JP4657486B2 - 結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性樹脂を溶融し、ストランドに成形してからペレット化する成形加工用原料の結晶化技術に係り、ストランドを最適徐冷状態に保持して連続して結晶化し、良質のペレットを製造する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
結晶性樹脂を用いた成形加工原料の結晶化技術の一つに、押し出し成形によって溶融樹脂に延伸外力を加えて紐状のストランド形状に変え、この加工によって内部組織の高分子配列を整えて結晶化を進展させ、引き続いてペレットに加工する従来技術がある。その一例を図４に示す。同図（Ａ）に示すように、溶融装置１内の溶融樹脂は高圧で加圧されてダイス１ａにより、ストランド加工して押し出し、図示右方に配設する動輪３の間を走行させる。この走行過程でここに記載しない徐冷用の常温空気又はガスの一ヶ所からの吹き付け操作により、外周から内部に漸次冷却して行う結晶化操作を行うものである。この操作中に同図（Ｂ）に実線で示すように、該動輪の回転速度によって生ずる適度な引張力が、ストランドｃへの延伸力として作用して分子配向性を高め、同図（Ｃ）に実線で示すように、溶融樹脂が有する結晶化率に従って溶融状から結晶状態への結晶化が完成する。結晶化率１００％から成る完全結晶構造の高分子樹脂や一種類の構造単位から成る分子構造のホモポリマーなどはこの結晶化の最適状態を保持できる結晶化樹脂である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図４に図示した結晶化が容易な事例では、押し出し圧、搬送速度、一ヶ所からのガス等吹き付けが操作要素であったが、これら３要素のみでは、他の多種類の結晶性樹脂に対して同じ様な好結果が得られなかった。例えば、ストランドの搬送速度を適切に速めれば延伸力と伸張速度は大きくなり結晶性の良い結晶化物が得られる。しかし動輪３部分で多少の粘着性を残さないと巻き取り時の摩擦力が減少してストランドと動輪間に滑りが生じ、ストランドの走行速度が低下し、操作が安定しない。同様に適正操作の狭い範囲を逸脱して、結晶化の進行が速すぎると結晶化が進んだ部分の上流側にあって、未だ溶融状態を多く含むストランドにとっては、延伸力が大きくなり過ぎて、図４（Ｂ）に示す破断（１）のようになり、同図（Ｃ）の（１）に示すように結晶化状態が終了してしまう。一方、ストランド搬送速度を余りにも遅く操作すると同図（Ｂ）に示すように延伸力が不足して未結晶（２）状態が継続し、同図（Ｃ）の（２）に示すように分子が再び元の状態に戻ろうとして結晶化出来ない（参考資料▲１▼：呉祐吉他「流動による高分子の結晶化」ｐ２７．下２行−ｐ２８．２行，ｓ５５．６．高分子刊行会）。
結晶化は樹脂を高圧操作することにより生じるｅｘｔｅｎｄｅｄ ｃｈａｉｎｃｒｙｓｔａｌや、低温で比較的ゆっくり熱処理すると生じる厚化現象によって進行する（参考資料▲２▼：和田八三久「高分子の固体物性」ｐ９１．下１０行−下４行、及びｐ９４．１０行−下２行、ｓ４６．１．培風館）。従って結晶化が進行しているストランドの各部分は少し距離をおいた別の部分とは、結晶化形成の程度が変化し、その前段階の徐冷操作とは最適条件が異なるので、一様の操作で律し切れない。即ち、ストランドを搬送しなながら徐冷対象全区間を１種類の徐冷手段によって操作して、結晶化のため必要なストランドの各部分に一様でない温度降下を適切に実現するには無理があり、一ヶ所から行う徐冷操作によってはストランド全体の最適徐冷速度を調整、制御できない。
一般にホモポリマーより分子量が多いオリゴマーや、異種ポリマーを合成したコポリマーで結晶化度１００％未満を呈示する結晶性樹脂は、非晶質分を構造中に含むので、前記方法で結晶化操作しても結晶化操作は難しく、適切に結晶性乳白色化が起こるストランドが得られない。
【０００４】
ここで結晶化し易いホモポリマーより、従来法では結晶し難いコポリマー等等の方が市場流通性が高く、再生機会も多い。さらに商品の質として、結晶性樹脂特有の結晶化率を充分達成した結晶性が高いペレットやグラッシュ程、その市場価値は高い。一方、前記結晶化率の達成不十分な結晶性樹脂は保有粘性の残留割合が高く、ストランドをペレットやチップに成形する際に生ずる切断の不均一、隣接ペレットとの付着や団塊化の現象が生じ、商品価値を低下させている。
本発明は、上記した問題点に鑑み開発したもので、フレークやフラフ状の樹脂原料を溶融、押し出し、ストランド成形からペレット化に至る工程中に、試行で確認済の最適操作要素を結晶化状態に合わせて加え、必要に応じ数段階に分けて徐冷手段を配設して最適な結晶化を行うもので、高価値製品を製造する、結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化技術を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法は、結晶性樹脂のフレークを水分を除いて溶融し、その溶融樹脂を加圧し、ダイスより押し出して搬送手段に受け、搬送終端にてペレット成形するようにしたストランドに対して、ほぼ全周囲が曝気可能の搬送手段上に静置して、当初のストランドの透明色から乳白色化して徐冷を完了させる位置を前記搬送終端とする最適操作を予め結晶性樹脂毎に試行し、試行によってストランドの搬送速度、結晶化操作区間距離、搬送区間に沿って一ないし複数区域に分けて選択的に配設し、かく個別に徐冷制御可能な熱風発生手段、送風手段あるいは加熱手段へ、供給する熱量ないし電力量を介して、ストランドの放散熱量を制御しながらストランドの結晶化状態と徐冷速度を適正操作するようにしたものである。
【０００７】
【作用】
以上のように構成した本発明の結晶性樹脂の連続結晶化方法は、曝気状態で静置したストランドの搬送中に、結晶化状態に対応して試行によって得た適正条件を決める供給側エネルギー操作を介して、結晶化操作対象が異なる結晶性樹脂毎に変えられるように徐冷速度を制御、調整するようにしたので、厚化現象を含む結晶化に伴う樹脂構造の内部変化に対応した追従操作が行えると共に、ストランドの外面に生じる粘着性を過度に失う部分には、選択的に部分加熱して適度な粘性を復活できる。
本発明方法を実施する装置は、ストランドを部分毎に分割して支え、その表裏が通風可能の載置ベルトを巻装するメッシュコンベアを搬送手段とした上で、その搬送区間に選択的に送風機と加熱手段を制御装置を介して配設する徐冷手段とし、それを調整することにより、結晶化し易いホモポリマー用には簡便構造の結晶化装置を、あるいは結晶化に微妙な徐冷操作を必要とする結晶性樹脂には、搬送手段に沿って縦列させた複数の加熱手段と送風機を選択的に配設し、また操作することにより、搬送過程に結晶化操作に適切な温度降下の環境を作り出せるので、結晶化操作が異なる樹脂の徐冷制御に対応した徐冷環境を形成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法とその装置を図によって説明する。ここに、図１は、本発明方法を説明するもので、（Ａ）は本結晶化方法を示す工程図、（Ｂ）は（Ａ）におけるストランドの徐冷手段を示す模式図、図２は、同じく徐冷操作方法を説明するもので、（Ａ）は結晶化過程の徐冷手段の最適操作状態を示すストランドの徐冷曲線図、（Ｂ）は（Ａ）の操作過程のストランドに発生する結晶化変化模式図、図３は、本発明装置を説明するもので、（Ａ）はその１実施例を示す部分側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′矢視図、（Ｃ）は徐冷手段制御の１実施例を示すブロック図である。
【０００９】
本発明方法は、図１（Ａ）において４段階に分けて示すように、１）の結晶化対象の樹脂について予め結晶化のための最適結晶化操作の試行（試験操作）を行うことにより、その樹脂に特有の徐冷速度の決定操作値、即ち徐冷操作区間である搬送長、その搬送手段の搬送速度、適切に温度降下させながら搬送する各区間におけるストランド温度を決定する供給熱量等の最適操作値を選定する。
本操作において同図（Ａ）の２）に示すように、樹脂フレークａの溶融操作、溶融樹脂を延伸する樹脂ｂへの加圧、押し出し、紐状のストランドｃに変える成形、搬送中に全周を曝気状態に該ストランドを静置する操作を進め、次いで３）に示すように搬送手段上に載置したストランドｃを、温度範囲が結晶化対象樹脂のほぼガラス質変位点から常温まで、温度制御を複数段に分けて送風手段５又は加熱手段６によって徐冷する供給熱量操作を行う徐冷速度を調整しながら、該ストランドが硝子質から乳白色化する位置を搬送終端に設定し、その結晶化終了位置で、４）に示すストランドｃの細断加工を行ってペレットｄに成形する。
同図（Ｂ）に示すように、ストランドｃの温度を徐冷する加熱板６ａ、あるいは調和空気Ａｍを供給する熱風発生手段４に対して、直接加熱又は間接加熱あるいはそれらの併用による加熱方式によって供給熱量を供給して良い。加熱源として、電力、電子線加熱、レーザーなど電気系のものや、排熱を含む工場全体の熱制御管理下で有効利用出来るものを用いてよい。同図において一実施例を実線、他の実施例を破線で、一点鎖線は風道ないし通風空間７ａを、加熱手段は熱風発生手段４へ熱量供給する加熱手段６を、それぞれ示す。なお、ここに図示しないが、徐冷手段に供給する熱種類には、常温以上の熱と、ペルチェ効果による電子冷却熱や工場内発生の冷却熱（排熱も含む）など常温以下の冷熱がある。
【００１０】
本発明にかかる方法を実施するための装置は、図３（Ａ）に示すように、除水樹脂を溶融し、加圧する溶融装置１とその終端に付設し、溶融樹脂を連続的に押し出し、ストランドｃに成形するダイス１ａ、押し出された該ストランドを結晶化しながら搬送する結晶化装置８、結晶化したストランドｃを細断加工する併設したペレタイザ装置９によって構成する。結晶化装置８は、その初端で溶融状のストランドｃを載置するメッシュコンベア２、該コンベア周りに通風空間７ａを形成しストランドｃの全周囲を冷却可能にする風道ケース７、該ケースに保持してメッシュコンベア２の上方に配設する風道内温度検知センサー５ｂ及び加熱板温度検知センサー６ｂを付設するストランドを徐冷するための加熱手段６、搬送終端側の風道内上部ケースに設置する送風機５、及び該メッシュコンベアの下部に電源回路１０と制御装置１１とを配設して本体ケース内に収納し、該加熱手段と該送風機とを連係してストランドｃを徐冷制御可能にしている。
【００１１】
【実施例】
本発明の、結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法の実施例を説明する。結晶化を行う対象樹脂の結晶化が試行によって、全搬送区間におけるストランドの結晶化の状態変化が図２（Ｂ）に示すように得られる場合、ストランドの最適徐冷曲線は、同図（Ａ）に示すようになる。従って同図（Ａ）に示す、例えばａないしｄの４ヶ所の位置に徐冷手段４、５、６を配分して配置する。該徐冷手段に加熱板６ａを用いる場合は、徐冷終端位置ｄには送風機を配置し、常温で冷却する。熱風発風発生手段４を用いる場合には、その吹出し調和空気Ａｍは、ストランドｃの表面温度Ｔより低めに調節され、各吹出し空気は個別に温度調節される。ここに数段に分ける該調和空気の吹出し位置は、前記終端を加えたａないしｄである。なお特定のホモポリマーに対する前記徐冷手段に、加熱板や調和空気を用いないで、常温空気を吹き出す送風機５のみを１台又は縦列に数台、風道７ａ内の徐冷可能位置に配設し、ストランドｃを温度制御することが出来る。
【００１２】
本発明方法の実施例１として、結晶化に時間のかかる結晶化樹脂（イーストマン社：製品番号９９２１）粉砕材コポリマーを溶融して結晶化操作をした。試行して、押し出し溶融樹脂量１２０Ｌ／Ｈｒ、押し出し時樹指圧２５０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ、押し出し直前樹脂温度３００°Ｃ、ストランドｃの搬送速度１２ｍ／ｍｉｎにおいて、徐冷手段をプレートヒーター６ａ、搬送区間距離５ｍとするとき、第１段目の該ヒーター下約３ｃｍのストランド表面温度２６０°Ｃ、プレートヒーター６ａの搬送初端温度３５０°Ｃ、コンベアの初端部ベルト表面温度１８０°Ｃ、該終端送風温度は常温、搬送終端に発生させた送風量５００ｍ３／Ｈｒ、このとき搬送手段に縦列させる徐冷区画段数は４、ストランドｃ径４ｍｍを各々設定したときに、最適結晶化操作が得られた。
同じく実施例２として、ホモポリマー性の結晶化樹脂（イーストマン社：製品番０３１Ａ）粉砕材を前記同様に試行し、全ての徐冷手段を前記プレートヒーター６ａから、常温で冷却する送風機５に置き換えて２０００ｍ３／Ｈｒによって徐冷しその他の操作条件を実施例１と同様にした場合に、最適結晶化操作が得られた。該搬送終端隣接区域にはストランドの粘着性減少によるベルトからの離脱防止のために、ここに図示しないスポット加熱用電熱手段を構成して配設した。なお前記両実施例において、搬送手段２に用いたベルトのスクリーンメッシュは約５ｍｍ角、段数毎に温度降下の徐冷制御を行う操作値は、試行によって得られた最適操作温度ないし供給電力量により操作した。これらの制御は、ここに記載しないＩ／Ｏ機器、記憶手段、ＣＰＵ、コントローラを含むコンピュータシステムを用い、適宜に搬送路に沿って乳白色化位置検知センサーを配置してシーケンス又はフィードバック制御による自動化をしてよい。
【００１３】
本発明にかかる方法を実施するための装置の実施例を図３によって説明する。同図（Ａ）に示すように、溶融樹脂は、図示右側の溶融装置１から樹脂圧検知センサー１ｂが示す設定圧（約２００−２５０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）に従って、ダイス１ａから左側に配設するペレタイザ装置９へ向かって押し出され、成形されて両装置の中間に配設する結晶化装置８に静置するストランドｃになって搬送され、該結晶化装置の終端を出てペレット加工される。前記結晶化装置は、同図（Ｂ）に示すメッシュコンベア２が周回走行し、該コンベアの無端状有孔スクリーンベルトの上に、ストランドｃを載置して、ダイス１ａの開口径（約３−４ｍｍ）と開孔数（約２０以下）によって決まるストランド本数分の樹脂量を搬送する。該ストランド搬送ベルトは、図示左右の両端の開口を除いて風道ケース７によって通風空間７ａを形成する。該通風空間上部のストランド上手側には、加熱手段（プレートヒーターないし赤外線ヒーター）６を縦列に数段に分けて配置し、該加熱板下手側に隣接し通風空間７ａ上部から徐冷風を発生する送風機５を配設する。徐冷手段５、６を配設する前記縦列に分けた通風空間の各区画毎に、温度検知センサー５ｂを設け、各加熱手段６には直接、そのヒーター温度を検知する加熱板温度検知センサー６ｂを付設する。
【００１４】
なお前記送風機と加熱板は、ストランドｃの上方、約２０〜５０ｍｍの風道ケース７に装着、保持し、かつ風道ケースと共に前記装置類の点検が可能であるように、ケーシングによって全体を覆っている。該ケーシングの下部にはメッシュコンベア２を含む結晶化装置８の全体を支える本体ケースを設けて、該本体ケース内に電源回路１０と制御装置１１を格納し、格納する前面パネルに操作盤を形成している。なお同図（Ｂ）に示す矢印は本体ケースの点検開放方向である。
同図（Ｃ）に示すように、制御装置１１には、風道内温度検知センサー５ｂと加熱板温度検知センサー６ｂからの信号を受けて電源回路１０への制御信号を発生して、送風機５と加熱板６ａのそれぞれの出力管理を行う。
【００１５】
このように構成した本発明の、結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化装置は、次のように動作する。結晶化操作の対象となる結晶性樹脂ごとに特定する樹脂圧に管理して溶融装置１より押し出されるストランドｃは、ガラス質の透明色が有する状態、又は比較的多くの物質では融点から約３０％温度降下するといわれる時点で該透明色に代わる公知の状態で押し出されて分子配列調整が行われる（参考資料▲２▼：ｐ６７．４行−６行）。コンベア２に従動した該ストランドは、その上方配置の加熱板６から、直接放射ないし対流熱による除熱調整を受ける。このときストランドｃは全周曝気状態にあるので、徐冷作用は偏らず、またコンベア２上に静置するストランドの各部分は、隣接する前後部分で変化する内部応力の影響を強く受けることがない。従って、内部で生じる結晶化成長現象が狭い構造範囲でほぼ個別に生成し、結晶配列が拡大する。押し出し当初のストランドｃは、外表壁面に粘着性を有して該メッシュコンベアに付着し易いが、充分乳白色化し結晶化が完了する位置の該ストランドの外表面壁は、搬送終端区域での常温空気による徐冷操作が加わって粘着性を失い、切断に好適な硬化性が確保されてペレット成形切断を容易にする。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の、結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法によれば、ストランド状に成形して行う特定の結晶化樹脂にとり、構造内部に進行する結晶化作用を複数段に分けて供給熱量側からの制御操作により進める結晶化操作であるので、ストランドの連続結晶化と結晶化ペレットの成形を最良な条件下で達成でき、継続的操業が安定して続けられる。また本発明技術はその結晶化が困難、不安定であったコポリマーに対して信頼性の高い結晶化工法を確立するものなので、社会的に広く流通する高分子製品を再生するリサイクル工法に有用であり、本発明は、成形原料用加工品の製品価値を高める結晶化技術一般の向上に著しく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のペレット成形用の再生用樹脂連続結晶化方法を説明するもので、（Ａ）は本結晶化方法を示す工程図、（Ｂ）は（Ａ）におけるストランドの徐冷手段を示す模式図である。
【図２】本発明による徐冷操作方法を説明するもので、（Ａ）は結晶化過程の徐冷手段の最適操作状態を示すストランドの徐冷曲線図、（Ｂ）は（Ａ）の操作過程のストランドに発生する結晶化変化模式図である。
【図３】本発明のペレット成形用の再生用樹脂連続結晶化装置を説明するもので、（Ａ）はその１実施例を示す部分側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′矢視図、（Ｃ）は徐冷手段制御の１実施例を示すブロック図である。
【図４】ペレット成形用の再生用樹脂連続結晶化に係る従来技術を説明するもので、（Ａ）はストランド徐冷操作を示す部分側断面図、（Ｂ）は（Ａ）の操作過程のストランドに発生する応力を示す状態模式図、（Ｃ）は（Ｂ）に対応するストランドの結晶化変化模式図である。
【符号の説明】
１ 溶融装置
１ａ ダイス
１ｂ 樹脂圧検知センサー
２ メッシュコンベア
３ 動輪
４ 熱風発生手段
５ 送風機
５ｂ 風道内温度検知センサー
６ 加熱手段
６ａ 加熱板（プレートヒーター）
６ｂ 加熱板温度検知センサー
７ 風道ケース
７ａ 風道、通風空間
８ 結晶化装置
９ ペレタイザ装置
１０ 電源回路
１１ 制御装置
ａ フレーク
ｂ 溶融樹脂
ｃ ストランド
ｄ ペレット
（１） 破断が生じる状態のストランド
（２） 未結晶化状態が続くストランド

Claims (1)

1. 結晶性樹脂のフレーク（ａ）を水分を除いて溶融し、その溶融樹脂（ｂ）を加圧し、ダイス（１ａ）より押し出して搬送手段（２）に受け、搬送終端にてペレット成形するようにしたストランド（ｃ）に対して、ほぼ全周囲が曝気可能の該搬送手段上に静置して、当初の該ストランドの透明色から乳白色化して徐冷を完了させる位置を前記搬送終端とする最適操作を予め結晶性樹脂毎に試行し、該試行によってストランド（ｃ）の搬送速度、結晶化操作区間距離、搬送区間に沿って一ないし複数区域に分けて選択的に配設し、かく個別に徐冷制御可能な熱風発生手段（４）、送風手段（５）あるいは加熱手段（６）へ、供給する熱量ないし電力量を介して、ストランド（ｃ）の放散熱量を制御しながら該ストランドの結晶化状態と徐冷速度を適正操作するようにしたことを特徴とする結晶性樹脂のペレット成形用連続結晶化方法。

Images