JP7803699B2

JP7803699B2 - 再生樹脂製造装置

Info

Publication number: JP7803699B2
Application number: JP2021195071A
Authority: JP
Inventors: 隆二植村; 義博笹原; 祐一貝原
Original assignee: Hagihara Industries Inc
Current assignee: Hagihara Industries Inc
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2026-01-21
Anticipated expiration: 2041-12-01
Also published as: JP2023081417A

Description

本発明は、廃材樹脂を溶融混錬し、再生樹脂ペレットとして再資源化する技術に関する。

従来より、廃材となったプラスチックは分別回収され、再資源化されている。ペットボトルや食品トレイ等では一般消費者からその廃材を回収し、再生樹脂ペレットとして再資源化することが既に行われている。しかしながら、現状、再資源化されている樹脂製品は一部に留まり、多くの廃材樹脂が再資源化されず、焼却・埋立等により処分されている。プラスチックごみの削減や省資源化の観点では、様々なものが再資源化できることが求められる。

再資源化が求められている樹脂製品の例として、ブルーシートやフレキシブルコンテナが挙げられる。ブルーシートは工事現場の仮覆いや台風により破損した屋根の応急処置などに使われており、工事が完了すれば廃棄されることも多い。フレキシブルコンテナは、樹脂原料や農作物等を入れる大型袋であり、ワンウエイ（使い捨て）のものが多い。

ブルーシートやフレキシブルコンテナの多くには、共通してフラットヤーンと呼ばれる糸の織物が用いられている。フラットヤーンはフィルムを細幅にスリットし、長手方向に延伸した糸である。再生樹脂ペレットを使用した再生フラットヤーンの製造方法は、例えば、特許文献１に記載されており、ＭＩ（メルトインデックス）が異なる２種類の熱可塑性廃棄プラスチック材を混在させ、ＭＩ値が０．６ｇ／１０ｍｉｎ～０．８ｇ／１０ｍｉｎとなる再生素材ペレットを形成することで、張力及び伸びを安定して製造できるようにしている。

特開２００２－１０５７４２号公報

再資源化においては、廃棄物排出量の削減の観点から使用済みの廃材を元の製品に再生する水平リサイクルが理想といえ、目指すべきところである。ブルーシートやフレキシブルコンテナも、その廃材から再生フラットヤーンにすることが求められる。

ところが、ブルーシートやフレキシブルコンテナの廃材は、使用期間、使用環境、又は設計仕様の違いが原因で劣化具合が個体ごとに大きく異なる。紫外線劣化が進んだ個体では樹脂に分子鎖が切断されることでＭＩは非常に高くなる。

また、特にブルーシートや一部のフレキシブルコンテナでは防水性を得るために大抵、押出ラミネートによる樹脂層が積層されている。積層された樹脂層とフラットヤーンを強制的に分離することは非常に難しい。そのためフラットヤーンと樹脂層は無理に分離させず、混ぜ合わせる必要があるが、樹脂層のＭＩはフラットヤーンのＭＩよりも高いことが一般的であるため、混ぜ合わせると樹脂層の占める割合に応じてＭＩは高くなる。さらに、一般消費者から広く回収したものは当然メーカーや規格が不揃いであり、これによってもＭＩにバラツキが生じる。

特許文献１のように再生フラットヤーンを製造するには、熱可塑性廃棄プラスチック材のＭＩが一定範囲にあるものを選り合わせて使用する必要がある。ブルーシートやフレキシブルコンテナの廃材を使う場合であれば、個別に異なるＭＩをまず特定する必要がある。しかしながら、ブルーシートやフレキシブルコンテナの重量は、それぞれ数ｋｇ以下であり、一枚、一枚個別にＭＩを実測するのは現実的ではない。そのため、特許文献１のように再生フラットヤーンを製造するには、単層フィルムの耳ロスなど、素性が明らかな工場スクラップを使用せざるを得なかった。

本発明は前記のような問題を解決するものであり、規格の違いや劣化の違い等から生じる廃棄プラスチックのＭＩのバラツキを整えることができる再生樹脂製造装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、本発明の再生樹脂製造装置は、廃材樹脂を成形し、粒状の再生樹脂ペレットを得る再生樹脂製造装置であって、廃材樹脂を溶融混錬する押出機と、溶融状態の廃材樹脂の粘度を計測する粘度計測器と、粘度が計測された廃材樹脂を固形の粒状体にする造粒ユニットと、前記粘度計測器の測定情報を基に、前記粒状体を所定の粘度範囲にある規格内ペレットと前記所定の粘度範囲から外れる規格外ペレットとに分別する分別機構とを備えることを特徴する。

この構成によれば、再生樹脂ペレット製造過程で、押出温度における粘度を基準に、造粒ユニットで成形した粒状体を規格内ペレットと規格外ペレットとに選り分けることができる。粘度は前記従来技術で用いるＭＩとは異なる指標であるが、ＭＩは溶融状態の流動性を示す指標であり、ＭＩと粘度は密接な関係がある。インライン計測しやすい粘度の情報を利用することで、再生樹脂ペレット製造過程で連続して、造粒ユニットで成形した粒状体の規格内外が判別でき、成形性の良好な再生樹脂ペレットを得ることができる。

前記再生樹脂製造装置においては、前記押出機に廃材樹脂を投入するための廃材投入部と、前記分別機構により分別された規格外ペレットを、廃材樹脂として前記廃材投入部に再投入するための再投入路とを備えることが好ましい。

この構成によれば、規格外ペレットを再投入して規格内ペレットとして再生可能になるため規格内ペレットの収量を増やすことができる。

また、前記再生樹脂製造装置は、廃材樹脂の粘度を調整する粘度調整材を投入する調整材投入部を備えることが好ましい。

この構成によれば、粘度調節が手軽に行えるため、規格内ペレットとして再生されやすくなる。

前記再生樹脂製造装置は、溶融状態の廃材樹脂を一定量で吐出させるギアポンプを備え、前記ギアポンプの回転情報を基に前記粘度調整材の供給量を調整することもできる。

この構成によれば、ギアポンプの回転情報を基に廃材樹脂の粘度調整を行うことが可能であり、規格内ペレットの収量をより一層増やすことができる。

本発明の再生樹脂製造装置を用いることによって、粘度特性の安定した再生樹脂ペレットを得ることができる。粘度特性を満たさない規格外のペレットを分別することができる。規格外のペレットを再投入することで粘度調整を行うことができ、安定した粘度特性の再生樹脂ペレットを高い収量で得ることができる。

本発明の再生樹脂製造装置の一例を示す模式図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で適宜変更することができる。

本発明の再生樹脂製造装置１は、図１に示すように廃材樹脂を溶融混錬する押出機２と、溶融混錬した廃材樹脂を固形の粒状体にする造粒ユニット３を備える。

本発明の再生樹脂製造装置１で使用する廃材樹脂は、押出機２に投入可能な種類・形状のものであれば、特に制限されるものではないが、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂であることが好ましく、その粉砕物や粉粒体であることが好ましい。

図１において廃材樹脂は、経路Ａから廃材投入部４に送られる。図１の廃材投入部４では、経路Ａの開口４ａの他、ホッパー４ｂ、計量器４ｃ、フィーダー４ｄ及び経路Ｅの開口４ｅを備え、経路Ａから送られた廃材樹脂はホッパー４ｂに集められ、計量器４ｃで計量した後、フィーダー４ｄを通じて、押出機２に向かって送られていく。

経路Ａに廃材樹脂を送る機構は任意である。カッターコンパクター等の粉砕装置を使って樹脂製品を粉砕したものを廃材樹脂に用いる場合は、スクリューフィーダー等を介して経路Ａとカッターコンパクターを連結して廃材投入部４内に送ってもよい。別の場所で粉砕しておき、空気輸送機構と経路Ａを連結して送ってもよい。廃材投入部４へ廃材樹脂を送る作業は手動で行ってもよく、ホッパー４ｂの開口を経路Ａとして、直接ホッパー４ｂに廃材樹脂を送ってもよい。

図１の再生樹脂製造装置１は、廃材投入部４の他、調整材投入部５を備えている。調整材投入部５は、粘度調整材を供給するものである。本発明でいう粘度調整材は、廃材樹脂と混ぜることによりその粘度が調整できるものであって、増粘剤、レオロジー調整材、過酸化物等、一般に粘度調整効果が知られた添加材であってもよいが、低粘度の樹脂と高粘度の樹脂を混ぜ合わせることでも粘度調節は可能であり、廃材樹脂と異なる粘度の同系の樹脂も粘度調整材として利用できる。

図１では経路Ｂから粘度調整材が調整材投入部５に送られる。図１の調整材投入部５では、経路Ｂの開口５ａの他、ホッパー５ｂ、計量器５ｃ、フィーダー５ｄを備え、経路Ｂから送られた粘度調整材は、ホッパー５ｂに貯めた後、計量し、フィーダー５ｄの制御に応じて、廃材樹脂の粘度を調整する上で必要な量が、押出機２に向かって送られる。

経路Ｂに粘度調整材を送る方法は任意であり、空気輸送機構と経路Ｂを連結して送ってもよいし、ホッパー５ｂの開口を経路Ｂとして、直接ホッパー５ｂに粘度調整材を送ってもよい。

図１では、廃材投入部４から送られた廃材樹脂と、調整材投入部５から送られた粘度調整材は、ミキサー６によりかき混ぜた後、押出機２内に送られる。押出機２では任意に設定された温度で、押出機２内に送られた樹脂を溶融し、混錬する。押出機２のスクリューやシリンダー構造は任意であり、廃材樹脂を考慮して適宜選択される。廃材樹脂を使用する観点では、押出機２はベント付きのものを選択することが好ましい。

図１に示す再生樹脂製造装置１では、スクリーンチェンジャー７（７ａ、７ｂ）、ギアポンプ８、粘度計測器９及びダイス１０を備えている。図１の装置では、押出機２により溶融状態になった廃材樹脂は、第１のスクリーンチェンジャー７ａ、ギアポンプ８、第２のスクリーンチェンジャー７ｂ、粘度計測器９及びダイス１０を通った後、造粒ユニット３により粒状体になる。

図１のスクリーンチェンジャー７は、異物除去のためのメッシュフィルターを備えるものであり、廃材樹脂を使用する観点で、メッシュフィルターを交換しやすくするために備えられている。スクリーンチェンジャー７の設置は任意であるが、特にブルーシートなど屋外で使用された廃材の廃材樹脂を再生する場合、投入前の洗浄で異物が除去できているとは限らない。そのためメッシュフィルターが交換しやすい方が好ましく、スクリーンチェンジャー７を使用することが好ましい。特に、再生樹脂をフラットヤーンに用いる場合、フラットヤーンが細幅テープを高倍率に延伸するものであるために、異物を十分に除去しなければ、フラットヤーンの延伸中にテープが破断し、製造自体が困難になる。そこで図１では、ギアポンプ８を挟んで第１のスクリーンチェンジャー７ａと第２のスクリーンチェンジャー７ｂを設けている。第１のスクリーンチェンジャー７ａのメッシュフィルターを通過した後、ギアポンプ８による吐出を利用し、十分な圧力をもって、第２のスクリーンチェンジャー７ｂのメッシュフィルターを通過させることで、１カ所のスクリーンチェンジャー７でメッシュフィルターの枚数を増やすよりも効率よく異物が除去できる。

図１のギアポンプ８は、溶融状態にある廃材樹脂に圧力変化が生じた場合に、吐出を一定にし、安定させる目的で備えられている。ギアポンプ８の設置は任意であるが、廃材樹脂の圧力変化に伴い、ギアポンプ８のギア回転数が変化することから、回転変化の情報を調整材投入部５に伝えることで、粘度調整材の供給量を調整することができ、これにより廃材樹脂の粘度を調整することができる。ギアポンプ８は、押出機２で溶融状態になってすぐに通過させてもよいが、ギアポンプ８の前に少なくとも１台のスクリーンチェンジャー７が設置されていることが好ましく、これによりギアポンプ８の故障を防ぐこともできる。

図１の粘度計測器９は、溶融状態になった廃材樹脂の粘度を計測するものである。この粘度は、パスカル秒やポアズで示されるものに限らず、押出機２の押出温度における粘性を数値化できるものであればよく、粘度だけでなく、ＭＩ（メルトインデックス）、ＭＦＲ（メルトフローレイト）などを推定し、これに換算して運用してもよい。ＭＩやＭＦＲで運用する場合、パスカル秒やポアズで示す粘度では、粘り気が強くなると値が高くなるが、ＭＩやＭＦＲでは、粘り気が強くなると値が低くなる点に注意する必要がある。また、通常、ＭＩやＭＦＲを測定するときは所定の測定温度で押し出す必要があるが、この粘度計測は、再生樹脂製造装置１における押出温度における粘度を基準に粘度を揃える目的で行うものである。このため、本発明の再生樹脂製造装置１により製造された再生樹脂ペレットを加工する際は、再生樹脂製造装置１の押出温度を基準に押し出して成形する方が好ましい。これにより再生樹脂ペレットを加工する際、特に安定して成形することができる。粘度計測器９は、廃材樹脂が溶融状態になっている箇所に設置されていればよく、スクリーンチェンジャー７やギアポンプ８と設置場所が前後してもよい。ただし、なるべく異物除去された状態で計測する方が、粘度計測器９が故障しにくく、計測値も信頼できるため好ましく、粘度計測器９はスクリーンチェンジャー７の後に設置されることが好ましい。

溶融状態の廃材樹脂はダイス１０へと送られ、造粒ユニット３により、粒状体（ペレット）に加工される。図１に示す造粒ユニット３は、孔から押し出された直後に回転刃でカットし、冷却して粒状体にするホットカット法によるものである。造粒方法はこれに限ることなく、細長いストランド状に押し出して冷却した後に、カットし、粒状体にするストランドカット法など、従来公知の方法が採用できる。

得られた粒状体は、分別機構１１に送られる。分別機構１１は、粘度計測器９の測定情報を基に、得られた粒状体を、所定の粘度範囲にある規格内ペレットと所定の粘度範囲から外れる規格外ペレットとに分別する。図１の分別機構１１は粘度計測器９と連動させたダイーバーター式の空気輸送バルブを備えており、この分別機構１１は、廃材樹脂が粘度計測器９を通過した後、固化して粒状体になる時間を予測し、粘度計測された廃材樹脂がこのバルブを通過するタイミングで、粘度計測結果を基に粒状体の経路を振り分けることができる。図１では、粘度範囲が規格内にあるものを規格内ペレットとして経路Ｃへ送り、粘度範囲が規格外であれば、経路Ｄへと振り分ける機構になっている。

図１では、規格内外で経路を２つに分けているが、経路をさらに増やし、規格外ペレットを複数区分に振り分けられるようにしてもよい。例えば、規格外ペレットをさらに高粘度、低粘度、超低粘度の３区分に分けてもよい。この場合、高粘度や低粘度の区分に振り分けられた規格外ペレットは、規格外ペレット同士を混ぜ合わせたり、廃材樹脂、又は粘度調整材と混ぜ合わせることで、粘度の調整が可能である。このため、規格外ペレットを廃材投入部４に廃材樹脂として再投入することで規格内ペレットに調整することができると考えられる。一方、超低粘度の区分に振り分けられた規格外ペレットは、劣化が進み過ぎている可能性があり、再生樹脂としての再利用が難しい場合がある。この場合は、再利用せず、廃棄する、又は別用途に転用することが望ましい。前記のようにペレットが、粘度特性に応じて規格内外に振り分けられたり、規格外ペレットが複数区分に振り分けられていれば、これらをその特性に合わせて使い分けることもできる。

経路Ｄに振り分けられた規格外ペレットは、容器に貯めておき、廃材投入部４に手動で移してもよいが、図１の再生樹脂製造装置１では、経路Ｄと経路Ｅがパイプ（図示せず）を通じてつながっており、再投入路になっている。経路Ｄに振り分けられた規格外ペレットは、再投入路を通じて経路Ｅから廃材投入部４に送られ、廃材樹脂として再投入することができる。

図１の再生樹脂製造装置１では、調整材投入部５を備えていることで、これによる粘度の調整も可能であるが、規格外ペレットを廃材投入部４に再投入するにあたり、経路Ｄと経路Ｅの間で、粘度調整材を混ぜ合わせて粘度を調節した上で、廃材投入部４に再投入してもよい。このことにより、調整材投入部５による粘度の調整の前に、計測済の粘度情報を反映して規格外ペレットの粘度を調整できるため、その粘度をより確実に調節することができる。この再投入の方法としては、再投入路に第二の調整材投入部を設置し、粘度計測器９の粘度計測結果を基に規格外ペレットに振り分けられたタイミングで粘度調整材を投入する方法が挙げられる。

本発明の再生樹脂製造装置１により得られた規格内ペレットは、再生樹脂ペレットとして、別工程により任意のプラスチック製品に加工することができる。この場合、規格内ペレットを単体で用いてもよく、その他の樹脂、又はその他の添加剤と混ぜ合わせて用いてもよい。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、これらは一例であり、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
使用済みのブルーシートを回収し、洗浄及び粗粉砕等の処理を行った後、カッターコンパクターに投入し、ブルーシートの廃材の粉砕物を得た。回収されたブルーシートは、萩原工業株式会社製のターピーシート＃３０００、ターピーシート＃４０００、ＯＳシート＃２５００の他、メーカー不明のブルーシートが多数回収されており、いずれも使用期間は不明であった。

図１に示す再生樹脂製造装置１により、前記のようにして得られたブルーシートの廃材の粉砕物を経路Ａから廃材投入部４に送った。廃材投入部４では、粉砕物がホッパー４ｂに集められ、計量器で計量した後、フィーダー４ｄにより、ミキサー６に送られた。また、粘度調整材として高密度ポリエチレン（密度：０．９５７ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：０．４ｇ／１０ｍｉｎ）を用い、これを経路Ｂから調整材投入部５に送った。調整材投入部５では、粘度調整材が、ホッパー５ｂに貯められ、計量し、フィーダー５ｄの制御の基にミキサー６に送られた。調整材投入部５はギアポンプ８の回転に連動しており、ギアポンプ８の回転に応じ、ミキサー６に送られる粘度調整材の量が変わっていた。

粉砕物と粘度調整材は、ミキサー６により攪拌した後、押出機２で溶融混錬された。このときの押出温度は２２０℃に設定した。押出機２は、まず第１のスクリーンチェンジャー７ａに連結しており、そのメッシュフィルターを通過し、ギアポンプ８で吐出調整された後、第２のスクリーンチェンジャー７ｂのメッシュフィルターを通過した後、粘度計測器９（ダイニスコ製オンラインレオメーターＣＭＲ４）により、粉砕物と粘度調整材の混合物の粘度を計測した後、ダイスに送られた。

粉砕物と粘度調整材の混合物は溶融状態でダイス１０から押し出され、ホットカット法の造粒ユニット３により粒状体となった。粒状体は乾燥後、ダイーバーター式の空気輸送バルブ１１に送られ、これにより経路Ｃに分別された再生樹脂ペレットＸと、経路Ｄに分別された再生樹脂ペレットＸ’を得た。ダイーバーター式の空気輸送バルブ１１は、粘度計測器９の測定結果に連動するように調整した。測定された粘度はＭＦＲを推定して表示される設定とし、粘度計測器９による測定値がＭＦＲ４未満を示すとき経路Ｃ、ＭＦＲ４以上のとき経路Ｄに分別されるように設定した。

（実施例２）
経路Ｄと廃材投入部４の経路Ｅとをチューブコンベアで連結し、再生樹脂ペレットＸ’を廃材投入部４に送った。これによりブルーシートの廃材の粉砕物と再生樹脂ペレットＸ’の混合物がミキサー６に送られること以外は、実施例１と同様にし、経路Ｃから再生樹脂ペレットＹを得た。

（比較例１）
図１に示す再生樹脂製造装置１から粘度計測器９、スクリーンチェンジャー７及びギアポンプ８を取り外し、押出機２とダイス１０を直結させた装置を用い、実施例１同様、ブルーシートの廃材を投入し、再生樹脂ペレットＺを得た。この装置ではギアポンプ８による調整材投入部５の動作制御はなく、粘度調整材は投入されない。粘度計測器９の測定結果を基にしたダイーバーター式の空気輸送バルブ１１の動作制御もないため、造粒ユニット３により粒状体になったものは全て経路Ｃから排出される。

実施例１で得られた再生樹脂ペレットＸ、実施例２で得られた再生樹脂ペレットＹ、比較例１の再生樹脂ペレットＺについて、それぞれ高密度ポリエチレン（密度：０．９４９ｇ／ｃｍ^３、ＭＦＲ：０．８ｇ／１０ｍｉｎ）に対し、４０重量％の比率で混ぜ合わせ、これを２２０℃に設定された押出機に投入した。続いて、丸ダイからチューブ状のフィルムに成形した後、これをテープ状にスリットし、熱板で延伸することでフラットヤーン（繊度１，０００ｄｔ、テープ幅３ｍｍ）に加工した。

実施例１の再生樹脂ペレットＸ及び実施例２の再生樹脂ペレットＹを用いて得られたフラットヤーンは十分な強度物性を有し、製織して織物にすることも可能であった。一方、比較例１の再生樹脂ペレットＺを用いた場合、フィルムがチューブ状に安定しにくく、延伸工程で糸切れしやすいことで、フラットヤーンを得ること自体が困難であった。

１再生樹脂製造装置
２押出機
３造粒ユニット
４廃材投入部
５調整材投入部
６ミキサー
７スクリーンチェンジャー
８ギアポンプ
９粘度計測器
１０ダイス
１１分別機構(ダイバーター)

Claims

廃材樹脂を成形し、粒状の再生樹脂ペレットを得る再生樹脂製造装置であって、
廃材樹脂を溶融混錬する押出機と、
溶融状態の廃材樹脂の粘度を計測する粘度計測器と、
粘度が計測された廃材樹脂を固形の粒状体にする造粒ユニットと、
前記粘度計測器の測定情報を基に、前記粒状体を所定の粘度範囲にある規格内ペレットと前記所定の粘度範囲から外れる規格外ペレットとに分別する分別機構とを備え、
さらに、前記押出機に廃材樹脂を投入するための廃材投入部と、
廃材樹脂の粘度を調整する粘度調整材を投入する調整材投入部を備え、
前記押出機には、溶融状態の廃材樹脂を一定量で吐出させるギアポンプを備え、
前記調整材投入部は、前記粘度調整材の供給量を調整できるフィーダーを有し、
廃材樹脂と前記粘度調整材の混合物について、前記押出機の押出温度における粘度を基準に一定範囲の粘度に揃えることができる、
ことを特徴とする再生樹脂製造装置。
前記分別機構により分別された規格外ペレットを、廃材樹脂として前記廃材投入部に再投入するための再投入路とを備える請求項１に記載の再生樹脂製造装置。
前記ギアポンプの回転情報を基に前記粘度調整材の供給量を調整する請求項１又は２に記載の再生樹脂製造装置。