JP5369383B2

JP5369383B2 - ポリエチレン樹脂ペレット粒子、及びポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法

Info

Publication number: JP5369383B2
Application number: JP2007081166A
Authority: JP
Inventors: 雅志半場
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008239752A

Description

本発明は、気流搬送時の異形物発生量を抑制しうるポリエチレン樹脂ペレット粒子、及びポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法に関する。

ポリエチレン樹脂に代表されるポリオレフィン樹脂の商業生産設備においては、重合工程で得られたポリオレフィン樹脂を、最終的に造粒工程で押出機から溶融状態で押出し、冷却しながらカッティングすることによってペレット状に成形することが通常行われている。ペレット粒子に造粒する利点としては、造粒工程から貯蔵工程さらに出荷工程へ、空送配管を用いた気流搬送によって輸送したり、消費者が製品を使用する際に取扱いが容易であることが挙げられる。

ペレット粒子の気流搬送手段としては、設備の簡便さから気流速度の大きい中低圧圧送式気流輸送設備が主に使用されるが、ペレット粒子相互または空送配管内壁との接触摩擦によってペレット粒子が粉化したり、空送配管内壁へ溶着したペレット粒子が剥離して、フロス、ストリーマ、エンジェルヘア等の異形物が製品に混入することがある。これらの異形物は、通常、サイクロン等の付帯設備によって分離・低減されるが、完全に除去することはできないため、製品品質の低下を招くことがあった。特に均一組成ポリエチレン樹脂は、高結晶成分に乏しく低融点であるために異形物の発生量が多く、近年、消費者の品質要求の高まりから、異形物含有量のより少ない製品が求められていた。
例えば、非特許文献１には、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）が記載されている。また、特許文献１には、気流搬送時に多量の水分を添加し、ペレット粒子表面に水膜を形成することによって当該水膜の潤滑作用によりペレット粒子相互または輸送管内壁との摩擦抵抗を低減する方法が記載されている。

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ページ特開平１０−１４７４３３号公報

しかしながら、非特許文献１に記載された方法では、設備の複雑化や圧力損失が大きいなど、工業的にはコストで不都合な面があった。また、特許文献１に記載された方法では、気流搬送中にペレット粒子が濡れるため、出荷前または使用前にペレット粒子を乾燥する工程を設ける必要があった。
かかる現状において、本発明が解決しようとする課題、すなわち、本発明の目的は、気流搬送時の異形物発生量を抑制しうるポリエチレン樹脂ペレット粒子、及びポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法を提供することにある。

すなわち本発明は、ペレット粒子の扁平度が１．５を超えるポリエチレン樹脂ペレット粒子、及び該ポリエチレン樹脂ペレット粒子を流通気流に同伴させて搬送するポリエチレン樹脂ペレットの気流搬送方法に関するものである。本発明のポリエチレン樹脂ペレットの形状として好ましくは円柱状であり、ポリエチレン樹脂として好ましくは均一組成ポリエチレン樹脂であり、より好ましくは高圧法低密度ポリエチレンまたはメタロセン触媒等のシングルサイト触媒を用いて製造された直鎖状低密度ポリエチレンである。また、本発明のポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法として好ましくは、気流搬送用配管としてナーリング管を用いることである。

本発明によれば、気流搬送時の異形物発生量を抑制しうるポリエチレン樹脂ペレット粒子、及びポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法が提供される。

本発明のペレット粒子は、ポリエチレン樹脂のペレット粒子である。ポリエチレン樹脂としては、例えば、高圧法低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、または直鎖状低密度ポリエチレン、またこれらの混合物が挙げられる。ポリエチレン樹脂には、各種添加剤、無機質等の各種充填剤（フィラーとも称す）を含有するものも包含される。
本発明のポリエチレン樹脂として好ましくは均一組成ポリエチレン樹脂である。均一組成ポリエチレン樹脂とは、不均一組成ポリエチレン樹脂が１２０℃以上及び１２０℃以下に２つ以上の融点を有するのに対し、概ね単一の融点を有するポリエチレン樹脂である。均一組成ポリエチレン樹脂としては、例えば、高圧法低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、または一部の直鎖状低密度ポリエチレン、つまり均一組成の直鎖状低密度ポリエチレンが該当する。なお、均一組成ポリエチレン樹脂と不均一組成ポリエチレン樹脂との混合物の場合は、均一組成ポリエチレン樹脂の混合割合が多い場合に均一組成ポリエチレン樹脂とみなす。またポリエチレン樹脂同様、均一組成ポリエチレン樹脂には、各種添加剤、無機質等の各種充填剤を含有するものも包含される。

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を単独重合また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とを共重合することによって得られるポリエチレンである。また、高密度ポリエチレンまたは直鎖状低密度ポリエチレンは、公知の触媒であるチーグラー・ナッタ触媒またはメタロセン触媒等の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またはエチレンと少量のα−オレフィンとを共重合することによって得られるポリエチレンである。このうち、直鎖状低密度ポリエチレンに関しては、メタロセン触媒等の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得られたものを均一組成の直鎖状低密度ポリエチレンと称する。

直鎖状低密度ポリエチレンの製造時に、エチレンとともに使用されるα−オレフィンの種類としては、炭素原子数３〜２０程度のα−オレフィンが挙げられる。具体例としてはプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテンまたは４−メチル−１−ペンテン等が挙げられる。これらは単独でも、複数でも用いることができる。

高圧法低密度ポリエチレンとしては、密度が８６０〜９４０ｋｇ／ｍ³、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．０１〜１０００ｇ／１０分、高密度ポリエチレンとしては、密度が９４０〜９７０ｋｇ／ｍ³、ＭＦＲが０．０１〜１０００ｇ／１０分、直鎖状低密度ポリエチレンとしては、密度が８６０〜９４０ｋｇ／ｍ³、ＭＦＲが０．０１〜１０００ｇ／１０分の範囲にあるものがそれぞれ好ましい。より好ましいＭＦＲは０．１〜５０ｇ／１０分である。

本発明のポリエチレン樹脂の製造方法に特に制限はなく、本発明で用いられる高密度ポリエチレンは、通常、気相重合法、溶媒重合法等で製造することができる。また、直鎖状低密度ポリエチレンは、通常、高圧イオン重合法、気相重合法、溶液重合法等で製造することができる。

本発明のペレット粒子の製造方法は特に限定されないが、上記の方法によって製造した後、通常、重合槽または溶融混練機において必要な各種添加剤を配合して溶融混練し、その後、押出機から多数の小ノズルを通して溶融樹脂を押し出し、回転するカッターにより、例えば水中で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を製造することができる。

ペレット粒子の形状は、直径または一辺が１〜１０ｍｍ程度の球状、円柱状、角柱、板状であり、その形状や大きさは、押出機の単位時間当たりの押出量、押出機内温度、ノズルの形状・大きさ・個数、カッター刃の数・回転数、樹脂冷却条件等によって定まる。またポリエチレン樹脂の物性（ＭＦＲ、密度、スウェル値等）も影響を与える場合がある。

ペレット粒子の形状は特に限定されないが、通常は押出機から円形ノズルを通して溶融樹脂を押し出した後にカッティングされるために円柱状となる場合が多い。
本発明のペレット粒子の形状として好ましくは円柱状であり、例えば、上面そして下面の中央が膨らんだ円柱状、上面の中央が膨らみかつ下面の中央が窪んだ円柱状、上面の中央が膨らみかつ下面が平面の円柱状、上面の中央が窪みかつ下面が平面の円柱状のペレット粒子も含まれる。なお、ペレット粒子１粒当たりの重量は、通常５〜１００ｍｇ、好ましくは１０〜５０ｍｇの範囲である。

本発明でいうペレット粒子の扁平度とは、ペレット粒子の粒子高さに対するペレット粒子幅の比、つまり、（ペレット粒子の扁平度）＝（ペレット粒子幅）／（ペレット粒子高さ）［−］）である。ここでペレット粒子幅とは、ペレット粒子を平面上に置いて安定状態とした際に、ペレット粒子上面、及び下面において最も長い横幅を測定し、それらの値で最大のものである。またペレット粒子高さとは、ペレット粒子を平面上に置いて安定状態とした際の平面から最も高い部位までの高さである。ペレット粒子幅またはペレット粒子高さを決定するに際しては、例えば、ペレット粒子１０粒の平均値を採用することができる。ペレット粒子の扁平度が高いほど、ペレットは扁平な形状となる。

本発明のペレット粒子の扁平度は１．５を超えるものである。ペレット粒子の扁平度が１．５以下であると、ペレット粒子を気流搬送したときの異形物発生量を低減する効果が充分でない場合がある。また、ペレット粒子の扁平度が２．０を超えるとペレット粒子気流搬送時の異形物発生量がやや増える傾向にあることから、ペレット粒子の扁平度は１．５を超え２．０以下であることがより好ましい。

ペレット粒子の扁平度を大きくする方法としては、ペレット粒子幅を大きくする、またはペレット粒子高さを小さくすることが挙げられる。ペレット粒子幅を大きくする方法としては、押出機における溶融樹脂押し出しノズルの大きさを広げること等が挙げられる。またペレット粒子高さを小さくする方法としては、押出機における単位時間当たりの押出量を減らす、またはカッター刃の数・回転数を増やすこと等が挙げられる。

例えば、高圧法低密度ポリエチレン（ＭＦＲ１．８ｇ／１０分、密度９１９．０ｋｇ／ｍ³）を、日本製鋼所製の２軸押出機「ＴＥＸ４４」を用い、押出機内温度２２０ ℃、押出量１００ｋｇ／時間にてノズル（円形、ノズル口径３ｍｍφ、ノズル数１６個）から溶融樹脂を押出し、８枚のカッター刃を用い８００ｒｐｍの回転数、３５℃冷却水中でカッティングすることにより、ペレット粒子幅４．１ｍｍ、ペレット粒子高さ１．９ｍｍ（扁平度２．１６）の円柱状ペレットが得られる。

上記の方法を用いて製造されたペレット粒子は、ブロワー等を用いて気流搬送されてサイロに貯蔵され、または製品の均一化を図るために所定の循環ライン内を循環し、混合される。ペレット粒子は輸送管内に限らず、槽等の容器、または処理装置内も同様に気流搬送される。

ペレット粒子の搬送に用いられる流通気体は、ポリエチレン樹脂を劣化または変質化させないものであれば特に制限はなく、通常は空気、場合によっては窒素ガスが使用される。またこれらの気体には水等の液体を含有させることができる。

流通気体の温度は、通常０〜１００℃であり、好ましくは１０〜８０℃であり、更に好ましくは２０〜６０℃である。流通気体の温度を低温に保持する方がやや異形物の発生は低減する傾向にあるが、流通気体の温度をブロアーの吸入側の温度、即ち大気温度よりも積極的に冷却することに特段のメリットはない。他方、高温にし過ぎると、ペレット粒子が輸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）を促進して異形物発生を加速したり、ポリエチレン樹脂が熱劣化したりする影響を無視し得なくなる。流通気体は、ブロアー運転による摩擦熱により加熱されるので、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。なおペレット粒子の温度は流通気体との熱交換によって最終的に流通気体の温度にほぼ等しくなる。

流通気体の流速は、ペレット粒子の形状、搬送量、輸送管径等にもよるが、通常、２０〜１００ｍ／秒であり、好ましくは３０〜８０ｍ／秒である。流速が小さいとペレット粒子搬送に必要な良好な乱流状態を形成し難く、大き過ぎてはペレット粒子や配管装置類を傷つけ磨耗の原因となる。

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．使用したポリエチレン樹脂ペレット粒子
（１）サンプルＡ（実施例１、４）
ＭＦＲ０．９ｇ／１０分、密度９１７．６ｋｇ／ｍ³のメタロセン触媒を使用する配位アニオン重合によって製造された均一組成の直鎖状低密度ポリエチレン（α−オレフィン種：１−ブテン及び１−ヘキセン）であり、ペレット粒子の形状は、幅６．１ｍｍ、高さ２．１ｍｍの円柱状であり、扁平度は２．９０であった。
（２）サンプルＢ（実施例２、５）
ＭＦＲ１．８ｇ／１０分、密度９１９．０ｋｇ／ｍ³のラジカル重合によって製造された均一組成の高圧法低密度ポリエチレンであり、ペレット粒子の形状は、幅４．１ｍｍ、高さ１．９ｍｍの上面そして下面の中央が膨らんだ円柱状であり、扁平度は２．１６であった。
（３）サンプルＣ（実施例３、６）
ＭＦＲ１．１ｇ／１０分、密度９２１．０ｋｇ／ｍ³のチーグラー・ナッタ触媒を使用する配位アニオン重合によって製造された不均一組成の直鎖状低密度ポリエチレン（α−オレフィン種：１−ブテン）であり、ペレット粒子の形状は、幅５．２ｍｍ、高さ３．１ｍｍの上面そして下面の中央が膨らんだ円柱状であり、扁平度は１．６８であった。
（４）サンプルＤ（比較例１、４）
ＭＦＲ２．０ｇ／１０分、密度９１７．８ｋｇ／ｍ³のメタロセン触媒を使用する配位アニオン重合によって製造された均一組成の直鎖状低密度ポリエチレン（α−オレフィン種：１−ブテン及び１−ヘキセン）であり、ペレット粒子の形状は幅３．２ｍｍ、高さ２．６ｍｍの円柱状であり、扁平度は１．２３であった。
（５）サンプルＥ（比較例２、５）
ＭＦＲ２．０ｇ／１０分、密度９１７．８ｋｇ／ｍ³のメタロセン触媒を使用する配位アニオン重合によって製造された均一組成の直鎖状低密度ポリエチレン（α−オレフィン種：１−ブテン及び１−ヘキセン）であり、ペレット粒子の形状は幅３．１ｍｍ、高さ４．０ｍｍの円柱状であり、扁平度は０．７８であった。
（６）サンプルＦ（比較例３、６）
ＭＦＲ０．３ｇ／１０分、密度９２７．６ｋｇ／ｍ³のメタロセン触媒を使用する配位アニオン重合によって製造された均一組成の直鎖状低密度ポリエチレン（α−オレフィン種：１−ヘキセン）であり、ペレット粒子の形状は幅３．１ｍｍ、高さ３．９ｍｍの円柱状であり、扁平度は０．７９であった。

なおペレット粒子のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＪＩＳＫ７２１０−１９９５に準じ、試験荷重２１．１８Ｎ、試験温度１９０℃の条件で測定した。また密度は、ＪＩＳＫ６７６０−１９９５に記載のアニーリングを行った後、ＪＩＳＫ７１１２−１９８０に記載の水中置換法により測定した。

実施例１
図１に示すペレット粒子気流搬送実験装置を使用して、ポリエチレン樹脂ペレット粒子を用いて気流搬送実験を行った。装置は市販のナーリング管（内径２５ｍｍ）を用いて円管状としたもので、その外周接線方向から空気を吹き込めるように空気吹き込み口を備えるとともに、該空気吹き込み口の手前、内周位置に円管を周回した空気を抜き出す空気抜き出し口を備えた。なお、該空気抜き出し口には充填したペレット粒子が空気に同伴されて排出されないように目開き１．０ｍｍの金網を設置した。
この装置内部にペレット粒子としてサンプルＡを１５ｇ充填し、円管内部における空気の風速が２０ｍ／秒となるように空気吹き込み口から空気を吹き込み、ペレット粒子を密閉配管内で１時間気流搬送した。なお、流通空気及び該実験装置を加温し、流通気体温度を１５℃に維持して実験を行った。
実験後、ペレット粒子を円管から取り出し、ペレット粒子表面を乾燥空気で洗浄して付着した異形物を除去した後、その重量を測定し、充填量（１５ｇ）からの減量分を異形物発生量として、ペレット粒子充填量に対する割合（異形物発生率：重量ｐｐｍ）で表示した。なお、異形物としては微粉状異形物が主であった。実験結果を表１に示す。

実施例２
ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＢに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

実施例３
ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＣに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例１
ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＤに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例２
ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＥに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例３
ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＦに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

実施例４
流通気体温度を４０℃に変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

実施例５
流通気体温度を４０℃に変更し、ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＢに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

実施例６
流通気体温度を４０℃に変更し、ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＣに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例４
流通気体温度を４０℃に変更し、ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＤに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例５
流通気体温度を４０℃に変更し、ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＥに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

比較例６
流通気体温度を４０℃に変更し、ポリエチレン樹脂ペレット粒子をサンプルＦに変更した以外は、実施例１と同一条件で実験を行った。実験結果を表１に示す。

いずれの流通気体温度においても、ペレット粒子の扁平度が１．５を超えると、異形物発生率が著しく低下した。

ペレット粒子気流搬送実験装置の概略図

Claims

ペレット粒子幅が３．１〜６．１ｍｍであり、ペレット粒子高さが１．９〜４．０ｍｍであり、ペレット粒子の扁平度が１．５を超えるポリエチレン樹脂ペレット粒子。
ペレット粒子の形状が円柱状である請求項１に記載のポリエチレン樹脂ペレット粒子。
ポリエチレン樹脂が均一組成ポリエチレン樹脂である請求項１または２に記載のポリエチレン樹脂ペレット粒子。
均一組成ポリエチレン樹脂が、高圧法低密度ポリエチレンまたはシングルサイト触媒を用いて製造された直鎖状低密度ポリエチレンである請求項３に記載のポリエチレン樹脂ペレット粒子。
請求項１〜４のいずれかに記載のポリエチレン樹脂ペレット粒子を流通気体に同伴させて搬送するポリエチレン樹脂ペレット粒子の気流搬送方法。