JP4374354B2

JP4374354B2 - プラスチック廃材再生用ミキシング装置

Info

Publication number: JP4374354B2
Application number: JP2006154459A
Authority: JP
Inventors: 武千代小林
Original assignee: 株式会社コーハン
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JP2006289990A

Description

本発明はプラスチックを主体とする廃材を再利用するためのプラスチック廃材再生用ミキシング装置に関するものである。

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。

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再利用できるようにするためのプラスチック廃材再生用ミキシング装置およびその稼動方法を提供し、プラスチック廃材のリサイクルを促進することにより上記問題点を解決しようとするものである。

そのために本発明は、中空状の回転軸を軸受によりチャンバ中を貫通するように支持し、該回転軸の一端をモータに連結し、該回転軸の他端から該回転軸中に冷却媒体を循環させることで該回転軸の外周に突設された複数枚の羽根を冷却すると共に、チャンバ壁中に冷却媒体を循環させることにより該チャンバを冷却し、前記複数枚の羽根のうちの両端部の二つの羽根は該回転軸を回転させたときその前縁がチャンバの両端壁の内面と殆んど隙間なく摺接するように該回転軸の円周方向を基準として約１５度の角度で傾斜して回転軸の外周面に固着され、中間部の複数枚の羽根は該回転軸の外周面に千鳥状に固着され、該回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向する少なくとも二つの羽根の互いの対向間隔が回転下流方向に向けて狭まるように該各羽根が該回転軸の円周方向を基準として約１５度の角度で捻って設けられ、前記モータにより該回転軸を高速回転させることで該チャンバ内に装填されたプラスチック廃材が該各羽根に当たって該チャンバの中心向に案内されるよう撹拌され、その撹拌に伴なう摩擦熱により該プラスチック廃材が溶融し、ゲル状態のプラスチック廃材が前記冷却により羽根およびチャンバの内面に粘着するのが防がれるようにしたことを特徴とする。

本発明のプラスチック廃材再生用ミキシング装置によれば、プラスチック廃材を撹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することができる。このため分別を要することなくプラスチック廃材をそのままリサイクルでき、従来のプラスチック廃材の処理問題が解決されるうえ、資源を有効利用できるなど誠に有益な効果がある。

次に本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１に本発明に係るミキシング装置を示す。このミキシング装置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の中心に貫挿し、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他端にロータリージョイト８，カップリング９が設けられ、該ロータリージョイト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、その冷却水を該回転軸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。

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、各羽根の先方部は回転時の前縁が該チャンバ３の端を向く方向に夫々約１５度の角度で捻られている。

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。

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。

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。

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。

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よりこれを撹拌する。

図５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撹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、撹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撹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。

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。

こうして排出されたプラスチック廃材は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）に装填し、板状，棒状，粒状，チップ状，箱状等の所望の形状に成形し得る。このように撹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／ｃｍ^２以上、曲げ強度３００ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２以上，引張強度１５０ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２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，発泡ウレタン容器，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し、再製品化が可能となった。

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、撹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。

また、この実施形態では、チャンバ３，回転軸５，測定ヘッド２１に冷却水を通水するようにしたが、冷却オイル，冷却ガス，その他の冷却媒体を使用することもできる。

本発明に係るプラスチック廃材再生用ミキシング装置の縦断面図。図１のプラスチック廃材再生用ミキシング装置の羽根の拡大図。図２の平面図。図２のＡ−Ａ線断面図。プラスチック廃材の温度変化およびモータの負荷電流の変化を示した線図。

符号の説明

１ミキシング装置
３チャンバ
５回転軸
７モータ
８ロータリージョイト
９カップリング
１０給水パイプ
１１ａ〜１１ｆ羽根
１２材料供給口
１６蓋
１８通水路
２１測定ヘッド
２２通水路
２６光学式温度計
４０制御盤

Claims

中空状の回転軸を軸受によりチャンバ中を貫通するように支持し、該回転軸の一端をモータに連結し、該回転軸の他端から該回転軸中に冷却媒体を循環させることで該回転軸の外周に突設された複数枚の羽根を冷却すると共に、チャンバ壁中に冷却媒体を循環させることにより該チャンバを冷却し、前記複数枚の羽根のうちの両端部の二つの羽根は該回転軸を回転させたときその前縁がチャンバの両端壁の内面と殆んど隙間なく摺接するように該回転軸の円周方向を基準として約１５度の角度で傾斜して回転軸の外周面に固着され、中間部の複数枚の羽根は該回転軸の外周面に千鳥状に固着され、該回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向する少なくとも二つの羽根の互いの対向間隔が回転下流方向に向けて狭まるように該各羽根が該回転軸の円周方向を基準として約１５度の角度で捻って設けられ、前記モータにより該回転軸を高速回転させることで該チャンバ内に装填されたプラスチック廃材が該各羽根に当たって該チャンバの中心向に案内されるよう撹拌され、その撹拌に伴なう摩擦熱により該プラスチック廃材が溶融し、ゲル状態のプラスチック廃材が前記冷却により羽根およびチャンバの内面に粘着するのが防がれるようにしたことを特徴とするプラスチック廃材再生用ミキシング装置。