JP3857758B2 - プラスチック廃材リサイクル成形方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックを主体とする廃材を再利用して有用な成形品を成形するプラスチック廃材リサイクル成形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
使用済のプラスチック製包装用容器、或いは廃車のバンパー,バッテリーケース、その他のプラスチック製品から生じる大量のプラスチック廃材は、ポリ塩化ビニル,ポリエチレン,ポリプロピレン,ナイロン,アクリロニトリル,ポリスチレン,ポリアミド,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プラスチック材料、或いはこれらの共重合樹脂が混在し、さらにこれに金属片,木片,ガラス片,繊維屑等の來雑物が混じったものとなる。従来このようなプラスチック廃材は、各材料毎に溶融温度がまちまちであるので、例えば周知の射出成形機に供給してリサイクル成形品を成形するのは困難であった。従って材料毎に分別しない限りリサイクルは不可能とされていた。
しかし分別のためには高度な分離技術が要求されるとともにそのコストが高くつくために、従来ではこのようなプラスチック廃材は大部分が産業廃棄物として処分場に投棄されている状況である。また、このようなプラスチック廃材は焼却処分するにしても強い臭気の有害ガスが発生し大気を汚染するという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、種々のプラスチック材料が混在したプラスチック廃材でも分別を要さずそのまま有用な成形品にリサイクル成形し得る方法を提供し、上記のような分別に要するコスト等を軽減させプラスチック廃材のリサイクルを促進し上記問題点を解決しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明のプラスチック廃材リサイクル成形方法は、チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられたミキシング装置に複数種のプラスチック材料が混在するプラスチック廃材を装填して該廃材を撹拌し、該モータの電源の負荷電流がピークに達してから一定時間後に該チャンバ内から該プラスチック廃材を排出することにより、撹拌に伴なう摩擦熱により該プラスチック廃材を溶融させてゲル状態とし、これをそのまま成形機に装填して成形品を成形することを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
次に図面と共に本発明の実施の形態を説明する。図1にこのリサイクル成形方法の工程図を示す。最初の工程aは廃棄物から得られた種々のプラスチック廃材を適当な大きさに粉砕し、チップ状,粒状、或いは粉状にする工程である。そして成形品として要求される物性に応じて成分調整をするべく計量(工程b)をする。そのとき必要に応じプラスチック以外の材料(例えばゴム,木粉,紙,繊維等)を補強,弾力性向上、或いは増量等の目的で添加してもよい。さらには着色,剤,新規なプラスチック材料,強化剤等を添加することもできる。
【0006】
こうして計量されたプラスチック廃材を図2に例示したミキシング装置1に投入する。このミキサー1は、機台2上に横向円筒形のチャンバ3を形成し、軸受4,4により水平に支持された回転軸5を該チャンバ3の中心に案内され、該回転軸5の一端を継手6を介してモータ7と連結している。回転軸5は中空状のもので、その軸端にロータリージョイント8,カップリング9が設けられ、該ロータリージョイント8を通して冷却水を該回転軸5の内部中心に設けられた給水パイプ10に供給し、その冷却水は該回転軸5中を往復させてカップリング9より排出させるように構成している。
【0007】
チャンバ3中を貫通する回転軸5の外周には図2〜図4に示したように合計6枚の羽根11a〜11fが突設されている。そのうちの両端部の羽根11aおよび11fは矢印にて示した方向に回転したときその前縁がチャンバ3の両端壁12,12の内面と殆んど隙間なく摺接するように約15度の角度で傾斜して回転軸5の外周面に固着されている。また中間部の4枚の羽根11b,11c,11d,11eは回転軸5の外周面に千鳥状に固着され外各羽根の先方部は回転時の前縁が該チャンバ3の両端を向く方向に夫々約15度の角度で捲られている。
【0008】
また、12は該チャンバ3の一方の端壁に開設された材料供給口、13は回転軸5の外周に形成された螺旋状の材料供給スクリュー、14は該供給スクリュー13を包囲している材料供給箱、15は該供給箱の上方に設けられたホッパーで、該ホッパーには気密に閉止し得る蓋16が設けられる。また、17,17は回転軸5に固設されたバランスホイールである。
【0009】
チャンバ3の周壁中には通水路18が形成され、該通水路18に連通する給水管19および排水管20を配設し、該通水路18に冷却水を循環させることにより該チャンバ3壁を冷却し得るようにしている。また、26は光学式温度計、21は該チャンバ3の周壁の一部に設けられた光学式温度計の測定ヘッドで、該測定ヘッド21と光学式温度計26とは接続ケーブルを介して連結されている。22は該測定ヘッド21を過熱から防ぐために周囲に給水管23,排水管24を通して冷却水が通水されるように設けられた通水路である。25は光学式温度計26により計測された温度を表示するデジタルパネルメータである。このように測定ヘッド21に冷却水を通水し過熱を防ぐことにより受光面への樹脂の粘着を防ぎ測定温度の正確性を期すことができる。
【0010】
また、27はチャンバ3の底壁部に設けられたゲル排出ドアで、該ドア27は軸28により回転可能に支持され該軸28に設けられたギヤ29がラック30に噛合し、該ラック30をシリンダ32の作動により進退動させることで該軸28が回転しドア27を開閉できるように構成している。31は該ドア27の直下に配置されたゲル受用のトレイである。
【0011】
また、チャンバ3の一側壁にガス抜の配管33が接続され、該配管33は真空排ガス装置34に配設されている。
また、40は制御盤で、該制御盤40にはモータ7の回転数をコントロールするインバータが接続されていると共に、モータ7の負荷電流を測定する電流計,およびタイマーを具備し、前記シリンダ32に指令を出してドア27を開閉できるようにしている。
【0012】
このように構成したミキシング装置1では、回転軸5内およびチャンバ3壁に夫々冷却水を循環させ、モータ7により該回転軸5を介して羽根11a〜11fを高速回転させる。例えば羽根11a〜11fの先端速度が20〜50m/s程度まで上昇し得るように高速回転させる。そして予め一定の大きさのチップ状,粒状等に粉砕されたプラスチック廃材をホッパー15に投入し、供給スクリュー13のガイドにより該プラスチック廃材を材料供給口12よりチャンバ3中に供給し、羽根11a〜11fよりこれを攪拌する。
【0013】
図6はポリプロピレン50%,アクリロニトリル・エチレンプロピレンゴム・スチレン共重合樹脂50%の組成からなるプラスチック廃材をチャンバ3中に充填し上記のように攪拌した際の光学式温度計26にて測定されたチャンバ3内のプラスチック廃材の温度変化(符号Aにて示す)と、そのときのモータ7の負荷電流の変化(符号Bにて示す)とを夫々横軸を時間軸としてチャートに表わしたものである。このようにチャンバ3内のプラスチック廃材は、攪拌されるに伴い摩擦熱が発生しその摩擦熱によって温度が徐々に上昇し、同図中の点aにて示した時に適度な軟らかさのゲル状態に溶融する。また、該モータ7の負荷電流は、同図中の点bにてピークに達し、その後数秒間でプラスチック廃材の温度が適度なゲル状態となる。このようにモータ7の負荷電流がピークになる時点を検出することで、チャンバ3内のプラスチック廃材が溶融し始めたところであることを検知することができる。即ちプラスチック廃材の溶融が始まった頃は最も攪拌抵抗が上昇し負荷電流も同時期にピークに達する。このため制御盤40にて負荷電流がピークアウトするのを検知してタイマーを作動させ数秒後(投入されたプラスチック廃材の量や組成等により多少タイマーの設定時間は異なる)にシリンダ32を作動させドア27を開かしめチャンバ3内のプラスチック廃材を排出させれば、プラスチック廃材を常に適度な軟らかさのゲル状態に溶融したところで排出することができる。このためこのような排出のタイミングを採ることにより次の成形工程における成形の都合上常に最適な軟らかさとなるように粘度を調整することができる。
【0014】
なお羽根11aおよび11fは、溶融したプラスチック廃材が両端壁内面に付着するのを防ぐ。また羽根11b〜11eは、その傾斜によってプラスチック廃材をチャンバ3内の中心向にガイドするので、チャンバ3内で溶融したプラスチック廃材は分散することなく餅のような塊にすることができる。そしてチャンバ3壁は冷却水により冷却され、回転軸5および羽根11a〜11fは該回転軸5中を循環する冷却水により冷却されるので、溶融したプラスチック廃材との温度差が充分に保たれその粘着を防ぐことができる。従ってドア27を開ければ、そのゲル状態のプラスチック廃材は難なく遠心力でトレイ31上に排出される。(工程c,d)。
【0015】
こうして排出されたプラスチック廃材をその溶融状態にあるうちに加圧成形機、或いは押出成形機等の成形機(図示せず)に装填され、板状,棒状,粒状,チップ状,箱状等の所望の形状に成形する。(工程e)。図7はそのための下型40と上型41とからなる加圧成形機42の一例を示す。ゲル状態に溶融したプラスチック廃材50を該下型40中に装填し上型41を圧下させて加圧することにより該プラスチック廃材50を板状に成形することができる。
【0016】
このように攪拌の摩擦熱によって溶融したプラスチック廃材を再加熱することなく即座にそのまま次の成形機に装填することで、廃材中の種々のプラスチック材料を分離させることなく渾然一体のものとして成形品を成形することができる。このため種々のプラスチック材料が混っているにも拘らず強度,弾性等の物質的特性の優れた成形品を成形できる。
ちなみに上記組成のプラスチック廃材では、曲げ弾性率1700kg・f/cm2以上、曲げ強度300kg・f/cm2以上,引張強度150kg・f/cm2以上の夫々高い特性を得ることができた。このため成形品の用途も新規の材料と損色なく非常に広範囲なものとなる。また、ここでリサイクルし得るプラスチック廃材は上記組成に限らず、自動車バンパー,自動車内装品,ペットボトル,発泡スチロール容器,薬品容器,バッテリーケース等の種々の廃プラスチック製品を混合使用し得る。
【0017】
そしてチャンバ3内のガスを配管33を通して真空排ガス装置34により吸引すれば、塩化ビニル等のプラスチック廃材が溶融するに伴い発生する有害ガスを外部に排出することができるので、工場内の作業環境を良好に保つことができる。また、ホッパー15の蓋16を気密に閉じてチャンバ3内を減圧することにより、攪拌に伴い溶融樹脂中に空気,ガス等が混入する割合を可及的に少くできるので、成形品の特性を向上させるのに一層望ましい。
【0018】
このように攪拌の摩擦熱によって溶融したプラスチック廃材を再加熱することなく即座にそのまま次の成形機に装填することで、廃材中の種々のプラスチック材料を分離させる必要なく渾然一体のものとして成形品を成形することができる。このため熱可塑性,熱硬化性等の種々のプラスチック材料が混在しているにも拘らず強度,弾性等の物質的特性の優れたものを成形でき、その成形品の用途も広範囲なものとなる。
【0019】
【発明の効果】
このように本発明のリサイクル成形方法では、プラスチック廃材を攪拌に伴う摩擦熱により適度なゲル状態に溶融させ異種のプラスチック材料を渾然一体のものとして有用な成形品を成形できる。このため分別を要することなく低コストでプラスチック廃材をリサイクルでき、資源の有効活用が図れると共に、プラスチック廃材の処理問題の解決に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラスチック廃材リサイクル成形方法の工程図。
【図2】本発明に係るプラスチック廃材リサイクル成形方法を実施するためのミキサーの縦断面図。
【図3】図2のミキサーの羽根の拡大図。
【図4】図3の平面図。
【図5】図3のA−A線断面図。
【図6】プラスチック廃材の攪拌に伴う温度変化およびモータの負荷電流の変化を示した線図。
【図7】本発明のプラスチック廃材リサイクル成形方法を実施するための成形機の縦断面図。
【符号の説明】
1 ミキシング装置
3 チャンバ
5 回転軸
11a〜11f 羽根
12 材料供給口
42 成形機
Claims (1)
- チャンバ内にモータによって高速回転する羽根が設けられたミキシング装置に複数種のプラスチック材料が混在するプラスチック廃材を装填して該廃材を撹拌し、該モータの電源の負荷電流がピークに達してから一定時間後に該チャンバ内から該プラスチック廃材を排出することにより、撹拌に伴なう摩擦熱により該プラスチック廃材を溶融させてゲル状態とし、これをそのまま成形機に装填して成形品を成形することを特徴としたプラスチック廃材リサイクル成形方法。
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