JP4496393B2

JP4496393B2 - 炭酸ナトリウム造粒物の製造方法

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Publication number: JP4496393B2
Application number: JP2004080059A
Authority: JP
Inventors: 八朗平野; 忠男南川; 孝次切替
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005047790A

Description

本発明は、炭酸ナトリウム造粒物の製造方法に関する。

従来より、洗剤の洗浄力を強化するために、アルカリビルダとして炭酸ナトリウム粉末が使用されている。一般に、炭酸ナトリウムとしては、軽灰、重灰が知られているが、洗剤用に使用する場合、軽灰だと粒度が極めて小さいため水に入れると凝集して塊になりやすいことからそのままでは使用しづらく、一方、重灰だとかさ密度が大きいために底に沈んでしまい、溶解しにくいため同様にそのままでは使用しづらい。このため、最近では、炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムの混合物を一旦、水溶液に溶解した後、か焼して、表面硬度が高く、溶解性の良い多孔質炭酸ナトリウムを得る方法（特許文献１）が開発されている。

しかし、冬季において、家庭内等で衣類を洗濯する際、投入された洗剤が水と接したときに凝集して固まり、水へ溶解しにくくなるという問題がある。この傾向は、洗濯機に衣類を先に入れ、その後、洗剤を入れてから、水を入れる全自動洗濯機の場合に顕著である。この洗剤の溶解不良により、衣類に洗剤の溶け残りとして付着する等の問題が起きている。

この洗剤の溶解不良の起きる原因としては、冬季に使用される水が５℃程度の低温となるために、洗剤中の炭酸ナトリウムが１０水塩の結晶になり、この結晶同士が凝集して、洗剤の溶解速度が低下するためと考えられている。特に、この傾向は洗剤のコンパクト化、すなわち高かさ密度化や、洗濯機の節水化による使用水量の低下により益々顕著になってきている。

また、最近では、洗剤の性能を向上させるために、アルカリビルダにはより多くの界面活性剤を担持することが必要となり、高い吸油量のものが求められている。しかし、５℃程度の水に接したときに凝集せず、水に溶解しやすく、かつ、吸油量が高く、さらに、かさ密度の高い炭酸ナトリウムの粉末又は造粒物は、いまだ提供されていない。

特開昭６０−４２２３０号公報（特許請求の範囲）

本発明は、家庭向け衣類用洗剤のアルカリビルダとして使用できる、温度５℃程度の冷水においても凝集することがなく、溶解性に優れ、吸油量が高く、かさ密度も高い炭酸ナトリウム造粒物（以下、単に造粒物という）の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、平均粒径１〜５００μｍの炭酸ナトリウム１００質量部に平均粒径０．１〜１０μｍのゼオライト１０〜１０００質量部を混合し、さらに、炭酸カリウム３〜７０質量部と炭酸カリウムの濃度が飽和濃度に対して１０〜９５質量％になる量の水との混合物を添加して混合した後、造粒して平均粒径０．１〜１５ｍｍの造粒物を得る造粒物の製造方法を提供する。

本発明により、温度５℃程度の冷水でも凝集することがなく、溶解速度が速く、界面活性剤の担持に優れ、かつ、ハンドリング性のよい、特に家庭向け衣類洗剤のアルカリビルダとして好適な造粒物を得ることができる。

本発明では、炭酸ナトリウムにゼオライトを混合する。これにより、造粒物を製造する際、炭酸ナトリウム粒子の表面を微細なゼオライト粒子が覆うようにして付着し、造粒物が水に接した際、炭酸ナトリウム粒子同士が直接接することがなく、炭酸ナトリウムが凝集しにくくなり、水に溶解しやすくなるので好ましい。また、ゼオライトを含有することにより、洗濯の際に使用する水に含有される硬度成分であるカルシウムとマグネシウムを素早く除去することができるため好ましい。なお、本発明では、ゼオライトは４Ａ型、Ｐ型、非晶質のいずれのものでもよいが、カルシウムの補足率の高いことから４Ａ型のゼオライトが特に好ましい。

本発明では、炭酸ナトリウムとゼオライトの配合比率は、炭酸ナトリウム１００質量部に対してゼオライト１０〜１０００質量部である。ゼオライトが１０質量部未満であると、炭酸ナトリウム粒子の表面を覆うゼオライトが少なくなり、炭酸ナトリウム粒子同士の凝集を防止する効果が見られないため好ましくない。また、ゼオライトが１０００質量部超であると、炭酸ナトリウムの凝集を防止する効果のさらなる向上が見られないのでコストの面からもメリットがなく好ましくない。炭酸ナトリウムとゼオライトの配合比率は、炭酸ナトリウム１００質量部に対してゼオライト５０〜５００質量部が特に好ましい。

本発明では、使用する炭酸ナトリウムの粒子の平均粒径は１〜５００μｍである。平均粒径１μｍ未満であると、炭酸ナトリウム粒子を粉砕するのに多大な労力とコストがかかるため好ましくない。平均粒径５００μｍ超であると、水への溶解に時間がかかるため好ましくない。炭酸ナトリウムの粒子は平均粒径１０〜４００μｍであることが特に好ましい。

本発明では、ゼオライトの粒子の平均粒径は０．１〜１０μｍである。平均粒径０．１μｍ未満であると、造粒の際の取り扱いが困難となるため好ましくない。また、平均粒径１０μｍ超であると、粒子が大きくなりすぎるため炭酸ナトリウム粒子の表面を覆うことが難しくなるので好ましくない。ゼオライトの粒子は平均粒径０．１〜５μｍが特に好ましく、０．１〜３μｍが最も好ましい。

本発明では、炭酸ナトリウムとゼオライトのバインダとなる炭酸ナトリウムカリウムを形成するために、炭酸カリウム及び水の混合液を添加する。ここで、バインダとは、粒子間に存在し粒子同士を接着するものを意味する。炭酸カリウム及び水は、混合して炭酸カリウムが水に完全に溶解した水溶液の状態で使用されることが必要である。これにより、炭酸ナトリウムとゼオライトの混合物に、添加された際、速やかに、炭酸ナトリウム粒子の表面が炭酸カリウムと反応して炭酸ナトリウムカリウムが生成して、得られる造粒物中にバインダとして存在することになる。この炭酸ナトリウムカリウムは、水に対する溶解度が優れており、得られた造粒物が水中に投入された際、すみやかに、溶解し、造粒物が崩壊して、炭酸ナトリウム粒子が水中に分散して、速い溶解速度を付与できるので好ましい。また、造粒物が５℃程度の冷水に接したときも、炭酸ナトリウム１０水塩の生成による凝集を防止でき、溶け残りを減少できるので好ましい。

本発明では、炭酸カリウムは、炭酸ナトリウム１００質量部に対して３〜７０質量部使用する。炭酸カリウムの使用量が３質量部未満であると、炭酸ナトリウムカリウムの生成量が少なく、炭酸ナトリウム粒子とゼオライト粒子の間に、炭酸ナトリウムの結晶が析出するため、造粒物が水に対して溶解しにくくなる他、さらには生成した炭酸ナトリウムが１０水塩になることにより凝集するおそれがあるので好ましくない。また、炭酸カリウムの使用量が７０質量部超であると、炭酸ナトリウム粒子とゼオライト粒子の間に炭酸カリウムが析出しやすくなるため、造粒物が水に溶解しにくくなるので好ましくない。炭酸カリウムは７〜５０質量部であることが特に好ましい。

また、造粒物を得るための水の量も、炭酸カリウムの濃度が飽和濃度に対して１０〜９５質量％となる量を使用する。ここで飽和濃度１００質量％とは炭酸カリウムの飽和溶解度での濃度を意味する。これにより、造粒後の乾燥時に、炭酸ナトリウムカリウムの結晶をバインダとして析出することができるので好ましい。飽和濃度に対して１０質量％未満の量の水であると、造粒時の炭酸ナトリウム粒子の水への溶解量が増加するため、炭酸ナトリウム粒子とゼオライト粒子間に炭酸ナトリウムカリウム以外に炭酸ナトリウムが多く析出するため、造粒物が水に溶解される際、溶解しにくくなるので好ましくない。飽和濃度に対して９５質量％超の量の水であると、逆に炭酸カリウムが単体で炭酸ナトリウム粒子間に析出するため、得られる造粒物が水に溶解しにくくなるので好ましくない。炭酸カリウムの濃度は、飽和濃度に対して１５〜９０質量％の量の水が特に好ましい。また、炭酸カリウム及び水を混合して水溶液を作成するときの温度は５〜９０℃であることがハンドリング等の面から好ましい。なお、造粒の際に使用する水には、適宜必要に応じて、炭酸カリウム水溶液又は炭酸ナトリウム水溶液、又はその混合物を使用できる。また必要に応じて、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等を混合することもできる。

本発明の造粒物は、従来公知の様々な方法により作成することができ、例えば、押出し造粒法、撹拌造粒法、転動造粒法等が挙げられる。

造粒直後の、乾燥前の造粒物の含水量は、乾燥後の造粒物を基準として１０〜５０質量％が好ましい。含水量１０質量％未満であると、造粒物が乾燥時に崩れやすくなり、造粒物の生産性が低下するので好ましくない。また、含水量５０質量％超であると、造粒物がクリーム状又はスラリ状となり、造粒物の形状を保持することが困難になる他、造粒物同士が付着し合うことにより、良好な造粒物が得られなくなるので好ましくない。含水量は１５〜３５質量％が特に好ましい。

次に、造粒物の乾燥方法としても、公知の様々な方法が挙げられ、例えば、回分式箱形乾燥機、通気バンド式乾燥機、円盤乾燥機、通気回転式乾燥機等が挙げられる。乾燥温度は５０〜１５０℃が好ましい。さらに、脱湿空気を使用することにより乾燥時間を短縮できるので好ましい。

以上のようにして得られた本発明の造粒物の平均粒径は０．１〜１５ｍｍとする。平均粒径０．１ｍｍ未満であると、造粒物の流動性が悪くなるので好ましくなく、また、平均粒径１５ｍｍ超であると、造粒物の水に対する溶解速度が低下しやすくなり、造粒物が粉化しやすくなるので好ましくない。造粒物の平均粒径は０．２〜１０ｍｍが特に好ましく、０．２〜５ｍｍが最も好ましい。

本発明の造粒物は、ＪＩＳ−Ｋ５１０１の規定による吸油量が２０〜５０ｃｍ^３／１００ｇであることが好ましい。これにより、家庭向け衣類洗濯用洗剤のビルダーとして使用するに際し、必要な界面活性剤を充分に含浸することができるので好ましい。造粒物が、吸油量２０ｃｍ^３／１００ｇ未満であると、洗剤として必要な界面活性剤を充分に含有することができなくなるので好ましくなく、また、吸油量５０ｃｍ^３／１００ｇ超であると、得られる造粒物の強度が低下するので好ましくない。造粒物は吸油量２５〜５０ｃｍ^３／１００ｇが特に好ましく、３０〜５０ｃｍ^３／１００ｇが最も好ましい。

本発明の造粒物のかさ密度は０．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。かさ密度が０．５ｇ／ｃｍ^３未満であると、造粒物の機械的強度が不足し、粉化しやすくなる他、得られる洗剤のかさ密度が低下してコンパクト化できないため好ましくない。また、かさ密度が２．０ｇ／ｃｍ^３超であると、造粒物が溶解しにくくなるので好ましくない。造粒物のかさ密度は０．６〜１．７ｇ／ｃｍ^３が特に好ましい。

以下に本発明の実施例（例１）及び比較例（例２〜５）を示す。

なお、本実施例において、得られた造粒物の温度５℃の冷水での凝集性、温度５℃の冷水への溶解時間、吸油量及び見かけ密度は下記方法で評価を行った。

温度５℃の冷水での凝集性については、造粒物を２ｇ秤量して高さ１ｃｍの山状として、ここに水を造粒物の底面からしみ上がるように１０ｍｌ加えて、その様子を観察した。

温度５℃の冷水への溶解時間については、直径１０５ｍｍ、高さ１５０ｍｍのガラス容器に水１０００ｍｌを入れ、これを温度５℃に保持したまま、厚さ３ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５５ｍｍの撹拌翼１枚を有する撹拌機を４００ｒｐｍで回転させ、試料を添加した後、５秒毎に電気伝導度を測定して、電気伝導度の増加が５秒前の＋３％未満となった時点で安定したものとみなして、その安定したときの時間を溶解時間とした。なお、添加する試料については、造粒物又は粉体の場合は、炭酸ナトリウムがＮａ_２ＣＯ_３換算で０．２ｇ相当の量（モル数換算で、約０．００１９モル）を含む割合の量を算出して使用した。また、炭酸カリウムを含む場合については、同モル数の炭酸ナトリウムを含むものとして換算して使用した。

また、吸油量はＪＩＳ−Ｋ５１０１に則り次の方法で測定した。試料３ｇを測定板上の中央に載せ、煮つめたあまに油をビュレットから４〜５滴ずつ、徐々に試料の上に滴下し、その都度、全体をへらで十分練り合わせた。この操作を繰り返し、パテ状の塊の表面に余剰のあまに油による光沢が観察され、塊が柔らかくなる時を終点とした。ここで、これらの操作は７〜１５分となるように実施した。終点に達した時のビュレット内の煮つめたあまに油の滴下量を読み取り、試料１００ｇ当りに換算した数値を吸油量とする。

かさ密度については、カサ比重測定器（蔵持科学器械製作所社製、ＪＩＳＫ−５１０１に対応）を使用して、容積３０ｍｌのシリンダにすりきれるまで上部ロートより静かに投入した後、質量を測定して、かさ密度の値を算出した。

［例１］
平均粒径３１２μｍの炭酸ナトリウム（ソルベー・ソーダアッシュ・ジョイントベンチャー社製）９．０ｋｇと室温状態での含水率が１４．６質量％で、平均粒径２μｍの粉末ゼオライト（日本ビルダー社製）５．６２ｋｇとをニーダー（不二パウダル社製、型式：ＫＤＡ−３００）を使用して、１０分間撹拌混合した。これに、平均粒径３μｍのゼオライトを含む、固形分が無水換算で４７．８質量％のスラリ（日本ビルダー社製）１８ｋｇに、平均粒径１５０μｍの炭酸カリウム（旭硝子株式会社製）１ｋｇを溶解させた炭酸カリウム溶解スラリ１９ｋｇを噴霧することにより均一に添加して混合して湿潤粉体を得た。なお、添加するスラリの液温は２５℃であり、このときのスラリ中の炭酸カリウムの濃度は、飽和溶解度５２．８質量％に対して２１．２質量％であった。

得られた湿潤粉体を二軸押出式の造粒機（不二パウダル社製、商品名：ペレッターダブル、型式：ＥＸＤＦＪ−１３０）で、孔の直径１．２ｍｍのスクリーンを使用して湿式造粒して、湿潤状態の造粒物を得た。この湿潤状態の造粒物を１０５℃の回分式箱形乾燥機で１時間静置して乾燥した後、目開き１４００μｍと３５５μｍのＪＩＳ標準ふるいを使用して分級し、両ふるい間に残った造粒物を製品として得た。この製品として得られた造粒物の無水換算のゼオライトの含有量は５２．２質量％で、炭酸カリウムの含有量は３．９質量％であり、炭酸ナトリウムの含有量は３５質量％であった。また、得られた造粒物の平均粒径は３２０μｍであった。

この得られた造粒物の温度５℃の冷水での凝集性を観察したところ、粒の表面から溶解が始まり、凝集せずに溶解することが確認された。また、温度５℃の冷水への溶解時間については、試料を０．５２６ｇを使用して１０秒であった。また、得られた造粒物の吸油量は３３ｃｍ^３／１００ｇで、かさ密度は０．６５ｇ／ｃｍ^３であった。

［例２］
例１において、炭酸カリウムを６ｋｇ、平均粒径２μｍの粉末ゼオライトを８．４３ｋｇとし、ゼオライトスラリを１２ｋｇとした以外は同様にして操作を行い、造粒物を得た。ここで、ゼオライトスラリ中の炭酸カリウムの濃度は５３．２質量％であり、飽和溶解度５２．８質量％に対して、飽和を越えた１００．７％であった。

得られた造粒物の無水換算のゼオライト含有量は４２．９質量％で、炭酸カリウムの含有量は１９．９質量％であり、炭酸ナトリウムの含有量は２９．９質量％であった。また、得られた造粒物の平均粒径は３２３μｍであった。

得られた造粒物を例１と同様の方法で、温度５℃の冷水での凝集性を観察した結果、凝集せずに、溶解することが確認された。また、温度５℃の水への溶解時間については、投入する試料を０．４４３ｇとした以外は、例１と同様の方法で測定し、溶解時間は６０秒であった。また、吸油量は３３ｃｍ^３／１００ｇで、かさ密度は０．６３ｇ／ｃｍ^３であった。

以上より、本比較例では、実施例に比べて温度５℃の冷水への溶解時間において劣ることが確認された。この理由として、バインダとして析出した結晶が、溶解しやすい炭酸ナトリウムカリウムでなく、炭酸カリウムが主成分であったため、溶解速度が遅れたものと考えられる。

［例３］
例１において、原料として使用した炭酸ナトリウム粉末のみを使用して、例１と同様にして、温度５℃の冷水での凝集性を観察した結果、水を吸って、板状に凝集した。また、温度５℃の水への溶解時間は、冷水に投入する試料を０．２００ｇとした以外は、例１と同様の方法で測定したところ、２０秒であった。また、吸油量は４５ｃｍ^３／１００ｇで、かさ密度は１．０９ｇ／ｃｍ^３であった。

以上より、炭酸ナトリウム単体では吸油量が高く、溶解時間も早いものの、本発明の実施例と比較すると、温度５℃の冷水での凝集性、かさ密度において劣ることが確認された。

［例４］
例１において、造粒しない以外は同様にして操作を行い、粉体混合物を得た。

得られた粉体混合物を例１と同様の方法で、温度５℃の冷水での凝集性を観察した結果、水を吸って、板状に凝集した。また、温度５℃の水への溶解時間は、試料を例１と同様にして測定したところ、７０秒であった。また、吸油量は３７ｃｍ^３／１００ｇで、かさ密度は０．４７ｇ／ｃｍ^３であった。

以上より、単なる粉体の混合物は吸油量が高いものの、本発明の実施例と比較すると、温度５℃の冷水での凝集性、温度５℃の冷水への溶解時間、かさ密度において劣ることが確認された。

［例５］
例１において、炭酸カリウムを使用しない以外は同様にして、造粒物を得た。

得られた造粒物の無水換算のゼオライト含有量は５４．３質量％、炭酸ナトリウムの含有量は３６．４質量％であった。また、得られた造粒物の平均粒径は４１０μｍであった。

得られた造粒物を例１と同様の方法で、温度５℃の冷水での凝集性を観察した結果、板状に凝集することが確認された。また、温度５℃の水への溶解時間は、投入する試料を０．５４９ｇとした以外は例１と同様にして測定したところ、９０秒であった。また、吸油量は３３ｃｍ^３／１００ｇで、かさ密度は０．４８ｇ／ｃｍ^３であった。

以上より、本比較例では、実施例に比べて、温度５℃の冷水での凝集性、温度５℃の冷水への溶解時間において劣ることが確認された。この理由として、炭酸ナトリウム粒子とゼオライトが直接結合し、その周りを、炭酸ナトリウムが析出したため、凝集性が強くなり、溶解速度が遅れたものと考えられる。

本発明により、家庭用のアルカリビルダとして、最適な、炭酸ナトリウム造粒物の製造方法を提供できる。

Claims

平均粒径１〜５００μｍの炭酸ナトリウム１００質量部に平均粒径０．１〜１０μｍのゼオライト１０〜１０００質量部を混合し、さらに、炭酸カリウム３〜７０質量部と炭酸カリウムの濃度が飽和濃度に対して１０〜９５質量％になる量の水との混合物を添加して混合した後、造粒して平均粒径０．１〜１５ｍｍの造粒物を得る炭酸ナトリウム造粒物の製造方法。
前記炭酸ナトリウム造粒物がＪＩＳ−Ｋ５１０１の規定による吸油量２０〜５０ｃｍ^３／１００ｇである請求項１に記載の炭酸ナトリウム造粒物の製造方法。
前記炭酸ナトリウム造粒物が、かさ密度０．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３である請求項１又は２に記載の炭酸ナトリウム造粒物の製造方法。
炭酸カリウムと水とを５〜９０℃で混合して、前記炭酸カリウムと水との混合物を得る、請求項１〜３のいずれかに記載の炭酸ナトリウム造粒物の製造方法。
造粒後に５０〜１５０℃で乾燥する請求項１〜４のいずれかに記載の炭酸ナトリウム造粒物の製造方法。