JP3205206B2 - 熱可塑性樹脂の造粒方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱可塑性樹脂の造粒方法
に関する。さらに詳しくは、熱可塑性樹脂を長期間にわ
たって連続的に安定かつ均質に造粒する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】熱可塑性樹脂の工業的な造粒方法として
は、例えば、（イ）溶融樹脂をひとつもしくは複数のノ
ズルから押し出し、適当な冷却浴（多くの場合水浴）を
通したのち、紐状となった樹脂を引き上げつつ適当な大
きさに切断して粒状物、即ちペレットを得る、いわゆる
ストランドカット法、（ロ）溶融樹脂を環状に配置され
た多数のノズルから押し出し、このノズルを有するダイ
プレートに軸平行に設けられた軸によって駆動され、垂
直面内で回転するカッターにより切断してペレットを得
る、いわゆるホットカット法、（ハ）前記（ロ）の方法
において、切断が完全に水中で行われるようにダイプレ
ート及びカッターをフードで覆い、該フード内へ連続的
に冷却水を供給しつつペレットを得る、いわゆる水中カ
ット法、などが良く知られている。

【０００３】特に短時間に大量のペレットを得ることが
でき、しかも取扱上便利な球状に近いペレットが得られ
ることから（ロ）、（ハ）の方法は工業的に広く使用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た（ロ）の技術においては、鋭い切断を行なうためにカ
ッターの回転速度を比較的大きくし、カッター（通常は
回転盤に２枚以上とりつけて使用される）とダイプレー
トのクリアランスを極小に保つ必要があり、場合によっ
てはカッターを充分に強くダイプレートに圧着しなけれ
ばならず、この結果、カッターの刃の部分及びダイプレ
ート表面の著しい摩滅や摩擦熱による刃のなまりを生じ
る。カッターの刃の部分が摩滅したりなまりを生じたり
すると切断力が鈍くなるため、得られるペレットの形状
が所望のものから大きくはずれたり、ノズルから次々に
出てくる樹脂を切断しきれず、ペレット同士が融着した
ものが得られたりして、工業的な生産に大きな支障をき
たすことになるのでカッターを比較的短期間に交換しな
ければならない。ダイプレート表面の摩滅に関しても同
様の不都合が生じ、場合によっては高価なダイプレート
自体を交換する必要にせまられる。逆に、この摩滅を少
なくするためにはダイプレートに対するそれぞれのカッ
ターの調製に多くの時間を要するし、その頻度も少なく
なく、安定して良好なペレットを得るために多大な労力
を必要とする。

【０００５】また上記（ハ）の方法においては、冷却水
がダイプレートおよび回転式カッターを覆うように常時
供給されるため、切断が行われる部位の温度は樹脂の溶
融温度に比べてかなり低くなる。従って、摩擦熱による
刃のなまりなどは発生しにくくなるが、反面、溶融樹脂
がダイプレートのノズルの部分で凝固してノズルの目詰
まりを起こしたり、各ノズルからの流速に変動を生じや
すい等の不都合がある。これらの不都合は樹脂の溶融温
度を上げることである程度回避できるが、樹脂の種類に
よっては溶融温度を上げること自体が樹脂の品質に悪影
響を及ぼす。加えて、カッターが水中で回転駆動される
ため、実際の切断力より相当大きい動力を要する欠点も
ある。

【０００６】そこで本発明はこれらの様な問題点に着目
し、造粒方法として工業的に広く使用されているホット
カット法での熱可塑性樹脂の造粒において、簡便であっ
て長期間にわたって連続的に安定かつ均質に造粒する方
法を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、環状
に配置された多数の溶融樹脂吐出ノズルを有する造粒用
ダイプレートとこの中央前面に押出軸方向に調製可能に
設置されている回転式カッターとで構成されるホットカ
ット型式の造粒装置を用いて熱可塑性樹脂を造粒するに
際し、多数の溶融樹脂吐出ノズルが形成する環の中心側
において造粒用ダイプレートと回転式カッターとの間隙
に存在する空間に水を連続的に注入し、回転式カッター
の遠心力を利用して水を分散させカッターの刃の部分を
連続的に水と接触させることを特徴とする熱可塑性樹脂
の造粒方法である。以下、本発明をさらに詳細に説明す
る。

【０００８】ホットカット型式の造粒装置の代表的な例
を図１（側面図）、図２（正面図）に示す。押し出し機
（１）で溶融され、送られてきた熱可塑性樹脂は流路
（２）を通り、造粒用ダイプレート（４）に環状に配置
された多数の溶融樹脂吐出ノズル（３）より吐出され
る。吐出された樹脂は次いで押出軸方向に調製可能に設
置されている回転式カッター（５〜９）へ供給される。
図中（５）は通常は交換可能なカッターを、（６）はカ
ッターを装着する円盤状のカッターホルダーを、（７）
は回転軸を、（８）は軸受を、（９）は回転力を与える
駆動装置を各々示している。吐出された樹脂は高速に回
転するカッター（５）によって瞬時に切断されペレット
状となり、円周方向にはじきとばされつつ空冷されカッ
ターボックス（１０）の壁面に衝突し、排出口（１１）
より製品ペレットとして排出される。この際、カッター
ボックス（１０）の壁面に水を常時供給し、樹脂の冷却
を速める方法が一般的に用いられている。

【０００９】本発明が意図する改良は上記の一連の過程
のうち、吐出された樹脂が高速に回転するカッター
（５）によって瞬時に切断される過程に係わるものであ
る。図３に樹脂が切断される部分の拡大図を模式的に示
す。本発明においては多数の溶融樹脂吐出ノズルが形成
する環の中心側において造粒用ダイプレートと回転式カ
ッターとの間隙に存在する空間に水を連続的に注入し、
回転式カッターの遠心力を利用して水を分散させ、カッ
ターの刃の部分（５’）を連続的に水と接触させること
を特徴としている。カッターの刃の部分が水と接触する
ことにより充分に冷却され、ホットカット法で発生する
カッターの刃の部分及びダイプレート表面の著しい摩滅
や摩擦熱による刃のなまりを大幅に低減することができ
る。これによりカッターやダイプレートの交換頻度は従
来に比べて著しく減少するとともに、カッターの調製作
業もまた大きく軽減され、熱可塑性樹脂の造粒を長期間
にわたって連続的にかつ安定して継続することができ
る。このことは均質な形状のペレットを安定して大量に
得られるということであり、工業的にみて極めて重要な
ことである。また、カッターの刃の部分（５’）を集中
的に水と接触させるため、冷却水がダイプレートおよび
回転式カッターを覆うように常時供給される水中カット
法に比べて、溶融樹脂温度を上げる必要がなく、溶融樹
脂がダイプレートのノズルの部分で凝固してノズルの目
詰まりを起こしたり、各ノズルからの流速に変動を生じ
るようなことも格段に少ない。当然のことながら切断に
必要な動力も水中カット法よりも少なくて済むといった
利点もある。このように本発明の造粒方法は従来のホッ
トカット法や水中カット法に比べて工業的にみて極めて
優れた方法である、といえる。

【００１０】カッターの刃の部分を連続的に水と接触さ
せる方法としては本発明以外にも様々なものが考えられ
る。例えば、回転式カッターの後方からカッター及びダ
イプレートに向かって適量の水を噴霧しカッターの刃の
部分を水と接触させる方法、カッターの適当な位置に水
の供給口を設けて水を供給し、回転するカッターの遠心
力を利用して刃の部分を水と接触させる方法、ダイプレ
ート側のノズル近傍に水の供給口を設けて水を供給し、
カッターの刃の部分を水と接触させる方法などである。
これらの方法は本発明が意図する効果をある程度は現出
するが、本発明の多数の溶融樹脂吐出ノズルが形成する
環の中心側において造粒用ダイプレートと回転式カッタ
ーとの間隙に存在する空間に水を注入し、回転式カッタ
ーの遠心力を利用して水を分散させカッターの刃の部分
と接触せしめる方法と比べて、その効果は低い。また本
発明は水の供給口を容易に設けられる（加工がしやす
い）といった利点もある。本発明方法の模式図を図３に
示す。図中の破線が示すように水を供給し、カッターの
刃の部分と接触せしめるのである。さらに具体的にはダ
イプレートの中央部もしくは円盤状のカッターホルダー
のカッター装着部より中心側の部分に水の供給口を設
け、これらから水を連続的に供給することによってまず
ダイプレートと円盤状カッターホルダーとの間に水を存
在せしめ、ついで回転式カッターの回転によって生じる
遠心力を利用して水を分散させることによってカッター
の刃の部分を集中的かつ連続的に効率良く水と接触させ
ることができる。水の供給口は一つ以上あれば良いが、
より均一な水の分散を得て本発明の効果を最大に現出す
るためには、カッターの数と同等以上の数の供給口を各
カッターに対して均等な位置に配置すると良い。この場
合、水の供給口は円盤状カッターホルダーに設けるのが
最も簡便である。

【００１１】本発明はカッターの刃の部分を集中的に水
と接触させて冷却するので、供給する水の量は水中カッ
ト法に比べて極めて少なくてよい。これは水が有する大
きな熱容量と蒸発潜熱を利用してカッターの刃の部分を
集中的に冷却できるからである。具体的な水の供給量は
樹脂の種類や粘度、温度、吐出量、カッターの枚数や回
転数及びダイプレートへの押し付け圧力、さらにはカッ
ターやダイプレートの大きさや材質に応じて適宜設定す
ればよいが、通常は溶融樹脂の吐出量１重量部に対し、
０．００１〜２重量部、好ましくは０．０１〜０．５重
量部である。

【００１２】本発明における熱可塑性樹脂は特に限定さ
れるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リスチレンなどのいわゆる汎用樹脂類、ポリアセター
ル、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイドな
どのエンジニアリング樹脂類、及び各種樹脂にフィラー
や添加物を練りこんだものなど、様々な樹脂の造粒に適
用することができる。

【００１３】本発明で使用される造粒用ダイプレートは
一般的に使用されているもので構わないが、硬度として
はロックウェルＣ硬度（ＨＲＣ）で５０以上、材質とし
てはタングステンカーバイド系合金、チタンカーバイド
系合金等が好ましく用いられ、特にダイプレートが水と
接触することを考慮して、熱衝撃に強い材料を選択する
とよい。カッターの硬度、材質は用いられるダイプレー
トの硬度、材質及び樹脂の種類に応じて適宜選定すれば
良いが、一般的にはダイプレートの硬度より低いもので
あって、かつダイプレート材質と相性が良い（例えば両
材料が融着したりしない）ものを選定するのが普通であ
る。またカッターの枚数や回転数についても常識的な範
囲で選定すればよく、例えば枚数は２〜１６枚、回転数
は２００〜３０００ｒｐｍであって本発明によって特に
制限を受けるものではない。

【００１４】

【実施例】以下に本発明を実施例および比較例を用いて
更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれら例によっ
てなんら限定を受けるものではない。 （実施例１）内径１９０ｍｍの２軸押出機を用いてポリ
アセタール樹脂を連続的に造粒した。造粒条件は次の通
りである。溶融樹脂吐出ノズル２８８個を半径１４６〜
１７８ｍｍの間に環状に配置した硬度（ＨＲＣ）７５の
造粒用ダイプレートを用い、カッターには硬度（ＨＲ
Ｃ）６０のものを６枚使用した。円盤状カッターホルダ
ーにはカッター装着部より中心側の部分に６カ所均等に
水の供給口を設け、多数の溶融樹脂吐出ノズルが形成す
る環の中心側において造粒用ダイプレートと回転式カッ
ターとの間隙に存在する空間に水を注入できるように
し、毎時１５０リットルの水を供給した。使用したカッ
ター及び円盤状カッターホルダーの略図を図４に示す。
造粒されるポリアセタールは溶融樹脂温度を１８０〜２
４０℃となるように管理し、分子量の様々な製品を得る
ために溶融樹脂の粘度はメルトインデックス（ｇ／１０
ｍｉｎ）で２〜８０のものを適宜くりかえして供給し
た。溶融樹脂の吐出量は粘度によって調整し、毎時２〜
４トンとした。カッターは造粒用ダイプレートに約２ｋ
ｇｆ／ｃｍ² の圧力で押し付け、回転数は溶融樹脂の吐
出量に応じて８００〜１５００ｒｐｍの間で調整した。

【００１５】造粒を４カ月間連続して行ったところ、か
かる長期間の運転にもかかわらず、造粒状態は極めて安
定しており、カッターの交換や調整の必要は全く生じな
かった。造粒物の形状も溶融樹脂粘度の違いに由来する
わずかな変化があるだけで極めて均質なものが得られ
た。また造粒終了後にカッターを取り外して、カッター
の刃の部分及びダイプレート表面を観察したところ、ほ
とんど損傷らしきものはなかった。

【００１６】（比較例１）水の供給をしなかった他は実
施例１と同様の操作、即ち通常のホットカット法による
造粒を行った。造粒開始１日後から造粒物の形状に乱れ
が発生し、これを回復させるために造粒用ダイプレート
へのカッターの押し付け圧力を増加させたり、押出機を
一時的に停止してカッターの位置を微調整するなどの調
整作業が必要となった。しかしながらこの様な調整は長
続きはせず、３日後にはカッターの交換が必要となっ
た。取り外したカッターを観察したところ、刃のかなり
の部分に焼けがみられ、刃のかえりなどの損傷が認めら
れた。カッターを交換しつつこの造粒法をくりかえし行
ったが、溶融樹脂粘度や造粒用ダイプレートへのカッタ
ーの押し付け圧力によって若干の差はあるものの、２〜
５日後にはカッターの交換が必要となった。また造粒用
ダイプレートを観察したところ徐々に損傷が大きくなっ
ていくのが認められた。

【００１７】（比較例２）カッターの背の部分（図３に
おける５”の部分）を冷却することで熱伝導によって刃
の部分も冷却できないかと考え、背の部分に集中的に水
が接触するように水の流路を設けて水を供給した他は、
通常のホットカット法による造粒を行った。結果はカッ
ターの交換頻度が２〜１０日おきになっただけで、ほと
んど効果は認められなかった。

【００１８】（比較例３）円盤状カッターホルダーの水
の供給口から水を供給するかわりに、回転式カッターの
後方からカッター及びダイプレートに向かって水を噴霧
しカッターの刃の部分を水と接触させる方法をとった他
は実施例１と同様の操作を行った。造粒開始後１週間は
造粒状態は安定していた。しかしその後の造粒では造粒
物の形状に乱れを生じ、カッターを交換する必要が生じ
た。また使用後のカッターを取り外して観察したとこ
ろ、刃の部分に一部焼けが発生しており、また一部には
損傷もみられた。これら実施例、比較例により、本発明
の方法即ち、カッターの刃の部分を集中的かつ連続的に
水と接触させることが安定した造粒にいかに効果がある
ものかがわかる。

【００１９】

【発明の効果】本発明により造粒方法として工業的に広
く使用されているホットカット法での熱可塑性樹脂の造
粒において、簡便であって長期間にわたって連続的に安
定かつ均質に造粒することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のホットカット型式の造粒装置の断面側面
図である。

【図２】従来のホットカット型式の造粒装置の断面正面
図である。

【図３】本発明の樹脂が切断される部分の拡大模式図で
ある。

【図４】実施例で使用したカッター及び円盤状カッター
ホルダーの概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒木 勇二 岡山県倉敷市潮通３丁目13番１ 旭エン ジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−219014（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−245833（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−24913（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案3010264（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29B 9/00 - 9/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状に配置された多数の溶融樹脂吐出ノ
   ズルを有する造粒用ダイプレートとこの中央前面に押出
   軸方向に調製可能に設置されている回転式カッターとで
   構成されるホットカット形式の造粒装置を用いて熱可塑
   性樹脂を造粒するに際し、多数の溶融樹脂吐出ノズルが
   形成する環の中心側において水の供給口の数をカッター
   と同数以上にし、且つ供給口は各カッターに対して均等
   な位置に配置し、溶融樹脂の吐出量１重量部に対して
   ０．０１〜０．５重量部の水を、造粒用ダイプレートと
   回転式カッターとの間隙に存在する空間に連続的に注入
   し、回転式カッターの遠心力を利用して水を分散させカ
   ッターの刃の部分を連続的に水と接触させることを特徴
   とする熱可塑性樹脂の造粒方法。
2. 【請求項２】 造粒用ダイプレートのロックウェルＣ硬
   度（ＨＲＣ）が５０以上で且つカッターのＨＲＣが造粒
   用ダイプレートのＨＲＣより低いことを特徴とする請求
   項１記載の熱可塑性樹脂の造粒方法。
3. 【請求項３】 造粒用ダイプレートの材質がタングステ
   ンカーバイド系合金、またはチタンカーバイド系合金で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の熱可塑性樹
   脂の造粒方法。