JP6127646B2

JP6127646B2 - ベルト搬送装置およびそれを用いたベルト搬送方法

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Publication number: JP6127646B2
Application number: JP2013068789A
Authority: JP
Inventors: 祐隆五戸; 康紀津田; 拓石丸; 克美赤池
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014188952A

Description

本発明は重合缶より吐出された熱可塑性樹脂を冷却・搬送するためのベルト搬送装置、およびそれを用いたベルト搬送方法に関する。

熱可塑性樹脂の成形品、糸、フィルムなどは、一般的に、ペレットと呼ばれる小粒の樹脂塊や粉体状のものを溶融、成形して製造される。ペレットや粉体の製造は、溶融状態の熱可塑性樹脂を、直径数ｍｍ程度の穴より吐出し、直径１〜５ｍｍ程度のひも状（以後ストランドと呼ぶ）にした後、長さ１〜５ｍｍ程度にカッティングしたり、数ｍｍ以下程度に粉砕するのが一般的である。

ストランドをカッティング、粉砕するためには、カッター刃にストランドが融着しないよう、ストランドが固化する温度まで冷却する必要がある。ペレットや粉流体製造時のストランドの十分な冷却、安定搬送を達成するために、これまでに様々な装置・方法が提案されている。

非特許文献１にはナイロン６樹脂の一般的な製造方法として次のように記載されている。“カプロラクタムをメルターで溶融し、酢酸などの重合度調節剤を添加する。この重合原料を約２６０℃に加熱された常圧重合塔に供給し、この重合塔内で約１０時間、滞留させて重合させた後、塔下部からストランド状にして水槽に吐出しペレット化する。”

また、特許文献１にはベルト上でストランドを冷却・搬送する方式を用いた装置が記載されている。装置の概略図を図１に示す。この装置では、溶融状態のストランドを冷却されたベルト上に落下させ、さらに空気・水などの冷媒を吹き付けることによりストランドを冷却固化しつつストランドカッター手前まで搬送し、ストランドカッターにてカッティングしペレット化を行う。

特開２００４−２６８４２１号公報

ポリアミド樹脂ハンドブック（福本修編、日刊工業新聞社、１９８８年発行）６３頁〜６５頁

しかしながら、非特許文献１に記載の水槽に吐出する方式では、オリゴマーや低重合物を吐出する場合、樹脂粘度が低いためストランドの安定性が悪く、ストランドが搬送途中に分断したり、冷却固化後の強度・靱性が不十分で脆いため、ストランドをフィードローラー等の機器で搬送する際に割れて分断し、安定して搬送することができない問題があった。また、ポリマーに水分が付着するため、吸水により表面の粘着性を示すポリマーの場合は、カッターへの粘着・巻き付きといったトラブルが発生する問題があった。

特許文献１に記載の、ストランド搬送に冷却ベルトを用いる方式では、ストランドをベルト上に乗せ強制的に搬送するため、搬送途中でストランドが分断したり、ストランド化ができない樹脂に対してもストランドカッターや粉砕機等の後工程まで搬送できる方法が提案されている。しかし、吐出物がベルト上で搬送・冷却途中にベルト上を空滑りし安定した搬送ができない問題があり、オリゴマーなどの低重合物を用いる際はその問題が顕著であった。さらにベルト冷却は、一般的な水槽での直接冷却法と比較し冷却能力に劣るため、吐出物に空気等の冷却ガスや水等の冷媒を直接噴射することで冷却能力を高める工夫がなされるが、冷媒の液体、気体の噴射力により吐出物が蛇行してベルトから逸脱するなどの不具合があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、数平均分子量が１００００以下の低重合度の熱可塑性樹脂をベルト搬送装置で安定して冷却・連続搬送する方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明は次のとおりである。
１．溶融状態の熱可塑性樹脂を冷却、搬送するベルト搬送装置であって、平坦な搬送面を有するベルトと、その平坦な搬送面に、ベルト搬送面の略幅方向に延在する複数の凸部を有し、凸部の高さが３〜３０ｍｍであるベルト搬送装置。
２．前記凸部の断面形状が円形または半円形である１記載のベルト搬送装置。
３．溶融状態の熱可塑性樹脂を１または２記載のベルト搬送装置のベルト上に吐出し搬送するベルト搬送方法。
４．前記熱可塑性樹脂の数平均分子量が１００００以下であることを特徴とする３記載のベルト搬送方法。
５．３または４に記載の方法で搬送した熱可塑性樹脂ストランドを粉砕することを特徴とする熱可塑性樹脂の粉粒体の製造方法。

本発明の方法によれば、溶融状態の熱可塑性樹脂をベルト上に吐出し冷却・搬送する際、ベルトの平坦な搬送面に、ベルト進行方向の略垂直方向に複数の凸部を設置することにより、ストランド状に吐出できない低分子量体やオリゴマー、搬送途中に分断したストランドでも、ベルト上での滑り・ベルト逸脱を防止し、後工程へ安定して搬送することが可能となる。また、搬送後に粉砕機で粉粒体とする場合、ベルト上の凸部に沿って形成されたストランドの湾曲が、粉砕する際の割れの起点となり、粉砕機内部でのブリッジ形成や過負荷トリップのトラブルを防止し、生産性を向上させることができる。

従来のベルト搬送方式の略図である。本発明のベルト搬送装置の一例を示す略図である。

以下に、本発明の詳細を説明する。

本発明でいうベルト搬送装置とは、２つのローラーを両端として回転運動をするベルトであり、そのベルト表面に複数の凸部を形成していることを特徴としている。

本発明におけるベルト搬送装置のベルト材質には特に制限はなく、金属、繊維布やゴム等が挙げられる。なかでも、冷却効率を高めるため熱伝導率が高い金属製、特に一般に広く流通している汎用性、価格、および耐久性の点からスチールを用いることが好ましい。ベルトの厚みには特に制限はなく、両端の回転ローラーによる、繰り返しの曲げ応力に耐えうる強度、柔軟性を有していればよいが、吐出物の冷却の観点から、ベルトの冷却効率を向上させるため、より薄いベルトを用いることが好ましい。冷却効率の点からベルト厚さは０．５ｍｍ以下、ベルト引張強度・耐久性の点から０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明におけるベルト搬送装置には必要に応じて冷却機構を設けることができる。冷却機構に制限はないが、ベルト上の吐出物に空気・窒素などの気体もしくは水などの液体を吹きかけ、吐出物を直接冷却する方法、または吐出物が接触するベルト面の裏側に空気・窒素などの気体もしくは水などの液体を吹きかけベルトを冷却することにより、吐出物を間接的に冷却する方法が好ましい。直接・間接冷却の両方法を同時に行ってもよい。

本発明におけるベルト搬送装置のベルト長さ、ベルト進行速度は特に制限はないが、後工程のカッティング、粉砕時において、吐出物がカッター刃、粉砕刃に融着しないように、適当な樹脂温度に冷却するよう、ベルト長さ、速度を設定することが好ましい。

本発明におけるベルト搬送装置は、吐出物をベルト上に受ける場所から後工程に搬送するまでに、工程レイアウト等の必要に応じてベルト進行方向に対して傾斜を持たせてもよい。

本発明においてベルト上に設置する凸部の材質に特に制限はないが、ベルト材質と同様に金属を用いることが好ましく、特に汎用性、価格、耐久性の点からスチールを用いることがより好ましい。

本発明におけるベルト上の凸部の断面形状は円形、または半円形であることが好ましい。これにより、吐出物がベルトから剥離して後工程へ送られる際、吐出物が滑らかに湾曲することで剥離性を高め、安定して後工程へ吐出物を移送することができる。

ベルト上の凸部高さは、吐出物のベルト上での滑り防止・搬送性と、冷却後のカッティング・粉砕工程への移送時のベルトからの適度な剥離性との両立から３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が好ましい。凸部高さが３ｍｍ未満では吐出物の凸部への引っかかりが弱く、滑り防止性、搬送性が十分ではない。また、吐出物を本発明のベルト搬送装置で冷却後、粉砕機で粉粒体化する場合、ベルト上の凸部に沿って吐出物に形成される湾曲形状が割れの基点となるめ、粉砕機内部でのブリッジ形成による詰まり防止や過負荷によるトリップを防止する効果があり、凸部高さが３ｍｍ未満では上記粉砕工程安定効果が十分に得られない。凸部高さが３０ｍｍより大きい場合は、搬送後のカッティング、粉砕工程へ吐出物を送る際、ベルトからの剥離性が悪く、移送に支障を来すため好ましくない。

ベルト上の凸部設置間隔は、より広く間隔を取る方が凸部設置本数は少なくなり、凸部設置加工および設置後のメンテナンスにかかる工数・コストの点から有利である。一方で、凸部間隔が広すぎる場合、吐出物のベルト上での滑り防止・搬送性、および粉砕工程でのトラブル防止効果が十分に得られない。したがって、凸部設置間隔は１５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好ましく、上記範囲内では、ベルトへの凸部加工・メンテナンス性と、搬送工程での吐出物の滑り防止・搬送性、および粉砕時の工程安定化を両立できる。

ベルト上への凸部の設置方法に特に制限はなく、平坦なベルト上に溶接で凸部を固定する方法、凸部の両端をアングル、ボルト等で固定する方法、粘着テープで固定する方法などが挙げられる。

本発明のベルト搬送装置を用いることができる樹脂の種類に特に制限はなく、熱可塑性樹脂全般の冷却・搬送に用いることができる。例として、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、多分岐ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂、液晶ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＳＡＮ樹脂、ポリスチレン等のポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、およびこれらの共重合体などが挙げられる。

特に、数平均分子量が１００００以下の、オリゴマーや低重合度の熱可塑性樹脂を口金から吐出する場合、樹脂の溶融粘度が低いこと、冷却固化後の強度・靱性が低く脆いことから、ベルト上でストランド切れが頻発し、継続してストランドを形成することが困難であり、搬送途中のベルト上での空回り、ベルトからの逸脱が頻繁に発生するため、安定して搬送することができない。本発明のベルト搬送装置は、上記のようなストランド化が困難な低分子量体の樹脂に対して特に効果的であり、ベルト上の凸部が吐出物に適度に引っかかり、ベルト上での空滑り、ベルトからの逸脱を防止し、安定して次工程へ搬送することができる。また、ベルト上の凸部により、ストランドに凸凹ができ、粉砕するときに凸凹が起点となり粉砕が容易となる効果もある。

ここで、熱可塑性樹脂の数平均分子量は、ＨＰＬＣで求めた値であり、熱可塑性樹脂の種類に応じて適切な方法で測定した値である。数平均分子量の下限は特に制限はないが２０００以上のものに適用できる。

以下、本発明のベルト搬送装置およびこのベルト搬送装置を用いた粉粒体製造方法の実施例について詳述する。なお、実施例および比較例に記した特性の評価方法は以下のとおりである。

（１）数平均分子量Ｍｎ
吐出したポリマーをサンプリングし、下記の機器、測定条件で数平均分子量を測定した。
測定装置：東ソー株式会社製ＨＰＬＣ（屈折率検出器：ＲＩ−８０２０）
カラム：ＳｈｏｄｅｘＫ−Ｇ、Ｋ−８０６×２、Ｋ−８０２（昭和電工株式会社製）、
溶媒：ペンタフルオロフェノール／クロロホルム＝３５／６５
測定条件：カラム温度２３℃、流量０．８μＬ／ｍｉｎ、注入量０．２００ｍｌ、サンプル濃度０．０８％、

（２）搬送工程安定性
吐出３０分間中、吐出物の滑り、ベルトからの逸脱、ベルトからの剥離不良により自動で搬送できないトラブルの発生回数がゼロ回の場合、搬送工程安定性は最良とした。同様にトラブル発生回数が１〜２回の場合は良好、３回以上発生した場合は不良とした。

（３）粉砕工程安定性
粉砕工程において、粉砕機内部での詰まり、または過負荷トリップにより粉砕機を停止させなければならないトラブルの発生回数がゼロ回の場合、粉砕工程安定性は最良とした。同様にトラブル発生回数が１〜２回の場合は良好、３回以上発生した場合は不良とした。

（実施例１）
撹拌翼および留出管を備えた約０．９ｍ^３の反応容器にｐ−ヒドロキシ安息香酸１３８ｋｇ（１．０ｋｍｏｌ）、ポリエチレンテレフタレート３０ｋｇ（０．１６ｋｍｏｌ）、テレフタル酸１６ｋｇ（０．１ｋｍｏｌ）、４，４‘−ジヒドロキシビフェニル６７ｋｇ（０．４ｋｍｏｌ）トリメシン酸８５ｋｇ（０．４ｋｍｏｌ）、無水酢酸１８９ｋｇ（１．９ｋｍｏｌ）を仕込んで重縮合させ、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を反応容器底部の、穴径φ３０ｍｍ、穴数２５ホールの口金からストランド状に吐出した。吐出したストランドは口金の真下に設置したベルト搬送装置上に落下させた。ベルト搬送装置上の吐出物は、ベルト裏面に冷却水を散水することによる間接冷却、およびベルト上の３箇所のスプレーノズルから水と空気を吹き付ける直接冷却の両方法で冷却しながら、約１５ｍ／ｍｉｎの速度で約６ｍ搬送し、粉砕機内部に投入し粉粒体とした。

このベルト搬送装置は平坦な搬送面に、進行方向に対して垂直方向に凸部を設置した。凸部の断面形状は円形で、ベルト平坦面からの高さは６ｍｍとし、１ｍ間隔に設置した。

上記条件にて製造を行った場合、ベルト搬送途中にストランドの分断が断続的に発生したが、吐出３０分間中、吐出物の滑り、ベルトからの逸脱により自動で搬送できないトラブルの発生回数はゼロであり、搬送工程安定性は最良であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での詰まり、過負荷トリップにより粉砕機を停止させなければならないトラブルの発生回数はゼロであり、粉砕工程安定性も最良であった。

（実施例２）
実施例１と同様の重縮合反応により、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を、ベルト搬送装置の凸部高さを１８ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で搬送・冷却・粉砕を行った。

その結果、吐出３０分間中、吐出物の滑り、ベルトからの逸脱により自動で搬送できないトラブルの発生回数はゼロであり、搬送工程安定性は最良であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での詰まり、過負荷トリップにより粉砕機を停止させなければならないトラブルの発生回数はゼロであり、粉砕工程安定性も最良であった。

（実施例３）
実施例１と同様の重縮合反応により、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を、ベルト搬送装置の凸部高さを３ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で搬送・冷却・粉砕を行った。

その結果、吐出３０分間中、吐出物の滑り、ベルトからの逸脱により自動で搬送できないトラブルは２回発生し、搬送工程安定性は良好であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での割れストランドがブリッジを形成したことによる詰まりが１回発生し粉砕工程安定性は良好であった。

（実施例４）
実施例１と同様の重縮合反応により、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を、ベルト搬送装置の凸部高さを３０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で搬送・冷却・粉砕を行った。

その結果、吐出物が搬送ベルトから粉砕機に移行する境界において、吐出物がベルト凸部から剥離されず粉砕工程へ移行できないトラブルが吐出３０分間中に１回発生し、搬送工程安定性は良好であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での詰まり、過負荷トリップにより粉砕機を停止させなければならないトラブルの発生回数はゼロで、粉砕工程安定性は最良であった。

（比較例１）
実施例１と同様の重縮合反応により、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を、搬送面が平坦で、ベルト上の凸部がないベルト搬送装置を用いて実施した以外は実施例１と同様の方法で搬送・冷却・粉砕を行った。

その結果、吐出３０分間中、吐出物の滑り、ベルトからの逸脱により自動で搬送できないトラブルは１０回以上発生し、搬送工程安定性は不良であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での割れストランドがブリッジを形成したことによる詰まりが５回、過負荷トリップにより粉砕機停止トラブルが３回発生し、粉砕工程安定性は不良であった。

（比較例２）
実施例１と同様の重縮合反応により、数平均分子量７９３０の多分岐ポリエステルを得た。この樹脂を、ベルト搬送装置の凸部高さを４０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で搬送・冷却・粉砕を行った。

その結果、吐出物が搬送ベルトから粉砕機に移行する境界において、吐出物がベルト凸部から剥離されず粉砕工程へ移行できないトラブルが吐出３０分間中に４回発生し、搬送工程安定性は不良であった。また、粉砕工程においては、粉砕機内部での詰まり、過負荷トリップにより粉砕機を停止させなければならないトラブルの発生回数はゼロで、粉砕工程安定性は最良であった。

１ストランド
２搬送ベルト
３口金
４冷却装置
５粉砕機
６凸部

Claims

溶融状態の熱可塑性樹脂を冷却、搬送するベルト搬送装置であって、平坦な搬送面を有するベルトと、その平坦な搬送面に、ベルト搬送面の略幅方向に延在する複数の凸部を有し、凸部の高さが３〜３０ｍｍであるベルト搬送装置。
前記凸部の断面形状が円形または半円形である請求項１記載のベルト搬送装置。
溶融状態の熱可塑性樹脂を請求項１または２記載のベルト搬送装置のベルト上に吐出し搬送するベルト搬送方法。
前記熱可塑性樹脂の数平均分子量が１００００以下であることを特徴とする請求項３記載のベルト搬送方法。
請求項３または４に記載の方法で搬送した熱可塑性樹脂ストランドを粉砕することを特徴とする熱可塑性樹脂の粉粒体の製造方法。