JP4394362B2

JP4394362B2 - 樹脂ペレットの製造方法

Info

Publication number: JP4394362B2
Application number: JP2003065041A
Authority: JP
Inventors: 修安藤; 翼針生; 文尚渡邊; 慎治坂本
Original assignee: Japan Polypropylene Corp
Current assignee: Japan Polypropylene Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004268505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂ペレットを空送する空送方法、その空送の際に発生するスネークスキンによる異物の低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商業的生産規模のポリオレフィン樹脂の製造においては、ポリオレフィン樹脂を製造し、ついで溶融混練機を用いて所定の各種添加剤を配合したのち、押出機によって溶融樹脂を押出し、これを冷却しながらカッティングすることによってペレット粒子として使用されている。
【０００３】
ペレット粒子は、移送、成形時のハンドリングを容易とするために行なわれるものであり、こうして製造されたペレット粒子は通常、配管を通して空気輸送されて貯蔵サイロに貯蔵され、出荷時に包装袋やコンテナにペレットを充填するため払出用サイロに空送される。
【０００４】
しかし、製造されたペレット粒子には、カッティングミスによって形状上の規格外品が混入することがあり、製品ペレット中に規格外ペレットが混入すると二次加工するユーザーの運転機器等に悪影響を与えるために、異形物の分離、除去が必要とされる。
【０００５】
異形物の除去には、通常、振動ふるいが採用されており、振動ふるいは、カッティング機構の直後に設置されて、空気輸送方式と組み合わせて使用されており、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。
【０００６】
すなわち、配管を用いた空気輸送は、輸送管内壁の接触摩擦が大きく、圧損が大きくなるためエネルギーコストが高くなり、また、ペレット粒子相互間あるいは輸送管内壁との接触摩擦によりペレット粒子の粉化、内壁への溶着・剥離による微粉化、または、スネークスキン、ストリーマあるいはフロスが発生し、異形物の分離、除去処理後に異物を発生させる原因となる。
【０００７】
スネークスキン等の発生は、スコトニッキー（Ｓｋｏｔｏｎｉｃｋｙ）効果と呼ばれ、プラスチックのペレットを高速で空気輸送すると、ペレットの衝突が強くなり、このため衝突時のインパルスによってプラスチックペレットに融点降下が発生して管壁にペレットの一部が融着することによって発生するものである（非特許文献１）。
【０００８】
近年、二次加工の自動化の進行に伴い、加工業者からの品質管理要求がますます厳しくなっており、異物の除去あるいは発生防止対策は大きな課題となっている。この問題を回避するために、低速で空気輸送を行なう方法が提案されている（非特許文献１）が、設備が複雑となって設備コストが高くなり、また、輸送配管の圧力損失が大きくなる不都合がある。
【０００９】
また、空送時に水分を添加して粒子表面に水膜を形成し、ペレット相互間および管壁との摩擦抵抗を低減させる方法が提案されている（特許文献１）が、本発明者の知る限りではその効果は満足し得るものではない。また、そのカッティングの条件を操作することによって、上記課題を解決しようとする試みはなされていなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１４７４３３号公報
【非特許文献１】
化学装置２０００年２月号４６〜７０頁
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スネークスキン等の生成に基づく異形物の発生のない樹脂ペレットを製造するための樹脂ペレットの製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題に着目して鋭意検討を行なった結果、特定条件でカッティングをすることによって異形物の発生を防止し得ることを見出し、本発明を達成するに到ったものである。
【００１３】
具体的には、本発明は、押出機を用いてエチレン系重合体を溶融して押出し、次いで、樹脂ペレットの１粒当たりの平均重量が、１３．２〜１８ｍｇの範囲にカッティングすることによって製造された樹脂ペレットを空送する空送方法、及び押出機を用いてエチレン系重合体を溶融して押出し、次いで、カッティングすることによって製造された樹脂ペレットを空送する方法において、樹脂ペレットの１粒当たりの平均重量を、１３．２〜１８ｍｇの範囲に調整することによりスネークスキンによる異物の低減方法を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のペレット製造に用いられる樹脂は、オレフィンを重合あるいは共重合して得られるポリオレフィンであり、具体的にはエチレン系重合体あるいはプロピレン系重合体が使用される。
【００１７】
エチレン系重合体としては、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレンあるいは高密度ポリエチレンを使用することができる。高圧法低密度ポリエチレンとは高圧ラジカル重合によってエチレンあるいはエチレンと少量の不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステルを共重合させて得られる。また、線状低密度ポリエチレンあるいは高密度ポリエチレンは、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を使用する配位アニオン重合によってエチレンを単独重合あるいは共重合することによって得られるものである。
【００１８】
高密度ポリエチレンとしては、密度が０．９４〜０．９７（ｇ／ｃｍ^３）、ＭＦＲが０．０１〜１０００（ｇ／１０分）、高圧法低密度ポリエチレンとしては、密度が０．８６〜０．９４（ｇ／ｃｍ^３）、ＭＦＲが０．０１〜１０００（ｇ／１０分）の範囲にあるものが望ましい。
【００１９】
プロピレン系重合体としては、プロピレン単独重合体（いわゆるホモ重合体）、プロピレンと他のα−オレフィン（エチレンも含む）のランダム共重合体、あるいは、いわゆるプロピレンブロック共重合体が適用される。これらのプロピレン系重合体の製造方法には特に制限がなく、公知の立体規則性触媒および製造方法が利用できる。特に、密度が０．８６〜０．９１（ｇ／ｃｍ^３）、さらに０．８９〜０．９１（ｇ／ｃｍ^３）の範囲にあるものが好ましく、ＭＦＲは０．０１〜１０００（ｇ／１０分）、さらに０．１〜１００（ｇ／１０分）の範囲にあるものが望ましい。
【００２０】
これらポリオレフィンには、必要に応じて各種の添加剤を配合することができ、例えば、フェノール系、有機ホスファイト系、ホスナイトなどの有機リン系、チオエーテル系等の酸化防止剤；ヒンダードアミン系等の光安定剤；ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系等の紫外線吸収剤；ノニオン系、カチオン系、アニオン系等の帯電防止剤；ビスアミド系、ワックス系、有機金属塩系等の分散剤；アルカリ土類金属のカルボン酸塩等の塩素補足剤；アミド系、ワックス系、有機金属塩系、エステル系等の滑剤；ヒドラジン系、アミンアシド系等の金属不活性剤；含臭素有機系、リン酸系、三酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、赤リン等の難燃剤；有機顔料；無機顔料；発泡剤；充填剤；金属イオン系などの無機、有機抗菌剤等を添加することができる。
【００２１】
ポリオレフィンは、押出し機を用いて溶融混練されてノズルから押出されてカッティングされる。ポリオレフィンのカッティング機構自体は、公知のカッティング装置を採用することができる。
【００２２】
図１は、いわゆるオレフィン重合の後処理工程に連結してインラインでペレット化する装置のフローを示したものである。
【００２３】
図１に基づいてペレット化プロセスの例について述べれば、エチレン、プロピレン等のオレフィンは重合反応器１で重合される。重合方式は限定されるものではないが、図に示すように、重合とペレット化をインラインで行なう場合には、気相重合、あるいは、単量体を媒体とした重合方式が望ましい。図は高圧ラジカル重合プロセスに連結した場合を示すもので、重合反応器１から出た重合体は、高圧系分離器２、及び低圧系分離器３によって未反応の原料ガスが分離される。次いで混練押出機４において所定の添加剤と共に溶融混練され、溶融ポリオレフィンが押し出される。
【００２４】
混練押出機４の先端には多数のノズル５ａが穿設されたダイプレート５が装着されており、このノズル５ａは、冷却水槽９から冷却水ポンプ８によって供給される冷却水が循環する冷却室６に連通されている。ノズル５ａから押出された溶融ポリオレフィンは冷却水によって冷却され固化しながらカッター７によって裁断される。カッター７には回転刃が装着されており、カッター７の回転数によって切断時間の間隔を任意に制御することができるように構成されている。切断され、固化した樹脂ペレットは、ペレット乾燥機１０で冷却水と分離され、振動ふるい器１１で規格外の形状の粒子が除去されたのち、ペレット搬送用ブロワー１２によって製品サイロ１３に搬送されて貯留される。このようにしてペレット粒子は調製される。
【００２５】
したがって、ペレット粒子の形状や粒子の大きさなどの物性は単位時間当たりの押出量、押出機内の温度、ノズルの直径、ノズルの個数、カッターの回転数、カッターの刃数、冷却条件によって決まる。また溶融樹脂の物性（密度、ＭＦＲ、スウェル（Ｓｗｅｌｌ）値等）も影響を与える場合がある。
【００２６】
本発明においては、カッティングされたペレット粒子が以下の特性（Ａ）を有するように裁断することを特徴とする。
【００２７】
特性（Ａ）：カッティングされた樹脂ペレットの１粒当たりの平均重量が、エチレン系重合体ペレットの場合には６〜１８ｍｇ、プロピレン系重合体ペレットの場合には６〜２３ｍｇの範囲。
【００２８】
上述したように、ペレットの１粒あたりの重量は押出穴から押し出される溶融樹脂の量およびカッターの回転数等によって決定される。
【００２９】
通常の商業的製造規模の運転は、押出機の押出量が２〜４０（トン／ｈｒ）、ノズルの径が１．５〜３．５（ｍｍ）、カッター刃の回転数が１００〜２０００（回転／分）、ポリオレフィンの密度がエチレン系重合体で０．８６〜０．９７（ｇ／ｃｍ^３）、プロピレン系重合体で０．８６〜０．９１（ｇ／ｃｍ^３）であり、一般には、特別の条件を採用しない限り、１粒当たりの平均重量がエチレン系重合体では１８ｍｇ、プロピレン系重合体では２３ｍｇを超える場合が多い。
【００３０】
しかし、本発明者らの検討によると、ペレットの１粒あたりの重量が１８ｍｇ／粒（エチレン系重合体の場合）もしくは２３ｍｇ／粒（プロピレン系重合体の場合）を超えると、スコトニッキー効果を誘発しやすくなる。これは、空気輸送の際に粒子が持つ運動エネルギーが大きくなりすぎ、壁面に衝突した際のエネルギーが大きくなるためと考えられる。
【００３１】
逆に６ｍｇ／粒子を下回ると粉末のような小さな粒子となり、取り扱いが難しくなる不都合が生じる。本発明の効果をより発揮するためには、平均重量の上限をエチレン系重合体では１５ｍｇ／粒、プロピレン系重合体では１８ｍｇ／粒とすることが望ましい。また好ましい下限は、エチレン系重合体、プロピレン系重合体ともに８ｍｇ／粒、より好ましくは１０ｍｇ／粒である。
【００３２】
エチレン系重合体とプロピレン系重合体の間で上述したような上限に差が現れる理由としては、ポリマーの融点の違いが考えられる。一般にプロピレン系重合体は結晶性が高くエチレン系重合体に比べて融点が高い。そのため耐熱性があり、カッティングする粒子重量をエチレン系重合体よりも大きくしても、異物が発生しにくくなるためと考えられる。
【００３３】
樹脂ペレットの重量を本発明範囲内に収めるためには、例えば、押出量を減らす、ノズル５ａの数を増やす、カッター７の回転数を上げるといった方法を挙げることができる。これらの方法の中ではカッター７の回転数を上げることが簡便でかつ経済的であることから好ましい方法である。一方、カッター７の回転数を過度に増加すると、ダイプレート５及びカッター７の刃の摩耗が進行しやすく、当業者が好んで採用する方法ではない。そのため通常の運転ではできるだけ回転数を下げるように設定されているが、回転数を上げることによって異物の発生を抑えることができる。当業者であれば、上述した条件を適宜調整することにより、ペレット１粒当たりの平均重量を本発明の範囲内に収めることが可能である。
【００３４】
ここで、平均重量は、任意に選んだペレット粒子５０個の重量を測定して粒子１個の平均重量を算出して表す。秤量は、０．１ｍｇの単位まで測定できるもの、例えば、化学天秤を使用して行なうことが好ましい。
【００３５】
カッティングされた樹脂ペレットは、壁面との衝突あるいは粒子同士の衝突の際の衝撃をできるだけ小さくする形状を有することが好ましい。具体的には形状に凹凸が無い、丸餅状のものが好ましく、充分に冷却される前に裁断するいわゆるホットカット法を採用することが望ましい。一般には、水中カット方式を採用することが望ましい。円柱状のものは角に類似する部分があり、衝撃力が大きく働くと不利であり、また、樹脂のスウェル（Ｓｗｅｌｌ）特性から、カッティング後にキノコ状へと変形する場合があるが、キノコの傘部分は衝撃力が大きくなることが多く望ましい形状ではない。しかし、目的に応じては、充分に冷却した後にカッティングするコールドカット法を採用することができ、これを排除するものではない。
【００３６】
樹脂ペレットのグレードインデックスは次の方法で測定することができる。
【００３７】
ＭＦＲ（ポリオレフィンの流れ性）：ＪＩＳＫ７２１０に準じて、エチレン系重合体の場合には試験荷重２．１６ｋｇ、試験温度１９０℃、プロピレン系重合体の場合には試験荷重２．１６ｋｇ、試験温度２３０℃の条件で測定する。
【００３８】
密度（非発泡ポリオレフィンの密度）：ＪＩＳＫ７１１２に準じて、エチレン系重合体、プロピレン系重合体ともに密度勾配管法により測定する。
【００３９】
【実施例】
実施例１
高圧法低密度ポリエチレンを、反応温度２４０℃、反応圧力１５００ｋｇ／ｃｍ^２、ガス量２４トン／時でオートクレーブを用いて高圧ラジカル重合法により製造した。生産量は４トン／時であった。ポリマー物性のサンプリング試験をおこなったところ、得られた高圧法低密度ポリエチレンは、ＭＦＲが６．７（ｇ／１０分）、密度が０．９２（ｇ／ｃｍ^３）、メモリーエフェクト（ＭＥ）が２．０１であった。
【００４０】
重合されたポリマーは、高圧および低圧の分離器にて未反応ガスと生成ポリマーに分離され、押出機（スクリュー径３０５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝９、ノズル数８５２個、ノズル径２．４ｍｍ）に送られた。ノズルから押し出された溶融樹脂を冷却水によって固化しつつカッティングすることにより樹脂ペレットを製造した。押出量は３．５トン／時、樹脂温度は１５０℃、冷却水（ＰＣＷ）温度は４９℃、流量は１０８トン／時であった。カッターの運転条件は刃数が１０枚、回転数が８９０ｒｐｍであった。
【００４１】
このようにして得られた樹脂ペレットは丸餅状であった。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は６６０ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は１３．２ｍｇであった。
【００４２】
このようにして得られた樹脂ペレットを一時貯蔵用のサイロに貯蔵した。このサイロから製品払い出し用のサイロに空送する際に以下の条件を採用した。すなわち、乾燥空気を使用し、径１０インチの配管を使用し、輸送量４０トン／時、風量１００ｍ^３／分で行なった。空送によって発生した微粉やスネークスキン等の異物は全体の１６ｐｐｍ（５６ｇ／時に相当）であった。
【００４３】
比較例１
上記実施例１において、カッターの回転数を６２０ｒｐｍに変更し、ＰＣＷを３９℃とした以外は、同条件で樹脂ペレットを製造した。得られた樹脂ペレットはキノコ形状をしていた。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は９３０ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は１８．６ｍｇであった。
【００４４】
このようにして得られた樹脂ペレットを実施例１と同様の条件で配管中を空送し、払い出し用サイロに移送した。空送によって発生した微粉やスネークスキン等の異物は全体の２４ｐｐｍ（８４ｇ／時に相当）であり、実施例１と対比して異物が約１．５倍に増加していた。このような微粉の増加は、製品ユーザーにおいて作業効率を損なうものであった。
【００４５】
実施例２
実施例１でカッター回転数を６５０ｒｐｍに変更した以外は、同様の条件で樹脂ペレットを製造した。得られた樹脂ペレットは丸餅状であった。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は８８９ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は１７．８ｍｇであった。このようにして得られた樹脂ペレットを実施例１と同様の条件で払い出用サイロに空送した。空送によって発生した微粉やスネークスキン等の異物は全体の１８ｐｐｍ（６３ｇ／時に相当）であった。多少微粉が多かったものの製品ユーザーにおける作業の支障とはならなかった。
【００４６】
実施例３
１００ｍ^３のオートクレーブ反応器を用いて、プロピレンの連続バルク重合を行なった。触媒は市販のチーグラーナッタ触媒を使用し、重合圧力３．００ＭＰａ、重合温度７０℃でおこなった。生産量は８．５トン／時であった。サンプリングしたポリプロピレンの物性はＭＦＲが３．０（ｇ／１０分）、密度が０．９０（ｇ／ｃｍ^３）であった。
【００４７】
重合されたポリマーは分離器にて未反応ガスと生成ポリマーに分離され、押出機（スクリュー径３０５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３４、ノズル数２５６個、ノズル径２．４ｍｍ）に送られた。添加剤として中和剤（ステアリン酸カルシウムを０．０５重量％）および酸化防止剤（ＩＲ１０１０を０．１５重量％、ＩＦ１６８を０．１０重量％）を使用し、押出機で溶融混練によって均一に分散させた後、押し出してカッティングした。押出量は３．８トン／時、樹脂温度は２６５℃、冷却水（ＰＣＷ）温度は５５℃、流量は１０２トン／時であった。カッターの運転条件は刃数が１４枚、回転数が７２０ｒｐｍであった。
【００４８】
このようにして得られた樹脂ペレットは丸餅状であった。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は１１４５ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は２２．９ｍｇであった。
【００４９】
このようにして得られた樹脂ペレットを乾燥空気にて配管中を空送し製品払い出し用サイロに移送した。空送条件は、径が９インチの配管を使用し、ペレット輸送量が４０トン／時、風量１００ｍ^３／分であった。空送によって発生した微粉やスネークスキン等の異物はゼロであった。
【００５０】
実施例４
実施例３において、押出量を２．１トン／時、カッター回転数を１５００ｒｐｍに変更した以外は、同様の条件で樹脂ペレットを製造した。得られた樹脂ペレットは丸餅状であった。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は２９５ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は６．０ｍｇであった。このようにして得られた樹脂ペレットを実施例３と同様の条件で配管中を移送した。空送によって発生した微粉やスネークスキン等の異物はゼロであった。
【００５１】
比較例２
実施例３において、カッター回転数を６７０ｒｐｍに変更した以外は、同様の条件で樹脂ペレットを製造した。任意に選んだペレット５０粒あたりの重量は１１９７ｍｇであり、したがって１粒当たりのペレット平均重量は２３．９ｍｇであった。このようにして得られた樹脂ペレットを実施例３と同様の条件で配管中を移送した。空送によって発生したヒゲ微粉の異物の量は０．０５ｐｐｍ（２００ｍｇ／時に相当）であった。このようなヒゲ微粉の存在は、上記のごとく少量であったとしても、品質管理に厳しいユーザーが成形機に設置している異物除去用フィルター（メッシュ）を閉塞させる。本比較例の場合、製品ユーザーの成形機においてヒゲ微粉が、毛玉状に固まって上記フィルターを閉塞させ運転中止を余儀なくされた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置を示すフローチャート図
【符号の説明】
１：重合反応器
２：高圧系分離槽
３：低圧系分離槽
４：混練押出し機
５：ダイプレート
５ａ：ノズル
６：冷却水室
７：カッター
８：冷却水ポンプ
９：冷却水槽
１０：ペレット乾燥機
１１：振動ふるい器
１２：ペレット搬送用ブロワー
１３：製品サイロ

Claims

押出機を用いてエチレン系重合体を溶融して押出し、次いで、樹脂ペレットの１粒当たりの平均重量が、１３．２〜１８ｍｇの範囲にカッティングすることによって製造された樹脂ペレットを空送する空送方法。
押出機を用いてエチレン系重合体を溶融して押出し、次いで、カッティングすることによって製造された樹脂ペレットを空送する方法において、
樹脂ペレットの１粒当たりの平均重量を、１３．２〜１８ｍｇの範囲に調整することによりスネークスキンによる異物の低減方法。