JP3996695B2 - 造粒方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂、とくに例えばポリメチルペンテンのような高融点ポリオレフィンに好適な造粒方法及び装置に関し、とりわけ押出機の先端に取付けたダイより押出される溶融樹脂をホットカット方式で切断することよりなる造粒方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
樹脂原料をペレット化する方法には、ダイより押出された溶融樹脂を空気中でカッティングして冷却水中に落として冷却する空中ホットカット方式と、溶融樹脂を水中に押出して、そのまゝ水中でカッティングと同時に冷却してペレット化する水中カット方式とがある。
【０００３】
図１は、空中ホットカット方式の一例を示すもので、カッターフード１の内周面に冷却水を斜め接線方向に噴出させて図の矢印方向に螺旋状に流れる水流で水膜２を形成した状態で、モータ３より減速機を介して回転駆動されるホルダー４に放射状に取付けたカッター５を押出機先端に取付けたダイ６に押付けて、ダイ６より押出される溶融樹脂をペレット状にカッティングし、これを水膜中に落として冷却させながら螺旋状の水流により出口７まで運んで排出させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水中カット方式の場合、樹脂の冷却によりダイの目詰まりを生じ易い。ことに樹脂が高融点樹脂であると、冷却水と樹脂の温度差が大きくなって樹脂の冷却による目詰まりを生じ易い。これに対し、空中ホットカット方式では、高融点樹脂であってもダイの目詰まりを生じにくい利点があるが、従来のこの方式のものではペレット同志が互いに融着する互着ペレットが発生し易く、単独のペレットができるように切断するのは容易でなかった。そのためこの方式では、カッティングされたペレットを自動篩器に掛けて単独のペレットを選別し、製品化しているが、互着ペレットが多いために収率の低下を来していた。とくにメルトフローレイト（以下、ＭＦＲという）の値が５０以上である粘度の低い樹脂については、互着ペレットやペレットが２個以上だんご状に付着したグレープ状ペレットの発生率が高く、低収率であった。ここで、ＭＦＲとは２６０℃で５ｋｇの力を受けたときに直径２．１ｍｍ、長さ８ｍｍのオリフィスから１０分間に押し出される樹脂の量（ｇ）であって、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に示される試験方法によって測定される値である（但し測定温度は試験方法にある２３０℃を２６０℃に変更）。
【０００５】
本発明は、互着ペレットやグレープ状ペレットの発生率を低減させて製品（単独ペレット）の収率改善及び自動篩器での篩上ペレット除去作業の軽減による省力化を図ることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するためカッター刃による切れ味をよくすることを考え、切れ味を損ねる原因を考えた結果、その一つにダイ面に形成される溶融樹脂膜の存在があり、これによりカッター刃とダイ面の密着性が損なわれていると判断した。そして本発明者らは、ダイ面に形成される樹脂膜を除去するために冷却水を掛けるか噴霧させて樹脂膜を固化し、ダイ面より剥離させることを考え、実際に樹脂膜に冷却水を噴霧させたところ、互着ペレットやグレープ状ペレットの発生率を低減させることができ、ＭＦＲの値が５０以上の樹脂については特に効果が大きいことを見出した。すなわち、本発明によれば、２６０℃でのＭＦＲの値が１〜５００ｇ／１０分、好ましくは５〜３００ｇ／１０分の範囲にある樹脂の造粒法において、互着ペレット及びグレープ状ペレットよりなる篩を通過しないで篩上に残ったペレット、すなわちペレット同志が複数個くっついて団子状になったペレット（以下、便宜上これを「篩上ペレット」と呼称する）の発生率を低減させることがでる。例えばＭＦＲが５〜３００ｇ／１０分の範囲にあるポリメチルペンテンの場合には、篩上ペレットの発生率が、従来５〜１０重量％あったものが、２０〜４０℃の噴霧冷却水を掛けることにより０．１〜０．２重量％と大幅に低減させることができた。
【０００７】
本発明は、この知見に基づいてなされたもので、押出機先端に取付けたダイより押出された溶融樹脂をダイ面を摺接しながら回転するカッターで切断してペレット化し、水中に落下させて冷却する空中ホットカット方式による造粒方法において、上記樹脂がポリ４−メチル−１ペンテンであり、ダイ面に形成される溶融樹脂膜を固化するため冷却水を散布ないし噴霧させることを特徴とする。
【０００８】
別の発明は、上記方法を実施するための装置に関するもので、押出機先端に取付けたダイと、モータを駆動源として回転駆動されるホルダーに放射状に取付けられ、ダイのダイ面に押付けられた状態で回転するカッターとからなり、ダイより押出される溶融樹脂をカッターにより切断してペレット化し、水中に落下させて冷却する空中ホットカット方式による造粒装置において、上記カッターは、すくい角が４０〜５０°、逃げ角が１５〜２０°、刃先角が２５〜３０°であり、ダイ面に形成される溶融樹脂膜を固化するため冷却水を散布ないし噴霧させるノズルを含む装置を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記各発明は、熱可塑性樹脂一般に適用されるが、なかでもＭＦＲが５〜５００の互着ペレットを生じ易いポリオレフィン、とくにＭＦＲ値が５０以上の樹脂に好適で、こうした樹脂のものに対して、互着ペレットやグレープ状ペレットの発生率を低減させるのに有効である。上記各発明で用いるカッターとしては、例えば図２に示すような従来の薄刃のナイフ状カッター１０、図３及び図４に示すように肉厚で剛性を有し、柄８に周方向に位置調整可能に取着される鉈刃状カッター９等を用いることができる。この中では、図３及び図４に示すような鉈刃状カッターを使用するのが望ましい。この理由は次の通りである。
【００１０】
図２に示すようなナイフ状カッターの場合、ダイ面との面圧を上げるためカッターホルダー４でカッター１０をダイ面に強く押付けると、カッター先端が反ってダイ面より浮き易いこと、ダイ面との面圧を上げると、刃が摩耗し易く、寿命が短いこと、刃の撓みが大きいために初期に数時間の馴らし運転が必要であること等の難点があるのに対し、図３及び図４に示すような鉈刃状カッターの場合、ダイ面との面圧を上げてもカッターの撓みが小さく、刃全体をダイ面に密着させることで、カッティング状態を良好に保つことができること、図１に示すカッターに比べ寿命が長く、再研磨することにより繰返して使用できること、馴らし運転を不要にできること等のためである。
【００１１】
以上の点からカッターは、図３及び図４に示すような鉈刃状カッターが望ましいが、このカッターの場合でも次のような条件のカッターを使用するのが良好なカッティング状態を得るうえでより望ましい。すなわち、図３及び図４に示すように、ホルダー軸中心Ｏを通る線と刃９ａがなす角（本明細書では、これをカッターの取付角度という）θが２５〜４５°である。
カッターのすくい角αは、大きい程図６に示すようにカッティングされたペレットが飛ぶ方向とダイ面とのなす角ψが大きくなり、ダイ面より離れる方向に飛び易い。
【００１２】
冷却水は、ダイ面に形成される溶融樹脂膜を固化するだけで、ダイを過冷却して樹脂による目詰まりを生じさせないことが必要で、そのために冷却水を霧状にして吹付けるのが望ましい。噴霧角度は圧力又は流量を変えることにより調整することが可能で、１５〜３０°程度が効果的である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図７は、図１に示す空中ホットカット方式の造粒装置において、ホルダー軸１１の軸支持部１２に環状板１３を固着し、環状板１３の両側に噴霧ノズル１４を取着して両ノズル１４にポンプ１５、圧力計１６及びバルブ１７等を含む冷却水の配管１８を接続してなるもので、両噴霧ノズル１４から冷却水が霧状となってダイ面とカッター５に噴霧され、その噴霧角度は、ポンプ１５の回転数を変え、冷却水の圧力を変えることによって調整できるようにしてある。
【００１４】
カッティングされたペレットはカッターフード１の周面を螺旋状に流れる冷却水２中に落下して冷却されながら出口７まで運ばれたのち、図示していないが従来と同様、遠心乾燥機で乾燥され、ついで自動篩器に掛けて製品となる単独のペレットと互着及びグレープ状ペレットに選別される。実験例１カッターを図４に示す鉈刃状カッター９とした図７に示す装置を用いてポリメチルペンテンの造粒を次のようにして行った。
【００１５】
ＭＦＲが１〜１０ｇ／１０分、２０〜４０ｇ／１０分及び５０〜５００ｇ／１０分の範囲にある３種類のポリ４−メチル−１−ペンテン樹脂の各々について、以下に示すカッティング条件にて、Ｈ．ＩＫＥＵＣＨＩ＆ＣＯ．，ＬＴＤ製の噴霧ノズル１４から冷却水を霧状にして所定の噴霧角度でダイ面とカッター９とに吹付けながらカッティングし、造粒を行ってペレットを得た。
カッティッング条件
ダイ孔を通過する溶融樹脂の通過速度（線速）：７０〜１００ｃｍ／ｓｅｃ
カッターについて
回転数：１７００〜３０００ｒｐｍ、
カッターの取付角度：２５〜４５°
カッターのすくい角：４０〜５０°
カッターの逃げ角 ：１５〜２０°
カッターの刃先角 ：２５〜３０°
冷却水の温度：２０〜４０℃
冷却水の圧力：４Ｋｇ／ｃｍ^２
噴霧角度：１５〜３０度
【００１６】
得られたペレットを乾燥後、自動篩器に掛け、前記３種類のＭＦＲの範囲にある各々の樹脂について、篩上ペレットの発生量を調べた。この結果を以下の表１に示す。該表にはダイ面に冷却水を注水しないでカッティングする方法、すなわち、図１に示す従来の装置を用い、図４に示す鉈刃状カッター９を用いて同様の条件で同じ樹脂を造粒した場合の結果を併せて示した。表１に見られるように注水しないでカッティングすると、篩上ペレットの発生量が増えることがわかる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
実験例２カッターを図２に示すナイフ状カッター１０とした以外は、先の実験例１と同じ条件で、同じ樹脂について冷却水を注水しながらカッティングした場合と、冷却水を注水しないでカッティングした場合について調べた。この結果を以下の表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
実験例３カッターを図３に示す鉈刃状カッター９とした以外は先の実験例１と同じ条件で、同じ樹脂について冷却水を注水しながらカッティングした場合と、冷却水を注水しないでカッティングした場合について調べた。この結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
以上の実験例１〜３の結果に見られるように、冷却水を散布ないし噴霧した場合には、これを行わない場合に比べ、ＭＦＲが１〜５００ｇ／１０分の全ての範囲において篩上ペレットの発生率が低下し、とくにＭＦＲが５０以上の高ＭＦＲ樹脂程、篩上ペレットの発生量が急減し、該樹脂は冷却水の噴霧に顕著な効果があることが判明した。またＭＦＲが５０以上の樹脂では、図２に示すカッターを使用するよりも図３に示すカッターを、更には取付角度の小さな図４に示すカッターを使用する方が篩上ペレットの発生量が低減し、効果があることが判った。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１及び３記載の方法及び装置によると、ダイ面に形成される溶融樹脂膜が冷却水の散布ないし噴霧により冷却固化されて剥離されるようになり、その結果、カッター刃がダイ面に密着して切れ味が良好に維持され、互着ペレットやグレープ状ペレットの発生率が低下して製品の収率が改善されると共に、篩上ペレット除去作業が軽減されて省力化が可能となる。またカッティング状態を良好に保つことができる。
【００２４】
請求項４記載の装置のように、カッターとして鉈刃状カッターを用いると、撓みが小さいため刃全体をダイ面に密着させてカッティング状態を良好に保つことができ、馴らし運転を不要にできること、寿命が長く、刃を研磨することにより繰返して使用できること等の効果を奏する。
【００２５】
請求項５記載の発明によると、カッティング状態を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の造粒装置の概略横断面図。
【図２】従来のカッターを取付けたホルダーの側面図。
【図３】本発明に係るカッター使用例を示す側面図。
【図４】本発明に係るカッターの別の例の実施形態の使用例を示す側面図。
【図５】カッターの説明図。
【図６】切断時にペレットが飛ぶ方向を示す図。
【図７】本発明に係る造粒装置の概略横断面図。
【符号の説明】
１・・カッターフード
２・・水膜
３・・モータ
４・・ホルダー
５・・カッター
６・・ダイ
７・・出口
８・・柄
９・・鉈刃状カッター
１０・・ナイフ状カッター
１１・・ホルダー軸
１３・・環状板
１４・・噴霧ノズル
１５・・ポンプ
１６・・圧力計
１７・・パイプ
１８・・配管

Claims (5)

1. 押出機先端に取付けたダイより押出された溶融樹脂をダイ面を摺接しながら回転するカッターで切断してペレット化し、水中に落下させて冷却する空中ホットカット方式による造粒方法において、上記樹脂がポリ４−メチル−１ペンテンであり、ダイ面に形成される溶融樹脂膜を固化するため冷却水を散布ないし噴霧させることを特徴とする造粒方法。
2. 造粒に供される樹脂のＭＦＲ値が５〜５００ｇ／１０分である請求項１記載の造粒方法。
3. 押出機先端に取付けたダイと、モータを駆動源として回転駆動されるホルダーに放射状に取付けられ、ダイのダイ面に押付けられた状態で回転するカッターとからなり、ダイより押出される溶融樹脂をカッターにより切断してペレット化し、水中に落下させて冷却する空中ホットカット方式による造粒装置において、上記カッターは、すくい角が４０〜５０°、逃げ角が１５〜２０°、刃先角が２５〜３０°であり、ダイ面に形成される溶融樹脂膜を固化するため冷却水を散布ないし噴霧させるノズルを含む装置を設けたことを特徴とする造粒装置。
4. カッターには鉈状カッターが使用される請求項３記載の造粒装置。
5. カッターの取付角度は２５〜４５°である請求項３又は４記載の造粒装置。

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