JP6740682B2

JP6740682B2 - ポリマ顆粒物の製造方法

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Publication number: JP6740682B2
Application number: JP2016077056A
Authority: JP
Inventors: 龍太郎菊池
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017185710A

Description

本発明は、ポリマ顆粒物の製造方法に関する。

ゴムや樹脂などのポリマ成分は、電線やケーブルの絶縁被覆など、様々な成形体の材料として用いられている。ポリマ成分には、成形体に求められる特性（耐熱性や機械特性など）に応じて、様々な添加剤が配合される。例えば、ゴムを架橋させる場合はゴムに架橋剤が配合される。

成形体の形成は、例えば単軸押出機や二軸押出機などの押出機を用いて行われる。具体的には、ポリマ成分と、必要に応じて添加剤を押出機に投入し、これらを溶融混練しながら、その混合物を所望の形状に押し出し、その後、冷却固化させることで、成形体を得る。ポリマ成分は、押出機への投入前に予め顆粒状に造粒され、ポリマ顆粒物の形態で押出機へ投入される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−１１６４９１号公報

しかしながら、ポリマ成分の中でも、エチレンプロピレンゴムやフッ素ゴムのように粘着性が激しいゴム等では、ポリマ顆粒物同士が貯蔵中に互着し、ブロック状の塊を形成してしまうので、そのままの状態で押出機に投入することが困難となっている。このようなポリマ成分を押出機で押し出す場合には、押出機への投入前に、ブロック状の塊を所定の配合剤を添加した上でバンバリミキサや加圧ニーダなどのバッチ式ミキサで混練して顆粒化させる必要がある。そのため、ポリマ成分を押出機に連続的に供給することが困難となり、成形体の製造工程が複雑となるばかりか、製造コストが増大してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、ポリマ顆粒物の互着を抑制し、押出機への供給を可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
ゴムまたは樹脂を含むポリマ成分に無機粉体を添加し、その混合物をカッターミルを用いて粉砕することによりポリマ顆粒物を得る、ポリマ顆粒物の製造方法が提供される。

本発明によれば、ポリマ顆粒物の互着を抑制し、押出機への供給が可能となる。

本発明の一実施形態に係るポリマ顆粒物の製造方法において使用するカッターミルの構成概略図である。ハンマーミルの構成概略図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態に係るポリマ顆粒物の製造方法について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るポリマ顆粒物の製造方法において使用するカッターミルの構成概略図である。図２は、ハンマーミルの構成概略図である。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

（カッターミルの構成）
まず、製造方法の説明に先立ち、本実施形態で用いるカッターミルの構成について説明する。

図１に示すように、カッターミル１００には、ポリマ顆粒物の材料（ポリマ成分や無機粉体など）を投入する供給口１１１と、粉砕により得られたポリマ顆粒物を排出する複数の孔を有するスクリーン１１２と、を備えるドラム状のケーシング１１０により、粉砕室１２０が形成されている。粉砕室１２０には、回転軸１３２と４つのブレード１３１からなる回転刃１３０がケーシング１１０に回転自在に支持されるように設けられている。また、粉砕室１２０の内面には、回転刃１３０との協働により材料をせん断するように２つの固定刃１４０が設けられている。本実施形態のカッターミル１００は、４つのブレード１３１を有する回転刃１３０と２つの固定刃１４０とを備えており、回転刃１３０と固定刃１４０との協働によりポリマ成分をせん断するせん断箇所が２ケ所形成されて構成される。

カッターミル１００によれば、供給口１１１から供給されたポリマ成分および無機粉体の混合物が回転刃１３０により混練されつつ、回転刃１３０と固定刃１４０との間でせん断されることで、ポリマ顆粒物が形成され、形成されたポリマ顆粒物がスクリーン１１２からカッターミル１００の外部に排出されることになる。

（顆粒物の製造方法）
続いて、上述のカッターミル１００を用いてポリマ顆粒物を製造する方法について説明する。

まず、カッターミル１００のケーシング１１０内に供給口１１１からポリマ成分と無機粉体とを添加する。このとき、ポリマ成分と無機粉体とは予め混合してから添加してもよく、同時に添加してもよい。

ポリマ成分としては、公知のゴムまたは樹脂を用いることができる。
ゴムとしては、例えば、クロロプレンゴムやブチルゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン・酢酸ビニルのゴム状共重合体（ＥＶＭ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）などを用いることができる。また、本実施形態では、後述するように、ポリマ成分の粘着による影響を抑えることができるので、常温で粘着性を示すゴム、例えば、エチレンプロピレンゴムやフッ素ゴムなどを用いることができる。
樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリオレフィン材料などを用いることができる。

添加するゴムの形態としては、特に限定されず、例えば、ブロック形状、ペレット形状、ベール形状のいずれでも良い。特に、ブロック形状であれば、無機粉体と分散しにくく、混合物中に無機粉体を均一に分散しづらいので、最終的に得られる顆粒物の互着の抑制判断形状として適している。

無機粉体は、バインダ剤として作用し、ポリマ成分と無機粉体の混合物をカッターミル１００で粉砕する際に、カッターミル１００の回転刃１３０や固定刃１４０にポリマ成分が付着することを抑制するとともに、粉砕により得られるポリマ顆粒物同士の互着を抑制する。無機粉体としては、例えば、炭酸カルシウム、クレー、シリカ、ハイドロタルサイト、タルク、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ粉など、公知の無機充填剤を用いることができる。この中でも、特に、炭酸カルシウムが好ましく、重質炭酸カルシウムがより好ましい。重質炭酸カルシウムは、軽質炭酸カルシウムに比べて粉体粘性が近く、ポリマ成分への分散に優れているからである。

無機粉体の平均粒径は、特に限定されないが、無機粉体を凝集させることなくポリマ成分に均一に分散させる観点からは、０．８μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

無機粉体は、例えばステアリン酸などの脂肪酸で表面処理されているとよい。このような無機粉体によれば、顆粒物を押出成形して得られる成形体の外観を良好にすることができる。

無機粉体の添加量は、ポリマ成分１００質量部に対して０．１質量部〜３０質量部とすることが好ましい。このような添加量とすることにより、無機粉体の添加によるポリマ成分の特性の低下を抑制しつつ、得られるポリマ顆粒物の互着を抑制することができる。

続いて、カッターミル１００の回転刃１３０を回転させて、ポリマ成分および無機粉体を含む混合物を混練するとともに、回転刃１３０と固定刃１４０との間で混合物をせん断して粉砕することで、ポリマ顆粒物を形成する。

本実施形態によれば、ポリマ成分に無機粉体を配合した上で、せん断箇所が２箇所のカッターミル１００を用いて混練することで、粘着性を示すゴムのようなポリマ成分であっても顆粒化させることができる。具体的に説明すると、以下のとおりである。

本実施形態では、ポリマ成分に無機粉体を配合しているため、その混合物を混練するときに、ポリマ成分が回転刃１３０や固定刃１４０へ付着することを抑制している。ポリマ成分が回転刃１３０などに付着してしまうと、回転刃１３０の回転が妨げられ、ポリマ成分を粉砕できるようなせん断力が得られなくなるため、顆粒化できないおそれがある。仮に顆粒化できたとしても、得られるポリマ顆粒物は、互着しやすく、貯蔵中にブロック状の塊となってしまうため、押出機へ供給できない。この傾向は、ポリマ成分でも粘着性を示すゴムほど顕著となる。無機粉体によれば、バインダ剤として作用することで、ポリマ成分の回転刃１３０等への付着やポリマ顆粒物同士の互着を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ポリマ成分および無機粉体を含む混合物の粉砕を、せん断箇所を２つ有するカッターミル１００を用いて行っている。
本発明者の検討によると、ポリマ成分を混練しながら粉砕するときに、カッターミル１００よりもせん断箇所の多い粉砕機、例えばハンマーミルなどを用いると、顆粒化が難しくなることが見出された。ハンマーミル２００は、例えば、図２に示すように、供給口２１１およびスクリーン２１２を備えるケーシング２１０により、粉砕室２２０が形成されており、粉砕室２２０には、カッターミル１００よりもブレード２３１の数が多い回転刃２３０と、固定刃２４０とが設けられている。つまり、ハンマーミル２００は、せん断箇所がカッターミル１００の数倍から十倍近くの数となるように構成されている。ハンマーミル２００によれば、ポリマ成分をカッターミル１００よりも高速でせん断することが可能であり、より微細なポリマ顆粒物を得ることができる。しかし、ハンマーミル２００においては、ポリマ成分を高速でせん断すると、回転刃２３０や固定刃２４０とポリマ成分とが摩擦により加熱され、ポリマ成分が軟化して回転刃２３０などに付着しやすくなるため、顆粒化が阻害されてしまう。特に、粘着性のゴム等では、この傾向が顕著となる。
そこで、本発明者は、摩擦による回転刃２３０やポリマ成分の加熱を抑制すべく検討したところ、粉砕機として、せん断箇所が少ないカッターミル１００を用いることがよいことを見出した。カッターミル１００によれば、ポリマ組成物を過度にせん断させることがないため、摩擦による回転刃１３０やポリマ成分の加熱を抑制することができる。しかも、回転刃１３０により粉砕室１２０内に適度な気流が生じるため、無機粉体をポリマ成分に分散させやすくなる。

このように、本実施形態の製造方法によれば、ポリマ成分および無機粉体を含む混合物をカッターミル１００を用いて混練しつつ粉砕することで、粘着性を示すようなゴムであっても顆粒化することができる。そして、得られるポリマ顆粒物は無機粉体により互着が抑制されているので、バッチ式ミキサ等を使用することなく、そのままの状態で押出機へ供給することが可能である。

本実施形態では、摩擦による回転刃１３０やポリマ成分などの加熱を抑制する観点からは、ポリマ成分および無機粉体を含む混合物を分散させるときに、混合物を冷却しながら粉砕するとよい。例えば、粉砕室１２０内に空気を吹き込みながら、混合物を粉砕するとよい。また例えば、回転刃１３０または固定刃１４０自体を冷却できるように構成するとよい。

なお、カッターミル１００での回転刃１３０の回転数は、特に限定されず、ポリマ成分の種類に応じて適宜変更するとよい。

本実施形態では、カッターミル１００として、せん断箇所が２箇所のものを用いてポリマ顆粒物を製造する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明者の検討によると、カッターミルのせん断箇所は２箇所に限定されず、３箇所または４箇所とすることもできる。このような数のせん断箇所であれば、ポリマ組成物を過度にせん断させることがないため、回転刃１３０などへのポリマ成分の付着を抑制し、ポリマ顆粒物を好適に製造することが可能となる。

次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

本実施例では、以下の材料を用いた。
・エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）：ＪＳＲ株式会社製「ＥＰ５１」
・フッ素ゴム：旭硝子株式会社製「アフラス１５０Ｅ」
・炭酸カルシウム：備北粉化工業株式会社製「ソフトン１２００」、平均粒径１．８μｍ
・タルク：中国海城精華社製「ＳＫ６５００」、平均粒径５μｍ

本実施例では、以下の粉砕機を用いた。
・カッターミル：株式会社サカイ製「ＭＰ−５」、せん断箇所２箇所
・ハンマーミル：株式会社サカイ製「ＳＰ−７」、せん断箇所３８箇所

＜ポリマ顆粒物の作製＞
（実施例１）
実施例１では、下記表１に示すように、エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）を１００質量部と、炭酸カルシウムを３質量部とを２Ｌの高速混合機に投入し、３００ｒｐｍで２分間、予備混合した。予備混合した混合物をベルト式フィーダーを用いてカッターミルに投入した。そして、混合物を回転数２５００で混練しつつ粉砕することにより、実施例１のポリマ顆粒物を作製した。なお、ＥＰゴムは、予め、平均３ｃｍ程度の角ブロック状に裁断したものを用いた。また、カッターミルのスクリーンとしては、１．５ｍｍスケールのものを用いた。

（実施例２）
実施例２では、ＥＰゴムと炭酸カルシウムとをそれぞれ、ベルト式フィーダーを用いてカッターミルに同時フィードした以外は、実施例１と同様にポリマ顆粒物を作製した。

（実施例３〜６）
実施例３〜６では、表１に示すように、ポリマ成分の種類をＥＰゴムからフッ素ゴムに、無機粉体の種類を炭酸カルシウムからタルクに、もしくは材料のカッターミルへの投入方法または炭酸カルシウムの添加量を適宜変更した以外は、実施例１又は２と同様にポリマ顆粒物を作製した。

（比較例１，２）
比較例１では、炭酸カルシウムを配合しない以外は、実施例１と同様にポリマ顆粒物を作製した。比較例２では、炭酸カルシウムを配合しない以外は、実施例２と同様にポリマ顆粒物を作製した。

（比較例３，４）
比較例３，４では、表１に示すように、粉砕機の種類をカッターミルからハンマーミルに変更するとともに、ハンマーミルへの材料の投入方法を適宜変更した以外は、実施例１と同様にポリマ顆粒物を作製した。なお、ハンマーミルにおける回転刃の回転数をカッターミルと同様に２５００とした。

＜評価方法＞
作製したポリマ顆粒物を以下の方法により評価した。評価結果を表１にまとめる。

（粘着性（互着性））
ポリマ顆粒物の粘着性（互着性）を評価するため、作製したポリマ顆粒物５００ｇをポリ袋に採取し、脱気した状態で、２日間常温で放置した。２日間放置後、ポリマ顆粒物が互着してブロッキング形状に変化してしまったものを×、顆粒形状を維持したものを○とした。

（押出性）
ポリマ顆粒物の押出性を評価するため、作製したポリマ顆粒物を４０ｍｍ押出機に投入し、シリンダ温度を１００〜１２０℃、ヘッド温度を１２０℃、スクリューを２０ｒｐｍとした条件で、５ｋｇ押し出した。押出機の押出供給口にブロッキングの発生がなく、吐出ムラが発生しなかったものを○、ブロッキングが発生し押出成形できないものを×とした。

＜評価結果＞
表１に示すように、実施例１〜６では、粘着性のゴムを顆粒化できることが確認された。また、得られたポリマ顆粒物の互着を抑制して押出機へ供給でき、しかも、押出性も良好であることが確認された。
これに対して、無機粉体を配合せずにポリマ成分を粉砕した比較例１，２では、粉砕直後は顆粒状を維持できたものの、時間の経過によりポリマ顆粒物同士が互着してブロッキングしてしまうことが確認された。また、粘着性の試験後、押出性を評価しようと試みたが、押出機供給口に材料が詰まり、押出成形できないことが確認された。
また、カッターミルではなくハンマーミルを使用した比較例３，４では、材料をハンマーミルに投入して粉砕しようとしたところ、モータに過度な負荷がかかり、顆粒化できなかった。装置を解体したところ、ケーシングや回転刃、固定刃などの間にゴムが詰まっていることが確認され、ゴムの付着により回転刃の回転が阻害されたため、顆粒化できないことが分かった。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

〔付記１〕
本発明の一態様によれば、
ゴムまたは樹脂を含むポリマ成分に無機粉体を添加し、その混合物をカッターミルを用いて粉砕することによりポリマ顆粒物を得る、ポリマ顆粒物の製造方法が提供される。

〔付記２〕
付記１のポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記無機粉体を前記ポリマ成分１００質量部に対して０．１質量部以上３０質量部以下添加する。

〔付記３〕
付記１又は２のポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記無機粉体が重質炭酸カルシウムである。

〔付記４〕
付記１〜３のいずれかのポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記無機粉体の平均粒径が０．８μｍ以上１０μｍ以下である。

〔付記５〕
付記１〜４のいずれかのポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記ポリマ成分がエチレンプロピレンゴムおよびフッ素ゴムの少なくとも１つのゴムである。

〔付記６〕
付記１〜５のいずれかのポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記カッターミルは、回転刃と固定刃とを備え、前記回転刃および前記固定刃の協働により前記ポリマ成分をせん断するせん断箇所が２以上４以下となるように構成されている。

〔付記７〕
付記１〜６のいずれかのポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記混合物を空冷しながら粉砕する。

〔付記８〕
付記１〜７のいずれかのポリマ顆粒物の製造方法において、好ましくは、
前記ポリマ成分が、ゴムまたは樹脂を含むブロック状物である。

１００カッターミル
１１０ケーシング
１１１供給口
１１２スクリーン
１２０粉砕室
１３０回転刃
１３１ブレード
１３２回転軸
１４０固定刃
２００ハンマーミル
２１０ケーシング
２１１供給口
２１２スクリーン
２２０粉砕室
２３０回転刃
２３１回転軸
２３２ブレード
２４０固定刃

Claims

ポリマ成分に無機粉体を添加し、その混合物をカッターミルを用いて粉砕することによりポリマ顆粒物を得る、ポリマ顆粒物の製造方法において、
前記無機粉体の平均粒径が０．８μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記ポリマ成分がエチレンプロピレンゴムおよびフッ素ゴムの少なくとも１つのゴムであり、
前記カッターミルは、回転刃と固定刃とを備え、前記回転刃および前記固定刃の協働により前記ポリマ成分をせん断するせん断箇所が２以上４以下となるように構成されている、ポリマ顆粒物の製造方法。
前記無機粉体を前記ポリマ成分１００質量部に対して０．１質量部以上３０質量部以下添加する、請求項１に記載のポリマ顆粒物の製造方法。
前記無機粉体が重質炭酸カルシウムである、請求項１又は２に記載のポリマ顆粒物の製造方法。
前記混合物を空冷しながら粉砕する、請求項１〜３のいずれかに記載のポリマ顆粒物の製造方法。
前記ポリマ成分が、ブロック状物である、請求項１〜４のいずれかに記載のポリマ顆粒物の製造方法。