JP3824877B2 - 樹脂ペレットの結晶化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
熱可塑性樹脂のペレット、顔料を練り込んで押出加工されたポリエステル樹脂ペレット等のマスターバッチを結晶化処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出工程で顔料及びフィラーを樹脂中に練り込み押出加工処理したあと、ペレタイザーで切断するためにストランドの状態にするが、この工程では通常水漕で冷却し、固化させて切断しやすい状態にする。しかしながらポリエステル系の樹脂は押出機中で溶融、混練して結晶化されたものが、この急速冷却工程で元の非結晶状態に戻ってしまう。
【０００３】
ポリエステル系マスターバッチを原料として製品加工する場合に再度加熱するが、このとき原料であるペレットが非結晶状態であると製品加工で不具合が生じ、製品の品質も悪くなるので、結晶化処理することが必要となる。
【０００４】
ペレットの結晶化処理は通常タンク内にペレットを投入し、熱風で加温し結晶化をさせる。ポリエステル結晶化設備としては（株）カワタ、（株）松井製作所、細川ミクロン等多くのメーカーで装置が製作されている。方式としては、タンブラー型、撹拌式ホッパードライヤー型、棚式等がある。これらの設備は棚式を除いて大型タンクを固定し、タンク内に攪拌のための羽根を設けたり、熱風を吹き出す管をタンク内で回転させるもので、材料の投入、取り出しも大変であった。
【０００５】
図１は実開昭５５−６７９９３号公報で開示されている従来の結晶化処理及び乾燥目的に用いられるタンクの概略図である。ホッパー型と呼ばれる乾燥機１であり、乾燥タンク２のみ断面で示した。タンク内には中空回転軸３の外径に羽根４が必要数取り付けられていて、先端にはホッパー５が設けられている。乾燥タンク上部にこの中空回転軸を回転する軸駆動モータ６、軸駆動機構７が取り付けられている。
【０００６】
乾燥タンク２内に原料ペレットを入れて、中空回転軸３の中空部に図示しない熱風装置より熱風供給管８、軸回転継手９を経て熱風を供給し中空回転軸を回転させると、羽根４でペレットが攪拌され、乾燥タンク２内が流動槽となり、乾燥、結晶化される。１０は熱風排気口で、結晶化済みペレットは下部の排出弁１２を開いて排出する。
【０００７】
このように従来のタンクではタンク内部に攪拌のための羽根等があるので構造が複雑で、色替え時の洗浄が困難であり、大量生産、大ロット生産には良いが、少量で色替えの多い生産には向いていなかった。特に着色剤として使用するマスターバッチと称されるペレットの生産では、その目的から色残りを嫌い十分な洗浄が求められるので、この面でも問題があった。
【０００８】
また駆動モータ６がタンク上部にあり、重量もあるので洗浄時に吊り上げて、転倒しタンク内部を十分に洗浄することが極めて困難であった。またホッパー下部１１から排出弁１２に近い、排出口近傍では攪拌羽根４が届かないために、十分な流動槽が得られず、原料が滞留し、融着現象が起こることもあった。
【０００９】
また特開平１−５８３３６号公報にはタンクを水平または傾斜して回転、揺動する装置が開示されている。図２にその概略図を示す。固定台３０の上に揺動駆動モータ３６が載置され、傾斜揺動角調整装置３１が設けられていて、この上部に傾斜揺動台３２が支点支持され、この傾斜揺動台上に車輪を回転させる回転駆動モータ３３、回転機構３４があり、回転車輪３５の上に乗せられた従来型タンク１４が回転中脱落しないよう、固定アーム３７が設けられている。
【００１０】
回転駆動モータ３３は変速可能なので所望の回転数で、また傾斜角は傾斜揺動角調整装置３１のクランク長さを調整することにより、所望の角度に調整して傾斜回転させることができる。また揺動駆動モータ３６も変速可能なので、タンクの回転に対し適正な揺動数を設定できる。
【００１１】
タンクの外周は空間部に保温材１８を納めた保温枠体１９で覆われていて、その内部にはヒーター２８が取り付けられており、タンク内の材料を外部より加温することが出来る。樹脂ペレットと金属粉末を混合し、加熱により粘着性の生じた樹脂に金属粉末を付着させ、造粒させるものであるが、その他には主として材料の乾燥目的に使われ、樹脂の結晶化処理には使われない。その理由は外部よりの加熱であるために、従来型タンク１４を傾斜回転させても、タンク内の温度分布が均一にならず、品質の良い結晶化した樹脂が得られないためである。
【００１２】
このため少量多品種用としては比較的洗浄性が容易な、棚式乾燥機が使用される事が多かった。蚕棚のように枠台の各段のバットにマスターバッチをなるべく均一に載置し、乾燥室に入れ一定時間加温するものである。しかしながら棚式乾燥機では次のような問題があった。
【００１３】
棚式の場合はバットにペレットを入れて結晶化するため、熱伝導が悪くバット内の量によって結晶化にバラツキが発生する場合がある。また静止状態で乾燥させるためにバット内でペレットが融着し、岩オコシ状になることが多く、棚から取り出した後に融着物をミキサーで解砕する作業が必要で、人手を要していた。また長時間の冷却中に水分を吸着して品質を低下させる問題もあり、少量多品種用として結晶化の品質と、歩留まりに優れた設備、処理方法が求められていた。
【００１４】
また従来のタンク及び棚での結晶化処理においては、工程終了後に他のタンクに移し替えるために、次工程への移送作業が必要であり、工程間移送作業の労力と時間を要していた。この間に製品品質を保つのにも問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、タンクの中に原料ペレットを投入し、加温して結晶化処理する場合に少量でも安定して、品質の優れた結晶化処理をする方法と、さらには少量多品種生産に際し作業性の向上、工程間移送での製品の品質低下を防ぐ方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題に対して鋭意検討したところ、請求項１にかかる発明は、熱可塑性樹脂を原料とするペレットをタンクに投入し、タンク内に熱風を吹き込んで結晶化させる方法において、前記タンクの底部及び天部にふるいを備えた熱風口を設け、上記タンク底部に熱風供給口を設け、前記タンク天部に熱風排気口を設け、前記タンクを傾斜して、回転させながら、前記熱風供給口よりタンク内に熱風を吹き込み、傾斜して回転される前記タンクの回転軸Ｘから前記タンクに投入されたときの原料ペレット全体が前記底部ふるいを覆っている部分までの距離Ｈと、前記底部ふるいの半径の大きさＲとの比Ｈ／Ｒが、０．８から１．２である樹脂ペレットの結晶化方法である。
【００１７】
さらに本発明では、タンク内が均一な流動槽になるように、タンク傾斜の角度と原料ペレットの投入量を考慮し、傾斜して回転されるタンクの回転軸Ｘからタンクに投入されたときの原料ペレット全体が底部ふるいを覆っている部分までの距離Ｈを設定することにより、品質の優れた結晶化処理が可能となる。
【００１８】
以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお各図において同じ構造、機能のものは同じ符号を用いている。
図３は本発明の一実施形態を示す工程の概略図である。傾斜揺動回転装置２９の上にタンク１３が上載され、送風機３９、熱風発生装置４２、フィルター４３、熱風可撓供給管４１によりタンク１３の下部の熱風供給口２２を通して熱風が送り込まれる。通常はタンクの天蓋１６を閉じて、天蓋中央部にある中蓋２１に設けた熱風排気口２４より熱風を排気しながら使用する。
【００１９】
傾斜揺動回転装置２９としては図２に示したものとほぼ同じ構造、機能のものである。傾斜揺動角調整装置３１で傾斜角度を調整し、回転駆動モータ３３でタンクを傾斜回転させる。
【００２０】
図４は本発明で使用したタンク１３内を示す断面図である。タンク１３は図示しない底蓋と、天蓋１６、天蓋の中央部にある中蓋２１及び２重槽状の外槽１７、保温材１８、保温枠体１９よりなっている。底部及び中蓋にはそれぞれ底部回転継手２６，天部回転継手２７が設けられ、回転するタンク１３内に熱風を漏れないよう供給することが出来る。
【００２１】
タンク底部には熱風供給がタンク内の原料ペレット１５の動きによって妨げられないよう、底部ふるい２３を備えた熱風供給口２２が設けられている。また熱風排気口２４には天部ふるい２５が備えられている。
【００２２】
このように傾斜、回転機能を有する傾斜揺動回転装置２９の上にタンク１３を乗せ、底部および天部にふるいを備えたタンクに原料ペレット１５を投入し、外部の加温装置より、ふるい部に設けられた熱風口のいずれか一方から熱風を吹き込んで結晶化処理するのが有効であることを見い出した。
【００２３】
熱風の熱量が効率よくムラなく原料に伝わるには、底部ふるい２３に設けられた熱風口を熱風供給口とし、天部ふるい２５の部分を熱風排気口とするよう、熱風を供給するのが好ましい。
【００２４】
原料ペレット全体に均一に熱風が行き渡るためには、回転軸Ｘに対するタンクの傾斜角度も重要である。タンク内で原料ペレットが最も活発に動く、タンク内部が理想的な流動槽となる傾斜角度αは、１０°から２５°の範囲であり、２０°前後が好ましい。この角度αはタンク下部の熱風供給口から吹き込まれる熱風が効率よく、原料ペレットに伝わる角度でもあり、タンク１３の底部ふるい２３の上部を、適度に原料ペレットが開放させ、あるいは塞ぐ角度でもある。
【００２５】
また傾斜角度αとタンク内の処理される原料の量を考えた場合、図４に示すように、タンクの回転軸Ｘからタンク１３に投入されたときの原料ペレット全体が底部ふるい２３を覆っている部分までの距離Ｈと、底部ふるいの半径の大きさＲとの比Ｈ／Ｒは、底部ふるいより吹き込まれる熱風の熱量が十分にペレットに伝わるためには、０．８以上が好ましく、また底部ふるいに対して原料ペレットの重量が大きくかかり、熱風供給が低下しないような条件からは１．２未満が望ましい。
【００２６】
図５は図４の傾斜したタンクをＡ−Ａ方向より見たものである。Ｈ／Ｒが０．８とは概ね円形である下部ふるい２３の半径Ｒより、下部ふるい部での原料ペレット１５の水平面の大きさが２０％小さいということ、言い換えるとタンクが静的な状態で、下部ふるいの半径の外縁から２０％の部分が見えることを意味する。
【００２７】
Ｈ／Ｒが１．０とは下部ふるい２３の外縁を丁度覆う大きさに、原料ペレット１５が投入されていることを意味する。またＨ／Ｒが１．２とは下部ふるいの外縁より、上部の、半径Ｒの０．２の大きさに原料ペレットの水平面があることを意味している。
【００２８】
またタンク総容積に対する原料ペレットの投入量も結晶化処理の品質に関係する。タンク内への好ましい原料ペレットの投入量は３０％〜６０％である。これによりタンク内部の温度の均一性が保たれ、原料ペレット全体に熱が加わるで品質の良い結晶化ペレットが得られる。
【００２９】
タンクの傾斜回転と好ましい投入量および適正熱量の熱風の吹き込みにより、タンク内部で活発なペレットの挙動が得られるので、品質の面で厳しい樹脂、特にポリエステル系樹脂のペレットの結晶化処理に適している。
【００３０】
またタンクを２重槽とし、タンク本体と外槽１７との間隙に保温材１８を施したので、タンク外部への放熱を減ずることができ、タンク内壁部と中心部との温度差、温度ムラが小さくなり、タンク内の温度分布の均一度を高めることができた。これによりさらに品質の良い結晶化ペレットが得られた。
【００３１】
着脱自在のタンクを使用することにより、品種切り替えの時、洗浄が従来に比べ容易となるので時間の短縮とともに、残滓の少ない十分な洗浄ができ、異なる材料、特に他色の混入を防ぐことができるので、色濃度の高いマスターバッチの製造に特に有効である。また容易に移動できるタンクの使用により、工程間移送の効率化が図られ、工程間で生ずる製品品質の劣化を防ぐことができる製造方法でもある。
【００３２】
しかしながら、着脱が困難な半固定式のタンクであっても、傾斜揺動回転装置２９の上でタンクを簡単に転倒できるので、材料の投入、排出は従来の製造方法と比べてはるかに容易であり、全体の生産性を上げることができ、少量生産に限らず、中量生産においても従来の固定タンク式と比べ、効率を落とすことがなく作業できる。
【００３３】
また別の実施として図３に破線で示したものが、原料ペレット３を調湿又は除湿するための装置を用いた工程の一例である。タンク排気口より出た熱風は、熱風排気口２４の近傍に設けた切り粉分離装置４０により切り粉を除去する。
【００３４】
その後、排気を破線で示す熱風循環用管４４を通して、除湿機４５を経由し、循環させることでエネルギーの低減が図れる。また除湿空気を使用することにより、結晶化と同時に水分率の管理もできるので、さらに品質の高い結晶化ペレットが得られる。
【００３５】
さらに図４に示すようにタンク１３内部には攪拌を促進させるための仕切板２０が、軸方向に沿って複数個取り付けられている。このため攪拌力が高まり、熱風が効率よく原料ペレットに伝わるので質の良い結晶化処理ができる。
【００３６】
ポリエステルペレットの結晶化温度は１３０℃であるので、熱効率を考慮すると熱風温度は１６０℃〜１９０℃程必要であるが、一気に結晶化温度まで加温すると、タンク内で大きな塊が発生することがある。ポリエステルペレットは８０℃前後でペレットの表面が軟化して融着現象が起こり、更に昇温していくと融着物が壊れて一粒づつサラサラの結晶化の状態になる。この軟化、融着する温度と、結晶化温度とを考慮し、徐々に加温すると品質の良い結晶化樹脂が得られる。
【００３７】
また結晶化完了後の冷却も急冷するのでなく、タンクの処理量にもよるが、加温時間に１に対して冷却時間は０．３〜０．７の範囲が良く、好ましくは０．４〜０．６の範囲である。例えば加温時間が１時間であれば冷却時間は３０分程である。冷却空気の温度は１０℃から２５℃程である。
【００３８】
本発明で使用した装置２９は傾斜と同時に揺動しながらタンクを回転できるが、結晶化処理中常時タンクを揺動するのは好ましいものではない。その理由は揺動動作によりタンク内の原料ペレット１５が上下に動くために、揺動サイクル毎に大きな空間が生まれ、下部より吹き込まれる熱風の大部分が抵抗のない空間に逃げるので、ペレットに熱が均一に伝わらず、ペレットの結晶化にバラツキが生ずるためである。
【００３９】
その代わり加温及び冷却作業の結晶化処理中に適時、および結晶化処理終了時の前後に短時間揺動すると、ペレット同士の融着現象、ブロッキングを防止できるのでさらに品質の良い結晶化ペレットが得られる。これらの揺動のタイミング、回数はペレットの性状に応じて制御回路を用い、揺動駆動モータ３６を制御することにより設定できる。ポリエステルペレットの結晶化処理では結晶化終了時前後に、短時間、数回揺動させるとペレットの融着現象を防止する効果がある。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明でのペレットの結晶化処理方法を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４１】
テストのために使用したポリエステル樹脂ペレットは、ナチュラルタイプで品名はＴＯＣ８００である。形状は角形で断面が４mm×２mmで高さは４mmである。結晶化処理量２０ｋｇうち０．２ｋｇサンプリングし評価した。
【００４２】
評価は３項目についておこない、目視にて３段階評価をした。○は良、△はやや良、×は不良である。評価の内容、評価基準を表１に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
（実施例１）
図３に示す傾斜揺動回転装置２９としては愛知電機（株）のロッキングミキサーで、型式ＲＦＤ−３０の改良型を使用した。タンク１３外周部には保温材１８の処理をしていない。ふるいのメッシュはＪＩＳＺ８８０１によるもので、底部ふるい２３のメッシュは７０、天部ふるい２５のメッシュは１４５である。
【００４５】
（実施例２）
傾斜揺動回転装置２９としては実施例１と同じ愛知電機（株）のロッキングミキサーで、型式ＲＦＤ−３０の改良型を使用した。タンク１３外周部には保温材１８の処理をした。また除湿装置４５を使用し、熱風を図３の破線で示すように循環させた。ふるいのメッシュは底部ふるい２３、天部ふるい２５とも実施例１と同じである。結晶化処理を終える直前に、タンクを数回揺動させた。
【００４６】
（比較例１）
傾斜揺動回転装置２９としては実施例１と同じ愛知電機（株）のロッキングミキサーであるが、タンクの加温は図２に示すような外部加熱方式であり、同社のＲＭＨ型を使用した。
【００４７】
実施例１、実施例２及び比較例１による結晶化処理の方法と処理した結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
実施例１の方法により従来装置を用いた比較例１に対し、十分な品質の結晶化ペレットが得られた。次に実施例２のように保温材で処理したタンクを、投入量に見あった適度な傾斜角度で処理すると、さらに品質の良い結晶化ペレットが得られた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の結晶化方法によれば、傾斜、回転するタンク内に熱風を吹き込むことによりペレットの結晶化を品質良く、効率的に生産することができ、しかもタンクの条件に制約が少なく、加えて少量生産での品質保持が図れ、製造現場での作業者の負担を軽減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定タンク式の従来装置の概略図。
【図２】外部加熱式の従来装置の概略図。
【図３】本発明の一実施形態を示す工程の概略図。
【図４】本発明の一実施形態を示す傾斜したタンクの断面模式図。
【図５】図４に示すタンクの断面Ａ−Ａ矢視図。
【符号の説明】
１ ホッパー型乾燥機
２ 乾燥タンク
３ 中空回転軸
４ 羽根
５ ホッパー
６ 軸駆動モータ
７ 軸駆動機構
８ 熱風供給管
９ 軸回転継手
１０ 熱風排気口
１１ ホッパー下部
１２ 排出弁
１３ タンク
１４ 従来型タンク
１５ 原料ペレット
１６ 天蓋
１７ 外槽
１８ 保温材
１９ 保温枠体
２０ 仕切板
２１ 中蓋
２２ 熱風供給口
２３ 底部ふるい
２４ 熱風排気口
２５ 天部ふるい
２６ 底部回転継手
２７ 天部回転継手
２８ ヒーター
２９ 傾斜揺動回転装置
３０ 固定台
３１ 傾斜揺動角調整装置
３２ 傾斜揺動台
３３ 回転駆動モータ
３４ 回転機構
３５ 回転車輪
３６ 揺動駆動モータ
３７ 固定アーム
３８ 空気
３９ 送風機
４０ 切り粉分離装置
４１ 熱風可撓供給管
４２ 熱風発生装置
４３ フィルター
４４ 熱風循環用管
４５ 除湿機
４６ ダンパー
４７ 除湿空気供給管

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂を原料とするペレットをタンクに投入し、タンク内に熱風を吹き込んで結晶化させる方法において、前記タンクの底部及び天部にふるいを備えた熱風口を設け、上記タンク底部に熱風供給口を設け、前記タンク天部に熱風排気口を設け、前記タンクを傾斜して、回転させながら、前記熱風供給口よりタンク内に熱風を吹き込み、傾斜して回転される前記タンクの回転軸Ｘから前記タンクに投入されたときの原料ペレット全体が前記底部ふるいを覆っている部分までの距離Ｈと、前記底部ふるいの半径の大きさＲとの比Ｈ／Ｒが、０．８から１．２であることを特徴とする樹脂ペレットの結晶化方法。
2. 上記タンクの回転軸Ｘと水平面のなす傾斜角度αが１０°以上２５°未満であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ペレットの結晶化方法。
3. 上記タンクが２重槽状をなしており、槽間が断熱機能を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂ペレットの結晶化方法。
4. 上記タンクが着脱自在であることを特徴とする請求項１項から３のいずれかに記載の樹脂ペレットの結晶化方法。
5. 上記タンク下部の熱風供給口に吹き込まれる熱風が、除湿された熱風であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の樹脂ペレットの結晶化方法。
6. 上記タンク内への原料ペレットの投入量は３０％〜６０％であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の樹脂ペレットの結晶化方法。
7. 結晶化終了後のペレットの冷却時間を、加温時間１に対して０．３〜０．７とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の樹脂ペレットの結晶化方法。

Images