JP5932482B2 - 吸水処理材の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、技術の製造方法では、造粒時における水分含水率が高く、被覆層部が厚くなってしまうため、被覆層部の剥離の程度が高く、高価な被覆材料が無駄になってしまうことから、吸水処理材の製造コストが増加してしまうという問題点を有していた。
一方、造粒工程の直後における粒状芯部の含水率が多すぎる場合には、被覆層部の形成時において粒状芯部の水分が過剰に被覆層部に滲出することになり、被覆層部の層厚が厚くなり、剥離が生じ易くなることになる。
一方、上記所要時間が短い場合、及び、雰囲気温度が低い場合には、粒状芯部から被覆層部への水分の滲出量が少なくなる。しかし、上記所要時間が長くなりすぎる場合、及び、雰囲気温度が高くなりすぎる場合には、粒状芯部の水分が滲出しすぎてしまうため、完成品が所定の効果(例えば、排尿を吸収して塊を形成する効果)を奏さなくなってしまう。
本発明は、このような事情を考慮して、被覆工程における、粒状芯部に対する最適な加水量と、所要時間及び雰囲気温度を見出し、完成品の吸水処理材における被覆層部の剥離を大幅に減少させることに成功したものである。
まず、本実施形態により製造される吸水処理材(以下、「本吸水処理材」という。)について、必要な限度で説明する。
粒状芯部は、小塊の形状に形成されていればよく、完全な球形等である必要はないものであり、柱状体(細長形)、扁平形等、その形状は問わず、また、保水性能を有している保水性材料であれば、紙類、繊維類、木材類、植物類、プラスチック類、ゴム類、有機性汚泥材質及び動物性廃材等の少なくとも1種類のいずれかの材料(以下、粒状芯部の構成材料を総称して「芯部材料」ということがある。)を用いることができる。
例えば、フラッフパルプ(紙類)と植物性残渣(オカラ等)の組み合わせ、フラッフパルプ(紙類)、植物性残渣(オカラ等)及び木材類(木粉)の組み合わせ、フラッフパルプ(紙類)、植物性残渣(オカラ等)及び有機性汚泥(パルプスラッジ)の組み合わせ、植物性残渣(オカラ等)と有機性汚泥(パルプスラッジ)の組み合わせ及びプラスチック類(塩化ビニル壁紙)と有機性汚泥(パルプスラッジ)の組み合わせなど、様々な材料を組み合わせることが好適である。
被覆層部は、使用時に尿等の排泄物で濡れた吸水処理材同士を付着させて塊状とさせる作用を奏させることを主な目的として設けられている。これらの被覆層部の役割は、基材が担っているが、その材料の例としては、吸水性樹脂、接着性を有する水溶性材料(以下、「水溶性接着材料」という。)若しくは両材料の混合物と、紙粉の混合物とを用いることが好適である。
また、浸透剤、膨潤剤、脱臭材料、消臭材料、殺菌作用を有する物質、検査用指示薬等、保水性能を阻害することなく、他の効果を奏することが可能となるような物質を配合することができる。
本吸水処理材は、粒状芯部が80重量%乃至87重量%、被覆層部が20重量%乃至13重量%の構成比率であることが、粒状芯部の寸法及び被覆層部の層厚との関係上最適である。
続いて、本吸水処理材の製造方法(以下、「本製造方法」という。)について、図1を参照して説明する。
本製造方法は、造粒工程(S1)と、被覆工程(S2)と、分粒工程(S3)と、乾燥工程(S4)を主な工程として構成されている。
本工程は、粒状芯部を形成する工程である。
本工程では、紙類、繊維類、木材類、植物類、プラスチック類、ゴム類、有機性汚泥及び動物性廃材等の芯部材料を破砕機で所定の大きさに粉砕し、当該粉砕された芯部材料を所定の割合となるようにミキサーに投入して混ぜ合わせる。そして、加水して含水率(以下、含水率といった場合には「重量基準の含水率」をいう。)を14重量%乃至25重量%(より好ましくは、16重量%乃至21重量%)となるように調整し、当該芯部材料を造粒機によって押出造粒することにより、粒状芯部を形成する作業を行うことになる(含水率については後述する)。
本工程は、粒状芯部の周囲を上記被覆材料で被覆することにより、被覆層部を形成する工程である。本工程では、コーティング装置等を用いて、粒状芯部の周囲に被覆材料を付着させ、被覆層部を形成することにより、複層構造の粒状体を製造する作業を行うことになる。
一方、造粒工程の直後における粒状芯部の含水率が多すぎる場合には、被覆層部の形成時において粒状芯部の水分が過剰に被覆層部に滲出することになり、被覆層部の層厚が厚くなり、剥離が生じ易くなることになる。
この場合において、上記加水の際に、25℃乃至55℃の水温の水(気温に応じて好適な温度とする)を使用することにより、粒状芯部への水分の浸透を促進するとともに、被覆工程の開始時における前記粒状芯部の表面温度と、終了時における粒状芯部の表面温度の温度低下を好適に防止することができることになる。
一方、雰囲気温度が低すぎると、加水後の粒状芯部の表面温度が低温となりすぎ、加水した場合であっても、水分が蒸発せず、被覆層部に滲出しないため、水分が不足して、充分に被覆層が形成されないことになる。上記所要時間が短すぎる場合も同様である。
上記事情の下、発明者は、鋭意研究して、相反する条件を満たすように、押出造粒後の加水率、被覆工程時の雰囲気温度及び上記所要時間を最適に設定することにより、完成品の吸水処理材における被覆層部の剥離を大幅に減少させることに成功したものである。
本工程は、吸水処理材の寸法が所定の規格になるように分粒する工程である(S3)。
本工程では、所定の寸法の篩目を有する篩に、前工程で製造された吸水処理材を通過させることにより規格外の製品を分別し、所定の規格品のみを抽出する作業を行うことになる。
本工程は、規格品として抽出した吸水処理材を乾燥機で乾燥させる工程である。
吸水処理材の保存時において粒状芯部の含水率が高い場合には、長期的にカビ等が生じる原因となるため、本工程では、吸水処理材の重量基準含水率を3重量%以上12重量%以下の範囲内となるように乾燥させることが好ましい。例えば、本工程では、80℃乃至100℃の熱風を発生する乾燥機により2分乃至5分間加熱して、上記所定の含水率となるように調整することになる。
本実施形態によれば、被覆工程において、造粒された上記粒状芯部に対し、重量基準含水率が1重量%乃至10.5重量%増加するように加水した後、当該粒状芯部の周囲を被覆材料で被覆しており、さらに、上記粒状芯部の加水直後における上記粒状芯部の表面温度と、上記粒状体を乾燥装置に入れる直前における上記粒状芯部の表面温度の温度低下が、15℃乃至40℃となるように雰囲気温度が維持されているとともに、粒状芯部の加水から上記粒状体を乾燥機に入れるまでの所要時間を2分間乃至7分間に構成することにより、完成品の吸水処理材における被覆層部の層厚を最適にして、剥離量を0.5重量%以下と大幅に減少させることができる。したがって、従来の吸水処理材の品質を保持したまま、被覆層部に含まれる高価な吸水性樹脂の無駄を防止することができるため、安価に複層構造の吸水処理材を製造することが可能となる。
以下の試験で使用した各サンプルは、粒状芯部と被覆層部とから形成される複層構造の吸水処理材であり、当該粒状芯部と被覆層部を構成する材料の重量比を80%対20%とした。また、粒状芯部及び被覆層部を構成する以下の構成材料は各サンプルともに共通とした。
古紙パルプ及び紙おむつ廃材を原材料とした。
紙粉60重量%、タピオカアルファー化澱粉20重量%、ポリアクリル酸ナトリウム(吸水性樹脂)16重量%、デキストリン4重量%を混合して生成した。
サンプルは、造粒工程、被覆工程、乾燥工程により製造されており、上記被覆工程における粒状芯部の加水直後における上記粒状芯部の表面温度と、上記粒状体を乾燥機に入れる直前における上記粒状芯部の表面温度との温度差、水分増加量、被覆工程における粒状芯部の加水から上記粒状体を乾燥機に入れるまでの所要時間(以下、それぞれの条件を単に、「温度差」、「水分増加量」、「所要時間」という。)の各種条件を変化させて、各サンプルを作成した。
剥離の程度を計測するための試験として、下記強制摩擦法による剥離試験を行うとともに、目視により使用後の吸水処理材の固まり強度(以下、「固まり強度」という。)を観察(所定量の吸水処理材に生理食塩水10mlを滴下し、塊を形成する程度を観察)した。
本試験では、ポリエチレン製袋(400mm×550mm)に100重量gの吸水処理材を充填し、1分間、人力で強制的に上下に振動させ、剥離した被覆層部の重量を測定している。そして、下式により、被覆層部の剥離率を算出することにより、剥離の程度を数値化している。
被覆層部の剥離率(重量%)
=剥離した被覆層部の重量(g)/吸水処理材重量(100g)×100
表4は、試験結果を抜粋したものである。
その結果によれば、温度差が15℃〜40℃の各サンプル(NO1−6〜NO1−31)の剥離率は、0.5重量%以下と良好な結果となった。特に、20℃〜25℃の各サンプル(NO1−11,NO1−16)の剥離率は、0.3重量%と非常に良好な結果となった(固まり強度も非常に良好な結果となった。)。
一方、温度差が10℃〜14℃の各サンプル(NO1−1〜NO1−5)の剥離率は、ともに0.5重量%を超え、不適合な結果となった。また、温度差が41℃〜44℃の各サンプル(NO1−32〜NO1−35)は、固まり強度が不良(塊を形成する程度が弱い)という、不適合な結果となった。
試験結果によれば、水分増加量が1.0重量%〜10.5重量%の各サンプル(NO2−6〜NO2−41)の剥離率は、0.5重量%以下と良好な結果となった。特に、4.0重量%〜10.5重量%の各サンプル(NO2−20〜NO2−41)の剥離率は、0.3重量%以下と非常に良好な結果となった(固まり強度も良好な結果となった)。
一方、水分増加量が0.5重量%〜0.9重量%の各サンプル(NO2−1〜NO2−5)の剥離率は、ともに0.5重量%を超える結果となり、不適合な結果となった。
また、水分増加量が10.6重量%〜10.9重量%の各サンプル(NO2−42〜NO2−45)の剥離率は、0.1重量%と良好であったが、固まり強度が不良となり、不適合な結果となった(なお、この現象は、被覆工程において粒状芯部の水分が滲出しすぎてしまうため、製造時において水分と被覆層部の吸水性樹脂が反応してしまうためであろうと考えられる)。
試験結果によれば、所要時間が2分〜7分のサンプル(NO3−3〜NO3−13)の剥離率は、0.4重量%以下と良好な結果となった。特に、所要時間が3分〜5分のサンプル(NO3−5〜NO3−9)の剥離率は、0.3重量%以下と非常に良好な結果となった(固まり強度も非常に良好な結果となった)。
一方、所要時間が1分〜1.5分の各サンプル(NO3−1及びNO3−2)の剥離率は、ともに0.5重量%を超える結果となり、不適合の結果となった。また、所要時間が7.5分〜10.5分の各サンプル(NO3−14〜NO3−20)の剥離率は、良好であったが、固まり強度が不良となり、不適合な結果となった。
S2 被覆工程
S3 分粒工程
S4 乾燥工程
Claims (2)
- 粒状芯部と、前記粒状芯部を被覆する被覆層部とを有する複層構造である吸水処理材の製造方法において、
前記粒状芯部を製造する造粒工程と、
造粒された前記粒状芯部に対し、重量基準含水率が1.0重量%乃至10.5重量%増加するように加水した後、前記粒状芯部の周囲を被覆材料で被覆して粒状体を形成する被覆工程と、
前記被覆工程後において、前記粒状体を乾燥装置により乾燥させる乾燥工程と、を含み、
前記粒状芯部の加水直後における前記粒状芯部の表面温度と、前記粒状体を乾燥装置に入れる直前における前記粒状芯部の表面温度の温度低下が、15℃乃至40℃となるように雰囲気温度が維持されており、
前記粒状芯部の加水直後から前記粒状体を乾燥装置に入れ始めるまでの所要時間が2分間乃至7分間であること、
を特徴とする吸水処理材の製造方法。
- 前記被覆工程において、25℃乃至55℃の水温の水を加水することを特徴とする請求項1に記載の吸水処理材の製造方法。
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