JP2010284832A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの欠点の原因である、長期滞留溶融樹脂を劇的に減じることができる濾過装置を提供する。
【解決手段】溶融樹脂が流入する入口３、および流出する出口４を有するハウジング２と、前記ハウジング２内に設けられ、溶融樹脂流路を有するセンターポール１１と、前記センターポールを外囲するように、前記センターポールの長手方向に積層された複数枚の環状のリーフディスクフィルター６と、を備え、前記入口３から流入した溶融樹脂が、前記リーフディスクフィルター６を通りその内方に濾過済みの溶融樹脂として流入し、濾過済みの溶融樹脂が、前記センターポール内の溶融樹脂流路に流入し、前記出口から流出する溶融樹脂の濾過装置であって、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を備えた長期滞留樹脂排出口５が、前記ハウジングの溶融樹脂流の最下流部に近設されていることを特徴とする、前記濾過装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融樹脂の濾過に関する。

高品質が求められる光学フィルム等のフィルム製造においては、リーフディスクフィルターを積層した濾過装置を用いて、溶融樹脂を濾過処理することが広く行われている。このリーフディスクフィルターを積層した従来の濾過装置は、大きな濾過面積が確保できるため、高い濾過精度をもつ濾材を使用することができるメリットがあるが、溶融樹脂流が複雑となり、容積も大きいため、溶融樹脂がフィルター装置内に長く滞留し、樹脂が熱劣化して、熱劣化した樹脂がフィルム中の欠点の原因となる等の問題がある。

特開平９−１５００１８号公報には、ハウジング内のポリマー流の最下流側から少なくとも１枚以上５枚以下のリーフディスクフィルターが、他のフィルターより外径の小さいフィルターで、かつ下流側に向かって大きくならないように配列され、そしてハウジングに接続するフランジの内面が外径の小さいフィルターとほぼ一定の間隔を保持する構造となっている濾過装置が記載され、該濾過装置によれば、溶融ポリマーの滞留によるポリマーの熱劣化を少なくしてゲル化ポリマーの生成を抑制できることが記載されている。

特開平９−１５００１８号明細書

本発明の目的は、フィルムの欠点の原因である、長期滞留樹脂を劇的に減じることができる濾過装置を提供することである。

上記課題に鑑み、図５の様な構造を有する、従来の濾過装置における長期滞留が如何なる箇所において発生しているのかを検証したところ、溶融樹脂流の最下流部２１では、溶融樹脂流が乏しいことと、流速が極めて遅いハウジングの壁面近傍を通ってきた樹脂が溶融樹脂流の最下流部に集められることに起因して、著しい滞留が生じていることを見出した。かかる知見に基づき、本発明者は、かかる部位に起因する長期滞留樹脂を実質的に減ずる効果を有する本発明の濾過装置を着想するに至り、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、溶融樹脂が流入する入口、および流出する出口を有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、溶融樹脂流路を有するセンターポールと、前記センターポールを外囲するように、前記センターポールの長手方向に積層された複数枚のリーフディスクフィルターと、を備え、前記入口から流入した溶融樹脂が、前記リーフディスクフィルターを通りその内方に濾過済みの溶融樹脂として流入し、濾過済みの溶融樹脂が、前記センターポール内の溶融樹脂流路に流入し、前記出口から流出する溶融樹脂の濾過装置であって、長期滞留樹脂排出用フィルターを備えた長期滞留樹脂排出口が、前記ハウジングの溶融樹脂流の最下流部に近設されていることを特徴とする、前記濾過装置に関する。

本発明の濾過装置によれば、長期滞留樹脂を減じることができるため、欠点の少ないフィルムを製造することができる。

本発明の濾過装置の概略断面図である。 本発明の濾過装置における溶融樹脂流を示す断面図である。 本発明の濾過装置のＡ−Ａ‘概略断面図である。 本発明の濾過装置の一実施形態を示す図である。 従来の濾過装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明の濾過装置１の概略断面図を図１に示す。濾過装置１は、ハウジング２と、センターポール１１と、リーフディスクフィルター６と、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を備えた長期滞留樹脂排出口５と、を有する。ハウジング２内には、センターポール１１を中心にして、長期滞留樹脂排出用フィルター１３、ガスケット１６、最下流段のフィルター１２、ガスケット１６、リーフディスクフィルター６、ガスケット１６、リーフディスクフィルター６、ガスケット１６、リーフディスクフィルター６・・・の順に多段積層し、その上部に押さえディスク１４を組みつけた積層体が設置されている。ガスケット１６、最下流段のフィルター１２、リーフディスクフィルター６、押さえディスク１４は、従来の装置と同様の構造のものが採用できる。

本発明の装置は、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を備えた長期滞留樹脂排出口５が、ハウジング２の溶融樹脂流の最下流部２１に近設されている。ここで、長期滞留樹脂排出口５とは、濾過装置１のハウジング２内で長期間滞留している溶融樹脂を排出させるための排出口である。また、溶融樹脂流の最下流部２１とは、入口３から流入された溶融樹脂が、複数枚のリーフディスクフィルター６に濾過処理される前のハウジング内における溶融樹脂流の最下流部２１のことである。具体的には、溶融樹脂流の最下流部２１は、最下流段のフィルター１２と、ハウジング２のボトムカバー１５との間の領域である。

ハウジング２は、入口３と出口４の他に、長期滞留樹脂排出口５を有している。溶融樹脂は、入口３より流入し、押さえディスク１４により分散され、リーフディスクフィルター６又は最下流段のフィルター１２を通りその内方に濾過済みの溶融樹脂として流入し、濾過済みの溶融樹脂が、センターポール１１内の溶融樹脂流路に流入し、出口４より流出する。図２に、濾過装置１における溶融樹脂の流れを、濾過が行われていない溶融樹脂の流れ９、濾過が行われた溶融樹脂の流れ１０として示した。出口４から流出した溶融樹脂は、ダイス８を通り、フィルム又はシートとして製膜することが出来る。一方で長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂は、入口３より入り、押さえディスク１４により分散され、溶融樹脂流の最下流部２１に至り、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を通り長期滞留樹脂排出口５より排出される。本発明の濾過装置１において、ゲル化樹脂の生成の原因となる長期滞留樹脂は、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を通って、長期滞留樹脂排出口５より排出される。

長期滞留樹脂排出用フィルター１３の設置場所や形状は、例えば図３の様な位置関係に配することが出来る。図３の様な位置関係に配することで、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を通過した樹脂は、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の下流に設けられた長期滞留樹脂排出口５から排出される。また、公知のスペーサー等を使用して、長期滞留樹脂排出用フィルター１３から長期樹脂滞留排出口５に至るまでの空間を確保して、樹脂の流れを安定化させることが好ましい。

長期滞留樹脂排出口５より排出された樹脂の用途は特に限定されないが、以下の様な利用により、歩止まりの低下や、廃棄物の増加を実質的に抑えることが出来る。例えばＴダイ法においては、樹脂の粘弾性に起因して、ダイスから押し出されるフィルムは、ダイスの出口幅より短くなる、いわゆるネックインが発生することが知られている。このネックインが発生すると、両端の略１ｃｍの部分（以下耳部と称する）が中央部など他の部分に比べ著しく厚くなるため、製品出荷時には耳部を切断し、フィルムの厚さをそろえている。長期滞留樹脂排出口５より排出された樹脂を、トリミングされる部位である耳部にまわすことにより、歩止まりの低下を実質的になくすることが出来る。その他の方法として、長期滞留樹脂を再度押出し、欠点の存在がそれほど問題にならない用途に利用することにより、廃棄物の増加を抑えることも出来る。

長期滞留樹脂排出用フィルター１３を、長期滞留樹脂排出口５のボトムカバー１５面に装着することにより、長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂の流れに適度な濾過抵抗をもった濾材を通過させることにより、長期滞留樹脂排出口５からの流量を、適量に抑制することができる。さらに、図３のように、長期滞留樹脂排出用フィルター１３を、センターポールを中心に軸対称に配置することにより、最下流段のフィルター１２より濾過される溶融樹脂の滞留時間分布も安定化される。
ここで、濾過抵抗Ｒとは、流体が濾過されるときの、濾材の通過性を示す公知の指標であり、式１中の如く定義される。

Ｑ＝Ａ・ΔＰ／（μ・Ｒ） ・・・・［式１］
ここで、Ｑは流量、Ａは濾材の面積、ΔＰは濾材前後の差圧、μは流体の粘度である。
濾過抵抗Ｒが大きければ大きいほど流体が流れにくいことを表している。なお、濾過抵抗Ｒは一般的に、濾過を行う時間とともに、濾材の目詰まりなどにより増加する。そこで、本発明では濾過処理を開始した初期の濾過抵抗を特に初期濾過抵抗Ｒ０として特に区別する。

本発明の濾過装置１において、パージ率は、生産性と長期滞留樹脂排出効果の両立という点から、０．１〜１０％が好ましく、より好ましくは０．２〜５％である。ここで、パージ率は、入口３からの流入量に対する長期滞留樹脂排出口５からの排出量の百分率で示している。

本発明の濾過装置１において、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の初期濾過抵抗Ｒ０は、リーフディスクフィルター６や最下流段のフィルター１２の初期濾過抵抗Ｒ０と同程度、具体的には０．２〜５倍にあることが好ましい。それ以外の範囲にあると、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の目詰まりと、リーフディスクフィルター６や最下流段のフィルター１２の目詰まりの速度が著しく異なってしまう恐れがある。すなわち、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗の上昇が極めて速い、あるいはリーフディスクフィルター６や最下流段のフィルター１２の濾過抵抗が上昇しても、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗はほとんど上昇しないという事態になる恐れがある。かかる事態が生じると、パージ率が過大あるいは過小になり、生産性の阻害または長期滞留樹脂排出効果の大幅な減少を引き起こす恐れがある。

本発明の濾過装置１において、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾材の面積は、前記のパージ率を達成する範囲内であることが好ましく、例えば、リーフディスクフィルター６や最下流段のフィルター１２の片面あたりの濾材の濾過面積の、０．１〜１．１倍が挙げられる。

長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂の流量は、前述のとおり長期滞留樹脂排出用フィルター１３にても制御されるが、図４に例示する通り、長期滞留樹脂排出口５の下流に、圧力調整具７を設置して、排出される溶融樹脂の流量を制御することが望ましい。圧力調整具７を設置することにより、長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂の流量をさらに正確に調整することが出来る。

さらに、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過済側の面の圧力を適度に調整することにより、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の差圧が過大になることによる、濾材の破損等のトラブルを未然に防ぐことができる。長期滞留樹脂排出用フィルター１３の差圧が過大になると、フィルターの目開きや、破損が生じ、運転費用の増加や、長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂の流量の制御が不能になるなどの問題が生じる恐れがあるが、前期圧力調整具７を設置することで回避することができる。

圧力調整具７はギアポンプ、オリフィスなどの絞り機構、フィルターなど公知の技術を適用することができるが、オリフィスやフィルターにより圧力を調整することがコスト面で優位性があり好ましい。

押し出し操作中に容易に圧力を調整することができるようにすることがより好ましい。例えば、特開２００５−１２８３に記載されている押出機用背圧調整装置では、オリフィスを容易に切り替える機構を提案しており、そのような調整機能を用いることにより、長時間運転による濾材の目詰まり等に起因する、リーフディスクフィルター６や長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗の大きな変化があっても、出口４から出てくる溶融樹脂と長期滞留樹脂排出口５から排出される溶融樹脂の割合を安定的に制御することができる。

同圧力調整具７により、長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過済側の面の圧力を、どの程度昇圧するかは特に規定しないが、長期滞留樹脂排出用フィルター１３およびリーフディスクフィルター６保全の点から、出口４と長期滞留樹脂排出口５の圧力が同程度にするのが好ましい。

本発明における濾過装置１で濾過される溶融樹脂は、特に限定しないが、例えばポリエチレンやポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・脂肪酸エステル共重合体、エチレン・α−オレフィン共重合体、複数のα−オレフィン共重合体等のポリオレフィン、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリカーボネートなどを例示することができる。

本発明の濾過装置１は、例えば、インフレーションフィルムやＴダイフィルムなどのフィルム押出成形装置やシート成形装置、押出ラミネーション装置など、公知の樹脂製品の成形加工装置に接続して用いることが出来る。
［参考例１］

流動解析ソフトウェア（アンシスジャパン株式会社、POLYFLOW）を用いて、図１に示す構成であり、リーフディスクフィルター６と最下流段のフィルター１２が計２０枚（外径１５センチ、内径４．４センチ、濾過抵抗６．７×１０^４ｍ^-1）、長期滞留樹脂排出用フィルター１３（外径１５センチ、内径４．４センチ、濾過抵抗６．７×１０^４ｍ^-1）の濾過装置１において、低密度ポリエチレン（住友化学株式会社製、商品名「スミカセンＬ７０５」、ＭＦＲ＝７、密度0.921g/cm3）を入口３から流入量Ｑ０：３３．２ｋｇ/ｈで流した場合の滞留時間を求めた。その結果、溶融樹脂流の最下流部２１における溶融樹脂でも、１５分で濾過が完了した。なお、計算の都合上、長期滞留樹脂排出口と樹脂出口の圧力は等しいものとして計算を行った。パージ率は２．５％であった。
［参考例２］
長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗を１．３×１０^５ｍ^-1にした以外は参考例１の条件にてシミュレーションを行った結果、溶融樹脂流の最下流部２１における溶融樹脂でも、１９分で濾過が完了した。パージ率は１．３％であった。
［参考例３］
長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗を３．３×１０^４ｍ^-1にした以外は参考例１の条件にてシミュレーションを行った結果、溶融樹脂流の最下流部２１における溶融樹脂でも、１１分で濾過が完了した。パージ率は４．９％であった。
［参考例４］
長期滞留樹脂排出用フィルター１３の濾過抵抗を１．７×１０^４ｍ^-1にした以外は参考例１の条件にてシミュレーションを行った結果、溶融樹脂流の最下流部２１における溶融樹脂でも、９分で濾過が完了した。パージ率は８．９％であった。

［参考例５］
流動解析ソフトウェア（アンシスジャパン株式会社、POLYFLOW）を用いて、図５に示す従来の濾過装置１９（リーフディスクフィルター６と最下流段のフィルター１２が計２０枚（外径１５センチ、内径４．４センチ、濾過抵抗６．７×１０^４ｍ^-1））において、低密度ポリエチレン（住友化学株式会社製、商品名「スミカセンＬ７０５」、ＭＦＲ＝７、密度0.921g/cm3）を入口３から流入量Ｑ０：３３．２ｋｇ/ｈで流した場合の滞留時間を求めた。その結果、溶融樹脂流の最下流部２１における溶融樹脂では、２０時間経過しても濾過が完了していなかった。

本発明の濾過装置は、長期滞留樹脂を減じることができるため、欠点の少ないフィルムを製造することができる。かかるフィルムは、高品質が求められる光学フィルム等の用途に好適に用いられる。

１・・・・濾過装置
２・・・・ハウジング
３・・・・入口
４・・・・出口
５・・・・長期滞留樹脂排出口
６・・・・リーフディスクフィルター
７・・・・圧力調整具
８・・・・ダイス
９・・・・濾過が行われていない溶融樹脂の流れ
１０・・・濾過が行われた溶融樹脂の流れ
１１・・・センターポール
１２・・・最下流段のフィルター
１３・・・長期滞留樹脂排出用フィルター
１４・・・押さえディスク
１５・・・ボトムカバー
１６・・・ガスケット
１７・・・ホッパー
１８・・・押出機
１９・・・従来の濾過装置
２０・・・溶融樹脂の出口
２１・・・溶融樹脂流の最下流部

Claims (4)

1. 溶融樹脂が流入する入口、および流出する出口を有するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、溶融樹脂流路を有するセンターポールと、
   前記センターポールを外囲するように、前記センターポールの長手方向に積層された複数枚のリーフディスクフィルターと、を備え、
   前記入口から流入した溶融樹脂が、前記リーフディスクフィルターを通りその内方に濾過済みの溶融樹脂として流入し、濾過済みの溶融樹脂が、前記センターポール内の溶融樹脂流路に流入し、前記出口から流出する溶融樹脂の濾過装置であって、
   長期滞留樹脂排出用フィルターを備えた長期滞留樹脂排出口が、前記ハウジングの溶融樹脂流の最下流部に近設されていることを特徴とする、前記濾過装置。
2. 前記長期滞留樹脂排出口の下流に圧力調整具が設けられている、請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記長期滞留樹脂排出用フィルターが、センターポールを中心に軸対称に配置されてなる請求項１または請求項２に記載の濾過装置。
4. 前記圧力調整具がオリフィスまたはフィルターである、請求項２または３に記載の濾過装置。

Images