JP2013014456A - 造粒活性炭の製造方法及び造粒活性炭 - Google Patents
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Abstract
【課題】造粒活性炭の製造工程を短縮することを課題とする。
【解決手段】粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭（１１）１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー（１２）２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下でバインダー（１２）の軟化温度以上かつバインダー（１２）が発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物（４０）を砕いて造粒活性炭１００を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭（１１）１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー（１２）２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下でバインダー（１２）の軟化温度以上かつバインダー（１２）が発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物（４０）を砕いて造粒活性炭１００を形成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、造粒活性炭の製造方法及び造粒活性炭に関する。
水道水に含まれる遊離残留塩素や有機物等の微量成分を除去するため、活性炭を利用した浄水器カートリッジが使用されている。
また、活性炭を取り扱い易くするため、造粒活性炭も使用されている。賦活後造粒法による造粒活性炭は、通常、粉末活性炭にバインダーと水とを加えてニーダー等で混練する混練工程、混練物をペレッター等で造粒する造粒工程、及び、造粒物を乾燥させる乾燥工程を経て得られる。なお、固形物を含む素材を混練するためには、固形物に液状分散媒を加えておく必要がある。
また、活性炭を取り扱い易くするため、造粒活性炭も使用されている。賦活後造粒法による造粒活性炭は、通常、粉末活性炭にバインダーと水とを加えてニーダー等で混練する混練工程、混練物をペレッター等で造粒する造粒工程、及び、造粒物を乾燥させる乾燥工程を経て得られる。なお、固形物を含む素材を混練するためには、固形物に液状分散媒を加えておく必要がある。
特許文献１には、バインダーとしてＡ群バインダーとＢ群バインダーとを併用し、混練物を造粒して２００℃以下で乾燥、硬化させた後に常温まで冷却することが示されている。Ａ群バインダーには、アクリル・スチレン系エマルジョン（ＡＳＥ）又はアクリル系エマルジョン（ＡＥ）を用いている。エマルジョンで構成されるＡ群バインダーは、バインダーが液状分散媒に分散している。また、Ｂ群バインダーには、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いている。特許文献１の段落００１１に記載されるように、Ｂ群バインダーは、水溶液からなる。
すなわち、粉末活性炭はバインダーとともに水等の液状分散媒が加えられて混練されるため、混練後に乾燥工程が設けられている。
すなわち、粉末活性炭はバインダーとともに水等の液状分散媒が加えられて混練されるため、混練後に乾燥工程が設けられている。
なお、特許文献２には、水を分散媒として活性炭微粒子及びポリオレフィン樹脂粒子を懸濁させ、ポリオレフィン樹脂が溶融又は半溶融状態となるまで加熱、攪拌し、冷却、ろ過、水洗、乾燥を行うことにより、ポリオレフィン樹脂粒子を核とし、活性炭微粒子を表面に配置した機能性吸着玉を製造することが示されている。
上述した技術は、粉末活性炭にバインダーと液状分散媒とを加えて混練する必要があるため、混練後に乾燥工程が必要である。
以上を鑑み、本発明は、造粒活性炭の製造工程を短縮する目的を有している。
本発明は、粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下で前記バインダーの軟化温度以上かつ前記バインダーが発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物を砕いて造粒活性炭を形成する製造方法の態様を有する。
また、本発明は、粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下で前記バインダーの軟化温度以上かつ前記バインダーが発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物を砕いて得られる造粒活性炭の態様を有する。
また、本発明は、粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下で前記バインダーの軟化温度以上かつ前記バインダーが発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物を砕いて得られる造粒活性炭の態様を有する。
すなわち、固化した熱可塑性のバインダーの平均粒径が１〜５００μｍであるので、活性炭とバインダーとに働く静電付着力が大きく、液状分散媒が無くても加熱前の混合でバインダーが良好に分散する。このため、加熱して混合することにより活性炭同士がバインダーで接着し、混合終了後に混合物を砕くことにより造粒活性炭が得られる。本製造方法は、混合物から液状分散媒を除去する乾燥工程が不要であるので、造粒活性炭の製造工程を短縮することが可能となる。
各請求項に係る発明において、上記粉砕状及び上記粒状には、粉末状が含まれる。上記粉砕状の概念と上記粒状の概念とは、一部が重複するものとする。上記粉砕状の概念と上記繊維状の概念とは、一部が重複するものとする。
上記平均粒径は、５０μｍ以上の粒子についてはJIS K1474：2007（活性炭試験方法）に規定される５０％粒径（Ｄ５０、メジアン径）とし、５０μｍ未満の粒子についてはJIS K5600-9-3：2006（塗料一般試験方法−第９部：粉体塗料−第３節：レーザ回折による粒度分布の測定方法）に準拠した粒子径分布からJIS Z8819-2（粒子径測定結果の表現―第２部：粒子径分布からの平均粒子径又は平均粒子直径及びモーメントの計算）に従って求められる重み付き体積平均粒子径とする。
上記液状分散媒は、液体の分散媒を意味する。
上記軟化温度は、JIS K7206：1999（プラスチック―熱可塑性プラスチック―ビカット軟化温度（ＶＳＴ）試験方法）に規定されるビカット軟化温度とする。
上記混合終了後に混合物を砕いて造粒活性炭を製造することには、混合終了後に混合物を粗破砕し分級して造粒活性炭を製造すること、分級せずに造粒活性炭を製造すること、等が含まれる。
混合される素材には、金属処理剤といったイオン交換体等、活性炭及びバインダー以外の素材が含まれても良い。
上記平均粒径は、５０μｍ以上の粒子についてはJIS K1474：2007（活性炭試験方法）に規定される５０％粒径（Ｄ５０、メジアン径）とし、５０μｍ未満の粒子についてはJIS K5600-9-3：2006（塗料一般試験方法−第９部：粉体塗料−第３節：レーザ回折による粒度分布の測定方法）に準拠した粒子径分布からJIS Z8819-2（粒子径測定結果の表現―第２部：粒子径分布からの平均粒子径又は平均粒子直径及びモーメントの計算）に従って求められる重み付き体積平均粒子径とする。
上記液状分散媒は、液体の分散媒を意味する。
上記軟化温度は、JIS K7206：1999（プラスチック―熱可塑性プラスチック―ビカット軟化温度（ＶＳＴ）試験方法）に規定されるビカット軟化温度とする。
上記混合終了後に混合物を砕いて造粒活性炭を製造することには、混合終了後に混合物を粗破砕し分級して造粒活性炭を製造すること、分級せずに造粒活性炭を製造すること、等が含まれる。
混合される素材には、金属処理剤といったイオン交換体等、活性炭及びバインダー以外の素材が含まれても良い。
ところで、前記活性炭に、平均粒径１〜５００μｍの活性炭と、平均繊維径５〜１００μｍ及び平均繊維長１５〜５００μｍの繊維状活性炭と、から選ばれる一種以上の活性炭を用いても良い。活性炭とバインダーとに働く静電付着力がさらに大きくなるので、加熱前の混合でバインダーの分散がさらに良好となる。従って、より均質な造粒活性炭を得ることが可能となる。
ここで、上記平均繊維径は、顕微鏡を用いて複数の繊維の径を実測した値の相加平均とする。
上記平均繊維長は、顕微鏡を用いて複数の繊維の長さを実測した値の相加平均とする。
ここで、上記平均繊維径は、顕微鏡を用いて複数の繊維の径を実測した値の相加平均とする。
上記平均繊維長は、顕微鏡を用いて複数の繊維の長さを実測した値の相加平均とする。
また、前記バインダーに、平均分子量５０万〜１０００万の熱可塑性樹脂を用いても良い。バインダーが溶融しても活性炭表面に拡がり難いので、造粒活性炭の吸着活性を向上させることが可能となる。
ここで、上記平均分子量は、粘度法による測定値とする。
ここで、上記平均分子量は、粘度法による測定値とする。
請求項１に係る発明によれば、造粒活性炭の製造工程を短縮することが可能となる。
請求項２に係る発明では、より均質な造粒活性炭を得ることが可能となる。
請求項３に係る発明では、造粒活性炭の吸着活性を向上させることが可能となる。
請求項４に係る発明では、粒径の揃った造粒活性炭を製造することが可能となる。
請求項５に係る発明では、製造工程を短縮させる造粒活性炭を提供することができる。
請求項２に係る発明では、より均質な造粒活性炭を得ることが可能となる。
請求項３に係る発明では、造粒活性炭の吸着活性を向上させることが可能となる。
請求項４に係る発明では、粒径の揃った造粒活性炭を製造することが可能となる。
請求項５に係る発明では、製造工程を短縮させる造粒活性炭を提供することができる。
（１）造粒活性炭の製造方法の説明：
まず、図１を参照して本発明の一実施形態に係る造粒活性炭の製造方法を説明する。
本製造方法は、粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭（１１）１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー（１２）２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下でバインダー（１２）の軟化温度以上かつバインダー（１２）が発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物（４０）を砕いて造粒活性炭（１００）を形成するものである。
まず、図１を参照して本発明の一実施形態に係る造粒活性炭の製造方法を説明する。
本製造方法は、粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭（１１）１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー（１２）２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下でバインダー（１２）の軟化温度以上かつバインダー（１２）が発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物（４０）を砕いて造粒活性炭（１００）を形成するものである。
なお、バインダーの軟化温度が範囲Ｔsl〜Ｔsh（℃）で示される場合、加熱混合温度の下限をＴshとすればよい。バインダーの軟化温度が不明である場合、軟化温度よりも高い融点を加熱混合温度の下限とすればよい。また、バインダーの発火点が最低温度Ｔilで示される場合、加熱混合温度の上限をＴil未満とすればよい。
活性炭１１の原料となる炭素質材料は、賦活することによって活性炭を形成することができればよく、植物系、石炭系、石油系、合成樹脂系、天然素材系、各種有機灰、等を用いることができる。植物系の炭素質材料には、ヤシ殻やアーモンド殻といった果実殻、木材、おが屑、竹、草、等を用いることができる。石炭系の炭素質材料には、泥炭、亜炭、かつ炭、瀝青炭、無煙炭、等を用いることができる。石油系の炭素質材料には、石油ピッチ等を用いることができる。合成樹脂系の炭素質材料には、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、等を用いることができる。天然素材系の炭素質材料には、木綿といった天然繊維、レーヨンといった再生繊維、アセテートといった半合成繊維、等を用いることができる。
粉砕状の活性炭には、上述した炭素質材料の賦活物を砕いて得られる活性炭、炭素質材料の粉砕物を賦活して得られる活性炭、等を用いることができる。粉砕状活性炭には、１００メッシュ（直径０．１５ｍｍ）よりも小さい粉末活性炭が含まれるものとする。
粒状の活性炭には、ヤシ殻系活性炭、木炭、竹炭、石炭系活性炭、合成樹脂系活性炭、等を用いることができる。粒状活性炭は、賦活物を砕いて所定粒度にふるい分けして得られる活性炭でも良いし、所定粒度の炭素質材料を賦活して得られる活性炭でも良い。粒状活性炭には、粉末活性炭が含まれるものとする。粒状活性炭の平均粒径は、１〜５００μｍが好ましく、２〜３００μｍがより好ましい。平均粒径を前記上限以下とすることにより、活性炭１１とバインダー１２とに良好な静電付着力が働き、前混合工程Ｓ１でバインダー１２が良好に分散する。また、平均粒径を前記下限以上とすることにより、前混合工程Ｓ１の前混合を容易にすることができる。
粒状の活性炭には、ヤシ殻系活性炭、木炭、竹炭、石炭系活性炭、合成樹脂系活性炭、等を用いることができる。粒状活性炭は、賦活物を砕いて所定粒度にふるい分けして得られる活性炭でも良いし、所定粒度の炭素質材料を賦活して得られる活性炭でも良い。粒状活性炭には、粉末活性炭が含まれるものとする。粒状活性炭の平均粒径は、１〜５００μｍが好ましく、２〜３００μｍがより好ましい。平均粒径を前記上限以下とすることにより、活性炭１１とバインダー１２とに良好な静電付着力が働き、前混合工程Ｓ１でバインダー１２が良好に分散する。また、平均粒径を前記下限以上とすることにより、前混合工程Ｓ１の前混合を容易にすることができる。
繊維状の活性炭には、石炭ピッチ、石油ピッチ、合成樹脂系活性炭、天然素材系活性炭、等を用いることができる。繊維状活性炭の平均繊維径は、５〜１００μｍが好ましく、７〜７０μｍがより好ましい。繊維状活性炭の平均繊維長は、１５〜５００μｍが好ましく、２０〜３００μｍがより好ましい。平均繊維径や平均繊維長を前記上限以下とすることにより、活性炭１１とバインダー１２とに良好な静電付着力が働き、前混合工程Ｓ１でバインダー１２が良好に分散する。また、平均繊維径や平均繊維長を前記下限以上とすることにより、前混合を容易にすることができる。
前混合に用いる活性炭１１は、粉砕状活性炭のみ、粒状活性炭のみ、又は、繊維状活性炭のみでも良いが、粉砕状活性炭と粒状活性炭の組合せ、粉砕状活性炭と繊維状活性炭の組合せ、粒状活性炭と繊維状活性炭の組合せ、粉砕状活性炭と粒状活性炭と繊維状活性炭の組合せ、でも良い。また、平均粒径の異なる複数種類の粒状活性炭を組み合わせて使用しても良いし、平均繊維径や平均繊維長の異なる複数種類の繊維状活性炭を組み合わせて使用しても良い。さらに、上述した活性炭から選ばれる一種以上の第一の活性炭とバインダーとを含む素材を前混合した後、上述した活性炭から選ばれる一種以上の第二の活性炭を少なくとも加えて前混合しても良い。
バインダー１２には、平均粒径１〜５００μｍ（より好ましくは２〜３００μｍ）の固化した熱可塑性のバインダーを用いる。平均粒径が前記上限以下であるので、活性炭１１とバインダー１２とに働く静電付着力が大きく、液状分散媒が無くても加熱前の混合でバインダー１２が良好に分散する。また、平均粒径が前記下限以上であるので、前混合工程Ｓ１の混合を容易にすることができる。
さらに、バインダー１２の配合量は、活性炭１００重量部に対して２〜７０重量部（より好ましくは３〜５０重量部）とする。バインダーの配合量が前記下限以上であるため、加熱混合工程Ｓ２で活性炭同士が十分に接着し、造粒活性炭１００の形状が十分に保持される。また、バインダーの配合量が前記上限以下であるため、活性炭の活性を有する表面が十分に残り、造粒活性炭１００が良好な吸着活性を示す。バインダー１２の配合比は、造粒活性炭の形状保持性の観点から、活性炭の平均粒径が小さくなるほど多くするのが好ましく、繊維状活性炭の平均繊維径が小さくなるほど多くするのが好ましく、繊維状活性炭の平均繊維長が短くなるほど多くするのが好ましい。
例えば、バインダーに平均粒径１０〜３０μｍの粒状熱可塑性樹脂を用いる場合、平均粒径７μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量３９〜４３重量部（２８〜３０重量％）が特に好ましく、平均粒径９０μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量３〜５重量部（３〜５重量％）が特に好ましく、均粒径２００μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量２〜５重量部（２〜５重量％）が特に好ましい。
例えば、バインダーに平均粒径１０〜３０μｍの粒状熱可塑性樹脂を用いる場合、平均粒径７μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量３９〜４３重量部（２８〜３０重量％）が特に好ましく、平均粒径９０μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量３〜５重量部（３〜５重量％）が特に好ましく、均粒径２００μｍの粒状活性炭１００重量部に対しては配合量２〜５重量部（２〜５重量％）が特に好ましい。
バインダー１２には、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）といったポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートといったポリエステル、熱可塑性エラストマー、これらの樹脂に改質剤といった添加剤を添加した樹脂、これらの樹脂の混合物、等を用いることができる。なお、これらの樹脂は、熱可塑性樹脂に含まれるものとする。
熱可塑性樹脂（添加剤を除く。）の平均分子量は、５０万〜１０００万が好ましく、１００万〜７００万がより好ましい。平均分子量を前記下限以上とすることにより、バインダー１２が溶融しても流動性が小さく活性炭表面に拡がり難いので、活性炭１１同士が点接着し易く、造粒活性炭１００の吸着活性が向上する。平均分子量を前記上限以下とすることにより、加熱混合工程Ｓ２で活性炭同士が良好に接着し、造粒活性炭１００の形状が良好に保持される。熱可塑性樹脂の具体例として、三井化学株式会社製超高分子量ポリエチレンパウダー（ミペロン（登録商標）、平均粒径３０μｍ、平均分子量２００万）、同社製高分子量ポリエチレンパウダー（ハイゼックスミリオン（登録商標）、平均粒径１２０〜３６０μｍ、平均分子量５０万〜６００万）、同社製ポリエチレン（リュブマー（登録商標））、等を挙げることができる。
熱可塑性樹脂（添加剤を除く。）の平均分子量は、５０万〜１０００万が好ましく、１００万〜７００万がより好ましい。平均分子量を前記下限以上とすることにより、バインダー１２が溶融しても流動性が小さく活性炭表面に拡がり難いので、活性炭１１同士が点接着し易く、造粒活性炭１００の吸着活性が向上する。平均分子量を前記上限以下とすることにより、加熱混合工程Ｓ２で活性炭同士が良好に接着し、造粒活性炭１００の形状が良好に保持される。熱可塑性樹脂の具体例として、三井化学株式会社製超高分子量ポリエチレンパウダー（ミペロン（登録商標）、平均粒径３０μｍ、平均分子量２００万）、同社製高分子量ポリエチレンパウダー（ハイゼックスミリオン（登録商標）、平均粒径１２０〜３６０μｍ、平均分子量５０万〜６００万）、同社製ポリエチレン（リュブマー（登録商標））、等を挙げることができる。
上記熱可塑性樹脂は、超高分子量の材料であるため、通常、JIS K7210：1999「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）及びメルトボリュームフローレイトＩ（ＭＶＲ）の試験方法」に規定されたＭＦＲが０．１ｇ／10min未満となる。ここで、ＭＦＲ０．０ｇ／10minには、熱可塑性樹脂の分子量が極めて大きいために流動性が小さく測定することができないことが含まれる。
以上のことから、熱可塑性樹脂のＭＦＲは、０．１ｇ／10min未満が好ましく、０．０ｇ／10minがより好ましい。
以上のことから、熱可塑性樹脂のＭＦＲは、０．１ｇ／10min未満が好ましく、０．０ｇ／10minがより好ましい。
前混合に用いる素材は、活性炭１１とバインダー１２の組合せのみでも良いが、活性炭１００重量部に対して０．１〜６０重量部の添加剤１３を添加しても良い。添加剤１３には、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、キレート樹脂、これらの組合せ、といったイオン交換体等を用いることができる。陽イオン交換樹脂やキレート樹脂は、金属処理剤として機能する。
添加剤１３が粒状である場合、添加剤の平均粒径は、１〜５００μｍが好ましく、２〜３００μｍがより好ましい。添加剤１３が繊維状である場合、添加剤の平均繊維径は、５〜１００μｍが好ましく、７〜７０μｍがより好ましい。添加剤の平均繊維長は、１５〜５００μｍが好ましく、２０〜３００μｍがより好ましい。平均粒径や平均繊維径や平均繊維長を前記上限以下とすることにより、活性炭１１とバインダー１２と添加剤１３とに良好な静電付着力が働き、前混合工程Ｓ１で添加剤１３が良好に分散する。また、平均粒径や平均繊維径や平均繊維長を前記下限以上とすることにより、前混合を容易にすることができる。
添加剤１３が粒状である場合、添加剤の平均粒径は、１〜５００μｍが好ましく、２〜３００μｍがより好ましい。添加剤１３が繊維状である場合、添加剤の平均繊維径は、５〜１００μｍが好ましく、７〜７０μｍがより好ましい。添加剤の平均繊維長は、１５〜５００μｍが好ましく、２０〜３００μｍがより好ましい。平均粒径や平均繊維径や平均繊維長を前記上限以下とすることにより、活性炭１１とバインダー１２と添加剤１３とに良好な静電付着力が働き、前混合工程Ｓ１で添加剤１３が良好に分散する。また、平均粒径や平均繊維径や平均繊維長を前記下限以上とすることにより、前混合を容易にすることができる。
前混合工程Ｓ１では、活性炭１１とバインダー１２と必要に応じて添加剤１３とを含む素材を液状分散媒非存在下で前混合する。すなわち、水や有機溶媒等の液状分散媒を用いて素材を混練する訳ではなく、乾式条件下で素材を混合する。ここで、「混練」は、分散質の表面全体に液状分散媒をコーティングする分散操作を意味する。本製造方法は、固化した熱可塑性のバインダー１２を活性炭１１とバインダー１２とに大きな静電付着力が働く平均粒径としているので、液状分散媒が無くても加熱前の混合でバインダー１２が良好に分散する。また、液状分散媒を用いた混合と比べて、バインダーで塞がれる活性炭細孔が少なくなり、造粒活性炭の吸着能力が向上すると推測される。
前混合には、ミキサー、ブレンダー、水平円筒型、Ｖ型、二重円錐型、正方立体型、Ｓ型、連続Ｖ型、ボールミル型、ロッキング型、クロスロータリー型、リボン型、スクリュー型、ロター型、パグミル型、遊星型、タービン型、高速流動型、回転円板型、等の混合装置を使用することができる。
前混合には、ミキサー、ブレンダー、水平円筒型、Ｖ型、二重円錐型、正方立体型、Ｓ型、連続Ｖ型、ボールミル型、ロッキング型、クロスロータリー型、リボン型、スクリュー型、ロター型、パグミル型、遊星型、タービン型、高速流動型、回転円板型、等の混合装置を使用することができる。
前混合時の温度は、バインダー１２の融点未満が好ましく、バインダー１２の軟化温度未満がより好ましく、室温でも良い。このような温度で素材を前混合すると、活性炭１１とバインダー１２とに働く静電付着力によりバインダー１２が良好に分散する。なお、バインダーの融点が範囲Ｔml〜Ｔmh（℃）で示される場合、前混合時の温度の上限をＴml未満とすればよい。また、バインダーの軟化温度が範囲Ｔsl〜Ｔshで示される場合、前混合時の温度のより好ましい上限をＴsl未満とすればよい。以下に記載される「融点未満」や「軟化温度未満」も、同様である。
上記混合装置の回転速度は、素材中でバインダー１２や必要に応じて添加剤１３が分散する速度であればよく、例えば、５０〜５００００ｒｐｍとすることができる。前混合の時間も、素材中でバインダー１２や必要に応じて添加剤１３が分散する時間であればよく、例えば、５〜１２０分とすることができる。
上記混合装置の回転速度は、素材中でバインダー１２や必要に応じて添加剤１３が分散する速度であればよく、例えば、５０〜５００００ｒｐｍとすることができる。前混合の時間も、素材中でバインダー１２や必要に応じて添加剤１３が分散する時間であればよく、例えば、５〜１２０分とすることができる。
加熱混合工程Ｓ２では、前混合工程Ｓ１で得られる前混合物２０を液状分散媒非存在下でバインダー１２の軟化温度以上かつバインダー１２が発火しない温度に加熱して混合する。ここでも、液状分散媒を用いて素材を混練する訳ではなく、乾式条件下で素材を混合する。これにより、液状分散媒を用いた混合と比べて、バインダーで塞がれる活性炭細孔が少なくなり、造粒活性炭の吸着能力が向上すると推測される。
加熱混合には、ニーダー、ラボプラストミル、ホイール型、ボール型、ブレード型、ロール型等の混合装置に前加熱や直接加熱といった加熱の機能が備わったものを使用することができる。
加熱混合には、ニーダー、ラボプラストミル、ホイール型、ボール型、ブレード型、ロール型等の混合装置に前加熱や直接加熱といった加熱の機能が備わったものを使用することができる。
加熱混合の温度は、バインダー１２の軟化温度以上（好ましくは融点以上、より好ましくは融点よりも１０℃高い温度以上）、かつ、バインダー１２が発火しない温度（好ましくは３５０℃未満、より好ましくは融点よりも７０℃高い温度以下）とする。加熱温度が前記下限以上であるため、活性炭同士が十分に接着し、造粒活性炭１００の形状が十分に保持される。また、加熱温度が前記上限以下であるため、活性炭同士が点接着し易く活性炭の活性を有する表面が十分に残り、造粒活性炭１００が良好な吸着活性を示す。なお、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の発火点は、通常、３５０℃以上であるため、加熱混合温度の好ましい上限は３５０℃未満である。バインダーの融点が範囲Ｔml〜Ｔmhで示される場合、加熱混合温度のより好ましい上限はＴml＋７０とすればよく、加熱混合温度の好ましい下限はＴmh（より好ましくはＴmh＋１０）とすればよい。また、加熱温度がバインダーの融点に７０℃を加えた温度よりも高い場合、バインダーからガスが発生してバインダーの容積が減少するものの、バインダーが発火しない温度であれば活性炭同士を接着し造粒活性炭の形状を保持することが可能である。
上記混合装置の回転速度は、混合物の温度の偏りを少なくする速度であればよく、例えば、１５〜２００ｒｐｍとすることができる。加熱混合の時間は、活性炭同士が接着して混合物４０が塊状となる時間であればよく、例えば、１０〜１２０分とすることができる。
上記混合装置の回転速度は、混合物の温度の偏りを少なくする速度であればよく、例えば、１５〜２００ｒｐｍとすることができる。加熱混合の時間は、活性炭同士が接着して混合物４０が塊状となる時間であればよく、例えば、１０〜１２０分とすることができる。
造粒活性炭形成工程Ｓ３では、混合終了後の混合物４０を砕いて造粒活性炭１００を形成する。図１には、混合物４０を粗破砕する粗破砕工程Ｓ３１と、この粗破砕工程Ｓ３１で得られる粗破砕物５０を振動するふるいにより分級するふるい分級工程Ｓ３２とを経て造粒活性炭１００を形成することが示されている。
粗破砕工程Ｓ３１では、冷えて固化した塊状の混合物４０を所定の粒径（例えば１０ｍｍ）程度以下に粗く砕く。混合物４０を粗破砕することにより、ふるい分級工程Ｓ３２の時間が短くなり、分級時に小さすぎる粒子の割合が少なくなる。
粗破砕には、ミキサー、ブレンダー、ミル、ジョークラッシャー、ジャイレトリクラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、等の破砕装置を使用することができる。
粗破砕には、ミキサー、ブレンダー、ミル、ジョークラッシャー、ジャイレトリクラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、等の破砕装置を使用することができる。
粗破砕の温度は、バインダー１２の融点未満が好ましく、バインダー１２の軟化温度未満がより好ましく、室温でも良い。このような温度で混合物４０を粗破砕すると、混合物４０が良好に砕かれる。
上記破砕装置の回転速度は、混合物４０が粗く砕かれる速度であればよく、例えば、５０〜５００００ｒｐｍとすることができる。粗破砕の時間も、混合物４０が粗く砕かれる時間であればよく、例えば、１〜１２０分とすることができる。
上記破砕装置の回転速度は、混合物４０が粗く砕かれる速度であればよく、例えば、５０〜５００００ｒｐｍとすることができる。粗破砕の時間も、混合物４０が粗く砕かれる時間であればよく、例えば、１〜１２０分とすることができる。
ふるい分級工程Ｓ３２では、振動するふるいにより塊状の粗破砕物５０をさらに小さくして所定粒度にふるい分けし、所定粒度の造粒活性炭１００を得る。造粒活性炭１００の平均粒径は、造粒活性炭１００の使用場面に応じて決定すれば良く、例えば、５０μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは１００〜５００μｍ程度とすることができる。
ふるい分けには、水平振動ふるいや傾斜型振動ふるいといったふるいを有するふるい分け装置等を用いることができる。
ふるい分けには、水平振動ふるいや傾斜型振動ふるいといったふるいを有するふるい分け装置等を用いることができる。
分級時の温度は、バインダー１２の融点未満が好ましく、バインダー１２の軟化温度未満がより好ましく、室温でも良い。このような温度で粗破砕物５０を分級すると、良好に分級される。
なお、粗破砕物５０自体が造粒された状態であるので、上記ふるい分級工程Ｓ３２が無くても造粒活性炭１００を製造することができる。また、振動するふるいにより塊状の粗破砕物５０が小さくなるので、上記粗破砕工程Ｓ３１が無くても造粒活性炭１００を製造することができる。
造粒活性炭１００は、例えば、図２に示すような浄水器カートリッジＣ１に使用することができる。
図２に示す浄水器カートリッジＣ１は、入口側の不織布Ｃ３と出口側のイオン交換繊維Ｃ４とで仕切られた円筒状の造粒活性炭充填室Ｃ２や、造粒活性炭充填室Ｃ２で囲まれた中央位置に設けられた円柱状の中空糸膜収容室Ｃ５を有し、入口Ｃ１１から流入する水道水をろ過してろ過水を出口Ｃ１２から出す。すなわち、不織布Ｃ３、造粒活性炭１００、イオン交換繊維Ｃ４、及び、中空糸膜Ｃ６がろ材として使用されている。
図２に示す浄水器カートリッジＣ１は、入口側の不織布Ｃ３と出口側のイオン交換繊維Ｃ４とで仕切られた円筒状の造粒活性炭充填室Ｃ２や、造粒活性炭充填室Ｃ２で囲まれた中央位置に設けられた円柱状の中空糸膜収容室Ｃ５を有し、入口Ｃ１１から流入する水道水をろ過してろ過水を出口Ｃ１２から出す。すなわち、不織布Ｃ３、造粒活性炭１００、イオン交換繊維Ｃ４、及び、中空糸膜Ｃ６がろ材として使用されている。
不織布Ｃ３は、入口Ｃ１１に流入した水道水から大きなゴミを除去する。造粒活性炭充填室Ｃ２に充填された造粒活性炭１００は、遊離残留塩素や有機物等を吸着して除去する。造粒活性炭１００に金属処理剤が含まれる場合、金属イオンが除去される。イオン交換繊維Ｃ４は、金属イオン等を除去する。イオン交換繊維Ｃ４は、活性炭繊維等と組み合わされて使用されてもよい。中空糸膜収容室Ｃ５に収容された中空糸膜Ｃ６は、０．１μｍ程度以上の細かい濁りや鉄サビや一般細菌を取り除く。
以上の他、造粒活性炭１００は、空気清浄機等に用いることができる。
以上の他、造粒活性炭１００は、空気清浄機等に用いることができる。
本製造方法は、前混合工程Ｓ１で混合する固化した熱可塑性のバインダー１２の平均粒径が１〜５００μｍであるので、活性炭１１とバインダー１２とに働く静電付着力が大きく、液状分散媒が無くても加熱前の混合でバインダー１２が良好に分散する。このため、加熱混合工程Ｓ２で活性炭１１同士が接着し、混合終了後に混合物４０を砕くことにより造粒活性炭１００が得られる。本製造方法は、混合物４０から液状分散媒を除去する乾燥工程が不要であるので、造粒活性炭１００の製造工程を短縮することが可能となる。
また、バインダーで塞がれる活性炭細孔が少なくなり、造粒活性炭の吸着能力が向上すると推測される。
さらに、バインダー１２に平均分子量５０万〜１０００万の熱可塑性樹脂を用いることにより、バインダー１２が溶融しても活性炭１１表面に拡がり難くなり、造粒活性炭１００の吸着活性を向上させることが可能となる。
また、バインダーで塞がれる活性炭細孔が少なくなり、造粒活性炭の吸着能力が向上すると推測される。
さらに、バインダー１２に平均分子量５０万〜１０００万の熱可塑性樹脂を用いることにより、バインダー１２が溶融しても活性炭１１表面に拡がり難くなり、造粒活性炭１００の吸着活性を向上させることが可能となる。
（２）実施例：
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
［実施例１］
粉砕状活性炭として、ヤシ殻系活性炭（クラレケミカル株式会社製PGW20MP、平均粒径２０μｍ）を用いた。バインダーとして、超高分子量ポリエチレンパウダー（三井化学株式会社製、商品名：ミペロンＸＭ２２０、平均粒径３０μｍ、平均分子量２００万、推定軟化温度１２０〜１２５℃、融点１３６℃、ＭＦＲ０．０ｇ／10min）を用いた。ブレンダーには、株式会社小平製作所製KM-800を用いた。ラボプラストミルには、東洋精機製作所製30R150を用いた。粗破砕用の粉砕機には、大阪ケミカル株式会社製PM-2005mを用いた。
上記ヤシ殻系活性炭７５ｇと上記超高分子量ポリエチレンパウダー２５ｇとを上記ブレンダーに入れ、液状分散媒非存在下で室温下、２００ｒｐｍで１０分間、混合した。混合後の材料を上記ラボプラストミルに入れ、液状分散媒非存在下で２００℃に加熱し、５０ｒｐｍで１０分間、混合した。混合後の材料が室温まで冷却された後、混合後の材料を粉砕機に入れて、室温下、１００ｒｐｍで１分間、粗破砕した。粗破砕後の材料を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの造粒活性炭を得た。
粉砕状活性炭として、ヤシ殻系活性炭（クラレケミカル株式会社製PGW20MP、平均粒径２０μｍ）を用いた。バインダーとして、超高分子量ポリエチレンパウダー（三井化学株式会社製、商品名：ミペロンＸＭ２２０、平均粒径３０μｍ、平均分子量２００万、推定軟化温度１２０〜１２５℃、融点１３６℃、ＭＦＲ０．０ｇ／10min）を用いた。ブレンダーには、株式会社小平製作所製KM-800を用いた。ラボプラストミルには、東洋精機製作所製30R150を用いた。粗破砕用の粉砕機には、大阪ケミカル株式会社製PM-2005mを用いた。
上記ヤシ殻系活性炭７５ｇと上記超高分子量ポリエチレンパウダー２５ｇとを上記ブレンダーに入れ、液状分散媒非存在下で室温下、２００ｒｐｍで１０分間、混合した。混合後の材料を上記ラボプラストミルに入れ、液状分散媒非存在下で２００℃に加熱し、５０ｒｐｍで１０分間、混合した。混合後の材料が室温まで冷却された後、混合後の材料を粉砕機に入れて、室温下、１００ｒｐｍで１分間、粗破砕した。粗破砕後の材料を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの造粒活性炭を得た。
［比較例１］
粉砕状活性炭及びバインダーには、実施例１と同じものを用いた。パン型造粒機には、アズワン株式会社製PZ-02Rを用いた。
ヤシ殻系活性炭７５ｇと超高分子量ポリエチレンパウダー２５ｇとを上記パン型造粒機に入れ、水を噴霧しながら造粒を行った。得られた造粒物を８０℃で１時間乾燥させた後、１９０℃で２時間熱処理した。処理後の造粒物を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの造粒活性炭を得た。
粉砕状活性炭及びバインダーには、実施例１と同じものを用いた。パン型造粒機には、アズワン株式会社製PZ-02Rを用いた。
ヤシ殻系活性炭７５ｇと超高分子量ポリエチレンパウダー２５ｇとを上記パン型造粒機に入れ、水を噴霧しながら造粒を行った。得られた造粒物を８０℃で１時間乾燥させた後、１９０℃で２時間熱処理した。処理後の造粒物を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの造粒活性炭を得た。
［比較例２］
粒状のヤシ殻系活性炭を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの粒状活性炭を得た。従って、比較例２の粒状活性炭は、造粒活性炭ではない。
粒状のヤシ殻系活性炭を振動するふるいに入れて分級し、平均粒径３００μｍの粒状活性炭を得た。従って、比較例２の粒状活性炭は、造粒活性炭ではない。
［評価方法］
実施例１及び比較例１について、造粒活性炭を得るまでの形成時間を比較した。
また、実施例１及び比較例１，２で得られた造粒活性炭を５０ｍｌ秤量して内径８０ｍｍのカラムに充填し、JIS S3201「家庭用浄水器試験方法」に準じて、遊離残留塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌの水溶液を２．５Ｌ／ｍｉｎで通水し浄化性能を確認した。遊離塩素の浄化性能が８０％に低下するまでに通水できた水量（ろ過能力）を性能とし比較した。
実施例１及び比較例１について、造粒活性炭を得るまでの形成時間を比較した。
また、実施例１及び比較例１，２で得られた造粒活性炭を５０ｍｌ秤量して内径８０ｍｍのカラムに充填し、JIS S3201「家庭用浄水器試験方法」に準じて、遊離残留塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌの水溶液を２．５Ｌ／ｍｉｎで通水し浄化性能を確認した。遊離塩素の浄化性能が８０％に低下するまでに通水できた水量（ろ過能力）を性能とし比較した。
［試験結果］
試験結果を図３及び表１，２に示す。なお、図３において、横軸は水溶液の通水量（Ｌ）、縦軸は遊離残留塩素濃度（遊離残留塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌを１００％とした相対値）を示している。
試験結果を図３及び表１，２に示す。なお、図３において、横軸は水溶液の通水量（Ｌ）、縦軸は遊離残留塩素濃度（遊離残留塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌを１００％とした相対値）を示している。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、造粒活性炭の製造工程を短縮することが可能な技術等を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりして本発明を実施することも可能であり、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりして本発明を実施することも可能である。従って、本発明は、上述した実施形態や変形例に限られず、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成等も含まれる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりして本発明を実施することも可能であり、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりして本発明を実施することも可能である。従って、本発明は、上述した実施形態や変形例に限られず、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成等も含まれる。
１１…活性炭、１２…バインダー、１３…添加剤、
２０…前混合物、４０…混合物、５０…粗破砕物、
１００…造粒活性炭、
Ｃ１…浄水器カートリッジ、
Ｃ２…造粒活性炭充填室、Ｃ３…不織布、Ｃ４…イオン交換繊維、
Ｃ５…中空糸膜収容室、Ｃ６…中空糸膜、
Ｃ１１…入口、Ｃ１２…出口、
Ｓ１…前混合工程、Ｓ２…加熱混合工程、Ｓ３…造粒活性炭形成工程、
Ｓ３１…粗破砕工程、Ｓ３２…ふるい分級工程。
２０…前混合物、４０…混合物、５０…粗破砕物、
１００…造粒活性炭、
Ｃ１…浄水器カートリッジ、
Ｃ２…造粒活性炭充填室、Ｃ３…不織布、Ｃ４…イオン交換繊維、
Ｃ５…中空糸膜収容室、Ｃ６…中空糸膜、
Ｃ１１…入口、Ｃ１２…出口、
Ｓ１…前混合工程、Ｓ２…加熱混合工程、Ｓ３…造粒活性炭形成工程、
Ｓ３１…粗破砕工程、Ｓ３２…ふるい分級工程。
Claims (5)
- 粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下で前記バインダーの軟化温度以上かつ前記バインダーが発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物を砕いて造粒活性炭を形成することを特徴とする造粒活性炭の製造方法。
- 前記活性炭に、平均粒径１〜５００μｍの活性炭と、平均繊維径５〜１００μｍ及び平均繊維長１５〜５００μｍの繊維状活性炭と、から選ばれる一種以上の活性炭を用いることを特徴とする請求項１に記載の造粒活性炭の製造方法。
- 前記バインダーに、平均分子量５０万〜１０００万の熱可塑性樹脂を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造粒活性炭の製造方法。
- 前記混合終了後に混合物を粗破砕し、振動するふるいにより粗破砕物を分級して造粒活性炭を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の造粒活性炭の製造方法。
- 粉砕状、粒状及び繊維状から選ばれる一種以上の活性炭１００重量部と、平均粒径１〜５００μｍの固化した熱可塑性のバインダー２〜７０重量部と、を含む素材を液状分散媒非存在下で混合した後、液状分散媒非存在下で前記バインダーの軟化温度以上かつ前記バインダーが発火しない温度に加熱して混合し、混合終了後に混合物を砕いて得られる造粒活性炭。
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| JP2017178697A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社Ｌｉｘｉｌ | 造粒活性炭 |
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