JP3860440B2 - Kneading machine - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混練機に関し、特に、処理物の連続処理が可能な連続式２本ロール型混練機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の連続式２本ロール型混練機の一例を図６〜図８に示す。すなわち、この混練機は、円筒形の２本のロール３０、３５を適当な間隙を設けて平行に配置したものであって、両ロール３０、３５の回転方向は逆方向となっており、両ロール３０、３５は間隙部において上から下方向に回転するようになっている。また、両ロール３０、３５の間隙幅は自由に設定できるようになっている。
【０００３】
各ロール３０、３５の長さは直径の２倍以上に設定され、両ロール３０、３５の一端から処理物を供給し、他端から排出することにより、連続的な混練処理を行うことができるようになっている。通常、両ロール３０、３５の回転数を変えること等により、両ロール３０、３５が異なる周速度で回転するように設定することにより、両ロール３０、３５の間隙において処理物に剪断力が与えられるようになっている。
【０００４】
各ロール３０、３５の内部には加熱媒体又は冷却媒体用の流路（図示せず）が設けられ、この流路により各ロール３０、３５を加熱又は冷却することができるようになっている。通常、各ロール３０、３５には加熱媒体又は冷却媒体用の流路が供給側から排出側までの間に１個又は複数個設けられ、これらの流路内に異なる温度の加熱媒体又は冷却媒体を流通させることにより、細かい温度制御をすることができるようになっている。
【０００５】
処理物４０は、図８に示すように、一方のロール３０の外表面に巻き付かせて処理される。通常、操作する側のロール３０（前ロール３０）に処理物４０を巻き付かせる。一般には、処理物は周速度の速い側のロールに巻き付き易く、また温度が高い方のロールに巻き付き易い性質があるので、両ロール３０、３５の周速度および温度を制御することにより、これを行うことができる。
【０００６】
そして、供給された処理物４０は、供給側から排出側に搬送しなければならないが、この搬送性を良くするために、両ロール３０、３５の表面には逆方向に走るスパイラル状の溝３１、３６が設けられ、この溝３１、３６により処理物４０はバンク部Ｘからニップ部Ｙへ引き込まれ易くなり、搬送性が向上するようになっている。
【０００７】
上記のような連続式２本ロール型の混練機は次のような特徴を備えている。
（１）強力な剪断力、圧縮力による大きな混練作用が働く。
（２）比較的低温で処理できる。
（３）揮発分の除去が容易である。
（４）混練状態を容易に確認できる。
（５）洗浄が容易で多品種、小ロット生産に適している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなスパイラル状の溝３１、３６の効果だけでは処理量に限度があり、所望の処理量を確保するために供給量を増加すると、搬送量が供給量に追いつけず、相対する２本のロール３０、３５の上部にバンク部Ｘと呼ばれる処理物４０の溜まりが大きく成長し、このバンク部Ｘの中心部では分散や混合作用が生じず、またバンク部Ｘ内の材料がショートパス、つまりロール３０、３５の上部を移動してニップ部Ｙを通過することなく排出される現象が起こるため、均一で安定した性状の混練物を得ることができない。
【０００９】
処理量を増加させるために溝を深くまたは幅広くする方法もあるが、この方法では搬送量は大きくなるものの、溝部分での剪断作用が失われるために混練状態に悪影響を与えることになり、処理物の性状に斑が見られるようになる。また、ロール３０、３５の回転数を増加させる方法もあるが、意図するような処理量の増加には至らない。
【００１０】
本発明は、上記のような従来のもののもつ問題を解決したものであって、処理物の処理量を大幅に増加させることができるとともに、均一で安定した性状の混練物を得ることができる混練機を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、互いに逆方向に回転するとともに、ロール軸が互いに平行であり、かつ表面温度をそれぞれ調節可能な前ロール及び後ロールからなる２本のロールを有し、前記両ロールの一端から連続的に処理物を供給し、前記前ロールに処理物を巻き付かせて処理し、他端から排出する連続式２本ロール型混練機において、前記前ロールの直径が前記後ロールの直径よりも大きく、前記両ロールの表面にスパイラル状の凹凸部を設け、一方のロールの凸部と他方のロールの凹部とを互いに噛み合わせた状態で近接させ、かつ、少なくとも前記一方のロールの凸部がロール軸に平行な頂部幅を有し、前記他方のロールの凹部がロール軸に平行な底部幅を有する手段を採用したものである。また、下記の条件式からなる手段を採用したものである。
条件式 Ｌ１＋Ｌ２＞０．１Ｐ／ｎ
Ｌ１：一方のロールの頂部幅
Ｌ２：他方のロールの頂部幅
Ｐ：両ロールの凹凸部のピッチ
ｎ：ピッチ間の凸部の数
【００１２】
【作用】
本発明は、前記のような手段を採用したことにより、一方のロールの凹部に他方のロールの凸部が噛み込むことになるので、処理物が凹部に滞留することがなくなる。また、両ロール間に平行な間隙が形成されることになるので、大きな剪断力を必要とする混練処理を行うことが可能となる。さらに、一方のロールの頂部幅をＬ１、他方のロールの頂部幅をＬ２とするとき、Ｌ１＋Ｌ２の値は、隣り合う凸部のピッチ間隔の０．１倍以上に設定され、Ｌ１＋Ｌ２の値が隣り合う凸部のピッチ間隔に近いほど、混練効果が大きくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１〜図３には、本発明による混練機の一実施の形態が示されていて、この混練機１は連続式２本ロール型混練機であって、一方のロールである前ロール３と他方のロールである後ロール１２の２本のロールを有している。
【００１４】
両ロール３、１２は、互いに平行をなすように、かつ回転自在にそれぞれ軸受２１、２１を介して機械本体２に取り付けられるようになっている。ロール３は駆動源２３に連結され、駆動源２３が作動することにより回転し、ロール３とギアー等からなる伝達部材２２を介して連結されているロール１２が回転する。ロール３とロール１２は伝達部材２２の介在により逆向きに回転するようになっている。なお、ロール３とロール１２とをそれぞれ独立した駆動源に連結し、両駆動源の作動によりそれぞれ逆方向に回転させるように構成しても良い。
【００１５】
両ロール３、１２の内部には、それぞれ加熱媒体又は冷却媒体の流路１０、１９が設けられ、この流路１０、１９に加熱媒体又は冷却媒体を流通させることで、両ロール３、１２を加熱又は冷却することができるようになっている。流路１０、１９は、両ロール３、１２の供給側から排出側までの間にそれぞれ１個又は複数個設けられ、この流路１０、１９に異なる温度の加熱媒体又は冷却媒体を流通させることで、細かい温度制御ができるようになっている。なお、図中１１、２０は、加熱媒体又は冷却媒体の供給排出部である。
【００１６】
本発明による前ロール３及び後ロール１２は、以下の（１）、（２）の構成を有することを特徴とする。
（１）前ロール３及び後ロール１２の表面に互いに逆向きのスパイラル状の凹凸部５、１４がそれぞれ設けられ、前ロール３の凸部８と後ロール１２の凹部１５、及び前ロール３の凹部６と後ロール１２の凸部１７とがそれぞれ互いに噛み合っている。
（２）少なくとも一方のロール３、１２の凸部８、１７の頂部がロール軸４、１３に平行な頂部幅９、１８を有するとともに、他方のロール１２、３の凹部１５、６の底部がロール軸１３、４に平行な底部幅１６、７を有する。
【００１７】
（１）の構成により、必然的に両ロール３、１２の凸部８、１７のピッチ間隔は等しくなり、また両ロール３、１２の回転数も等しくなる。ただし、両ロール３、１２の直径は任意に決めることができる。通常は、前ロール３の直径を後ロール１２の直径よりも大きくする。なお、スパイラル状の凹凸部５、１４は１条ネジであっても良いし、２条以上の多条ネジであっても良い。
【００１８】
更に、本発明による前ロール３及び後ロール１２は、以下の条件式を満たすことを特徴としている。
条件式 Ｌ１＋Ｌ２＞０．１Ｐ／ｎ
Ｌ１：前ロールの頂部幅
Ｌ２：後ロールの頂部幅
ｐ：両ロールの凹凸部のピッチ
ｎ：ピッチ間の凸部の数（１条ねじではｎ＝１、２条ねじではｎ＝２）
【００１９】
本発明は、（１）の構成を採用したことにより、処理物の搬送性能を大幅に増大させることができる。従って、処理物の供給量が多くてもバンクは成長せず、ショートパスを起こすようなことはない。また、一方のロール３、１２の凹部６、１５に他方のロール１２、３の凸部１７、８が噛み込むことになるので、従来のロールのように、処理物が凹部６、１５に滞留することはない。更に、混練機能として働くニップ部が複雑な形状に形成され、しかもその全長が長くなるので、混練性能を高めることもできる。
【００２０】
本発明は、（２）の構成を採用したことにより、両ロール３、１２間にロール軸４、１３に平行な間隙が形成される。具体的には、両ロール３、１２の軸線に平行な断面において、両ロール３、１２の凹凸部５、１４の形状を台形又は矩形に形成する。三角形や円弧形等を除いた形状である。
【００２１】
混練操作の中で、例えば樹脂中に顔料を分散させるような場合には、処理物に大きな剪断力を与えなければならない。剪断力は、ニップ部の間隙で与えられ、両ロール３、１２の表面における速度差が大きいほど、また間隙が狭いほど大きな剪断力が得られる。このため、両ロール間３、１２の間隙は、０．０５ｍｍ単位で調節できることが好ましい。
【００２２】
このように両ロール３、１２間の間隙を細かく調整することは凹凸部５、１４の形状を三角形とした場合でも、一応は可能である。例えば、一方のロール３、１２の凸部８、１７と他方のロール１２、３の凹部１５、６とを同一形状の二等辺三角形とすれば、両ロール３、１２の軸間距離を調節することにより、三角形の相対する辺と辺との間隔を調整することができるからである。しかし、前述のように、両ロール３、１２はそれぞれ別個に温度調整を行い、異なる温度とすることが多い。そして、両ロール３、１２の温度差を大きくした場合には、両ロール３、１２の軸方向に対する熱膨張差が大きくなるので、両ロール３、１２の入口側から出口側に至るまで一様な間隙とすることはできない。従って、両ロール３、１２間の間隙を細かく調整することが不可能となる。
【００２３】
一方、本発明の（２）の構成により、両ロール３、１２のロール軸４、１３に平行な間隙を形成した場合には、両ロール３、１２の温度差を大きくした場合でも、この部分の間隙（図３のニップ部Ａ）を一定にすることができる。ロール軸４、１３に平行な間隙は、両ロール３、１２の軸間距離を調整することにより、熱膨張の違いに関係なく、両ロール３、１２の入口側から出口側に至るまで一様な間隙とすることができるからである。従って、（２）の構成を採用することにより、大きな剪断力を必要とする処理を行うことが可能となり、大きな混練効果を発揮することが可能となる。具体的には、前ロール３の頂部幅９をＬ１、後ロール１２の頂部幅１８をＬ２とするとき、Ｌ１＋Ｌ２の値を、隣り合う凸部８−８、１７−１７のピッチ間隔の０．１倍以上とする。Ｌ１＋Ｌ２の値が、隣り合う凸部８−８、１７−１７のピッチ間隔に近いほど、混練効果が大きくなる。Ｌ１＋Ｌ２が０．１Ｐ／ｎに近い場合の両ロール３、１２の凹凸部５、１４の形状を図４に示し、Ｌ１＋Ｌ２がＰ／ｎに近い場合の両ロール３、１２の凹凸部５、１４の形状を図５に示す。
【００２４】
（２）の構成において、両ロール３、１２のロール軸４、１３に平行でない間隙（図３のニップ部Ｂ）は、間隙を細かく調節することができない。従って、大きな剪断力を期待することはできないが、単純な混合を目的とする混練には有効である。
【００２５】
凹凸部５、１４の深さは、このように単純な混練性能と処理物の搬送性を考慮して、１．０ｍｍ以上とすることが好ましい。また、得られる効果、処理動力さらにロール強度を考慮して各ロール３、１２の最大直径（凸部８、１７の直径）の１／４以下とすることが好ましい。
【００２６】
処理物を前ロール３に巻き付かせるために、前ロール３の直径は後ロール１２の直径より大きくすることが好ましい。一般には下記の条件を満たすことが好ましい。
０．５×ｄ１≦Ｄ２≦ｄ１
Ｄ２：後ロール最大直径（凸部頂部直径）
ｄ１：前ロール最小直径（凹部底部直径）
具体的には、必要とする剪断力を考慮して決定する。
【００２７】
混練機への材料の供給方法は、通常１箇所であるが、複数の材料を２箇所以上から供給し、混合を兼ねて混練を行っても良い。例えば、主材料を両ロール３、１２の端から供給し、熱を嫌う材料や破壊されては困る副材料を両ロール３、１２の後半部で添加して混合混練を行う。
【００２８】
両ロール３、１２の処理物の吐出口２５には取出し装置２６を取り付け、両ロール３、１２の表面は凹凸部５、１４をなくし、円筒状にしている。取出し装置２６としては、前ロール３の表面に巻き付いている材料に回転刃を押し付け、材料をカットしてスクレーパにより帯状で取り出すストリップカッター、固定刃を押し付けて材料をカットするナイフカッター、多数の孔を設けたシリンダードラムを前ロール３に押し付け、材料を孔を介して内側に押し出し、これを固定刃でカットすることでペレットを得るペレタイザー等、用途に応じて使い分けることが可能である。
【００２９】
本発明の混練機１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミックス、各種材料マスターバッチ（カラートナー用、樹脂と安定剤等の添加剤、ゴム用添加剤）、粉末冶金、磁性材料（プラスチック磁石等の永久磁石を含む）、黒及びカラートナー、インキ、コンパウンド、粉体塗料、天然あるいは合成ゴム、接着剤、鉛筆芯（黒芯、ポリマー芯）、電池材料等の混練に用いることができる。
【００３０】
以下、本発明による混練機１の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１は、合成木材の製造過程に本発明の混練機１を利用したものである。具体的には、ポリプロピレン樹脂（ペレット）４４重量％、木粉５５重量％、相溶化剤１重量％の割合で配合した２５ｋｇの材料を混合機（三井鉱山製ヘンシェルミキサ）に投入して羽根速度４０ｍ／ｓで攪拌加熱処理、その後２０ｍ／ｓで攪拌加熱処理を行い、さらにクーラーミキサー（三井鉱山製ヘンシェルミキサ）で冷却、造粒して最大粒径５ｍｍ嵩比重０．４の木粉を含んだ造粒物を得た。これを本発明の混練機１に供給、混練し、孔内径４ｍｍのペレタイザを通した。この結果、嵩比重０．５６の良好なペレットを得ることができた。このときの処理速度は３０ｋｇ／ｈであった。

【００３１】
（比較例１）
実施例１の本発明の混練機１を従来型の連続処理可能な開放式２本ロール型混練機（三井鉱山製ニーデックス）に替えて混練した。処理速度が１０ｋｇ／ｈで混練機の供給部分でオーバーフローし、混練処理が間に合わなくなった。

【００３２】
実施例１と比較例１を比較すると、実施例１で使用している本発明の混練機１の方が処理速度が大きいことが明らかであった。
【００３３】
（実施例２）
実施例２は、カラートナーの製造過程に本発明の混練機１を利用したものである。
第１混練工程において、不飽和ポリエステル樹脂７０重量％、銅フタロシアニン顔料３０重量％の割合で配合した５ｋｇの材料を混合機（三井鉱山製ヘンシェルミキサ）に投入して、羽根回転速度２０ｍ／ｓで攪拌加熱処理を行い、その混合物をさらに従来型の連続処理可能な開放式２本ロール型混練機（三井鉱山製ニーデックス）を用いて処理量２ｋｇ／ｈで混練してマスターバッチを製造した。そのマスターバッチを粉砕機で粉砕して２ｍｍのスクリーンを通過する程の大きさにした。さらに、第２混練工程において、そのマスターバッチ１４重量％、不飽和ポリエステル樹脂８２．７重量％、荷電制御剤３．３重量％の割合で配合した５ｋｇの材料を混合機（三井鉱山製ヘンシェルミキサ）を用いて羽根回転速度２０ｍ／ｓで攪拌加熱冷却処理を行い、これを本発明の混練機１に供給し、処理速度１０ｋｇ／ｈで混練を行った。
第２混練工程後得られた混練物を１２０℃に加熱したスライドグラスに載せて溶解させ、カバーグラスで薄く伸ばしてから光学顕微鏡で観察した。顔料と荷電制御剤の塊は全く確認されなかった。

【００３４】
（比較例２）
実施例２の第２混練工程も従来型の連続処理可能な開放式２本ロール型混練機（三井鉱山製ニーデックス）を用いて、処理速度１０ｋｇ／ｈで行った。この混練物を実施例２と同様に光学顕微鏡で観察した結果、顔料粒と荷電制御剤の塊が確認された。

希釈の第２混練工程において、実施例２は、本発明の混練機を使用し、比較例２では従来型の混練機を使用した。その結果を比較すると、実施例２で使用している本発明の混練機の方が分散性に優れていることが分かった。
【００３５】
（実施例３）
実施例２の第１混練工程（マスターバッチの製造）において、従来型の混練機を本発明の混練機１に替えて操作を行った。処理量は３ｋｇ／ｈである。この第１工程で得られた混練物を実施例２と同様の光学顕微鏡で観察した。この結果を実施例２の第１混練工程で得られた混練物と比較すると、実施例３の混練物の方が最大粒径が小さいことが確認された。このように本発明の混練機１は、マスターバッチの第１混練工程においても混練性能は従来型の混練機に優ることがわかった。さらに、実施例２と同様に第２混練工程を行い、第２混練工程後に得られた混練物を実施例２と同様に光学顕微鏡で観察した結果、顔料および荷電制御剤の塊は全く確認されなかった。

【００３６】
（実施例４）
カラートナー製造において、比較例２に示すように、従来の混練機では処理量及び分散混練性能の点からマスターバッチの第１混練工程と希釈の第２混練工程を２工程に分けて行わなければ対応ができなかった。しかし、本発明の混練機１は、従来の混練機と比較して処理量が増加し、さらに分散混練性能も向上したので、マスターバッチの製造から希釈までを１工程で行うことができるようになった。
不飽和ポリエステル９２．５重量％、銅フタロシアニン４．２重量％、荷電制御剤３．３重量％の実施例２の第２混練工程でできあがった混練物と同じ配合量の材料５ｋｇを混合機（三井鉱山製ヘンシェルミキサ）を用いて羽根回転速度２０ｍ／ｓで攪拌混合し、その後、本発明の混練機１を用いて処理量５ｋｇ／ｈで混練した。この混練物を実施例２と同様に光学顕微鏡で観察した結果、顔料および荷電制御剤の塊は全く確認されなかった。

【００３７】
【発明の効果】
本発明は、前記のように構成して、両ロールの表面にスパイラル状の凹凸を設け、一方のロールの凸部と他方のロールの凹部とを互いに噛み合わせた状態で近接させたことにより、処理物の供給量が多くてもバンクは成長せず、ショートパスが起こることもない。また、一方のロールの凹部には他方のロールの凸部が噛み込むことになるので、処理物が凹部に滞留することはない。さらに、混練機能として働くニップ部が複雑な形状に形成され、しかもその全長が長くなる。従って、処理物の搬送性能及び混練性能を大幅に高めることができ、均一で安定した性状の混練物を得ることができることになる。
また、少なくとも一方のロールの凸部がロール軸に平行な頂部幅を有し、他方のロールの凹部がロール軸に平行な底部幅を有する構成としたことにより、両ロール間に、両ロール軸に平行な間隙を形成することができ、両ロールの温度差を大きくした場合でも、この間隙を一定に保つことができることになる。従って、大きな剪断力を必要とする処理を行うことが可能となるので、そのような処理であっても優れた混練性能を発揮することができることになる。
さらに、一方のロールの頂部幅をＬ１、他方のロールの頂部幅をＬ２とするとき、Ｌ１＋Ｌ２の値を、隣り合う凹部のピッチ間隔の０．１倍とすることにより、優れた混練性能を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による混練機の一実施の形態の全体を示した正面図である。
【図２】図１に示す前ロール及び後ロールの平面図である。
【図３】図２に示すものの部分拡大説明図である。
【図４】本発明による混練機の前ロール及び後ロールの凹凸部の形状の一例を示した説明図である。
【図５】本発明による混練機の前ロール及び後ロールの凹凸部の形状の他の例を示した説明図である。
【図６】従来の混練機の一例を示したものであって、前ロール及び後ロールの平面図である。
【図７】図６に示すものの部分拡大説明図である。
【図８】従来の前ロール及び後ロールと処理物との関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１……混練機
２……機械本体
３、３０……前ロール
４、１３……ロール軸
５、１４……凹凸部
６、１５……凹部
７、１６……底部幅
８、１７……凸部
９、１８……頂部幅
１０、１９……流路
１１、２０……供給排出部
１２、３５……後ロール
２１……軸受
２２……伝達部材
２３……駆動源
２４……材料供給部
２５……吐出口
２６……取出し装置
３１、３６……溝
４０……処理物
Ａ、Ｂ、Ｙ……ニップ部
Ｘ……バンク部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a kneader, and more particularly to a continuous two-roll kneader capable of continuously processing a processed product.
[0002]
[Prior art]
An example of this type of continuous two-roll kneader is shown in FIGS. That is, this kneader has two cylindrical rolls 30 and 35 arranged in parallel with an appropriate gap, and the rotation directions of both rolls 30 and 35 are opposite to each other. The rolls 30 and 35 rotate from top to bottom in the gap. The gap width between the rolls 30 and 35 can be freely set.
[0003]
The length of each roll 30 and 35 is set to be twice or more of the diameter, and continuous kneading can be performed by supplying a processed material from one end of both rolls 30 and 35 and discharging from the other end. It is like that. Usually, by setting the rotation speed of both rolls 30 and 35 so that both rolls 30 and 35 rotate at different peripheral speeds, a shearing force is applied to the processed material in the gap between both rolls 30 and 35. It is supposed to be.
[0004]
Each of the rolls 30 and 35 is provided with a flow path (not shown) for a heating medium or a cooling medium, and the rolls 30 and 35 can be heated or cooled by the flow path. Usually, each of the rolls 30 and 35 is provided with one or a plurality of channels for the heating medium or the cooling medium from the supply side to the discharge side, and the heating medium or the cooling medium having different temperatures in these channels. It is possible to perform fine temperature control by distributing the.
[0005]
As shown in FIG. 8, the processed product 40 is wound around the outer surface of one roll 30 and processed. Usually, the processed material 40 is wound around the roll 30 on the operating side (the front roll 30). In general, the processed material is easy to be wound around a roll having a higher peripheral speed and easily wound around a roll having a higher temperature. Therefore, by controlling the peripheral speed and temperature of both rolls 30 and 35, this is controlled. It can be carried out.
[0006]
The supplied processed product 40 must be transported from the supply side to the discharge side. In order to improve the transportability, the spiral grooves 31 that run in opposite directions are provided on the surfaces of both rolls 30 and 35. 36, the grooves 31 and 36 facilitate the drawing of the processed material 40 from the bank portion X to the nip portion Y, thereby improving the transportability.
[0007]
The continuous two-roll kneader as described above has the following characteristics.
(1) A large kneading action due to strong shearing force and compression force works.
(2) It can be processed at a relatively low temperature.
(3) Removal of volatile matter is easy.
(4) The kneading state can be easily confirmed.
(5) Easy to clean and suitable for multi-product, small-lot production.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the processing amount is limited only by the effect of the spiral grooves 31 and 36 as described above, and if the supply amount is increased in order to secure a desired processing amount, the conveyance amount does not catch up with the supply amount, and is opposed. A pool of processed material 40 called a bank portion X grows greatly on the upper part of the two rolls 30 and 35, and no dispersion or mixing action occurs in the central portion of the bank portion X, and the material in the bank portion X is short. Since a phenomenon occurs that passes through the upper part of the pass, that is, the rolls 30 and 35 and is discharged without passing through the nip portion Y, a uniform and stable kneaded material cannot be obtained.
[0009]
There is also a method to deepen or widen the groove to increase the throughput, but this method increases the conveyance amount, but since the shearing action at the groove is lost, the kneading state is adversely affected, Spots appear on the properties of the objects. There is also a method of increasing the number of rotations of the rolls 30 and 35, but the amount of processing is not increased as intended.
[0010]
The present invention solves the problems of the conventional ones as described above, and can greatly increase the amount of processed material and can provide a uniform and stable kneaded material. The purpose is to provide a machine.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has two rolls comprising a front roll and a rear roll that rotate in opposite directions and whose roll axes are parallel to each other and the surface temperature can be adjusted. In a continuous two-roll kneader that continuously supplies a processed product from one end of both rolls, wraps the processed product around the front roll, and discharges the processed product from the other end . The diameter of the roll is larger than the diameter of the rear roll , the spiral concavo-convex portions are provided on the surfaces of the two rolls, the convex portions of one roll and the concave portions of the other roll are brought close to each other, and At least the convex portion of the one roll has a top width parallel to the roll axis, and the concave portion of the other roll employs means having a bottom width parallel to the roll axis. Moreover, the means which consists of the following conditional expressions is adopted.
Conditional expression L1 + L2> 0.1 P / n
L1: Top width of one roll L2: Top width of the other roll P: Pitch of uneven parts of both rolls n: Number of convex parts between pitches
[Action]
In the present invention, by adopting the above-described means, the convex portion of the other roll bites into the concave portion of one roll, so that the processed material does not stay in the concave portion. In addition, since a parallel gap is formed between both rolls, it is possible to perform a kneading process that requires a large shearing force. Furthermore, when the top width of one roll is L1 and the top width of the other roll is L2, the value of L1 + L2 is set to 0.1 times or more of the pitch interval of adjacent convex portions, and the value of L1 + L2 is adjacent. The closer to the pitch interval of the convex portions that fit, the greater the kneading effect.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show an embodiment of a kneading machine according to the present invention. This kneading machine 1 is a continuous two-roll kneading machine, and includes a front roll 3 which is one of the rolls. It has two rolls of the rear roll 12, which is the other roll.
[0014]
Both rolls 3 and 12 are attached to the machine main body 2 via bearings 21 and 21 so as to be parallel to each other and to be rotatable. The roll 3 is connected to the drive source 23 and rotates when the drive source 23 is operated, and the roll 12 connected via the transmission member 22 including the roll 3 and a gear rotates. The roll 3 and the roll 12 are rotated in the opposite directions by the intervention of the transmission member 22. The roll 3 and the roll 12 may be connected to independent drive sources, and may be configured to rotate in opposite directions by the operation of both drive sources.
[0015]
Both the rolls 3 and 12 are provided with heating medium or cooling medium flow paths 10 and 19, respectively. By passing the heating medium or cooling medium through the flow paths 10 and 19, the both rolls 3 and 12 are connected. It can be heated or cooled. One or a plurality of flow paths 10 and 19 are provided between the supply side and the discharge side of both rolls 3 and 12, and a heating medium or a cooling medium having different temperatures is circulated through the flow paths 10 and 19. Therefore, fine temperature control is possible. In the figure, reference numerals 11 and 20 denote heating / cooling medium supply / discharge sections.
[0016]
The front roll 3 and the rear roll 12 according to the present invention are characterized by having the following configurations (1) and (2).
(1) Spiral concave and convex portions 5 and 14 opposite to each other are provided on the surfaces of the front roll 3 and the rear roll 12, respectively, and the convex portion 8 of the front roll 3, the concave portion 15 of the rear roll 12, and the front roll 3 The concave portion 6 and the convex portion 17 of the rear roll 12 are engaged with each other.
(2) The tops of the convex portions 8 and 17 of at least one of the rolls 3 and 12 have top widths 9 and 18 parallel to the roll shafts 4 and 13, and the bottoms of the concave portions 15 and 6 of the other rolls 12 and 3 are It has bottom widths 16 and 7 parallel to the roll axes 13 and 4.
[0017]
By the configuration of (1), the pitch interval between the convex portions 8 and 17 of both rolls 3 and 12 is inevitably equal, and the rotation speeds of both rolls 3 and 12 are also equal. However, the diameter of both rolls 3 and 12 can be determined arbitrarily. Usually, the diameter of the front roll 3 is made larger than the diameter of the rear roll 12. The spiral concavo-convex portions 5 and 14 may be a single thread or a multi-thread having two or more threads.
[0018]
Furthermore, the front roll 3 and the rear roll 12 according to the present invention are characterized by satisfying the following conditional expressions.
Conditional expression L1 + L2> 0.1 P / n
L1: Top width of front roll L2: Top width of rear roll p: Pitch of concave and convex portions of both rolls n: Number of convex portions between pitches (n = 1 for single screw, n = 2 for single screw)
[0019]
In the present invention, by adopting the configuration of (1), it is possible to greatly increase the conveyance performance of the processed material. Therefore, even if the supply amount of processed material is large, the bank does not grow and a short pass does not occur. Further, since the convex portions 17 and 8 of the other rolls 12 and 3 are engaged with the concave portions 6 and 15 of the one roll 3 and 12, the processed material stays in the concave portions 6 and 15 as in the conventional roll. Never do. Furthermore, since the nip portion that functions as a kneading function is formed in a complicated shape and the entire length thereof becomes longer, the kneading performance can be improved.
[0020]
In the present invention, by adopting the configuration of (2), a gap parallel to the roll shafts 4 and 13 is formed between the rolls 3 and 12. Specifically, in the cross section parallel to the axis of both rolls 3 and 12, the shape of the concavo-convex portions 5 and 14 of both rolls 3 and 12 is formed into a trapezoid or a rectangle. It is a shape excluding triangles and arcs.
[0021]
When the pigment is dispersed in the resin during the kneading operation, for example, a large shearing force must be applied to the treated product. The shearing force is given by the gap at the nip portion, and a larger shearing force is obtained as the speed difference between the surfaces of both rolls 3 and 12 is larger and the gap is narrower. For this reason, it is preferable that the gap between the rolls 3 and 12 can be adjusted in units of 0.05 mm.
[0022]
In this way, fine adjustment of the gap between the rolls 3 and 12 is possible even if the concave and convex portions 5 and 14 are triangular. For example, if the convex parts 8 and 17 of one roll 3 and 12 and the concave parts 15 and 6 of the other roll 12 and 3 are made into an isosceles triangle of the same shape, the distance between the axes of both rolls 3 and 12 is adjusted. This is because the distance between opposite sides of the triangle can be adjusted. However, as described above, the rolls 3 and 12 are often temperature-adjusted separately to have different temperatures. And when the temperature difference of both the rolls 3 and 12 is enlarged, since the thermal expansion difference with respect to the axial direction of both the rolls 3 and 12 becomes large, it is uniform from the inlet side of both the rolls 3 and 12 to the outlet side. It is not possible to make a gap. Therefore, it becomes impossible to finely adjust the gap between the rolls 3 and 12.
[0023]
On the other hand, when the gap parallel to the roll shafts 4 and 13 of both the rolls 3 and 12 is formed by the configuration of (2) of the present invention, even when the temperature difference between the rolls 3 and 12 is increased, this portion Can be made constant (nip portion A in FIG. 3). The gap parallel to the roll shafts 4 and 13 is uniform from the entrance side to the exit side of both rolls 3 and 12 by adjusting the distance between the axes of both rolls 3 and 12, regardless of the difference in thermal expansion. It is because it can be set as a gap. Therefore, by adopting the configuration of (2), it is possible to perform a process that requires a large shearing force, and a great kneading effect can be exhibited. Specifically, when the top width 9 of the front roll 3 is L1 and the top width 18 of the rear roll 12 is L2, the value of L1 + L2 is set to 0. 0 of the pitch interval between the adjacent convex portions 8-8 and 17-17. 1 times or more. The closer the value of L1 + L2 is to the pitch interval between the adjacent convex portions 8-8 and 17-17, the greater the kneading effect. FIG. 4 shows the shapes of the uneven portions 5 and 14 of both rolls 3 and 12 when L1 + L2 is close to 0.1 P / n, and the uneven portions 5 and 14 of both rolls 3 and 12 when L1 + L2 is close to P / n. The shape of is shown in FIG.
[0024]
In the configuration of (2), the gap that is not parallel to the roll shafts 4 and 13 of both the rolls 3 and 12 (nip portion B in FIG. 3) cannot be finely adjusted. Therefore, although a large shearing force cannot be expected, it is effective for kneading for the purpose of simple mixing.
[0025]
In consideration of such simple kneading performance and transportability of the processed material, the depth of the uneven portions 5 and 14 is preferably set to 1.0 mm or more. Moreover, it is preferable to set it as 1/4 or less of the maximum diameter (the diameter of the convex parts 8 and 17) of each roll 3 and 12 in consideration of the effect obtained, processing power, and roll strength.
[0026]
In order to wind the processed product around the front roll 3, the diameter of the front roll 3 is preferably larger than the diameter of the rear roll 12. In general, the following conditions are preferably satisfied.
0.5 × d1 ≦ D2 ≦ d1
D2: Maximum diameter of rear roll (convex top diameter)
d1: Front roll minimum diameter (recess bottom diameter)
Specifically, it is determined in consideration of the required shearing force.
[0027]
The method of supplying the material to the kneading machine is usually one place, but a plurality of materials may be supplied from two or more places and kneading may be performed also for mixing. For example, the main material is supplied from the ends of both rolls 3 and 12, and a material that dislikes heat or a sub-material that is difficult to be destroyed is added to the latter half of both rolls 3 and 12 and mixed and kneaded.
[0028]
A take-out device 26 is attached to the discharge port 25 of the processed material of both the rolls 3 and 12, and the surface of both the rolls 3 and 12 is made cylindrical by eliminating the uneven portions 5 and 14. As the take-out device 26, a strip cutter that presses a rotating blade against the material wound around the surface of the front roll 3, cuts the material and takes it out in a strip shape by a scraper, a knife cutter that presses a fixed blade to cut the material, and a large number of holes It is possible to use properly depending on the application, such as a pelletizer that presses the cylinder drum provided with the front roll 3 against the front roll 3, extrudes the material inward through the holes, and cuts it with a fixed blade.
[0029]
The kneading machine 1 of the present invention comprises a thermoplastic resin, a thermosetting resin, ceramics, various material master batches (for color toners, additives such as resins and stabilizers, additives for rubber), powder metallurgy, magnetic materials (plastics) (Including permanent magnets such as magnets), black and color toners, inks, compounds, powder coatings, natural or synthetic rubbers, adhesives, pencil cores (black cores, polymer cores), battery materials, etc. .
[0030]
Hereinafter, the Example of the kneading machine 1 by this invention is described.
Example 1
In Example 1, the kneader 1 of the present invention is used in the production process of synthetic wood. Specifically, 25 kg of material blended in a proportion of 44% by weight of polypropylene resin (pellet), 55% by weight of wood flour, and 1% by weight of compatibilizer is put into a mixer (Henschel mixer manufactured by Mitsui Mine) and the blade speed Stir heat treatment at 40 m / s, then stir heat treatment at 20 m / s, and further cooled and granulated by a cooler mixer (Henschel mixer manufactured by Mitsui Mine), containing wood powder with a maximum particle size of 5 mm and bulk specific gravity of 0.4 A granulated product was obtained. This was supplied to the kneader 1 of the present invention, kneaded, and passed through a pelletizer having a hole inner diameter of 4 mm. As a result, a good pellet having a bulk specific gravity of 0.56 could be obtained. The processing speed at this time was 30 kg / h.

[0031]
(Comparative Example 1)
The kneading machine 1 of the present invention of Example 1 was kneaded in place of a conventional continuous two-roll open kneading machine (Mitsui Mine Needex). When the processing speed was 10 kg / h, overflow occurred at the supply part of the kneader, and the kneading process was not in time.

[0032]
When Example 1 was compared with Comparative Example 1, it was clear that the kneading machine 1 of the present invention used in Example 1 had a higher processing speed.
[0033]
(Example 2)
In Example 2, the kneading machine 1 of the present invention is used in the production process of the color toner.
In the first kneading step, 5 kg of material blended at a ratio of 70% by weight of unsaturated polyester resin and 30% by weight of copper phthalocyanine pigment was put into a mixer (Henschel mixer manufactured by Mitsui Mine), and at a blade rotation speed of 20 m / s. The mixture was further stirred and heat-treated, and the mixture was further kneaded at a throughput of 2 kg / h using a conventional two-roll kneader (Mitsui Mine Needex) capable of continuous processing to produce a master batch. The master batch was pulverized by a pulverizer and sized so as to pass through a 2 mm screen. Furthermore, in the second kneading step, 5 kg of material blended in a ratio of 14% by weight of the master batch, 82.7% by weight of the unsaturated polyester resin, and 3.3% by weight of the charge control agent was mixed with a mixer (Henschel mixer manufactured by Mitsui Mine). The mixture was stirred and cooled at a blade rotation speed of 20 m / s, supplied to the kneader 1 of the present invention, and kneaded at a treatment speed of 10 kg / h.
The kneaded material obtained after the second kneading step was placed on a slide glass heated to 120 ° C. and dissolved, and was thinly stretched with a cover glass, and then observed with an optical microscope. No clumps of pigment and charge control agent were observed.

[0034]
(Comparative Example 2)
The second kneading step of Example 2 was also carried out at a processing speed of 10 kg / h using a conventional two-roll type kneading machine (Mitsui Mine Needex) capable of continuous processing. As a result of observing this kneaded product with an optical microscope in the same manner as in Example 2, a lump of pigment particles and a charge control agent was confirmed.

In the second kneading step of dilution, Example 2 used the kneader of the present invention, and Comparative Example 2 used a conventional kneader. Comparing the results, it was found that the kneader of the present invention used in Example 2 was superior in dispersibility.
[0035]
Example 3
In the first kneading step (manufacture of master batch) of Example 2, the conventional kneader was replaced with the kneader 1 of the present invention, and the operation was performed. The throughput is 3 kg / h. The kneaded material obtained in the first step was observed with the same optical microscope as in Example 2. When this result was compared with the kneaded material obtained in the first kneading step of Example 2, it was confirmed that the kneaded material of Example 3 had a smaller maximum particle size. Thus, it was found that the kneading machine 1 of the present invention was superior in kneading performance to the conventional kneading machine even in the first kneading step of the master batch. Furthermore, the second kneading step was carried out in the same manner as in Example 2, and the kneaded product obtained after the second kneading step was observed with an optical microscope in the same manner as in Example 2. As a result, no clumps of pigment and charge control agent were confirmed. There wasn't.

[0036]
Example 4
In color toner production, as shown in Comparative Example 2, in the conventional kneader, the first kneading step of the master batch and the second kneading step of dilution must be performed in two steps from the viewpoint of throughput and dispersion kneading performance. Could not respond. However, since the kneading machine 1 of the present invention has an increased throughput and improved dispersion kneading performance as compared with the conventional kneading machine, it is possible to perform from master batch production to dilution in one step. became.
A blender (5 kg of material having the same blending amount as that of the kneaded product obtained in the second kneading step of Example 2 of 92.5% by weight of unsaturated polyester, 4.2% by weight of copper phthalocyanine, and 3.3% by weight of the charge control agent) The mixture was stirred and mixed at a blade rotation speed of 20 m / s using a Mitsui Mining Henschel mixer, and then kneaded at a throughput of 5 kg / h using the kneader 1 of the present invention. As a result of observing this kneaded material with an optical microscope in the same manner as in Example 2, no clumps of pigment and charge control agent were confirmed.

[0037]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, by providing spiral irregularities on the surfaces of both rolls, and by bringing the convex part of one roll and the concave part of the other roll in close proximity to each other, Even if the supply amount of processed material is large, the bank does not grow and a short pass does not occur. Moreover, since the convex part of the other roll bites into the concave part of one roll, the processed material does not stay in the concave part. Further, the nip portion that functions as a kneading function is formed in a complicated shape, and the entire length thereof is increased. Therefore, the conveyance performance and kneading performance of the processed product can be greatly improved, and a kneaded product having a uniform and stable property can be obtained.
Further, since the convex portion of at least one roll has a top width parallel to the roll axis and the concave portion of the other roll has a bottom width parallel to the roll axis, The gap can be kept constant even when the temperature difference between the two rolls is increased. Therefore, since it is possible to perform a process that requires a large shearing force, even such a process can exhibit excellent kneading performance.
Furthermore, when the top width of one roll is L1, and the top width of the other roll is L2, the value of L1 + L2 is set to 0.1 times the pitch interval between adjacent recesses, thereby exhibiting excellent kneading performance. It becomes possible to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing the whole of an embodiment of a kneader according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a front roll and a rear roll shown in FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged explanatory view of what is shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of the shape of the uneven portions of the front roll and the rear roll of the kneader according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing another example of the shape of the uneven portions of the front roll and the rear roll of the kneader according to the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a front roll and a rear roll, showing an example of a conventional kneader.
7 is a partially enlarged explanatory view of what is shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an explanatory view showing a relationship between a conventional front roll and rear roll and a processed product.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Kneading machine 2 ... Machine main body 3, 30 ... Front roll 4, 13 ... Roll shaft 5, 14 ... Uneven part 6, 15 ... Concave part 7, 16 ... Bottom width 8, 17 ... Convex Sections 9 and 18... Top width 10 and 19... Channels 11 and 20... Supply and discharge sections 12 and 35... Rear roll 21. 25... Discharge port 26... Take-out device 31 and 36... Groove 40 .. processed material A, B and Y.

Claims (2)

互いに逆方向に回転するとともに、ロール軸が互いに平行であり、かつ表面温度をそれぞれ調節可能な前ロール及び後ロールからなる２本のロールを有し、前記両ロールの一端から連続的に処理物を供給し、前記前ロールに処理物を巻き付かせて処理し、他端から排出する連続式２本ロール型混練機において、
前記前ロールの直径が前記後ロールの直径よりも大きく、前記両ロールの表面にスパイラル状の凹凸部を設け、一方のロールの凸部と他方のロールの凹部とを互いに噛み合わせた状態で近接させ、かつ、少なくとも前記一方のロールの凸部がロール軸に平行な頂部幅を有し、前記他方のロールの凹部がロール軸に平行な底部幅を有することを特徴とする混練機。It has two rolls consisting of a front roll and a rear roll that rotate in opposite directions and whose roll axes are parallel to each other and whose surface temperature can be adjusted, respectively, and the processed material is continuously processed from one end of both rolls. In the continuous two-roll kneading machine that processes the wound product around the front roll and discharges it from the other end,
The diameter of the front roll is larger than the diameter of the rear roll , spiral concavo-convex portions are provided on the surfaces of both rolls, and the convex portions of one roll and the concave portions of the other roll are in close proximity to each other. The kneading machine is characterized in that at least the convex portion of the one roll has a top width parallel to the roll axis, and the concave portion of the other roll has a bottom width parallel to the roll axis. 下記の条件式からなることを特徴とする請求項１に記載の混練機。
条件式 Ｌ１＋Ｌ２＞０．１Ｐ／ｎ
Ｌ１：一方のロールの頂部幅
Ｌ２：他方のロールの頂部幅
Ｐ：両ロールの凹凸部のピッチ
ｎ：ピッチ間の凸部の数The kneading machine according to claim 1, comprising the following conditional expression:
Conditional expression L1 + L2> 0.1 P / n
L1: Top width of one roll L2: Top width of the other roll P: Pitch of uneven portions of both rolls n: Number of convex portions between pitches

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