JP2022541140A - 高吸水性含水ゲル複合細切装置 - Google Patents

高吸水性含水ゲル複合細切装置 Download PDF

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Abstract

高吸水性含水ゲル複合細切装置が開示される。高吸水性含水ゲル複合細切装置は、内部に含水ゲルが移送される移送空間が形成され、側面には排出部が形成されたバレルボディと、バレルボディに設けられて移送空間で含水ゲルを移送する移送部と、移送部に設けられて含水ゲルを粉砕して細切した状態で排出部の外部に排出する多数の細切モジュールを含む。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０１９年１１月２１日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１５０７０５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は含水ゲルの円滑な細切が可能な高吸水性含水ゲル複合細切装置に関する。
高吸水性樹脂（Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＳＡＰ）とは、自重の５百ないし１千倍程度の水分を吸収できる機能を有する合成高分子物質であって、開発業者ごとにＳＡＭ（Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ）、ＡＧＭ（Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｇｅｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ）などそれぞれ異なる名称で名付けられている。
前記のような高吸水性樹脂は生理用品として実用化され始め、現在は子供用紙おむつなど衛生用品の他に園芸用土壌保水剤、土木、建築用止水材、育苗用シート、食品流通分野における鮮度保持剤、および湿布用などの材料として広く使われている。
前記のような高吸水性樹脂を製造する方法としては逆相懸濁重合による方法または水溶液重合による方法などが知られている。逆相懸濁重合については例えば日本の特開昭５６－１６１４０８号公報、特開昭５７－１５８２０９号公報および特開昭５７－１９８７１４号公報などに開示されている。水溶液重合による方法としてはまたいくつかの軸を備えた混練機内で含水ゲル状重合体を破断、冷却しながら重合する熱重合方法、および高濃度水溶液をベルト上で紫外線などを照射して重合と乾燥を同時に行う光重合方法などが知られている。
前記のような重合反応を経て得た含水ゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）または含水ゲル状重合体（ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）は一般的に乾燥工程を経て粉砕した後、粉末状の製品として市販される。前記のような乾燥段階を効率的に行うためには含水ゲル状重合体の表面積をできるだけ大きくすることが重要である。したがって、前記乾燥工程前に含水ゲル状重合体の表面積をできるだけ大きくするために、熱重合または光重合により重合した含水ゲル状重合体を簡単に粉砕して乾燥する含水ゲル状重合体の表面積を増やす方法を考慮することができる。上記のように含水ゲル状重合体の表面積を増やすために、含水ゲル状重合体の重合後これを一次的に粉砕する工程が開示されている。
このような含水ゲルの１次粉砕工程では主にチョッパー（ｃｈｏｐｐｅｒ）が用いられている。
このようなチョッパーは含水ゲルを移動させるスクリューと、螺旋を含むバレルと、含水ゲルを切断するカッター刃と、切られた含水ゲルが排出される多孔板を含む。
ここでカッター刃と多孔板はそれぞれ一つ設けられるため、含水ゲルの細切される粒子の大きさを設定大きさ以下に細切しにくい問題がある。さらに細切過程を繰り返して粒子の大きさを設定大きさ以下に細切しても、非常に小さい粒子の大きさに細切されたゲルはチョッパー内の圧力を上昇させてニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）現象を発生させて水可溶成分（Ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ＥＣ）増加と物性の変化を招く問題がある。
特開昭５６－１６１４０８号公報 特開昭５７－１５８２０９号公報 特開昭５７－１９８７１４号公報
本発明の一実施形態は、含水ゲルを設定大きさ以下の小さい大きさへの細切作業が可能であり、製造品質が向上する高吸水性樹脂含水ゲル細切装置を提供する。
本発明の一実施形態は、内部に含水ゲルが移送される移送空間が形成され、側面には排出部が形成されたバレルボディと、バレルボディに設けられて移送空間で含水ゲルを移送する移送部と、移送部に設けられて含水ゲルを粉砕して細切した状態で排出部の外部に排出する多数の細切モジュールを含む。
細切モジュールは、バレルボディの内部に設けられて移送部によって移送された含水ゲルを粉砕するカッター部材と、カッター部材によって粉砕された含水ゲルを細切した状態で排出する多孔板を含み得る。
移送部は、移送空間の内部に回転可能に設けられて含水ゲルを移動させるスクリュー部材と、スクリュー部材に回転駆動力を提供する駆動モータを含み得る。
多数の細切モジュールは、スクリュー部材で排出部方向に互いに離隔した状態で設けられ得る。
多数の多孔板には含水ゲルを細切した状態で排出する多数の細切孔が形成され、細切孔は多数の多孔板に互いに相違する大きさの直径でそれぞれ形成され得る。
細切孔は、多数の多孔板のうち前記排出部位置で最小直径で形成され得る。
スクリュー部材のねじ山は同じピッチ（ｐｉｔｃｈ）で形成され得る。
本発明の一実施形態によれば、多孔板とカッター部材を設け、複数の多孔板のそれぞれに形成された細切孔の大きさを排出部方向に次第に減少するように形成し、含水ゲルの円滑な細切工程と設定大きさ以下の大きさの小さい大きさへの円滑な含水ゲルの細切作業が可能である。
本発明の第１実施形態による高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す斜視図である。 図１の高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す側面図である。 図１の高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態による多孔板がバレルボディの内部に多数設けられている状態を概略的に示す要部図である。 従来の含水ゲルの温度４０℃での細切状態を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態による含水ゲルの温度８０℃での細切状態を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態によるスクリュー部材のピッチが等間隔に形成された状態を概略的に示す要部図である。 従来技術による含水ゲルのニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）発生状態を概略的に示す要部拡大図である。 本発明の第４実施形態の等間隔ピッチを有するスクリュー部材を用いて含水ゲルの細切された粒子を拡大して示す要部図である。
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付けた。
図１は本発明の第１実施形態による高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す斜視図であり、図２は図１の高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す側面図であり、図３は図１の高吸水性含水ゲル複合細切装置を概略的に示す要部断面図である。
図１ないし図３に示すように、本発明の第１実施形態による高吸水性含水ゲル複合細切装置１００は、内部に含水ゲルが移送される移送空間１１が形成されるバレルボディ１０と、バレルボディ１０に設けられて移送空間１１で含水ゲルを移送する移送部２０と、移送部２０に設けられて含水ゲルを粉砕して細切した状態でバレルボディ１０の外部に排出する多数の細切モジュール３０を含む。
バレルボディ１０は内部に含水ゲルが移送される移送空間１１が長手方向に沿って形成された状態で床面に支持された状態で設けられる。
バレルボディ１０の上部には移送空間１１に含水ゲルを投入する投入部１２が開口された状態で設けられる。
バレルボディ１０の下部には床面に安定した支持のために支持ベース部１３が突出することも可能である。
このようなバレルボディ１０の内部にはバレル螺旋１５が突出することも可能である。
バレル螺旋１５はバレルボディ１０の内壁面でスクリュー部材２１の螺旋形状に対応して螺旋形状に突出形成され得る。
バレル螺旋１５はバレルボディ１０の内壁面でスクリュー部材２１の螺旋形状に対応して逆方向への多数の螺旋形状に突出形成され得る。
本実施形態でバレル螺旋１５はバレルボディ１０の内壁面に突出形成されることを例示的に説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく形成しないことも可能である。
バレル螺旋１５は必ずしも螺旋形状に限定されるものではなく、バレルボディ１０の内壁面に同心円状の帯状突起またはスクリュー部材２１の螺旋位置に対応するように突出する球状または角状突起などに多様に変更して適用することも可能である。
このように、バレル螺旋１５がバレルボディ１０の内部に突出形成されるため、含水ゲルの細切補助作用と共に含水ゲルが逆流せず安定的に移送されることが可能である。
含水ゲルは投入部１２を介してバレルボディ１０の内部に投入された状態で後述する移送部２０の移送作動によって移送される。
投入部１２はバレルボディ１０の上側に開口された状態で形成され、上側に拡管された状態で設けられて含水ゲルが内部に容易に投入されるように設けられる。
このように、含水ゲルはバレルボディ１０の内部に投入された状態で移送部２０の駆動力によってバレルボディ１０の排出部１４方向に移送されて適切に粉砕される。
移送部２０はバレルボディ１０に設けられ、含水ゲルの移送のための移送駆動力を提供するように設けられる。
より具体的には、移送部２０は移送空間１１の内部に回転可能に設けられて含水ゲルを移動させるスクリュー部材２１と、スクリュー部材２１に回転駆動力を提供する駆動モータ２３を含み得る。
スクリュー部材２１は、バレルボディ１０の内部で移送空間１１の長手方向に沿って回転可能に設けられ、駆動モータ２３の駆動作動によって回転して移送空間１１に充填された含水ゲルをバレルボディ１０の排出部１４方向に移送するように設けられる。
駆動モータ２３はバレルボディ１０に設けられ、駆動軸はスクリュー部材２１の一端に設けられ、スクリュー部材２１を一方向に回転させて含水ゲルがバレルボディ１０の内部で適切な移送速度を維持した状態で移送されるように回転駆動力を提供するように設けることができる。
駆動モータ２３とスクリュー部材２１は減速機（図示せず）により回転駆動力が伝達されるように設けられる。
一方、スクリュー部材２１には含水ゲルを粉砕して細切した状態で排出部１４の外部に排出する細切モジュール３０が設けられる。
このような細切モジュール３０はスクリュー部材２１の長手方向に沿って多数設けられる。
このように、細切モジュール３０がスクリュー部材２１に多数設けられるのは含水ゲルの細切される粒子の大きさを適切な大きさに維持して円滑な細切を可能にするためである。
より具体的に説明すると、細切モジュール３０は、バレルボディ１０の内部に設けられて移送部２０により移送された含水ゲルを粉砕するカッター部材３１と、カッター部材３１により粉砕された含水ゲルを細切した状態で排出する多孔板３３を含み得る。このような細切モジュール３０はスクリュー部材２１の長手方向に沿って複数個が互いに離隔した状態で設けられる。
カッター部材３１はスクリュー部材２１の回転作動と共に回転可能に設けられてスクリュー部材２１により移送空間１１から移送された含水ゲルを適切に粉砕するように設けられる。
カッター部材３１は細切モジュール３０が多数設けられるため、多孔板３３を間に置いてスクリュー部材２１に多数設けられる。
多孔板３３は多数のカッター部材３１の間とバレルボディ１０の排出部１４位置にそれぞれ設けられる。多孔板３３には複数の細切孔が形成される。
したがって、カッター部材３１により粉砕された含水ゲルはスクリュー部材２１の回転作動によって発生した加圧力によってバレルボディ１０の内部で加圧移動するため、多孔板３３の細切孔を介して細切した状態で安定して排出される。
ここでバレルボディ１０の内部には界面活性剤が投入される。界面活性剤は含水ゲルがカッター部材３１で粉砕されて多孔板３３の細切孔を通過して細切される過程でより円滑な細切作用が行われるようにする。
多孔板３３は熱処理された金属材質で形成されて含水ゲルの移送される加圧力を安定的に支持する。
図４は本発明の第１実施形態による多孔板がバレルボディの内部に多数設けられている状態を概略的に示す要部図である。
図４に示すように、多孔板３３に形成された細切孔３３ａは多数の多孔板３３のそれぞれに相違する大きさの直径でそれぞれ形成される。図４はバレルボディ１０の内部に設けられた多孔板３３のみを概略的に示す要部図である。
すなわち、多孔板３３はスクリュー部材２１の長手方向に沿って一定間隔互いに離隔した状態で複数設けられ、細切孔３３ａは複数配置された多孔板３３のそれぞれで排出部１４方向に直径が次第に減少した状態に形成される。
このように、細切孔３３ａは多数の多孔板３３のうちバレルボディ１０の内部で駆動モータ２３に最も近接した位置Ａの多孔板３３で最大直径で形成され、排出部１４に最も近接した位置Ｂの多孔板３３で最小直径で形成される。
前述したように本実施形態の高吸水性含水ゲル複合細切装置１００は、多孔板３３とカッター部材３１がスクリュー部材２１の長手方向に沿って多数設けられ、複数の多孔板３３のそれぞれに形成された細切孔３３ａの大きさを排出部１４方向に次第に減少するようにし、含水ゲルの細切工程がより円滑に行われ、数ミリメートル以下の大きさの小さい大きさへの含水ゲルの細切も可能である。
実施例１
実施例１はアクリル酸（ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）１００ｇ、３２％苛性ソーダ（ＮａＯＨ）１２３．５ｇ、熱重合開始剤として過硫酸ナトリウム０．２ｇ、光重合開始剤としてジフェニル（２，４，６トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド０．００８ｇ、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）０．２６ｇおよび水４０．０ｇを混合して全体固形分の濃度が４５．０重量％であるモノマー組成物を製造した。
ここでモノマー組成物を紫外線照射装置に供給して同時に１０ｍＷ／ｃｍ２の強度を有する紫外線を照射して６０秒間重合反応を行った。重合反応進行後に製造された重合シートに疎水性界面活性剤（ＳＰＡＮ ６０）０．３ｇを塗布した後、等間隔のスクリューを有するチョッパーを用いて切断し、３００ＲＰＭ速度の回転式乾燥器を用いて乾燥を実施して最終含水ゲルサンプルを得た。
比較例１
Figure 2022541140000002
上記表１に記載したように、含水ゲルを、多孔板を１３回通過させる場合、平均粒子の大きさが減少することを確認することができ、比較例１により実施例１の含水ゲルを複数の多孔板を通過させる場合は含水ゲルの細切時平均粒子の大きさが減少することを把握することが可能である。
実施例２および比較例２
下記表２のように実施例１の疎水性界面活性剤の種類をＳＡ（ステアリン酸（Ｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）系）に変更し、比較例は細切過程の温度を４０℃に変更し、４０℃では激しいニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）現象により製造および測定が不可能であることを確認した。
Figure 2022541140000003
表２において、ＣＲＣは保水能（ＣＲＣ，Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｙ）であり、ＥＣは水可溶成分（Ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ＥＣ）をいう。
図５は重合シートの温度が４０℃である場合、含水ゲル１１０の細切した状態の不良状態であり、図６は重合シートの温度が８０℃である場合、含水ゲル１１０にニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）が発生しなかった状態である。
図７は本発明の第３実施形態によるスクリュー部材のピッチが等間隔に形成された状態を概略的に示す要部図である。図１ないし図６と同じ参照番号に対してはその詳しい説明を省略する。
図７に示すように、本発明の第３実施形態によるスクリュー部材１２１のピッチＰは等間隔の同一ピッチに突出形成される。したがって、含水ゲルの細切された粒子はニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）現象が発生せず良好な状態で細切されることが可能である。
下記表３は一般のスクリューと等間隔のピッチを有する第３実施形態のスクリュー部材を用いた含水ゲルの細切工程を示したものである。
Figure 2022541140000004
図８は従来のスクリュー部材を用いて含水ゲルの細切された粒子を拡大して示す要部拡大図であり、図９は本発明の第４実施形態の等間隔ピッチを有するスクリュー部材を用いて含水ゲルの細切された粒子を拡大して示す要部拡大図である。
図８に示すように従来のスクリュー部材では含水ゲル２１０にニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）現象が発生し、図９に示すように本発明の第４実施形態では含水ゲル２１０にニーディング現象が発生しないことを確認することができる。さらに表３のようにＥＣの減少効果を確認することができる。
すなわち、図９に示すように、等間隔のピッチを有するスクリュー部材を用いる場合、圧力降下が発生して含水ゲル粒子のニーディング（ｋｎｅａｄｉｎｇ）現象が発生せず、水可溶成分（Ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ＥＣ）の減少効果も可能である。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付する図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属するのは当然である。
１０ バレルボディ
１１ 移送空間
１２ 投入部
１３ 支持ベース部
１４ 排出部
１５ バレル螺旋
２０ 移送部
２１，１２１ スクリュー部材
２３ 駆動モータ
３０ 細切モジュール
３１ カッター部材
３３ 多孔板
３３ａ 細切孔
１１０，２１０ 含水ゲル

Claims (7)

  1. 内部に含水ゲルが移送される移送空間が形成され、側面には排出部が形成されたバレルボディ；
    前記バレルボディに設けられて前記移送空間で前記含水ゲルを移送する移送部；および
    前記移送部に設けられて前記含水ゲルを粉砕して細切した状態で前記排出部の外部に排出する多数の細切モジュール；
    を含む、高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  2. 前記細切モジュールは、
    前記バレルボディの内部に設けられて前記移送部によって移送された前記含水ゲルを粉砕するカッター部材；および
    前記カッター部材によって粉砕された前記含水ゲルを細切した状態で排出する多孔板；
    を含む、請求項１に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  3. 前記移送部は、
    前記移送空間の内部に回転可能に設けられて含水ゲルを移動させるスクリュー部材；および
    前記スクリュー部材に回転駆動力を提供する駆動モータ；
    を含む、請求項２に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  4. 前記多数の細切モジュールは、
    前記スクリュー部材で前記排出部方向に互いに離隔した状態で設けられる、請求項３に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  5. 多数の前記多孔板には前記含水ゲルを細切した状態で排出する多数の細切孔が形成され、
    前記細切孔は多数の前記多孔板に互いに相違する大きさの直径でそれぞれ形成される、請求項４に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  6. 前記細切孔は、多数の前記多孔板のうち前記排出部位置で最小直径で形成される、請求項５に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
  7. 前記スクリュー部材のねじ山は同じピッチ（ｐｉｔｃｈ）で形成される、請求項３から６のいずれか一項に記載の高吸水性含水ゲル複合細切装置。
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