JP7462608B2 - 粉体供給方法及び熱可塑性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、粉体原料を、筒内を流下させながらホッパ等の容器へ供給する方法等に関する。
従来より、特許文献１及び２に例示されるように、溶融混練機のホッパ等の対象物に、筒内を流下させながら粉体を供給することが知られている。
粉体を、筒内を流下させながら対象物に供給する際、粉体が詰まって流れなかったり、供給後の粉体が大きく飛散したりすることがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、粉体を、筒内を流下させながら対象物に供給する際における、粉体のつまりや飛散を抑制する粉体供給方法を提供することを目的とする。
本発明にかかる方法は、筒の上端から供給された粉体を、筒内を流下させて筒の下端から排出させる粉体供給方法であって、
前記粉体の供給流量をＭ［ｋｇ／ｓ］、前記筒の下端における前記筒の軸に垂直な断面の断面積をＡＳ［ｍ２］としたときに、下式を満たす。
１．５≦（Ｍ／ＡＳ）≦１３５
前記粉体の供給流量をＭ［ｋｇ／ｓ］、前記筒の下端における前記筒の軸に垂直な断面の断面積をＡＳ［ｍ２］としたときに、下式を満たす。
１．５≦（Ｍ／ＡＳ）≦１３５
本発明によれば、粉体供給時の粉体のつまりや飛散が抑制される。
ここで、前記筒の軸と水平面とがなす角度が４０～９０°であることができる。
また、前記粉体は容器に供給され、前記筒の下端の少なくとも一部は、前記容器の上部開口と同じ高さに位置する、又は、前記上部開口よりも下に位置していることができる。
本発明にかかる熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、熱可塑性樹脂粉を溶融混練装置のホッパに供給する工程と、前記熱可塑性樹脂粉以外の第２粉体を前記ホッパに供給する工程と、前記ホッパに供給された熱可塑性樹脂粉及び添加剤粉を溶融及び混練して熱可塑性樹脂組成物を得る工程と、を含み、前記熱可塑性樹脂粉を前記ホッパに供給する際に、上記のいずれかの方法を用いる。
本発明によれば、舞い上がった粉体が排気口などから排出される不具合や管の閉塞を回避することができる。
本発明に係る粉体の供給方法について、具体的に、溶融混練機のホッパに粉体を供給する場合について図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る制御方法が適用される、筒７０及び溶融混練機４０の断面図である。
溶融混練機４０は、主として、ホッパ４２、シリンダ４４、スクリュー４６、及び、モータ４８を備えている。
スクリュー４６は、シリンダ４４内に設けられており、モータ４８はシリンダを回転させる。
ホッパ４２は、連結管１０、コーン部１２、及び、胴部１４、及び、天板１６を有する。天板１６はなくてもよい。コーン部１２は、下方に行くほど内部断面積が縮小する形状を有する。コーン部１２の形状の例は、円錐形状、及び、偏芯円錐形状である。
連結管１０は、コーン部１２の下端開口と、溶融混練機４０のシリンダ４４とを接続する。連結管１０はなくてもよく、コーン部１２の下端開口と、溶融混練機４０のシリンダ４４が直接連結されたものでもよい。
胴部１４は、上下にわたって内部断面積が一定の管であり、コーン部１２の上端開口に接続されている。胴部１４の水平断面形状に特に限定は無く、例えば、丸型、四角形などの多角形であることができる。
天板１６は、胴部１４の上端開口を閉じており、天板１６には、筒部材１７Ａ、１７Ｂ，１７Ｃにより、それぞれ、第１開口１８Ａ、第２開口１８Ｂ、及び、第３開口１８Ｃが設けられている。第１開口１８Ａは、筒７０を介して第１粉体が供給される開口であり、第２開口１８Ｂは気体を排出できる開口であり、第３開口１８Ｃは必要に応じて第２粉体が供給される開口である。天板１６がない場合は、胴部１４の上端断面のうち粉体を投入する筒の断面を除いた部分全体が気体出口となる。
ホッパの材質に特段の限定はなく、鋼、ステンレスなどを使用することができる。コーン部１２の斜面と水平面とがなす角度βは、粉体原料の安息角よりも大きければよく、具体的にはβは４０～９０°であることが好ましい。
筒７０は上端７０ｔ及び下端７０ｂにそれぞれ開口を有する。下端７０ｂは、ホッパ４２の第１開口１８Ａと接続されている。具体的には、筒７０の下端７０ｂの少なくとも一部が第１開口（上部開口）同じ高さか、又は、第１開口（上部開口）１８Ａよりも下に位置するように配置されている。好ましくは、筒７０の下端７０ｂの全部が、第１開口（上部開口）１８Ａと同じ高さか、又は、第１開口（上部開口）１８Ａよりも下に位置するように配置されている。最も好ましいのは、筒７０の下端７０ｂの全部が、第１開口（上部開口）１８Ａよりも下に位置するように配置されている、すなわち、下端７０ｂの全体がホッパ４２内に挿入されている態様である。一方、筒７０の上端７０ｔはホッパ４２の外に配置されている。筒７０の軸と、水平面とのなす角αは、粉体の安息角よりも大きければよく、例えば、４０～９０°とすることができる。筒７０の材質に限定はなく、材料の例は、鋼、ステンレスなどの金属材料、塩ビなどの樹脂材料である。
通常、筒７０と、筒部材１７Ａとの隙間は、シール材などにより埋められていて、ガスの流通ができないようにされている。
通常、筒７０と、筒部材１７Ａとの隙間は、シール材などにより埋められていて、ガスの流通ができないようにされている。
（粉体供給方法及び熱可塑性樹脂組成物の製造方法）
筒７０の上端７０ｔよりも上に、スクリューフィーダなどの公知の粉体搬送装置に配置し、上端７０ｔに第１粉体を供給する。
筒７０の上端７０ｔよりも上に、スクリューフィーダなどの公知の粉体搬送装置に配置し、上端７０ｔに第１粉体を供給する。
そして、筒７０の上端７０ｔから供給された第１粉体を、筒７０内を流下させて筒７０の下端７０ｂから排出させることにより、ホッパ４２に供給する。
供給する第１粉体の種類に特段の限定はない。粉体の例は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂粉、アルミナ、シリカ、等のセラミック粉、アルミニウム、鉄等の金属粉である。
必要に応じて、第３開口１８Ｃを介して、第２粉体を供給することができる。熱可塑性樹脂組成物を製造する際に使用される第２粉体の例は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、帯電防止剤、銅害防止剤、難燃剤、中和剤、発泡剤、可塑剤、造核剤、気泡防止剤、架橋剤等の添加剤である。
第２粉体の供給流量は、第１粉体の供給流量よりも十分少なくすることができ、例えば、第１粉体の供給流量の１／１０以下、あるいは、１／２０以下であることができるなお、第２粉体を供給しない場合には、第３開口１８Ｃは閉じておくことができる。
第２粉体の供給は、通常、第１粉体の供給と同時におこなうことができる。
第１粉体および第２粉体の平均粒子径に特に限定は無いが、１．５ｍｍ以下であると効果が高い。平均粒子径は、篩法により測定した重量基準の粒度分布のＤ５０とすることができる。なお、凝集した粒子の場合は、凝集粒径が１．５ｍｍ以下の原料に適用した場合に効果が高い。
特に、第１粉体の粒径が小さい場合（例えば、平均粒子径３００μｍ以下）、あるいは、第１粉体の粒径が大きい場合であっても、第２粉体を供給する場合においては第２粉体の粒径が小さい場合（例えば、平均粒子径３００μｍ以下）に、第２開口Ｂからの粒子の飛び出しが起こりやすく、本実施形態の効果が高い。
特に、第１粉体の粒径が小さい場合（例えば、平均粒子径３００μｍ以下）、あるいは、第１粉体の粒径が大きい場合であっても、第２粉体を供給する場合においては第２粉体の粒径が小さい場合（例えば、平均粒子径３００μｍ以下）に、第２開口Ｂからの粒子の飛び出しが起こりやすく、本実施形態の効果が高い。
粉体の粒子密度に特に限定は無いが、０．２ｇ／ｃｍ３以上である場合、及び、凝集した粒子の場合はかさ密度が０．２ｇ／ｃｍ３以上である場合に、効果が高い。
筒７０を介してホッパ４２内に供給する粉体の供給流量Ｍが１ｋｇ／ｈｒ以上の場合に、粉体の飛散が多くなりやすいので効果が高い。
本実施形態では、筒７０を流下してホッパ４２に供給される第１粉体の供給流量をＭ［ｋｇ／ｓ］とし、筒７０の下端７０ｂにおける筒７０の軸に垂直な断面の断面積をＡＳ［ｍ２］としたときに、下式を満たす。
１．５≦（Ｍ／ＡＳ）≦１３５
（Ｍ／ＡＳ）の好ましい下限は２であってもよく、４であってもよく、１０であってもよい。
（Ｍ／ＡＳ）の好ましい上限は１００であり、より好ましい上限は５０である。
（Ｍ／ＡＳ）の例は、１．０、１．１、１．８、２．１、２．７、２．９、４．５、６．８、７．１、１６．７、２０．４、２１．８、５２．４、８７．１、１０８．９、１３０．６、１３０．６である。
１．５≦（Ｍ／ＡＳ）≦１３５
（Ｍ／ＡＳ）の好ましい下限は２であってもよく、４であってもよく、１０であってもよい。
（Ｍ／ＡＳ）の好ましい上限は１００であり、より好ましい上限は５０である。
（Ｍ／ＡＳ）の例は、１．０、１．１、１．８、２．１、２．７、２．９、４．５、６．８、７．１、１６．７、２０．４、２１．８、５２．４、８７．１、１０８．９、１３０．６、１３０．６である。
作用機序は明らかでないが、この供給方法によれば、筒７０内における粉体のつまりを抑制しつつ、粉体の飛散を抑制することができる。筒７０の断面の形状は問わず、略円形であってもよく、多角形であってもよい。
ホッパ内に、第１粉体のみを供給する場合でも、第１粉体が小さい場合などには第１粉体の飛び出しは起こりうる。また、第３開口１８Ｃ等から、第１粉体よりも軽い及び／又は粒径の小さい第２粉体を供給する場合には、第２開口１８Ｂからの第２粉体の飛び出しが問題となりやすい。いずれの場合であっても、本実施形態によれば、飛散による粉体のロスを低減でき、複数原料粉を使用する場合には、組成のコントロールされた熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。また、筒７０における粉体のつまりも抑制され、安定した運転が可能となる。
熱可塑性樹脂組成物を製造する際、第２粉体の例は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、帯電防止剤、銅害防止剤、難燃剤、中和剤、発泡剤、可塑剤、造核剤、気泡防止剤、架橋剤、及び、第１粉体とは異なる熱可塑性樹脂粉である。
通常、添加剤の供給流量は、第１粉体の供給流量よりも十分少ない、例えば、１ｋｇ／ｈｒ未満である。しがたって、本実施形態に係る方法を、添加剤の供給に適用する必要性は低いが、ポリマーブレンドの製造時のように第２粉体の供給流量が第１粉体と同程度の場合には、第２粉体の供給に適用することも可能である。
なお、熱可塑性樹脂組成物を製造する場合には、粉体の供給中、又は、供給後にスクリュー４６を回転させてホッパ４２内の粉体混合物を、連結管（粉体出口）１０を介してシリンダ４４内に供給し、スクリュー４６で溶融混練すると、熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。
（実施例）
表１に示すように、３つのサイズのホッパを用い、それぞれポリプロピレン粉体の供給流量Ｍと、筒の下端の断面積ＡＳと、の組み合わせの条件を異ならせて、筒内に粉体を流下させ、溶融混練機のホッパに粉体を供給した。
表１に示すように、３つのサイズのホッパを用い、それぞれポリプロピレン粉体の供給流量Ｍと、筒の下端の断面積ＡＳと、の組み合わせの条件を異ならせて、筒内に粉体を流下させ、溶融混練機のホッパに粉体を供給した。
具体的には、図１に示すアルミ製ホッパー（β＝６０°）を用い、第３開口１８Ｃを閉じ、クマエンジニアリング社製のスクリューフィーダを用いて、塩ビ製の筒７０の上端７０ｔから第一粉体を一定の供給流量Ｍで供給し、筒７０の下端７０ｂからホッパ４２内に供給した。第一粉体には、ポリプロピレンパウダ（平均粒子径７５０μｍ、密度９５０ｋｇ／ｍ３、かさ密度４５０ｋｇ／ｍ３）、活性アルミナ（平均粒子径３ｍｍ、密度１６００ｋｇ／ｍ３、かさ密度８６０ｋｇ／ｍ３）を使用した。第一粉体の供給と並行して、第３開口１８Ｃから第２粉体として透明化剤（凝集粒径２７０μｍ、かさ密度２００ｋｇ／ｍ３）を供給流量Ｍ２でホッパ４２内に供給した。
続いて、スクリューを回して、ホッパ４２内の粉体混合物をシリンダ４４内で溶融及び混練し、熱可塑性樹脂組成物を得た。
熱可塑性樹脂組成物を分析し、ホッパ４２内に供給した全粉体における第２粉体の質量濃度に対する、熱可塑性樹脂組成物における添加剤の質量濃度の比を、添加剤通過率として求めた。また、筒における粉体のつまりの有無（流下性）について評価した。結果を表１に示す。
ホッパのサイズが互いに異なる３つの溶融混練機で実験を行うとともに、各溶融混練装置において、筒７０の内径、すなわち、断面積ＡＳと、粉体の供給流量Ｍとの組み合わせを異ならせて実験を行った。実験条件を表１に示す。なお、第１開口１８Ａにおける筒７０と筒部材１７Ａとの隙間からの気体の流量は、シール部材によりにより実質的にゼロとなるようにした。同様に、第３開口１８Ｃにおける筒部材１７Ｃとの隙間からの気体の出入りは、気密部材によりにより実質的にゼロとなるようにした。
ここで、第一粉体の供給流量Ｍの単位を［ｋｇ／ｓ］、筒７０の下端７０ｂの開口の断面積ＡＳの単位を［ｍ２］とした。
本発明は、上記実施形態に限定されず、様々な変形態様にて実施することができる。
ホッパの形態に特に限定はなく、粉体を貯留して外部に供給できる形状であればよい。例えば、胴部がない形態であってもよく、第３開口１８Ｃを有さなくてもよい。
筒７０で粉体を供給する対象は、溶融混練機のホッパに限定されず、貯蔵用ホッパなどの他の装置のホッパでもよいし、ホッパでなく、フレキシブルコンテナなどの容器でもよい。
また、筒７０の軸に垂直な断面の断面積は、軸方向にわたって一定であることが好ましいが、断面積が軸方向にわたって一定でない、例えば、テーパー形状であっても実施は可能である。
４２…ホッパ、７０…筒、４０…溶融混練機。
Claims (4)
- 筒の上端から供給された粉体を、筒内を流下させて筒の下端から排出させる粉体の供給方法であって、
前記粉体の供給流量をＭ［ｋｇ／ｓ］、前記筒の下端における前記筒の軸に垂直な断面の断面積をＡＳ［ｍ２］としたときに、下式を満たす、方法。
４≦（Ｍ／ＡＳ）≦１３５ - 前記筒の軸と水平面とがなす角度が４０～９０°である、請求項１に記載の方法。
- 前記粉体は容器に供給され、前記筒の下端の少なくとも一部は、前記容器の上部開口と同じ高さに位置する、又は、前記上部開口よりも下に位置している、請求項１または２に記載の方法。
- 熱可塑性樹脂粉を溶融混練装置のホッパに供給する工程と、前記熱可塑性樹脂粉以外の第２粉体を前記ホッパに供給する工程と、前記ホッパに供給された熱可塑性樹脂粉及び第２粉体を溶融及び混練して熱可塑性樹脂組成物を得る工程と、を含み、
前記熱可塑性樹脂粉を前記ホッパに供給する際に、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法を用いる、熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
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