JP7468471B2 - プラスチック成形体の製造方法および製造設備 - Google Patents
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Description
このような背景から、廃プラスチックを炭素源として再資源化することが行われている。従来、廃プラスチックの多くは焼却処理されていたが、焼却処理は炭酸ガス発生などの環境負荷が高く、また焼却炉の熱的損傷の問題もあり、廃プラスチックを製鉄所の炭素源として再資源化できれば、そのような問題も解消できる。廃プラスチックのケミカルリサイクル技術の1つとして、製鉄所のコークス炉において廃プラスチックを石炭に混合し、石炭ととともに乾溜する技術がある。
廃プラスチックの見かけ密度を大きくするための技術として、例えば、特許文献1には、プラスチックを180~260℃で加熱して圧縮成形(押出成形)した後、切断して水冷装置にかけて冷却(急冷)することでプラスチック成形体を製造する方法が示されている。また、特許文献2には、プラスチックを100~140℃で加熱して圧縮成形(押出成形)した後、冷却コンベアで冷却する方法が示されている。
特許文献1の方法は、プラスチックを180~260℃で加熱して圧縮成形するものであり、同文献には、プラスチックの温度が180℃未満では、プラスチックの粘度が高いため成形しにくく、また、圧縮されたプラスチックに入り込んだガス分が抜けにくくなることから、成形後の見かけ密度が高くならないと記載されている。しかし、特許文献1のようにプラスチックを高温で加熱してプラスチックの粘度が低くなると、プラスチックの流動性が高すぎるため、圧縮成形機からの排出(押出)速度を一定に保つことができず、生産性が不安定になるという問題がある。また、特許文献1の方法では、プラスチックの流動性が高いため、押し出された成形体の形状を保つために、圧縮成形機から排出(押出)された成形体を急冷する必要がある。しかし、後述するように、本発明者らの実験によれば、急冷することが逆に見かけ密度を低下させてしまうことが判った。
一方、特許文献2の方法は、プラスチックを100~140℃で加熱して圧縮成形するものであり、同文献には、140℃超の温度で成形すると、プラスチックが溶融状態または半溶融状態になり、流動性が高くなりすぎて押出に支障をきたし、生産性が悪化すると記載されているが、溶融状態または半溶融状態にならなければ、押し出し圧縮成形ができないため、見かけ密度を十分に高くすることができない。
すなわち、上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、押出成形機において140℃超180℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るとともに、得られたプラスチックの成形体を常温で40℃以下まで冷却することで、体積が200cm3以上、見かけ密度が0.9~1.1g/cm3のプラスチック成形体を製造することを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
[3]上記[1]または[2]の製造方法において、押出成形で得られたプラスチックの成形体を常温で40℃以下まで冷却する際の平均冷却速度が10℃/分未満であることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
[4]上記[1]~[3]のいずれかの製造方法において、押出成形で得られたプラスチックの成形体を切断機で体積200~1000cm3の大きさに切断してプラスチック成形体とすることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
[5]上記[1]~[4]のいずれかの製造方法において、プラスチック成形体の比表面積が0.6~1.1cm2/gであることを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
[7]上記[6]の製造設備において、さらに、押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧するための減圧手段を有することを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
[8]上記[6]または[7]の製造設備において、さらに、押出成形機で得られたプラスチックの成形体を体積200~1000cm3の大きさに切断するための切断機を備えることを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
プラスチック成形体の原料である、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチック(すなわち熱可塑性樹脂を50質量%以上の割合で含むプラスチック)は、通常、主に廃プラスチックからなるものであり、回収された廃プラスチックについて、必要に応じて、破砕処理、風力選別、磁力選別などの事前処理を施したものが用いられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどが挙げられ、それらの1種以上の熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックが原料となる。
また、上述したプラスチックの押出成形では、減圧手段(ガス吸引手段)によって押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧しつつ、プラスチックを押出成形することが好ましい。これにより押出成形機内に生じる水蒸気や塩素ガスを除去することができ、プラスチック成形体内への残存ガス混入を抑制できる。
押出成形機から押出されるプラスチックの成形体は、通常、適当なサイズにカットされて、そのまま常温で40℃以下まで冷却されるが、具体的な冷却方法としては、例えば、ピットや容器などに収容して大気中で放冷してもよいし、冷却速度をコントロールするために保温カバー付きのピットや容器内で徐冷してもよい。
また、本発明で製造されるプラスチック成形体は、体積が200cm3以上とする。プラスチック成形体の体積が200cm3未満では、ハンドリング性が悪くなり、また、比表面積が大きくなるため、例えば、石炭と混合してコークス炉で乾留する場合に、石炭とプラスチック成形体の接触面積が大きくなり、製造されるコークスの強度低下を生じやすくなる。
本発明で製造されるプラスチック成形体は、体積が200cm3以上で見かけ密度が0.9~1.1g/cm3であることにより、例えば、プラスチック成形体を石炭に混合してコークス炉で乾溜する場合、乾溜する石炭とプラスチック成形体との接触面積が小さくなり、製造されるコークスの強度低下を抑制することができる。
本実施形態の押出成形機1はスクリュー式の押出成形機であり、筒状のケーシング10(機体)の内部には、その長手方向に沿ってプラスチック押込み用のスクリュー軸11が配され、このスクリュー軸11は駆動装置(図示せず)の動力で回転駆動する。
また、本実施形態では、押出成形機1内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧するための減圧手段4(ガス吸引手段)が設けられている。このため、ケーシング10の途中には排気口15が設けられ、この排気口15に排気管5を介して吸引ブロアや真空ポンプなどからなる減圧手段4が接続されている。
冷却設備2は、例えば、押出成形機1から押出されたプラスチックの成形体aを収容するピットまたは容器などで構成される。この冷却設備2は、単に成形体aを収容して大気中で放冷するものでもよいし、冷却速度をコントロールするために保温カバーを備え、成形体aを徐冷できるようにしたものでもよい。
切断機3は、固化したプラスチックの成形体aを所定の大きさに切断できるものであればよく、種類は問わない。
以上により、体積が200~1000cm3、見かけ密度が0.9~1.1g/cm3、好ましくは比表面積が0.6~1.1cm2/gのプラスチック成形体Aが製造される。
・発明例1
図1に示す製造設備を用いて、熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを原料としてプラスチック成形体を製造した。プラスチックを押出成形機に供給して加熱しつつ圧縮(圧密化)し、150℃の加熱温度(押出成形温度)で押出成形した。得られたプラスチックの成形体(体積1200cm3)を常温で40℃以下まで冷却(空冷)した後、体積が300cm3になるように4等分に切断し、プラスチック成形体の製品を得た。無作為に抽出した10個のプラスチック成形体の見かけ密度を液中秤量法で測定し、それらの測定値の平均値をもって製品の見かけ密度とした。また、無作為に抽出した10個のプラスチック成形体について、それらの重量を測定するとともに、成形体の径と長さを測定し、円柱とみなして表面積を計算することで、比表面積を算出し、それらの測定値(算出値)の平均値をもって製品の比表面積とした。
発明例1と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を水冷装置で冷却(急冷)した。その他の条件は発明例1と同じである。
・比較例2
プラスチックの加熱温度(押出成形温度)を200℃とした以外は、発明例1と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を水冷装置で冷却(急冷)した。その他の条件は発明例1と同じである。
・比較例3
プラスチックの加熱温度(押出成形温度)を130℃とした以外は、発明例1と同様の条件でプラスチックを押出成形し、得られたプラスチックの成形体を常温で40℃以下まで冷却(空冷)した。その他の条件は発明例1と同じである。
発明例1で製造されたプラスチック成形体(製品)の見かけ密度は0.95g/cm3(比表面積0.9cm2/g)であった。これに対して、比較例1で製造されたプラスチック成形体(製品)の見かけ密度は0.66g/cm3(比表面積1.3cm2/g)であった。これは押出成形後の冷却が水冷(急冷)であったため、プラスチック成形体内に成形時に生じたガスが残存していたためであると考えられる。また、比較例2で製造されたプラスチック成形体(製品)の見かけ密度は0.81g/cm3(比表面積1.2cm2/g)であった。これは高温加熱によって塩素ガスの発生が促進されたため、プラスチック成形体内の残存ガス量が増加したためであると考えられる。また、比較例3で製造されたプラスチック成形体(製品)の見かけ密度は0.67g/cm3(比表面積1.3cm2/g)であった。これは加熱が十分でなかったため、プラスチックが十分に溶融されずに、多数の空隙が生成されてしまったためであると考えられる。
以上の結果から、本発明法は、比較例1~3の方法に比べて欠点がなく有意な操業ができることが確認できた。
2 冷却設備
3 切断機
4 減圧手段
5 排気管
10 ケーシング
11 スクリュー軸
12 供給口
13 ダイ
14 発熱体
15 排気口
a 成形体
A プラスチック成形体
Claims (9)
- 熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、押出成形機において140℃超180℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るとともに、得られたプラスチックの成形体を40℃以下まで空冷することで、体積が200cm3以上、見かけ密度が0.9~1.1g/cm3のプラスチック成形体を製造することを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
- 押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧しつつプラスチックを押出成形することを特徴とする請求項1に記載のプラスチック成形体の製造方法。
- 押出成形で得られたプラスチックの成形体を40℃以下まで空冷する際の平均冷却速度が10℃/分未満であることを特徴とする請求項1または2に記載のプラスチック成形体の製造方法。
- 押出成形で得られたプラスチックの成形体を切断機で体積200~1000cm3の大きさに切断してプラスチック成形体とすることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のプラスチック成形体の製造方法。
- プラスチック成形体の比表面積が0.6~1.1cm2/gであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のプラスチック成形体の製造方法。
- 押出成形で得られたプラスチックの成形体を保温カバー付きのピットまたは容器内で40℃以下まで空冷することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のプラスチック成形体の製造方法。
- 熱可塑性樹脂を主体とするプラスチックを、140℃超180℃未満の温度に加熱した状態で押出成形してプラスチックの成形体を得るための押出成形機と、該押出成形機で得られたプラスチックの成形体を40℃以下まで空冷するための冷却設備を備えることを特徴とするプラスチック成形体の製造設備。
- さらに、押出成形機内のガスを吸引して機内を大気圧未満に減圧するための減圧手段を有することを特徴とする請求項7に記載のプラスチック成形体の製造設備。
- さらに、押出成形機で得られたプラスチックの成形体を体積200~1000cm3の大きさに切断するための切断機を備えることを特徴とする請求項7または8に記載のプラスチック成形体の製造設備。
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