JP2004528463A - 多機能添加物の製造方法、およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

潤滑剤、グリース、化粧品の摩擦係数を減少するのに有用で、かつタルクの代用品およびアンチ・ミスティング物質として有用な添加物は、綿のような生植物材料に、電子ビーム源からの放射線を照射することによって得られる。被照射植物材料は、結果として分解ないし微粒子化されて直径が減少され、摩擦減少添加物となる。同添加物は、摩擦係数を減少することができ、様々な用途において、アンチ・ミスティングのためやタルクの代用品として使用される。

Description

【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、多機能添加物、その調合方法、およびその使用方法に関するものである。特に、多機能添加物は、原綿のような植物材料を照射し、次いで破片化ないし微粒子化することによって製造される。本発明の方法によって製造される多機能添加物は、次に示すような特性を備えている。：（１）アンチ・ミスティング特性、（２）低摩擦係数、（３）化粧品およびその他のパーソナル・ケア製品において、タルクの代用としての使用に適する、（４）塗装の用途において、アスベストの代用として適する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
高分子材料の特性の改善や向上のための照射処理は、従来技術において明確に文書化されている。特に、電子ビーム処理は、多くの安価な物質の熱特性、化学特性、バリア特性、衝撃特性、耐久特性などを改善し、その実用性を、一般的により高価な材料によって支配されている要求の厳しい用途に拡大するために使用されている。電子ビーム処理は、高分子材料の性質や放射線の照射量に応じて、架橋結合、分解、もしくはその両方の結果を生ずることがある。架橋結合可能なプラスチックを電子ビーム処理した結果、寸法安定性が改良され、応力クラッキングが低減され、常用温度が上昇され、溶剤および水の浸透性が低減された物質を生じている。より具体的には、ポリエチレンにおいて、放射線が照射された架橋結合は、係数、引っ張り強度および衝撃強度、硬度、ゆがみ耐性および常用温度応力／クラック耐性、耐摩耗性、クリープ（ゆるやかな変形）耐性および疲労耐性が向上する結果となる。一方、放射線処理は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような高分子材料に影響を与える、劣化もしくは切断を引き起こすこともある。電子ビーム処理によって分解された、くずや規格外のＰＴＦＥは、摩耗を減少する添加物の製造に有用であることが認識されている。
【０００３】
ＰＴＦＥは、印刷インク産業を含む多くの分野において、摩擦を減少する添加物としての用途を見い出している。ＰＴＦＥ添加物は、こすれ止め特性を持つインク調合物を提供するので、そのインクは汚れや傷に対する耐性がある。しかし、ＰＴＦＥのコストは、他の摩耗止め添加物に比べてかなり高価であり、それゆえＰＴＦＥは価格的に使用されないことが多い。
【０００４】
また、放射線処理は、高分子重量セルロースエステルの一般的な高分子材料を低分子重量セルロースエステルに分解し、様々な用途の低分子重量セルロースエステルを製造するために使用されている。例えば、米国特許第５，９２８，７０９号のDoenges et al.は、より高い分子重量のセルロースエステルとアレ−ニウス塩基および／またはブレンステッド塩基の混合物の照射によって低分子重量のセルロースエステルを生成する方法を開示する。その結果として得られる低分子重量セルロースエステルは、水結合剤、濃縮剤、乳濁液安定剤として適している。
【０００５】
粘土やタルクも、摩擦の減少において、従来の用途を見い出している。例えば、粘土は、現在、下向き穴の掘削液で使用され、掘削作業の間の摩擦を減少するのに役立っている。下向き穴の中にある破片は、掘った穴に粘土を入れることによって取り除かれる。ここで、粘土は破片の粘性を下げ、粘土が出口に移動するのを手助けする。理想的には、粘土は、破片を、粘性を強めることなく懸濁混合物の中に保つ。実際には、この処理において、かなりの粘性の増大が経験的に知られており、粘土を用いて下向き穴から破片を除去する能率は期待を大きく下回る。適切な粘土のコストの点からも使用されないであろう。
【０００６】
タルクは、マスカラやボディーパウダーをはじめとするパーソナル・ケア製品において、摩擦減少剤として幅広い用途を見い出している。事実上、低刺激性なので人体への使用は安全であるが、パーソナル・ケア製品として適したタルクの製造は高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述された背景から、改善された低い摩擦係数特性を持ち、低価格で入手できる多機能添加物の必要性が強調されている。このような添加物は、安く製造できるだけでなく、安価で豊富な原材料の供給者から得られるべきである。また、その製造方法は、様々な用途に適した添加物の製造に対処する適応性があるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、生植物材料、特に原綿から、多機能添加物を調合する方法に関するものである。生植物材料は、電子ビーム源で照射され、被照射物質を形成する。照射の間、生植物材料は絶えず混合され、生植物材料に均一の照射量が供給される。照射に続いて、被照射物質は、分解もしくは微粒子化され、元の生植物材料の開始時の物質よりも小さい平均直径サイズを持つ添加物を形成する。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態において、本方法は、生植物材料として原綿を使用する。
【００１０】
本発明の照射工程に先立って、生植物材料が粒状化され、照射の前に生植物材料の直径サイズを減少する粒状化の工程を含めてもよい。本発明の１つの実施形態では、粒状化工程は、照射工程に先立って、生植物材料を約１／８インチから約１／４インチの直径サイズに減少する。
【００１１】
本発明の照射工程は、電子ビーム源を使用して、加速された電子を生植物材料に供給する。適切な照射量は、その結果得られる添加物が使用される個別の用途に応じて、約３０メガラドから約１００メガラドの範囲である。添加物が摩擦を減らす用途に使用される場合、約８０メガラドから約１００メガラドの照射量が好ましい。しかし、総照射量は、好ましくは複数の低照射量工程で施される。
【００１２】
本発明の微粒子化工程は、被照射物質のサイズを減少することを意味し、ジェット分粒ミルで行うことができる。微粒子化工程は、照射された植物材料の平均直径サイズを約３ミクロンから４ミクロンの平均直径サイズに減少し、平均直径サイズの９９％を１０ミクロン未満とするものである。
【００１３】
また、前記方法に加えて、本発明は、摩擦を減少するのに有用で、アンチ・ミスティング特性を提供し、タルクやアスベストの代用品として適し、電子ビームの照射にさらされている生植物材料から製造される添加物に関するものでもある。照射の間、生植物材料は絶えず混合され、均一な照射量を受ける。続いて、被照射物質は微粒子化され、直径が減少された添加物を形成する。添加物を製造するために使用される生植物材料は、好ましくは原綿である。
【００１４】
上述するような本発明の添加物は、物質の摩擦係数を減少するのに有用であり、物質に充分な量を配合することによって、物質と添加物の混合物の摩擦係数を効果的に減少することができる。この物質は、潤滑油／グリース、化粧品、つや消し剤である。
【００１５】
本発明の他の様々な特徴、目的、利点は、図面とともに以下の説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明の詳細な説明
好ましい生植物材料は原綿であり、可能な限り、収穫作業に続いて梱（こり）の状態で処理に持ち込まれる。原綿は、開始時の物質の前処理が不要であり、生の自然物質を、その出所から直接（例えば、畑からの収穫）処理に持ち込むことができるので特に望ましい。このため、エーテル化などの高価な前処理工程を削減することができる。
【００１７】
綿は、北緯４５度から南緯３０度の世界各地におよぶ地帯において、約８０か国で栽培されるので、本発明にとって特に魅力的な生植物材料である。植えてから５日後に芽が出て、約６週間後には最初のつぼみが現れる。さらに３から５週間で、つぼみが開花する。花は短命で、綿の植物から落ちて、ボウルとして知られる小さな種子のさやを後に残す。それぞれのさやには約３０個の種、すなわち５０万以上の綿繊維が含まれる。それぞれの繊維は３週間で最大長まで成長し、続く４から７週間でセルロース層が細胞壁を形成するにつれて厚みを増す。開花後約１０週間後に、さやが割けて開き、原綿繊維は太陽光にさらされる。繊維が水分を失って死ぬ時、各々の繊維はねじれたリボン構造になってしぼむ。その時、原綿は、手によって、または綿の刈取り機によって摘み取られる。綿繊維は、綿繰りと呼ばれる工程において、その綿の種から取り出される。綿繰りに続いて、綿繊維は梱状に圧縮され、包装保護される。
【００１８】
本発明の方法によって原綿を処理するに先立って、原綿繊維は梱から出され、薄いシート状に伸ばされる。梱から出された綿シートは、かなり小さい片、例えば２インチ四方のサイズに切断または細断される。そして、切断された小片は、ペレタイザまたはコンプレッサに送られ、約１／２インチサイズのペレット（小球）に圧縮される。もしくは、ペレットにすることができない場合、切断された小片を細断し、１／２インチから１／４インチの範囲の小さい正方形状としてもよい。この細断には、ＨＯＧまたはCumberland切断機、あるいは類似の装置を用いることができる。
【００１９】
その後、原材料が比較的乾燥状態である時に、原綿材料を電子照射にさらすことが好ましい。より好ましくは、原材料の水分含有量は、原材料の重さの約０．０５％から１．０％未満である。
【００２０】
本発明の処理においては、様々な照射源を利用することができる。照射源は、現在の技術水準において利用可能な連続電子ビーム加速器またはパルス電子ビーム加速器を使用することができる。一般的に、静電直流、動電直流、無線周波数線形加速器、電磁誘導ＬＩＮＡＣ、連続波装置を含む主なタイプの加速器ならどれでも処理に使用することができる。照射量またはエネルギー吸収量は、メガラド単位（ＭＲまたはＭｒａｄ（ここで、１ＭＲは、１グラム当たり１００万エルグと等価である。））、もしくはキログレー単位（ｋＧｙ（ここで、１キログレーは、１キログラム当たり１０００ジュールと等価である。））で測定される。本発明の方法において、原材料に供給されるエネルギー照射量は３０〜１００ＭＲである。より好ましくは、被照射物質が摩擦防止添加物として使用される場合、そのスペクトルの上限の照射量である８０〜１００ＭＲであるのが好ましい。
【００２１】
本発明の現時点における好ましい実施形態では、照射は電子加速器によって行われる。電子ビームは、窓を通して、トレイシステムに載せて搬送されるペレットまたは細断された綿の小片に照射される。ここで、材料は、ビーム窓越しの各工程後に混ぜ合わされる、またはひっくり返される。照射と混合は、ビーム窓を通して照射を行う、あるいはビーム角（ホーン）を持つリボン型混合機で行うことができる。典型的な電子加速器においては、物質がビーム窓を通過する毎に２．５ＭＲの照射量が供給される。放射線の照射が多いと、綿は焼けたり、劣化することがある。したがって、８０ＭＲの総照射量で、材料が加速窓の下を３２回通過されなければならない。それぞれの工程の後で、材料は必ずひっくり返されるか混ぜ合わせられてから再度放射線にさらされる。
【００２２】
対照すれば、本発明の処理は、照射工程の間、生植物材料を絶えず混合しながら供給することによって、従来技術の制限を回避する。各工程の間、材料をひっくり返すまたは混ぜ合わせる複数工程照射の結果、原綿は均一に照射される。
【００２３】
生植物材料の照射によって被照射物質が形成され、次いで微粒子化工程に送られる。被照射物質の微粒子化は微粒子化ミル、より好ましくは、Fluid Energy A1-Jet社製のmodel 30 Roto-Jetのようなジェット分粒ミルによって実施される。ジェットミルは、１２０ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）で１５００〜２０００ＣＦＭ（立方フィート／分）の気流を使用して作動する。これは、細かいサイズ分類を行う、独立駆動される動的分粒器を内蔵する高速グラインディングミルである。微粒子化された被照射物質のサイズは、添加物の最終的な用途に応じて様々であるが、ここに開示の用途では、一般的な微粒子の範囲は約２ミクロンから約１０ミクロンの間である。摩擦を減少する添加物の用途では、微粒子の９９％は平均直径サイズが１０ミクロン未満であり、直径が２ミクロン未満の微粒子はごく少数で、１．０ミクロン未満のものは０％である。摩擦を減少する用途には、平均微粒子直径が３から４ミクロンであることが望ましい。
【００２４】
各種の代替案や実施形態は、本発明と見なされる主題を、特に指摘し、直接請求している続く請求の範囲に含まれるものと考えられる。

Claims (23)

1. 生植物材料から、多機能添加物を調合する方法であって、
   前記生植物材料を絶えず混合しながら電子ビーム源で照射して被照射物質を形成し、
   前記被照射物質を微粒子化することを特徴とする方法。
2. 前記生植物材料は原綿である請求項１に記載の方法。
3. 前記照射の工程に先立って、前記生植物材料が第１の平均直径サイズに減少される粒状化の工程を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記粒状化の工程は、約１／８インチから１／４インチの直径サイズの前記第１の直径平均サイズに減少する請求項３に記載の方法。
5. 前記照射の工程において、前記電子ビーム源は、前記生植物材料に対して、約３０メガラドから約１００メガラドの照射量を発する請求項１に記載の方法。
6. 前記照射の工程において、前記電子ビーム源は、前記生植物材料に対して、約８０メガラドから約１００メガラドの照射量を発する請求項１に記載の方法。
7. 前記照射は、複数回の低レベル照射で行われる請求項６に記載の方法。
8. 前記低レベル照射は、約２．５メガラドである請求項７に記載の方法。
9. 前記材料は、前記照射の工程の間、配合される、もしくは混合される請求項７に記載の方法。
10. 前記微粒子化の工程は、ジェット分粒ミルで行われる請求項１に記載の方法。
11. 前記微粒子化の工程は、前記被照射物質を約３ミクロンから約４ミクロンの第２の平均直径サイズに減少し、前記第２の平均直径サイズの９９％を１０ミクロン未満とする請求項１に記載の方法。
12. 請求項１に記載の方法に従って生植物材料から調合された多機能添加物。
13. 摩擦を減少する効果があり、アンチ・ミスティング構成物として、およびタルクの代用品として使用される添加物であって、生植物材料を絶えず混合しながら電子ビームで照射し、微粒子化して形成され、その直径が減少されていることを特徴とする添加物。
14. 前記生植物材料は原綿である請求項１３に記載の添加物。
15. 前記生植物材料は、約３０メガラドから約１００メガラドの照射量にさらされている請求項１３に記載の添加物。
16. 前記生植物材料は、約８０メガラドから約１００メガラドの照射量にさらされている請求項１３に記載の添加物。
17. 前記減少された直径は、その平均が約３ミクロンから約４ミクロンであり、前記減少された直径の９９％が１０ミクロン未満である請求項１３に記載の添加物。
18. 摩擦を減少する効果がある添加物であって、照射によって再編成された構成を持つ、植物ベースの生体高分子物質から構成され、前記植物ベースの生体高分子物質は、約２ミクロンから約１０ミクロンの平均直径サイズを持つ微粒子物質に形成されていることを特徴とする添加物。
19. 前記植物ベースの生体高分子は原綿である請求項１８に記載の添加物。
20. 前記平均直径サイズは約３ミクロンから約４ミクロンであり、前記微粒子の直径サイズの９９％は１０ミクロン未満である請求項１８に記載の添加物。
21. 物質の摩擦係数を減少する方法であって、前記物質に、請求項１に記載の方法に従って調合された摩擦を減少する添加物を、前記物質の摩擦係数を減少するのに充分な量を加えることを特徴とする方法。
22. 前記物質は、潤滑剤／グリースである請求項２１に記載の方法。
23. 前記物質は、化粧品である請求項２１に記載の方法。