JP4312457B2 - 粉末穀物の動物用床材 - Google Patents
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Description
【０００１】
本出願は、米国以外の全ての国家を指定して、２００１年９月２０日に、米国の国内企業であるPet Care Systems, Inc.の名称でPCT国際特許出願として出願された。
発明の分野
本発明は天然産の床材組成物及び液体の吸着剤としての使用方法に関する。
背景
ペット動物の尿及びその他の廃棄物液体の吸着剤としての床材(litter)の使用は、長年以前より公知である。典型的には、床材は、ペットが排尿及び排便に使用するようにしつけられている容器または領域に置かれる。多くの先行技術の床材は、砂、粘土、及びその他の最小限の吸着剤物質から誘導される。更に近年、尿及び糞便液体により汚れた床材から塊を形成させるバインダー及びその他の添加剤の添加により、これらの床材の耐用時間及び吸着性が増大した。例えば、米国特許第5,216,980号及び同第5,176,107号を参照されたい。汚れた床材からの塊の形成は、ひとつには、尿または糞便液体の広がりを最少化し、それにより排泄された廃棄物液体のまわりの汚れていない床材の汚染を最少化する。更に、凝集により床材の容器の外側での汚れた床材の追跡が軽減される。
【０００２】
更に近年、穀物、おが屑、木材チップまたは植物の外皮のようなセルロース誘導体のような天然の産物が床材として使用されている。例えば、米国特許第4,206,718号、第4,727,824号、第4,883,021号、第5,109,804号、第5,152,250号、第5,690,052号及び同第6,014,947号を参照されたい。これらの製品は、床材の吸着性を増大させるとともに生分解性床材を提供しようとして開発された。吸着性の高い床材は臭気を最少化させ、必要とされる床材の量を低下させ、かつ湿った床材の処理の問題を最少化させる。吸着性の高い床材が調製されているけれども、それらの多くは液体と接触した時に過度に膨潤して、トイレに流す時に下水管または腐敗ラインの閉塞のような問題を引き起こす傾向がある。
本発明は、膨潤度が低く、かつ適する凝集特性を有する、吸着性の高い天然産の床材を提供することに関する。本発明はまた、吸着性が高いが、膨潤度が低く、かつ適する凝集特性を有する天然産の床材を調製及び使用する方法を提供する。
【０００３】
発明の要約
本発明は、改良された天然産の吸着剤組成物を提供する。吸着剤は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子の混合物でもよい。吸着剤は生分解性で、すくい上げることができ、かつトイレで流すことができる。粉末穀物は、典型的にはシリアルから調製される。好ましい一実施態様においては、シリアルは、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦、及びそれらの混合物を含む小麦種である。木材粒子は、典型的には、例えば、アスペン、ポプラ、松、樺、シーダー、及びそれらの混合物のような吸着特性の良好な木材の木から誘導される。木材粒子は、典型的には、吸着剤の質量の約１．０倍以上、好ましくは約２．０倍以上、更に好ましくは約３．０倍以上の質量の液体を吸着する。好ましくは、木材粒子は、約４mm未満のおが屑または木材チップである。好ましい組成物は、粉末穀物が硬質の赤い春小麦であり、木材粒子がアスペンである組成物である。液体と接触させると、吸着剤は、吸着剤の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。
【０００４】
本発明はまた、１乃至５０質量％の木材粒子及び５０乃至９９質量％の粉末穀物を含む吸着剤を調製する方法を提供する。木材粒子及び粉末穀物を選択した後、床材混合物を調製する。一実施態様においては、床材混合物からペレットを形成する。別の実施態様においては、ペレットを破砕する。
別の実施態様においては、本発明は粉末穀物からペレット状の吸着剤を製造する方法を提供する。粉末穀物ペレットは、例えば、吸着性を改良する木材粒子、消臭剤、微生物の成長を阻害する薬剤、抗粉立ち剤及び動物誘引物質を含む添加剤を含みうる。一実施態様においては、ペレットを破砕する。
本発明はまた、粉末穀物及び木材粒子を含む吸着剤を用いた液体の吸着方法を提供する。粉末穀物及び木材粒子を選択し、混合して床材混合物を製造する。混合物は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む。床材は、吸着すべき液体が接触しうるように置く。液体と接触すると、床材混合物は、好ましくは塊を形成し、床材混合物の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着する。
【０００５】
詳細な説明
本発明は、改良された天然産の吸着剤組成物及び液体を吸着する方法を提供する。吸着剤組成物は、粉末穀物及び木材粒子の混合物でもよい。好ましくは、吸着剤は臭気が低く、生分解性である。液体と接触すると、吸着剤は、まわりの湿っていない吸着剤と容易に分離しうる摩耗しにくい塊を形成しうる。吸着剤をトイレに処分すると、塊は崩壊しうる。吸着剤は、典型的には膨潤する傾向が低いので、処分時に下水管または腐敗システムを塞ぐ可能性を低下させる。
本発明の粉末穀物は、例えば、小麦、サトウモロコシ、大麦、米、麦、ライ麦、ライ小麦、ミッレト、トウモロコシ及び “シリアル”が一般的な用語であるその他の穀物のようなシリアルから調製しうる。粉末穀物は、単一の穀物または穀物の組合せから調製しうる。複数の穀物は、粉末化工程の前または後に組合せうる。好ましい本発明のシリアルは、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦等を含む小麦種の群から選択しうる。好ましい一実施態様においては、粉末穀物は硬質の赤い春小麦である。
【０００６】
粉末穀物は、精白していない原料の穀物を粉末化することにより調製しうる。粉末化する前に、精白していない原料の穀物をクリーナ装置に入れ、石、岩、金属、土、塵、雑草の種及びその他の非穀物物質を含む異物を除去しうる。そのようなクリーナ装置は当業者には公知であり、例えば、磁石、ディスク清浄ミル、篩清浄ミル及び同様な装置が含まれる。次いで、穀物を、好ましくは害虫駆除機を用いて駆除しうる。穀物を清浄及び駆除する順序は重要ではない。害虫駆除機は当業者には公知である。
穀物を清浄及び駆除した後、ローラーまたはハンマー・ミルにより精白していない穀物をより小さな粒子に破砕する。穀物を破砕した（粉末化した）後、メッシュの篩に通すことにより大きな粒子が分離され、適する粒子寸法が得られるまでローラーまたはハンマー・ミルに戻される篩装置に移す。典型的には、少なくとも９５％の粒子が４mm未満（５メッシュスクリーンを通過する）であるように粒子寸法を低下させる。好ましくは、少なくとも９５％の粒子が、４mm乃至１２５μm（５メッシュスクリーンを通過するが、１２０メッシュスクリーンは通過しない）である。
【０００７】
本発明の木材粒子は、例えば、粉砕、微粉砕、または切断により製造しうる。木材源は、例えば、木、材木、セルロース繊維、または木の皮及び木の削りくずような木材の副産物でもよい。１種類の木材または複数の種類の木材の組合せを使用しうる。
典型的には、木材粒子は、木材粒子の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる吸着物質である。木材粒子は、典型的には、木材粒子の質量の１倍以上、好ましくは２倍以上、更に好ましくは３倍以上の質量の液体を吸着しうる。吸着には、木材粒子上または木材粒子中への液体の吸着及び吸収の両方が含まれる。適する吸着剤木材物質には、例えば、アスペン、ポプラ、松、シーダー等が含まれる。
木材粒子は、典型的には、粉砕または微粉砕により得られる。木材粒子は、ペレット状または粉末状の木材製品から誘導しうる。粉末状及びペレット状アスペン製品源には、アイオワ州ConradにあるGreen Pet Products及びミネソタ州BagleyにあるLone Tree By-Productsが含まれる。木材の粒子寸法は、典型的には、少なくとも９５％の粒子が約４mm未満（５メッシュスクリーンを通過する）であるように低下させる。好ましくは、少なくとも９５％の粒子が、約４mm乃至約１２５μm（５メッシュスクリーンを通過するが、１２０メッシュスクリーンは通過しない）である。
【０００８】
本発明の一面は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む吸着剤組成物を提供する。組成物は、好ましくは約５乃至約３５質量％の木材粒子、更に好ましくは約１０乃至約３０質量％の木材粒子を含む。例えば、消臭剤、微生物の成長を阻害する薬剤、抗粉立ち剤及び動物誘引物質として機能する化合物を含むその他の添加剤が存在しうる。臭気を覆い隠したり中和したりする添加剤は、例えば、重曹またはNilecho（オハイオ州BolivarにあるNilodor, Inc.より市販されている５０の天然油を含む天然産の油製品）のような天然産の油でもよい。動物誘引物質は、例えば、小麦のような天然タンパク質でもよい。抗粉立ち剤は、例えば、大豆油のような植物油でもよい。
一実施態様においては、吸着剤は吸着剤の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる。典型的には、吸着剤は、床材混合物の質量の１．０倍以上、好ましくは１．５倍以上、更に好ましくは２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。本明細書において使用されている“吸着”という用語には、吸着剤上または吸着剤中への液体の吸着及び吸収の両方が含まれる。吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99（１９９９年に発表）を用いて測定しうる。ガラス製の結晶化皿である試験セルに水を入れる。吸着剤の試料を秤量し、金網のバスケット（２７メッシュ寸法０．１６cm（０．０６３インチ））内に置き、試験セル中に下げる。一部の吸着剤は試験セル内で浮かぶであろう。１５分後、金網バスケットを用い吸着剤を水から除去する。バスケットで３０分間水を切る。吸着剤を再び秤量し、吸着した液体の量を計算する。
【０００９】
本発明の吸着剤は、液体と接触した時に摩耗しにくい塊を形成する傾向がある。木材粒子の含量が高くなりすぎると、床材は液体廃棄物への暴露時に凝集しない。“摩耗しにくい塊”という表現は、乾燥後、摩耗試験を受けたときに質量の約１５％未満、好ましくは約１０％未満がゆるむ塊を意味する。摩耗試験は、床材混合物を６gの水で湿らせ、１０乃至１５分間吸着された水を固定させる。形成した塊を注意深く湿っていない床材から除去し、乾燥させる。乾燥した塊を秤量する。次いで、指で表面を優しくこすることにより、塊の表面上の結合しているが付着が不十分な床材を除去する。除去された床材を秤量し、質量損失％を計算する。質量損失％が摩耗％である。
摩耗しにくい塊は、塊を床材の容器中でまわりの汚れていない床材から除去するときに、汚れた床材の粒子を失う可能性が低いので有利である。摩耗しにくい塊は、塊から離れて落ちる汚れた床材による汚れていない床材の汚染が少ないので、床材の耐用時間が増大し、有意な利点を提供しうる。更に、動物が床材中を動き回りながら塊上を歩くことにより圧縮されると、凝集により汚れた塊から粒子が離脱するのを妨げられる。床材容器の外側での床材の追跡は最少化されうる。
【００１０】
吸着剤組成物は、他の天然産の床材より膨潤しない傾向がある。本明細書において使用されている“膨潤”という用語は、床材が液体と接触した時にその体積を増大させる傾向を意味する。この特性は、下水管または腐敗システムに結合しているトイレに汚れた床材を流す場合には特に有利である。液体と接触した時にあまり膨潤しない床材を用いることにより、床材をトイレに流した時に下水管または腐敗システムが詰まる傾向がより少なくなる。床材の質量に対して約５０％より多い木材粒子を含む組成物は、好ましい程度より膨潤する傾向がある。１００％膨潤する床材は、吸着剤の体積が水と接触した時に２倍になることを意味する。本発明の組成物は、典型的には吸着剤の体積に対して約１０％未満しか膨潤しない。吸着剤は、好ましくは液体に暴露した時に体積が変化せず、もっとも好ましくは液体と接触した時に収縮する。
本発明の別の面は、１乃至５０質量％の木材粒子及び５０乃至９９質量％の粉末穀物を含む吸着剤を調製する方法を提供する。好ましくは、吸着剤は５乃至３５％の木材粒子、更に好ましくは１０乃至３０％の木材粒子を含む。選択した粉末穀物及び木材粒子を混合して均質な床材混合物を形成する。適する混合装置には、例えば、リボン・ミキサーまたは櫂形ミキサーが含まれる。均質性は、混合容器の複数の位置から取った試料について色の類似性及び色の一様性に基づいて視覚的に決定しうる。
【００１１】
本発明の一実施態様はペレット状床材を提供する。典型的なペレタイザーは、乾燥成分の供給装置及び液体が添加される調整装置を有する。次いで調整された物質を、ペレットが形成されるペレット形成室に流す。圧縮比を変化させると、ペレット形成中の含水率及び温度が製品特性を変えうる。圧縮比は、典型的には約４：１乃至約９：１である。好ましくは、圧縮比は約５：１乃至約９：１であり、もっとも好ましくは、約５：１乃至約８：１である。約４：１未満の圧縮比においては、多量の微粉を含む質の悪いペレットが形成される。約５：１未満の圧縮比が使用される場合には、製品特性の再現は困難でありうる。５：１以下の圧縮比でペレットを形成するには多量の水が必要である。この水の量は、形成後にペレットを更に乾燥させる必要があるので不利である。約５：１より大きい圧縮比で少量の水を添加した場合に良好なペレットが形成されうる。
ペレット形成に必要な水分は、粉末穀物及び木材粒子の混合工程中、混合に使用した容器と同一であるが混合工程後、またはペレット形成工程の一部として添加されうる。好ましくは、水分はペレット形成工程の一部として添加される。ペレット形成後に必要とされる乾燥の量を最少化するために、水分の添加量は少ないほど好ましい。典型的には、混合後の床材の含水率は、床材の質量に対して約７乃至約１４質量％である。好ましくは、ペレット形成中の含水率は、床材の質量に対して約１５質量％以下であり、更に好ましくは約１３質量％以下である。５：１以下の圧縮比を使用する場合には、ペレットの形成に必要な水の総量は、床材の質量に対して１５乃至約１８質量％である。
【００１２】
ペレット形成温度は、好ましくは水の沸点より低い。温度が高すぎると、水蒸気が物質の加工性を低下させてしまう。高温の場合には、硬質シェルのペレットが製造される傾向があり、床材の吸収性が低下する。粉末穀物が小麦の場合には、８２℃（１８０°F）より高温ではゲル化を引き起こし、床材が液体に暴露された時の凝集能力が低下してしまう。好ましくは、ペレット形成温度は約４３乃至７７℃（１１０乃至１７０°F）である。更に好ましくは、ペレット形成温度は約５４乃至７７℃（１３０乃至１７０°F）である。
形成後、ペレットを、例えば冷却機又は乾燥機中で乾燥させうる。冷却は、ファンによる空気の移動により生じうる。乾燥機は、例えば流動層である。乾燥は空気または不活性ガスの存在下で実施しうる。乾燥機中に存在するガスの温度は、典型的には８２℃（１８０°F）未満である。最終的な含水率は、典型的には約１２％未満であり、好ましくは約１１％未満、更に好ましくは約９％未満である。含水率が低いほど最終製品中の微生物の成長は少なくなる。
製造された微粉は、再加工のためにペレタイザーに戻しうる。ペレットの典型的な嵩密度は約０．４０乃至約０．８０g/ccである。一実施態様においては、好ましい嵩密度は約０．５０乃至０．６５g/ccである。
【００１３】
ペレットは、所望の吸水性を提供する寸法であればいずれでもよい。典型的には、ペレットの直径は約０．３２乃至約１．２８cm（１／８乃至１／２インチ）であり、好ましくは約０．４０乃至約０．６４cm（５／３２乃至１／４インチ）である。ペレットの長さは、典型的には約１．７０乃至約０．８５cm（２／３乃至１／３インチ）であり、好ましくは約１．２８乃至約１．１１cm（１／２乃至７／１６インチ）である。
別の実施態様においては、ペレット状床材を破砕しうる。破砕は、クランブラーまたはローラー・ミル中でペレット状床材を微粉砕してより小さい粒子を製造する工程である。ロール間の隙間が破砕した製品の寸法を決定する。典型的な破砕の範囲は、ペレットの寸法が、もとのペレット寸法の約１／４乃至約３／４、好ましくは約１／２乃至約２／３に減少するような範囲である。破砕の目的は、多くの微粉を形成することなくペレットの寸法を低下させることである。
本発明の一面は、粉末穀物を含むペレットを調製する方法を提供する。粉末穀物は、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。臭気を覆い隠したり中和したりする添加剤は、例えば、重曹またはNilecho（オハイオ州BolivarにあるNilodor, Inc.より市販されている５０の天然油を含む天然産の油製品）のような天然産の油でもよい。動物誘引物質は、例えば、小麦のような天然タンパク質でもよい。抗粉立ち剤は、例えば、大豆油のような植物油でもよい。驚くべきことに、一実施態様においては、粉末穀物床材の吸着性は、木材粒子の不在下でもペレット形成により改良されうる。
【００１４】
別の実施態様においては、ペレットを破砕する。この実施態様によれば、破砕した床材は、典型的には、床材の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる。床材は、典型的には、床材の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。膨潤は、床材の体積に対して約１０％未満である。好ましくは体積変化がないか、または更に好ましくは液体との接触時に床材が収縮する。摩耗％は、典型的には約１５％未満であり、好ましくは約１０％未満である。
本発明の別の面は、粉末穀物及び木材粒子を含む吸着剤を用いて液体を吸着する方法を提供する。粉末穀物及び木材粒子を選択して混合し、床材混合物を製造する。混合物は、約５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む。混合物は、好ましくは約５乃至約３５％の木材粒子、更に好ましくは約１０乃至約３０％の木材粒子を含む。床材は、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。床材は、吸着すべき液体が接触しうるように置かれる。液体と接触すると、床材混合物は、床材混合物の質量の約１．０倍以上、好ましくは１．５倍以上、更に好ましくは２．０倍以上の質量の液体を吸着する。典型的には、床材は、床材の質量の約０．５乃至５．０倍の質量の液体を吸着する。
【００１５】
本発明の別の面は、粉末穀物を含む床材を調製することにより液体を吸着する方法を提供する。粉末穀物はまた、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。粉末穀物床材は、吸着性を高めるために木材粒子のような添加剤を含みうる。床材はペレットに形成されたり、任意に破砕されたりする。ペレット状または破砕された床材混合物は、実際に液体と接触するように置かれる。
以下の実施例は、本発明の粉末穀物床材を調製する方法及び床材の種々の特性を決定するのに実施した試験を更に記載する。以下の実施例においては、粉末穀物は小麦であり、木材粒子はアスペンである。本発明はこれらの物質に限定されない。実施例は本発明の理解を容易にする典型的な目的で提供され、本発明を実施例に限定すると解釈されるべきではない。
【００１６】
実施例
実施例１
アスペン及び粉末小麦出発物質の特性決定
この実施例においては、アスペン出発物質は製材業の副産物であった。木材チップをタンブル乾燥機中で乾燥させ、木材チップの質量に対して約８質量％の含水率とした。乾燥させたチップは、８-メッシュスクリーンを具備する二段ハンマー・ミル中で粉末化した。粉末小麦（GW）は、洗浄し、１０-メッシュスクリーンを具備するシングル・ヘッドローラー・ミル中で粉末化した精白していない原料の春小麦から調製した。
木材粒子及び粉末小麦の粒度分布は、４mm乃至１２５μmの寸法の一連の篩で試料を５分間振り落とすことにより決定した。粉末小麦及びアスペンの粒度分布を表１に示す。全ての粉末小麦及び９７％の木材粒子が４．０mm未満であった。各原料のわずか１％が１２５μmより小さかった。
【００１７】
【表１】
表１：粉末小麦及びアスペンの粒度分布
【００１８】
出発物質の嵩密度は、試料の質量（単位g）を試料の体積（単位mL）で割ることにより決定した。試料を秤量した後、試料をメスシリンダーに入れ、更なる沈下が観察されなくなるまで優しくたたいた。次いで体積を読んだ。粉末小麦の嵩密度は、表２に示されるようにアスペンより高かった。
床材混合物、木材粒子、及び粉末穀物の吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99（１９９９年に発表）を用いて決定した。ガラス製の結晶化皿である試験セルに水を入れた。床材の試料を秤量し、金網のバスケット（２７メッシュ寸法０．１６cm（０．０６３インチ））内に置き、試験セル中に下げる。吸着剤の一部は試験セル内で浮かんだ。１５分後、金網バスケットを用い吸着剤を水から除去した。バスケットで３０分間水を切った。吸着剤を再び秤量し、吸着した液体の量を計算した。表２はアスペン及び粉末小麦の吸着性を示す。アスペンは、アスペンの質量の２．５倍以上の質量の水を吸着した。粉末穀物は、粉末穀物の質量よりわずかに少ない質量の水を吸着した。
水に暴露させると、粉末小麦は塊を形成するが、アスペンは形成しない。
【００１９】
【表２】
表２：アスペン及び粉末小麦の嵩密度及び吸着性
【００２０】
実施例２
粉末小麦及びアスペンの混合物の調製
実施例１の粉末穀物及びアスペンを、混合物中のアスペンが５乃至１５％の範囲の種々の割合で混合した。物質の混合にはリボン・ミキサーを使用した。混合容器の異なる領域から抜き取られた３つの試料の色が同一で、色が一様になるまで混合を継続した。
試料の吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99を用いて決定した。吸着性の値は表３に示す。
【００２１】
【表３】
表３：粉末穀物／アスペンの吸着性
【００２２】
粉末穀物にわずか５％のアスペンを添加すると、粉末穀物単独と比較して吸着性が１０％以上増大し、１５％のアスペンを添加すると、粉末穀物単独と比較して吸収性が３０％以上増大した。
実施例３
ペレット形成中の含水率の変化
混合物の質量に対して３０％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載した方法を用い、粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。粉末小麦及びアスペンは、実施例１に記載したものと同一である。カリフォルニア州サクラメントにあるCalifornia Pellet Millより供給されたペレタイザーを使用してペレットを形成した。同様な装置は、例えば、インディアナ州CrawfordsvilleにあるSprout-Waldonから入手しうる。圧縮比は４：１で、ペレットの直径は０．４８cm（３／１６インチ）であった。ペレタイザーにより物質を加工するために添加した水分は変化した。ペレタイザーに入れた時の製品の温度は約２１℃（７０°F）であり、含水率に依存して出口温度は５３℃（１２８°F）から６６℃（１５０°F）に変化した。ペレタイザーの出口温度は、水分を更に添加すると低下した。ペレット形成後、混合物の質量に対して１０乃至１１％の含水率に全ての試料を乾燥させた。吸着性及び嵩密度を決定し、表４に示す。嵩密度は、含水率の増大及びそれに伴う加工温度の低下に伴って低下した。
【００２３】
【表４】
表４：ペレット形成中の含水率の変化
【００２４】
実施例４
ペレット状粉末小麦床材
アスペンを添加せずに粉末小麦からペレットを形成した。ペレットの直径を０．４８cm（３／１６インチ）とし、圧縮比（CR）を３：１から８：１に変化させた。３：１の圧縮比では、加工するのに更なる水を必要とし、ペレットは十分には形成されなかった。試料の吸着性は、表５に示すように圧縮比が高いほど減少した。
【００２５】
【表５】
表５：ペレット状粉末小麦
【００２６】
実施例５
破砕した粉末小麦床材
実施例１に記載した粉末小麦から一連のペレット状床材を調製した。ペレット形成中の圧縮比は４から６．４に変化させた。ペレットの直径は０．４８cm（３／１６インチ）または０．４０cm（５／３２インチ）であった。含水率は、床材の質量に対して１３．５質量％から１５．０質量％に変化した。出口温度は、５４℃（１３０°F）から６０℃（１４０°F）に変化した。次いでペレットをもとの寸法の約２／３に破砕した。破砕機は、インディアナ州CrawfordsvilleにあるRoskamp-Championより供給された。同様な装置は、イリノイ州シカゴにあるModern Processing Equipmentから入手しうる。破砕機中のローラーの隙間の調整により破砕の程度を変化させうる。
表６に示すように、吸着性はペレット状の物質と比較して破砕した物質のほうが高かった。５：１の圧縮比の場合には、吸着した水(g)/吸着剤の質量(g)で表す吸着性は０．７６から１．３７に増大した。吸着性は、圧縮比が高いほど減少した。
【００２７】
【表６】
表６：破砕した粉末小麦床材
【００２８】
実施例６
ペレット状粉末小麦／アスペン床材
混合物の質量に対して２５％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載したようにして粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。混合物を直径０．４８cm（３／１６インチ）のペレットに形成した。次いでペレットを、もとのペレット寸法の２／３に破砕した。これらの試料については、表７に示されるように、圧縮比が低いほど床材混合物の吸着性が改良される。
【００２９】
【表７】
表７：ペレット状粉末小麦／アスペン床材
【００３０】
実施例７
破砕した粉末小麦／アスペン床材
混合物の質量に対して２５％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載したようにして粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。混合物を直径０．４８cm（３／１６インチ）または０．４０cm（５／３２インチ）のペレットに形成した。ペレット形成前の含水率は１５質量％で、ペレタイザーの出口温度は５４℃（１３０°F）乃至５７℃（１３５°F）であった。次いでペレットを、もとのペレット寸法の１／２または２／３のいずれかに破砕した。表８に示されるように、破砕により物質の吸着性が増大した。５：１の圧縮比の場合には、１gの破砕した製品が、同一量のペレット状製品と比較して０．３１g多い液体を吸着しうる。
【００３１】
【表８】
表８：破砕した粉末小麦／アスペン床材
【００３２】
実施例８
破砕した床材の粒度分布
表９は、３種の床材、すなわち、粉末小麦、２５質量％のアスペンを混合した粉末小麦及び３０質量％のアスペンを混合した粉末小麦の嵩密度及び粒度分布を示す。粉末小麦及びアスペンは実施例１のそれと同一である。圧縮比、ペレット直径及び破砕の程度を変化させた。破砕した物質を、４mm乃至１２５μmの一連の篩で５分間振り落とした。各篩上で回収された全ての試料のフラクションを表９に示す。
【００３３】
【表９】
表９：嵩密度及び粒度分布
【００３４】
【００３５】
小さな直径に破砕すると、もっとも大きな篩で回収される粒子のフラクションが小さい粒度分布となる。破砕した製品の大部分は２５０μmより大きかった。
実施例９
膨潤試験
目盛付きビーカーに２００mLまで床材の試料を充填することにより膨潤試験を実施した。秤量した水を床材に添加した。約１５分後、床材をトレイに移した。湿った床材は塊を形成し、湿っていない床材と容易に分離された。塊を秤量し、次いで特定体積まで水が満たされた目盛付きビーカー中で沈めた。塊で置換された水の体積を測定した。湿っていない床材を秤量して、使用した湿った床材の体積を計算した。一方の試料は、０．４０cm（５／３２インチ）のペレットに形成し、その粒子寸法を２／３に破砕した粉末小麦床材であった。もう一方の試料は、同一条件下でペレットを形成し破砕した７５質量％の粉末小麦及び２５質量％のアスペンの混合物であった。結果を表１０に示す。
【００３６】
【表１０】
表１０：膨潤試験
【００３７】
粉末小麦床材及び粉末小麦及びアスペンの両方を含む床材の両方について、吸着剤で置換された体積が計算値より小さかった。物質は液体に暴露されると収縮した。置換された体積は、GW-アスペン床材の場合は約３６％小さく、GW床材の場合は約１６％小さかった。
前述の詳細な記載から、本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明の装置及び方法において改良をなしうることは明らかである。したがって、本発明の精神から逸脱しない改良及び変化は全て本発明及びそれと等価なものの範囲内であると解釈される。
本出願は、米国以外の全ての国家を指定して、２００１年９月２０日に、米国の国内企業であるPet Care Systems, Inc.の名称でPCT国際特許出願として出願された。
発明の分野
本発明は天然産の床材組成物及び液体の吸着剤としての使用方法に関する。
背景
ペット動物の尿及びその他の廃棄物液体の吸着剤としての床材(litter)の使用は、長年以前より公知である。典型的には、床材は、ペットが排尿及び排便に使用するようにしつけられている容器または領域に置かれる。多くの先行技術の床材は、砂、粘土、及びその他の最小限の吸着剤物質から誘導される。更に近年、尿及び糞便液体により汚れた床材から塊を形成させるバインダー及びその他の添加剤の添加により、これらの床材の耐用時間及び吸着性が増大した。例えば、米国特許第5,216,980号及び同第5,176,107号を参照されたい。汚れた床材からの塊の形成は、ひとつには、尿または糞便液体の広がりを最少化し、それにより排泄された廃棄物液体のまわりの汚れていない床材の汚染を最少化する。更に、凝集により床材の容器の外側での汚れた床材の追跡が軽減される。
【０００２】
更に近年、穀物、おが屑、木材チップまたは植物の外皮のようなセルロース誘導体のような天然の産物が床材として使用されている。例えば、米国特許第4,206,718号、第4,727,824号、第4,883,021号、第5,109,804号、第5,152,250号、第5,690,052号及び同第6,014,947号を参照されたい。これらの製品は、床材の吸着性を増大させるとともに生分解性床材を提供しようとして開発された。吸着性の高い床材は臭気を最少化させ、必要とされる床材の量を低下させ、かつ湿った床材の処理の問題を最少化させる。吸着性の高い床材が調製されているけれども、それらの多くは液体と接触した時に過度に膨潤して、トイレに流す時に下水管または腐敗ラインの閉塞のような問題を引き起こす傾向がある。
本発明は、膨潤度が低く、かつ適する凝集特性を有する、吸着性の高い天然産の床材を提供することに関する。本発明はまた、吸着性が高いが、膨潤度が低く、かつ適する凝集特性を有する天然産の床材を調製及び使用する方法を提供する。
【０００３】
発明の要約
本発明は、改良された天然産の吸着剤組成物を提供する。吸着剤は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子の混合物でもよい。吸着剤は生分解性で、すくい上げることができ、かつトイレで流すことができる。粉末穀物は、典型的にはシリアルから調製される。好ましい一実施態様においては、シリアルは、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦、及びそれらの混合物を含む小麦種である。木材粒子は、典型的には、例えば、アスペン、ポプラ、松、樺、シーダー、及びそれらの混合物のような吸着特性の良好な木材の木から誘導される。木材粒子は、典型的には、吸着剤の質量の約１．０倍以上、好ましくは約２．０倍以上、更に好ましくは約３．０倍以上の質量の液体を吸着する。好ましくは、木材粒子は、約４mm未満のおが屑または木材チップである。好ましい組成物は、粉末穀物が硬質の赤い春小麦であり、木材粒子がアスペンである組成物である。液体と接触させると、吸着剤は、吸着剤の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。
【０００４】
本発明はまた、１乃至５０質量％の木材粒子及び５０乃至９９質量％の粉末穀物を含む吸着剤を調製する方法を提供する。木材粒子及び粉末穀物を選択した後、床材混合物を調製する。一実施態様においては、床材混合物からペレットを形成する。別の実施態様においては、ペレットを破砕する。
別の実施態様においては、本発明は粉末穀物からペレット状の吸着剤を製造する方法を提供する。粉末穀物ペレットは、例えば、吸着性を改良する木材粒子、消臭剤、微生物の成長を阻害する薬剤、抗粉立ち剤及び動物誘引物質を含む添加剤を含みうる。一実施態様においては、ペレットを破砕する。
本発明はまた、粉末穀物及び木材粒子を含む吸着剤を用いた液体の吸着方法を提供する。粉末穀物及び木材粒子を選択し、混合して床材混合物を製造する。混合物は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む。床材は、吸着すべき液体が接触しうるように置く。液体と接触すると、床材混合物は、好ましくは塊を形成し、床材混合物の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着する。
【０００５】
詳細な説明
本発明は、改良された天然産の吸着剤組成物及び液体を吸着する方法を提供する。吸着剤組成物は、粉末穀物及び木材粒子の混合物でもよい。好ましくは、吸着剤は臭気が低く、生分解性である。液体と接触すると、吸着剤は、まわりの湿っていない吸着剤と容易に分離しうる摩耗しにくい塊を形成しうる。吸着剤をトイレに処分すると、塊は崩壊しうる。吸着剤は、典型的には膨潤する傾向が低いので、処分時に下水管または腐敗システムを塞ぐ可能性を低下させる。
本発明の粉末穀物は、例えば、小麦、サトウモロコシ、大麦、米、麦、ライ麦、ライ小麦、ミッレト、トウモロコシ及び “シリアル”が一般的な用語であるその他の穀物のようなシリアルから調製しうる。粉末穀物は、単一の穀物または穀物の組合せから調製しうる。複数の穀物は、粉末化工程の前または後に組合せうる。好ましい本発明のシリアルは、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦等を含む小麦種の群から選択しうる。好ましい一実施態様においては、粉末穀物は硬質の赤い春小麦である。
【０００６】
粉末穀物は、精白していない原料の穀物を粉末化することにより調製しうる。粉末化する前に、精白していない原料の穀物をクリーナ装置に入れ、石、岩、金属、土、塵、雑草の種及びその他の非穀物物質を含む異物を除去しうる。そのようなクリーナ装置は当業者には公知であり、例えば、磁石、ディスク清浄ミル、篩清浄ミル及び同様な装置が含まれる。次いで、穀物を、好ましくは害虫駆除機を用いて駆除しうる。穀物を清浄及び駆除する順序は重要ではない。害虫駆除機は当業者には公知である。
穀物を清浄及び駆除した後、ローラーまたはハンマー・ミルにより精白していない穀物をより小さな粒子に破砕する。穀物を破砕した（粉末化した）後、メッシュの篩に通すことにより大きな粒子が分離され、適する粒子寸法が得られるまでローラーまたはハンマー・ミルに戻される篩装置に移す。典型的には、少なくとも９５％の粒子が４mm未満（５メッシュスクリーンを通過する）であるように粒子寸法を低下させる。好ましくは、少なくとも９５％の粒子が、４mm乃至１２５μm（５メッシュスクリーンを通過するが、１２０メッシュスクリーンは通過しない）である。
【０００７】
本発明の木材粒子は、例えば、粉砕、微粉砕、または切断により製造しうる。木材源は、例えば、木、材木、セルロース繊維、または木の皮及び木の削りくずような木材の副産物でもよい。１種類の木材または複数の種類の木材の組合せを使用しうる。
典型的には、木材粒子は、木材粒子の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる吸着物質である。木材粒子は、典型的には、木材粒子の質量の１倍以上、好ましくは２倍以上、更に好ましくは３倍以上の質量の液体を吸着しうる。吸着には、木材粒子上または木材粒子中への液体の吸着及び吸収の両方が含まれる。適する吸着剤木材物質には、例えば、アスペン、ポプラ、松、シーダー等が含まれる。
木材粒子は、典型的には、粉砕または微粉砕により得られる。木材粒子は、ペレット状または粉末状の木材製品から誘導しうる。粉末状及びペレット状アスペン製品源には、アイオワ州ConradにあるGreen Pet Products及びミネソタ州BagleyにあるLone Tree By-Productsが含まれる。木材の粒子寸法は、典型的には、少なくとも９５％の粒子が約４mm未満（５メッシュスクリーンを通過する）であるように低下させる。好ましくは、少なくとも９５％の粒子が、約４mm乃至約１２５μm（５メッシュスクリーンを通過するが、１２０メッシュスクリーンは通過しない）である。
【０００８】
本発明の一面は、５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む吸着剤組成物を提供する。組成物は、好ましくは約５乃至約３５質量％の木材粒子、更に好ましくは約１０乃至約３０質量％の木材粒子を含む。例えば、消臭剤、微生物の成長を阻害する薬剤、抗粉立ち剤及び動物誘引物質として機能する化合物を含むその他の添加剤が存在しうる。臭気を覆い隠したり中和したりする添加剤は、例えば、重曹またはNilecho（オハイオ州BolivarにあるNilodor, Inc.より市販されている５０の天然油を含む天然産の油製品）のような天然産の油でもよい。動物誘引物質は、例えば、小麦のような天然タンパク質でもよい。抗粉立ち剤は、例えば、大豆油のような植物油でもよい。
一実施態様においては、吸着剤は吸着剤の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる。典型的には、吸着剤は、床材混合物の質量の１．０倍以上、好ましくは１．５倍以上、更に好ましくは２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。本明細書において使用されている“吸着”という用語には、吸着剤上または吸着剤中への液体の吸着及び吸収の両方が含まれる。吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99（１９９９年に発表）を用いて測定しうる。ガラス製の結晶化皿である試験セルに水を入れる。吸着剤の試料を秤量し、金網のバスケット（２７メッシュ寸法０．１６cm（０．０６３インチ））内に置き、試験セル中に下げる。一部の吸着剤は試験セル内で浮かぶであろう。１５分後、金網バスケットを用い吸着剤を水から除去する。バスケットで３０分間水を切る。吸着剤を再び秤量し、吸着した液体の量を計算する。
【０００９】
本発明の吸着剤は、液体と接触した時に摩耗しにくい塊を形成する傾向がある。木材粒子の含量が高くなりすぎると、床材は液体廃棄物への暴露時に凝集しない。“摩耗しにくい塊”という表現は、乾燥後、摩耗試験を受けたときに質量の約１５％未満、好ましくは約１０％未満がゆるむ塊を意味する。摩耗試験は、床材混合物を６gの水で湿らせ、１０乃至１５分間吸着された水を固定させる。形成した塊を注意深く湿っていない床材から除去し、乾燥させる。乾燥した塊を秤量する。次いで、指で表面を優しくこすることにより、塊の表面上の結合しているが付着が不十分な床材を除去する。除去された床材を秤量し、質量損失％を計算する。質量損失％が摩耗％である。
摩耗しにくい塊は、塊を床材の容器中でまわりの汚れていない床材から除去するときに、汚れた床材の粒子を失う可能性が低いので有利である。摩耗しにくい塊は、塊から離れて落ちる汚れた床材による汚れていない床材の汚染が少ないので、床材の耐用時間が増大し、有意な利点を提供しうる。更に、動物が床材中を動き回りながら塊上を歩くことにより圧縮されると、凝集により汚れた塊から粒子が離脱するのを妨げられる。床材容器の外側での床材の追跡は最少化されうる。
【００１０】
吸着剤組成物は、他の天然産の床材より膨潤しない傾向がある。本明細書において使用されている“膨潤”という用語は、床材が液体と接触した時にその体積を増大させる傾向を意味する。この特性は、下水管または腐敗システムに結合しているトイレに汚れた床材を流す場合には特に有利である。液体と接触した時にあまり膨潤しない床材を用いることにより、床材をトイレに流した時に下水管または腐敗システムが詰まる傾向がより少なくなる。床材の質量に対して約５０％より多い木材粒子を含む組成物は、好ましい程度より膨潤する傾向がある。１００％膨潤する床材は、吸着剤の体積が水と接触した時に２倍になることを意味する。本発明の組成物は、典型的には吸着剤の体積に対して約１０％未満しか膨潤しない。吸着剤は、好ましくは液体に暴露した時に体積が変化せず、もっとも好ましくは液体と接触した時に収縮する。
本発明の別の面は、１乃至５０質量％の木材粒子及び５０乃至９９質量％の粉末穀物を含む吸着剤を調製する方法を提供する。好ましくは、吸着剤は５乃至３５％の木材粒子、更に好ましくは１０乃至３０％の木材粒子を含む。選択した粉末穀物及び木材粒子を混合して均質な床材混合物を形成する。適する混合装置には、例えば、リボン・ミキサーまたは櫂形ミキサーが含まれる。均質性は、混合容器の複数の位置から取った試料について色の類似性及び色の一様性に基づいて視覚的に決定しうる。
【００１１】
本発明の一実施態様はペレット状床材を提供する。典型的なペレタイザーは、乾燥成分の供給装置及び液体が添加される調整装置を有する。次いで調整された物質を、ペレットが形成されるペレット形成室に流す。圧縮比を変化させると、ペレット形成中の含水率及び温度が製品特性を変えうる。圧縮比は、典型的には約４：１乃至約９：１である。好ましくは、圧縮比は約５：１乃至約９：１であり、もっとも好ましくは、約５：１乃至約８：１である。約４：１未満の圧縮比においては、多量の微粉を含む質の悪いペレットが形成される。約５：１未満の圧縮比が使用される場合には、製品特性の再現は困難でありうる。５：１以下の圧縮比でペレットを形成するには多量の水が必要である。この水の量は、形成後にペレットを更に乾燥させる必要があるので不利である。約５：１より大きい圧縮比で少量の水を添加した場合に良好なペレットが形成されうる。
ペレット形成に必要な水分は、粉末穀物及び木材粒子の混合工程中、混合に使用した容器と同一であるが混合工程後、またはペレット形成工程の一部として添加されうる。好ましくは、水分はペレット形成工程の一部として添加される。ペレット形成後に必要とされる乾燥の量を最少化するために、水分の添加量は少ないほど好ましい。典型的には、混合後の床材の含水率は、床材の質量に対して約７乃至約１４質量％である。好ましくは、ペレット形成中の含水率は、床材の質量に対して約１５質量％以下であり、更に好ましくは約１３質量％以下である。５：１以下の圧縮比を使用する場合には、ペレットの形成に必要な水の総量は、床材の質量に対して１５乃至約１８質量％である。
【００１２】
ペレット形成温度は、好ましくは水の沸点より低い。温度が高すぎると、水蒸気が物質の加工性を低下させてしまう。高温の場合には、硬質シェルのペレットが製造される傾向があり、床材の吸収性が低下する。粉末穀物が小麦の場合には、８２℃（１８０°F）より高温ではゲル化を引き起こし、床材が液体に暴露された時の凝集能力が低下してしまう。好ましくは、ペレット形成温度は約４３乃至７７℃（１１０乃至１７０°F）である。更に好ましくは、ペレット形成温度は約５４乃至７７℃（１３０乃至１７０°F）である。
形成後、ペレットを、例えば冷却機又は乾燥機中で乾燥させうる。冷却は、ファンによる空気の移動により生じうる。乾燥機は、例えば流動層である。乾燥は空気または不活性ガスの存在下で実施しうる。乾燥機中に存在するガスの温度は、典型的には８２℃（１８０°F）未満である。最終的な含水率は、典型的には約１２％未満であり、好ましくは約１１％未満、更に好ましくは約９％未満である。含水率が低いほど最終製品中の微生物の成長は少なくなる。
製造された微粉は、再加工のためにペレタイザーに戻しうる。ペレットの典型的な嵩密度は約０．４０乃至約０．８０g/ccである。一実施態様においては、好ましい嵩密度は約０．５０乃至０．６５g/ccである。
【００１３】
ペレットは、所望の吸水性を提供する寸法であればいずれでもよい。典型的には、ペレットの直径は約０．３２乃至約１．２８cm（１／８乃至１／２インチ）であり、好ましくは約０．４０乃至約０．６４cm（５／３２乃至１／４インチ）である。ペレットの長さは、典型的には約１．７０乃至約０．８５cm（２／３乃至１／３インチ）であり、好ましくは約１．２８乃至約１．１１cm（１／２乃至７／１６インチ）である。
別の実施態様においては、ペレット状床材を破砕しうる。破砕は、クランブラーまたはローラー・ミル中でペレット状床材を微粉砕してより小さい粒子を製造する工程である。ロール間の隙間が破砕した製品の寸法を決定する。典型的な破砕の範囲は、ペレットの寸法が、もとのペレット寸法の約１／４乃至約３／４、好ましくは約１／２乃至約２／３に減少するような範囲である。破砕の目的は、多くの微粉を形成することなくペレットの寸法を低下させることである。
本発明の一面は、粉末穀物を含むペレットを調製する方法を提供する。粉末穀物は、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。臭気を覆い隠したり中和したりする添加剤は、例えば、重曹またはNilecho（オハイオ州BolivarにあるNilodor, Inc.より市販されている５０の天然油を含む天然産の油製品）のような天然産の油でもよい。動物誘引物質は、例えば、小麦のような天然タンパク質でもよい。抗粉立ち剤は、例えば、大豆油のような植物油でもよい。驚くべきことに、一実施態様においては、粉末穀物床材の吸着性は、木材粒子の不在下でもペレット形成により改良されうる。
【００１４】
別の実施態様においては、ペレットを破砕する。この実施態様によれば、破砕した床材は、典型的には、床材の質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる。床材は、典型的には、床材の質量の約１．０倍以上、好ましくは約１．５倍以上、更に好ましくは約２．０倍以上の質量の液体を吸着しうる。膨潤は、床材の体積に対して約１０％未満である。好ましくは体積変化がないか、または更に好ましくは液体との接触時に床材が収縮する。摩耗％は、典型的には約１５％未満であり、好ましくは約１０％未満である。
本発明の別の面は、粉末穀物及び木材粒子を含む吸着剤を用いて液体を吸着する方法を提供する。粉末穀物及び木材粒子を選択して混合し、床材混合物を製造する。混合物は、約５０乃至９９質量％の粉末穀物及び１乃至５０質量％の木材粒子を含む。混合物は、好ましくは約５乃至約３５％の木材粒子、更に好ましくは約１０乃至約３０％の木材粒子を含む。床材は、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。床材は、吸着すべき液体が接触しうるように置かれる。液体と接触すると、床材混合物は、床材混合物の質量の約１．０倍以上、好ましくは１．５倍以上、更に好ましくは２．０倍以上の質量の液体を吸着する。典型的には、床材は、床材の質量の約０．５乃至５．０倍の質量の液体を吸着する。
【００１５】
本発明の別の面は、粉末穀物を含む床材を調製することにより液体を吸着する方法を提供する。粉末穀物はまた、例えば、廃棄物の臭気を覆い隠すか中和するため、動物の誘引物質を提供するため、微生物の成長を阻害するためまたは粉塵の形成を減少させるために機能する添加剤を含みうる。粉末穀物床材は、吸着性を高めるために木材粒子のような添加剤を含みうる。床材はペレットに形成されたり、任意に破砕されたりする。ペレット状または破砕された床材混合物は、実際に液体と接触するように置かれる。
以下の実施例は、本発明の粉末穀物床材を調製する方法及び床材の種々の特性を決定するのに実施した試験を更に記載する。以下の実施例においては、粉末穀物は小麦であり、木材粒子はアスペンである。本発明はこれらの物質に限定されない。実施例は本発明の理解を容易にする典型的な目的で提供され、本発明を実施例に限定すると解釈されるべきではない。
【００１６】
実施例
実施例１
アスペン及び粉末小麦出発物質の特性決定
この実施例においては、アスペン出発物質は製材業の副産物であった。木材チップをタンブル乾燥機中で乾燥させ、木材チップの質量に対して約８質量％の含水率とした。乾燥させたチップは、８-メッシュスクリーンを具備する二段ハンマー・ミル中で粉末化した。粉末小麦（GW）は、洗浄し、１０-メッシュスクリーンを具備するシングル・ヘッドローラー・ミル中で粉末化した精白していない原料の春小麦から調製した。
木材粒子及び粉末小麦の粒度分布は、４mm乃至１２５μmの寸法の一連の篩で試料を５分間振り落とすことにより決定した。粉末小麦及びアスペンの粒度分布を表１に示す。全ての粉末小麦及び９７％の木材粒子が４．０mm未満であった。各原料のわずか１％が１２５μmより小さかった。
【００１７】
【表１】
表１：粉末小麦及びアスペンの粒度分布
出発物質の嵩密度は、試料の質量（単位g）を試料の体積（単位mL）で割ることにより決定した。試料を秤量した後、試料をメスシリンダーに入れ、更なる沈下が観察されなくなるまで優しくたたいた。次いで体積を読んだ。粉末小麦の嵩密度は、表２に示されるようにアスペンより高かった。
床材混合物、木材粒子、及び粉末穀物の吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99（１９９９年に発表）を用いて決定した。ガラス製の結晶化皿である試験セルに水を入れた。床材の試料を秤量し、金網のバスケット（２７メッシュ寸法０．１６cm（０．０６３インチ））内に置き、試験セル中に下げる。吸着剤の一部は試験セル内で浮かんだ。１５分後、金網バスケットを用い吸着剤を水から除去した。バスケットで３０分間水を切った。吸着剤を再び秤量し、吸着した液体の量を計算した。表２はアスペン及び粉末小麦の吸着性を示す。アスペンは、アスペンの質量の２．５倍以上の質量の水を吸着した。粉末穀物は、粉末穀物の質量よりわずかに少ない質量の水を吸着した。
水に暴露させると、粉末小麦は塊を形成するが、アスペンは形成しない。
【００１９】
【表２】
表２：アスペン及び粉末小麦の嵩密度及び吸着性
実施例２
粉末小麦及びアスペンの混合物の調製
実施例１の粉末穀物及びアスペンを、混合物中のアスペンが５乃至１５％の範囲の種々の割合で混合した。物質の混合にはリボン・ミキサーを使用した。混合容器の異なる領域から抜き取られた３つの試料の色が同一で、色が一様になるまで混合を継続した。
試料の吸着性は、II型吸着剤に関するASTM標準F 726-99を用いて決定した。吸着性の値は表３に示す。
【００２１】
【表３】
表３：粉末穀物／アスペンの吸着性
粉末穀物にわずか５％のアスペンを添加すると、粉末穀物単独と比較して吸着性が１０％以上増大し、１５％のアスペンを添加すると、粉末穀物単独と比較して吸収性が３０％以上増大した。
実施例３
ペレット形成中の含水率の変化
混合物の質量に対して３０％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載した方法を用い、粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。粉末小麦及びアスペンは、実施例１に記載したものと同一である。カリフォルニア州サクラメントにあるCalifornia Pellet Millより供給されたペレタイザーを使用してペレットを形成した。同様な装置は、例えば、インディアナ州CrawfordsvilleにあるSprout-Waldonから入手しうる。圧縮比は４：１で、ペレットの直径は０．４８cm（３／１６インチ）であった。ペレタイザーにより物質を加工するために添加した水分は変化した。ペレタイザーに入れた時の製品の温度は約２１℃（７０°F）であり、含水率に依存して出口温度は５３℃（１２８°F）から６６℃（１５０°F）に変化した。ペレタイザーの出口温度は、水分を更に添加すると低下した。ペレット形成後、混合物の質量に対して１０乃至１１％の含水率に全ての試料を乾燥させた。吸着性及び嵩密度を決定し、表４に示す。嵩密度は、含水率の増大及びそれに伴う加工温度の低下に伴って低下した。
【００２３】
【表４】
表４：ペレット形成中の含水率の変化
実施例４
ペレット状粉末小麦床材
アスペンを添加せずに粉末小麦からペレットを形成した。ペレットの直径を０．４８cm（３／１６インチ）とし、圧縮比（CR）を３：１から８：１に変化させた。３：１の圧縮比では、加工するのに更なる水を必要とし、ペレットは十分には形成されなかった。試料の吸着性は、表５に示すように圧縮比が高いほど減少した。
【００２５】
【表５】
表５：ペレット状粉末小麦
実施例５
破砕した粉末小麦床材
実施例１に記載した粉末小麦から一連のペレット状床材を調製した。ペレット形成中の圧縮比は４から６．４に変化させた。ペレットの直径は０．４８cm（３／１６インチ）または０．４０cm（５／３２インチ）であった。含水率は、床材の質量に対して１３．５質量％から１５．０質量％に変化した。出口温度は、５４℃（１３０°F）から６０℃（１４０°F）に変化した。次いでペレットをもとの寸法の約２／３に破砕した。破砕機は、インディアナ州CrawfordsvilleにあるRoskamp-Championより供給された。同様な装置は、イリノイ州シカゴにあるModern Processing Equipmentから入手しうる。破砕機中のローラーの隙間の調整により破砕の程度を変化させうる。
表６に示すように、吸着性はペレット状の物質と比較して破砕した物質のほうが高かった。５：１の圧縮比の場合には、吸着した水(g)/吸着剤の質量(g)で表す吸着性は０．７６から１．３７に増大した。吸着性は、圧縮比が高いほど減少した。
【００２７】
【表６】
表６：破砕した粉末小麦床材
実施例６
ペレット状粉末小麦／アスペン床材
混合物の質量に対して２５％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載したようにして粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。混合物を直径０．４８cm（３／１６インチ）のペレットに形成した。次いでペレットを、もとのペレット寸法の２／３に破砕した。これらの試料については、表７に示されるように、圧縮比が低いほど床材混合物の吸着性が改良される。
【００２９】
【表７】
表７：ペレット状粉末小麦／アスペン床材
実施例７
破砕した粉末小麦／アスペン床材
混合物の質量に対して２５％のアスペンを含む床材混合物を、実施例２に記載したようにして粉末小麦及びアスペンを混合することにより調製した。混合物を直径０．４８cm（３／１６インチ）または０．４０cm（５／３２インチ）のペレットに形成した。ペレット形成前の含水率は１５質量％で、ペレタイザーの出口温度は５４℃（１３０°F）乃至５７℃（１３５°F）であった。次いでペレットを、もとのペレット寸法の１／２または２／３のいずれかに破砕した。表８に示されるように、破砕により物質の吸着性が増大した。５：１の圧縮比の場合には、１gの破砕した製品が、同一量のペレット状製品と比較して０．３１g多い液体を吸着しうる。
【００３１】
【表８】
表８：破砕した粉末小麦／アスペン床材
実施例８
破砕した床材の粒度分布
表９は、３種の床材、すなわち、粉末小麦、２５質量％のアスペンを混合した粉末小麦及び３０質量％のアスペンを混合した粉末小麦の嵩密度及び粒度分布を示す。粉末小麦及びアスペンは実施例１のそれと同一である。圧縮比、ペレット直径及び破砕の程度を変化させた。破砕した物質を、４mm乃至１２５μmの一連の篩で５分間振り落とした。各篩上で回収された全ての試料のフラクションを表９に示す。
【００３３】
【表９】
表９：嵩密度及び粒度分布
小さな直径に破砕すると、もっとも大きな篩で回収される粒子のフラクションが小さい粒度分布となる。破砕した製品の大部分は２５０μmより大きかった。
実施例９
膨潤試験
目盛付きビーカーに２００mLまで床材の試料を充填することにより膨潤試験を実施した。秤量した水を床材に添加した。約１５分後、床材をトレイに移した。湿った床材は塊を形成し、湿っていない床材と容易に分離された。塊を秤量し、次いで特定体積まで水が満たされた目盛付きビーカー中で沈めた。塊で置換された水の体積を測定した。湿っていない床材を秤量して、使用した湿った床材の体積を計算した。一方の試料は、０．４０cm（５／３２インチ）のペレットに形成し、その粒子寸法を２／３に破砕した粉末小麦床材であった。もう一方の試料は、同一条件下でペレットを形成し破砕した７５質量％の粉末小麦及び２５質量％のアスペンの混合物であった。結果を表１０に示す。
【００３６】
【表１０】
表１０：膨潤試験
粉末小麦床材及び粉末小麦及びアスペンの両方を含む床材の両方について、吸着剤で置換された体積が計算値より小さかった。物質は液体に暴露されると収縮した。置換された体積は、GW-アスペン床材の場合は約３６％小さく、GW床材の場合は約１６％小さかった。
前述の詳細な記載から、本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明の装置及び方法において改良をなしうることは明らかである。したがって、本発明の精神から逸脱しない改良及び変化は全て本発明及びそれと等価なものの範囲内であると解釈される。
Claims (33)
- 液体を吸着するための吸着剤組成物であって、前記吸着剤組成物が、
(a) 約９５乃至６５質量％の精白していない粉末穀物、及び
(b) 約５乃至約３５質量％の木材粒子、
からなるペレット又は破砕ペレットを含み、
前記吸着剤組成物が、最大量の液体を吸着した時に、前記吸着剤組成物の体積に対して約１０％未満膨潤することを特徴とする吸着剤組成物。 - 前記粉末穀物が、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦、及びそれらの組合せからなる群から選択される請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記木材粒子が吸着剤物質である請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記木材粒子が、木材粒子の質量の約０．５乃至約５倍の質量の液体を吸着する請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記木材粒子が、木材粒子の質量とほぼ同量以上の液体を吸着する請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記木材粒子が、アスペンである請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記粉末穀物が、硬質の赤い春小麦であり、木材粒子が、アスペンである請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記吸着剤組成物が約１０乃至約３０％の木材粒子を含む請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記吸着剤組成物が、吸着剤組成物の質量の約０．５乃至約５倍の質量の液体を吸着しうる請求項１記載の吸着剤組成物。
- 前記吸着剤組成物が、前記液体との接触時に塊を形成する請求項１記載の吸着剤組成物。
- (a)精白していない粉末穀物を選択し、
(b)木材粒子を選択し、
(c)工程(a)の前記精白していない粉末穀物及び工程(b)の木材粒子を混合して、約９５乃至６５質量％の精白していない粉末穀物及び約５乃至３５質量％の木材粒子を含む床材混合物を製造し、
(d)前記床材混合物からなるペレット化又は破砕ペレット化床材を形成し、かつ
(e)前記ペレット化又は破砕ペレット化床材を、吸着すべき液体と接触するように置き、かつ
(f)前記ペレット化又は破砕ペレット化床材を、吸着すべき液体と接触させ、該床材が最大量の液体を吸着した時に、前記吸着剤の体積に対して約１０％未満膨潤する、
工程を含む液体を吸着する方法。 - 前記精白していない粉末穀物が、硬質の赤い春小麦であり、工程(b)の木材粒子が、アスペンである請求項１１記載の方法。
- 前記ペレット化又は破砕ペレット化床材が、該ペレット化又は破砕ペレット化床材の質量とほぼ同量以上の液体を吸着しうる請求項１１記載の方法。
- 前記ペレット化又は破砕ペレット化床材が、液体との接触時に塊を形成する請求項１１記載の方法。
- 前記液体が、尿である請求項１１記載の方法。
- (a)精白していない粉末穀物を選択し、
(b)木材粒子を選択し、かつ
(c)工程(a)の前記精白していない粉末穀物及び工程(b)の前記木材粒子を混合して、約９５乃至６５質量％の精白していない粉末穀物及び約５乃至３５質量％の木材粒子を含む床材混合物を製造し、
(d) 前記床材混合物からなるペレット化又は破砕ペレット化床材を押し出し、前記床材が、最大量の液体を吸着した時に、前記吸着剤の体積に対して約１０％未満膨潤する、
工程を含む液体の吸着剤を製造する方法。 - 工程(a)の粉末穀物が、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦、及びそれらの組合せからなる群から選択される請求項１６記載の方法。
- 前記床材混合物が、約１０乃至約３０％の木材粒子を含む請求項１６記載の方法。
- 前記吸着剤が、該吸着剤の質量の約０．５乃至約５倍の質量の液体を吸着しうる請求項１６載の方法。
- 前記吸着剤が、該吸着剤の質量とほぼ同量以上の液体を吸着しうる請求項１６記載の方法。
- 前記木材粒子が、木材粒子の質量の約０．５乃至約５倍の質量の液体を吸着する請求項１６記載の方法。
- 前記木材粒子が、木材粒子の質量とほぼ同量以上の液体を吸着する請求項１６記載の方法。
- 工程(a)の精白していない穀物が、硬質の赤い春小麦であり、工程(b)の木材粒子が、アスペンである請求項１６記載の方法。
- 前記吸着剤が、液体との接触時に塊を形成する請求項２３記載の方法。
- 液体の吸着剤を製造する方法であって、
(a)精白していない粉末穀物を選択し、
(b)木材粒子を選択し、かつ約５乃至３５質量％の前記木材粒子を、約９５乃至６５質量％の工程(a)の前記粉末穀物と混合し、
(c) 工程(a)の前記粉末穀物及び工程(b)の木材粒子からなるペレット化又は破砕ペレット化床材を押し出し、最大量の液体を吸着した吸着剤が、前記吸着剤の体積に対して約１０％未満膨潤する、
工程を含む方法。 - 工程(a)の前記粉末穀物が、白小麦、春小麦、冬小麦、デュラム小麦、及びそれらの組合せからなる群から選択される請求項２５記載の方法。
- 前記粉末穀物が、前記ペレットの質量と同量以上の液体を吸着しうる請求項２５記載の方法。
- 前記粉末穀物が、前記ペレットの質量の約０．５乃至約５．０倍の質量の液体を吸着しうる請求項２５記載の方法。
- 前記粉末穀物が、液体との接触時に塊を形成する請求項２８記載の方法。
- 最大量の液体を吸着した粉末穀物が、前記吸着剤の体積に対して約１０％未満膨潤する請求項２８記載の方法。
- 約９５乃至６５質量％精白していない穀物及び約５乃至約３５％の木材粒子を含む均質な混合物からなる粒状吸着剤であって、前記吸着剤が、最大量の液体を吸着した時に、該吸着剤の体積に対して約１０％未満膨潤することを特徴とする粒状吸着剤。
- 約１０乃至約３０％の木材粒子を含む請求項３１記載の粒状吸着剤。
- 最大量の液体を吸着した時に、体積が変化しない請求項３１に記載の粒状吸着剤。
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