JP6677964B2 - 吸水処理材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、人又は動物の排泄物その他の液体を吸収する吸水処理材及びその製造方法に関する。

特許文献１には、吸水処理材の一種である粒状の排泄物処理材が記載されている。この排泄物処理材は、排尿を吸収するものである。それゆえ、排泄物処理材の主材料としては、吸水性を有する材料が用いられる。同文献においては、かかる材料の１つとして、製紙スラッジが挙げられている。製紙スラッジは、所定の粒度に粉砕された上で、他の材料と共に造粒される。

特開２００７−１９００２５号公報

製紙スラッジは、製紙工程において生じる廃棄物である。それゆえ、製紙スラッジを吸水処理材の材料として用いることにより、廃棄物の有効活用、及び材料調達コストの削減を図ることができる。

ところで、製紙スラッジは、元々多量の水分を含んでいる。そのため、従来の吸水処理材においては、粉砕に先立って製紙スラッジを乾燥させていた。しかしながら、製紙スラッジを乾燥させすぎると、その繊維が収縮し、製紙スラッジひいては吸水処理材の吸水性を低下させる要因となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、製紙スラッジを主材料としつつ吸水性に優れた吸水処理材、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による吸水処理材は、液体を吸収する吸水処理材であって、含水率が４０重量％以上の状態で粉砕された製紙スラッジ（パルプスラッジを含む。以下同様。）を主材料とする造粒物を備えることを特徴とする。

この吸水処理材においては、含水率が４０重量％以上の状態で粉砕された製紙スラッジが、造粒物の主材料として用いられている。このように含水率が高い状態のまま製紙スラッジを粉砕する場合、粉砕に先立って製紙スラッジを乾燥させる必要がない。このため、過度の乾燥による製紙スラッジの吸水性の低下を免れることができる。

また、本発明による吸水処理材の製造方法は、含水率が４０重量％以上の状態にある製紙スラッジを粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程において粉砕された上記製紙スラッジを主材料として含む被造粒材料を造粒し、造粒物を形成する造粒工程と、を含むことを特徴とする。

この製造方法においては、含水率が４０重量％以上の状態にある製紙スラッジを粉砕した上、当該製紙スラッジを被造粒材料の主材料として用いている。このように含水率が高い状態のまま製紙スラッジを粉砕する場合、粉砕に先立って製紙スラッジを乾燥させる必要がない。このため、過度の乾燥による製紙スラッジの吸水性の低下を免れることができる。

本発明によれば、製紙スラッジを主材料としつつ吸水性に優れた吸水処理材及びその製造方法を実現することができる。

本発明による吸水処理材の一実施形態を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による吸水処理材の一実施形態を示す模式図である。吸水処理材１は、液体を吸収する粒状の吸水処理材であり、粒状芯部１０（造粒物）及び被覆層部２０を備えている。吸水処理材１は、例えば、猫や犬等の愛玩動物用の排泄物処理材である。

粒状芯部１０は、尿等の液体を吸水及び保水する機能を有する。粒状芯部１０は、粒状に成形されている。粒状芯部１０の形状としては、例えば、球、楕円体、円柱が挙げられる。粒状芯部１０は、含水率が４０重量％以上の状態で粉砕された製紙スラッジ（以下「含水粉砕スラッジ」という。）を主材料としている。ここで、含水粉砕スラッジが粒状芯部１０の主材料であるとは、粒状芯部１０を構成する材料全体の中で含水粉砕スラッジの占める重量割合が最も大きいということである。含水粉砕スラッジは、吸水処理材１の主材料でもある。含水粉砕スラッジは、含水率が（４０重量％以上）８０重量％以下の状態で粉砕されたものであることが好ましい。

含水粉砕スラッジは、１ｍｍ以下の粒度（繊維長）に粉砕されている。すなわち、含水粉砕スラッジは、スクリーンの目開きが１ｍｍ以下である粉砕機を用いて粉砕されたものである。含水粉砕スラッジの粒度は、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下である。

また、粒状芯部１０は、オカラを副材料としている。オカラは、乾燥オカラであることが好ましい。ここで、オカラが粒状芯部１０の副材料であるとは、粒状芯部１０を構成する材料全体の中でオカラの占める重量割合が、含水粉砕スラッジに等しいか、含水粉砕スラッジに次いで２番目に大きいということである。オカラは、吸水処理材１の副材料でもある。

さらに、粒状芯部１０は、接着性材料（第１の接着性材料）を含有している。第１の接着性材料としては、例えば、澱粉、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、デキストリン、又は吸水性ポリマーが挙げられる。本実施形態においては、第１の接着性材料として、特に吸水性ポリマーが用いられている。この吸水性ポリマーの平均粒径は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。ここで、平均粒径とは、多数の粒子の集合体である吸水性ポリマーを篩にかけたときに、５０重量％以上の粒子が通過できる最小の目開きをいう。したがって、平均粒径が５０μｍ以下であるとは、吸水性ポリマーを目開き５０μｍの篩にかけたときに、５０重量％以上の粒子が通過できるということである。粒状芯部１０に占める第１の接着性材料の重量割合は、５％以上３０％以下であることが好ましい。

被覆層部２０は、粒状芯部１０を覆っている。被覆層部２０は、粒状芯部１０の表面の全体を覆っていてもよいし、粒状芯部１０の表面の一部のみを覆っていてもよい。この被覆層部２０は、使用時に尿等の液体を吸収した吸水処理材１どうしを付着させて固まりにする機能（塊状化機能）を有する。

本実施形態においては、被覆層部２０も、含水粉砕スラッジを主材料としている。すなわち、被覆層部２０を構成する材料全体の中でも、含水粉砕スラッジの占める重量割合が最も大きい。このように吸水処理材１においては、含水粉砕スラッジが粒状芯部１０及び被覆層部２０の双方に含有されている。

また、被覆層部２０は、オカラを副材料としている。すなわち、被覆層部２０を構成する材料全体の中でも、オカラの占める重量割合が含水粉砕スラッジに等しいか含水粉砕スラッジに次いで２番目に大きい。

さらに、被覆層部２０は、接着性材料（第２の接着性材料）を含有している。第２の接着性材料は、第１の接着性材料と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。本実施形態においては、第２の接着性材料としても、吸水性ポリマーが用いられている。ただし、第２の接着性材料として用いられる吸水性ポリマーの平均粒径は、第１の接着性材料として用いられる吸水性ポリマーの平均粒径よりも小さいことが好ましい。

続いて、本発明による吸水処理材の製造方法の一実施形態として、吸水処理材１の製造方法の一例を説明する。この製造方法は、粉砕工程、造粒工程、被覆工程、分粒工程、及び乾燥工程を含んでいる。

粉砕工程は、含水率が４０重量％以上の状態にある製紙スラッジを粉砕する工程である。当該製紙スラッジは、含水率が８０重量％以下の状態にあることが好ましい。本工程においては、上記製紙スラッジを１ｍｍ以下の粒度に粉砕する。詳細には、スクリーンの目開きが１ｍｍ以下（好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下）である粉砕機を用いて製紙スラッジを粉砕する。これにより、含水粉砕スラッジが得られる。

造粒工程は、粒状芯部１０を形成する工程である。本工程においては、造粒機を用いて、含水粉砕スラッジを主材料として含む被造粒材料を造粒する。このとき、被造粒材料に対する加水は行わない。被造粒材料は、オカラを副材料として含んでいる。また、被造粒材料は、第１の接着性材料を含んでいる。被造粒材料に占める第１の接着性材料の重量割合は、５％以上３０％以下であることが好ましい。かかる被造粒材料は、ミキサーを用いて、含水粉砕スラッジ、オカラ及び第１の接着性材料を所定の割合で混合することにより得られる。

被覆工程は、被覆層部２０を形成する工程である。本工程においては、コーティング装置等を用いて、被覆層部２０を構成する材料（被覆材料）を粒状芯部１０の表面に付着させる。このとき、粒状芯部１０に対する加水は行わない。被覆材料は、含水粉砕スラッジ及びオカラをそれぞれ主材料及び副材料として含んでいる。また、被覆材料は、第２の接着性材料を含んでいる。被覆材料の付着は、例えば、散布又は噴霧により行うことができる。これにより、被覆層部２０が得られる。

分粒工程においては、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。これにより、所定の規格を満たす吸水処理材のみが抽出される。

乾燥工程においては、前工程で抽出された吸水処理材を乾燥機で乾燥させる。乾燥により、粒状芯部１０の含水率を適宜調整する。これにより、粒状芯部１０の水分が被覆層部２０に遷移して吸水能力が低下してしまうのを防ぐとともに、吸水処理材１の保存時にカビ等が発生するのを防ぐことができる。

本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、含水率が４０重量％以上の状態にある製紙スラッジを粉砕した上、当該製紙スラッジ（含水粉砕スラッジ）を被造粒材料の主材料として用いている。これにより、吸水処理材１においては、含水粉砕スラッジが粒状芯部１０の主材料となっている。このように含水率が高い状態のまま製紙スラッジを粉砕する場合、粉砕に先立って製紙スラッジを乾燥させる必要がない。実際、上述の製造方法においては、製紙スラッジの粉砕に先立って、当該製紙スラッジに対する乾燥処理を実行していない。このため、過度の乾燥による製紙スラッジの吸水性の低下を免れることができる。したがって、吸水性（吸水量、吸水速度）に優れた吸水処理材１及びその製造方法が実現されている。

また、造粒前に製紙スラッジを必要以上に乾燥させないことにより、造粒物（粒状芯部１０）の内部の空隙率を大きくすることができる。ここで、空隙率とは、造粒物に占める空隙の容積割合をいう。かかる空隙率が大きいことは、吸水処理材１の吸水性を高めるのに有利であるとともに、吸水処理材１の水解性（水と接触することにより、結合した繊維や粒子が速やかに分離し、水中に分散する性質）を高めるのにも有利である。したがって、吸水処理材１は、水解性にも優れるため、使用後に水洗トイレに流して処分するのに適している。

さらに、本実施形態によれば、粉砕前の製紙スラッジを乾燥する工程を省略できるため、二酸化炭素の排出量を削減することができる。しかも、含水粉砕スラッジ中の豊富な水分によって造粒に必要な水分を賄うことができるため、被造粒材料に対する加水を行う必要がない。実際、上述の製造方法においては、被造粒材料に加水することなしに、当該被造粒材料を造粒している。このことは、吸水処理材１の製造工程の簡素化に加えて、節水にも資する。

このように含水粉砕スラッジを用いることにより、吸水処理材１の吸水性及び水解性の向上、並びに環境負荷の低減等を図ることができる。ただし、含水粉砕スラッジの含水率が高すぎると、造粒工程における造粒に支障が出ることがある。かかる観点から、含水粉砕スラッジは、含水率が８０重量％以下の状態で粉砕されたものであることが好ましい。

含水粉砕スラッジは、１ｍｍ以下の粒度に粉砕されている。このように含水粉砕スラッジを細かく粉砕することにより、吸水処理材１の水解性を向上させることができる。かかる観点から、含水粉砕スラッジは、０．５ｍｍ以下の粒度に粉砕されていることが好ましく、０．３ｍｍ以下の粒度に粉砕されていることがより好ましい。他方、含水粉砕スラッジの粒度が小さすぎると、被造粒材料の造粒に支障が出ることがある。かかる観点から、粒状芯部１０の主材料である含水粉砕スラッジの粒度は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。

粒状芯部１０（被造粒材料）は、オカラを副材料としている。オカラは、水解性の高い材料であるため、吸水処理材１の水解性の向上に寄与する。

粒状芯部１０は、第１の接着性材料を含有している。これにより、被造粒材料の造粒が容易になる。本実施形態においては、かかる接着性材料として特に吸水性ポリマーが用いられている。吸水性ポリマーは、細かく粉砕されることにより、接着性（粘性）が高まる。それゆえ、少量の吸水性ポリマーでも充分な接着性を発揮できるようになる。かかる観点から、吸水性ポリマーの平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。吸水性ポリマーの他、澱粉、ＣＭＣ、ＰＶＡ及びデキストリンもまた、第１の接着性材料として好適に用いることができる。

このように被造粒材料の造粒を容易にするという観点から、粒状芯部１０に占める第１の接着性材料の重量割合は、５％以上であることが好ましい。他方、接着性材料が多すぎると、材料調達コストの増大に加えて、吸水処理材１の水解性の低下を招いてしまう。かかる観点から、粒状芯部１０に占める第１の接着性材料の重量割合は、３０％以下であることが好ましい。

含水粉砕スラッジは、粒状芯部１０だけでなく、被覆層部２０の材料としても用いられている。これにより、吸水処理材１の材料調達コストを一層削減することができる。

被覆工程においては、粒状芯部１０に加水することなしに、粒状芯部１０の表面に被覆材料を付着させている。これにより、粒状芯部１０に対する加水工程が不要になるため、吸水処理材１の製造工程の簡素化、及び一層の節水を図ることができる。本実施形態においては、このように加水工程を省略しても、粒状芯部１０及び被覆層部２０に含有されている含水粉砕スラッジ中の豊富な水分によって、被覆材料の付着に必要な水分を賄うことができる。

被覆層部２０は、第２の接着性材料を含有している。これにより、被覆層部２０の塊状化機能を高めることができる。本実施形態においては、かかる接着性材料として特に吸水性ポリマーが用いられている。吸水性ポリマーは、液体を吸収すると膨潤する。膨潤した吸水性ポリマーは、外部からの水（例えば、水洗トイレの水）が粒状芯部１０に達するのを遮断する。このため、被覆層部２０における吸水性ポリマーの膨潤は、吸水処理材１の水解性を低下させる要因となる。この点、吸水性ポリマーは、微細に粉砕されることにより、液体吸収時の膨潤が抑制される。したがって、被覆層部２０における吸水性ポリマーの膨潤をなるべく抑えるべく、被覆層部２０に含有される吸水性ポリマー（第２の接着性材料）の平均粒径は、粒状芯部１０に含有される吸水性ポリマー（第１の接着性材料）の平均粒径よりも小さいことが好ましい。

本発明による吸水処理材及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。上記実施形態においては、粒状芯部１０にオカラが含有された例を示した。しかし、粒状芯部１０にオカラが含有されることは、必須でない。例えば、粒状芯部１０は、含水粉砕スラッジ及び接着性材料からなっていてもよいし、含水粉砕スラッジのみからなっていてもよい。

上記実施形態においては、被覆層部２０が、含水粉砕スラッジ、オカラ及び接着性材料からなる例を示した。しかし、被覆層部２０の組成は任意である。例えば、被覆層部２０は、含水粉砕スラッジ以外の紙粉及び接着性材料からなっていてもよい。

上記実施形態においては、粒状芯部１０及び被覆層部２０からなる複層構造の吸水処理材１を示した。しかし、被覆層部２０を設けることは、必須でない。すなわち、吸水処理材１は、粒状芯部１０のみからなる単層構造であってもよい。

１ 吸水処理材
１０ 粒状芯部（造粒物）
２０ 被覆層部

Claims (9)

1. 含水率が４０重量％以上８０重量％以下の状態にある製紙スラッジを粉砕する粉砕工程と、
   前記粉砕工程において粉砕された前記製紙スラッジを主材料として含む被造粒材料を造粒し、造粒物を形成する造粒工程と、
   前記造粒工程において形成された前記造粒物の表面に前記粉砕工程において粉砕された前記製紙スラッジを主材料として含む被覆材料を付着させることにより、当該造粒物を覆う被覆層部を形成する被覆工程と、を含み、
   前記被覆工程においては、前記造粒物に加水することなしに、当該造粒物の表面に前記被覆材料を付着させることを特徴とする吸水処理材の製造方法。
2. 請求項１に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記被造粒材料は、オカラを副材料として含む吸水処理材の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記粉砕工程においては、スクリーンの目開きが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である粉砕機を用いて前記製紙スラッジを粉砕する吸水処理材の製造方法。
4. 請求項３に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記スクリーンの目開きは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である吸水処理材の製造方法。
5. 請求項４に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記スクリーンの目開きは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である吸水処理材の製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記被造粒材料は、接着性材料を含む吸水処理材の製造方法。
7. 請求項６に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記接着性材料は、澱粉、ＣＭＣ、ＰＶＡ又はデキストリンである吸水処理材の製造方法。
8. 請求項６又は７に記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記被造粒材料に占める前記接着性材料の重量割合は、５％以上３０％以下である吸水処理材の製造方法。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載の吸水処理材の製造方法において、
   前記造粒工程においては、前記被造粒材料に加水することなしに、当該被造粒材料を造粒する吸水処理材の製造方法。

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