JP5467812B2 - 高分子含水ゲルシートの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は高分子含水ゲルシートの切断方法に関し、詳しくは、ビニル系高分子含水ゲルシートをギロチンカッター方式により、異物混入などの問題を生じることなく、鋭利に切断する方法に関する。

（メタ）アクリル酸（アクリル酸およびメタクリル酸）およびそのアルカリ金属塩などの水溶性ビニル化合物の水溶液をエンドレスベルトなどの基板上に連続的に供給し、この基板上で連続的に重合させ、得られる高分子含水ゲルシートを切断すること、あるいは更に破砕して含水ゲル粒子とすることは広く一般に行われている。

高分子含水ゲルシートの切断には、いくつかの方法が知られているが、切断刃と受けロールとを用いて押し切るタイプの方法（本発明では、「ギロチンカッター方式」という。）として、例えば、特許文献１には、エンドレスベルト１を動かすドラム７、８のうち、ドラム７の上部にラバーカッター６を設けて、このカッターでゲル状シートを切断することが示されている。同様に、特許文献２には、メインドラム１７の上部に設けられたカッター１８によりゲル状シートを切断することが示されている。

また、含水ゲルシートを一対の相対するカッターを用いて切断するものとして、例えば、特許文献３には、ゲル状シートを一対のローラー型カッター３、４で短冊状に切断した後、固定刃２と回転刃１とにより細片状に切断する方法が示されている。また、特許文献４には、高濃度含水ゲル連続シート１０を板状固定刃３２と回転胴３４上の板状回転刃３６との噛み合わせにより切断することが示されている。なお、ここには、一対の板状回転刃３６、３６を用いて切断する態様も記載されている。

また、特許文献５には、シート状のビニル系重合体の含水ゲル状物を平面コンベア上で搬送させながら、切断用ノズルから高圧液体を放出させ、この切断用ノズルをシート状含水ゲル状物の幅方向に往復移動させ連続的に含水ゲル状物を切断する切断方法が記載されている。

特公昭５０−１５５０２号公報 特公昭６３−４４５号公報 特開昭６１−１１０５１０号公報 特開２００５−９６４４８号公報 特開２００８−５５５２９号公報

高分子含水ゲルシートは、その製造方法に起因する、シートの厚みのバラツキ、うねりなどに加えて、粘着性もしくは付着性が非常に高いという特質から、その切断時には、高分子含水ゲルの切断刃への付着や切断片同士の再付着などのほかに、刃を構成する金属成分の混入（本発明では、これを「異物混入」という。）というような問題が生じる。しかし、これらの問題は、前記したような従来技術によっては、十分解決されているとはいえない。また、特許文献５記載のような高圧水で切断する方法は前記したような問題は解決されるが、切断装置コストが高くなるという欠点がある。

そこで、本発明は、受けロールと板状刃を備えた回転切断機とを用い、ギロチンカッター方式により、高分子含水ゲルシートを切断するにあたり、上記のような異物混入などの問題を解決して、高分子含水ゲルシートを鋭利に切断できる方法を提供しようとするものである。

受けロールと板状刃を備えた回転切断機とを用いて高分子含水ゲルシートを切断するにあたり、板状刃の先端（刃先）が受けロールの外周面に最も近づいたときの、受けロールの外周面と回転刃の先端との間隙（本発明では、これを「クリアランス」という。）を０にすれば、含水ゲルシートを鋭利に切断できる。しかし、この場合、受けロールと板状刃の先端との接触による摩耗、損傷が起こりやすくなり、異物混入の問題は避け得ないものとなる。

そこで、本発明者らは、鋭意検討したところ、上記クリアランスを特定範囲に調整し、その上で、高分子含水ゲルシートの切断処理の際に、受けロールを一時的に停止し、この間の静止状態にある受けロールに板状刃の先端を押し当てて高分子含水ゲルシートの切断を行うことにより上記目的が達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、回転する受けロール上の高分子含水ゲルシートに回転切断機の板状刃の先端を当てて、該シートを切断する方法であって、受けロールと板状刃の先端とのクリアランスを０．１〜０．５ｍｍにし、かつ、切断時に、受けロールの回転を一時的に停止することを特徴とする高分子含水ゲルシートの切断方法である。

本発明の効果を列挙すると次のとおりである。
（１）異物混入の問題を起こすことなく、高分子含水ゲルシートを鋭利に切断することができる。
（２）鋭利な切断により、切断片の形状（大きさ）が実質的に均一となり、不揃いな切断片の発生が抑制される。
（３）形状が実質的に均一なので、切断片を搬送ベルト上に、相互の重なり、付着などの問題を起こすことなく配列させることができる。
（４）切断刃への付着を防止できる。

高分子含水ゲルシートの連続製造を示す概略説明図である。 受けロールと回転切断機との構成を示す概略説明図である。 回転切断機の斜視図である。 本発明の切断方法の一態様を示す概略説明図である。

本発明の高分子含水ゲルシートとは、（メタ）アクリル酸などの水溶性ビニル化合物の水溶液をエンドレスベルト上に連続的に供給し、このエンドレスベルト上で連続的に重合させて得られるゴム弾性を有するシートである。一般に高分子含水ゲルは、その原料モノマーの組成比、重合度、平均分子量などにより、ゴム状、豆腐状、ゼリー状など種々の弾力性を有するものが得られるが、本発明においては、水溶性ビニル化合物の重合体を固形分として２０〜６０質量％の濃度で含む高濃度高分子含水ゲルシートが好適に用いられる。この高濃度高分子含水ゲルシートはゴム状の弾力性を有しているため、本発明の切断方法を適用することにより、前述の効果を有利に得ることができる。

本発明の高分子含水ゲルシートおよびその連続的な製造方法は、例えば、特許文献５（特開２００８−５５５２９号公報）や特開２００９−８４５４９号公報に記載のとおり公知であり、本発明の高分子含水ゲルシートは、これら公知技術に基づいて容易に製造することができる。

水溶性ビニル化合物としては、例えば、（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸などのアニオン性不飽和単量体およびその塩、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミドなどのアミノ基含有不飽和単量体が挙げられる。これらは単独でも、２種以上組み合わせて使用することもできる。なかでも、アクリル酸および／またはその塩（ナトリウム、リチウム、カリウム、アンモニウム、アミン類等の塩、好ましくはナトリウム塩）、あるいはそれを主成分、例えば、全単量体の７０モル％以上とするものが好適に用いられる。

水溶性ビニル化合物の重合に用いる重合開始剤や内部架橋剤についても特に制限はなく、上記のような水溶性ビニル化合物の重合に一般に用いられている重合開始剤や内部架橋剤を用いることができる。重合開始剤としては、例えば、過硫酸塩などの熱分解型重合開始剤やベンゾイン誘導体などの光分解型開始剤などがあり、光分解型開始剤と紫外線照射との組み合わせや、光分解型開始剤と熱分解型開始剤との組み合わせが好適に用いられる。これら重合開始剤、内部架橋剤の使用量についても同様であり、一般に知られている使用量範囲内で適宜決定することができる。

水溶性ビニル化合物の重合時における、水溶性ビニル化合物水溶液中の水溶性ビニル化合物の濃度についても特に制限はなく、一般に知られている濃度範囲内、例えば、２０〜６０質量％の範囲内で適宜決定することできる。

その他の重合温度、重合時間などについても従来公知の範囲で適宜決定することができる。

高分子含水ゲルシートを製造するには、特許文献５や特開２００９−８４５４９号公報に記載されているように、ベルト重合法を採用することができる。具体的には、例えば、図１に示すような、エンドレスベルト１、ローラ２、３、フィーダ４、重合セクション５を備えた装置を用い、ベルト１を矢印方向に回転移動させる。そして、フィーダ４から、水溶性ビニル化合物水溶液を含む原料を供給して、ベルト１上に単量体水溶液層６を形成させ、この水溶液層が重合セクション５内を通過中に水溶性ビニル化合物の重合を完了させ、重合セクション５の出口から連続シートとして高分子含水ゲルシート７を得る。

なお、本発明は、上記のような方法のみに限定されるものではなく、高分子含水ゲルシートを連続的に製造し得るものであれば、いずれの装置および方法も採用することができる。

高分子含水ゲルシートは、さらに切断、あるいはさらに破砕の処理を行って、最終的に粒子状の形態にする。そこで、以下に、切断処理について説明する。

図２は、本発明の、受けロールと回転切断機との構成を示す概略説明図であり、図３は、回転切断機の斜視図である。

本発明の回転切断機８は、回転胴９と該回転胴９の外表面に一体的に、あるいは着脱自在に取り付けたられた板状刃１０とから構成されていて、回転胴９の回転とともに板状刃１０が回転する。この板状刃１０の先端（刃先）が受けロール１１の外表面に最も近づいた時の、両者間の間隙（Ｘ）が本発明のクリアランスである。本発明においては、この板状刃１０と受けロール１１とのクリアランス（Ｘ）が０．１〜０．５ｍｍの範囲になるように設定される。

このクリアランスが０．１ｍｍより少ないと、板状刃１０の先端と受けロール１１との接触による摩耗、損傷が起こりやすくなり、結果として、異物混入が発生する。一方、０．５ｍｍを超えると鋭利な切断が困難となる。特に、高分子含水ゲルがポリアクリル酸ナトリウムであり、食品添加物、飼料添加物としての用途に用いられる場合は、このクリアランスを設けて切断することによって、異物混入が避けられることは重要な利点となる。

なお、本発明においては、上記クリアランスを０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定して切断処理を行うので、切断の対象となる高分子含水ゲルシートの厚さは、５〜１００ｍｍ、好ましくは７〜３０ｍｍとするのがよい。

回転胴９の上に設ける板状刃１０は、一つでも、あるいは二つ以上の複数個であってもよく、適宜、選択することができる。また、板状刃１０は、回転胴９の上に、回転胴９の軸方向に平行に設けても、あるいは若干の角度（１〜２度程度）を付けて設けてもよい。なかでも、本発明においては、受けロール１１を一時的に停止させ、この間に切断を終了させるので、前者の態様、すなわち、板状刃１０を回転胴９の軸方向に平行に設けるのが好ましい。

板状刃１０の材質については特に制限はなく、切断刃に一般に用いられている材料で製造することができる。具体的には、例えば、炭素鋼、スウェーデン鋼、軸受け鋼、セラミックス、バネ鋼、粉末ハイス、ダイス鋼、合金工具鋼、超硬合金、高速度鋼、ステンライト、ステンレス鋼、フェロチックなどが挙げられる。耐食性が要求される場合には、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ４２０Ｊ２など）が好適に用いられる。なお、板状刃１０の表面には、高濃度含水ゲルシートの付着を防止することを目的として、一般的によく知られている表面処理を行ってもよい。具体的には、例えば、フッ素樹脂コーティングなどが挙げられる。

受けロール１１の材質についても特に制限はなく、板状刃１０の製造に用いられると同様の材料をもって構成しても、あるいは、表面のみを、コーティングにより、板状刃１０の製造に用いられると同様の材料からなる被覆層としてもよい。

図４は、本発明の高分子含水ゲルシートの切断方法の一態様を示したものである。ここで、連続重合工程から送られてきた高分子含水ゲルシートは、受けロール１１の上に取り付けられ、受けロール１１の回転により牽引され、矢印方向Ａに走行する。一方、回転切断機８については、回転胴９を回転させて、板状刃１０を矢印方向Ｂへ回転させる。そして、受けロール１１上の高分子含水ゲルシート７を受けロール１１と板状刃１０との噛み合わせにより押し切る。これにより高分子含水ゲルシートは、その幅方向（シートの進行方向に対して水平に直角な方向）に切断され、自重により落下する。落下する切断片は、受けロール１１と回転切断機８との下方に設けた搬送ベルト１２で受け止め、次の粉砕処理工程へ搬送する。

受けロール１１の径は、特に限定されないが、５〜１０００ｍｍ、好ましくは１０〜５００ｍｍとするのがよい。

高分子含水ゲルシート７の走行（牽引）速度は、その前工程での水溶性ビニル化合物水溶液の重合速度などにより変わるので一概に特定できないが、通常、５〜３００ｃｍ／ｍｉｎ、好ましくは１０〜２００ｃｍ／ｍｉｎである。この高分子含水ゲルシート７の走行速度に加えて、高分子含水ゲルシート７の切断間隔（切断片の幅）、板状刃１０の数などを考慮して回転胴９の回転速度が決定される。

切断片の大きさは、この切断処理工程に続く、粉砕工程で使用する粉砕装置の性能や所定の大きさの粒子への粉砕の容易性などを考慮して、適宜、決定されるが、通常の粉砕装置を使用する限り、５０〜２００ｃｍ×１０〜１００ｃｍの範囲にあれば、そのまま、粉砕装置に供給して粉砕しても、所望の大きさの粒子に粉砕することができる。また、この大きさの切断片は、粉砕工程へ搬送する際の搬送ベルト状での切断片の相互の重なりの防止にも効果的である。

したがって、本発明においては、高分子含水ゲルシート７の幅が５０〜２００ｃｍの範囲になるように水溶性ビニル化合物水溶液の重合を調整し、また、高分子含水ゲルシート７の切断間隔（切断片の幅）が１０〜１００ｃｍの範囲になるようにするのが好ましい。

なお、高分子含水ゲルシート７の幅が２００ｃｍを超える場合には、本発明の切断処理に先立って、この高分子含水ゲルシート７を走行方向に切断しておくのが好ましい。この高分子含水ゲルシート７を走行方向への切断は、従来公知の方法に従って行うことができる。

本発明においては、上記のような高分子含水ゲルシート７の切断の際に、受けロール１１の回転を一時的に停止する。すなわち、受けロール１１の回転を止め、この間の静止状態にある受けロール１１に板状刃１０を当てて、高分子含水ゲルシート７の切断を完了させる。

上記受けロール１１の停止時間は、一概に特定できないが、例えば、０．１〜１秒とするのが好ましい。停止時間が０．１秒未満では、完全な切断を達成できず、一方、１秒を超えると作業効率が低下して好ましくない。

高分子含水ゲルの生産性を上げるためには、含水ゲルシートの切断幅が大きいほど有利であるが、この切断幅が概して１００ｃｍを超える場合、受けロール１１と板状刃１０とを共に回転させて連続的に高分子含水ゲルシートを切断すると、シートを端から端まで完全に切断できず、切れ残った端部を支点としてぶら下がったままとなったり、あるいは受けロール１１の下端部に巻き付いたりして、切断作業を中止せざるを得なくなることもある。一般に高い弾性率を有するＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどは、ギロチンカッター方式で切断する際に、このような不都合は生じず、受けロール１１と板状刃１０とを共に回転させても円滑に切断することが可能である。

本発明のように受けロール１１を一時停止した状態で板状刃１０で押し切っても鋭利な切断が可能なのは、適当なゴム弾性率を有する高分子含水ゲルシートの特有の性質によるものと考えられる。

本発明の方法によれば、連続的に送られてくる高分子含水ゲルシートを鋭利に切断することができ、従来技術の問題点を解決することができる。

具体的には、鋭利な切断により、切断片の形状（大きさ）が実質的に均一となり、不揃いな切断片の発生が抑制される。このため、切断片を次の粉砕処理工程に移動させるための搬送ベルト上に、相互の重なり、付着などの問題を起こすことなく配列させることができる。また、切断刃への付着や詰まりを防止でき、さらには、異物混入を防止できる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

（実施例１）
図１に示すベルト重合装置（重合セクションの幅：１３００ｍｍ、長さ：１１０００ｍｍ）を用い、水溶性ポリアクリル酸ナトリウムを主成分とする含水ゲルシート（重合体の重量平均分子量４００万、重合体固形分３６質量％、厚み１４ｍｍ）を連続的に製造した。このときのベルトスピードは３００ｍｍ／ｍｉｎであった。

このように連続的に製造される含水ゲルシートを図２に示す切断装置（受けロール１１の直径１５０ｍｍ、回転胴９の直径１１０ｍｍ、板状刃１０の高さ９５ｍｍ）に導入し、切断間隔（切断の幅）４００ｍｍで切断し、１００枚の切断片を得た。なお、切断装置のクリアランスは０．１ｍｍであり、切断時の受けロールの停止時間は０．１秒であった。

含水ゲルシートは、端から端までシート幅全面にわたり、鋭利に切断され、切断片は全て自重で直ちに落下した。また、それらの切断面も全て鋭利であった。

（実施例２−４）
実施例１において、クリアランス、停止時間を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして含水ゲルシートの切断を行った。結果を表１に示した。

（比較例１）
実施例１において、クリアランス、停止時間を表２に示すように変更した以外は実施例１と同様にして含水ゲルシートの切断を行い、１００枚の切断片を得た。

全ての切断片は鋭利に切断されていたものの、目視による検査の結果、板状刃の破損による金属片が４枚の切断片に微量確認された。結果を表２に示した。

（比較例２）
実施例１において、停止時間を０（つまり、受けロールは終始回転した状態とした）とした以外は実施例１と同様にして含水ゲルシートの切断を行い、１００枚の切断片を得た。

そのうち４枚は、切断性が悪く、切断しきれないため自重で落下しなかった。結果を表２に示した。

表１、２における記号の意味は次のとおりである。
○：含水ゲルシートは鋭利に切断され、切断片は自重で直ちに落下する。
△：含水ゲルシートはほぼ完全に切断され、切断片は自重で落下する。
×：含水ゲルシートは十分に切断されず、切断片は自重で落下しない。

１ エンドレスベルト
２、３ ロール
４ フィーダ
５ 重合セクション
６ 水溶液層
７ 高分子含水ゲルシート
８ 回転切断機
９ 回転胴
１０ 板状刃
１１ 受けロール
１２ 搬送ベルト

Claims (2)

1. 回転する受けロール上の高分子含水ゲルシートに回転切断機の板状刃の先端を当てて、該シートを切断する方法であって、受けロールと板状刃の先端とのクリアランスを０．１〜０．５ｍｍにし、かつ、切断時に、受けロールの回転を一時的に停止することを特徴とする高分子含水ゲルシートの切断方法。
2. 停止時間が０．１〜１秒である請求項１記載の高分子含水ゲルシートの切断方法。

Images