JP4277985B2

JP4277985B2 - 熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法

Info

Publication number: JP4277985B2
Application number: JP2003165706A
Authority: JP
Inventors: 正文清水; 博暁岩山; 隆幸神原
Original assignee: Japan Polypropylene Corp
Current assignee: Japan Polypropylene Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP2005002178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法に関する。詳しくは、例えば混練押出機から出た熱可塑性樹脂ペレットをカッティングした後、貯蔵のためサイロに搬送する技術、あるいは製品の均一化を図る為の循環ラインの搬送技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商業的生産規模の熱可塑性樹脂、例えば、ポリオレフィン樹脂の製造においては、オレフィンを重合したのちに、溶融混練機において必要な各種添加剤を配合し、溶融混練し、押出機によって溶融樹脂を冷却しながらカッティングしてペレット粒子が製造される。ペレット粒子を製造する理由は、粉体に比較してハンドリングが容易だからである。こうして製造されたペレット粒子は通常、配管を空気輸送（気力輸送、気流搬送）されてサイロに貯蔵され、包装系を経て出荷を待つことが多い。
【０００３】
空気輸送方式は簡便かつ有利な方法であるが、以下の欠点が指摘されている。すなわち、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂ペレットは導電性がないため、搬送工程においてペレット粒子同士の衝突、管壁と粒子の衝突等により静電気が発生しこれが蓄積される。その結果、ポリオレフィン樹脂同士の静電気による凝集が起こり、粒子同士の凝集による管閉塞トラブル、壁面付着による空送圧力の損失トラブル、付着・摩擦によるスネークスキン等の異物発生トラブルといった問題が発生していた。
【０００４】
これらの課題を解決する従来の技術として、例えば、粉体層を短く区切りプラグ状にして低速で輸送するプラグ輸送法（高濃度低速輸送法）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしこの方法は、紛体ポリマーに関するもので樹脂ペレットに直ちに適用できるものではなく、また、設備の複雑化、コストアップ、圧損失が大きいという不都合などがある。
また、空気輸送時に多量の水分を添加し、ペレット表面に水膜を形成することにより当該水膜の潤滑作用により粒体相互間および管壁との摩擦抵抗を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では搬送中に樹脂ペレットが濡れるのでユーザーに納品する際にはこれを乾燥する必要があり、工程が複雑かつ高コストである欠点がある。
【０００５】
【非特許文献１】
化学装置、「粉体ハンドリングプラントの配管トラブル」、２０００年２月号、工業調査会発行、４６〜４９ページ
【特許文献１】
特開平１０−１４７４３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水蒸気による導電作用（帯電防止）によりペレット粒子同士の凝集を防止し、管内閉塞や異物発生を低減し、工業的有利な熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討をおこなった結果、熱可塑性樹脂ペレットの表面での結露がないよう少量の水を搬送系に添加し、所定の気流条件を満足させることにより、上記目的が達成されることを知得して本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は熱可塑性樹脂ペレットを流通気体に同伴させて搬送するにあたり、相対湿度１００％未満の導入気体に水又は水蒸気を、該樹脂ペレットに対し０．０２重量％以上添加し、かつ該樹脂ペレットの表面が結露しない温度とするために、流通気体の温度を当該流通気体の露点（結露点）より高く保持してなる、相対湿度が７．３〜２０％の流通気体を形成することを特徴とする熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法に存する。
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
１．熱可塑性樹脂ペレットについて
本発明の方法が使用できる熱可塑性樹脂ペレットは、代表的にはポリオレフィン樹脂ペレットである。ポリオレフィンは単独重合体であっても共重合体であってもよい。例えば、高密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高結晶性ポリプロピレン、プロピレン・エチレンランダム共重合体、プロピレン・エチレンブロック共重合体、エチレン・プロピレンゴム等があげられる。
ポリエチレンの場合、その密度が０．８６〜０．９７ｇ／ｃｍ³、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．０１〜１０００ｇ／１０分の樹脂であることが望ましい。より好ましくは密度が０．９２〜０．９７ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲは０．０１〜５０ｇ／１０分である。
ポリプロピレンの場合、その密度が０．８６〜０．９１ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲが０．０１〜１０００ｇ／１０分の樹脂であることが望ましい。より好ましくは密度が０．９０〜０．９１ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲは０．０１〜５０ｇ／１０分である。
これらの領域を外れると、例えば接触摩擦が増大し配管内面の付着量増加もしくは閉塞という不都合が生じること、あるいは本発明の効果が小さいことなどから不利となる。
【０００９】
ペレットとは直径又は一辺が２〜３ｍｍ位の小さな一定の球状、円柱状、角柱、板状等に造粒した成形材料であるものを言い、その物性は特に制限ないが、一粒当たりの重量は１０〜４０ｍｇの範囲であるものが好ましい。またその性状は特に制限ないが、表面に凸凹が少なく、球状であることが好ましい。ペレット表面における凹凸および異形状はペレット搬送時に於けるベント管等で壁面に衝突し粉およびスネークスキンが発生しやすいなどの欠点がある。
なお、ポリオレフィンとして製造されたものであれば、例えばエラストマーのように、重合反応終了時に不定形であっても後処理工程で例えば溶融混練してペレットを形成していれば本発明の使用が可能である。
【００１０】
使用できるオレフィンの種類としては、エチレン性不飽和結合を有する炭素数２〜２０程度のものが挙げられる。具体例としてはエチレン、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１、３−メチル−ペンテン−１あるいはスチレン等が挙げられる。コモノマーとしては上記オレフィンに限らず、共役あるいは非共役のジエン化合物であってもよい。ポリオレフィンの製造方法には特に制限がなく、ラジカル重合、アニオン重合のどちらでもよい。ラジカル重合は高圧重合による低密度ポリエチレンを例示できる。アニオン重合の場合、スラリー重合、溶液重合、バルク重合あるいは気相重合などが例示できる。アニオン重合に使用できる触媒は公知の触媒であるチーグラーナッタ触媒、メタロセン触媒あるいはいわゆるシングルサイト触媒が例示できる。
ポリオレフィン以外の熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ＡＳ、ＡＢＳ、ＥＰＤＭ、ＳＥＢＳ、ＮＢＲ、アクリル樹脂などが挙げられる。
【００１１】
２．流通気体について
流通気体の種類は、熱可塑性樹脂を劣化あるいは変質化させないものであれば、特に制限はないが、通常は空気あるいは窒素ガスが使用できる。
本発明の特徴の一つとして、流通気体中に含まれる水分量が相対湿度１００％未満であって、樹脂ペレットの表面に水分が凝縮することのない条件を選択することが挙げられる。
【００１２】
水分の絶対量は、流通気体の温度（ブロアー吐出側温度）、圧力、相対湿度、風量（風速）等と密接な関係にある。流通気体の温度は、通常２０〜１００℃、好ましくは３０〜９５℃である。
流通気体の温度をブロアー吸入側の温度、即ち外気温度よりも冷却することに特段のメリットはなく、他方高温にし過ぎると、ペレットが空送管壁面と衝突によって接触面が融解する現象（融点降下現象）を加速したり、熱可塑性樹脂が熱劣化したりする影響を無視しえなくなる。流通気体は、ブロアーの運転（摩擦熱）により加熱されるので、当該加熱された状態で、更に加熱又は冷却することなく、そのまま使用することが好ましい。但し本発明において、水を液体として導入する場合は、水の蒸発潜熱により流通気体の温度は所定量低下することとなるが、当該低下した温度を基準値として設計すればよい。樹脂ペレット温度に加熱した水蒸気を導入する場合はこの限りではない。
【００１３】
流通気体の風速は、樹脂ペレットの形状、搬送量、配管径等にもよるが、通常、２０〜１００ｍ／秒、好ましくは３０〜８０ｍ／秒の範囲から選択される。風速が小さいと搬送に必要な良好な乱流状態を形成し難く、大き過ぎては樹脂ペレットや配管装置類を傷つけ磨耗の原因となる。
流通気体の相対湿度は先に述べたように、１００％未満、好ましくは５〜９５％とする必要がある。気流搬送系の導電性（帯電防止性）を上げるためには、流通気体中に存在する水の絶対量をそれほど多くする必要はない。流通気体の温度を４０〜９５℃、特に５０〜８５℃の高温側にして、相対湿度を５〜６０％の範囲に保持する方法が最も好ましい。しかして、水の蒸気圧としては、通常２〜２０ｋＰａ、好ましくは３〜１０ｋＰａの範囲にある。
【００１４】
気流搬送系に導入すべき水の量は、搬送樹脂ペレットに対して、０．０２重量％以上、好ましくは０．０２〜０．８重量％の範囲である。導入水が少ないと本発明の効果が充分に発揮されず、一方多すぎる場合は、通通気体の温度、風量、風速にも影響されるが、相対湿度が１００％を超えて（流通気体の温度が露点に達して）樹脂ペレット表面に濡れが生じ、その後改めて乾燥操作が必要となる。
気流搬送における樹脂ペレットの搬送量は、搬送用配管の内径に最も大きく左右され、直径３〜１２Ｂ（８９〜３１８ｍｍ）の配管を使用する場合は、通常１〜５０トン／時、好ましくは２〜４０トン／時の範囲である。そして上記の搬送量を達成するために、流通気体の風量は樹脂ペレット１トンに対して、通常５０〜２００Ｎｍ³、好ましくは６０〜１５０Ｎｍ³、また風圧は通常２０〜１００ｋＰａ、好ましくは３０〜５０ｋＰａの範囲から選択される。風量が少ないと力学的に充分な搬送力を得ることができないばかりでなく、導入した水の全てを速やかに気化させることができない。
上記で説明した搬送系において、樹脂ペレットの表面温度は最終的に流通気体の温度に等しくなる。従って、流通気体中の水蒸気が樹脂ペレットの表面で凝縮しないようにするには、流通気体の温度を当該流通気体の露点（結露点）より高く保持することが必要である。この結露点は当該流通気体が存在する系の温度、圧力によって決まり、算出することも可能である。
また、搬送配管が長距離に及ぶことによる自然冷却あるいは部分的に保温が不充分になる場合等を考慮すれば、好ましくは露点より１０〜３０℃高く、流通気体の温度を保持する態様が推奨される。
【００１５】
以下に本発明の詳細を図面を用いて説明する。図１は本発明方法を実施する輸送装置の概略図である。図１において、１はブロアー吸入側フィルター、２は空気供給用ブロアー、３はブロアー吐出側フィルター、４は圧力指示計、５はターゲットボックス、６は製品サイロ、７はロータリーフィーダー、８は搬送配管、９は流量調節計、１０は温度指示計、１１は分級器、１２は包装サイロ、１３は包装サイロ用ブロアー、１４は製品サイロ循環ライン、２１は樹脂ペレット導入ライン、２２は空気導入ライン、２３は水導入ライン、２４は包装ラインをそれぞれ示す。
押出機（図示せず）より送られてくる樹脂ペレットは、樹脂ペレット供給ライン２１より、ターゲットボックス５を経て製品サイロ６に貯蔵される。ターゲットボックス５は、製品サイロ６の入口部にあって、樹脂ペレット中に存在する微粉等の異物を分級するための容器である。出荷時には、樹脂ペレットはロータリーフィーダー７から一定量排出される。樹脂ペレットの温度は製品サイロ６の保温状態に左右される。
【００１６】
一方、水導入ライン２３から流量調節計９を経て供給される所定量の水は、空気導入ライン２２から空気供給用ブロアー２を経て供給される空気（ブロアー吐出側空気）に中に噴霧される。水はその全量が直ちに気化し、所定の水分（即ち、所定の相対湿度）を含有する搬送用の流通気体となる。このように水は液体の形態で計量及び供給するのが簡便であるが、水蒸気の形態で供給してもよい。
液体の水を供給した場合、水の蒸発潜熱により流通気体の温度が低下するので、温度指示計１０と流量調節計９を連動させて、流通気体中の水分及び温度を制御する必要がある。
ロータリーフィーダー７から排出される樹脂ペレットは、流通気体に同伴され、搬送配管８を気流搬送（空送）される。水の添加量の調節は流量調節計９によっておこなわれる。例えば、ロータリーフィーダー７の起動、停止信号による自動注入システムもしくは手動方式いずれかの方式により、搬送すべき樹脂ペレットの搬送量に対し一定量の水を連続的に注入する。発明の効果を損なわない限りは間欠的な注入であってもよい。
樹脂ペレットと流通気体との混合は、通常の配管混合で充分である。場合によっては、旋回流の発生を伴うような混合装置を付設してもよい。
搬送配管８を気流搬送された樹脂ペレットは、包装サイロ１２に供給される。樹脂ペレット中に存在する微粉等の異物は分級器１１で除去される。このようにして包装サイロ１２に一時保管された樹脂ペレットは、水膜の形成など濡れ状態はないので、乾燥工程を経ることなく、包装ライン２４より出荷用の包装機に送られる。１３は分級器１１を機能させるための包装サイロ用ブロアーである。
【００１７】
【実施例】
次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
１．使用した樹脂ペレット
（１）ＭＦＲ２．０ｇ／１０分、密度０．９２０ｇ／ｃｍ³のポリエチレン樹脂、ペレット形状は外径３ｍｍ、長さ２ｍｍの円柱状品
（２）ＭＦＲ２５ｇ／１０分、密度０．９０８ｇ／ｃｍ³のポリプロピレン樹脂、ペレット形状は外径２．５ｍｍ、長さ２ｍｍの円柱状品
なお、樹脂ペレットのＭＦＲ(熱可塑性プラスチックの流れ性)は、ＪＩＳＫ７２１０に準じ、ポリエチレンの場合には試験荷重２．１６ｋｇ、試験温度１９０℃で測定した。ポリプロピレンの場合には試験荷重２．１６ｋｇ、試験温度２３０℃の条件にて測定した。
密度（非発泡プラスチックの密度）は、ＪＩＳＫ７１１２に準じ、ポリエチレン、ポリプロピレンともに密度勾配管法により測定した。
２．異物発生率
ペレット中の異物とは、空気輸送によって破損するなどして規格外となった製品あるいは製品の一部をいう。例えば、ヒゲ状物、フラフ、ストリーマ、スネークスキン等が例示できる。
異物量は、シスコ（株）製粉粒体選別装置（型式6DT4-2）を使用して測定した。試料２５ｋｇを定量供給し分離、回収した後、目開き１．７ｍｍの金網上のものがスネークスキン、金網下のものを粉とし、その合計量を供給試料に対する割合（重量ｐｐｍ）で表示した。
３．付着水分
試験試料を目視観察、及び手を差し込んだ時の濡れの有無を検査する簡易判定方法に従った。
【００１８】
［実施例１］
図１に示す気流搬送装置を使用して、ポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。即ち、製品サイロ６内の樹脂ペレット（ペレット温度５０℃）をロータリーフィーダー７を通して２５トン／時で供給する一方、空気導入ライン２２より、外気温度３０℃、相対湿度４０％の空気を吸入した。ブロアー吐出口において、空気温度は９０℃、圧力は４７ｋＰａに昇温昇圧され、該空気を４４ｍ³／分で搬送配管へ供給した。水は、水導入ラインより２０℃の水を流量調節計９を通して１０ｋｇ／時（対樹脂ペレット０．０４重量％）供給し空気中に噴霧した。水は空気中にその全量が直ちに蒸発し、温度８２℃、水蒸気圧３．８ｋＰａ（飽和水蒸気圧５２ｋＰａ、相対湿度７．３％）、の流通気体が得られた
上記流通気体を使用して下記の輸送系でポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。
（１）輸送配管内径：１５９ｍｍ
（２）水平輸送距離：４７ｍ
（３）垂直輸送距離：２３ｍ
（４）流通気体の流速：４０ｍ／秒
４時間連続運転し、包装サイロ１２内に樹脂ペレットを貯蔵した。気流搬送は順調に運転でき、管閉塞トラブルはなく、異物の発生はまったく認められなかった。貯蔵したペレットは包装サイロから定期的に抜き出したが、該ペレットの付着水分は無く、乾燥処理を必要としなかった。結果を表１に示した。
【００１９】
［比較例１］
実施例１において、水の供給を行うことなく、温度９０℃、水蒸気圧３．０ｋＰａ（飽和水蒸気圧７１ｋＰａ、相対湿度４．２％）の流通気体を使用した以外は実施例１と同様にしてポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。なお、実施例１に比べて流通気体中の水分が少なく、その温度が高くなり、同様の搬送量を維持するために輸送圧力を５５ｋＰａに設定した。これは水分の減少により、樹脂ペレットと配管との摩擦抵抗が増加したことに起因するものと推定される。
４時間連続運転し、包装サイロ１２内に乾燥した樹脂ペレットを貯蔵することができた。しかし、製品中にスネークスキンの混入が観察され、異物発生率は１７ｐｐｍであった。
【００２０】
［実施例２］
実施例１において、ポリエチレン樹脂ペレットの代わりにポリプロピレン樹脂ペレットを使用した以外は実施例１と同様にしてペレットの気流搬送を実施した。４時間連続運転し、包装サイロ１２内に乾燥した樹脂ペレットを貯蔵することができた。気流搬送中、管閉塞トラブルはなく、異物の発生はまったく認められなかった。
【００２１】
［比較例２］
実施例２において、水の供給を行うことなく、温度９０℃、水蒸気圧３．０ｋＰａ（飽和水蒸気圧７１ｋＰａ、相対湿度４．２％）の流通気体を使用した以外は実施例２と同様にしてポリプロピレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。なお、流通気体の温度が高くなり、同様の搬送量を維持するために空気圧力を５５ｋＰａに設定した。
４時間連続運転し、包装サイロ１２内に乾燥した樹脂ペレットを貯蔵することができた。しかし、製品中にスネークスキンの混入が観察され、異物発生率は１４ｐｐｍであった。
【００２２】
［実施例３〜４，参考例１］
実施例１において、水の導入量１０ｋｇ／時の代わりに、２０、３０又は５０ｋｇ／時とした以外は実施例１と同様にしてポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。水の導入量が増加するに従い流通気体の温度が低下したが、水蒸気圧は飽和蒸気圧以下であり、管閉塞トラブルはなく順調にポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施できた。４時間連続運転したが異物の発生は認められなかった。
【００２３】
［比較例３］
実施例１において、水の導入量１０ｋｇ／時の代わりに、８０ｋｇ／時とした以外は実施例１と同様にしてポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送を実施した。水の導入量（対樹脂ペレット０．３２重量％）が増加して流通気体の温度は２９℃まで低下した。流通気体の水蒸気圧は９．５ｋＰａであり、相対湿度は１００％であった。この条件下で４時間連続運転したところ、特段の管閉塞トラブルはなかったが包装サイロ中のポリエチレン樹脂ペレットには付着水分が確認され、このままでは包装工程に移送することが出来ないレベルであった。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、水蒸気による導電作用（帯電防止）によりペレット粒子同士の凝集を防止し、管内閉塞や異物発生を低減し、工業的有利な熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する気流搬送装置の概略図である。
【符号の説明】
１：ブロアー吸入側フィルター
２：空気供給用ブロアー
３：ブロアー吐出側フィルター
４：圧力指示計
５：ターゲットボックス
６：製品サイロ６
７：ロータリーフィーダー
８：搬送配管
９：流量調節計
１０：温度指示計
１１：分級器
１２：包装サイロ
１３：包装サイロ用ブロアー
１４：製品サイロ循環ライン
２１：樹脂ペレット導入ライン
２２：空気導入ライン
２３：水導入ライン
２４：包装ライン

Claims

熱可塑性樹脂ペレットを流通気体に同伴させて搬送するにあたり、相対湿度１００％未満の導入気体に水又は水蒸気を、該樹脂ペレットに対し０．０２重量％以上添加し、かつ該樹脂ペレットの表面が結露しない温度とするために、流通気体の温度を当該流通気体の露点（結露点）より高く保持してなる、相対湿度が７．３〜２０％の流通気体を形成することを特徴とする熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
熱可塑性樹脂がポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート又はポリスチレンである請求項１に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
熱可塑性樹脂が、密度０．８６〜０．９７ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲが０．０１〜１０００ｇ／１０分のポリエチレン、または密度０．８６〜０．９１ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲが０．０１〜１０００ｇ／１０分のポリプロピレンである請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
流通気体が空気又は窒素である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
流通気体が２０〜１００ｍ／秒の流速、２０〜１００℃の温度範囲にある請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
水の導入量が、樹脂ペレットに対し０．０２〜０．８重量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
流通気体の温度が６７〜８２℃である請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
流通気体の風量が、樹脂ペレット１トンに対し５０〜２００Ｎｍ³である請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
流通気体の輸送圧力が２０〜１００ｋＰａである請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂ペレットの気流搬送方法。
ポリオレフィン樹脂ペレットを流通空気に同伴させて搬送するにあたり、相対湿度１００％未満の導入空気に水又は水蒸気を、該樹脂ペレットに対し０．０２重量％以上添加し、かつ該樹脂ペレットの表面が結露しない温度とするために、流通空気の温度を当該流通空気の露点（結露点）より高く保持してなる、相対湿度が７．３〜２０％の流通空気を形成することを特徴とするポリオレフィン樹脂ペレットの気流搬送方法。