JP3721442B2 - ゴム状重合体の製造方法と製造装置 - Google Patents
ゴム状重合体の製造方法と製造装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム状重合体の製造方法と製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成ゴムの製造工程においては、たとえば図６に示すように、重合タンク２で重合反応を行い、セメント状のゴム溶液を得た後、大型の凝固タンク（たとえば、タンク４，６，８）で構成される凝固装置９により、ゴム状重合体成分を析出させると共に洗浄し、クラム状のゴム状重合体を得る。その後、このクラム状のゴム状重合体を含む液体を、ポンプ１０などで乾燥手段へと搬送し、乾燥状態のゴム状重合体を得る。
【０００３】
凝固装置９を経て脱水乾燥前の重合体はクラム状をなしていて、内部に多量の水分を含有している。このような含水量の多いゴム状重合体の脱水には、遠心脱水機では殆んど脱水することができず、そのため熱源を用いた熱風乾燥によって水分を蒸発させ、乾燥状態としてから成形機へ供給するようになされている。
【０００４】
しかしながら、この加熱乾燥手段によると、膨大なエネルギーを必要とするばかりでなく、長時間高温下にさらされるので、ゴム状重合体自体が劣化する。しかも、これら加熱乾燥手段を成形機への供給系とは別に設けることになるため、設備費の増加を招くうえ、設置スペースの増大につながるという種々の問題があった。
【０００５】
そこで、成形機の成形部へ原料を供給する段階で脱水を行うようにし、上述の問題点の解決を図った２軸押出機（特開昭５９−２１４６３１号公報）が提案されている。このものは、異方向に回転駆動される２本のスクリュに軸方向に所定の間隔において鍔状部を形成し、この鍔状部によって含水原料を圧密させて水分を搾り出し、バレルに設けられたベント口から排水させるようになされたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のゴム状重合体の製造方法と製造装置では、図６に示すように、凝固工程において、大型の凝固装置９を必要としていたため、操作が煩雑であり、操業性が悪く、しかも多大な設置スペースを必要とし、設備コストおよび製造コストを増大させていた。
【０００７】
さらに、従来の方法および装置では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体の生産が著しく困難であった。
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、操業性が向上し（操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図り）、しかもプロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができるゴム状重合体の製造方法と製造装置を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができるゴム状重合体の製造方法と製造装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るゴム状重合体の製造方法は、セメント状のゴム溶液に凝固液を加え、ゴム状重合体成分を析出させ、析出されたゴム状重合体成分を乾燥させることにより乾燥状態のゴム状重合体を得るゴム状重合体の製造方法であって、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプの回転翼の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプにより１ｍ／秒以上の流速で吐出ラインを通じて乾燥手段へ送ることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るゴム状重合体の製造装置は、セメント状のゴム溶液を送るセメント送り手段と、ゴム溶液中のゴム状重合体成分を析出させるための凝固液を送る凝固液送り手段と、前記セメント送り手段および凝固液送り手段によりそれぞれ送られたゴム溶液と凝固液とが、回転翼の入口直前で接触するように吸い込み口が構成され、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプと、前記刃付きポンプにより破砕され、１ｍ／秒以上の流速で送られるクラム状のゴム状重合体を含むスラリーを移送する吐出ラインと、前記スラリーを乾燥させて乾燥状態のゴム状重合体を得る乾燥手段とを有する。
【００１１】
破砕機能付きポンプとしての、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプとしては、特に限定されないが、いわゆるクラッシングポンプと称されるものが好ましい。ポンプにおける流体の流れは、遠心方向の流れでも軸方向の流れでも良い。また、乾燥手段までの吐出ラインの距離も短い方が好ましい。
【００１２】
乾燥手段は、洗浄手段を有することが好ましい。洗浄手段では、洗浄水が供給される。洗浄水に供する水の量は、ゴム状重合体成分に対して、重量比で１：１〜１：３０程度であることが好ましい。この洗浄水があまり多すぎても洗浄水が有効に利用されず、洗浄水の回収が不十分となり、ゴム状重合体の未乾燥の原因となるおそれがある。また、洗浄水に供する水の温度は、４０°Ｃ以上の温水が好ましい。洗浄効果が向上するからである。
【００１３】
乾燥手段としては、特公平６−９８２５号公報に示すように、バレル内に温度制御した２本のスクリュを平行に設け、これらスクリュを同方向に回転駆動すると共に、スクリュの山部と谷部とを可及的に密接するように噛み合い状態とした同方向回転噛合型２軸押出機を用い、前記バレルが、フィード側から先端へ向かってゴム状重合体を含むスラリーを受け入れるフィードバレルと、ゴム状重合体を含むスラリーから脱水された液体を排出するスリットなどの排出口を有する少なくとも一つの脱水バレルとを有する乾燥装置であることが好ましい。
【００１４】
脱水バレルは、乾燥装置の前段と後段とに少なくとも二つ装着することが好ましく、前段の脱水バレルのスリット隙間は、後段のものよりも大きいことが好ましく、０．１〜０．２mm程度のウエッジ型のスクリーンを選択することが好ましい。また、後段の脱水バレルのスリットの隙間は、０．０５〜０．１mm程度が好ましい。前段の脱水バレルは、フィードバレルを兼ねることが好ましく、速やかに、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを絞り込んで、溶媒を含むセラムを排出させることが好ましい。セラムそのものは、２軸押出機のスクリュで後段へ送り込むことが困難であり、いわゆるシャブツキの原因になる。なお、シャブツキとは、２軸押出機に押込んだセラムが充分排出されずに入口側に戻り、クラムのくい込みが悪くなることである。
【００１５】
乾燥装置は、前記フィードバレル（スリット付きが好ましい）と、前記脱水バレルの他に、大気ベントや真空ベントが装着されたベントバレルと、洗浄水が供給される洗浄水供給バレルと、単なる通常バレルとをさらに有することが好ましい。洗浄水供給バレルに装着される洗浄水供給口は、チャッキ弁付きの市販のもので良いが、スクリュのフライトとのクリアランスを最小にすることが、供給口を閉塞させない有力な手段となる。また、ベントバレルでは、ガスを抜く際に、内部のゴム状重合体成分がベントアップしたり、フレークアップしたりして、ガスの抜け道を閉塞させるおそれがある。このような点を防止するために、ベントバレル中のベントブロックの内面に、楔状の切込みを入れてゴム状重合体成分をバレル内に食い込ませることが好ましい。ベントアップやフレークアップがさらに激しい場合には、ベントバレルをスリット付きのバレルとすることが好ましい。
【００１６】
本発明において、乾燥手段として、上記２軸押出機型の乾燥装置を用いる場合には、クラム状のゴム状重合体が供給される供給部直下のスクリュは、谷部を深くし且つピッチを大きくして、含水率の高い、嵩の大きいクラムを速やかに後工程へ送り込むように構成することが好ましい。なぜなら、この部分は、閉鎖系であるが、破砕機能付きポンプの吐出圧で押し込むものではなく、常圧系でスクリュの回転により押し込むものであるためである。スクリュによる送り不足は、供給部での詰まりを生じさせ、供給ストップに陥るおそれがあり好ましくない。また、スクリュの谷部を深くし且つピッチを大きくすることにより、スクリュの回転数を下げることができ、また、ダイの温度を下げることが可能になる。
【００１７】
また、セラムを排出した後の通常バレル内でのスクリュには、順ニーディングディスク１枚と逆ニーディングディスク１枚とを直列に装着することが好ましい。その後に続く洗浄水供給バレル内でのスクリュには、順ニーディングディスクを２枚装着し、それに続く通常バレル内のスクリュには、逆ニーディングディスク１枚を装着し、洗浄水とクラムとの混合を良くし、石鹸分の抽出を行うことが好ましい。また、この通常バレルの後段には脱水バレルと通常バレルとが続いて接続され、この通常バレル内には、順ニーディングディスク１枚と逆ニーディングディスク１枚とを直列に装着することが好ましい。この洗浄水供給バレルの後の脱水バレルは、クラム中の洗浄水を絞り出すためのものである。
【００１８】
洗浄水を絞り出すためのバレルの後に接続されるバレルは、脱溶媒工程、すなわち乾燥工程のためのバレルとなる。乾燥の程度により、接続されるバレルの数は異なるが、最低２個のベントバレルと、その間に接続される通常バレルとを有する。ベントバレルのうちの少なくとも一つは、常圧系につながる大気ベントバレルであることが好ましく、他の少なくとも一つは、減圧系につながる真空ベントバレルであることが好ましい。これらベントバレルの間の通常バレルに位置するスクリュは、クラムの表面更新を促進し、脱気を行うために、順ニーディングディスク１枚と、ニュートラルディスク１枚と、逆ニーディングディスク１枚とを組として装着することが好ましい。
なお、水洗浄が不足する場合には、接続すべき洗浄水供給バレルを増やし、それに伴う脱水バレルを装着すると共に、また、それらに対応するスクリュの構成とする。
【００１９】
バレルの温度は、特に限定されないが、洗浄水を排出させるバレルまでの前段のバレルは、４０〜７０°Ｃが好ましく、それ以降の後段のバレルは、１５０〜１７０°Ｃに保つことが好ましい。前段でのバレルの温度が低い場合には、洗浄効果が下がり、また高すぎると、セラムおよび洗浄水がガス化し、息継ぎを起こし、２軸機の中のスムースな流れを阻害する。また、後段のバレルの温度が高すぎると、製品の劣化を引き起こす。逆に低すぎると、脱気が不十分となる。
【００２０】
乾燥手段において、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを絞り込んで排出された溶媒を含むセラム水は、すべて回収し、溶剤精製工程に送ることが好ましく、次に示すようにして循環させることが好ましい。まず、フレッシュなプロセス水は、セラムを回収した後のバレル位置で、２軸押出機型乾燥装置の洗浄水として供給し、後段の脱水バレルのウェッジスクリーンなどで回収されるが、この回収水は、凝固液として、破砕機能付きポンプの吸い込み口に供給することが好ましい。回収水には、洗浄された溶媒が数パーセント（たとえば３％）含まれ、且つ、ウェッジスクリーンで漏れ出た微細クラムが含まれるが、このように循環させることで、これらはすべて回収されることになる。併せて、プロセス水の消費の削減につながる。
【００２１】
凝固液としては、たとえば水が用いられる。凝固液の供給量は、特に限定されないが、ゴム溶液の溶媒（たとえばアセトン）に対して、容積比で１：０．０５〜１：３程度が好ましい。凝固液の供給量が少なすぎると、ポンプ内でゴム状重合体成分を析出させるまでに至らず、且つ乾燥手段で、クラムと液体との分離が良好に行われず、クラムの損失が生じたり、以後の洗浄の効果に悪影響を及ぼすおそれがある。また、凝固液の供給量が多すぎる場合には、洗浄の効果には好影響を及ぼすものの、乾燥手段において、クラムからの液体の分離不足が生じると共に、分離された液体（溶媒＋凝固液）から、溶媒を回収して再利用する作業が困難になる。
【００２２】
凝固液送り手段で供給される凝固液の温度は、ゴム溶液中のアセトンなどの溶媒の種類によっても変化するが、常温よりも高く、且つ溶媒の沸点よりも低いことが好ましく、たとえば３０〜６０°Ｃ程度が好ましい。凝固液の温度をこのような範囲に設定することで、クラムが柔らかくなり、乾燥手段としての２軸押出機でのクラムの食い込みがスムーズに行われると共に、ゴム溶液中の石鹸分が事前に抽出され洗浄効果が発揮されるからである。
このような観点から、セメント送り手段で供給されるゴム溶液の温度は、凝固液の温度と同程度であることが好ましい。
【００２３】
本発明に係るゴム状重合体の製造方法および製造装置において、セメント状のゴム溶液としては、特に限定されないが、たとえばアセトンを溶媒とするアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）溶液、マレイン化ＮＢＲ溶液、水素化ＮＢＲ溶液、マレイン化水素化ＮＢＲ溶液等を例示することができ、その場合の凝固液としては、水が用いられる。また、本発明では、溶液重合系において、第３溶媒（抽剤）を凝固液として破砕機能付きポンプに送り込み、ゴム溶液を貧溶媒化し、ゴム状重合体の析出を行い、前記の手法にて洗浄乾燥を行うこともできる。たとえば、ベンゼン中で重合したクロールヒドリンゴム溶液を、シクロヘキサンまたはメタノールなどの溶媒からなる凝固液と共に、破砕機能付きポンプの吸い込み口に別々に送り込み、乾燥手段での乾燥工程を得ることにより、乾燥状態のクロールヒドリンゴムを得ることもできる。
【００２４】
【作用】
本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法では、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプの回転翼の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプにより１ｍ／秒以上の流速で吐出ラインを通じて乾燥手段へ送る。このため、ポンプの回転翼の手前で、ゴム状重合体の析出が生じ、析出されたゴム状重合体は、破砕機能付きポンプにより破砕され、輸送されるのに適当な大きさのゴム状重合体クラムを含むスラリーとなって乾燥手段へと送られる。乾燥手段では、ゴム状重合体を含むスラリーからセラムを回収し、その後、ゴム状重合体は、洗浄水で洗浄され、次に、脱気乾燥される。このようにして得られた乾燥状態のゴム状重合体は、従来の方法および装置により得られるゴム状重合体と同等以上の品質を有することが確認された。
【００２５】
したがって、本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法では、従来用いていた大型のタンクから成る凝固装置を削減することができ、また、乾燥工程においては、スラリー貯槽タンク、スクリーン等の設備が不要となるため、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本発明では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができる。
【００２６】
さらに、本発明では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本発明では、破砕機能付きポンプへ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥手段へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。これに対して、従来の方法では、２軸あるいは１軸の押出乾燥機から成る乾燥手段に、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを定量的に供給することは、クラムが付着停滞し易いことから難しい。また、従来では、衝撃式のクラム流量計を設置することも考えられるが低精度である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るゴム状重合体の製造方法と製造装置を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態に係るゴム状重合体の製造装置の概略図、図２は破砕機能付きポンプの分解斜視図、図３は乾燥装置の横断面図、図４は２軸スクリュの概略図、図５はスクリュの概略断面図である。
【００２９】
図１に示すように、ゴム状重合体の製造装置１２は、破砕機能付きポンプ１４と、乾燥手段としての乾燥装置１６とを有する。
本実施形態に係る乾燥装置１６は、いわゆる２軸押出機型の脱水乾燥装置であり、図４に示す２本のスクリュ１８，１８と、図１に示すように、このスクリュ１８，１８を囲む複数のバレル２０ａ〜２０ｎとを有する。図４に示すスクリュ１８，１８は、それぞれ図１に示すモータ２２により回転駆動される。スクリュ１８，１８は、図３，４に示すように、互いの山部１８Ａと谷部１８Ｂとが可及的に密接するように噛合された噛合型で、スクリュ１８，１８の螺旋方向は左右で同一としてあり、そして同一方向に回転駆動されるようになっている。
【００３０】
図１に示すバレル２０ａは、フィードバレルであり、ポンプ１４から送られてくるクラム状のゴム状重合体を含むスラリーを受けるフィード口２４を有する。最終段のバレル２０ｎは、吐出口２６を有し、乾燥後の板状あるいは線状のゴム状重合体から成る製品を連続的に成形する。これらバレル２０ａ〜２０ｎの詳細については後述する。
【００３１】
図１に示す破砕機能付きポンプ１４は、いわゆるクラッシングポンプと称されるものであり、図１，２に示すように、吸い込み口３０と吐出口３２を有するポンプケーシング２８内に、破砕用回転刃３４と送液用の回転翼３６とが回転自在に装着してある。回転刃３４は、吸い込み口３０から吸い込まれる流体に含まれるクラムを破砕するためのものであり、流体の吸い込みおよび吐出を行うための回転翼３６と共に、モータ３７により回転駆動される。
【００３２】
吸い込み口３０には、アダプタ３８が装着される。アダプタ３８には、二つの流路４０，４２が別々に形成してあり、一方の流路４０には、セメント状のゴム溶液が送り込まれるセメント送り手段としてのセメント輸送配管４４が接続してあり、他方の流路４２には、凝固液が送り込まれる凝固液送り手段としての凝固液輸送配管４６が接続してある。
【００３３】
セメント輸送配管４４は、たとえば図６に示す重合タンク２で重合されたゴム状重合体を含むセメント状のゴム溶液を直接ポンプ１４の吸い込み口３０まで搬送する。配管４４の途中には、輸送用ポンプが配置されている。配管４４で輸送されるゴム溶液は、本実施形態では、ＮＢＲなどのゴムをアセトンなどの溶媒で溶解させたものであり、粘性な液体（セメント）であり、ゴム分を１２〜１３重量％程度含んでいる。
【００３４】
凝固液輸送配管４６により輸送される凝固液は、たとえば水であり、本実施形態では、水の消費を低減してクラムの無駄をなくすために、後述する図１に示す脱水バレル２０ｅから回収した洗浄水を用いている。すなわち、多少のクラムを含む洗浄水を回収し、その洗浄水を貯留したタンクからポンプなどで輸送して、凝固水として、配管４６からポンプ１４の吸い込み口３０へと供給している。配管４６からの凝固水の供給量は、特に限定されないが、ゴム溶液の溶媒（たとえばアセトン）に対して、容積比で１：０．０５〜１：３程度が好ましい。凝固水の供給量が少なすぎると、ポンプ内でゴム状重合体成分を析出させるまでに至らず、且つ乾燥装置１６で、クラムと液体との分離が良好に行われず、クラムの損失が生じたり、以後の洗浄工程の効果に悪影響を及ぼすおそれがある。また、凝固水の供給量が多すぎる場合には、洗浄の効果には好影響を及ぼすものの、乾燥装置１６において、クラムからの液体の分離不足が生じると共に、分離された液体（溶媒＋凝固液）から、溶媒を回収して再利用する作業が困難になる。
【００３５】
配管４６を通して供給される凝固水の温度は、ゴム溶液中のアセトンなどの溶媒の種類によっても変化するが、常温よりも高く、且つ溶媒の沸点よりも低いことが好ましく、たとえば３０〜６０°Ｃ程度が好ましい。凝固水の温度をこのような範囲に設定することで、クラムが柔らかくなり、乾燥装置１６内での２軸スクリュ１８に対するクラムの食い込みがスムーズに行われると共に、ゴム溶液中の石鹸分が事前に抽出され洗浄効果が発揮されるからである。
このような観点から、セメント輸送配管４４で供給されるゴム溶液の温度は、凝固水の温度と同程度であることが好ましい。
【００３６】
図１，２に示すアダプタ３８は、セメント輸送配管４４および凝固液輸送配管４６によりそれぞれ送られたゴム溶液と凝固水とが、回転翼３６および回転刃３４の入口直前で接触するように、吸い込み口３０内に挿入してある。回転刃３６と回転翼３６との間には、スリットが形成された格子などを装着しても良い。
【００３７】
ポンプ１４の吐出口３２は、図１に示すスラリー供給配管４８を通して、乾燥装置１６のフィード口２４に接続してある。スラリー供給配管４８における流体の速度は、１ｍ／秒以上の流速を持たせることが好ましい。また、この配管４８の長さも短い方が好ましい。
【００３８】
フィード口２４を持つフィードバレル２０ａの後段側には、スリットなどが形成してある第１脱水バレル２０ｂ１が接続してある。第１脱水バレル２０ｂ１では、スクリュ１８，１８の回転によりスラリーから絞り出たセラム水をスリットにより排出する。スリットにより排出された溶媒を含むセラム水は、すべて回収し、溶剤精製工程に送ることが好ましい。この第１脱水バレル２０ｂ１のスリットの間隔は、後述する第２脱水バレル２０ｅのスリットの間隔よりも大きいことが好ましく、０．１〜０．２mm程度のウエッジ型のスクリーンを選択することが好ましい。
【００３９】
第１脱水バレル２０ｂ１の後段側には、通常バレル２０ｂ２を介して洗浄水供給バレル２０ｃが接続してある。このバレル２０ｃには、洗浄水供給口５０が装着してあり、ここから洗浄水がバレル２０ｃの内部に供給される。この洗浄水供給口５０は、チャッキ弁付きの市販のもので良いが、スクリュ１８のフライトとのクリアランスを最小にすることが、供給口５０を閉塞させない有力な手段となる。本実施形態において、洗浄水としては、フレッシュなプロセス水が用いられる。
【００４０】
洗浄水に供する水の量は、ゴム状重合体成分に対して、重量比で１：１〜１：３０程度であることが好ましい。この洗浄水があまり多すぎても洗浄水が有効に利用されず、洗浄水の回収が不十分となり、ゴム状重合体の未乾燥の原因となるおそれがある。また、洗浄水に供する水の温度は、４０°Ｃ以上の温水が好ましい。洗浄効果が向上するからである。
【００４１】
洗浄水供給バレル２０ｃの後段には、通常バレル２０ｄが装着してある。通常バレル２０ｄは、バレル内部を所定の温度に制御するための温度制御手段を有する。このバレル２０ｄの後段には、第２脱水バレル２０ｅが接続してある。第２脱水バレル２０ｅには、ウェッジスクリーン型のスリットなどが装着してあり、洗浄水供給バレル２０ｃで供給された洗浄水を排出して回収するようになっている。このバレル２０ｅのスリット隙間は、０．０５〜０．１mm程度が好ましい。ここで回収される洗浄水には、洗浄された溶媒（溶剤）が数パーセント（たとえば３％）含まれ、且つ、ウェッジスクリーンで漏れ出た微細クラムが含まれるが、この回収水を凝固水として用いて、ポンプの吸い込み口３０へ供給することで、溶剤および微細クラムは、すべて回収されることになる。併せて、プロセス水の消費の削減につながる。
【００４２】
第２脱水バレル２０ｅの後段側には、脱気乾燥工程となるバレル２０ｆ〜２０ｎが接続してある。それより以前の前段のバレル２０ａ〜２０ｅでは、バレルの温度が４０〜７０°Ｃ程度に設定されるが好ましく、それ以降の後段のバレル２０ｆ〜２０ｎは、１５０〜１７０°Ｃに保つことが好ましい。前段でのバレルの温度が低い場合には、洗浄効果が下がり、また高すぎると、セラムおよび洗浄水がガス化し、息継ぎを起こし、２軸スクリュ１８によるスムースな流れを阻害する。また、後段のバレルの温度が高すぎると、製品の劣化を引き起こす。逆に低すぎると、脱気が不十分となる。
【００４３】
後段のバレルのうち、通常バレル２０ｆの後段側に接続される大気ベントバレル２０ｇには、大気圧に連通して気化物を排出する大気ベント５２が装着してあり、洗浄した後のスラリーに含まれる溶剤および水を揮発させて除去する。この大気ベントバレル２０ｇの後段には、通常バレル２０ｈ，２０ｉ、真空ベントバレル２０ｊ、通常バレル２０ｋ，２０ｌ、真空ベントバレル２０ｍ、ダイ装着バレル２０ｍとが、この順で装着してある。真空ベントバレル２０ｊ，２０ｍには、ベント５４，５６が装着してあり、これらベント５４，５６は、真空引き用ポンプまたは真空タンクに接続してあり、バレル内のゴム状重合体に含まれる揮発成分を強制的に排気するようになっている。
【００４４】
これらベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍでは、ガスを抜く際に、内部のゴム状重合体成分がベントアップしたり、フレークアップしたりして、ガスの抜け道を閉塞させるおそれがある。このような点を防止するために、ベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍ中のベントブロックの内面に、楔状の切込みを入れてゴム状重合体成分をバレル内に食い込ませることが好ましい。ベントアップやフレークアップがさらに激しい場合には、ベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍをスリット付きのバレルとしても良い。
【００４５】
これら分割バレルに対するスクリュ１８，１８の構成を次に示す。図４に示すように、フィードバレル２０ａおよび第１脱水バレル２０ｂ１に対応する領域では正送りスクリュ６０としてある。しかも、スクリュ１８，１８の谷部を深くし且つピッチを大きくして、含水率の高い、嵩の大きいクラムを速やかに後工程へ送り込むように構成してある。なぜなら、この部分は、閉鎖系であるが、破砕機能付きポンプの吐出圧で押し込むものではなく、常圧系でスクリュの回転により押し込むものであるためである。
【００４６】
セラムを排出するバレル２０ｂ１の後段側の通常バレル２０ｂ２に位置するスクリュ１８，１８には、図４に示すように、１枚の順ニーディングディスク６２と１枚の逆ニーディングディスク６３とが直列に装着してある。その後に続く洗浄水供給バレル２０ｃ内でのスクリュ１８，１８には、図示省略してある順ニーディングディスクを２枚装着し、それに続く通常バレル２０ｄ内のスクリュ１８，１８には、図示省略してある逆ニーディングディスク１枚を装着し、洗浄水とクラムとの混合を良くし、石鹸分の抽出を行う。また、この通常バレル２０ｄの後段には脱水バレル２０ｅと通常バレル２０ｆとが続いて接続され、この通常バレル２０ｆ内には、１枚の順ニーディングディスク６８と１枚の逆ニーディングディスク６９とが直列に装着してある。
【００４７】
また、スクリュ１８，１８には、図４に示すように、必要に応じて、逆送りスクリュ６４，７０，７４と順送りスクリュ６６，７２，７６とが交互に配置される。
なお、前記スクリュ１８，１８は、ゴム状重合体の移送時の摩擦熱等による加熱することを防ぐため、図５に示すように、スクリュ１８の軸方向内部を略全域にわたり中空とし、この中空部にパイプ材７８が挿入してあり、このパイプ材７８内に冷却水供給パイプ８０が挿入してある。このパイプ８０には、コントロールバルブ等を通じて予め温度制御された冷却媒体が供給され、このパイプから供給された冷却媒体は、パイプ材７８の内部を軸方向に流通した後、パイプ材７８の端部排出口から排出するようになっている。この結果、スクリュ１８を内部から冷却するようになっている。
【００４８】
本実施形態に係る乾燥装置１６では、フィード口２４から供給された破砕クラムを含むスラリーは、左右のスクリュ１８，１８の同方向の回転で下流側へ送られて図４に示す順ニーディングデスク６２、逆ニーディングディスク６３および逆送りスクリュ６４の部分に至ると、スラリーが逆方向移送となって圧搾作用が起り、スラリーからセラム水が分離され、そのセラム水は、図１に示す第１脱水バレル２０ｂ１のスリットから外部に排出される。
【００４９】
その後、洗浄水供給バレル２０ｃにて洗浄水が供給され、スラリーが洗浄され、その洗浄水は、脱水バレル２０ｅにて回収される。このような洗浄により、スラリー中に含まれる溶媒の一部は、洗浄水により洗い流される。その後、図１に示すバレル２０ｆ〜２０ｎにより、スラリーが乾燥および脱気され、最終的には、バレル２０ｎに装着してあるダイスから乾燥状態のゴム状重合体から成るシート状または線状の成形体（製品）が得られる。
【００５０】
本実施形態に係るゴム状重合体の製造装置１２を用いた製造方法では、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、破砕機能付きポンプ１４の回転翼３６および回転刃３４の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプ１４で乾燥装置１６へ送る。このため、ポンプ１４の回転刃３４の手前で、ゴム状重合体の析出が生じ、析出されたゴム状重合体は、回転刃３４により破砕され、輸送されるのに適当な大きさのゴム状重合体クラムを含むスラリーとなって乾燥装置１６へと送られる。乾燥装置１６では、ゴム状重合体を含むスラリーからセラムを回収し、その後、ゴム状重合体は、洗浄水で洗浄され、次に、脱気乾燥される。このようにして得られた乾燥状態のゴム状重合体は、従来の方法および装置により得られるゴム状重合体と同等以上の品質を有することが確認された。
【００５１】
したがって、本実施形態に係るゴム状重合体の製造装置１２を用いた製造方法では、従来用いていた凝固タンクからなる凝固装置を削減することができ、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本実施形態では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本実施形態では、破砕機能付きポンプ１４へ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥装置１６へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。
【００５３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５４】
たとえば、図１に示すバレル２０ａ〜２０ｎの数は、特に限定されず、種々に改変することができる。また、スクリュ構成はバレルの構成を種々選択することにより改変することが可能である。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を、さらに具体的な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５６】
実施例１
図１，２に示す破砕機能付きポンプ１４と乾燥装置１６とを有する製造装置１２を準備した。ポンプ１４としては、小松ゼノア（株）の型式ＨＤ４ＭＣｓ−ＳＣを用い、その吸い込み口３０の構造を、図１，２に示すようなアダプタ３８を用いて改良した。ポンプの回転数は、１７５０ｒｐｍであり、流量能力は１０ｍ3 ／Ｈであり、揚程は２０ｍであった。また、乾燥装置１６としては、東芝（株）製の２軸押出乾燥機（ＴＥＭ−５０Ｂ−１２／４Ｖ，Ｌ／Ｄ＝４１．５）を用い、洗浄工程が行えるように改良した。乾燥機の駆動モータの出力は、５５ｋＷであり、最高回転数は４４０ｒｐｍであり、バレル数は１２であった。スクリュの構成は、前記実施形態で述べたセラムの回収、ゴム状重合体の洗浄、および脱気乾燥が、それぞれのバレルにより都合良く行われるような構成とした。
【００５７】
図１に示すセメント輸送配管４４から供給されるゴム溶液としては、ＮＢＲから成るゴム分がアセトン溶媒で溶かされたものを用いた。ゴム分は、溶液全体に対して、１２〜１３重量％含まれていた。また、凝固水輸送配管４６から供給される凝固水としては、乾燥装置１６の脱水バレル２０ｅで回収された水を用いた。ゴム溶液の供給流量は、７．５リットル／分であり、水の供給流量は、１５リットル／分であった。
【００５８】
洗浄水供給バレル２０ｃには、毎分１５リットルのフレッシュな水を供給した。真空ベント５４，５６には、２０Ｔｏｒｒの真空度の減圧タンクを接続した。
【００５９】
乾燥装置の最終段のバレル２０ｎから得られたゴム製品の乾燥度を調べたところ、水分の含有率は、全体に対して０．２４重量％であり、従来の方法で得られたゴム製品と同等な品質であることが確認された。また、このゴム製品の加硫曲線を調べたところ、従来の方法で得られたゴム製品と同等以上の品質であることが確認された。さらに、本実施例の方法で得られたゴム製品中の溶剤の残留率は、全体に対して０．０３重量％であり、従来の方法で得られたゴム製品と同等以上の品質であることが確認された。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法によれば、従来用いていた大型の凝固装置を削減することができ、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本発明では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも、ゴム状重合体が凝固タンク内に付着することなく、容易に生産することができる。
【００６１】
さらに、本発明では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本発明では、破砕機能付きポンプへ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥手段へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るゴム状重合体の製造装置の概略図である。
【図２】図２は破砕機能付きポンプの分解斜視図である。
【図３】図３は乾燥装置の横断面図である。
【図４】図４は２軸スクリュの概略図である。
【図５】図５はスクリュの概略断面図である。
【図６】従来例に係るゴム状重合体の製造装置の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１２… ゴム状重合体の製造装置
１４… 破砕機能付きポンプ
１６… 乾燥装置
１８… スクリュ
２０ａ〜２０ｎ… バレル
２４… フィード口
３０… 吸い込み口
３２… 吐出口
３４… 回転刃
３６… 回転翼
３８… アダプタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム状重合体の製造方法と製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成ゴムの製造工程においては、たとえば図６に示すように、重合タンク２で重合反応を行い、セメント状のゴム溶液を得た後、大型の凝固タンク（たとえば、タンク４，６，８）で構成される凝固装置９により、ゴム状重合体成分を析出させると共に洗浄し、クラム状のゴム状重合体を得る。その後、このクラム状のゴム状重合体を含む液体を、ポンプ１０などで乾燥手段へと搬送し、乾燥状態のゴム状重合体を得る。
【０００３】
凝固装置９を経て脱水乾燥前の重合体はクラム状をなしていて、内部に多量の水分を含有している。このような含水量の多いゴム状重合体の脱水には、遠心脱水機では殆んど脱水することができず、そのため熱源を用いた熱風乾燥によって水分を蒸発させ、乾燥状態としてから成形機へ供給するようになされている。
【０００４】
しかしながら、この加熱乾燥手段によると、膨大なエネルギーを必要とするばかりでなく、長時間高温下にさらされるので、ゴム状重合体自体が劣化する。しかも、これら加熱乾燥手段を成形機への供給系とは別に設けることになるため、設備費の増加を招くうえ、設置スペースの増大につながるという種々の問題があった。
【０００５】
そこで、成形機の成形部へ原料を供給する段階で脱水を行うようにし、上述の問題点の解決を図った２軸押出機（特開昭５９−２１４６３１号公報）が提案されている。このものは、異方向に回転駆動される２本のスクリュに軸方向に所定の間隔において鍔状部を形成し、この鍔状部によって含水原料を圧密させて水分を搾り出し、バレルに設けられたベント口から排水させるようになされたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のゴム状重合体の製造方法と製造装置では、図６に示すように、凝固工程において、大型の凝固装置９を必要としていたため、操作が煩雑であり、操業性が悪く、しかも多大な設置スペースを必要とし、設備コストおよび製造コストを増大させていた。
【０００７】
さらに、従来の方法および装置では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体の生産が著しく困難であった。
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、操業性が向上し（操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図り）、しかもプロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができるゴム状重合体の製造方法と製造装置を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができるゴム状重合体の製造方法と製造装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るゴム状重合体の製造方法は、セメント状のゴム溶液に凝固液を加え、ゴム状重合体成分を析出させ、析出されたゴム状重合体成分を乾燥させることにより乾燥状態のゴム状重合体を得るゴム状重合体の製造方法であって、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプの回転翼の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプにより１ｍ／秒以上の流速で吐出ラインを通じて乾燥手段へ送ることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るゴム状重合体の製造装置は、セメント状のゴム溶液を送るセメント送り手段と、ゴム溶液中のゴム状重合体成分を析出させるための凝固液を送る凝固液送り手段と、前記セメント送り手段および凝固液送り手段によりそれぞれ送られたゴム溶液と凝固液とが、回転翼の入口直前で接触するように吸い込み口が構成され、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプと、前記刃付きポンプにより破砕され、１ｍ／秒以上の流速で送られるクラム状のゴム状重合体を含むスラリーを移送する吐出ラインと、前記スラリーを乾燥させて乾燥状態のゴム状重合体を得る乾燥手段とを有する。
【００１１】
破砕機能付きポンプとしての、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプとしては、特に限定されないが、いわゆるクラッシングポンプと称されるものが好ましい。ポンプにおける流体の流れは、遠心方向の流れでも軸方向の流れでも良い。また、乾燥手段までの吐出ラインの距離も短い方が好ましい。
【００１２】
乾燥手段は、洗浄手段を有することが好ましい。洗浄手段では、洗浄水が供給される。洗浄水に供する水の量は、ゴム状重合体成分に対して、重量比で１：１〜１：３０程度であることが好ましい。この洗浄水があまり多すぎても洗浄水が有効に利用されず、洗浄水の回収が不十分となり、ゴム状重合体の未乾燥の原因となるおそれがある。また、洗浄水に供する水の温度は、４０°Ｃ以上の温水が好ましい。洗浄効果が向上するからである。
【００１３】
乾燥手段としては、特公平６−９８２５号公報に示すように、バレル内に温度制御した２本のスクリュを平行に設け、これらスクリュを同方向に回転駆動すると共に、スクリュの山部と谷部とを可及的に密接するように噛み合い状態とした同方向回転噛合型２軸押出機を用い、前記バレルが、フィード側から先端へ向かってゴム状重合体を含むスラリーを受け入れるフィードバレルと、ゴム状重合体を含むスラリーから脱水された液体を排出するスリットなどの排出口を有する少なくとも一つの脱水バレルとを有する乾燥装置であることが好ましい。
【００１４】
脱水バレルは、乾燥装置の前段と後段とに少なくとも二つ装着することが好ましく、前段の脱水バレルのスリット隙間は、後段のものよりも大きいことが好ましく、０．１〜０．２mm程度のウエッジ型のスクリーンを選択することが好ましい。また、後段の脱水バレルのスリットの隙間は、０．０５〜０．１mm程度が好ましい。前段の脱水バレルは、フィードバレルを兼ねることが好ましく、速やかに、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを絞り込んで、溶媒を含むセラムを排出させることが好ましい。セラムそのものは、２軸押出機のスクリュで後段へ送り込むことが困難であり、いわゆるシャブツキの原因になる。なお、シャブツキとは、２軸押出機に押込んだセラムが充分排出されずに入口側に戻り、クラムのくい込みが悪くなることである。
【００１５】
乾燥装置は、前記フィードバレル（スリット付きが好ましい）と、前記脱水バレルの他に、大気ベントや真空ベントが装着されたベントバレルと、洗浄水が供給される洗浄水供給バレルと、単なる通常バレルとをさらに有することが好ましい。洗浄水供給バレルに装着される洗浄水供給口は、チャッキ弁付きの市販のもので良いが、スクリュのフライトとのクリアランスを最小にすることが、供給口を閉塞させない有力な手段となる。また、ベントバレルでは、ガスを抜く際に、内部のゴム状重合体成分がベントアップしたり、フレークアップしたりして、ガスの抜け道を閉塞させるおそれがある。このような点を防止するために、ベントバレル中のベントブロックの内面に、楔状の切込みを入れてゴム状重合体成分をバレル内に食い込ませることが好ましい。ベントアップやフレークアップがさらに激しい場合には、ベントバレルをスリット付きのバレルとすることが好ましい。
【００１６】
本発明において、乾燥手段として、上記２軸押出機型の乾燥装置を用いる場合には、クラム状のゴム状重合体が供給される供給部直下のスクリュは、谷部を深くし且つピッチを大きくして、含水率の高い、嵩の大きいクラムを速やかに後工程へ送り込むように構成することが好ましい。なぜなら、この部分は、閉鎖系であるが、破砕機能付きポンプの吐出圧で押し込むものではなく、常圧系でスクリュの回転により押し込むものであるためである。スクリュによる送り不足は、供給部での詰まりを生じさせ、供給ストップに陥るおそれがあり好ましくない。また、スクリュの谷部を深くし且つピッチを大きくすることにより、スクリュの回転数を下げることができ、また、ダイの温度を下げることが可能になる。
【００１７】
また、セラムを排出した後の通常バレル内でのスクリュには、順ニーディングディスク１枚と逆ニーディングディスク１枚とを直列に装着することが好ましい。その後に続く洗浄水供給バレル内でのスクリュには、順ニーディングディスクを２枚装着し、それに続く通常バレル内のスクリュには、逆ニーディングディスク１枚を装着し、洗浄水とクラムとの混合を良くし、石鹸分の抽出を行うことが好ましい。また、この通常バレルの後段には脱水バレルと通常バレルとが続いて接続され、この通常バレル内には、順ニーディングディスク１枚と逆ニーディングディスク１枚とを直列に装着することが好ましい。この洗浄水供給バレルの後の脱水バレルは、クラム中の洗浄水を絞り出すためのものである。
【００１８】
洗浄水を絞り出すためのバレルの後に接続されるバレルは、脱溶媒工程、すなわち乾燥工程のためのバレルとなる。乾燥の程度により、接続されるバレルの数は異なるが、最低２個のベントバレルと、その間に接続される通常バレルとを有する。ベントバレルのうちの少なくとも一つは、常圧系につながる大気ベントバレルであることが好ましく、他の少なくとも一つは、減圧系につながる真空ベントバレルであることが好ましい。これらベントバレルの間の通常バレルに位置するスクリュは、クラムの表面更新を促進し、脱気を行うために、順ニーディングディスク１枚と、ニュートラルディスク１枚と、逆ニーディングディスク１枚とを組として装着することが好ましい。
なお、水洗浄が不足する場合には、接続すべき洗浄水供給バレルを増やし、それに伴う脱水バレルを装着すると共に、また、それらに対応するスクリュの構成とする。
【００１９】
バレルの温度は、特に限定されないが、洗浄水を排出させるバレルまでの前段のバレルは、４０〜７０°Ｃが好ましく、それ以降の後段のバレルは、１５０〜１７０°Ｃに保つことが好ましい。前段でのバレルの温度が低い場合には、洗浄効果が下がり、また高すぎると、セラムおよび洗浄水がガス化し、息継ぎを起こし、２軸機の中のスムースな流れを阻害する。また、後段のバレルの温度が高すぎると、製品の劣化を引き起こす。逆に低すぎると、脱気が不十分となる。
【００２０】
乾燥手段において、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを絞り込んで排出された溶媒を含むセラム水は、すべて回収し、溶剤精製工程に送ることが好ましく、次に示すようにして循環させることが好ましい。まず、フレッシュなプロセス水は、セラムを回収した後のバレル位置で、２軸押出機型乾燥装置の洗浄水として供給し、後段の脱水バレルのウェッジスクリーンなどで回収されるが、この回収水は、凝固液として、破砕機能付きポンプの吸い込み口に供給することが好ましい。回収水には、洗浄された溶媒が数パーセント（たとえば３％）含まれ、且つ、ウェッジスクリーンで漏れ出た微細クラムが含まれるが、このように循環させることで、これらはすべて回収されることになる。併せて、プロセス水の消費の削減につながる。
【００２１】
凝固液としては、たとえば水が用いられる。凝固液の供給量は、特に限定されないが、ゴム溶液の溶媒（たとえばアセトン）に対して、容積比で１：０．０５〜１：３程度が好ましい。凝固液の供給量が少なすぎると、ポンプ内でゴム状重合体成分を析出させるまでに至らず、且つ乾燥手段で、クラムと液体との分離が良好に行われず、クラムの損失が生じたり、以後の洗浄の効果に悪影響を及ぼすおそれがある。また、凝固液の供給量が多すぎる場合には、洗浄の効果には好影響を及ぼすものの、乾燥手段において、クラムからの液体の分離不足が生じると共に、分離された液体（溶媒＋凝固液）から、溶媒を回収して再利用する作業が困難になる。
【００２２】
凝固液送り手段で供給される凝固液の温度は、ゴム溶液中のアセトンなどの溶媒の種類によっても変化するが、常温よりも高く、且つ溶媒の沸点よりも低いことが好ましく、たとえば３０〜６０°Ｃ程度が好ましい。凝固液の温度をこのような範囲に設定することで、クラムが柔らかくなり、乾燥手段としての２軸押出機でのクラムの食い込みがスムーズに行われると共に、ゴム溶液中の石鹸分が事前に抽出され洗浄効果が発揮されるからである。
このような観点から、セメント送り手段で供給されるゴム溶液の温度は、凝固液の温度と同程度であることが好ましい。
【００２３】
本発明に係るゴム状重合体の製造方法および製造装置において、セメント状のゴム溶液としては、特に限定されないが、たとえばアセトンを溶媒とするアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）溶液、マレイン化ＮＢＲ溶液、水素化ＮＢＲ溶液、マレイン化水素化ＮＢＲ溶液等を例示することができ、その場合の凝固液としては、水が用いられる。また、本発明では、溶液重合系において、第３溶媒（抽剤）を凝固液として破砕機能付きポンプに送り込み、ゴム溶液を貧溶媒化し、ゴム状重合体の析出を行い、前記の手法にて洗浄乾燥を行うこともできる。たとえば、ベンゼン中で重合したクロールヒドリンゴム溶液を、シクロヘキサンまたはメタノールなどの溶媒からなる凝固液と共に、破砕機能付きポンプの吸い込み口に別々に送り込み、乾燥手段での乾燥工程を得ることにより、乾燥状態のクロールヒドリンゴムを得ることもできる。
【００２４】
【作用】
本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法では、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプの回転翼の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプにより１ｍ／秒以上の流速で吐出ラインを通じて乾燥手段へ送る。このため、ポンプの回転翼の手前で、ゴム状重合体の析出が生じ、析出されたゴム状重合体は、破砕機能付きポンプにより破砕され、輸送されるのに適当な大きさのゴム状重合体クラムを含むスラリーとなって乾燥手段へと送られる。乾燥手段では、ゴム状重合体を含むスラリーからセラムを回収し、その後、ゴム状重合体は、洗浄水で洗浄され、次に、脱気乾燥される。このようにして得られた乾燥状態のゴム状重合体は、従来の方法および装置により得られるゴム状重合体と同等以上の品質を有することが確認された。
【００２５】
したがって、本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法では、従来用いていた大型のタンクから成る凝固装置を削減することができ、また、乾燥工程においては、スラリー貯槽タンク、スクリーン等の設備が不要となるため、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本発明では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができる。
【００２６】
さらに、本発明では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本発明では、破砕機能付きポンプへ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥手段へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。これに対して、従来の方法では、２軸あるいは１軸の押出乾燥機から成る乾燥手段に、クラム状のゴム状重合体を含むスラリーを定量的に供給することは、クラムが付着停滞し易いことから難しい。また、従来では、衝撃式のクラム流量計を設置することも考えられるが低精度である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るゴム状重合体の製造方法と製造装置を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態に係るゴム状重合体の製造装置の概略図、図２は破砕機能付きポンプの分解斜視図、図３は乾燥装置の横断面図、図４は２軸スクリュの概略図、図５はスクリュの概略断面図である。
【００２９】
図１に示すように、ゴム状重合体の製造装置１２は、破砕機能付きポンプ１４と、乾燥手段としての乾燥装置１６とを有する。
本実施形態に係る乾燥装置１６は、いわゆる２軸押出機型の脱水乾燥装置であり、図４に示す２本のスクリュ１８，１８と、図１に示すように、このスクリュ１８，１８を囲む複数のバレル２０ａ〜２０ｎとを有する。図４に示すスクリュ１８，１８は、それぞれ図１に示すモータ２２により回転駆動される。スクリュ１８，１８は、図３，４に示すように、互いの山部１８Ａと谷部１８Ｂとが可及的に密接するように噛合された噛合型で、スクリュ１８，１８の螺旋方向は左右で同一としてあり、そして同一方向に回転駆動されるようになっている。
【００３０】
図１に示すバレル２０ａは、フィードバレルであり、ポンプ１４から送られてくるクラム状のゴム状重合体を含むスラリーを受けるフィード口２４を有する。最終段のバレル２０ｎは、吐出口２６を有し、乾燥後の板状あるいは線状のゴム状重合体から成る製品を連続的に成形する。これらバレル２０ａ〜２０ｎの詳細については後述する。
【００３１】
図１に示す破砕機能付きポンプ１４は、いわゆるクラッシングポンプと称されるものであり、図１，２に示すように、吸い込み口３０と吐出口３２を有するポンプケーシング２８内に、破砕用回転刃３４と送液用の回転翼３６とが回転自在に装着してある。回転刃３４は、吸い込み口３０から吸い込まれる流体に含まれるクラムを破砕するためのものであり、流体の吸い込みおよび吐出を行うための回転翼３６と共に、モータ３７により回転駆動される。
【００３２】
吸い込み口３０には、アダプタ３８が装着される。アダプタ３８には、二つの流路４０，４２が別々に形成してあり、一方の流路４０には、セメント状のゴム溶液が送り込まれるセメント送り手段としてのセメント輸送配管４４が接続してあり、他方の流路４２には、凝固液が送り込まれる凝固液送り手段としての凝固液輸送配管４６が接続してある。
【００３３】
セメント輸送配管４４は、たとえば図６に示す重合タンク２で重合されたゴム状重合体を含むセメント状のゴム溶液を直接ポンプ１４の吸い込み口３０まで搬送する。配管４４の途中には、輸送用ポンプが配置されている。配管４４で輸送されるゴム溶液は、本実施形態では、ＮＢＲなどのゴムをアセトンなどの溶媒で溶解させたものであり、粘性な液体（セメント）であり、ゴム分を１２〜１３重量％程度含んでいる。
【００３４】
凝固液輸送配管４６により輸送される凝固液は、たとえば水であり、本実施形態では、水の消費を低減してクラムの無駄をなくすために、後述する図１に示す脱水バレル２０ｅから回収した洗浄水を用いている。すなわち、多少のクラムを含む洗浄水を回収し、その洗浄水を貯留したタンクからポンプなどで輸送して、凝固水として、配管４６からポンプ１４の吸い込み口３０へと供給している。配管４６からの凝固水の供給量は、特に限定されないが、ゴム溶液の溶媒（たとえばアセトン）に対して、容積比で１：０．０５〜１：３程度が好ましい。凝固水の供給量が少なすぎると、ポンプ内でゴム状重合体成分を析出させるまでに至らず、且つ乾燥装置１６で、クラムと液体との分離が良好に行われず、クラムの損失が生じたり、以後の洗浄工程の効果に悪影響を及ぼすおそれがある。また、凝固水の供給量が多すぎる場合には、洗浄の効果には好影響を及ぼすものの、乾燥装置１６において、クラムからの液体の分離不足が生じると共に、分離された液体（溶媒＋凝固液）から、溶媒を回収して再利用する作業が困難になる。
【００３５】
配管４６を通して供給される凝固水の温度は、ゴム溶液中のアセトンなどの溶媒の種類によっても変化するが、常温よりも高く、且つ溶媒の沸点よりも低いことが好ましく、たとえば３０〜６０°Ｃ程度が好ましい。凝固水の温度をこのような範囲に設定することで、クラムが柔らかくなり、乾燥装置１６内での２軸スクリュ１８に対するクラムの食い込みがスムーズに行われると共に、ゴム溶液中の石鹸分が事前に抽出され洗浄効果が発揮されるからである。
このような観点から、セメント輸送配管４４で供給されるゴム溶液の温度は、凝固水の温度と同程度であることが好ましい。
【００３６】
図１，２に示すアダプタ３８は、セメント輸送配管４４および凝固液輸送配管４６によりそれぞれ送られたゴム溶液と凝固水とが、回転翼３６および回転刃３４の入口直前で接触するように、吸い込み口３０内に挿入してある。回転刃３６と回転翼３６との間には、スリットが形成された格子などを装着しても良い。
【００３７】
ポンプ１４の吐出口３２は、図１に示すスラリー供給配管４８を通して、乾燥装置１６のフィード口２４に接続してある。スラリー供給配管４８における流体の速度は、１ｍ／秒以上の流速を持たせることが好ましい。また、この配管４８の長さも短い方が好ましい。
【００３８】
フィード口２４を持つフィードバレル２０ａの後段側には、スリットなどが形成してある第１脱水バレル２０ｂ１が接続してある。第１脱水バレル２０ｂ１では、スクリュ１８，１８の回転によりスラリーから絞り出たセラム水をスリットにより排出する。スリットにより排出された溶媒を含むセラム水は、すべて回収し、溶剤精製工程に送ることが好ましい。この第１脱水バレル２０ｂ１のスリットの間隔は、後述する第２脱水バレル２０ｅのスリットの間隔よりも大きいことが好ましく、０．１〜０．２mm程度のウエッジ型のスクリーンを選択することが好ましい。
【００３９】
第１脱水バレル２０ｂ１の後段側には、通常バレル２０ｂ２を介して洗浄水供給バレル２０ｃが接続してある。このバレル２０ｃには、洗浄水供給口５０が装着してあり、ここから洗浄水がバレル２０ｃの内部に供給される。この洗浄水供給口５０は、チャッキ弁付きの市販のもので良いが、スクリュ１８のフライトとのクリアランスを最小にすることが、供給口５０を閉塞させない有力な手段となる。本実施形態において、洗浄水としては、フレッシュなプロセス水が用いられる。
【００４０】
洗浄水に供する水の量は、ゴム状重合体成分に対して、重量比で１：１〜１：３０程度であることが好ましい。この洗浄水があまり多すぎても洗浄水が有効に利用されず、洗浄水の回収が不十分となり、ゴム状重合体の未乾燥の原因となるおそれがある。また、洗浄水に供する水の温度は、４０°Ｃ以上の温水が好ましい。洗浄効果が向上するからである。
【００４１】
洗浄水供給バレル２０ｃの後段には、通常バレル２０ｄが装着してある。通常バレル２０ｄは、バレル内部を所定の温度に制御するための温度制御手段を有する。このバレル２０ｄの後段には、第２脱水バレル２０ｅが接続してある。第２脱水バレル２０ｅには、ウェッジスクリーン型のスリットなどが装着してあり、洗浄水供給バレル２０ｃで供給された洗浄水を排出して回収するようになっている。このバレル２０ｅのスリット隙間は、０．０５〜０．１mm程度が好ましい。ここで回収される洗浄水には、洗浄された溶媒（溶剤）が数パーセント（たとえば３％）含まれ、且つ、ウェッジスクリーンで漏れ出た微細クラムが含まれるが、この回収水を凝固水として用いて、ポンプの吸い込み口３０へ供給することで、溶剤および微細クラムは、すべて回収されることになる。併せて、プロセス水の消費の削減につながる。
【００４２】
第２脱水バレル２０ｅの後段側には、脱気乾燥工程となるバレル２０ｆ〜２０ｎが接続してある。それより以前の前段のバレル２０ａ〜２０ｅでは、バレルの温度が４０〜７０°Ｃ程度に設定されるが好ましく、それ以降の後段のバレル２０ｆ〜２０ｎは、１５０〜１７０°Ｃに保つことが好ましい。前段でのバレルの温度が低い場合には、洗浄効果が下がり、また高すぎると、セラムおよび洗浄水がガス化し、息継ぎを起こし、２軸スクリュ１８によるスムースな流れを阻害する。また、後段のバレルの温度が高すぎると、製品の劣化を引き起こす。逆に低すぎると、脱気が不十分となる。
【００４３】
後段のバレルのうち、通常バレル２０ｆの後段側に接続される大気ベントバレル２０ｇには、大気圧に連通して気化物を排出する大気ベント５２が装着してあり、洗浄した後のスラリーに含まれる溶剤および水を揮発させて除去する。この大気ベントバレル２０ｇの後段には、通常バレル２０ｈ，２０ｉ、真空ベントバレル２０ｊ、通常バレル２０ｋ，２０ｌ、真空ベントバレル２０ｍ、ダイ装着バレル２０ｍとが、この順で装着してある。真空ベントバレル２０ｊ，２０ｍには、ベント５４，５６が装着してあり、これらベント５４，５６は、真空引き用ポンプまたは真空タンクに接続してあり、バレル内のゴム状重合体に含まれる揮発成分を強制的に排気するようになっている。
【００４４】
これらベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍでは、ガスを抜く際に、内部のゴム状重合体成分がベントアップしたり、フレークアップしたりして、ガスの抜け道を閉塞させるおそれがある。このような点を防止するために、ベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍ中のベントブロックの内面に、楔状の切込みを入れてゴム状重合体成分をバレル内に食い込ませることが好ましい。ベントアップやフレークアップがさらに激しい場合には、ベントバレル２０ｇ，２０ｊ，２０ｍをスリット付きのバレルとしても良い。
【００４５】
これら分割バレルに対するスクリュ１８，１８の構成を次に示す。図４に示すように、フィードバレル２０ａおよび第１脱水バレル２０ｂ１に対応する領域では正送りスクリュ６０としてある。しかも、スクリュ１８，１８の谷部を深くし且つピッチを大きくして、含水率の高い、嵩の大きいクラムを速やかに後工程へ送り込むように構成してある。なぜなら、この部分は、閉鎖系であるが、破砕機能付きポンプの吐出圧で押し込むものではなく、常圧系でスクリュの回転により押し込むものであるためである。
【００４６】
セラムを排出するバレル２０ｂ１の後段側の通常バレル２０ｂ２に位置するスクリュ１８，１８には、図４に示すように、１枚の順ニーディングディスク６２と１枚の逆ニーディングディスク６３とが直列に装着してある。その後に続く洗浄水供給バレル２０ｃ内でのスクリュ１８，１８には、図示省略してある順ニーディングディスクを２枚装着し、それに続く通常バレル２０ｄ内のスクリュ１８，１８には、図示省略してある逆ニーディングディスク１枚を装着し、洗浄水とクラムとの混合を良くし、石鹸分の抽出を行う。また、この通常バレル２０ｄの後段には脱水バレル２０ｅと通常バレル２０ｆとが続いて接続され、この通常バレル２０ｆ内には、１枚の順ニーディングディスク６８と１枚の逆ニーディングディスク６９とが直列に装着してある。
【００４７】
また、スクリュ１８，１８には、図４に示すように、必要に応じて、逆送りスクリュ６４，７０，７４と順送りスクリュ６６，７２，７６とが交互に配置される。
なお、前記スクリュ１８，１８は、ゴム状重合体の移送時の摩擦熱等による加熱することを防ぐため、図５に示すように、スクリュ１８の軸方向内部を略全域にわたり中空とし、この中空部にパイプ材７８が挿入してあり、このパイプ材７８内に冷却水供給パイプ８０が挿入してある。このパイプ８０には、コントロールバルブ等を通じて予め温度制御された冷却媒体が供給され、このパイプから供給された冷却媒体は、パイプ材７８の内部を軸方向に流通した後、パイプ材７８の端部排出口から排出するようになっている。この結果、スクリュ１８を内部から冷却するようになっている。
【００４８】
本実施形態に係る乾燥装置１６では、フィード口２４から供給された破砕クラムを含むスラリーは、左右のスクリュ１８，１８の同方向の回転で下流側へ送られて図４に示す順ニーディングデスク６２、逆ニーディングディスク６３および逆送りスクリュ６４の部分に至ると、スラリーが逆方向移送となって圧搾作用が起り、スラリーからセラム水が分離され、そのセラム水は、図１に示す第１脱水バレル２０ｂ１のスリットから外部に排出される。
【００４９】
その後、洗浄水供給バレル２０ｃにて洗浄水が供給され、スラリーが洗浄され、その洗浄水は、脱水バレル２０ｅにて回収される。このような洗浄により、スラリー中に含まれる溶媒の一部は、洗浄水により洗い流される。その後、図１に示すバレル２０ｆ〜２０ｎにより、スラリーが乾燥および脱気され、最終的には、バレル２０ｎに装着してあるダイスから乾燥状態のゴム状重合体から成るシート状または線状の成形体（製品）が得られる。
【００５０】
本実施形態に係るゴム状重合体の製造装置１２を用いた製造方法では、セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、破砕機能付きポンプ１４の回転翼３６および回転刃３４の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプ１４で乾燥装置１６へ送る。このため、ポンプ１４の回転刃３４の手前で、ゴム状重合体の析出が生じ、析出されたゴム状重合体は、回転刃３４により破砕され、輸送されるのに適当な大きさのゴム状重合体クラムを含むスラリーとなって乾燥装置１６へと送られる。乾燥装置１６では、ゴム状重合体を含むスラリーからセラムを回収し、その後、ゴム状重合体は、洗浄水で洗浄され、次に、脱気乾燥される。このようにして得られた乾燥状態のゴム状重合体は、従来の方法および装置により得られるゴム状重合体と同等以上の品質を有することが確認された。
【００５１】
したがって、本実施形態に係るゴム状重合体の製造装置１２を用いた製造方法では、従来用いていた凝固タンクからなる凝固装置を削減することができ、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本実施形態では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも容易に生産することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本実施形態では、破砕機能付きポンプ１４へ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥装置１６へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。
【００５３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５４】
たとえば、図１に示すバレル２０ａ〜２０ｎの数は、特に限定されず、種々に改変することができる。また、スクリュ構成はバレルの構成を種々選択することにより改変することが可能である。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を、さらに具体的な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５６】
実施例１
図１，２に示す破砕機能付きポンプ１４と乾燥装置１６とを有する製造装置１２を準備した。ポンプ１４としては、小松ゼノア（株）の型式ＨＤ４ＭＣｓ−ＳＣを用い、その吸い込み口３０の構造を、図１，２に示すようなアダプタ３８を用いて改良した。ポンプの回転数は、１７５０ｒｐｍであり、流量能力は１０ｍ3 ／Ｈであり、揚程は２０ｍであった。また、乾燥装置１６としては、東芝（株）製の２軸押出乾燥機（ＴＥＭ−５０Ｂ−１２／４Ｖ，Ｌ／Ｄ＝４１．５）を用い、洗浄工程が行えるように改良した。乾燥機の駆動モータの出力は、５５ｋＷであり、最高回転数は４４０ｒｐｍであり、バレル数は１２であった。スクリュの構成は、前記実施形態で述べたセラムの回収、ゴム状重合体の洗浄、および脱気乾燥が、それぞれのバレルにより都合良く行われるような構成とした。
【００５７】
図１に示すセメント輸送配管４４から供給されるゴム溶液としては、ＮＢＲから成るゴム分がアセトン溶媒で溶かされたものを用いた。ゴム分は、溶液全体に対して、１２〜１３重量％含まれていた。また、凝固水輸送配管４６から供給される凝固水としては、乾燥装置１６の脱水バレル２０ｅで回収された水を用いた。ゴム溶液の供給流量は、７．５リットル／分であり、水の供給流量は、１５リットル／分であった。
【００５８】
洗浄水供給バレル２０ｃには、毎分１５リットルのフレッシュな水を供給した。真空ベント５４，５６には、２０Ｔｏｒｒの真空度の減圧タンクを接続した。
【００５９】
乾燥装置の最終段のバレル２０ｎから得られたゴム製品の乾燥度を調べたところ、水分の含有率は、全体に対して０．２４重量％であり、従来の方法で得られたゴム製品と同等な品質であることが確認された。また、このゴム製品の加硫曲線を調べたところ、従来の方法で得られたゴム製品と同等以上の品質であることが確認された。さらに、本実施例の方法で得られたゴム製品中の溶剤の残留率は、全体に対して０．０３重量％であり、従来の方法で得られたゴム製品と同等以上の品質であることが確認された。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係るゴム状重合体の製造装置を用いた製造方法によれば、従来用いていた大型の凝固装置を削減することができ、プロセスおよび機器の削減を可能とし、設備費の低減および製造コストの低減を図ることができる。また、操作が単純になり、生産すべきゴム状重合体の種類の切り替え時などでも製品のロスが下がり、かつ切り替え時間の短縮を図ることができ、操業性が向上する。さらに本発明では、粘着性の高いゴム状重合体や低ムーニー粘度のゴム状重合体でも、ゴム状重合体が凝固タンク内に付着することなく、容易に生産することができる。
【００６１】
さらに、本発明では、原料あるいは製品の計量精度が著しく向上し、製造工程の自動化を容易にすることができる。すなわち、本発明では、破砕機能付きポンプへ送り込まれるセメント状のゴム溶液の流量を正確に測定することができ、その量がそのまま、乾燥手段へと供給されるため、安定した運転が得られるばかりでなく、たとえば、他の成分をクラム量に比例して投入することも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るゴム状重合体の製造装置の概略図である。
【図２】図２は破砕機能付きポンプの分解斜視図である。
【図３】図３は乾燥装置の横断面図である。
【図４】図４は２軸スクリュの概略図である。
【図５】図５はスクリュの概略断面図である。
【図６】従来例に係るゴム状重合体の製造装置の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１２… ゴム状重合体の製造装置
１４… 破砕機能付きポンプ
１６… 乾燥装置
１８… スクリュ
２０ａ〜２０ｎ… バレル
２４… フィード口
３０… 吸い込み口
３２… 吐出口
３４… 回転刃
３６… 回転翼
３８… アダプタ
Claims (3)
- セメント状のゴム溶液に凝固液を加え、ゴム状重合体成分を析出させ、析出されたゴム状重合体成分を乾燥させることにより乾燥状態のゴム状重合体を得るゴム状重合体の製造方法であって、
セメント状のゴム溶液と凝固液とを、それぞれ別々に、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプの回転翼の入口直前に供給し、このゴム溶液と凝固液とを接触させて直ちに前記ポンプにより１ｍ／秒以上の流速で吐出ラインを通じて乾燥手段へ送ることを特徴とするゴム状重合体の製造方法。 - セメント状のゴム溶液を送るセメント送り手段と、
ゴム溶液中のゴム状重合体成分を析出させるための凝固液を送る凝固液送り手段と、
前記セメント送り手段および凝固液送り手段によりそれぞれ送られたゴム溶液と凝固液とが、回転翼の入口直前で接触するように吸い込み口が構成され、回転翼の手前に回転刃が装着してある刃付きポンプと、
前記刃付きポンプにより破砕され、１ｍ／秒以上の流速で送られるクラム状のゴム状重合体を含むスラリーを移送する吐出ラインと、
前記スラリーを乾燥させて乾燥状態のゴム状重合体を得る乾燥手段とを有するゴム状重合体の製造装置。 - 前記乾燥手段には、洗浄水が供給されて、ゴム状重合体が乾燥の前に洗浄される請求項１に記載の方法。
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