JP7146265B2

JP7146265B2 - 吸水処理材及びその製造方法

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Publication number: JP7146265B2
Application number: JP2019008888A
Authority: JP
Inventors: 隼士吉永
Original assignee: Daiki Co Ltd
Current assignee: Daiki Co Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: US20210283577A1; WO2020152959A1; JP2020115774A; CN113038826A

Description

本発明は、液体を吸収する吸水処理材及びその製造方法に関する。

従来の吸水処理材としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載された吸水処理材は、吸水性を有する粒状体からなる。粒状体は、側面及び２つの底面を有する円柱状をしている。

特開２０１７－９３３１４号公報

上述の吸水処理材においては、処理対象となる液体が、粒状体の側面及び底面から当該粒状体の内部に吸収される。しかしながら、かかる吸水処理材には、吸水速度の面で向上の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吸水速度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、吸水性を有する粒状体を備え、上記粒状体は、側面並びに第１及び第２の底面を有する斜切円柱状をしていることを特徴とする。

この吸水処理材においては、粒状体が斜切円柱状をしている。ここで、斜切円柱状とは、円柱の一端又は両端を斜交平面（当該円柱の中心軸に対して斜めに交わる平面）で切断して得られる形状をいう。かかる斜切円柱の底面の面積は、元の円柱の底面の面積よりも大きくなる。このように底面の面積を大きくすることにより、粒状体の表面積を増大させ、吸水処理材の吸水速度を向上させることができる。

また、本発明による吸水処理材の製造方法は、液体を吸収する吸水処理材を製造する方法であって、吸水性を有する粒状体を形成する粒状体形成工程を含み、上記粒状体形成工程においては、側面並びに第１及び第２の底面を有する斜切円柱状の上記粒状体を形成することを特徴とする。

この製造方法においては、粒状体が斜切円柱状に形成される。かかる斜切円柱の底面の面積は、元の円柱の底面の面積よりも大きくなる。このように底面の面積を大きくすることにより、粒状体の表面積を増大させ、製造後の吸水処理材の吸水速度を向上させることができる。

本発明によれば、吸水速度に優れた吸水処理材及びその製造方法が実現される。

本発明による吸水処理材の一実施形態を示す斜視図である。図１の粒状体１０を左方向から見た側面図である。図１の粒状体１０を示す断面図である。図１の粒状体１０を示す別の断面図である。芯部２２を形成する方法の一例を説明するための図である。吸水処理材１の効果を説明するための図である。吸水処理材１の効果を説明するための図である。吸水処理材１の効果を説明するための図である。変形例に係る粒状体１０を示す斜視図である。図９の粒状体１０を示す断面図である。図９の粒状体１０を形成する方法の一例を説明するための図である。

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斜視図である。吸水処理材１は、液体を吸収する吸水処理材であって、粒状体１０を備えている。本実施形態において吸水処理材１は、複数の粒状体１０を備えている。ただし、図１においては、１つの粒状体１０のみを示している。吸水処理材１は、動物又は人の排泄物を吸収する排泄物処理材である。吸水処理材１は、例えば、箱型のトイレに複数の粒状体１０が敷設された状態で使用される。

粒状体１０は、吸水性を有しており、上記液体を吸収する。各粒状体１０の粒径は、例えば、５～１５ｍｍ程度である。ここで、粒状体１０の粒径は、粒状体１０を内包しうる最小の球の直径として定義される。

粒状体１０は、側面１２並びに底面１４（第１の底面）及び底面１６（第２の底面）を有する斜切円柱状をしている。側面１２は、円柱の側面の一部に相当する曲面状をしている。底面１４及び底面１６は、何れも、粒状体１０の中心軸Ｌ１に対して斜めに交わっている。各底面１４，１６の形状は、楕円である。中心軸Ｌ１は、底面１４の中心と底面１６の中心とを通る仮想的な直線である。底面１４と底面１６とは、互いに離間している。

底面１４と中心軸Ｌ１とのなす角をα°としたとき、αは、２０≦α≦７０を満たすことが好ましい。同様に、底面１６と中心軸Ｌ１とのなす角をβ°としたとき、βは、２０≦β≦７０を満たすことが好ましい。αは、底面１４を含む平面と中心軸Ｌ１（直線）とのなす角に等しく、平面と直線とのなす角に関する数学的定義に従って求められる。βについても同様である。αとβの値は、互いに等しくてもよいし、相異なっていてもよい。

底面１４及び底面１６は、中心軸Ｌ１に垂直な同一方向から同時に視認可能である。この場合、中心軸Ｌ１に垂直な何れかの方向から見たときに、底面１４及び底面１６が同時に視認可能であればよい。ただし、各底面１４，１６の全体が視認可能でなければならない。例えば、図１の左方向から見たとき、底面１４及び底面１６は、図２に示すように同時に視認可能である。

底面１４の最近部１４ａと底面１６の最近部１６ａとは、側面１２の同一母線上に存在する。すなわち、最近部１４ａと最近部１６ａとを結ぶ線分は、中心軸Ｌ１に平行である。底面１４の中心を通り、かつ中心軸Ｌ１に垂直な平面を第１の平面とし、底面１６の中心を通り、かつ中心軸Ｌ１に垂直な平面を第２の平面としたとき、底面１４における第２の平面に最も近い部分が最近部１４ａである。また、底面１６における第１の平面に最も近い部分が最近部１６ａである。

底面１４の最遠部１４ｂと底面１６の最遠部１６ｂとも、側面１２の同一母線上に存在する。最遠部１４ｂは、底面１４における第２の平面から最も遠い部分である。最遠部１６ｂは、底面１６における第１の平面から最も遠い部分である。最近部１４ａ，１６ａが存在する母線（最近部１４ａと最近部１６ａとを結ぶ線分）と、最遠部１４ｂ，１６ｂが存在する母線（最遠部１４ｂと最遠部１６ｂとを結ぶ線分）とは、中心軸Ｌ１を挟んで正反対の位置にある。

図３及び図４は、粒状体１０の断面図である。図３は、最近部１４ａ，１６ａが存在する母線と中心軸Ｌ１とを含む平面で粒状体１０を切断したときの断面を示している。図４は、底面１４と底面１６との間に存在する、中心軸Ｌ１に垂直な平面で粒状体１０を切断したときの断面を示している。

粒状体１０は、芯部２２及び被覆部２４を有している。芯部２２は、粒状をしている。具体的には、芯部２２も、粒状体１０と同様、斜切円柱状をしている。芯部２２は、液体を吸水及び保水する機能を有する。芯部２２は、吸水性材料を含有している。芯部２２は、吸水性材料を主材料としている。ここで、芯部２２の主材料とは、芯部２２を構成する材料のうち、当該芯部２２に占める重量割合が最大のものをいう。芯部２２は、吸水性材料のみからなってもよいし、吸水性材料と他の材料とからなってもよい。吸水性材料は、有機物であることが好ましい。有機物である吸水性材料としては、例えば、紙類、茶殻、プラスチック類又はオカラを用いることができる。

紙類は、パルプを主体とする材料をいう。紙類としては、例えば、通常の紙の他にも、塩ビ壁紙分級物（塩ビ壁紙を分級することにより得られる紙）、フラッフパルプ、製紙スラッジ、パルプスラッジ等が挙げられる。プラスチック類としては、例えば、紙おむつ分級物（紙おむつを分級することにより得られるプラスチック）を用いてもよい。オカラは、乾燥オカラであることが好ましい。

被覆部２４は、芯部２２を覆っている。被覆部２４は、芯部２２の表面の全体を覆っている。被覆部２４は、使用時（吸水処理材１が処理対象となる液体を吸収したとき）に粒状体１０どうしを接着させて固まりにする機能を有する。

被覆部２４は、吸水性材料及び接着性材料を含有している。被覆部２４に含有される吸水性材料としても、例えば、紙類、茶殻、プラスチック類又はオカラを用いることができる。被覆部２４も、吸水性材料を主材料としている。被覆部２４の主材料の定義は、上述した芯部２２の主材料の定義と同様である。接着性材料としては、例えば、吸水性ポリマー、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）又はデキストリンを用いることができる。

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、粒状体形成工程を含んでいる。

粒状体形成工程は、粒状体１０を形成する工程である。この工程は、芯部形成工程及び被覆部形成工程を含んでいる。芯部形成工程は、芯部２２を形成する工程である。芯部形成工程においては、造粒装置を用いて、芯部材料（芯部２２を構成する一又は二以上の材料）を造粒することにより、芯部２２となる造粒物を形成する。造粒に先立って、芯部材料には、粉砕、混錬、加水等の前処理が必要に応じて行われる。造粒装置としては、例えば押出造粒機を用いることができる。例えば、図５に示すように、円柱状の造粒物２２ａを形成した後、造粒物２２ａの両端を（図中の点線に沿って）斜めに切除することにより、上述した斜切円柱状の芯部２２が得られる。本実施形態においては、複数の芯部２２が形成される。

被覆部形成工程は、被覆部２４を形成する工程である。この工程においては、コーティング装置等を用いて、芯部２２の表面に対して粉状の被覆材料（被覆部２４を構成する一又は二以上の材料）を均一に付着させることにより、被覆部２４を形成する。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。その後、篩分け、乾燥等の後処理が必要に応じて行われる。以上により、複数の粒状体１０からなる吸水処理材１が得られる。

本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、粒状体１０が斜切円柱状に形成される。かかる斜切円柱の底面の面積は、元の円柱の底面の面積よりも大きくなる。このように底面の面積を大きくすることにより、粒状体１０の表面積を増大させ、吸水処理材１の吸水速度を向上させることができる。したがって、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。

図６～図８を参照しつつ、斜切円柱の表面積増大効果について詳述する。ここでは、図６に示す円柱９０を直交平面（円柱９０の中心軸に対して垂直に交わる平面）で切断することにより二等分して得られる円柱９２と、円柱９０を斜交平面で切断することにより二等分して得られる斜切円柱９４を考える（図７参照）。これらの円柱９２及び斜切円柱９４は、何れも円柱９０を二等分したものである。それゆえ、円柱９２の側面と斜切円柱９４の側面とは、等しい面積（円柱９０の側面の面積の２分の１）を有する。また、円柱９２と斜切円柱９４とは、等しい体積（円柱９０の体積の２分の１）を有する。

一方、円柱９２の切断面である底面９３と斜切円柱９４の切断面である底面９５とを比べると、図８に示すように、底面９３は円形であるのに対し底面９５は楕円形である。同図は、底面９３及び底面９５を中心が一致するように同一平面上に重ねて示したものである。また、底面９５の短半径は、底面９３の半径に等しい。それゆえ、底面９５が底面９３を内包する関係となり、底面９５の面積の方が底面９３の面積よりも大きいことがわかる。このように、体積が等しくても、斜切円柱にすることにより、円柱の場合に比して粒状体の表面積を増大させることができる。

底面１４は、粒状体１０の中心軸Ｌ１に対して斜めに交わっている。これにより、底面１４が中心軸Ｌ１に対して垂直に交わる場合に比して、底面１４の面積を大きくすることができる。

底面１４と中心軸Ｌ１とのなす角（α°）を小さくする程、底面１４の面積を大きくすることができる。かかる観点から、α≦７０であることが好ましい。他方、αが小さすぎると、粒状体１０の端部（底面１４側の端部）が細くなって、粒状体１０が脆くなりかねない。かかる観点から、２０≦αであることが好ましい。

底面１６は、粒状体１０の中心軸Ｌ１に対して斜めに交わっている。これにより、底面１６が中心軸Ｌ１に対して垂直に交わる場合に比して、底面１６の面積を大きくすることができる。

底面１６と中心軸Ｌ１とのなす角（β°）を小さくする程、底面１６の面積を大きくすることができる。かかる観点から、β≦７０であることが好ましい。他方、βが小さすぎると、粒状体１０の端部（底面１６側の端部）が細くなって、粒状体１０が脆くなりかねない。かかる観点から、２０≦βであることが好ましい。

底面１４及び底面１６は、中心軸Ｌ１に垂直な同一方向から同時に視認可能である。この場合、粒状体１０の体積に偏りが生じる。具体的には、粒状体１０における底面１４，１６を視認できる側（視認可能側）の体積の方が、粒状体１０における底面１４，１６を視認できない側（視認不能側）の体積よりも小さくなる。図１の場合、左側が視認可能側であり、右側が視認不能側である。そのため、粒状体１０の重心は、中心軸Ｌ１上から視認不能側にシフトする。それゆえ、中心軸Ｌ１が水平になるように粒状体１０を床に寝かせた場合、粒状体１０は、視認不能側を下にした状態で安定するため、床上を転がりにくい。このため、粒状体１０の敷設時や使用時に、トイレの外にこぼれた粒状体１０が広範囲に散乱するのを抑制することができる。また、粒状体１０の視認可能側が上を向きやすくなるため、上方から落ちてくる液体（排泄物）が底面１４及び底面１６に到達しやすくなるという利点もある。

底面１４の最近部１４ａと底面１６の最近部１６ａとは、側面１２の同一母線上に存在する。この場合、粒状体１０は、当該母線を真上に向けた状態が最も安定する。かかる状態においては、底面１４及び底面１６の平面視での面積（真上から見たときの面積）が最大となる。それゆえ、上方から落ちてくる液体が底面１４及び底面１６に到達しやすくするのに最適である。

粒状体１０は、芯部２２及び被覆部２４を有している。このように芯部２２上に被覆部２４を設けることにより、使用済みの粒状体１０からなる固まりを好適に得ることができる。

本発明は、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、被覆部２４が芯部２２の表面の全体を覆う場合を例示した。しかし、例えば図９及び図１０に示すように、被覆部２４は、芯部２２の表面の一部のみを覆っていてもよい。これらの図において被覆部２４は、芯部２２の側面上にのみ設けられており、芯部２２の底面上には設けられていない。それゆえ、芯部２２は、粒状体１０の底面１４及び底面１６に露出している。このように被覆部２４を芯部２２の表面の一部にのみ設けることにより、芯部２２の表面の残部（被覆部２４が設けられていない部分）を粒状体１０の表面に露出させることができる。これにより、当該露出部分を通じて、液体が速やかに芯部２２に達することができる。

かかる構造の粒状体１０は、例えば、斜切円柱状の芯部２２を形成した後、芯部２２の側面にのみ被覆材料を付着させることにより形成することができる。あるいは、図１１に示すように、円柱状の造粒物２２ａの表面全体に被覆材料２４ａを付着させた後、造粒物２２ａの両端を（図中の点線に沿って）斜めに切除することによっても、上記構造の粒状体１０を形成することができる。本例においては、底面１４及び底面１６の双方に芯部２２が露出しているが、底面１４又は底面１６の何れか一方にのみ芯部２２を露出させてもよいことは言うまでもない。

上記実施形態においては、底面１４及び底面１６の双方が粒状体１０の中心軸Ｌ１に対して斜めに交わる場合を例示した。しかし、底面１４又は底面１６の何れか一方のみが、中心軸Ｌ１に対して斜めに交わっていてもよい。すなわち、一方の底面が中心軸Ｌ１に対して斜めに交わるとともに、他方の底面が中心軸Ｌ１に対して垂直に交わっていてもよい。

上記実施形態においては、粒状体１０が芯部２２及び被覆部２４からなる複層構造（二層構造）を有する場合を例示した。しかし、被覆部２４を設けることは、必須でない。すなわち、粒状体１０は、芯部２２のみからなる単層構造を有していてもよい。

上記実施形態においては、吸水処理材が排泄物処理材である場合を例示した。しかし、吸水処理材は、嘔吐物を吸収する嘔吐物処理材、又は生ゴミ（生ゴミに含まれる水分）を吸収する生ゴミ処理材であってもよい。

１吸水処理材
１０粒状体
１２側面
１４底面（第１の底面）
１４ａ最近部
１４ｂ最遠部
１６底面（第２の底面）
１６ａ最近部
１６ｂ最遠部
２２芯部
２２ａ造粒物
２４被覆部
２４ａ被覆材料
９０円柱
９２円柱
９３底面
９４斜切円柱
９５底面
Ｌ１中心軸

Claims

液体を吸収する吸水処理材であって、
吸水性を有する粒状体を備え、
前記粒状体は、側面並びに第１及び第２の底面を有する斜切円柱状をしていることを特徴とする吸水処理材。
請求項１に記載の吸水処理材において、
前記第１の底面は、前記粒状体の中心軸に対して斜めに交わっている吸水処理材。
請求項２に記載の吸水処理材において、
前記第１の底面と前記中心軸とのなす角をα°としたとき、
前記αは、２０≦α≦７０を満たす吸水処理材。
請求項２又は３に記載の吸水処理材において、
前記第２の底面は、前記中心軸に対して斜めに交わっている吸水処理材。
請求項４に記載の吸水処理材において、
前記第２の底面と前記中心軸とのなす角をβ°としたとき、
前記βは、２０≦β≦７０を満たす吸水処理材。
請求項４又は５に記載の吸水処理材において、
前記第１及び第２の底面は、前記中心軸に垂直な同一方向から同時に視認可能である吸水処理材。
請求項６に記載の吸水処理材において、
前記第１の底面の中心を通り、かつ前記中心軸に垂直な平面を第１の平面とし、
前記第２の底面の中心を通り、かつ前記中心軸に垂直な平面を第２の平面としたとき、
前記第１の底面における前記第２の平面に最も近い部分と、前記第２の底面における前記第１の平面に最も近い部分とは、前記側面の同一母線上に存在する吸水処理材。
請求項１乃至７の何れかに記載の吸水処理材において、
前記粒状体は、粒状の芯部と、前記芯部の表面を覆う被覆部とを有する吸水処理材。
請求項８に記載の吸水処理材において、
前記被覆部は、前記芯部の表面の一部のみを覆っている吸水処理材。
請求項９に記載の吸水処理材において、
前記芯部は、前記粒状体の前記第１及び／又は第２の底面に露出している吸水処理材。
液体を吸収する吸水処理材を製造する方法であって、
吸水性を有する粒状体を形成する粒状体形成工程を含み、
前記粒状体形成工程においては、側面並びに第１及び第２の底面を有する斜切円柱状の前記粒状体を形成することを特徴とする吸水処理材の製造方法。
請求項１１に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記粒状体形成工程においては、前記第１の底面が前記粒状体の中心軸に対して斜めに交わるように、前記粒状体を形成する吸水処理材の製造方法。
請求項１２に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記第１の底面と前記中心軸とのなす角をα°としたとき、
前記αは、２０≦α≦７０を満たす吸水処理材の製造方法。
請求項１２又は１３に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記粒状体形成工程においては、前記第２の底面が前記中心軸に対して斜めに交わるように、前記粒状体を形成する吸水処理材の製造方法。
請求項１４に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記第２の底面と前記中心軸とのなす角をβ°としたとき、
前記βは、２０≦β≦７０を満たす吸水処理材の製造方法。
請求項１４又は１５に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記粒状体形成工程においては、前記第１及び第２の底面が前記中心軸に垂直な同一方向から同時に視認可能となるように、前記粒状体を形成する吸水処理材の製造方法。
請求項１６に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記第１の底面の中心を通り、かつ前記中心軸に垂直な平面を第１の平面とし、
前記第２の底面の中心を通り、かつ前記中心軸に垂直な平面を第２の平面としたとき、
前記粒状体形成工程においては、前記第１の底面における前記第２の平面に最も近い部分と前記第２の底面における前記第１の平面に最も近い部分とが前記側面の同一母線上に存在するように、前記粒状体を形成する吸水処理材の製造方法。
請求項１７に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記粒状体形成工程は、粒状の芯部を形成する芯部形成工程と、前記芯部の表面を覆う被覆部を形成する被覆部形成工程と、を含む吸水処理材の製造方法。
請求項１８に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記被覆部形成工程においては、前記芯部の表面の一部のみを覆うように前記被覆部を形成する吸水処理材の製造方法。
請求項１９に記載の吸水処理材の製造方法において、
前記被覆部形成工程においては、前記芯部が前記粒状体の前記第１及び／又は第２の底面に露出するように、前記被覆部を形成する吸水処理材の製造方法。