JP3718429B2 - 高分子量のエラストマー材料を溶解して処理する処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューインガム及びチューインガムベース用のポリイソブチレンのような高粘度のエラストマー材料の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エラストマーはチューンガムのベースの１つの主な成分であり、最終的なチューインガム製品の主な成分である。通常、チューインガムベースは、最終的なチューインガムとは別に製造されるが、１つの連続した方法で最終的なチューインガムを製造することができるいくつかの装置がある。
【０００３】
通常、チューインガムは水溶性のバルク部分と、非水溶性のチューインガムベース部分と、非水溶性の芳香剤とを有する。
非水溶性ガムベースは、エラストマー、エラストマー溶剤、可塑剤、ワックス、乳化剤、無機充填剤を有する。水溶性部分は、ガムを噛んでいる間の時間にわたって、芳香剤の一部とともに消失する。ガムベース部分は、ガム製品を噛んでいる時間を通して口の中に保持される。
【０００４】
チューインガムを製造するバッチ法は、商業的規模でチューインガム並びにガムベースを製造する基準的な方法と考えられてきた。
しかしながら、通常シグマブレード社のミキサを使用するバッチ法は、大きな労働力を必要とする傾向があり、ちょう度が変化するチューインガムを製造する。
【０００５】
ガムベースとチューインガムの製造を簡単にし、その製造に必要な時間を低減すること、並びに、向上したちょう度の大きな特性を有するガムベース及びガム製品を準備するようにする種々の努力が成されてきた。例えば、最終的なガム製品をつくるために連続的な押出機を使用することは、Degadyらに付与された米国特許第5,135,760号及びLescoらに付与された米国特許第5,045,325号及びKramerに付与されている米国特許第4,555,407号に示されている。また、連続押出機械を使用してチューインガムベースを連続的に製造する技術においていくつかの方法がある。例えば、双方がSongらに付与された米国特許第5,419,919号及び米国特許第5,486,366号に示されている。
【０００６】
これらの特許に示された連続ガムベース処理及び最終的なチューインガム製造方法は、ツインねじ押出機のような連続押出機械を使用している。チューインガムベースまたは最終的なチューインガム製品またはその双方を製造するために使用することができる連続押出機は、日本製鋼所、Leistritzt, Werner&Pfleiderer Corp., 及びBuss Mfg社WLS, Togum及びBaker Perkins.から市販されている押出機を含む。
【０００７】
これらの押出機は、いくつかの異なる送り入口を有し、この送り入口で成分が加えられ、押出機のバレルの内側の細長いねじは、異なる型式の混合部材及びブレンド部材を備えている。
【０００８】
異なる設備メーカーが異なる型式のねじ部材を製造しているが、ほとんど共通の型式は、搬送部材と、圧縮部材と、反転搬送部材と、剪断ディスク及び歯部材のような均一化部材と、こねまぜディスク及びこねまぜブロックとを有する。これらの種々の型式の部材、押出機機械に使用される他の部材、特に、ツイン押出機は、この技術分野でよく知られ、市販されている。この部材は、特に、特定の型式の押出機のために設計されている。この点に関して同様の機能を果たす部材は、それらが意図する押出機の形式によって変化する。
【０００９】
チューインガム及びチューインガムベース製品を製造するために、バッチ型の処理機または連続した押出機型の処理機が使用されるが、これらの製品の種々の成分を最適な形態でまた状態で提供することが重要である。これは、最終的な処理の速度及び効率を改良する。この点に関して充填剤、エラストマー、可塑剤、オイル、ワックス等のような成分は、しばしばバッチ処理または押出処理に含まれる前に特別な取り扱いまたは準備を必要とする。
【００１０】
成分の準備は、特に重要である。ここで連続押出処理が使用される。連続押出処理装置に送られる成分は、取り扱い、挿入及び押出機内のその他の成分との相互混合を容易にするために最適な寸法、形状、条件及び温度に設けられなければならない。また、いくつかの種々の成分材料の特性によって、それらを最もよい可能な状態で押出機に挿入することができるようにそれらを予め準備するか、予め混合することが必要である。
【００１１】
ガムベースの重要な１つの成分はエラストマー部分であり、この部分は、天然エラストマー、合成エラストマーまたはその組み合わせを含む。このガムベースの部材は、ガムを噛むことによって生じる変形を復元するために弾性を有する水溶性本体を提供することを特徴とすることが重要である。ガムベースを準備する際に、チューインガムの種々の特性を果たすためにベース成分に含まれる他の成分をエラストマー部分と十分に混合し、ガムベース製品全体が均質相として適当な弾性を保持するようにすることが重要である。
【００１２】
チューインガムベース及び最終的なチューインガム製品に使用するのに適した固体エラストマーは、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソブチレン、及びイソブチレンイソプレン共重合体のような合成ガムまたはエラストマー、並びにチクル、天然ゴム、ジェルトン、バラティー、グッタペルカ、レッチ、カスピ、ソルバガムまたはそれらの混合物のような天然ガムまたはエラストマーを含む。
【００１３】
通常、ポリイソブチレンは、ガムベースのエラストマー成分の１つとして使用される。ポリイソブチレンは、「噛み心地（チューワビリティ）」を最終的なガム製品に付加する。なぜならば、ゴムのような多数のエラストマー材料は噛むのには固いからである。ポリイソブチレン材料は、例えば、Ritchem 社及びExxon社（VISTANEX)として市販されている。
【００１４】
ポリイソブイレン及び大きな分子量例えば、３０，０００以上の分子量を有する他のエラストマー材料は、商業的プロセスで作業するのは困難である。これらの材料は、それらの粘度、ちょう度及び特性によって取り扱い、溶解し、研磨し、小片に切断することが困難である。これらの材料を処理する際の困難性は、所定量の、所定の状態及び温度で材料を付加する必要がある場合に連続押出処理する際に一層大きくなる。ポリイソブチレンのようなこれらのエラストマー材料を溶かし処理するとき、溶けて液化した材料に空気が混合しないことが重要である。材料に捕捉された空気は、正確で能率的に調整された材料を連続した押出機に入ることを防止する。また、捕捉された空気は、望ましくない材料の酸化を助長する。
【００１５】
バッチ型の処理において、高分子量のエラストマー材料は、押出機の場合よりさらに容易に使用される。バッチ型の処理において、球塊状、板状、円筒形の材料が、バッチ混合タンクに簡単に挿入され、時間がたって溶け、他のタンク内の成分と混合することができる。
【００１６】
これらの材料を溶かすために、通常、それらを１２１−１４９℃（２５０−３００°F）以上まで加熱する必要がある。連続押出装置を使用してチューインガムまたはガムベース処理装置でこれらの材料を用いるために、それらを液体の状態に維持するためにそれらを高温に維持する必要がある。しかしながら、この高温において、もし、主な押出機を長期間にわたって使用する場合には、装置の他の成分に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、チューインガム製品及びガム製品の改良された製造方法及び製造装置を提供することである。また、本発明の目的は、チューインガム及びチューインガム製品の改良された処理を容易にするためにポリイソブチレンのような高分子量エラストマー材料を準備するための改良された方法及び装置を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、ポリイソブチレンのようなエラストマー材料を連続的に溶かし収納する方法及び装置を提供することである。本発明の他の目的は、連続押出機を使用するチューインガムまたはチューインガムベースにポリイソブチレンのような高分子エラストマー材料を送る改良された方法及び装置を提供することである。
【００１９】
これら及び他の目的及び利点及び長所は、次の説明の好ましい形態で詳細に説明する本発明に合致する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガムベース及び最終的なチューインガム製品を製造する改良された装置及び方法を提供する。ガムベース製品のある成分として使用されるポリイソブチレンのようなある高分子量のエラストマー材料を溶かし、送るために新しい方法及び装置が使用される。好ましくは、本発明は、３，０００以上の分子量を有するエラストマー材料とともに使用される。連続押出機械を使用する場合、連続して安定した状態でガムベース押出工程の動作中に本発明によって準備され供給されたエラストマー材料が、押出機械のバレルに直接挿入される。
【００２１】
本発明によれば、エラストマー材料の固体片が「扇形」の形状に配置された加熱プレートの組または群として配置される。このプレートは、材料を溶かすために必要な温度に到達するために加熱オイルの循環によるような方法で内側が加熱される。加熱溶融プレートのすぐ下に複数の加熱偏向部材が配置される。溶融プレート及び偏向部材はハウジングに配置され、このハウジングは、蒸気加熱ジャケットによって上昇温度に維持される。ハウジングは、溶けて液化した材料を加熱保持タンクに送る加熱傾斜導管に接続されている。傾斜した導管及び保持タンクは、双方が蒸気コイルを備えた外面に接続されている。この方法において、導管及び保持タンクは、ハウジングのエラストマー材料の溶融点上の温度にまで加熱される。
【００２２】
ハウジングの溶融プレートに配置されたエラストマー材料は、ゆっくりと加熱され、溶かされ、扇形プレートを通り偏向部材に流れる。溶けた材料は、重力で流れ、撹拌や空気の泡が形成されないまま、傾斜導管を通って保持タンクに流れる。
【００２３】
液体材料は、隔離弁及びポンプ機構によって保持タンクから排出される。本発明によれば、ポリイソブチレンのような高分子量のエラストマー材料は、溶け、空気の捕捉及び酸化が最小限である液体として収容される。材料は、連続した押出型工程に直接導入される条件及び温度にあり、それに対して正確に調整される。
【００２４】
本発明の他の特徴、利点及び効果は、添付図面及び特許請求の範囲を見るとき明らかになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、チューインガムベース及びチューインガム製品のある成分として使用されるポリイソブチレンのような高分子量エラストマー製品及び材料を処理するのに適している。ポリイソブチレンの商品名の１つに、Vistanexというエクソン社の製品である。市販されている他のポリイソブチレン材料は、Richem社から市販されている。好ましくは、本発明は、３０，０００を越える分子量を有するエラストマー材料である。
【００２６】
通常、本発明は、それらの導入と使用を容易にするためにチューインガムベース及びチューインガム製品を製造する連続方法で使用され、高分子量エラストマー材料を溶解して収納し供給する装置及び方法を提供する。この点に関して本発明は、チューインガムベースまたは最終的なチューインガム製品のいずれかのポリイソブチレンまたは他の成分を準備するために使用することができ、バッチ型式の装置または連続した押出形の装置とともに使用することができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態において、本発明を図示するために、押出機を使用する連続ガムベース製造装置を使用することについて述べる。特に、連続ガムベース工程において使用するために、本発明は、ガムベースのあるエラストマー成分への送り、ガムベース製品の他の材料及び成分との相互混合を容易にする。
【００２８】
本発明による装置が図１に示され、参照符号１０で示されている。図２及び図３は、装置１０の側面図及び平面図であり、図２は、部分断面図である。図４は、本発明とともに使用する好ましい扇形の溶融プレートの拡大図である。図５は、本発明の使用を示す図であり、連続押出機１２を使用する連続ガムベース製造工程を示している。
【００２９】
エラストマーは主なチューインガム成分の１つであり、したがって最終的なチューインガム製品の主な成分である。通常のチューインガムベースは、１つまたは複数の充填剤、エラストマー溶剤、可塑剤、１つまたは複数のエラストマーを有し、選択的にポリマー、ワックス、乳化剤及び種々の着色剤、芳香剤、及び酸化防止剤を含む。製品のエラストマー部分は、天然エラストマー、合成エラストマーまたはその組み合わせを含む。チューインガムベース及び最終的なチューインガム製品に使用するのに適した固体のエラストマーは、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソブチレン、及びイソブチレンイソプレン共重合体のような合成ガムまたはエラストマー、並びにチクル、天然ゴム、ジェルトン、バラティー、グッタペルカ、レッチ、カスピ、ソルバガムまたはそれらの混合物のような天然ガムまたはエラストマーを含む。
【００３０】
ガムベースのエラストマー材料は、噛むことによって生じる変形から回復するための弾性を備えた非水溶性本体を提供する。多数のガムベース及びガム製品の場合、ガムの「噛み心地（チューワビリティ）」を増大するためにポリイソブチレンのような他のエラストマー製品が付加される。しかしながら、これらのエラストマー材料は、取り扱い及び処理をすることが困難である。特に、低粘度の、高分子量及びその結果生じる特性及び特徴によって、これらの材料は固体から液体に迅速に変化しない。さらに、これらの材料は、一貫性のある方法でガムベースまたはチューインガム製品に正確に調量し導入することが困難であり、ガム製品が非均一で一貫性のない結果を生じる。
【００３１】
チューインガム及びチューインガムベース製品を製造するためにバッチ型の方法または連続した押出処理機が使用されるが、これらの製品の種々の成分を最もいい形態及び条件で提供することが重要である。これは、最終的な処理の速度及び効率を改良し、バッチとバッチとの間及び製品と製品との間の一貫性及び均一性を保証する。この点に関してバッチ処理または押出処理に含まれる前に、特別の取り扱い及び準備を必要とする。
【００３２】
この成分の準備は、連続押出処理機を使用する場合重要である。連続押出処理機に送られる成分は、挿入を容易にするために最適な寸法、形状、条件（固体、液体等）及び温度において提供されるか、押出機の他の成分と相互に混合されることが好ましい。また、多数の種々の成分材料の特性は、最も可能な条件で押出機に挿入するために他の材料と予め混合し、硬化し、粒子に破壊される。
【００３３】
また、最終的な製品の均一性及び一貫性を得るために連続押出処理機に加えられる材料の量を制御することが重要である。ときどき、ポリイソブチレンのようなエラストマー及び他のエラストマが溶け、液化するとき、それらの中に空気が捕捉されるか、または他の不純物がそれらの中に埋まり、材料の単位当たりの重さ及び単位当たりの容積に影響を与える。また空気が材料の望ましくない酸化を生じる。これらの要因は、最終製品の品質、均一性及び一貫性に影響を与える。
【００３４】
本発明は、連続した押出型の装置に使用することが可能な最適な方法でポリイソブチレンのような高粘度で高分子量エラストマー材料を溶かし処理する装置及び方法を提供する。好ましくは、本発明は、３０，０００を越える分子量を有するエラストマー材料とともに使用される。この材料は、加熱タンクで均一に溶かされ、装置のタンクから保持領域に重力により移行する。これは、材料において一定の溶解温度及び溶解条件を保証し、また空気が混合し、他の不純物がその装置に入ることを防止する。
【００３５】
図１ないし図３に示すように、装置１０は、ハウジング部分１４と、傾斜搬送または搬送部分１６と、保持タンク部分１８とを有する。３つの部分１４，１６及び１８の各々は、装置１０の部分全体の内部の所望の温度を維持するためにその外周部分が加熱される。この点に関してハウジング１４並びに部分１６及び１８は、外部に蒸気コイル２０を備えている。これらのジャケットは、蒸気のような加熱流体の循環用の通路及び導管を有し、ハウジングの外周に配置され及び隣接部分に配置されている。この蒸気コイル部材２０は、従来の構成であり、適当な温度及び分配制御によって従来の蒸気源（図示せず）から蒸気が供給される。
【００３６】
材料の重量を測定し装置内で加熱され、液化した材料の量を決定するために１つまたは複数のロードセル２４が装置の種々の点に配置されることが好ましい。この点に関して図２は、１つのロードセル２４を示しているが、従来の方法によれば複数のロードセルを設けることができることを理解しなければならない。
【００３７】
加熱された溶融プレート２８のいくつかの組２６はハウジング１４に配置されている。プレート２８は、図１、２及び４に示すような扇形の群または構成の組２６として配置されている。このプレートは、それらの上端に大きな開口または空隙Ｇを、それらの下端に小さいまたは空隙Ｈを有する。また、図４に示すように、プレート２８の各々の上方及び下方の細長い縁部３０及び３１は先端を有する。
【００３８】
１つまたは複数の偏向部材は、加熱溶融プレート２８の組２６のすぐ下に配置されている。この点に関して図１及び図２に示す本発明の実施形態は、３つの偏向部材３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃを有する。これらは、加熱溶融プレートの３つの組２６に対応する。プレート３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃは、異なる長さであり、搬送部分１６の傾斜面または表面に向かってプレートの組を通って流れる溶融液体材料を偏向させるために使用される。これは、図１及び図２において矢印３４によって示される。
【００３９】
装置のハウジング部分並びに溶融プレート及び偏向部材は、ステンレススチール材料からつくられる。この溶融プレート及び偏向部材は、内部空洞を有し、加熱オイルの循環によって内部が加熱される。好ましくは、溶融プレート及び偏向部材は、一緒に溶接された２枚のシート材料から成る。このオイルは、従来のオイル源（図示せず）で加熱され、供給される。
【００４０】
装置１０の保持タンク部分１８は、液化された所定量のエラストマー材料を蓄積し収容するために使用する。図２に示すように、材料が溶け、傾斜部分１６の傾斜側４２を下に前進し、保持タンク部分の溶けた一回分の材料４０を形成する。
【００４１】
エラストマー材料は、ハウジング部分１４の開放した上部１５を通って装置１０に入る。エラストマー材料は、平らな板、立方形または円筒形のような従来の固体の形態で供給することができ、ハウジングに手で導入し、オーバーヘッドクレイン形の装置のような従来の自動機構によって供給することができる。この点に関して複数のシリンダ５０は、本発明とともに使用されるエラストマー材料の代表である図１及び図２に仮想線で示されている。材料の中実片５０は、加熱プレート部材２８の上端に直接配置されている。
【００４２】
好ましくは、ハウジング１４及び部分１６及び１８の加熱された蒸気コイルの温度及び加熱溶融プレート２８及び偏向器部材３２Ａ−Ｃの温度は、この方法で使用されるエラストマー材料の溶融温度以上に維持される。例えば、ポリイソブチレンにおいて、装置１０の種々の部品の温度は、２６０℃（５００°Ｆ）までの温度に維持される。
【００４３】
装置１０の上昇温度によって、ハウジング部分１４の溶融プレート２８に配置されたエラストマー材料は、ゆっくりと一様に溶ける。材料は、傾斜して加熱した偏向部材３２Ａ，３２Ｂ及び３２Ｃに沿って、搬送部分１６の加熱した傾斜側４２に向かって群としての扇形加熱プレート２８を通って重力で下方に流れる。次に溶けた材料は、保持または貯蔵タンク部分１８に重力によって流れる。
【００４４】
つぎの処理のために液体材料を使用するために、装置１０は弁機構６０とポンプ機構６２を備えている。弁及びポンプ機構６０及び６２は、チューインガムまたはガムベース処理装置に必要なとき、適当な量の液体エラストマー材料４０を排出するために従来の制御及び分配装置６４によって制御される。この点に関して液体材料４０を押出機１２に提供するためにパイプまたは導管６６が弁機構６０に取り付けられている。
【００４５】
図５を参照すると、押出機１２は、細長いバレル部分７０とモータと制御部分７２とを含む。バレル７０は、中に１つまたは複数の細長いねじ部材７４が配置されており、そのねじ部材は、ガムベースの成分を処理しそれらを一様な溶けたかたまりで排出端７６に前進させ、ここでかたまりを適当な容器７８に排出する。
【００４６】
押出機１２は、多数の入口ポートを有し、そのうちの３つ（８０，８２及び８４）が示されている。また、押出機１２のためにそれより多いかまたはそれより少ない数の入口ポートを設けることも可能である。図５に示す代表的な押出装置１２において、装置１０からの液体エラストマー材料は、入口ポート８２を通って押出機のバレル７０に導入される。
【００４７】
商業的なガムベース処理法における適当な量のエラストマー材料の量を溶融し処理するために、装置１０はかなりの寸法及び容積を有しなければならない。この点に関してハウジング部分１２は、その側面の各々に沿って数フィートである。好ましくは、本発明による装置は、２６０℃（５００°Ｆ）程の温度でエラストマー材料を溶かす溶融タンク装置を有する。商業的目的として、装置１０は、溶融材料を時間あたり数百ポンド溶かす能力があり、それを所望の配分温度で保持することが好ましい。配分装置は、溶解材料を処理機または押出機に、あるちょう度で特定の送り速度及び圧力で送る。本発明は、溶融材料を重力によって流すことによってこれを容易にし、溶融プレート２８から装置の保持部分１８に重力での移行を行い、空気の捕捉をなくす。
【００４８】
また、本発明による装置は、加熱溶融プレート部材２８に溶融表面積の数百平方フィートを有する。さらに、分配ポンプ６２は蒸気加熱され、商業的な一貫した速度で溶融した材料を配分するために従来の方法で制御される。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに変形及び改造が行われることは当業者には明らかであろう。特許請求の範囲によって定義されカバーされる本発明の範囲内に変形例及び変更例全体をカバーすることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のエラストマー処理装置の図面である。
【図２】 図１に示す処理装置の側断面図である。
【図３】 図１及び図２に示す処理装置の平面図である。
【図４】 本発明による好ましい加熱溶融プレートの扇形の構成を示す図である。
【図５】 連続したチューインガムまたはチューインガムベース押出法とともに使用する本発明を示す図面である。

Claims (17)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ作動的に関連する傾斜搬送部分と、
   前記傾斜搬送部分に取り付けられ作動的に関連する保持タンク部分と、
   前記ハウジングに配置された複数の加熱プレート部材と、
   前記加熱プレート部材に直に隣接して前記ハウジングに配置されている少なくとも１つの偏向部材と、を有し、
   前記複数の加熱プレート部材は、少なくとも１つの扇形の群として配置されていることを特徴とする、高分子量のエラストマー材料を溶解して処理する処理装置。
2. 前記偏向部材は加熱される請求項１に記載の装置。
3. 前記ハウジング、搬送部分及び保持タンク部分は、蒸気コイルによって加熱される請求項１に記載の装置。
4. 前記プレート部材及び偏向部材は、加熱されたオイルを循環させることによって加熱される請求項１に記載の装置。
5. 前記保持タンク部分から材料を除去する弁及びポンプ機構を有する請求項１に記載の装置。
6. 前記処理装置は少なくとも１つのロードセルを備えている請求項１に記載の装置。
7. 前記加熱プレート部材は、少なくとも２組の扇形の群として配置される請求項１に記載の装置。
8. 前記扇形の群の各々に前記偏向部材が別々に配置されている請求項７に記載の装置。
9. 前記偏向部材は、前記搬送部分の傾斜面に向かって重力によって材料を流すように配置されている請求項１に記載の装置。
10. 前記エラストマー材料は、ポリイソブチレンである請求項１に記載の装置。
11. 前記エラストマー材料は３０，０００以上の分子量を有する請求項１に記載の装置。
12. 複数のポートを備えた押出機を有する連続ガムベース製造工程に液体エラストマー材料を導入する導入装置であって、
    固体のエラストマー材料を液体に変換するための、加熱ハウジング、加熱搬送部分、加熱保持タンク部分、及び前記材料を溶融するために前記ハウジングに配置された複数の加熱プレート部材を備えた変換装置と、
    前記変換装置から加熱された液体エラストマー材料を除去する除去装置と、
    前記液体エラストマー材料を前記押出機の前記ポートのうちの１つのポートに搬送するための搬送装置と、を有し、
    前記加熱プレート部材は、少くとも１つの扇形の群として配置されていることを特徴とする導入装置。
13. 前記変換装置は、前記加熱プレート部材から前記搬送部分に重力によって溶融材料を流す少なくとも１つの偏向部材を有する請求項１２に記載の装置。
14. 前記偏向部材は加熱される請求項１３に記載の装置。
15. 前記エラストマー材料は、ポリイソブチレンである請求項１２に記載の装置。
16. 前記エラストマー材料は、３０，０００以上の分子量を有する請求項１２に記載の装置。
17. 前記液体エラストマー材料は、前記加熱プレート部材から前記保持タンク部分に重力によって移動し、前記液体エラストマー材料内の空気の捕捉が最小限になる請求項１２に記載の装置。

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