JPWO2020079902A1 - 加工用粒状物、加工用粒状物を備える複合ユニット、及び加工用粒状物の製造方法 - Google Patents

加工用粒状物、加工用粒状物を備える複合ユニット、及び加工用粒状物の製造方法 Download PDF

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Abstract

加工用粒状物は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含み、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。

Description

本発明は、加工用粒状物、加工用粒状物を備える複合ユニット、及び加工用粒状物の製造方法に関する。
加工対象物を研磨又は粉砕等することにより加工する目的で、例えば、粒状物が用いられる。この粒状物は、一例として特許文献1に開示されるように、樹脂材料により構成される。
樹脂材料からなる粒状物を製造する場合、例えば、押出成形機の押出ダイから溶融材料を押し出して形成したライン状の樹脂材料を切断し、樹脂片を粉砕及び分級することで製造される。
特表2008−528310号公報
従来の加工用粒状物は、使用中に飛散する可能性があることを考慮すると、環境に与える影響が低いことが望ましい。また例えば、限られたスペースで加工対象物を良好に加工できるように、粒径が比較的小さい加工用粒状物を製造する場合、加工対象物の加工性に優れる加工用粒状物を効率よく製造できることが望ましい。
そこで本発明は、粒径が比較的小さい加工用粒状物を製造する場合において、環境に与える影響が低く、加工対象物の加工性に優れる加工用粒状物を高い製造効率で製造可能にすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る加工用粒状物は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含み、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。
上記構成によれば、加工用粒状物が、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むことにより、加工用粒状物に生分解性を付与できる。このため、環境下において、加工用粒状物を生分解できる。従って、加工用粒状物が万一環境中に放出された場合でも、加工用粒状物の環境に与える影響を低減できる。
また、加工用粒状物が、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていることにより、加工用粒状物の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで、加工用粒状物を加工対象物の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むため、例えば、当該成分を含む原料を押出成形機に供給してライン状樹脂材料を押出し、当該材料を切断することで、加工用粒状物を効率よく製造できる。
多角形状の複数の面を有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていてもよい。これにより、加工用粒状物の表面に多くの角を設けることができると共に、多面体の各面の周縁に相当する部分にも加工性を付与できるので、高い加工性を有する加工用粒状物を構成できる。
前記複数の面は、平面視において、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状の面を含んでいてもよい。これにより、加工用粒状物の多面体の各面の周縁に相当する部分に高い加工性を有する加工用粒状物を構成できる。
円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていてもよい。これにより、加工用粒状物の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物の円柱体の端面と側面との間に相当する部分に微小な角部を形成できる。よって、例えば、限られたスペースで、加工用粒状物を加工対象物の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物を加工し易くすることができる。また、このような加工用粒状物は、例えば原料を押出成形機に供給して、断面が円形のライン状樹脂材料を押出し、当該材料を切断することで効率よく製造できる。
前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されていてもよい。この構成によれば、辺長を適度に縮小し、同一重量の他の形状のものに比べて隣接する面の間に形成される微小な角部を増大できる。これにより、例えば、当該粒状物により加工対象物を研磨する際の研磨性を向上できる。
一方向から見て、前記一方向に垂直な第1方向に延び且つ前記第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、前記一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定されていてもよい。
上記構成によれば、加工用粒状物の前記一対の辺が高い精度で平行に保たれるため、複数の加工用粒状物の形状を均一にし易くすることができる。これにより、加工用粒状物を用いて加工対象物を加工する際の加工性を均一化でき、安定した品質で加工対象物を加工できる。
前記一対の辺は、第1の一対の辺であり、前記一方向から見て、前記第2方向に延び且つ前記第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、前記第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定されていてもよい。これにより、一方向から見て、互いに平行度が異なる2対の辺を含む輪郭を有する加工用粒状物が得られる。このような形状の加工用粒状物によれば、第1の一対の辺に対応する表面と、第2の一対の辺に対応する表面との各特性を互いに異ならせ易くできる。結果として、加工用粒状物の多機能化を図り易くできる。
前記一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、前記一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定されていてもよい。このような形状の加工用粒状物によれば、前記他方の面の平行度を上記値に設定することで、当該面に一定範囲で適度な加工性を付与できる。結果として、加工用粒状物を用いて加工対象物を加工する際の加工性を調節し易くできる。
前記ポリ乳酸及び前記セルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、前記主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定されていてもよい。この構成によれば、加工用粒状物に前記主成分による生分解性を付与し易くできる。また、加工用粒状物の硬度を高く維持でき、加工対象物を加工する際の加工性を良好に保持できる。
本発明の一態様に係る複合ユニットは、上記したいずれかの前記加工用粒状物と、前記加工用粒状物により加工される加工対象物と、前記加工用粒状物と前記加工対象物とを収容する柔軟な容器とを備え、前記容器に外部から外力を加えることで、前記容器内において、前記加工対象物が前記加工用粒状物により加工される。
上記構成によれば、柔軟な容器の内部に加工用粒状物と加工対象物とを収容した状態で加工用粒状物により加工対象物を加工することで、限られたスペースで、加工用粒状物及び加工対象物の飛散を防止しながら、加工対象物に加工用粒状物を効率よく接触させて、加工対象物を加工できる。
本発明の一態様に係る加工用粒状物の製造方法は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含む溶融材料を、最大内径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された開口周縁の押出孔から押し出すことにより、ライン状樹脂材料を押出成形する第1ステップと、ライン状樹脂材料を前記押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断することにより、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物を得る第2ステップとを有する。
上記方法によれば、溶融材料がポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むことにより、加工用粒状物に生分解性を付与できる。このため、環境下において、加工用粒状物を分解でき、加工用粒状物の環境に与える影響を低減できる。
また、加工用粒状物が、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていることにより、加工用粒状物の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで、加工用粒状物を加工対象物の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物は、溶融材料を押出ダイから押し出すことでライン状樹脂材料を押出成形し、このライン状樹脂材料を押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断することで、効率よく製造できる。
また、上記のように設定された開口周縁の押出孔によりライン状樹脂材料を押出成形することで、ライン状樹脂材料を押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断するだけで、比較的粒径の小さい加工用粒状物が得られる。よって例えば、ライン状樹脂材料を粉砕・分級する工程を有する製造方法に比べて、加工用粒状物の収率を大幅に向上できると共に、製造工程を簡素化して生産コストの低減を図れる。
前記第1ステップでは、前記開口周縁が、複数の頂点を有し且つ隣接する前記頂点同士間の直線距離が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された形状の前記押出孔から溶融材料を押し出すことにより、前記第2ステップにおいて、多角形状の複数の面を有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。
上記方法によれば、多角形状の複数の面を有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物が得られるため、加工用粒状物の表面に多くの角を設けることができると共に、多面体の各面の周縁に相当する部分にも加工性を付与できるので、高い加工性を有する加工用粒状物を構成できる。
前記第1ステップでは、隣接する前記頂点同士が、開口中心に向けて湾曲する曲線分によりそれぞれ結ばれてなる形状の前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出してもよい。
上記方法によれば、押出孔から押し出した後のライン状樹脂材料がスウェル現象により膨張する膨張分を見込んで、ライン状樹脂材料の断面形状を成形できる。このため、目的の形状を有する加工用粒状物を形成し易くすることができる。
前記第1ステップでは、前記押出孔の正面視において、前記曲線分と、前記隣接する頂点を通る仮想線との間の前記仮想線に垂直な方向の最大距離が、前記最大内径の0%よりも大きく且つ25%以下の範囲の値に設定された前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出してもよい。
上記方法によれば、上記のように周縁形状が形成された押出孔から溶融材料を押し出すことで、比較的粒径が小さい加工用粒状物を製造できると共に、押出孔から押し出した後のライン状樹脂材料がスウェル現象により膨張する膨張分を見込んで、ライン状樹脂材料の断面形状を成形できる。このため、目的の形状を有する加工用粒状物を更に形成し易くすることができる。
前記第1ステップでは、3以上6以下の範囲の数の前記頂点を有する形状に形成された前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出してもよい。この方法によれば、上記のように周縁形状が形成された押出孔から溶融材料を押し出すことで、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状の面を有することにより、各面の周縁に相当する部分に高い加工性を有する加工用粒状物を効率よく製造できる。
前記第1ステップでは、直径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された円形状の前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出すことにより、前記第2ステップにおいて、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。
上記方法によれば、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物が得られるため、加工用粒状物の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物の円柱体の端面と側面との間に相当する部分に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで加工用粒状物を加工対象物の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物は、溶融材料を押出ダイから押し出すことで断面が円形のライン状樹脂材料を押出成形し、このライン状樹脂材料を押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断することで、効率よく製造できる。
前記第2ステップでは、前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。この方法によれば、製造する加工用粒状物の辺長を適度に縮小し、同一重量の他の形状のものに比べて隣接する面の間に形成される微小な角部を増大できる。これにより、例えば、加工対象物を研磨する際の研磨性が向上された加工用粒状物が得られる。
前記第2ステップでは、前記ポリ乳酸及び前記セルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、前記主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。
上記方法によれば、製造する加工用粒状物に前記主成分による生分解性を付与し易くできる。また、硬度を高く維持でき、加工対象物を加工する際の加工性を良好に保持できる加工用粒状物が得られる。
前記第2ステップでは、前記開口周縁からの押出方向から見て、前記押出方向に垂直な第1方向に延び且つ前記第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、前記一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。この方法によれば、加工用粒状物の前記一対の辺が高い精度で平行に保たれるため、製造される複数の加工用粒状物の形状を均一にし易くすることができる。
前記第2ステップでは、前記一対の辺が第1の一対の辺であり、前記押出方向から見て、前記第2方向に延び且つ前記第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、前記第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。
これにより、一方向から見て、互いに平行度が異なる2対の辺を含む輪郭を有する加工用粒状物が得られる。このような形状の加工用粒状物によれば、第1の一対の辺に対応する表面と、第2の一対の辺に対応する表面との各特性を互いに異ならせ易くできる。結果として、加工用粒状物の多機能化を図り易くできる。
前記第2ステップでは、前記一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、前記一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得てもよい。これにより、前記他方の面の平行度を上記値に設定することで、当該面に一定範囲で適度な加工性を付与できる加工用粒状物が得られる。
本発明の各態様によれば、粒径が比較的小さい加工用粒状物を製造する場合において、環境に与える影響が低く、加工対象物の加工性に優れる加工用粒状物を高い製造効率で製造できる。
第1実施形態に係る押出成形機の概略図である。 図1の押出ダイの正面図である。 図1の加工用粒状物の斜視図である。 第1実施形態に係る複合ユニットの概略図である。 (a)は、図4の複合ユニットの押圧前の鉛直断面図である。(b)は、図4の複合ユニットの押圧後の鉛直断面図である。 第2実施形態に係る押出ダイの正面図である。 第2実施形態に係る加工用粒状物の斜視図である。 第3実施形態に係る押出ダイの正面図である。 第3実施形態に係る加工用粒状物の斜視図である。 第4実施形態に係る押出ダイの正面図である。 第4実施形態に係る加工用粒状物の斜視図である。 第5実施形態に係る押出ダイの正面図である。 第5実施形態に係る加工用粒状物の斜視図である。 第6実施形態に係る押出ダイの水平断面図である。 実施例の加工用粒状物の平行度を測定する際の様子を示す図である。 辺長目標値が0.5mmの立方体状の実施例の断面形状を示す図である。 辺長目標値が0.5mmの円柱状の実施例の断面形状を示す図である。 辺長目標値が1.0mmの立方体状の実施例の断面形状を示す図である。 辺長目標値が1.0mmの円柱状の実施例の断面形状を示す図である。
以下、各実施形態について図を参照して説明する。
(第1実施形態)
[押出成形機]
図1は、第1実施形態に係る押出成形機1の概略図である。押出成形機1は、駆動部2、減速部3、筒状部4、少なくとも1つ(ここでは一対)のスクリュー5、貯留部6、ダクト7、押出ダイ8、及びカッター(ペレタイザー)12を備える。
駆動部2は、一例としてモータを内蔵し、スクリュー5をその軸回りに回転させる回転駆動力を発生させる。減速部3は、駆動部2からの出力を回転数を減速させた状態でスクリュー5へ伝達する。筒状部4は、水平方向に延びる円柱状の内部空間4aを有する。筒状部4の内部空間4aには、スクリュー5がその軸回りに回転可能に軸支されている。スクリュー5の周面には、螺旋溝5aが形成されている。内部空間4aの長手方向一端側には、減速部3が配置され、長手方向他端側は、外部に開口されている。
貯留部6は、上下方向に延び、筒状部4の上方に配置されて、下端が筒状部4の内部空間4aに接続されている。貯留部6には、加工用粒状物9の原料が貯留される。当該原料は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含み、貯留部6から筒状部4の内部空間4aに供給される。
ダクト7は、筒状部4の下方から内部空間4aに冷却風を供給可能に設けられている。押出ダイ8は、筒状部4の内部空間4aの長手方向他端側に配置され、内部空間4aの開口の周縁において筒状部4に脱着自在に取り付けられている。押出ダイ8は、筒状部4の内部空間4aと連通する押出孔8aを有する。カッター12は、押出ダイ8の押出孔8aから押し出されるライン状樹脂材料15を所定のタイミングで切断する。なお押出成形機1は、ここでは一対のスクリュー5を備える二軸式であるが、1本のスクリュー5を備える単軸式でもよいし、その他の形式でもよい。
押出成形機1の駆動時には、駆動部2の回転駆動力が減速部3を介してスクリュー5に伝達され、スクリュー5が回転される。また、貯留部6に貯留された原料が、筒状部4の内部空間4aに供給されて加熱される。これにより溶融材料が形成される。
溶融材料は、スクリュー5の螺旋溝5aにより内部空間4aの長手方向他端側に向けて搬送されながら、押出ダイ8に押圧される。溶融材料は、押出ダイ8の押出孔8aから外部に押し出される。このとき、溶融材料が押出孔8aの開口周縁により成形されることで、固形のライン状樹脂材料15が得られる。ライン状樹脂材料15は、押出孔8aの周縁形状に対応した断面形状を有し、押出孔8aからの押出方向に垂直な方向にカッター12により切断される。これにより、加工用粒状物9が得られる。
[押出ダイ及び加工用粒状物]
図2は、図1の押出ダイ8の正面図である。図2に示すように、押出ダイ8の押出孔8aは、一例として、最大内径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定されている。押出孔8aは、開口周縁が非円形に形成されている。押出孔8aの開口周縁は、一例として複数の頂点Pを有し、隣接する頂点P同士が、開口中心に向けて湾曲する曲線分Lによりそれぞれ結ばれてなる多角形状に形成されている。
隣接する頂点P同士間の直線距離D1は0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定されている。押出孔8aの正面視において、曲線分Lと、隣接する頂点Pを通る仮想線Vとの間の仮想線Vに垂直な方向の最大距離D2は、押出ダイ8の最大内径の0%よりも大きく且つ25%以下の範囲の値に設定されている。押出孔8aの開口周縁は、3以上6以下の範囲の数の頂点Pを有する形状に形成されている。ここでは一例として、押出孔8aは、開口周縁が4つの頂点Pを有する形状に形成されている。例えば、図2の押出孔8aの場合、最大距離D2は、0mmよりも大きく且つ1.2mm以下の範囲の値に設定されている。
ここで、溶融材料が押出ダイ8の押出孔8aから押し出される際、押出孔8aの周縁により圧縮されていた溶融材料が押出孔8aの径方向に開放されて膨張するスウェル現象(応力緩和現象)が生じる場合がある。スウェル現象が生じると、ライン状樹脂材料15の断面形状を所望の形状に設定しにくくなるおそれがある。
この問題に対して本実施形態では、複数の頂点Pを有し、隣接する頂点P同士が曲線分Lによりそれぞれ結ばれてなる多角形状に押出孔8aの開口周縁を形成することで、スウェル現象の発生に伴うライン状樹脂材料15の断面形状の変形が防止される。
図3は、図1の加工用粒状物9の斜視図である。図3に示すように、加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含む。本実施形態の加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定されている。ここで言う主成分とは、加工用粒状物9に50重量%よりも多く含有される成分を指す。
加工用粒状物9は、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。ここでは、加工用粒状物9は、多角形状の複数の面9aを有する多面体状に形成されると共に、各々の辺Qの長さ寸法(辺長)が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。本実施形態の加工用粒状物9は、更に前記辺長が、0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値(例えば2.9mm)に設定されている。
ここで言う角とは、加工用粒状物9が多面体状に形成されている場合、3面以上の面の突合せ位置の頂点を指す。また、加工用粒状物9が円柱体状又は楕円柱体状に形成されている場合、端面と側面との境界(辺)を指す。また、加工用粒状物9が多面体状、円柱体状、及び楕円柱状のいずれにも該当しない形状に形成されている場合、隣接する2面の境界(辺)、又は3面以上の面の突合せ位置の頂点の少なくともいずれかを指す。また、頂点Pの数は適宜設定可能であるが、一例として、4以下であることが好ましい。
また、ここで言う辺長とは、多面体状の加工用粒状物9の正面視又は側面視において、加工用粒状物9の投影面にて隣接する頂点P同士間の直線距離を指す。また、ここで言う多面体、円柱体、及び楕円柱体には、例えば、製造時に生じうる若干の形状誤差を有する形状も含まれる。また製造時の誤差を考慮して、加工用粒状物9の最大粒径の下限値及び最大値の各々は、それぞれ数%の誤差を含んでいてもよい。また、多数の加工用粒状物9を用いる場合、当該粒状物群には、例えば、最大粒径が0.18mm未満のものが15重量%以下で含まれていてもよい。
また、加工用粒状物9の最大粒径の値は、JIS Z 8801に準拠する試験用ふるいのうち、加工用粒状物9が通過可能なふるいの目開きの最小値として規定される。また、加工用粒状物9の粒径分布は、公知の方法、例えば、動的光散乱法、レーザ回折・散乱法、画像イメージング法、及びふるい法のいずれかにより測定できる。
加工用粒状物9の最大粒径は、上記範囲において適宜設定可能である。加工用粒状物9の最大粒径の上限値は、例えば、3.35mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm、及び1.5mmのいずれかに設定できる。加工用粒状物9の最大粒径の下限値は、例えば、0.18mm、0.20mm、0.30mm、0.40mm、及び0.50mmのいずれかに設定できる。また別の例では、加工用粒状物9の最大粒径は、2.98mm以下の範囲の値に設定するのが望ましい。加工用粒状物9の最大粒径は、通常はバラス効果により、押出孔8aの最大内径よりも小さくなる傾向がある。
加工用粒状物9の複数の面9aは、平面視において、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状(ここでは四角形のみ)の面9aを含んでいる。本実施形態では、上記多面体は六面体である。
加工用粒状物9は、一方向から見て、前記一方向に垂直な第1方向に延び且つ第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有する。一対の辺の平行度は、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定されている。
また加工用粒状物9は、一方向から見て、前記一対の辺が第1の一対の辺であり、第2方向に延び且つ第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有する。この第2の一対の辺の平行度は、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定されている。一方向から見た加工用粒状物9の輪郭は、上記した2対の辺を含むことにより、矩形状に形成されている。これにより加工用粒状物9は、上記した2対の辺に対応して、平行度が異なる2対の表面領域を有している。
また加工用粒状物9は、一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面(データム平面)に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定されている。これにより加工用粒状物9の当該他方の面は、平行度の範囲により許容される、ある程度の凹凸形状が形成されている。本実施形態の加工用粒状物9の前記一対の面は、以下に示すライン状樹脂材料15が切断される切断面に相当する。
ここで言う平行度とは、JIS B 0022及びJIS B 0621:1984に定義される。即ち、関連形体に幾何公差を指示するときに、その公差域を規制するために設定した理論的に正確な幾何学基準であるデータム直線又はデータム平面に対して平行な幾何学的直線又は幾何学的平面からの平行であるべき直線形体又は平面形体の狂いの大きさを指す。
加工用粒状物9の形状、辺Qの辺長、及び粒径等は、例えば、市販品のデジタルマイクロスコープ(例えば、株式会社ハイロックス製「RH−2000」)等を用いて確認及び計測できる。
加工用粒状物9は、押出成形機1を用いて製造される。本実施形態の加工用粒状物9の製造方法は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含む溶融材料を、最大内径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された開口周縁の押出孔8aから押し出すことにより、ライン状樹脂材料15を押出成形する第1ステップと、ライン状樹脂材料15を押出孔8aからの押出方向に垂直な方向に切断することにより、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る第2ステップとを有する。ライン状樹脂材料15は、一例として、押出方向に垂直な面内で回転する回転刃により連続的に切断される。ライン状樹脂材料15の切断方法は、これに限定されない。
押出孔8aの最大内径は、上記範囲において適宜設定可能である。押出孔8aの最大内径は、例えば、得ようとする加工用粒状物9の最大粒径や使用する樹脂の粘度等を考慮して決定できる。押出孔8aの最大内径の上限値は、例えば、4.30mm、3.80mm、3.30mm、2.90mm、2.80mm、2.50mm、及び2.10mmのいずれかに設定できる。押出孔8aの最大内径の下限値は、例えば、0.18mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.50mm、及び0.70mmのいずれかに設定できる。得ようとする加工用粒状物9の加工対象物に対する研磨性を向上させるためには、例えば、押出孔8aの最大内径は、2.80mm以下の範囲の値に設定するのが好ましい。
本実施形態の第1ステップでは、開口周縁が、直線距離D1が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された形状の押出孔8aから溶融材料を押し出すことにより、第2ステップにおいて、多角形状の複数の面9aを有する多面体状に形成されると共に、各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。また本実施形態の第2ステップでは、前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
また本実施形態の第2ステップでは、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、前記主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
また本実施形態の第1ステップでは、一例として、隣接する頂点P同士が曲線分Lによりそれぞれ結ばれてなる形状の開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。また本実施形態の第1ステップでは、最大距離D2が、押出ダイ8の最大内径の0%よりも大きく且つ25%以下の範囲の値に設定された開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。また本実施形態の第1ステップでは、3以上6以下の範囲の数(ここでは4)の頂点Pを有する形状に形成された開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。
また本実施形態の第2ステップでは、押出孔8aの開口周縁からの押出方向から見て、一方向(押出方向)に垂直な第1方向に延び且つ第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
また本実施形態の第2ステップでは、前記一対の辺が第1の一対の辺であり、押出孔8aの開口周縁からの押出方向から見て、第2方向に延び且つ第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、この第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
また本実施形態の第2ステップでは、一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面(データム平面)に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
[複合ユニット]
図4は、第1実施形態に係る複合ユニット10の概略図である。複合ユニット10は、加工用粒状物9と、加工用粒状物9により加工される加工対象物17と、加工用粒状物9と加工対象物17とを収容する柔軟な容器11とを備える。
図5の(a)は、図4の複合ユニット10の押圧前の鉛直断面図である。図5の(b)は、図4の複合ユニット10の押圧後の鉛直断面図である。図5(a),(b)に示すように、複合ユニット10では、容器11に外部から外力を加えることで、加工用粒状物9が加工対象物17の表面に強く押圧される。加工対象物17は、容器11内において、加工用粒状物9により粉砕され、又は、表面が研磨等されることで加工される。このとき、例えば加工対象物17が液状の内容物を封入した封入体である場合、加工対象物17が粉砕されることで、加工対象物17の内容物が容器11の内部に拡散される。
複合ユニット10によれば、柔軟な容器11の内部に加工用粒状物9と加工対象物17とを収容した状態で加工用粒状物9により加工対象物17を加工することで、加工用粒状物9及び加工対象物17の飛散を防止しながら、加工対象物17に加工用粒状物9を効率よく接触させて、加工対象物を加工できる。
なお、加工対象物17の構成は限定されない。また、複合ユニット10の内部には、加工用粒状物9及び加工対象物17を担持する柔軟な担持体が配置されていてもよい。この場合、担持体は、例えば、加工用粒状物9と同様の材料や、その他の生分解性材料により構成されていてもよい。複合ユニット10の用途としては、例えば、化粧品用途が挙げられるが、これに限定されない。
以上説明したように、本実施形態によれば、加工用粒状物9がポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むことにより、加工用粒状物に生分解性を付与できる。このため、環境下において、加工用粒状物9を生分解できる。従って、加工用粒状物9が万一環境中に放出された場合でも、加工用粒状物9の環境に与える影響を低減できる。
また加工用粒状物9が、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていることにより、加工用粒状物9の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物9に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで、加工用粒状物9を加工対象物17の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物17を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むため、例えば、当該成分を含む原料を押出成形機1に供給してライン状樹脂材料15を押出し、当該材料15を切断することで、加工用粒状物9を効率よく製造できる。
ここで加工用粒状物9は、例えば、サンドブラスターと称される装置の中で使用されることが多い。サンドブラスターで加工対象物17を研磨する場合のメディアとして加工用粒状物9が用いられる。サンドブラスターで研磨して取り出された加工対象物17には、微量のメディア(加工用粒状物9)が付着している場合も想定される。このようにして、加工用粒状物9が環境に流出する可能性がある。
この場合、加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかである生分解性材料により構成されていることが望ましい。また、加工用粒状物9が前記生分解性材料以外の不純物(例えば澱粉や木粉等の有機物や、無機物)を含有していると、加工用粒状物9の強度が低下する場合がある。従って、加工用粒状物9に前記生分解性材料以外の不純物が含まれる場合、当該不純物は、加工用粒状物9の5重量%未満の範囲の値、好ましくは1wt%未満の範囲の値に設定されていることが望ましい。なお、加工用粒状物9は、このような不純物を含有しないことが最も望ましい。
ここで上記したように、本実施形態の加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定されている。この構成によれば、加工用粒状物9に前記主成分による生分解性を付与し易くできる。また、加工用粒状物9の硬度を高く維持でき、加工対象物17を加工する際の加工性を良好に保持できる。
また加工用粒状物9は、多角形状の複数の面9aを有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されているので、加工用粒状物9の表面に多くの角を設けることができると共に、多面体の各面の周縁に相当する部分にも加工性を付与できるので、高い加工性を有する加工用粒状物9を構成できる。
また加工用粒状物9の複数の面9aは、平面視において、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状の面9aを含んでいるため、多面体の各面の周面部分に高い加工性を有する加工用粒状物9を構成できる。
また本実施形態では、加工用粒状物9が六面体であるため、例えば、断面が矩形のライン状樹脂材料15を切断することで加工用粒状物9を製造でき、加工性に優れる加工用粒状物9を更に効率よく製造できる。
また本実施形態では、加工用粒状物9の前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている。この構成によれば、前記辺長を適度に縮小し、同一重量の他の形状のものに比べて隣接する面の間に形成される微小な角部を増大できる。これにより、例えば、加工用粒状物9により加工対象物17を研磨する際の研磨性を向上できる。加工用粒状物9では、一定範囲において、前記辺長が小さいほど、同一重量の他の形状のものに比べて微小な角部を増大させ易い。
また加工用粒状物9は、一方向から見て、一方向に垂直な第1方向に延び且つ第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定されている。
この構成によれば、加工用粒状物9の一対の辺が高い精度で平行に保たれるため、加工用粒状物9の形状を均一にし易くすることができる。これにより、加工用粒状物9を用いて加工対象物17を加工する際の加工性を均一化でき、安定した品質で加工対象物17を加工できる。なお、このような構成の加工用粒状物9は、例えば押出成形機1を用いることで効率よく製造できる。この場合、押出孔8aからのライン状樹脂材料15の押出方向が、前記一方向に垂直な方向となる。
また加工用粒状物9は、一方向から見て、前記一対の辺が第1の一対の辺であり、第2方向に延び且つ第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定されている。これにより、一方向から見て、互いに平行度が異なる2対の辺を含む輪郭を有する加工用粒状物9が得られる。このような形状の加工用粒状物9によれば、第1の一対の辺に対応する表面と、第2の一対の辺に対応する表面との各特性を互いに異ならせ易くできる。結果として、加工用粒状物9の多機能化を図り易くできる。
また加工用粒状物9は、平行度が0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定されている前記他方の面を有する。このような形状の加工用粒状物9によれば、前記他方の面の平行度を上記値に設定することで、当該面に一定範囲で適度な加工性を付与できる。結果として、加工用粒状物9を用いて加工対象物17を加工する際の加工性を調節し易くできる。
また、本実施形態に係る加工用粒状物9の製造方法は、第1ステップと第2ステップとを有し、溶融材料がポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含むことにより、加工用粒状物9に生分解性を付与できる。このため、環境下において、加工用粒状物9を分解でき、加工用粒状物9の環境に与える影響を低減できる。
また加工用粒状物9が、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されていることにより、加工用粒状物9の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物9に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで、加工用粒状物9を加工対象物17の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物17を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物9は、溶融材料を押出ダイ8から押し出すことでライン状樹脂材料15を押出成形し、このライン状樹脂材料15を押出孔8aからの押出方向に垂直な方向に切断することで、効率よく製造できる。
また第1ステップにおいて、隣接する頂点P同士が曲線分Lによりそれぞれ結ばれてなる形状に形成された押出孔8aから溶融材料を押し出すので、押出孔8aから押し出した後のライン状樹脂材料15がスウェル現象により膨張する膨張分を見込んでライン状樹脂材料15の断面形状を成形できる。このため、目的の形状を有する加工用粒状物を9形成し易くすることができる。
また、上記のように設定された開口周縁の押出孔8aによりライン状樹脂材料15を押出成形することで、ライン状樹脂材料15を押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断するだけで、比較的粒径の小さい加工用粒状物9が得られる。よって例えば、ライン状樹脂材料を粉砕・分級する工程を有する製造方法に比べて、加工用粒状物9の収率を大幅に向上できると共に、製造工程を簡素化して生産コストの低減を図れる。
また第1ステップでは、開口周縁が、直線距離D1が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された形状の押出孔8aから溶融材料を押し出すことにより、第2ステップにおいて、多角形状の複数の面9aを有する多面体状に形成されると共に、各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9を得る。
これにより、多角形状の複数の面9aを有する多面体状に形成されると共に、各々の辺Qの辺長が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物9が得られるため、加工用粒状物9の表面に多くの角を設けることができると共に、多面体の各面9aの周縁に相当する部分にも加工性を付与できるので、高い加工性を有する加工用粒状物9を構成できる。
また第1ステップでは、隣接する頂点P同士が曲線分Lによりそれぞれ結ばれてなる形状の開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。これにより、押出孔8aから押し出した後のライン状樹脂材料15がスウェル現象により膨張する膨張分を見込んで、ライン状樹脂材料15の断面形状を成形できる。このため、目的の形状を有する加工用粒状物9を形成し易くすることができる。
また第1ステップでは、最大距離D2が、押出ダイ8の最大内径の0%よりも大きく且つ25%以下の範囲の値に設定された開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。このように周縁形状が形成された押出孔8aから溶融材料を押し出すことで、比較的粒径が小さい加工用粒状物9を製造できると共に、押出孔8aから押し出した後のライン状樹脂材料15がスウェル現象により膨張する膨張分を見込んで、ライン状樹脂材料15の断面形状を成形できる。このため、目的の形状を有する加工用粒状物9を更に形成し易くすることができる。
また第1ステップでは、3以上6以下の範囲の数の頂点Pを有する形状に形成された開口周縁の押出孔8aから溶融材料を押し出す。この方法によれば、上記のように周縁形状が形成された押出孔8aから溶融材料を押し出すことで、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状の面9aを有することにより、各面9aの周縁に相当する部分に高い加工性を有する加工用粒状物9を効率よく製造できる。
[加工用粒状物の添加剤]
加工用粒状物9は、ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかの他、所定の添加剤を含んでいてもよい。この添加剤としては、例えば可塑剤、熱安定剤、発泡核剤、発泡補助剤等が挙げられる。ここで、ポリ乳酸は熱融解性を有するため、ポリ乳酸を用いる場合には可塑剤は不要である。セルロースエステルは熱融解性がないため、セルロースエステルを用いる場合には可塑剤を用いることが望ましい。
可塑剤については、"Handbook of Plasticizers", Ed.Wypych,George,ChemTec Publishing(2004) に詳細が例示されている。可塑剤の例としては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソノニルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、トリス(2−エチルヘキシル)トリメリテート、トリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、p−フェニレンビス(ジフェニルホスフェート)、及びその他のホスフェート誘導体、ジイソブチルアジペート、ビス(2−エチルヘキシル)アジペート、クエン酸トリエチル、クエン酸アセチルトリエチル、クエン酸を含む可塑剤(例えば、Citroflex(登録商標))、モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン、トリプロピオニン、トリブチリン、スクロースアセテートイソブチレート、グルコースペンタプロピオネート、トリエチレングリコール−2−エチルヘキサノエート、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールジベンゾエート、ポリエチレングルタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリアルキルグリコシド、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート、ジイソブチレート、フタル酸共重合体、1,3−ブタンジオール、脂肪族エポキシドで末端封鎖された1,4−ブタンジオール、ビス(2−エチルへキシル)アジペート、エポキシド化大豆油、及びこれらの混合物からなる群から選択されるものが挙げられる。
また可塑剤としては、グリセリンエステル系可塑剤を用いることができる。このグリセリンエステル系可塑剤としては、グリセリンの低級脂肪酸エステル、言い換えれば、グリセリンと炭素数2〜4の脂肪酸とのエステル化合物を用いることができる。炭素数2の脂肪酸は酢酸であり、炭素数3の脂肪酸はプロピオン酸であり、炭素数4の脂肪酸はブチル酸である。グリセリンエステル系可塑剤は、グリセリンの3個のヒドロキシル基すべてが同じ脂肪酸によってエステル化されているものでもよく、2個のヒドロキシル基が同じ脂肪酸によってエステル化されているものでもよく、グリセリンの3個のヒドロキシル基すべてが異なる脂肪酸によってエステル化されているものでもよい。
グリセリンエステル系可塑剤は、無毒性であり、容易に生分解されるため環境への負荷が小さい。また、グリセリンエステル系可塑剤をセルロースアセテートに添加することにより、得られる熱成形用セルローストリアセテート組成物のガラス転移温度を低下させることができる。このため、原料に対して優れた熱成形性を付与することもできる。
上記脂肪酸が酢酸である場合、グリセリンエステル系可塑剤として、グリセリンの3個のヒドロキシル基が酢酸によってエステル化されているトリアセチン、及び2個のヒドロキシル基が酢酸によってエステル化されているジアセチン等が挙げられる。
上記グリセリンエステル系可塑剤の中でも、特に、グリセリンの3個のヒドロキシル基すべてが酢酸によってエステル化(言い換えればアセチル化)されているトリアセチン(グリセロールトリスアセタート)が好ましい。トリアセチンは、人が摂取しても安全と認められる成分であり、容易に生分解されるため環境への負荷が小さい。また、トリアセチンをセルロースアセテートに添加することにより得られる熱成形用セルロースアセテート組成物は、セルロースアセテートを単体で用いた場合よりも生分解性が向上する。更に、トリアセチンをセルロースアセテートに添加することにより、セルロースアセテートのガラス転移温度を効率よく低下させることができる。このため、原料に対して優れた熱成形性を付与することができる。
なおトリアセチンは、化学構造的に純粋であり、純度が高いものがよい。また、例えばトリアセチンを80重量%以上又は90重量%以上含み、残部としてモノアセチン及び/又はジアセチンが含まれている可塑剤が用いられてもよい。
グリセリンエステル系可塑剤の添加量としては、セルロースアセテート及びグリセリンエステル系可塑剤の合計量100重量部に対し、例えば、2重量部以上40重量部以下の範囲の値であることが好ましく、5重量部以上40重量部以下の範囲の値であることがより好ましく、10重量部以上30重量部以下の範囲の値であることが更に好ましく、10重量部以上25重量部以下の範囲の値であることが最も好ましい。例えば、グリセリンエステル系可塑剤の添加量が2重量部未満であると、セルロースアセテートに熱成形性を十分に付与できず、40重量部を超えると、グリセリンエステル系可塑剤がブリードアウトする可能性が高くなるおそれがある。
[加工用粒状物の原料の調整]
加工用粒状物9の原料は、一例として、アセチル置換度が1.4以上1.8以下のセルロースアセテートと、グリセリンエステル系可塑剤とを配合することにより得られる。この原料の製造方法としては、例えば、セルロースアセテートに可塑剤、特にはグリセリンエステル系可塑剤を直接添加する方法が挙げられる。
セルロースアセテートにグリセリンエステル系可塑剤を直接添加する場合、セルロースアセテートとグリセリンエステル系可塑剤とを混合することが好ましい。この混合は、遊星ミル、ヘンシェルミキサー、振動ミル、ボールミルなどの混合機により行うことができる。短時間で均質な混合・分散が可能であるため、ヘンシェルミキサーを用いることが好ましい。また、混合の程度は特に限定されないが、例えば、ヘンシェルミキサーを用いる場合、混合時間を10分以上1時間以下の程度に設定することが好ましい。
セルロースアセテートとグリセリンエステル系可塑剤とを混合した後、混合物を乾燥する。この乾燥方法としては、例えば、50℃以上105℃以下の温度に設定し、混合物を1時間以上48時間以下の間静置して乾燥する方法が挙げられる。
上記混合は、遊星ミル、ヘンシェルミキサー、振動ミル、及びボールミルなどの混合機により行うことができる。加工用粒状物9の製造が小スケールであれば、フードプロセッサー等を用いて混合物を混合してもよい。また、混合の条件は特に限定されるものではないが、撹拌しながら、可塑剤を含む分散液又は溶液を、セルロースアセテートに少量ずつ添加することが好ましい。例えば、100重量部のセルロースアセテートに対して、可塑剤を含む分散液又は溶液を、2重量部/min〜20重量部/minで添加してもよい。
セルロースアセテートの置換度は、例えば、2.2以上2.7以下の範囲の値に設定できる。セルロースアセテートの置換度は、例えば、2.3以上2.6以下の範囲が好ましく、2.4以上2.6以下の範囲の値が特に好ましい。このような値に置換度が設定されたセルロースジアセテートは、トリアセチンにより容易に可塑化される。このため、例えば、セルロースジアセテートとトリアセチンを含む原料を用いることで、加工用粒状物9を製造することが好ましい。以下、その他の実施形態について、第1実施形態との差異を中心に説明する。
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係る押出ダイ18の正面図である。図6に示すように、押出ダイ18は、押出孔18aの頂点Pの数が6である点を除いて、押出ダイ8と同様の構成を有する。これにより押出孔18aは、略星形の周縁形状を有する。
図7は、第2実施形態に係る加工用粒状物19の斜視図である。図7に示すように、溶融材料が押出孔18aから押し出されることで、加工用粒状物19は、平面視において六角形の面19aを有するように構成される。六角形状の面19aの輪郭を規定する各辺Qの長さ寸法(辺長)は、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。本実施形態の加工用粒状物19は、更に前記辺長が、0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている。
(第3実施形態)
図8は、第3実施形態に係る押出ダイ28の正面図である。図8に示すように、押出ダイ28は、押出孔28aの頂点Pの数が5である点を除いて、押出ダイ8と同様の構成を有する。これにより押出孔28aは、略星形の周縁形状を有する。
図9は、第3実施形態に係る加工用粒状物29の斜視図である。図9に示すように、溶融材料が押出孔28aから押し出されることで、加工用粒状物29は、平面視において五角形の面29aを有するように構成される。五角形状の面29aの輪郭を規定する各辺Qの長さ寸法(辺長)は、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。本実施形態の加工用粒状物29は、更に前記辺長が、0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている。
(第4実施形態)
図10は、第4実施形態に係る押出ダイ38の正面図である。図10に示すように、押出ダイ38は、押出孔38aの頂点Pの数が3である点を除いて、押出ダイ8と同様の構成を有する。これにより押出孔38aは、略三角形の周縁形状を有する。
図11は、第4実施形態に係る加工用粒状物39の斜視図である。図11に示すように、溶融材料が押出孔38aから押し出されることで、加工用粒状物39は、平面視において正三角形の面39aを有するように構成される。正三角形状の面39aの輪郭を規定する各辺Qの長さ寸法(辺長)は、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。本実施形態の加工用粒状物39は、更に前記辺長が、0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている。
(第5実施形態)
図12は、第5実施形態に係る押出ダイ48の正面図である。図12に示すように、押出ダイ38は、押出孔48aの開口周縁が円形状に形成されている。図13は、第5実施形態に係る加工用粒状物49の斜視図である。
図13に示すように、加工用粒状物49は、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている。本実施形態の加工用粒状物49は、更に前記辺長が、0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている。
これにより、例えば、加工用粒状物49を加工対象物17の表面に押圧することで、少ない外力を加工用粒状物49に付与しながら加工対象物17を加工し易くすることができる。
第5実施形態の第1ステップでは、直径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された円形状の開口周縁の押出孔48aから溶融材料を押し出すことにより、第2ステップにおいて、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物49を得る。また本実施形態の第2ステップでは、前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定された加工用粒状物49を得る。
上記方法によれば、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物49が得られるため、加工用粒状物49の粒径を比較的小さくできると共に、加工用粒状物49の円柱体の端面と側面との間に相当する部分に微小な角部を形成できる。これにより、例えば、限られたスペースで加工用粒状物49を加工対象物17の表面に押圧することで、少ない外力で加工対象物17を加工し易くすることができる。
また、このような加工用粒状物49は、溶融材料を押出ダイ38から押し出すことで断面が円形のライン状樹脂材料15を押出成形し、このライン状樹脂材料15を押出孔38aからの押出方向に垂直な方向に切断することで、効率よく製造できる。
なお、第5実施形態の変形例として、第1ステップでは、長軸方向の直径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された楕円形状の開口周縁の押出孔から溶融材料を押し出すことにより、第2ステップにおいて、楕円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺Qの辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物を得てもよい。
(第6実施形態)
図14は、第6実施形態に係る押出ダイ58の水平断面図である。図14に示すように、押出ダイ58は、水平方向に並設された複数の押出孔58aと、隣接する押出孔58a同士の間を仕切る複数の仕切部材59とを有する。押出孔58aの開口周縁は、例えば、第1〜第5実施形態のいずれかの押出孔の開口周縁と同様の形状を有するが、これに限定されない。この構成によれば、複数のライン状樹脂材料15(ストランド樹脂材料)を一度に得ることができ、加工用粒状物の製造効率を大幅に向上できる。
(確認試験)
次に、確認試験について説明するが、本発明は、以下に示す各実施例に限定されるものではない。
以下の方法により、実施例1〜3の加工用粒状物9を作成した。
[原料の調整]
セルロースエステルとして、アセチル置換度2.45のセルロースアセテート((株)ダイセル製酢酸セルロース、極限粘度:84mPa・s)を用いた。このセルロースアセテートを、粒状のまま、105℃に設定した乾燥機にて1時間乾燥し、その後、デシケータにて室温(25℃)で1時間放冷した。
その後、上記セルロースアセテートを80重量部(400g)ミキサーに投入して攪拌した。この攪拌中、ピペットを用いて、速度約15g/minで、可塑剤としてトリアセチンを20重量部(100g)ミキサーに添加してセルロースアセテートと混合した。この混合の際、トリアセチンの総量の半分をミキサーに投入した時点でミキサーを停止し、ミキサーの内壁、底壁、及び攪拌翼に付着した混合物を除去した。その後、残量のトリアセチンを上記速度でミキサーに添加して混合した。その後、ミキサーを停止し、ミキサーの内壁、底壁、及び攪拌翼に付着した混合物を除去し、再びミキサーを1分以上稼働させた。これにより混合物を得た。
混合物をバットに入れ、80℃で2時間乾燥させた。その後、JIS Z 8801に準拠する試験用ふるい(目の開き:3.35mm)を用いて混合物中の塊のサイズを整え、原料を調整した。
[加工用粒状物の製造]
第1実施形態の押出成形機1(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製「Process11」に押出ダイ8を装着したもの)を用い、第1及び第2ステップを行うことで、辺長の目標値が1.5mm(辺長が1.0mm以上1.7mm以下の範囲の値程度)の六面体の実施例1の加工用粒状物9を得た。この加工用粒状物9の製造に際し、押出成形機1を以下の通りに設定した。
原料の内部空間4aへのフィード量:約7g/min
原料の加熱温度:180℃以上220℃以下の範囲の値
スクリュー5の回転速度:90rpm
ライン状樹脂材料15の形成速度:2.5m/min
押出ダイ8の押出孔8aの直線距離D1:1.5mm
次に、得られた加工用粒状物9を、JIS Z 8801に準拠する試験用ふるい(目開き寸法が1.0mm,1.4mm,1.7mmに設定されたもの)を用いて分級した。これにより、最大粒径が1.0mm未満、1.0mm以上1.4mm未満、1.4mm以上1.7mm未満、1.7mm以上の実施例1の加工用粒状物9をそれぞれふるい分けた。
また、押出成形機の設定を以下の通りに変更した以外は実施例1と同様の方法で、辺長の目標値が1.0mm(辺長が0.85mm以上1.18mm以下の範囲の値程度)の六面体の実施例2の加工用粒状物9を得た。
ライン状樹脂材料15の形成速度:4m/min
押出ダイ8の押出孔8aの直線距離D1:1.0mm
次に、得られた加工用粒状物9を、JIS Z 8801に準拠する試験用ふるい(目開き寸法が0.85mm,1.18mm,1.4mmに設定されたもの)を用いて分級した。これにより、最大粒径が0.85mm未満、0.85mm以上1.18mm未満、1.18mm以上1.4mm未満、1.4mm以上の実施例2の加工用粒状物9をふるい分けた。
また、押出成形機の設定を以下の通りに変更した以外は実施例1と同様の方法で、辺長の目標値が0.5mm(辺長が0.425mm以上0.6mm以下の範囲の値程度)の六面体の実施例2の加工用粒状物9を得た。
ライン状樹脂材料15の形成速度:11m/min
押出ダイ8の押出孔8aの直線距離D1:0.5mm
次に、得られた加工用粒状物9を、JIS Z 8801に準拠する試験用ふるい(目開き寸法が0.425mm,0.5mm,0.6mmに設定されたもの)を用いて分級した。これにより、最大粒径が0.425mm未満、0.425mm以上0.5mm未満、0.5mm以上0.6mm未満、0.6mm以上の実施例2の加工用粒状物9をふるい分けた。
次に、実施例1〜3のそれぞれにおいて、最も収率の多い最大粒径の範囲の加工用粒状物9の表面を市販品のデジタルマイクロスコープ(株式会社ハイロックス製「RH−2000」)により観察した。このとき、実施例1〜3の各々において、複数個の加工用粒状物9の1の面を平面視し、辺Qの辺長の最大値及び最小値と、隣接する辺Qの間の内角(以下、単に内角と称する。)の最大値及び最小値とを測定した。この試験結果を表1〜3に示す。
Figure 2020079902
Figure 2020079902
Figure 2020079902
表1に示すように、実施例1では、辺長が1.4mm以上1.7mm未満の範囲の値に設定された加工用粒状物9の収率が99.61wt%であり、辺長目標値1.5mmに近い辺長を有する加工用粒状物9を非常に高い収率で製造できることが確認された。
また表2に示すように、実施例2では、辺長が0.85mm以上1.18mm未満の範囲の値に設定された加工用粒状物9の収率が90.1wt%であり、辺長目標値1.0mmに近い辺長を有する加工用粒状物9を、実施例1に次ぐ高い収率で製造できることが確認された。
また表3に示すように、実施例3では、辺長が0.425mm以上0.6mm未満の範囲の値に設定された加工用粒状物9の収率が84.3(35.9+48.4)wt%であり、辺長目標値0.5mmに近い辺長を有する加工用粒状物9を、実施例2に次ぐ高い収率で製造できることが確認された。
また、実施例1〜3のいずれにおいても、辺長のばらつきが抑制されていると共に、内角がほぼ90°に保持されており、加工用粒状物9が立方体状に精度よく形成されていることが分かった。また別の実験において、辺長を0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定し、所定のふるいを用いた以外は実施例1と同様に加工用粒状物9を製造した場合、実施例1〜3と同様に高い収率で加工用粒状物9を製造できることが分かった。
次に、実施例1〜3と同様の製造方法に基づき、且つ、押出成形機1の押出孔8aの開口周縁形状等を調整することで、以下の実施例4〜9の加工用粒状物9,49を準備した。
具体的には、辺長目標値が0.5mmの立方体状の加工用粒状物9を実施例4として準備した。また、辺長目標値が0.5mmの円柱状の加工用粒状物49を実施例5として準備した。また、辺長目標値が1.0mmの立方体状の加工用粒状物9を実施例6として準備した。
また、辺長目標値が1.0mmの円柱状の加工用粒状物49を実施例7として準備した。辺長目標値が1.5mmの立方体状の加工用粒状物9を実施例8として準備した。また、辺長目標値が1.5mmの円柱状の加工用粒状物49を実施例9として準備した。
その後、市販品のデジタルマイクロスコープ(株式会社ハイロックス製「RH−2000」)を用い、実施例4〜9の加工用粒状物9,49の3D画像を得た。ここで図15は、実施例4〜9の加工用粒状物9,49の平行度を測定する際の様子を示す図である。図15では、一例として円柱状の加工用粒状物49を図示している。
図15に示すように、ここでは、水平に配置されたステージ60の上面に加工用粒状物9,49を配置し、一方向(鉛直方向且つ押出孔8aからの押出方向)からマイクロスコープの対物レンズ61を加工用粒状物9,49に接近させ、当該一方向から見た加工用粒状物9,49を所定の焦点距離で撮影した。これにより、加工用粒状物9の3D画像を得た。この3D画像に基づき、加工用粒状物9,49の水平面に垂直な断面形状を算出した。
図16は、実施例4の加工用粒状物9の断面形状を示す図である。図17は、実施例5の加工用粒状物49の断面形状を示す図である。図18は、実施例6の加工用粒状物9の断面形状を示す図である。図19は、実施例7の加工用粒状物49の断面形状を示す図である。図16〜19に現れた断面形状では、焦点距離の都合上、加工用粒状物9,49のステージ60側の幅が実際よりも広くなっているが、平行度の算出は問題なく行うことができる。
図16〜19に示すように、実施例4〜7の加工用粒状物9のいずれも、一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、この一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面に対する他方の面(図16〜19では上面)の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定されていることが分かった。
また、実施例8,9についても実施例4〜7と同様の方法で加工用粒状物9,49の3D画像を撮影した。その結果、実施例8の加工用粒状物9の前記他方の面の平行度は、0.060mm以上0.085mm以下の範囲の値であった。また実施例9の加工用粒状物49の前記他方の面の平行度は、0.043mm以上0.196mm以下の範囲の値であった。これにより、実施例8,9の加工用粒状物9,49も、実施例4〜7の加工用粒状物9,49と同様の平行度の面を有することが分かった。
次に、実施例4〜9の各々について、3D画像に基づいて加工用粒状物9,49の前記一方向から見た輪郭を示す合成画像を作成した。この合成画像に現れた加工用粒状物9,49の輪郭は、実施例4〜9のいずれも矩形状であった。また、実施例4〜9の加工用粒状物9,49のいずれも、一方向に垂直な第1方向に延び且つ第1方向に垂直な第2方向に離隔する第1の一対の辺と、第2方向に延び且つ前記第1方向に離隔する第2の一対の辺を含む輪郭を有していた。また、第1の一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定され、第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定されていることが分かった。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成及び方法を変更、追加、又は削除できる。上記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば1つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。
以上のように本発明によれば、粒径が比較的小さい加工用粒状物を製造する場合において、環境に与える影響が低く、加工対象物の加工性に優れる加工用粒状物を高い製造効率で製造できる優れた効果を有する。従って、この効果の意義を発揮できる加工用粒状物、加工用粒状物を備える複合ユニット、及び加工用粒状物の製造方法として、広く適用すると有益である。
L 押出孔の周縁の曲線分
P 押出孔の周縁の頂点
Q 加工用粒状物の辺
V 仮想線
8,18,28,38,48 押出ダイ
8a,18a,28a,38a,48a 押出孔
9,19,29,39,49 加工用粒状物
9a,19a,29a,39a,49a 加工用粒状物の面
10 複合ユニット
11 容器
15 ライン状樹脂材料
17 加工対象物

Claims (21)

  1. ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含み、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている、加工用粒状物。
  2. 多角形状の複数の面を有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている、請求項1に記載の加工用粒状物。
  3. 前記複数の面は、平面視において、三角形、四角形、五角形、及び六角形のうちいずれかの形状の面を含む、請求項2に記載の加工用粒状物。
  4. 円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定されている、請求項1に記載の加工用粒状物。
  5. 前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定されている、請求項2〜4のいずれか1項に記載の加工用粒状物。
  6. 一方向から見て、前記一方向に垂直な第1方向に延び且つ前記第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、
    前記一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の加工用粒状物。
  7. 前記一対の辺は、第1の一対の辺であり、
    前記一方向から見て、前記第2方向に延び且つ前記第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、
    前記第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定されている、請求項6に記載の加工用粒状物。
  8. 前記一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、
    前記一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定されている、請求項6又は7に記載の加工用粒状物。
  9. 前記ポリ乳酸及び前記セルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、前記主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の加工用粒状物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の前記加工用粒状物と、
    前記加工用粒状物により加工される加工対象物と、
    前記加工用粒状物と前記加工対象物とを収容する柔軟な容器とを備え、
    前記容器に外部から外力を加えることで、前記容器内において、前記加工対象物が前記加工用粒状物により加工される、複合ユニット。
  11. ポリ乳酸及びセルロースエステルのうちの少なくともいずれかを含む溶融材料を、最大内径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された開口周縁の押出孔から押し出すことにより、ライン状樹脂材料を押出成形する第1ステップと、
    ライン状樹脂材料を前記押出孔からの押出方向に垂直な方向に切断することにより、複数の角を有すると共に、最大粒径が0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された加工用粒状物を得る第2ステップとを有する、加工用粒状物の製造方法。
  12. 前記第1ステップでは、前記開口周縁が、複数の頂点を有し且つ隣接する前記頂点同士間の直線距離が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された形状の前記押出孔から溶融材料を押し出すことにより、前記第2ステップにおいて、多角形状の複数の面を有する多面体状に形成されると共に、各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項11に記載の加工用粒状物の製造方法。
  13. 前記第1ステップでは、隣接する前記頂点同士が、開口中心に向けて湾曲する曲線分によりそれぞれ結ばれてなる形状の前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出す、請求項12に記載の加工用粒状物の製造方法。
  14. 前記第1ステップでは、前記押出孔の正面視において、前記曲線分と、前記隣接する頂点を通る仮想線との間の前記仮想線に垂直な方向の最大距離が、前記最大内径の0%よりも大きく且つ25%以下の範囲の値に設定された前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出す、請求項13に記載の加工用粒状物の製造方法。
  15. 前記第1ステップでは、3以上6以下の範囲の数の前記頂点を有する形状に形成された前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出す、請求項12〜14のいずれか1項に記載の加工用粒状物の製造方法。
  16. 前記第1ステップでは、直径が0.18mm以上4.30mm以下の範囲の値に設定された円形状の前記開口周縁の前記押出孔から溶融材料を押し出すことにより、前記第2ステップにおいて、円柱体状に形成されると共に、側面視における各々の辺の辺長が、0.18mm以上3.35mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項11に記載の加工用粒状物の製造方法。
  17. 前記第2ステップでは、前記辺長が、更に0.18mm以上3.00mm未満の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項12及び16のいずれか1項に記載の加工用粒状物の製造方法。
  18. 前記第2ステップでは、前記ポリ乳酸及び前記セルロースエステルのうちの少なくともいずれかを主成分として含み、前記主成分以外の有機成分及び無機成分の含有量が、5重量%未満の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項11〜17のいずれか1項に記載の加工用粒状物の製造方法。
  19. 前記第2ステップでは、前記開口周縁からの押出方向から見て、前記押出方向に垂直な第1方向に延び且つ前記第1方向に垂直な第2方向に離隔する一対の辺を含む輪郭を有し、前記一対の辺の平行度が、0mm以上0.50mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項11〜18のいずれか1項に記載の加工用粒状物の製造方法。
  20. 前記第2ステップでは、前記一対の辺が第1の一対の辺であり、前記押出方向から見て、前記第2方向に延び且つ前記第1方向に離隔する第2の一対の辺を更に含む輪郭を有し、前記第2の一対の辺の平行度が、0mm以上0.10mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項19に記載の加工用粒状物の製造方法。
  21. 前記第2ステップでは、前記一方向に離隔して並ぶ一対の面を有し、前記一対の面のうち、一方の面に基づく基準平面に対する他方の面の平行度が、0mmより大きく0.20mm以下の範囲の値に設定された前記加工用粒状物を得る、請求項19又は20に記載の加工用粒状物の製造方法。
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