JP5122439B2 - アニオン界面活性剤粉体の製造方法およびアニオン界面活性剤粉体 - Google Patents

アニオン界面活性剤粉体の製造方法およびアニオン界面活性剤粉体 Download PDF

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Description

本発明は、衣料用粉末洗剤などに使用される界面活性剤含有粉体の固化を抑制する技術に関する。
本願は、2006年3月17日に日本に出願された特願2006−74241号及び2006年12月5日に日本に出願された特願2006−328031号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
α−スルホ脂肪酸エステル塩などのアニオン界面活性剤を主成分とする粉体は、衣料用粉末洗剤として好適に使用されている。
このような粉体の製造方法としては、アニオン界面活性剤を高濃度で含有するペーストを原料とし、これを濃縮して濃縮品を得て、ついでこの濃縮品を冷却、固化するとともにフレーク化し、さらに得られたフレークを粉砕する方法がある。そして、例えば特許文献1には、フレークを粉砕して得られた粉体をA型ゼオライトでコーティングすることにより、流動性の良好なアニオン界面活性剤粉体が得られることが開示されている。
特開平09−87700号公報
しかしながら、このような方法で得られたアニオン界面活性剤粉体は、初期の流動性がたとえ良好であっても、例えば、容器などに充填された圧密のある状態で、輸送用の船舶内などで35〜50℃程度の高温下に静置された際には、粒子同士が付着して固化し、ハンドリング性が低下してしまうことがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧密のある状態で高温下に静置された場合でも、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体を提供することを課題とする。
本発明のアニオン界面活性剤粉体の製造方法は、アニオン界面活性剤の含有量が70質量%以上で、水分含有量が5質量%以下である界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である非潮解性の粉末乾燥剤(B)で被覆する工程を有することを特徴とする。
前記界面活性剤含有粉体(A)100質量部に対して、前記粉末乾燥剤(B)1〜25質量部を使用することが好ましい。
前記粉末乾燥剤(B)は、乾燥処理A型ゼオライトであることが好ましい。
前記アニオン界面活性剤は、脂肪酸由来の炭素数が10〜20のα−スルホ脂肪酸アルキルエステル塩であることが好ましい。
前記粉末乾燥剤(B)は、内周面が伝熱面である乾燥槽と、該乾燥槽内を攪拌する攪拌手段とを有する乾燥装置により乾燥処理されたものであることが好ましい。その際、乾燥処理は300〜650℃で行われることが好ましく、乾燥装置内のFr数が0.25〜25の条件下で行われることが好ましい。
本発明のアニオン界面活性剤粉体は、前記いずれかの方法で製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、圧密のある状態で高温下に静置された場合でも、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体を提供できる。
縦型の伝熱・攪拌型乾燥装置の縦断面図である。 実施例で使用した粉末乾燥剤(B−1)を40℃、湿度80%の大気中で保時した際の質量増加量を示すグラフである。 横型の伝熱・攪拌型乾燥装置の概略図である。 横型の伝熱・攪拌型乾燥装置の断面図である。
符号の説明
1 乾燥槽
2 伝熱面
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、アニオン界面活性剤の含有量が70質量%以上で、水分含有量が5質量%以下である界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である非潮解性の粉末乾燥剤(B)で被覆することにより、アニオン界面活性剤粉体を製造する。
なお、ここで被覆とは、界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面全体を粉末乾燥剤(B)が覆った状態のみを指すものではなく、界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面の少なくとも一部に粉末乾燥剤(B)の粒子が付着、存在した状態をも含むものである。
界面活性剤含有粉体(A)に含まれるアニオン界面活性剤としては特に制限はなく、例えば、平成10年3月26日発行の特許庁公報10(1998)−25[7159]周知・慣用技術集(衣料用粉末洗剤)6〜14頁「3.1.1アニオン界面活性剤」に記載されているような直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)、アルキル硫酸塩(AS)、α−オレフィンスルホン酸塩(AOS)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩(AES)、α−スルホ脂肪酸エステル塩(α−SFE)、二級アルカンスルホン酸塩(SAS)、高級脂肪酸塩(石けん)など挙げられる。
これらのなかでも、洗浄力に優れることから、α−SFEが好ましく、より好ましくは脂肪酸由来の炭素数が10〜20のα−スルホ脂肪酸アルキルエステル塩、さらに好ましくは脂肪酸由来の炭素数が14〜18のα−スルホ脂肪酸アルキルエステル塩であり、これらのなかでもメチルエステル塩および/またはエチルエステル塩が好ましい。また、塩としてはナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩が好ましい。
このようなアニオン界面活性剤は、界面活性剤含有粉体(A)中、70質量%以上含まれることが、得られるアニオン界面活性剤粉体の洗浄力の点などから好ましく、80質量%以上含まれることがより好ましい。上限は実質的には98質量%である。
界面活性剤含有粉体(A)には、アニオン界面活性剤以外の成分が30質量%未満の範囲で他の成分が含まれてもよく、そのような成分としては、アニオン界面活性剤の製造過程に由来する副生物や未反応物、水分などの溶媒分などが挙げられる。
また、界面活性剤含有粉体(A)の水分含有量は5質量%以下であり、好ましくは4質量%以下である。水分含有量が5質量%を超えると、得られるアニオン界面活性剤粉体は、圧密のある状態で高温下に静置された場合などに経時的に固化しやすく、ハンドリング性の悪いものとなる。なお、ここで界面活性剤含有粉体(A)の水分含有量とは、カールフィッシャー法により測定された値である。
また、界面活性剤含有粉体(A)の篩い分け法により測定された平均粒子径は、100〜1000μmが好ましい。
このような界面活性剤含有粉体(A)を好適に製造するには、まず、アニオン界面活性剤を含む固形分が水などの液体中に高濃度で含まれるペーストを製造し、ついで、このペーストを濃縮して水分含有量が5質量%以下の濃縮品を得る。そして、この濃縮品を冷却、固化するとともにフレーク、ヌードル、ペレットなどの固形物とし、ついでこれらを粉砕すればよい。
アニオン界面活性剤を含む固形分を含有するペーストは、例えばアニオン界面活性剤がα−SFEである場合には、薄膜式反応装置などを使用して、原料の脂肪酸エステルを無水硫酸に接触させてスルホン化し、ついで得られたスルホン酸を水酸化ナトリウムにより中和してα−SFEを生成させた後、水分、メタノール分などの溶媒分をフラッシュ蒸留などで除去する方法により製造できる。
なお、中和の前には、過酸化水素などで漂白を行ってもよい。また、得られたペースト中の固形分量は、50〜80質量%であることが、後の濃縮を効率的に行える点などから好ましく、より好ましくは70〜80質量%である。
原料の脂肪酸エステルとしては、カプリン酸(炭素数10)、ラウリン酸(炭素数12)、ミリスチン酸(炭素数14)、パルミチン酸(炭素数16)、ステアリン酸(炭素数18)、アラキジン酸(炭素数20)のメチルエステル、エチルエステルなどが挙げられ、これらを1種単独で使用しても、2種以上の混合物を使用してもよい。
このようにして得られたペーストを濃縮して濃縮品を得る際に使用する装置には、特に制限ないが、比較的低温でも濃縮を効率的に行えることから、真空薄膜蒸発装置が好ましい。比較的低温での濃縮によれば、アニオン界面活性剤が加熱により加水分解しやすいα−SFEなどである場合でも、その加水分解を抑制しながら濃縮することができる。
真空薄膜蒸発装置としては、耐圧性を備え内壁が伝熱面となっている筒状処理部の内部に、軸を中心として回転する羽根板状の掻き取り手段(撹拌羽根)が設置された構成の装置などが挙げられる。好ましい濃縮条件としては、撹拌羽根の先端周速は5〜30m/sが好ましく、より好ましくは5〜25m/sである。先端周速が5m/s以上であると、壁面に存在するペーストの薄膜化と液交換とが円滑に行われる。30m/s以下であると、ペーストとの間に摩擦熱がほとんど発生せず、得られる濃縮品の温度が上昇することもないし、真空薄膜蒸発装置への機械負荷が大きくなることもない。また伝熱面の温度は100〜160℃、処理部内の圧力は0.004MPa〜大気圧であり、このような濃縮条件で処理することにより、水分含有量が5質量%以下にまで低減された濃縮品を効率的に得ることができる。
このようにして得られた濃縮直後の濃縮品は、通常、70〜120℃程度の高温の液状物であるため、ついでこれを冷却、固化して、フレーク、ヌードル、ペレットなどの固形物にする。そして、この固形物を粉砕機で粉砕することにより、例えば上述した平均粒子径のような所望のサイズの界面活性剤含有粉体(A)を容易に得ることができる。
ここで液状物をフレークにするには、例えばドラムフレーカーなどにより、液状物を20〜40℃程度まで冷却、固化するとともにフレーク化すればよい。また、液状物をヌードルにするには、液状物を混練機などであらかじめ40〜70℃程度まで冷却した後、これを押出機などでヌードル状に成形すればよい。また、この際に押出機の出口にカッターを設置して、成形されたヌードルを切断することにより、ペレットが得られる。
フレーク、ヌードル、ペレットなどの固形物を粉砕する粉砕機には特に制限はないが、一般に内部に回転体とスクリーンを装着した破砕造粒機が使用でき、好ましくは、ハンマーミル、アトマイザー、パルペライザー等の衝撃式破砕機、カッターミル、フェザーミル等の切断・剪断式破砕機等が挙げられる。具体的には、フィッツミル(ホソカワミクロン(株)製)、スピードミル(岡田精工(株)製)、破砕式造粒機パワーミル((株)ダルトン製)、アトマイザー(不二パウダル(株)製)、パルベライザー(ホソカワミクロン(株)製)、コミニューター(不二パウダル(株)製)等が挙げられ、粉砕された粉体を所定穴径のスクリーンから排出するもの等が好適に用いられる。スクリーンは、金網タイプ、ヘリンボンタイプ、パンチングメタルタイプ等、特に限定されないが、スクリーンの強度、破砕物の形状を考慮すると、パンチングメタルタイプが好ましい。
また、これら粉砕機の中では、衝撃破砕による微粉の発生が少ないことから、カッターミル、フェザーミル等の切断・剪断式破砕機等を使用することが好ましい。また、その際には、長時間運転してもカッターの刃が摩耗しにくいため、ステライトやタングステンカーバイド等で処理されたカッターを採用することが好ましい。
また、粉砕の際には、破砕熱により破砕物が軟化して破砕機に付着することを防止するために、破砕機内へ冷風を導入することが好ましい。この場合、冷風温度は5〜30℃が好ましく、より好ましくは5〜25℃である。また、冷風は脱湿して使用することが好ましい。さらに、冷風としては、空気を窒素で希釈したものを用いてもよい。
このようにして得られた界面活性剤含有粉体(A)に対して、次に説明する粉末乾燥剤(B)を混合するなどして、界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を粉末乾燥剤(B)で被覆することにより、界面活性剤含有粉体(A)の経時的な固化が抑制されたアニオン界面活性剤粉体を製造することができる。
ここで粉末乾燥剤(B)は、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上、好ましくは15質量%以上、より好ましくは20質量%以上の粉末状の乾燥剤であることが必要である。40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%未満のものを使用した場合には、経時的な固化が抑制されたアニオン界面活性剤粉体を得ることはできない。
界面活性剤含有粉体は35〜50℃の高温条件下(輸送用の船舶内などの環境条件)に置かれると、粒子表面が溶解して固体内に閉じ込められていた水を放出し、粒子同士の付着を引き起こすと考えられる。よって、本発明者らは、固化抑制にはこの溶解によって放出された自由水を取り除くことが重要であると考え、そのためには、界面活性剤含有粉体が固化する温度で、かつ自由水が十分にある環境を模擬的に再現した「40℃、湿度80%」という条件において、6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である粉末乾燥剤(B)を使用することが、固化抑制に効果的であることを見出した。
また、粉末乾燥剤(B)は、そのままで、または、必要に応じて乾燥処理されることで、上述のような質量増加が可能であるとともに、潮解性を示さない非潮解性の物質からなることが必要であり、このような物質としては、例えばゼオライト、酸化カルシウムが挙げられる。潮解性の物質は、それ自身が大気中の水分に溶解しやすいため、これで界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を被覆したとしても、経時的な固化抑制効果を発揮することは困難である。
ゼオライトのなかでは、乾燥処理により、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が20質量%以上となりやすいことから、特にA型ゼオライトが好ましい。また、酸化カルシウムは、水との反応性が高いため、乾燥処理を施さなくても、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が20質量%以上となりやすいことから好適である。
なお、非潮解性とは、固体が大気中にさらされても、大気中の水蒸気により水溶液をつくる現象を生じない物質のことをいい(「岩波理化学辞典」等参照。)、本明細書においては、特に40℃、湿度80%の条件において、環境中の水蒸気により水溶液をつくらないことをいう。
40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上となるように、A型ゼオライトを乾燥処理するためには、乾燥装置として、熱風を導入して内容物を乾燥するロータリーキルンのような加熱炉を使用することがムラのない均一な乾燥処理を効率的に実施できることから好ましい。また、内周面が伝熱面であって、この伝熱面からの熱で内容物を乾燥する乾燥槽と、この乾燥槽内を攪拌する攪拌手段とを有する乾燥装置(以下、伝熱・攪拌型乾燥装置ということもある。)により乾燥処理をすると、ロータリーキルンを用いた場合に比べて内容物がダマになりにくいために、より一層ムラなく均一に十分に乾燥処理できる。また、伝熱・攪拌型乾燥装置によれば、ロータリーキルンのように内容物に熱風を直に接触させる必要がないため、内容物が粉塵となって系外に飛散し(発塵)、歩留まり低下や作業環境の悪化などを引き起こすこともない。
ロータリーキルンを使用する場合には、乾燥温度(キルン炉内温度)300〜650℃、内容物の滞留時間3分間〜2時間の乾燥条件で乾燥処理することが好ましい。伝熱・攪拌型乾燥装置を使用する場合にも、乾燥温度は300〜650℃が好ましく、より好ましくは350〜600℃であり、さらに好ましくは400〜550℃である。このような温度範囲であると、ゼオライトの構造を破壊することなく、充分に乾燥処理しやすい。
また、攪拌手段として、回転軸と回転軸の中心に回動する攪拌羽根とを備えた伝熱・攪拌型乾燥装置の場合には、乾燥装置内のFr数が0.25〜25の条件になるように乾燥処理することが好ましい。より好ましいFr数は0.64〜16であり、さらに好ましくは1〜9である。Fr数がこの範囲であれば、発塵を抑制しつつ、効果的に乾燥処理しやすい。この際、内容物の乾燥槽への好ましい充填率(内容物の体積/乾燥槽の容積)は、2〜30%である。
本明細書では、例えばロータリーキルン、伝熱・攪拌型乾燥装置などの乾燥装置により上述の条件で乾燥処理され、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上となるように調製されたA型ゼオライトのことを乾燥処理A型ゼオライトという。
また、Fr数とは、以下の式で定義されるものである。
Fr=V2/(R×g)・・・(1)
V:攪拌羽根先端の周速(m/s)
R:攪拌羽根の回転中心からの半径(m)
g:重力加速度(m/s2
伝熱・攪拌型乾燥装置としては、縦型、横型のいずれをも使用できるが、縦型の方が伝熱面を有効に利用できる傾向が高いために好適である。
縦型は、乾燥槽の円筒状に形成された内壁面が伝熱面とされ、この乾燥槽内に未乾燥の粉末乾燥剤を投入し、前記乾燥槽内の底面中央に軸支された回転羽根を回転させながら、前記粉末乾燥剤を下方から上方に向かって巻き上げると共に、前記回転羽根の回転に伴う遠心力により前記粉末乾燥剤を前記伝熱面に押し付けて、この伝熱面から伝わる熱によって前記粉末乾燥剤中に含まれる水分を蒸発させながら、前記粉末乾燥剤の乾燥を行う形式の乾燥装置が好ましい。
縦型の伝熱・攪拌型乾燥装置の具体例としては、図1のものが挙げられる。
図1の伝熱・攪拌型乾燥装置は、乾燥槽1を備え、この乾燥槽1の円筒状の内周面が伝熱手段からの熱を乾燥対象のゼオライトに伝える伝熱面2となっているとともに、乾燥槽1内を攪拌する攪拌手段を備えて構成されている。
この例の伝熱手段は、乾燥槽1の周囲に形成され、熱媒体が送り込まれるジャケット3を備え、ジャケット3には、熱媒体をジャケット3内に導く熱媒体流入部4aと、熱媒体をジャケット3外に排出する熱媒体排出部4bとが設けられている。熱媒体としては特に制限はないが、乾燥温度を高温にできることから、熱風(燃焼ガス)が好適に使用できる。
また、このような伝熱・攪拌型乾燥装置を用いた乾燥処理において乾燥温度とは、ジャケット3の出口(熱媒体排出部4bに相当)における熱媒体温度のことを言う。
乾燥槽1の下部側面には、導管5が連設されており、この導管5内に設けられたスクリュー6によって、投入槽(図示せず)から乾燥槽1内へと乾燥対象のゼオライトを供給したり、乾燥槽1内で乾燥されたゼオライトを乾燥槽1の外にある蓄積槽(図示せず)へと排出したりすることが可能となっている。また、乾燥槽1の上部側面にも、スクリュー8を備え導管5と同様の構成の導管7が連設されており、同様にゼオライトを供給したり、排出したりできるようになっている。
なお、バッチ式で乾燥する場合には、上下何れの導管5,7からもゼオライトの供給や排出が可能であるが、連続式で乾燥する場合には、一般的に下部側の導管5を供給用とし、乾燥槽1内で乾燥させながら上昇させたゼオライトを導管7から排出することが好ましい。なお、バッチ式による小規模での乾燥であれば、上述した導管5,7を配置することなく、ゼオライトをフィーダー乾燥槽1内に供給し、この乾燥槽1内で乾燥されたゼオライトを排出口から直接排出することも可能である。
この例の攪拌手段は、乾燥槽1の底面中央にこの乾燥槽1の高さ方向に沿って設けられた回転軸9aと、この回転軸9aを中心として回動する攪拌羽根9とを備えている。攪拌羽根9は、乾燥槽1の底部に取り付けられたモータ10によって回転軸9aを中心に回動可能となっている。
この例の攪拌羽根9は、回転巻上げ式のリボン翼(1段)からなり、具体的には、回転軸9aの軸回りに等間隔に並ぶ複数(この例では3枚)のフィン9bを有し、これらフィン9bは、互いに同一形状を為している。そして、各フィン9bは伝熱面2に沿って、回転軸9aに繋がる基端部から先端部に向かって回転軸9aの回転方向Xとは逆方向に斜め上方に延びるように形成されている。また、各フィン9bの先端部は、隣接するフィン9bの基端部の上方まで延びている。各フィン9bと伝熱面2との間には、内容物を伝熱面2に接触させるようなクリアランスCが設けられている。
このような伝熱・攪拌型乾燥装置を用いてゼオライトを乾燥させる際は、予めジャケット3内に加熱された熱媒体を導いておき、事前に伝熱面2を加温しておくことが好ましい。ついで、例えば導管5内のスクリュー6を回転させ、投入槽から乾燥槽1内にゼオライトを投入する。なお、バッチ式であれば、上述したように、導管7からゼオライトを供給してもよい。
そして、モータ10を駆動し、攪拌羽根9を回転させる。このとき、乾燥槽1内のゼオライトは、攪拌羽根9の回転により下方から上方に向かって巻き上げられるとともに、この攪拌羽根9の回転に伴う遠心力により伝熱面2に押し付けられる。これにより、ゼオライトは、加熱された伝熱面2に沿って巻き上がり、この伝熱面2の全面に亘って薄膜状に拡がることになる。さらに、乾燥槽1内では、伝熱面2から伝わる熱によってゼオライト中に含まれる水分が蒸発し、水分は図示略の排気口から排出される。これにより、ゼオライトの乾燥が行われる。
こうして乾燥槽1内で乾燥されたゼオライトは、伝熱面2に沿って上昇し、例えば導菅7内で回転するスクリュー8によって、乾燥槽1の外にある蓄積槽(図示せず)へと排出される。なお、バッチ式であれば、上述したように、導管5からゼオライトを排出してもよい。
図示例のような縦型の伝熱・攪拌型乾燥装置としては、例えば、(株)オカドラ製のカーボナイザー、スーパーヒートドライヤーが好適に使用できる。
本発明に用いられる横型の伝熱・攪拌型乾燥装置としては、両端面が閉塞された横型円筒ドラムと、このドラム内部には、ドラムの両端面を貫通するように、水平に撹拌軸が配設され、複数個のスキ型撹拌羽根が、軸方向に沿って取り付けられ、さらに、横型円筒ドラム外周部には、乾燥用の加熱媒体を供給するジャケットが備えられている形式の乾燥装置が好ましい。
本発明に用いられる横型の伝熱・攪拌型乾燥装置について、図3、4を用いて説明する。
図3、4において、21は両端面が閉塞された横型円筒ドラムであり、このドラム21の空洞内部で、未乾燥の粉末乾燥剤が前記ドラム21の周方向に流動化される。この横型円筒ドラム21の上部には、未乾燥の粉末乾燥剤を投入する投入口23と、エアー抜き口24とが設けられ、横型円筒ドラム21の下部には、乾燥された粉末乾燥剤を排出させる排出口25が設けられている。上記ドラム21内中央部には、撹拌軸26が配設され、その両端部は円筒ドラム21の両端面を貫通し、外部に突出されている。その一方の端部は水平一軸駆動部27に取り付けられていると共に、他方の端部は軸受け部28に回転可能に支承され、上記駆動部27が駆動すると、撹拌軸26が回転するように構成されている。
この撹拌軸26には、複数個(3〜8個)のスキ型撹拌羽根29が、軸方向に沿って等間隔ずつかつ周方向に沿って等角度ずつ離間した状態で取り付けられている。これにより、これら撹拌羽根29は、上記撹拌軸26が回転すると、これと一体に横型円筒ドラム21内を周方向に沿って回転するようになっている。この場合、撹拌羽根29が回転する際に、撹拌羽根29とドラム21内壁との間にクリアランスを形成する構造であることが好ましい。クリアランスは1〜30mmであるのが好ましく、3〜10mmがより好ましい。さらに、横型円筒ドラム21内には、高速剪断作用を付与する点から、チョッパー210が設けられ、横型円筒ドラム21外周部には、乾燥用の加熱媒体を供給するジャケット211が備えられている。
また、横型の伝熱・攪拌型乾燥装置としては、松坂貿易(株)より入手可能なレーディゲミキサー、大平洋機工(株)製のプロシェアーミキサーなどが使用できる。
粉末乾燥剤(B)の平均粒子径には特に制限はないが、レーザー回折法による粒度分布測定値から算出した平均粒子径が100μm以下であるものが好ましく、より好ましくは0.1〜100μm、さらに好ましくは0.1〜75μmである。この範囲であれば、特に効果的に界面活性剤含有粉体(A)を被覆することができる。
なお、A型ゼオライトについては以下の条件で乾燥処理した後、酸化カルシウムについては特に乾燥処理を施さず粉砕・篩分けしたものを、それぞれ40℃、湿度80%の大気中で保時した際の質量増加量を図2に示す。
図2に示すように、保持時間6時間後の質量増加量は、乾燥処理A型ゼオライトでは22.1質量%、酸化カルシウムでは29.2質量%であった。
(条件)
A型ゼオライト:水澤化学(株)製、商品名;シルトンB(嵩密度;0.30g/cm)、平均粒子径(レーザー回折法)2μm)
酸化カルシウム:関東化学(株)製、鹿1級試薬、平均粒子径(レーザー回折法)14μm
A型ゼオライトの乾燥条件:キルン回転数4rpmで回転している外熱式ロータリーキルン(サイズ:235EQ×3200L、加熱部有効長:1700L、傾斜1/100、(株)栗本鐵工所製)に供給速度10kg/hrで投入し(滞留時間は30分間)、炉内温度600℃で乾燥処理。その後、これを25℃、湿度50%の大気中に放置して50℃まで冷却した後、サンプル瓶に密封して保管。
酸化カルシウムの粉砕・篩分け条件:酸化カルシウムをメノー乳鉢(サイズ:外径110×内径90×深さ約26cm)で粉砕した後、目開き75μmの篩と受け皿を用いて分級操作を行い、75μmの篩を通過したものをサンプル瓶に密閉して保管。
被覆の具体的な方法としては、界面活性剤含有粉体(A)と粉末乾燥剤(B)とを乾式混合により混合する方法が好適な一例として挙げられる。
乾式混合に使用する混合機としては、これら粒子同士を充分に混合できるものである限り制限はないが、水平円筒型、二重円錐型、V型、自転・公転型等の混合機が好適に利用できる。また、撹拌造粒機、転動造粒機を用いてもよい。好ましくは、水平円筒型または二重円錐型の転動混合機を用い、温度0〜50℃、下記式で定義されるFr数が0.01〜0.2となる条件(算出式は下記式(1))下で混合する。
Fr=V2/(R×g)・・・(1)
V:容器回転型混合機最外周の周速(m/s)
R:容器回転型混合機最外周の回転中心からの半径(m)
g:重力加速度(m/s2
他の被覆方法としては、上述したようにフレーク、ヌードル、ペレットなどの固形物を粉砕機で粉砕して界面活性剤含有粉体(A)を製造する際に、粉砕機に粉末乾燥剤(B)を添加することにより、界面活性剤含有粉体(A)を得るとともにその粒子表面に粉末乾燥剤(B)を被覆する方法も好適に例示できる。
このような方法であれば、界面活性剤含有粉体(A)の製造と、粉末乾燥剤(B)の被覆とを一工程で行うことができ、効率的であるとともに、粉末乾燥剤(B)が粉砕助剤としても作用して、粉砕動力の低減、粉砕粒度の改善、粉砕製品における性状改善等の効果を得ることができる。
このようにして界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を粉末乾燥剤(B)で被覆する際には、界面活性剤含有粉体(A)と粉末乾燥剤(B)との比率は、界面活性剤含有粉体(A)100質量部に対して粉末乾燥剤(B)が1〜25質量部の範囲が好ましく、より好ましくは3〜20質量部、さらに好ましくは5〜15質量部である。粉末乾燥剤(B)が1質量部未満であると、経時的な固化抑制効果が得られない傾向がある。一方、25質量部を超えると、アニオン界面活性剤粉体中の界面活性剤含有粉体(A)の比率が相対的に小さくなり、十分な洗浄効果が得られにくくなる傾向がある。
以上説明した方法は、アニオン界面活性剤の含有量が70質量%以上で、水分含有量が5質量%以下である界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である非潮解性の粉末乾燥剤(B)により被覆する工程を有しているので、容器に充填された圧密のある状態で、輸送用の船舶内などで35〜50℃程度の高温下に静置された際などでも、界面活性剤含有粉体(A)同士が経時的に固化することを抑制でき、固化しにくくハンドリング性の良好なアニオン界面活性剤粉体を製造できる。
こうして得られたアニオン界面活性剤粉体は、例えば、内径51.6mm、深さ42.5mmの円筒状セルに約37g入れられ、45℃雰囲気で1時間保存されても固化しにくく、1時間保存後のセルをHANG−UP INDICIZER(商品名、Johanson Innovations,Inc.製)にセットしてSCIENTIFIC MODE(圧縮圧力:45kPa、内部摩擦角度:25°)にて破壊荷重を測定した場合、その測定値は50kPa未満となる。
このように特定の粉末乾燥剤(B)で界面活性剤含有粉体(A)を被覆することにより、上述の優れた効果が得られる理由の詳細は明らかではないが、このような粉末乾燥剤(B)で被覆することで、5質量%以下にまでその水分含有量があらかじめ低減されている界面活性剤含有粉体(A)からさらに水分を奪うことができると考えられる。その結果、界面活性剤含有粉体(A)中のアニオン界面活性剤の結晶形、融点などの性質が変化し、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体が得られると推察できる。
以下、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において特に明記のない場合は、「%」は質量%を示す。
[実施例1〜6]
<界面活性剤含有粉体(A)>
(1)α−SFE含有ペーストの製造
(i)スルホン化
薄膜式反応装置(単管式、内径=10mm、リアクター長さ=2.5m)により、原料の脂肪酸メチルエステルをスルホン化して、反応率97%でスルホン酸を得た。
具体的には、原料の脂肪酸メチルエステルとしては、パルミチン酸メチル(ライオン(株)製、パステルM−16)とステアリン酸メチル(ライオン(株)製、パステルM−18)を質量比6:4で混合したもの、または、45:55で混合したものを用いた。なお、前者の混合物を原料としたアニオン界面活性剤については、表中、アニオン界面活性剤(1)と記載し、後者の混合物を原料としたアニオン界面活性剤については、表中、アニオン界面活性剤(2)と記載した。スルホン化では、液体SOを窒素ガスで希釈した8%SO含有不活性ガスを使用し、反応モル比(SO/メチルエステル)1.2として、ガス吸収反応を行った。この反応の後、気液分離し、80℃、60分間の熟成反応を行って、反応率97%のスルホン酸を得た。
(ii)漂白
ついで、得られたスルホン酸にメタノールと35%過酸化水素水とを添加し、均一に混合し、80℃、180分間漂白反応を行った。なお、メタノール、過酸化水素水の使用量は、スルホン酸の質量を100質量%とした場合、メタノールの質量が20%、過酸化水素純分の質量が2%となるように使用した。
(iii)中和
ついで、水酸化ナトリウム水溶液による中和反応を行って、中和物であるα−SFEを47%含有する液状物を得た。そして、この液状物からリサイクルフラッシュ濃縮によりメタノールと水を蒸発させ、α−SFEの濃度が65.6%のα−SFE含有ペーストを得た。これの色調(5%エタノール溶液として、40mm光路長、No.42ブルーフィルターを用いてクレット光電光度計で測定した値)は30であった。
なお、得られたα−SFE含有ペーストは以下の各成分を含む混合物であった。
α−スルホ脂肪酸メチルエステルナトリウム塩(脂肪酸由来炭素数が16と18):65.6%
メチルサルフェート:3.28%
硫酸ナトリウム:1.31%
α−スルホ脂肪酸ジナトリウム:3.08%
メタノール:1.51%
未反応の脂肪酸メチルエステル:1.21%
(2)α−SFE含有ペーストの濃縮、フレーク化、粉砕
(i)濃縮
上記(1)で得られたα−SFE含有ペーストを回転数1,060rpm、羽根先端速度約11m/secで回転している真空薄膜蒸発機エクセバ(伝熱面:0.5m2、筒状の処理部の内径:205mm、伝熱面と掻き取り手段である羽根先端とのクリアランス:2〜4mm、神鋼パンテック(株)製)に5〜90kg/hrで導入し、内壁加熱温度(伝熱面の温度)120〜160℃、真空度(処理部内の圧力)0.007〜0.014MPaの条件で濃縮を行った。
得られた濃縮品の温度は70〜100℃であり、濃縮品の水分含有量は3%であった。
(ii)フレーク化
ついで、得られた濃縮品をドラムフレーカー((株)楠木機械製作所製)により、20〜30℃まで冷却、固化するとともにフレーク化して、α−SFE含有フレークを得た。
(iii)粉砕
ついで、2段直列に配列したフィッツミル(ホソカワミクロン(株)製、DKA−3型、1段目スクリーン径8mmφ、2段目スクリーン径3.5mmφ、ブレード回転数1段目:4700rpm、2段目2820rpm)に、α−SFE含有フレークを15℃の除湿した冷風(露点:−5℃、風量:6Nm/min)とともに導入し、処理速度200kg/hrで粉砕し、界面活性剤含有粉体(A)を得た。
得られた界面活性剤含有粉体(A)の水分含有量を、カールフィッシャー水分計(京都電子工業(株)製、モデル:MKC−210、Method:2、攪拌速度:4)により求めた。サンプル量は約0.3gとした。界面活性剤含有粉体(A)中のアニオン界面活性剤含有量、水分含有量を表に示す。
また、界面活性剤含有粉体(A)の平均粒子径を後述の篩い分けによる方法で求めたところ、400〜450μmであった。
<粉末乾燥剤(B−1)>
A型ゼオライトである水澤化学(株)製、商品名;シルトンB(嵩密度;0.30g/cm)をキルン回転数4rpmで回転している外熱式ロータリーキルン(サイズ:235EQ×3200L、加熱部有効長:1700L、傾斜1/100、(株)栗本鐵工所製)に供給速度10kg/hrで投入し(滞留時間は30分間)、炉内温度600℃で処理した後、これを25℃、湿度50%の大気中に放置して50℃まで冷却した後、サンプル瓶に密封し、粉末乾燥剤(B−1)とした。炉内圧力は1atmとした。
この粉末乾燥剤(B−1)の平均粒子径は2μmであった。なお、粉末乾燥剤(B−1)の使用時には、目開き1mmの篩を用いて、篩を通過しない凝集体(ダマ)をあらかじめ除去してから、使用した。
この粉末乾燥剤(B−1)の水分含有量を測定した結果、水分含有量は3.5%であった。
なお、ここでの水分含有量の測定は、以下のように行った。
粉末乾燥剤(B−1)約2gを容量30mLのアルミナ製るつぼに入れ、電気炉((株)いすゞ製作所製、タイプ:ETR−13KX)で800℃、30分間乾燥した。乾燥後、るつぼをデシケータに移し、20分間保持し、冷却(放冷)した。冷却後、質量を測定し、質量減少量から水分含有量を次式(2)により求めた。
水分含有量(%)=A(g)/B(g)×100・・・(2)
A:質量減少量(g)
B:るつぼに入れた粉末乾燥剤(B)の質量(g)
また、この粉末乾燥剤(B−1)5gを40℃、湿度80%の大気中で保持(東京理化器械(株)製恒温恒湿槽(ENVIROS KCL−1000)を使用)した際の質量増加は、図2(丸プロット:乾燥処理A型ゼオライト)に示した通りであり、6時間保持した後の質量増加量(吸湿量に相当)は22.1%であった。
<被覆>
水平円筒型転動混合機(円筒直径585mm、円筒長さ490mm、容器131.7Lのドラム内部壁面に内部壁面とのクリアランス20mm、高さ45mmの邪魔板を2枚有するもの)で、充填率30容積%、回転数22rpm、25℃、上記式(1)により決定されるFr数が0.16の条件下で、界面活性剤含有粉体(A)と粉末乾燥剤(B−1)とを表1に示す質量比で5分間混合し、界面活性剤含有粉体(A)の表面を粉末乾燥剤(B−1)で被覆し、アニオン界面活性剤粉体を得た。
そして、得られたアニオン界面活性剤粉体について、後述の方法で固化性を評価した。
また、嵩密度と平均粒子径を後述の方法で測定した。
これらの結果を表に示す。
<固化性の評価>
内径51.6mm、深さ42.5mmの円筒状セルに、得られたアニオン界面活性剤粉体を約37g入れ、45℃雰囲気で1時間保存した。次に、HANG−UP INDICIZER(商品名、Johanson Innovations,Inc.製)にセルをセットしてSCIENTIFIC MODE(圧縮圧力:45kPa、内部摩擦角度:25°)にて破壊荷重を測定した。測定値から下記基準により固化性を評価した。
(評価基準)
◎:50kPa未満
○:50以上100kPa未満
△:100以上160kPa未満
×:160kPa以上
<平均粒子径の測定(篩い分けによる方法)>
目開きがそれぞれ1680μm、1410μm、1190μm、1000μm、710μm、500μm、350μm、250μm、149μmの9種類の篩と受け皿を用いて分級操作を行った。
分級操作では、まず、目開きが小さいものから順次大きなものになるように篩いを受け皿の上に積み重ねた。そして、最も上に配置された1680μmの篩の上から100g/回のベースサンプルを入れ、蓋をしてロータップ型ふるい振盪機((株)飯田製作所製、タッピング:156回/分、ローリング:290回/分)に取り付け、10分間振動させた。その後、それぞれの篩と受け皿上に残留したサンプルを篩目ごとに回収した。
この操作を繰り返すことによって1410〜1680μm(1410μm.on)、1190〜1410μm(1190μm.on)、1000〜1190μm(1000μm.on)、710〜1000μm(710μm.on)、500〜710μm(500μm.on)、350〜500μm(350μm.on)、250〜350μm(250μm.on)、149〜250μm(149μm.on)、皿〜149μm(149μm.pass)の各粒子径の分級サンプルを得て、重量頻度(%)を算出した。
次に、算出した重量頻度が50%以上となる最初の篩の目開きをaμmとし、またaμmよりも一段大きい篩の目開きをbμmとし、受け皿からaμmの篩までの重量頻度の積算をc%、またaμmの篩上の重量頻度をd%として、次式によって平均粒子径(重量50%)を求めた。
<嵩密度の測定>
嵩密度はJIS K3362に準じて測定した。
[比較例1〜3]
比較例1〜3では、粉末乾燥剤(B−1)の代わりに、A型ゼオライトである水澤化学(株)製、商品名;シルトンB(嵩密度;0.30g/cm)を乾燥処理せずに使用した(以下、未処理ゼオライトと言う。)。使用量は表に示すとおりとした。
それ以外は実施例1と同様にして、アニオン界面活性剤粉体を得て、同様の評価および測定を実施した。結果を表に示す。
なお、未処理ゼオライトを40℃、湿度80%の大気中で6時間保持したところ、その際の質量増加量は1%未満であった。
[実施例7、比較例4]
実施例1と同様にしてα−SFE含有ペーストを製造し、α−SFE含有フレークを得た。
ついで、2段直列に配列したフィッツミル(ホソカワミクロン(株)製、DKA−3型、1段目スクリーン径8mmφ、2段目スクリーン径3.5mmφ、ブレード回転数1段目:4700rpm、2段目2820rpm)に、得られたα−SFE含有フレークと実施例1で使用したものと同じ粉末乾燥剤(B)もしくは比較例1と同じ未処理ゼオライトとを表に示す比で投入するとともに、15℃の除湿した冷風(露点:−5℃、風量:6Nm/min)を導入し、処理速度200kg/hrで処理し、界面活性剤含有粉体(A)を得るとともにその粒子表面に粉末乾燥剤(B−1)を被覆することで、アニオン界面活性剤粉体を製造した。
そして、これについて、実施例1と同様の評価および測定を実施した。結果を表に示す。
表中、アニオン界面活性剤(1)とは、パルミチン酸メチル(ライオン(株)製、パステルM−16)とステアリン酸メチル(ライオン(株)製、パステルM−18)を質量比6:4で混合した原料から得られたものであって、一方、アニオン界面活性剤(2)とは、45:55で混合した原料から得られたものである。
また、製造方法の欄において、(I)とは、界面活性剤含有粉体(A)を得てから、その粒子表面に粉末乾燥剤(B−1)を被覆する製法を指し、(II)とは、界面活性剤含有粉体(A)を得るための粉砕中に粉末乾燥剤(B−1)を添加することで被覆する製法を指す。
以上のように各実施例1〜7によれば、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体を製造できた。
[実施例8]
粉末乾燥剤(B−1)の代わりに、水澤化学(株)製、商品名;シルトンBを太平洋機工(株)製のプロシェアーミキサーWB−300型(横型の伝熱・攪拌型乾燥装置)で表3の条件で乾燥処理したものを粉末乾燥剤(B−2)として使用した以外は、実施例1と同様にして、アニオン界面活性剤粉体を得て、同様の評価および測定を実施した。結果を表4に示す。乾燥処理の際には、まず、シルトンBを乾燥槽に投入し、ついで、攪拌手段により攪拌を開始した。また、ジャケットには熱媒体として熱風を送り込んだ。なお、粉末乾燥剤(B−2)は、表3の条件で乾燥処理した後、25℃、相対湿度30%RHの大気中に放置して表3に示す温度まで冷却した後、サンプル瓶に密封した。
また、粉末乾燥剤(B−2)について、粉末乾燥剤(B−1)の場合と同様にして40℃、湿度80%の条件で6時間放置した際の質量増加量を測定し、また、乾燥処理時のダマ発生量および発塵性を評価、測定した。結果を表3に示す。
<ダマ発生量と水分含有量>
目開きが4750μmと1000μmの2種類の篩と受け皿を用いて分級操作を行った。分級操作では、受け皿の上に目開き1000μmの篩、目開き4750μmの篩の順で積み重ねた。そして、最も上に配置された目開き4750μmの篩の上から200g/回のサンプルを入れ、蓋をしてロータップ型ふるい振盪機((株)飯田製作所製、タッピング:60回/分、ローリング:60回/分)に取り付け、3分間振動させた。その後、それぞれの篩と受け皿上に残留したサンプルを篩目ごとに回収し、目開き4750μmの篩を通過しなかった粉末乾燥剤(B−2)の質量頻度(%)を算出し、この値をダマ発生量とした。
ダマ発生量(%)=(目開き4750μmの篩を通過しなかった粉末乾燥剤(B−2)の質量(g)/分級操作時サンプル量(g))×100
次に、目開き4750μmの篩を通過しなかった粉末乾燥剤(B−2)(4750μm on)と、受け皿上に残留した粉末乾燥剤(B−2)(1000μm pass)の水分含有量を上述の方法にて測定した。なお、目開き4750μmの篩を通過しなかった粉末乾燥剤(B−2)の場合は予めよくダマをほぐしてから測定した。
<発塵性>
伝熱・攪拌型乾燥装置の排気口における発塵の度合いにより評価した。
◎:発塵が殆どない
○:やや発塵がある
△:発塵がやや多い
×:発塵がかなり多い
[実施例9〜17、比較例5]
粉末乾燥剤(B−1)の代わりに、水澤化学(株)製、商品名;シルトンBを(株)オカドラ製カーボナイザーSD−800 C型((株)オカドラ製の縦型の伝熱・攪拌型乾燥装置、バッチ式、伝熱面積1.5m、攪拌手段として回転軸とこれの中心を回動する回転巻上げ式3枚リボン翼(攪拌羽根)を1段装備、乾燥槽内圧力1atm)で乾燥処理したものを粉末乾燥剤(B−3〜12)として使用した以外は、実施例1と同様にして、アニオン界面活性剤粉体をそれぞれ得て、同様の評価および測定を実施した。結果を表4〜5に示す。乾燥処理の際には、まず、シルトンBを乾燥槽に投入し、ついで、攪拌手段により攪拌を開始した。また、ジャケットには熱媒体として熱風を送り込んだ。具体的な乾燥処理の条件を表3に示す。
なお、粉末乾燥剤(B−3〜12)は、表3の条件で乾燥処理した後、表3に示す冷却条件にて、冷却した。冷却には、(株)オカドラ製サイクロンドライヤーSD−500 B−H型((株)オカドラ製、伝熱面積0.6m、攪拌手段として回転巻上げ式3枚リボン翼を1段装備(197rpm(周速5.1m/s))、ジャケットに通す冷却媒体には15℃の水を使用)を用い、冷却後には粉末乾燥剤(B−3〜12)をサンプル瓶に密封した。
粉末乾燥剤(B−3〜12)について、粉末乾燥剤(B−1)と同様に40℃、湿度80%の条件で6時間放置した際の質量増加量を測定するとともに、乾燥処理時のダマ発生量および発塵性を評価、測定した。結果を表3に示す。
[比較例6]
炉内温度を730℃、キルン回転数を2rpmとするとともに、冷却条件を25℃、湿度30%の大気中に放置して30℃まで冷却する条件とした以外は、実施例1と同様にして粉末乾燥剤(B−13)を得た。そして、粉末乾燥剤(B−13)を使用し、実施例1と同様にしてアニオン界面活性剤粉体を得て、同様の評価および測定を実施した。結果を表5に示す。また、粉末乾燥剤(B−13)についても、粉末乾燥剤(B−1)と同様に40℃、湿度80%の条件で6時間放置した際の質量増加量を測定するとともに、乾燥処理時のダマ発生量および発塵性を評価、測定した。結果を表3に示す。
なお、粉末乾燥剤(B−13)の使用時には、目開き1mmの篩を用いて、篩を通過しない凝集体(ダマ)をあらかじめ除去してから、使用した。
縦型および横型の伝熱・攪拌型乾燥装置を用いて乾燥処理し、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である粉末乾燥剤(B−2〜11)を使用した実施例8〜17でも、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体を製造できた。また、これら粉末乾燥剤(B−2〜11)は、表3に示すように、発塵性が良好で、ダマの発生も認められなかった。
[実施例18]
<粉末乾燥剤(B−14)>
酸化カルシウム(関東化学(株)製、鹿1級試薬)をメノー乳鉢(サイズ:外径110×内径90×深さ約26cm)で粉砕した後、目開き75μmの篩と受け皿を用いて分級操作を行い、75μmの篩を通過したものをサンプル瓶に密閉し粉末乾燥剤(B−14)とした。
この粉末乾燥剤(B−14)の平均粒子径は14μmであった。また、この粉末乾燥剤(B−14)5gを40℃、湿度80%の大気中で保持(東京理化器械(株)製恒温恒湿槽(ENVIROS KCL−1000)を使用)した際の質量増加は、図2(四角プロット:酸化カルシウム)に示した通りであり、6時間保持した後の質量増加量(吸湿量に相当)は29.2%であった。
<被覆>
水平円筒型転動混合機(円筒直径585mm、円筒長さ490mm、容器131.7Lのドラム内部壁面に内部壁面とのクリアランス20mm、高さ45mmの邪魔板を2枚有するもの)で、充填率30容積%、回転数22rpm、25℃、上記式(1)により決定されるFr数が0.16の条件下で、実施例1と同様にして得られたアニオン界面活性剤粉体(A)と粉末乾燥剤(B−14)を表6に示す質量比で5分間混合し、界面活性剤含有粉体(A)の表面を粉末乾燥剤(B−14)で被覆し、アニオン界面活性剤粉体を得た。
そして、得られたアニオン界面活性剤粉体について、実施例1と同様の評価および測定を実施した。結果を表6に示す。
本発明によれば、圧密のある状態で高温下に静置された場合でも、経時的に固化しにくいアニオン界面活性剤粉体を提供できる。

Claims (8)

  1. アニオン界面活性剤の含有量が70質量%以上で、水分含有量が5質量%以下である界面活性剤含有粉体(A)の粒子表面を、40℃、湿度80%の条件で6時間放置された際の質量増加量が10質量%以上である非潮解性の粉末乾燥剤(B)で被覆する工程を有することを特徴とするアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  2. 前記界面活性剤含有粉体(A)100質量部に対して、前記粉末乾燥剤(B)1〜25質量部を使用することを特徴とする請求項1に記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  3. 前記粉末乾燥剤(B)は、乾燥処理A型ゼオライトであることを特徴とする請求項1または2に記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  4. 前記アニオン界面活性剤は、脂肪酸由来の炭素数が10〜20のα−スルホ脂肪酸アルキルエステル塩であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  5. 前記粉末乾燥剤(B)は、内周面が伝熱面である乾燥槽と、該乾燥槽内を攪拌する攪拌手段とを有する乾燥装置により乾燥処理されたものであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  6. 前記乾燥処理は、300〜650℃で行われることを特徴とする請求項5に記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  7. 前記乾燥処理は、前記乾燥装置内のFr数が0.25〜25の条件下で行われることを特徴とする請求項5または6に記載のアニオン界面活性剤粉体の製造方法。
  8. 請求項1ないし7のいずれかの方法で製造されたことを特徴とするアニオン界面活性剤粉体。
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