JP2008087192A - ポリマーの造粒方法と造粒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造粒の終了、あるいは造粒時に何らかの異常が生じ、ポリマーがガイドプレート上で固着してガイドプレート上で溜まり込んだり、さらにはガイドプレート上からあふれ出たままになる、という現象を瞬時に検知できるポリマーの造粒方法と造粒装置を提供する。
【解決手段】溶融状態のポリマーをダイヘッドのノズル列７からストランド状に押し出して、冷却水４が流下するガイドプレート３上で冷却固化した後、ペレット６状に切断するポリマーの造粒方法において、冷却水の温度変化を検知する水温検出器と造粒タイマーとを連動させることによって、造粒タイマーによって設定された造粒時間内における水温変化を造粒異常と判定し、当該造粒時間を超えた後の水温変化をポリマーの造粒終了と判定することを特徴とするポリマーの造粒方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリエステル、ポリアミド等の熱可塑性ポリマーの好適なポリマーの造粒方法と、この造粒方法に用いる造粒装置に関するものである。

溶融ポリマーをペレット化する場合、溶融ポリマーをノズルから、冷却水が流下するガイドプレート上にストランド状に押し出し、冷却固化した後、カッターで切断するポリマーの造粒方法が広く実施されている。

このような造粒方法においては、ストランド状ポリマーの溶融粘度の変化やノズルの詰まり具合によってストランドの振れやストランドの太さが変化して、ストランド同士の融着や振れが生じ、その結果、ガイドプレート上で固着してガイドプレート上で溜まり込み、カッティングできなくなる、さらには、ガイドプレート上からあふれ出るという問題があった。

このような問題を解決するため、ガイドプレート上の冷却水の流下速度を増大させたり（特許文献１参照）、ガイドプレートを複数に分割したり（特許文献２参照）、カッターと一体となったガイドプレートを前後に移動させる（特許文献３参照）といった方法や装置が提案されているが、いずれにおいても、ガイドプレート上で固着しポリマーがガイドプレート上で溜まり込むという問題は完全には解決に至っていない。
特許２５５７７２５号公報 特公平７−２５１２６号公報 特許２８６４３５２号公報

これに対し本発明者らは、ポリマーの造粒終了の検知や、ポリマーがガイドプレート上からあふれ出たままになった状態からいち早く回避するため、ストランドの有無によって変動するカッターに流れる負荷電流値の変動を検知する装置や、ノズルからガイドプレートにかけての部分を視野設定し、正常時との画像的なずれを自動的に検知する画像処理装置を設けるなどの検討を行った。

しかしながら、カッターに流れる負荷電流値を検知する装置では、ガイドプレート上の冷却水の水量や、カッターの装置内にあるポリマーの融着物の影響で、その負荷をうまく検知できなかった。また、画像処理装置は、ポリマーの造粒終了判定には非常に有効であることが明らかになったものの、ガイドプレートからカッターにかけてのストランド同士の融着や振れによるガイドプレート上での固着や溜まり込みといった異常をうまく検知できないという問題があった。

したがって、本発明は、造粒の終了や、ストランド状ポリマーの溶融粘度の変化やノズルの詰まりによって、ストランドの振れやストランドの太さが変化して、ストランド同士の融着が生じ、その結果、ガイドプレート上で固着してガイドプレート上で溜まり込み、さらには、ガイドプレート上からあふれ出たままになる、という現象を瞬時に検知することのできるポリマーの造粒方法と造粒装置を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、造粒中、すなわち冷却水とペレットが同時に搬送されている場合と、造粒終了や造粒異常による造粒停止中、すなわち冷却水のみが搬送されている場合とでは冷却水自体に水温差が生じること、及びその水温差と造粒時の時間を管理する造粒タイマーとを連動させれば、造粒終了や造粒異常を瞬時に検知できることを知見して本発明に到達した。

すなわち、本発明は、次の構成を要旨とするものである。
（１）溶融状態のポリマーをダイヘッドのノズル列からストランド状に押し出して、冷却水が流下するガイドプレート上で冷却固化した後、ペレット状に切断するポリマーの造粒方法において、冷却水の温度変化を検知する水温検出器と造粒タイマーとを連動させることによって、造粒タイマーによって設定された造粒時間内における水温変化を造粒異常と判定し、当該造粒時間を超えた後の水温変化をポリマーの造粒終了と判定することを特徴とするポリマーの造粒方法。
（２）溶融状態のポリマーをノズル列からストランド状に押し出すためのダイヘッドと、押し出されたストランドを冷却固化するための冷却水が流下するガイドプレートと、冷却固化されたストランドをペレット状に切断するためのカッターを具備するポリマーの造粒装置において、冷却水の温度変化を検知するための水温検出器と、造粒に要する造粒時間を設定入力した造粒タイマーとを設け、水温検出器で検知した冷却水の温度変化の発生時間と設定された造粒時間とを比較して、ポリマーの造粒異常と造粒終了とを判定できるようにしたことを特徴とするポリマー造粒装置。

本発明のポリマーの造粒方法によれば、冷却水の温度変化の発生時間が予め設定された造粒時間（以降、設定造粒時間と略記する。）より早いか遅いかで、適正に造粒が完了した状況（以降、造粒終了と略記する。）や、ノズルから押し出されたポリマーが何らかの影響でガイドプレート上に溜まり込みなどを起こして造粒異常となった状況を、瞬時に検知することができる。その結果、造粒異常時にポリマーがガイドプレートからあふれ出すというポリマーのロスを最小限に抑制し、あふれ出したポリマーによるカッターの故障などを未然に防止することが可能となる。
また、本発明のポリマー造粒装置を使用すれば、上記の利点を有する本発明のポリマーの造粒方法を安定して実施することができる。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のポリマー造粒装置の一実施態様を示す概略説明図であり、１はダイヘッドに設けた溶融ポリマーを吐出するノズル、２は溶融ポリマーのストランド、３はガイドプレート、４は冷却水（出側）、５は引き取りローラ、固定刃、回転刃を備えたチッピングボックス、６はペレット、７はペレット排出ノズル、８は第１シーブバスケット、９はポリマー冷却管、10は第２シーブバスケット、11は脱水機、12は篩機、13は熱交換機、14は冷却水（戻り側）、15は造粒タイマーを備えた反応制御モニター、Ａは第一温度検出場所、Ｂは第二温度検出場所を示す。なお、チッピングボックス５と排出ノズル７を総称してカッターという。

ポリマーを造粒するに際し、まず溶融ポリマーはノズル１からストランド２としてガイドプレート３上に押し出される。ガイドプレート３の上部には冷却水を吐出する冷却水スリットやシャワーノズルが設けられており、ストランド２はガイドプレート３上を流下する冷却水の流れや、吹き付けられるスプレー冷却水によって冷却固化され、引き取りローラでチッピングボックス５内に送られる。引き取りローラで引き取られたストランド２は、固定刃と回転刃とで切断されてペレット６となる。得られたペレット６は、ペレット排出ノズル７から冷却水とともに排出され、冷却管９を介して脱水機11に送られ、次いで篩機12に搬送される。

このような方法で造粒する場合、省エネルギーの観点から、造粒終了をいち早く検知し、機器の無駄な運転時間を削減することが重要である。また、ノズル１から吐出されるポリマーが払い出し時間の経過による熱履歴によって溶融粘度が変化したり、未溶融無機物や高融点物等が一部のノズルホールに詰まりを生じさせた場合、それらが原因で、吐出中のストランド２に振れが発生したり、ストランド２の太さが変化してストランド２同士の融着が生じる。その現象がさらに悪化すると、密着するストランド２が増加し、ストランド２を冷却するための冷却水では十分固化せずにガイドプレート３上で固着してガイドプレート３上で溜まり込む。さらには、ガイドプレート３上からあふれ出たままになるというトラブルが発生し、その結果、多大なポリマーのロスが生じたり、固着したポリマーの塊が一気にチッピングボックス５に流入してカッターが故障する、という現象が起こる。これらの現象は、生産効率上、あるいは機器の保全上に問題を起こすため、これらの現象を瞬時に検知して造粒を一時中断し、溜まり込んだポリマー等を除去して造粒を早急に再開することが必要である。

そこで、本発明では、効率的かつ瞬時に造粒終了や造粒異常を検知するために、造粒したチップを搬送する冷却水の温度変化を検知し、その水温差が設定範囲を超えた場合の発生時間と、造粒時間を管理している造粒タイマー（一定量の造粒に必要とする銘柄毎の設定造粒時間を入力したもの）を連動させるものである。

具体的には、図１の脱水機11手前のＡ部、及び第１シーブバスケット８上部のＢ部にサーチコイル（水温検出器）を設置して、設定範囲を超えた水温の変化を造粒タイマーに取り込み、造粒タイマーの設定造粒時間内における水温変化を造粒異常とし、設定造粒時間を超えた後の水温変化をポリマーの造粒終了と判定することにより、造粒の終了や造粒の異常を瞬時に検知できるようにした。

ところで、例えばポリエチレンテレフタレートを吐出し造粒する場合、Ａ部では、造粒中、すなわち冷却水とペレットが同時に搬送されている場合と、造粒終了や造粒異常による造粒停止中、すなわち冷却水のみが搬送されている場合とでは、水温差が約１０℃あり、その水温変化は６〜１０秒の間に急激に発現する。また、Ｂ部では、造粒中、すなわち冷却水とペレットが同時に搬送されている場合と、造粒終了や造粒異常による造粒停止中、すなわち冷却水のみが搬送されている場合とでは、水温差が約７℃あり、その水温変化は３〜６秒の間に急激に発現する。したがってこの場合、水温が変化したと判断する水温差としては、例えばＡ部が９℃、Ｂ部が６℃とすることができる。

上記の水温変化を水温検出器で検知して、現場監視室にあるポリマーの造粒タイマーが備わった反応制御モニター15に常時取り込み、造粒タイマーの設定造粒時間内における水温変化を造粒異常とし、設定造粒時間を超えた後の水温変化をポリマーの造粒終了と判定することにより、造粒の終了や、ガイドプレート３上へのポリマー溜まり込み等による造粒停止、カッターの異常停止を瞬時に検知することができる。
なお、図１のポリマー造粒装置では、Ａ部とＢ部の２個所に水温検出器を設けたが、いずれか１個所だけに水温検出器を設けてもよい。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例における特性評価は、次のようにして行った。
（１）異常検知時間
実施例においては、Ａ部とＢ部いずれかの水温検出器で測定した水温が通常温度（安定的に造粒している時点での温度）より６℃以上低下するまでの時間。また、比較例においては、払い出し異常時から画像処理装置及び現場にて異常を確認した時までの推定時間（ロスとなったブローポリマー量と吐出速度からの逆算）。
（２）ブローポリマー量
ガイドプレート上に溜まったポリマーと、ガイドプレートからあふれ出したポリマーの総量。

（実施例１、２）
オートマチック社製ＵＳＧ−６００型造粒装置を台車上に設置し、これに水温検出器を設置した型式の図１に示すポリマー造粒装置を使用し、重縮合反応器から溶融粘度が２０００ポイズのポリエチレンテレフタレートを吐出用のノズルから５５本のストランドとして吐出し、毎時３０００ｋｇの割合で造粒するとし、設定造粒時間を０．６７時間に設定して造粒を2回（実施例１、２）行なった。
（比較例１〜３）
水温検出器の代わりに画像処理装置を設置したポリマー造粒装置を使用した以外は、実施例１と同様にして造粒を３回（比較例１、２、３）行なった。
実施例１、２と比較例１〜３で設定造粒時間内に造粒異常が発生した状況を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１、２では、造粒異常が発生しても、９秒以内に検知して対応したので、その際のロスとなったブローポリマー量はいずれも２０ｋｇ以下と少なく、カッターの故障もなかった。
一方、比較例１〜３では、造粒異常の検知に１２０秒以上を要したので、ロスとなったブローポリマー量が比較例１は１５０ｋｇ、比較例２は５００ｋｇ、比較例３は１００ｋｇといずれも多大の損害が発生した。さらに、比較例３では、ガイドプレート上で固化したポリマーがチッピングボックスに一気に流れ込み、カッターが故障した。

本発明のポリマー造粒装置の一実施態様を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 溶融ポリマーを吐出するノズル
２ 溶融ポリマーのストランド
３ ガイドプレート
４ 冷却水（出側）
５ チッピングボックス
６ ペレット
７ ペレット排出ノズル
８ 第１シーブバスケット
９ ポリマー冷却管
10 第２シーブバスケット
11 脱水機
12 篩機
13 熱交換機
14 冷却水（戻り側）
15 反応制御モニター

Claims (2)

1. 溶融状態のポリマーをダイヘッドのノズル列からストランド状に押し出して、冷却水が流下するガイドプレート上で冷却固化した後、ペレット状に切断するポリマーの造粒方法において、冷却水の温度変化を検知する水温検出器と造粒タイマーとを連動させることによって、造粒タイマーによって設定された造粒時間内における水温変化を造粒異常と判定し、当該造粒時間を超えた後の水温変化をポリマーの造粒終了と判定することを特徴とするポリマーの造粒方法。
2. 溶融状態のポリマーをノズル列からストランド状に押し出すためのダイヘッドと、押し出されたストランドを冷却固化するための冷却水が流下するガイドプレートと、冷却固化されたストランドをペレット状に切断するためのカッターを具備するポリマーの造粒装置において、冷却水の温度変化を検知するための水温検出器と、造粒に要する造粒時間を設定入力した造粒タイマーとを設け、水温検出器で検知した冷却水の温度変化の発生時間と設定された造粒時間とを比較して、ポリマーの造粒異常と造粒終了とを判定できるようにしたことを特徴とするポリマー造粒装置。