JPH0686944A - 植物繊維質素材の微粉末化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硅酸質を含有する禾本科植物繊維質素材を、
簡便な操作によって、効率的に微粉末化する方法を提供
することをその目的とする。 【構成】 上記素材を１／８〜１／１５の体積比に圧縮
することによって質密体を得、この質密体の厚みを５〜
３０ｍｍの厚みとして公知の粉砕機によって微粉末化す
るか、上記質密体を５〜３０ｍｍの間隔を隔てて相対移
動する壁間に導入し、素材間に作用する剪断力によって
素材を微粉末化するようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、禾本科植物繊維質素
材の微粉末の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】禾本
科植物繊維質素材の代表的なものとしては、稲の籾殻が
あげられ、その意味中には、稲の幹、枝葉（藁）も含ま
れる。かかる禾本科植物繊維質素材は、硅酸質を多く含
有しているがゆえに硬質であるとともに腐食しにくく、
微粉末状とした上、プラスチック、あるいはゴム等の増
量・改質材、動物薬の賦形材、セメント系押し出し成型
建築材の改質材、紙の防滑材、あるいは通気性改質材、
セラミックスの充填材等として工業的に広く利用されて
いる。

【０００３】上記禾本科植物繊維質素材は、カサ密度
がたとえば籾殻では約０．１というように非常に小さ
く、繊維組織が堅固でしかも靱性をもっており、素
材表面が固い硅酸質で覆われている、等の特質をもって
いるため、その微粉末化にあたっては、ボールミル、ハ
ンマーミル、カッティングミル、あるいはターボミルな
どの公知のミルを用いた粉砕法をそのまま採用するには
多くの問題がある。

【０００４】すなわち、上記の特質のために大容量の
ミルが必要となり、上記の特質のためにミル内のハン
マおよびライナーによる衝撃力が緩和されてしまい、一
度の衝撃による破砕比が２〜３と小さく、粉砕効率が著
しく低くなり、上記の特質のためにミル内の破砕機能
部材の磨耗が著しい、等の問題がある。いずれにして
も、公知の粉砕法では、設備費、動力費、維持費が高騰
するのみならず、効率の面においても満足するべき結果
は得られない。

【０００５】また、挽臼等によって微粉末化することも
できるが、効率の面で低劣であり、工業的に微粉末化す
る手段としては到底採用することができない。

【０００６】特公昭５７−３１９４３号公報には、禾本
化植物繊維質素材の特殊な微粉末化方法が提案されてい
る。同公報に提案された方法は、素材を１５０〜６００
°Ｃの高温に加熱しつつ１ｃｍ² あたり１〜１００トン
の高圧において分子構造を破壊するまで擂潰し、かつ固
結させた後、公知のミルによって微粉末化させるという
ものである。

【０００７】しかしながら、上記の方法は、それに用い
る圧縮擂潰機が高温高圧下で使用されるために非常に磨
耗が激しく、また、設備コスト、動力コスト、維持コス
トがいずれも高騰するとともに、かかる方法によって得
られる粉末は、素材の分子構造が破壊されたものであっ
たり、高温加熱によって一部が炭化されたものであった
りすることから、用途が限定される場合がある。

【０００８】また、特公昭６２−６１３４２号公報に
は、籾殻等の穀物の種子の外皮を微粉末状に粉砕する装
置が提案されている。この装置は、材料を回転スクリュ
によって狭所に押し込む間に材料を磨り潰すことを基本
原理としている。しかしながら、運転条件等の条件設定
のわずかな違いにより、材料が充分に擂潰されずに排出
されたり、粉砕物が装置内で固結化して閉塞してしまっ
たりする問題があり、とりわけ、粉砕後の粒径が概して
大きく、より細かなメッシュの微粉末を得るための装置
としては未だ満足できるものとはいえない。

【０００９】本願発明は、上記の事情のもとで考え出さ
れたものであって、禾本科植物繊維質素材を、より簡便
に、かつ効率的により高メッシュに微粉末化する方法を
提供することをその課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。すな
わち、本願の請求項１の発明は、硅酸質を含有する禾本
科植物繊維質素材を微粉末化する方法であって、(a) 上
記素材を１／８〜１／１５の体積比に圧縮して厚み５〜
３０ｍｍの質密体とするステップ、(b) 上記質密体を、
粉砕機によって粉砕するステップ、を含むことを特徴と
している。

【００１１】そして、本願の請求項２の発明は、硅酸質
を含有する禾本科植物繊維質素材を微粉末科する方法で
あって、(a) 上記素材を１／８〜１／１５の体積比に圧
縮することによって質密体とするステップ、(b) 上記質
密体を５〜３０ｍｍの間隔を隔てて相対移動する壁間に
導入し、素材間に作用する剪断力および摩擦力によって
素材を微粉末化するステップ、を含むことを特徴として
いる。

【００１２】さらに、本願の請求項３の発明は、硅酸質
を含有する禾本科植物繊維質素材を微粉末化するための
装置であって、先端に出口孔を有するとともに少なくと
も先端部内面に凹凸を備えるコーン内面状の第一部材
と、上記第一部材の内側に同一軸線をもつように配置さ
れるとともに上記第一部材に対して相対回転し、かつ、
外面に螺旋突条を備えるコーン外面状の第二部材と、を
備え、上記第一部材の内面と上記第二部材の外面とで囲
まれる環状空間の軸直角方向断面積は、基端側入口部に
対して先端出口部が１／８〜１／１５に設定されてお
り、かつ、上記環状空間の出口付近の厚みは５〜３０ｍ
ｍに設定されており、第一部材と第二部材との間の環状
空間入口部に投入された上記素材は、上記第二部材の外
面の螺旋突条によって先端側に送られる間に体積比１／
８〜１／１５であって厚み５〜３０ｍｍの質密体とさ
れ、かつこの質密体は、上記環状空間の先端出口付近に
おける第一部材と第二部材との相対回転に起因して素材
間に作用する剪断力および摩擦力によって微粉末化さ
れ、出口孔から排出されるようにしたことを特徴として
いる。

【００１３】

【発明の作用および効果】本願発明は、禾本科植物繊維
質素材がその素材ものものの真比重（1.1 〜1.3)と同程
度となるまで圧縮して質密体とすれば、外力をもって素
材中に平均的な剪断力および摩擦力を作用させて組織を
破砕することができることを見出した上で完成されたも
のである。すなわち、本願の発明者らは、種々の実験の
結果、すでに紹介した特公昭５７−３１９４３号公報に
示されているような高圧・高温を作用させなくとも、そ
のままでは嵩高い禾本科植物繊維質素材も真比重程度の
比重となる程度に圧縮して質密体とすれば、粉砕機によ
る微粉末化が充分可能であることを見出したのである。

【００１４】籾殻を例にとれば、これをその真比重とな
るまで圧縮することは、材料を１／８〜１／１５の体積
にまで圧縮することに相当する。そして、これに要する
圧力は、１００〜９００ｋｇ／ｃｍ² であることが判っ
ており、この圧力は、上記特公昭５７−３１９４３号公
報に示されている圧力（１〜１００トン）よりも著しく
小さい。

【００１５】請求項１の発明方法では、まず、素材を１
／８〜１／１５の体積比に圧縮して厚み５〜３０ｍｍの
質密体とし、これを公知の粉砕機にかける。この粉砕機
としては、前述のボールミル、ターボミル、ハンマーミ
ル、カッティングミル等がある。この粉砕機にかける前
工程として質密体の厚みを５〜３０ｍｍとする理由は、
かかる厚みとしておくことが、粉砕機中で質密体に外力
を作用させて微粉末化する上で、最も効果的であること
が判明したからである。

【００１６】次に、請求項２の発明方法は、質密体の形
成と粉砕とを連続的に行うものである。圧縮によって質
密体とされた素材は、そのままの圧力下、５〜３０ｍｍ
の間隔で相対移動する壁間で素材間に作用する剪断力お
よび摩擦力によって粉砕されるが、間隔が５ｍｍより小
さいと粉砕効率が著しく低下し、また、３０ｍｍよりも
大きいと、その全厚みにわたって平均した剪断力が質密
化された素材中に作用せず、結果として微粉末化後の粒
径のばらつきが大きくなり、好ましくない。

【００１７】この方法によると、質密体の形成と微粉末
化が一連に行われるため、連続処理が可能となり、ま
た、装置全体が簡略化されたものとなる。そして、請求
項２の発明方法は、たとえば、請求項３に記載した装置
によって実施することができる。

【００１８】請求項３の記載事項から判るように、この
装置は、基本的にコーン内面状の第一部材と、コーン外
面状の第二部材とを相対回転可能に組み合わせるだけで
あり、きわめて簡略化されている。このように、本願発
明は、従来例に比較し、硅酸質を含有する禾本科植物繊
維質素材の微粉末化を、簡便かつ効率的に行うことがで
きる。

【００１９】

【実施例の説明】以下、本願発明の実施例を、図面を参
照しつつ具体的に説明する。本願発明において微粉末化
の対象となる硅酸質を含有する禾本科植物繊維質素材の
例としては、前述したように、稲の幹および枝葉
（藁）、および種子の外殻、すなわち籾殻があげられ
る。これらの素材は、そのまま、または乾燥処理を施し
た水分１０〜２０％程度を有するものが好適に用いられ
る。

【００２０】本願の請求項１の発明では、微粉末化のた
めの粉砕に先立ち、上記繊維質素材を１／８〜１／１５
の体積に圧縮し、厚み５〜３０ｍｍの質密体を形成す
る。そのために素材に加えるべき圧力は、図３からわか
るように、１００〜９００ｋｇ／ｃｍ² である。かかる
質密体の形状としては、とくに限定されず、円板状、六
面体状、あるいは円筒状等、任意の形状としてよい。た
とえば、図１に示すように、底面が円形をした上下部材
１，２を組み合わせた圧縮成型機３を用いる場合、円板
状の質密体が得られる。

【００２１】上記のように素材を１／８〜１／１５の体
積比に圧縮することの意義は、素材の真比重程度に圧縮
するということであり、圧縮が不十分であると素材間に
空隙が生じて粉砕外力を作用させても素材中に充分な剪
断力が作用せず、微粉末化が有効に行われない。また、
体積比１／１５以上の圧縮を行おうとしても、圧縮力の
上昇の割には体積を一定以上に小さくすることができ
ず、圧縮のための動力が無駄となって効果的でない。

【００２２】また、質密体の厚みは、５〜３０ｍｍが適
当であり、それ以下では処理量が著しく低下して効率が
悪化、それ以上では、粉砕の際に全厚みにわたって質密
化された素材に平均した剪断力が作用せず、その結果、
微粉末化後の粒径にバラツキが大きくなる不具合が生じ
る。

【００２３】上記のようにして得られた質密体は、前述
のボールミル、ターボミル、ハンマーミル、カッティン
グミル等の公知の粉砕機によって効果的に微粉末化する
ことができる。

【００２４】上記の方法は、素材をいったん質密体と
し、その後、この質密体を公知の粉砕機にかけるという
ものであるが、請求項２の方法のように、質密体の形成
と素材の微粉末化を連続して行うこともできる。

【００２５】この場合も、素材を１／８〜１／１５の体
積比に圧縮して質密体とする基本は同じである。請求項
２の発明では、こうして形成された質密体を、５〜３０
ｍｍの間隔で相対移動する壁間に導入する。そうする
と、上記の質密体は、その厚み方向の全域において、質
密化された素材中に剪断力が効果的に作用して相互粉砕
作用を行い、その結果、１０〜２００メッシュの粒径の
微粉末が得られる。なお、質密体の素材に対する体積比
を１／８〜１／１５とする理由、および、質密体の厚み
を５〜３０ｍｍとする理由は、上記と同様である。

【００２６】図２に、上記の請求項２の発明を実施する
ための装置例を示す。この装置は、コーン内面状の第一
部材４と、この第一部材４の内側の同一軸心をもつよう
に配置されたコーン外面状の第二部材５とを備える。第
一部材４の先端には、出口孔６が開けられている。ま
た、第一部材４の内面には、少なくともその先端側にお
いて凹凸７が設けられる。本実施例では、この凹凸７
は、螺旋突条によって形成されている。

【００２７】一方、第二部材５の外面には、螺旋突条８
が形成されている。この第二部材５の螺旋突条８は、第
一部材４と第二部材５の間の環状空間に導入された素材
を、螺旋送りによって先端出口側に送る機能と、上記空
間の先端側において、第一部材４側の凹凸７と協働し
て、これらの間で質密体となった素材に剪断力を与える
機能とをもつ。また、上記第一部材４と第二部材５は、
いずれか一方または双方が回転駆動され、相対的に共通
軸心周りに回転させられる。もちろん、この相対回転の
方向は、コーン外面状第二部材５の外面に設けた螺旋突
条８の螺旋の向きを勘案して、両部材４，５間に投入さ
れた素材が両者の相対回転にともなって出口側に送られ
るようにするべきはいうまでもない。

【００２８】上記第一部材４と第二部材５との間の環状
空間９は、その軸直角方向の断面積が、入口部付近（断
面ａ−ａ）に対して出口付近（断面ｂ−ｂ）が１／８〜
１／１５となるように設定される。さらに、上記環状空
間の出口付近の厚みは、５〜３０ｍｍに設定される。し
たがって、上記環状空間の入口部に投入された素材は、
両部材４，５の相対回転にともなって上記環状空間９の
出口部付近に送られる間に、体積比１／８〜１／１５に
圧縮され、その比重が真比重と同程度であるとともに、
厚みが５〜３０ｍｍの質密体となる。

【００２９】そして、この質密体は、第一部材４と第二
部材５の相対回転に起因して、その厚み方向全域に剪断
力および摩擦力が平均的に作用し、この剪断力により、
素材は効果的に微粉末状に破砕される。こうして得られ
た微粉末は、第一部材４の出口孔６から排出される。

【００３０】なお、第一部材４の内面に設けるべき凹凸
としての螺旋突条７の螺旋の向きを第二部材５の外面の
螺旋突条８の螺旋の向きと逆方向にしておくと、質密体
にひねり力をも与えることができ、質密化された素材中
に生じる剪断力にひねり力がくわわり、素材相互の粉砕
作用がより効果的に行われる。

【００３１】この装置は、図２から分かるように、きわ
めて簡単なものであり、設備コストはきわめて小さくて
すむ。そして、上記環状空間９の入口部に素材を連続投
入する限りにおいて、素材の微粉末化を連続して行うこ
とができる。

【００３２】以下に、本願発明の効果をより明瞭に示す
ため、実施例を示す。 （実施例１）素材として稲の籾殻を用い、図１の形態を
もつ圧縮成型機により、２００ｋｇ／ｃｍ² の圧力をも
って厚み３０ｍｍ、直径１００ｍｍの質密体を得た。こ
の場合の質密体の体積は、初期の１／１０となってい
た。次に、得られた質密体をスイングハンマーミル（竹
内鉄工所製Ｄ８１０型スイングハンマーミル）を用いて
粉砕したところ、表１に示す粒度分布を有する籾殻微粉
末が得られた。なお、籾殻単位処理量当たりの消費電力
は表２に示したとおりであった。

【００３３】（実施例２）素材として稲の籾殻を用い、
図２の形態をもつ装置によって素材の微粉末化を行っ
た。なお、第一部材と第二部材の環状空間の入口部、出
口部の断面積比を１／１２とし、かつこの環状空間の出
口部の厚みを２０ｍｍに設定した。この場合、環状空間
の出口部付近で形成される質密体は、初期の１／１２の
体積となっていると考えられる。また、素材に作用する
圧力は、図３から、最大３００ｋｇ／ｃｍ² を超えてい
ないと考えられる。その結果、表１に示したとおりの粒
度分布を有する籾殻微粉末が連続的に得られた。なお、
籾殻単位処理量当たりの消費電力は表２に示したとおり
であった。

【００３４】（比較例）素材として実施例１と同様の籾
殻を用い、特公昭６２−６１３４２号公報に示されてい
るのと同様の形態をもつ籾殻擂潰機（株式会社佐竹製作
所製ハスクマスターＳＨＣ４００Ｂ）を用いて粉砕後、
さらにスイングハンマーミル（竹内鉄工所製Ｄ８１０型
スイングハンマーミル）で粉砕した。得られた籾殻微粉
末の粒度分布を表１に示した。また、籾殻単位処理量当
たりの消費電力を表２に示した。

【００３５】

【表１】

【表２】

【００３６】表１および表２に示される実験結果から判
るように、本願発明によれば、粗いメッシュ（＞１８メ
ッシュ）の割合が比較例よりも少なくなっており、より
細かなメッシュの微粉末を得ることができる。比較例
は、擂潰機で粉砕した後、さらにスイングハンマーミル
で粉砕していることを勘案すれば、本願発明は、簡便な
処理により、きわめて優れた微粉末化作用を達成しうる
といえる。また、消費電力の面からみても、本願発明は
省電力が達成されていることが判る。

【図面の簡単な説明】

【図１】質密体を得るための圧縮成形機の一例の略示説
明図である。

【図２】本願発明装置の一例を示す略示構成図である。

【図３】素材に作用させる圧縮力と圧縮体積比との関係
を表すグラフである。

【符号の説明】

４ 第一部材 ５ 第二部材 ７ 凹凸 ８ 螺旋突条 ９ 環状空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 博介 兵庫県加古郡播磨町宮西346番地の１ 住 友精化株式会社第１研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硅酸質を含有する禾本科植物繊維質素材
   を微粉末化する方法であって、 (a) 上記素材を１／８〜１／１５の体積比に圧縮して厚
   み５〜３０ｍｍの質密体とするステップ、 (b) 上記質密体を、粉砕機によって粉砕するステップ、
   を含むことを特徴とする、植物繊維質素材の微粉末化方
   法。
2. 【請求項２】 硅酸質を含有する禾本科植物繊維質素材
   を微粉末化する方法であって、 (a) 上記素材を１／８〜１／１５の体積比に圧縮するこ
   とによって質密体とするステップ、 (b) 上記質密体を５〜３０ｍｍの間隔を隔てて相対移動
   する壁間に導入し、素材間に作用する剪断力および摩擦
   力によって素材を微粉末化するステップ、を含むことを
   特徴とする、植物繊維質素材の微粉末化方法。
3. 【請求項３】 硅酸質を含有する禾本科植物繊維質素材
   を微粉末化するための装置であって、 先端に出口孔を有するとともに少なくとも先端部内面に
   凹凸を備えるコーン内面状の第一部材と、 上記第一部材の内側に同一軸線をもつように配置される
   とともに上記第一部材に対して相対回転し、かつ、外面
   に螺旋突条を備えるコーン外面状の第二部材と、を備
   え、 上記第一部材の内面と上記第二部材の外面とで囲まれる
   環状空間の軸直角方向断面積は、基端側入口部に対して
   先端出口部が１／８〜１／１５に設定されており、か
   つ、上記環状空間の出口付近の厚みは５〜３０ｍｍに設
   定されており、 第一部材と第二部材との間の環状空間入口部に投入され
   た上記素材は、上記第二部材の外面の螺旋突条によって
   先端側に送られる間に体積比１／８〜１／１５であって
   厚み５〜３０ｍｍの質密体とされ、かつこの質密体は、
   上記環状空間の先端出口付近における第一部材と第二部
   材との相対回転に起因して素材間に作用する剪断力およ
   び摩擦力によって微粉末化され、出口孔から排出される
   ようにしたことを特徴とする、硅酸質を含有する禾本科
   植物繊維質素材の微粉末化装置。