉砕された材料は、排出部７の圧力シリンダ１３の駆動に基づき開動作される開閉ゲート１２により、排出口３０に至り、排出管１４を通過して、乾燥装置３３に排出される。
【００２１】
乾燥装置３３は、排出管１５の下側に配置され、排出管１５の下端部に接続されており、粉末に粉砕され水を含む材料を乾燥して、材料から水を除去している。
次に、この粉砕処理システム１を用いた、材料の粉砕方法について説明する。
この方法では、まず、材料を材料供給装置３１のホッパ９に貯蔵する（貯蔵工程）。なお、この材料の貯蔵において、ホッパ９では、ブリッジ破壊装置が、材料のブリッジの発生を阻止している。
【００２２】
材料としては、発泡ポリスチロールを主成分とする樹脂であれば、特に制限されないが、例えば、発泡ポリスチロールの他の副成分として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂を３０重量％以下で含む発泡ポリスチロールが用いられる。貯蔵される材料は、その嵩密度が、通常、例えば、０．０３〜０．０５ｇ／ｃｍ３であり、その含水率が、通常、２０重量％以下である。なお、材料の含水率は、下記式により算出される。
【００２３】
材料の含水率＝〔｛（含水した材料重量）−（乾燥した材料重量）｝／（含水した材料重量）〕×１００
このとき、材料は、使用済みの材料を、予め破砕機によりチップ状に粗破砕され、次いで、水により洗浄して、その汚れが除去されている。上記した水による洗浄では、材料は、嵩密度が水より低く、水表面に浮遊するので、この浮遊した発泡ポリスチロールを回収した後、材料を圧搾して、材料が含む水を脱水する。材料が含む水は、上記した洗浄後の水であって、汚れている。そのため、上記した圧搾により、材料の含水率を、通常、２０重量％以下としてリサイクルに供される。
【００２４】
次いで、この方法では、材料供給装置３１のホッパ９に貯蔵された材料を、粉砕装置３２のタンク２に投入する（材料投入工程）。材料のタンク２への投入は、スクリューフィーダ８の切り出しによって、材料供給管５からタンク２へ一定量で供給して投入する。材料の投入量は、タンク２の容量１００容量部に対して、例えば、８０〜１５０容量部である。
【００２５】
次いで、この方法では、材料に接触するように、水をタンク２に投入する（水投入工程）。水のタンク２への投入は、給水バルブ１１の開動作により、タンク２の蓋部２８の略中央部に配置される給水管６からタンク２に給水して投入する。これにより、タンク２内の材料（特に、水平方向における中央部の材料）に、水が接触して、材料が水を含むようになる。
【００２６】
このとき、材料は水を含んで、材料の嵩密度が高くなるため、従来の、材料が水を含まず、嵩密度が低い材料（発泡ポリスチロール）の粉砕方法とは異なり、タンク２内における材料の流動性の向上を図ることができる。すなわち、従来の発泡ポリスチロールの粉砕方法では、発泡ポリスチロールの嵩密度が低いため、発泡ポリスチロールの流動性が劣り、とりわけ、発泡ポリスチロールの投入量を多くする場合、具体的には、タンク２の容量１００容量部に対して、例えば、５０容量部から、６０重量部や７０重量部へと多くする場合には、水平回転羽根３の回転に基づいて生じる上昇空気により、タンク２の上部の発泡ポリスチロールは、水平方向中心部において、落下しにくく、ブリッジを生じて、たとえ水平回転羽根３を高速で回転させても、タンク２の上部の発泡ポリスチロールを粉砕することが困難となる。しかし、この水投入工程により、水平方向における中央部の材料は、その嵩密度が高くなるため、上記した上昇空気の力に打ち勝って、タンク２の下部に落下し、ブリッジを破壊して、上昇空気を脱気することができるので、材料の流動性を著しく向上することができる。そのため、水平回転羽根３を高速で回転させて、材料が回転刃２２および固定刃１６により粉砕（剪断）される回数を多くすれば、材料を、短時間で所望の粒径の粉末（例えば、粒径１ｍｍ以下の粉末）に粉砕することができる。また、この水投入工程により、材料が水を含んでいるため、後述する粉砕工程における粉砕および剪断に基づく剪断熱（粉砕熱）により、材料の温度を低い温度に維持しながら、材料の温度が急上昇することを有効に防止することができる。その結果、材料の溶融を防止して、所望の粒径の材料を得ることができる。
【００２７】
この水投入工程における水の投入量は、材料１００重量部に対して、例えば、１００〜２００重量部、好ましくは、１５０〜１８５重量部である。水の投入量が、材料１００重量部に対して、１５０〜１８５重量部であると、所望の粒径の材料の回収率がよく、具体的には、得られる材料を、目開き１ｍｍの篩いを用いて分級し、その篩いを通過した材料（いわゆる篩い下）の割合を、分級前の材料１００重量部に対して、７０重量部以上とすることができる。
【００２８】
なお、水の投入は、材料の投入と同時でもよく、材料の投入後でもよい。
次いで、この方法では、水平回転羽根３の回転により、水を含む材料を粉砕する（粉砕工程）。水を含む材料を粉砕するには、モータ４の駆動に基づいて水平回転羽根３を水平回転させて、上羽根１９および下羽根２１の撹拌（より具体的には、上羽根１９で材料をはね上げ、下羽根２１で中央部の材料を流動させる。）により、材料を混合して流動させながら、回転刃２２と固定刃１６とにより、剪断して粉砕する。水を含む材料は、所望の粒径、例えば、目開き１ｍｍの篩いによる篩い下の割合が、分級前の材料１００重量部に対して、６０重量部以上、好ましくは、９５重量部以上である粒径の粉末になるまで、粉砕する。材料は、通常、発泡ポリスチロールのみからなる材料をリサイクルすることが少なく、発泡ポリスチロールを主成分とし、副成分として、ＰＥまたはＰＰなどの延伸されやすい材料などや、ＰＥＴなどの硬い材料などを含む発泡ポリスチロールをリサイクルすることが多い。そのため、材料が上記した副成分を含む場合には、材料を、目開き１ｍｍの篩いにより全て通過する粒径となるように、粉砕することが好ましい。
【００２９】
水平回転羽根３は、その回転数が、例えば、７００〜１５００ｒｐｍである。また、水平回転羽根３の回転時間（粉砕工程における運転時間）は、目的の粒径により適宜設定されるが、例えば、３０〜５０分である。
なお、水平回転羽根３は、材料の投入後に回転駆動を開始させてもよいが、好ましくは、材料および水の投入前から回転駆動を開始させておき、材料投入直後から材料を粉砕する。
【００３０】
この粉砕工程において、好ましくは、図２に示すように、材料および水を投入する前半において、水平回転羽根３を低速（例えば、回転数７００ｒｐｍ）で回転（低速回転運転）させた後、材料および水の投入後の後半においてモータ４の駆動力を高くして水平回転羽根３を高速（例えば、回転数１５００ｒｐｍ）で回転（高速回転運転）させた場合には、より短時間で所望の粒径の粉末を得ることができる。より具体的には、前半５〜１０分を７００〜１０００ｒｐｍで水平回転羽根３を低速回転させ、後半１０〜５０分を１３００〜１５００ｒｐｍで水平回転羽根３を高速回転させる。なお、この場合には、高速回転運転において、温度センサ２９により検知されるタンク２内の温度が、例えば、９３℃まで上昇するが、材料が水を含んでいるため、これ以上温度が上昇しない。そして、材料が所望の粒径の粉末に粉砕された後は、これ以上剪断熱が発生しないため、タンク２内の温度が７０℃〜７３℃まで一旦下降する。
【００３１】
その後、この方法では、粉末に粉砕され水を含む材料を、乾燥装置３３により、乾燥する（乾燥工程）。水を含む材料は、図１に示すように、開閉ゲート１２の開動作により、排出口３０および排出管１４を介して、乾燥装置３３に排出され、乾燥装置３３により水が除去されて、乾燥される。これにより、乾燥された材料を、射出成形用のペレットにしてリサイクルすることができる。
【００３２】
そして、この材料の粉砕方法によれば、嵩密度の低い材料を、水と接触させることによって、この水を材料に含ませて、材料の嵩密度を高くすることができる。そのため、タンク２内における材料の流動性の向上を図ることができる。その結果、使用済みの発泡ポリスチロールを主成分とする材料を、所望の粒径の粉末に粉砕して、射出成形用のペレットにしてリサイクルすることができる。
【００３３】
なお、上記の方法では、粉末に粉砕され水を含む材料を、乾燥装置３３により、乾燥したが、例えば、乾燥装置３３を用いず、そのまま粉砕装置３２において、粉末に粉砕され水を含む材料を、上記した剪断熱（粉砕熱）の余熱により、乾燥してもよい。
【実施例】
【００３４】
上記実施形態で説明した粉砕処理システム（粉砕装置：スーパーアドオンミキサーＥＭ−２００、（株）カワタ製）を用いて、発泡ポリスチロールを粉砕した。
予め水により洗浄し、ホッパに貯蔵した発泡ポリスチロールは、嵩密度が０．０３〜０．０５ｇ／ｃｍ３であり、含水率が、２２．５重量％であった。材料投入工程における発泡ポリスチロールの投入量は、３０ｋｇであり、水投入工程における水の投入量は、５０ｋｇであった。次いで、図２に示すように、粉砕工程において、１０分間で７００ｒｐｍとした低速回転運転と、３０分間で７００ｒｐｍから１５００ｒｐｍとした高速回転運転とを、合計４０分間して、粉砕した。粉砕工程で粉砕された発泡ポリスチロールの、目開き１ｍｍの篩いによる篩い下の割合が、分級前の発泡ポリスチロール１００重量部に対して、７３．８重量部であった。また、粉砕工程で粉砕された発泡ポリスチロールは、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ３であった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の発泡ポリスチロールの粉砕方法に用いられる粉砕処理システムの一実施形態を示す要部側断面図である。
【図２】粉砕工程における粉砕時間とタンク内の温度および水平回転羽根の回転数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１      粉砕処理システム
２      タンク
３      水平回転羽根
３２    粉砕装置
【図１】
2007090234.tif 000003
【図２】
2007090234.tif 000004