造粒方法、粒状物及び造粒装置
【課題】樹脂及び硬化剤から粒状物を大量にかつ効率的に生産するのに適する造粒方法、粒状物及び造粒装置を提供する。
【解決手段】樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作る工程、該混合物を櫛部３１表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラム３０を回転させることにより該櫛部３１切欠内の混合物を掻き出し、区分物を作る工程、及び該区分物を固化する工程を含む造粒方法であって、該方法により得られる粒状物、並びに樹脂と硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置２０と、円筒状ドラム３０を有する区分装置と、区分物を収容するための収容部５０とを備えていることを特徴とする造粒装置。
【解決手段】樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作る工程、該混合物を櫛部３１表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラム３０を回転させることにより該櫛部３１切欠内の混合物を掻き出し、区分物を作る工程、及び該区分物を固化する工程を含む造粒方法であって、該方法により得られる粒状物、並びに樹脂と硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置２０と、円筒状ドラム３０を有する区分装置と、区分物を収容するための収容部５０とを備えていることを特徴とする造粒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂及び硬化剤から粒状物を効率よく生産するのに適する造粒方法、粒状物及び造粒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に固体の製品形状には、塊状、板状、フレーク状、粒状などがあり、それぞれの目的に応じて形状が選択されている。中でも、美観性や流動性、均一性を付与するなどの目的で製品の形状を粒状に加工することは、食品、医薬品、洗剤、バイオ等の幅広い分野で広く行われている。
【０００３】
造粒には数多くの方法が知られており、その一つとして例えば、原料が固化可能な流体などの場合において、該流体をノズルから重力等により滴下させ、滴下後固化させる方法であるノズル滴下法を挙げることができる。
【０００４】
このようなノズル滴下法を用いた装置として特許文献１には、光硬化性樹脂、重合開始剤、ゲル化する能力のある水溶性多糖類を含む液状組成物から粒状ゲルを製造する装置が開示されている。該装置によれば、連続生産と比較的長時間の光照射が可能であり硬化性に優れた粒状ゲルが得られ、該粒状ゲルは微生物担持体として優れた性能を発揮するものであるが、ノズル滴下法による造粒を行っていることから生産効率が高いとはいえず、また、原料が光硬化性樹脂であるため、光硬化するための工程及び設備を設けなければならないといった問題点があった。
【０００５】
ところで、ポリオールとポリイソシアネートの反応物であるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を水で架橋硬化させて得られる親水性ポリウレタン樹脂が、微生物担持体等に使用できることは公知である。例えば特許文献２には、ポリイソシアネートと、特定割合のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドのランダム共重合体を７０重量％以上含む液状ポリオールとの反応物である末端イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を、重量比で該樹脂１に対して９を超える量の水の存在下で、架橋硬化せしめて得られる含水ポリウレタンゲルが開示されている。
【０００６】
しかしながら、このような含水ポリウレタンゲルの製造においては、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂と水を混合させた時に、混合物の粘度が著しく上昇するために固化するまでの時間が数１０秒と短く、取り扱いが不便であるという問題があった。また、この混合物を上記したノズル滴下法により造粒すると、ノズルが詰まる又は得られた粒状物に糸引きが発生する等の現象が起こることがあり、この原料から均一な粒状物を連続的に大量生産することは困難であった。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ９７／１９９７８号パンフレット
【特許文献２】ＷＯ０１／８１４４２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、樹脂及び硬化剤から粒状物を大量にかつ効率的に生産するのに適する造粒方法、粒状物及び造粒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち本発明は、
１． 樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作成する工程、該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、を含む造粒方法、
２． 内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに、樹脂及び硬化剤を含む被混合物を導入し、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合物を作成する工程、
該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、
を含む造粒方法、
３． 区分物を液状媒体中に滴下することを特徴とする１項または２項に記載の造粒方法、
４． 樹脂がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって、硬化剤が水であることを特徴とする１項ないし３項のいずれか１項に記載の造粒方法、
５． 被混合物が、水溶性多糖類をさらに含む１項ないし４項のいずれか１項に記載の造粒方法、
６． 液状媒体が、金属イオンを含有する水性媒体である３項ないし５項のいずれか１項に記載の造粒方法、
７． １項ないし６項のいずれか１項に記載の造粒方法により得られる粒状物、
８． 樹脂及び硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置と、
櫛部と該櫛部切欠部を通過可能な複数の突起部を表面に有する回転可能な円筒状ドラムを有する区分装置と、区分物を収容するための収容部とを備えていることを特徴とする造粒装置、
９． 複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることを特徴とする８項に記載の造粒装置、
１０． 円筒状ドラムより下に配置され、区分物を収容部へ移動させるための搬送部をさらに備えていることを特徴とする８項または９項に記載の造粒装置、
１１． 搬送部が、円筒状ドラムの軸方向に対して垂直方向に移動するコンベヤベルトである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１２． 搬送部が、らせん状部材を有するものである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１３． 搬送部が、傾斜部材を有するものである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１４． 収容部及び／又は搬送部が液状媒体を備えていることを特徴とする８項ないし１３項のいずれか１項に記載の造粒装置、
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の造粒方法によれば、樹脂及び硬化剤を含む被混合物により作成された混合物を、複数の突起部を備えた円筒状ドラムを備えた区分装置を用いて区分することにより、混合により著しく粘度が上昇するような場合でも短時間で大量に所望の大きさに区分することができ、該区分物を固化することにより、粒状物を効率よく生産することができる。
【００１１】
樹脂としてイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を、硬化剤として水を使用する請求項４に記載の造粒方法によれば、粒状物を大量に生産することができ、しかも得られる粒状物は、弾性に優れ圧縮強度が良好であり、また、比表面積が高いことから、例えば微生物担体として優れた性能を発揮することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における粒状物としては、肉眼で確認できる程度の大きさであり、形状としては、球状であることが望ましいが、上下左右の長さに釣り合いがとれていなくてもよく、扁平な球状、歪んだ球状であってもよい。かかる粒状物の平均粒子径としては、２〜１５ｍｍ、特に３〜１０ｍｍの範囲内であることができる。ここでいう平均粒子径とは、粒状物の中心を通る線分の平均値とする。
【００１３】
被混合物
本発明の造粒方法において、粒状物の原料となる被混合物としては、樹脂及び硬化剤を含むものである。
【００１４】
上記樹脂としては架橋官能基を有している樹脂であることが望ましく、例えば、水酸基含有アクリル樹脂、水酸基含有ポリエステル樹脂等の水酸基含有樹脂；エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有エポキシ樹脂；イソシアネート基含有アクリル樹脂、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂、アルコキシシリル基含有アクリル樹脂、アルコキシシリル基含有シリコン樹脂等の湿気硬化型樹脂；アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の酸化硬化型樹脂等を挙げることができる。これら樹脂と組み合わせるための硬化剤としては、上記樹脂に含まれる官能基と反応可能な官能基を分子中に２個以上有する化合物を挙げることができ、例えば、ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、ポリアミン、水等を挙げることができる。
【００１５】
本発明の造粒方法において、得られる粒状物の圧縮強度の点から、上記樹脂としてはイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって硬化剤としては水であることができる。
【００１６】
上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂としては、ポリイソシアネートとポリオールを反応させることにより得られるものを挙げることができる。
【００１７】
ポリイソシアネートとしては、１分子中に平均２個以上、好ましくは２〜４個のイソシアネート基を含有する数平均分子量１００〜２，０００程度の化合物を好適に使用できる。
【００１８】
本明細書において、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した数平均分子量をポリスチレンの数平均分子量を基準にして換算した値である。カラムは、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−４０００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−３０００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−２５００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−２０００Ｈ×Ｌ」（いずれも東ソー（株）社製、商品名）の４本を用い、移動相；テトラヒドロフラン、測定温度；４０℃、流速；１ｃｃ／分、検出器；ＲＩの条件で行ったものである。
【００１９】
上記ポリイソシアネートの具体例としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の如き脂肪族ジイソシアネート類；水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の如き環状脂肪族ジイソシアネート類；トリレンジイソシアネート、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート等の如き芳香族ジイソシアネート類等の有機ジイソシアネート類、又はこれら有機ジイソシアネート類と多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂、水等との付加物、あるいは上記有機ジイソシアネート類同志の環化重合体、更には上記有機ジイソシアネート類のイソシアヌレート・ビウレット体等が挙げられる。
【００２０】
上記ポリイソシアネートの代表的な市販品としては、例えば、「バーノックＤ−７５０」、「バーノック−８００」、「バーノックＤＮ−９５０」、「バーノック−９７０」、「バーノック１５−４５５」（以上、大日本インキ化学工業（株）製、商品名）、「デスモジュールＬ」、「デスモジュールＮ」、「デスモジュールＨＬ」、「デスモジュールＩＬ」、「デスモジュールＮ３３９０」（以上、ドイツ国バイエル社製、商品名）、「タケネートＤ−１０２」、「タケネート−２０２」、「タケネート−１１０Ｎ」、「タケネート−１２３Ｎ」（以上、武田薬品工業（株）製、商品名）、「コロネートＬ」、「コロネートＨＬ」、「コロネートＥＨ」、「コロネート２０３」（以上、日本ポリウレタン工業（株）製、商品名）、「デュラネート２４Ａ−９０ＣＸ」（旭化成工業（株）製、商品名）等が挙げられる。
【００２１】
上記ポリオールとしては、常温で低粘度の液体であると、取り扱い易く、又親水性の度合いの調整が容易であるので、好ましい。該ポリオールとしては、具体的には、例えば、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体、この共重合体の製造時又は製造後に下記低分子ポリオールを付加させたもの、この共重合体に該低分子ポリオールを混合したもの、この共重合体にポリアルキレングリコールを混合したもの等を使用することができる。
【００２２】
上記低分子ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，２−ブタンジオール、３−メチル−１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，４−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、２，３−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、３−メチル−４，３−ペンタンジオール、３−メチル−４，５−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，５−ヘキサンジオール、１，４−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等のジオール類；グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリメチロールメタン、ジグリセリン、トリグリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニット等の３価以上のアルコール等が挙げられる。
【００２３】
ポリイソシアネートと反応させる前記ポリオールとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを重量比でエチレンオキサイド／プロピレンオキサイド＝５０／５０〜９０／１０、好ましくは５０／５０〜８０／２０の割合で共重合させてなる共重合体、特にランダム共重合体を７０〜１００重量％、特に８０〜１００重量％含むものであることが好ましい。該ランダム共重合は、直鎖状であっても、分岐鎖状であっても良い。
【００２４】
上記ポリイソシアネートとポリオールとの反応物であるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂は、ポリオール中の水酸基に対してポリイソシアネート中のイソシアネート基が過剰になるように、通常ポリオール中の水酸基１モルに対してポリイソシアネート中のイソシアネート基が約１．０１〜２モル程度、好ましくは約１．１〜２モルの範囲になる割合にて配合し、通常、１０℃以上、好ましくは２０〜２００℃で、数分〜数時間程度反応させて合成される。得られた樹脂は、通常、透明な固体又は高粘度液状の樹脂である。
【００２５】
このようにして得られるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂の数平均分子量は、特に限定されないが、通常、１，０００〜１００，０００、好ましくは２，０００〜８，０００の範囲であるのが良い。
【００２６】
本発明の造粒方法においては、上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂の硬化剤として水を使用することが望ましい。
【００２７】
上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂と水の配合割合としては、造粒性、得られる粒状物の弾性率や比表面積を広くする等の目的から、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂固形分／水の重量比で３／９７〜２０／８０、好ましくは４／９６〜１５／８５の範囲内であることが望ましい。
【００２８】
本発明においては、形成される粒状物と後述の金属イオン含有水溶液とを接触させることにより、該粒状物を水に不溶性または難溶性のゲルに変化させることができることから、上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂及び水を含む被混合物がさらに水溶性多糖類を含むことが望ましい。
【００２９】
上記水溶性多糖類としては、一般に約３，０００〜約２，０００，０００の範囲内の数平均分子量を有し、通常少なくとも約１０ｇ／ｌ（２５℃）の溶解度を示すものが好適に使用される。
【００３０】
かかる特性を持つ水溶性多糖類の具体例には、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン等を挙げることができ、単独もしくは２種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
被混合物が、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂、水及び上記水溶性多糖類を含有する場合における上記水溶性多糖類の添加量としては、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂１００重量部に対して０．５〜１５重量部、好ましくは１〜８重量部の範囲内であることが、ゲルの性状を損なうことなく安定な粒状物とすることができ、望ましい。
【００３２】
本発明における上記被混合物には、顔料、中空粒子等の比重調整材、硬化触媒、有機溶剤、添加剤等を必要に応じて適宜包含させることができる。
【００３３】
混合工程
本発明の造粒方法において、上記樹脂及び硬化剤を含む被混合物は混合され、混合物が形成される。本明細書において混合物とは、被混合物が実質的に均一な状態に混合され、且つ流動可能な状態である物を意味する。
【００３４】
混合方法としては、振動式、回転式、超音波式、スタティック式等従来公知の方法を使用することができる。
【００３５】
本発明の造粒方法において、樹脂及び硬化剤を含む被混合物は、粘度が急激に上昇する前に混合することが可能な点から、内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに導入され、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合されることが望ましい。
【００３６】
攪拌体の振動数としては、被混合物の種類に応じて調整することができ、具体的には、５〜１００Ｈｚ、特に１５〜６０Ｈｚであることができ、ケーシング内における滞留時間としては、例えば３〜２０秒、好ましくは５〜１５秒の範囲内とすることができる。
【００３７】
上記方法により混合された混合物の粘度としては、樹脂及び硬化剤の種類や目的とする粒状物の粒子径により調整することができるが、後述の区分工程を円滑に進行させる目的から、一般に５０〜３０００ｍＰａ・ｓ、特に１００〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲内となるようにすることが望ましい。
【００３８】
上記粘度としては、混合終了直後の試料を３００ｍｌ採取し、１０℃になるように調整し、ブルックフィールド型粘度計にてＮＯ．３ロータ、３０ｒｐｍの条件で測定した値とする。ここで、試料を３００ｍｌ採取してから、粘度測定を開始するまでの時間が３０秒になるように調整する。
【００３９】
また、混合工程の間に混合物の粘度が急激に上昇するのを抑制するために、必要に応じてケーシング内の温度を調整することが望ましい。
【００４０】
例えば、被混合物がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂及び水を含む場合は、ケーシング内の温度を３〜２０℃、特に５〜１５℃の範囲内となるように調整するのがよい。
【００４１】
上記混合工程によれば、粘度が大きく異なる２種以上の材料を含む被混合物も短時間で均一な状態に混合することが可能である。
【００４２】
区分工程
本発明の造粒方法においては、櫛部表面に上記混合物を供給し、該櫛部の切欠内に溜められた混合物を、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する。
【００４３】
区分工程において、上記櫛部の切欠内に溜められた混合物は、円筒状ドラムの回転により突起部が切欠を通過する際に該突起部表面に付着する。該突起部に付着した混合物は、円筒状ドラムの回転につれて突起物が下方に移動すると共に遠心力及び重力の作用を受けて、後述の搬送部又は収容部に滴下されることができる。
【００４４】
上記各突起部の形状、大きさ、配列としては、特に制限されるものではなく、上記混合物の組成及び粒状物の目的粒子径に応じて適宜調整することができる。
【００４５】
本発明においては、区分物の均一性の点から、上記複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることが望ましい。
【００４６】
本発明においては、適度な遠心力を生じさせる点から、上記突起部を除いた円筒部の外径としては５．０〜２０．０ｃｍ、好ましくは７．０〜１５．０ｃｍの範囲内、円筒部長さとしては１０〜２００ｃｍ、好ましくは３０〜１００ｃｍの範囲内が適している。また、回転速度としては、５〜１００ｒｐｍ、好ましくは１０〜６０ｒｐｍの範囲内であることが適している。
【００４７】
液状媒体
上記区分工程で得られた混合物の区分物は固化される。固化は区分物が収容部又は搬送部に滴下される間、或いは後述の搬送工程の間に行うことができ、樹脂及び硬化剤の種類や目的とする粒径に応じて、適宜行うことができる。固化条件としては、常温で行ってもよいし、加熱、光照射等を行って固化させてもよい。本発明の造粒方法においては、最終的に得られる粒状物をより球状にするために、区分物を液状媒体中に滴下することにより固化することが望ましい。
【００４８】
ここでいう液状媒体とは、水性媒体、油性媒体、両者の混合物のいずれであってもよく、必要に応じて区分物の固化を促進する物質等を含んでいてもよい。
【００４９】
例えば上記被混合物が、水溶性多糖類を含む場合は、上記液状媒体が金属イオンを含有する水性媒体であることが望ましい。
【００５０】
上記水溶性多糖類が、カラギーナンの場合は、金属イオンとしてカリウムイオン、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンであることが望ましく、また、アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、金属イオンとしてマグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、アルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等から選ばれる少なくとも１種の多価金属イオンであることが望ましい。
【００５１】
上記水溶性多糖類を含む区分物が水性媒体中で金属イオンと接触したときに、水溶性多糖類が水に不溶性または難溶性のゲルに変化し、得られる粒状物の安定性を向上させることができる。上記ゲル化が起こる金属イオンの濃度は水溶性多糖類の種類等により異なるが、一般には０．０１〜５ｍｏｌ／lの範囲であることが望ましい。
【００５２】
搬送工程
本発明の造粒方法において、上記区分工程により得られた区分物を必要に応じて搬送部により搬送することができる。搬送工程の間に区分物を固化することもでき、収容部に収容された粒状物の貯蔵安定性を良好に保つのに役立てることができる。搬送部は、円筒状ドラムより下に配置されており、最終的に得られる粒状物の形状をより球状にさせる目的から、円筒状ドラムにおける鉛直下方向を向いている突起部の先端から、搬送部表面までの距離が２０〜７００ｍｍ、好ましくは７０〜２００ｍｍの範囲内となるように配置されていることが望ましい。
【００５３】
上記搬送部の形態としては特に制限されるものでなく、例えばコンベヤベルト状、らせん状、傾斜状等を適宜選択することができ、また、区分物が搬送部表面に直接接触し、該表面により例えば平坦状に成型されることを抑制する目的から、上記搬送部が前記液状媒体を備えていることが望ましい。
【００５４】
収容工程
前記区分工程により区分された区分物は、必要に応じて上記搬送部を経由して、順次収容される。収容部の形状、大きさは制限はなく適宜選択できる。収容部は、上記円筒状ドラム又は搬送部より下に配置されている。搬送部を介することなく収容部を円筒状ドラムの下に配置させる場合は、最終的に得られる粒状物の形状をより球状にさせる目的から、円筒状ドラムにおける鉛直下方向を向いている突起部の先端から、収容部表面までの距離が２０〜７００ｍｍ、好ましくは７０〜２００ｍｍの範囲内となるように配置されていることが望ましい。また、区分物が収容部表面に直接接触し、該表面により例えば平坦状に成型されることを抑制する目的から、上記収容部が前記液状媒体を備えていることが望ましい。区分工程から搬送工程を経ることなく収容工程に移行する場合は、収容部の容量を大きくし、内部に液状媒体を多く設けることで、区分物を固化することができ、粒状物同士の凝集を抑制することも可能である。
【００５５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の一例を説明する。
【００５６】
図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。図２は振動式攪拌混合機の断面図の概略図である。図３は、櫛部斜視図の概略図である。図４は、円筒状ドラム斜視図の概略図である。図５及び図６は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【００５７】
図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。
【００５８】
図１において、原料タンクＡには樹脂として液状のポリウレタン樹脂（注１）、原料タンクＢには硬化剤としての水と水溶性多糖類の混合物である０．５％アルギン酸ナトリウム水溶液（注２）が封入されており、重量比で（Ａ）／（Ｂ）＝９／９１となるようにポンプなどの送液手段により供給路１Ａ及び供給路１Ｂを経て、振動式攪拌混合機２０に夫々の原料が供給される。該混合機２０にて振動数２０ＨＺ、滞留時間８秒、温度が１０℃となる条件で攪拌混合され得られた混合物１０は、本明細書記載の前記方法に準じて測定したところ、８００ｍＰａ・ｓの粘度を有していた。次いで混合物１０は、櫛部３１表面に供給される。該櫛部３１の切欠に溜められた混合物１０は、一回の回転速度、例えば２０ｒｐｍの回転速度で図１に示す方向で回転している円筒状ドラム３０表面に有する突起部３２に掻き出されることにより区分され、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が下方を向いたときに突起部３２の先端からコンベヤベルト４０上に設けられた媒体層４１上に滴下する。
【００５９】
コンベヤベルト４０は、円筒状ドラム３０から収容タンク５０の方向へ、例えば円筒状ドラムの回転速度と同じ速度で移動している。ベルト４０上には３％塩化カルシウム水溶液による高さ５ｃｍの媒体層４１が設けられている。また、コンベヤベルト４０は、円筒状ドラム３０の下に配置されており、コンベヤベルト４０の表面と、鉛直下方向を向いた突起部先端部との距離が１５０ｍｍである。ここで、円筒状ドラムの大きさ、突起部の形状、大きさ、円筒状ドラムとコンベヤベルトの距離等は適宜変更可能である。
【００６０】
媒体層４１に滴下された区分物は、コンベヤベルト４０による搬送の間にゲル化反応が進行していき、球状ゲルとすることができる。得られた球状の粒状ゲルは、平均粒子径が７ｍｍであり、内部に３％塩化カルシウム水溶液を有する収容タンク５０に、メッシュ５１を経由したのち、収容される。ここで容器５０中の液体が増加した場合には、ポンプなどによりくみ出してコンベヤベルト４０上に送液し、循環使用することができる。
【００６１】
（注１）ポリウレタン樹脂（「ＨＸ−６Ｘ６１−１」、製品名、第一工業製薬社製、粘度３０，０００ｍＰａ・ｓ、ジフェニルメタンジイソシアネートをポリイソシアネート成分とし、エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド＝８０／２０のランダム共重合体をポリオール成分とする反応生成物であるイソシアネート基を両末端に有するポリイソシアネート、数平均分子量約３０００
（注２）アルギン酸ナトリウム水溶液：粘度３０ｍＰａ・ｓ。
【００６２】
図２は、振動式攪拌混合機を示す断面図の概略図である。
【００６３】
図２において振動式攪拌混合機２０は、内部に被混合物を流通させる流通路が設けられた管状のケーシング２１と、該ケーシング２１内に配置され、モーター（図示せず）に接続された軸部２２１と、該軸部の周囲に取り付けられたらせん状の攪拌羽根２２２とからなる攪拌体２２とを有している。また、ケーシング２１の下方には被混合物の流入口（図示せず）が、上方には混合された混合物を吐出する吐出口（図示せず）が設けられている。
【００６４】
前記原料タンクＡ及びＢ内の原料は、夫々流入口から圧入されてケーシング２１内を通り吐出口から吐出される。ケーシング２１の内部は仕切板２４により５部屋に区画されている。ケーシング２１内に挿入配置された攪拌体２２における振動源（図示せず）に連結された駆動軸２２１の駆動により、攪拌体２２がケーシング２１の長手方向に上下に振動し、被混合物がケーシング２１の内部に流通された状態で攪拌混合がされる。攪拌体２２は、前記軸部２２１と、この軸部２２１の周囲に取付けられたらせん状の攪拌羽根２２２とからなり、その上下振動により強力な渦流を起こし、ケーシング２１内の被混合物の攪拌混合を好適に行うことができる。
【００６５】
図３は櫛部３１の斜視図の概略図である。
【００６６】
櫛部３１は、円筒状ドラム３０の長さとほぼ同じ長さを有しており、均一に配列した複数の歯３３を有している。歯と歯の間の切欠３４は、円筒状ドラム３０の長さ方向の一列分の突起部３２の個数と同数個あり、個々の切欠３４は、円筒状ドラム３０の突起部３２が通過できるような形状をしている。
【００６７】
図４は円筒状ドラム３０の斜視図の概略図である。
【００６８】
図４において、円筒状ドラム３０は、外皮表面全体にわたって突起部３２が備えられた構造をしている。ここで、各突起部３２は、円筒状ドラム３０に接している面が５ｍｍの正方形状であり、該正方形の一辺を底辺とし、高さが７ｍｍの三角形を側面とする三角柱状の形状をしている。
【００６９】
かかる三角柱状の突起部３２は、円筒状ドラム３０の軸方向に三角形の面を向けて円筒状ドラム３０外皮の周方向に沿って均一に配置されている。該周方向に配列された突起部３１が環状に連なってできた突起部３１群は、円筒状ドラム３０の軸方向に沿って均一に間隔３５を置いて配置されている。間隔３５は櫛部３１の歯の個数より２少ない個数を有しており、図４に示すように櫛部３１を円筒状ドラム３０に装着することができる。
【００７０】
図４では突起部３２の数を略したものとなっているが、本実施形態では突起部３１は、円筒状ドラム３０の周方向に３２分割する位置に、円筒状ドラム３０の長さ方向に７２個配列している。
【００７１】
櫛部３１表面に供給された混合物１０は、櫛部３１の切欠３４に流入し、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が櫛部３１を通過するときに区分され、円周方向に隣接する突起部３２から形成される谷３６の表面に付着し、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が下方を向いたときに、突起部３２の先端から滴下する。
【００７２】
図５は、本発明に用いられる搬送部の別の一例を示す概略図である。
【００７３】
図５において、らせん状部材４２は３％塩化カルシウム水溶液による液状媒体層（図示せず）を設けている。円筒状ドラム３０により区分された混合物１０は、らせん状部材４２上に設けられた媒体層中に滴下され、部材４２を通過中に、区分物自体を回転させることができ、球状化することができる。また、省スペース型でありながら区分物と塩化カルシウム水溶液との接触時間を長くすることができ、十分にゲル化することができる。
【００７４】
図６は、本発明に用いられる搬送部の別の一例を示す概略図である。
【００７５】
傾斜部材４３は、３％塩化カルシウム水溶液による媒体層（図示せず）を備え、下り勾配に傾斜しており、複数の平面が傾斜角度を有して互いに向かい合って配置されている。円筒状ドラム３０により区分された混合物１０は、部材４３を通過することにより、球状化、ゲル化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。
【図２】図２は振動式攪拌混合機の断面図の概略図である。
【図３】図３は、櫛部斜視図の概略図である。
【図４】図４は、円筒状ドラム斜視図の概略図である。
【図５】図５は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【図６】図６は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 混合物
２０ 振動式攪拌混合機
２１ ケーシング
２２ 攪拌体
２２１ 軸部
２２２ 攪拌羽根
２３ 仕切り板
３０ 円筒状ドラム
３１ 櫛部
３２ 突起部
３３ 歯
３４ 切欠
３５ 間隔
３６ 谷
４０ コンベヤベルト
４１ 媒体層
４２ らせん状部材
４３ 傾斜部材
５０ 収容タンク
５１ メッシュ
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂及び硬化剤から粒状物を効率よく生産するのに適する造粒方法、粒状物及び造粒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に固体の製品形状には、塊状、板状、フレーク状、粒状などがあり、それぞれの目的に応じて形状が選択されている。中でも、美観性や流動性、均一性を付与するなどの目的で製品の形状を粒状に加工することは、食品、医薬品、洗剤、バイオ等の幅広い分野で広く行われている。
【０００３】
造粒には数多くの方法が知られており、その一つとして例えば、原料が固化可能な流体などの場合において、該流体をノズルから重力等により滴下させ、滴下後固化させる方法であるノズル滴下法を挙げることができる。
【０００４】
このようなノズル滴下法を用いた装置として特許文献１には、光硬化性樹脂、重合開始剤、ゲル化する能力のある水溶性多糖類を含む液状組成物から粒状ゲルを製造する装置が開示されている。該装置によれば、連続生産と比較的長時間の光照射が可能であり硬化性に優れた粒状ゲルが得られ、該粒状ゲルは微生物担持体として優れた性能を発揮するものであるが、ノズル滴下法による造粒を行っていることから生産効率が高いとはいえず、また、原料が光硬化性樹脂であるため、光硬化するための工程及び設備を設けなければならないといった問題点があった。
【０００５】
ところで、ポリオールとポリイソシアネートの反応物であるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を水で架橋硬化させて得られる親水性ポリウレタン樹脂が、微生物担持体等に使用できることは公知である。例えば特許文献２には、ポリイソシアネートと、特定割合のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドのランダム共重合体を７０重量％以上含む液状ポリオールとの反応物である末端イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を、重量比で該樹脂１に対して９を超える量の水の存在下で、架橋硬化せしめて得られる含水ポリウレタンゲルが開示されている。
【０００６】
しかしながら、このような含水ポリウレタンゲルの製造においては、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂と水を混合させた時に、混合物の粘度が著しく上昇するために固化するまでの時間が数１０秒と短く、取り扱いが不便であるという問題があった。また、この混合物を上記したノズル滴下法により造粒すると、ノズルが詰まる又は得られた粒状物に糸引きが発生する等の現象が起こることがあり、この原料から均一な粒状物を連続的に大量生産することは困難であった。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ９７／１９９７８号パンフレット
【特許文献２】ＷＯ０１／８１４４２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、樹脂及び硬化剤から粒状物を大量にかつ効率的に生産するのに適する造粒方法、粒状物及び造粒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち本発明は、
１． 樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作成する工程、該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、を含む造粒方法、
２． 内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに、樹脂及び硬化剤を含む被混合物を導入し、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合物を作成する工程、
該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、
を含む造粒方法、
３． 区分物を液状媒体中に滴下することを特徴とする１項または２項に記載の造粒方法、
４． 樹脂がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって、硬化剤が水であることを特徴とする１項ないし３項のいずれか１項に記載の造粒方法、
５． 被混合物が、水溶性多糖類をさらに含む１項ないし４項のいずれか１項に記載の造粒方法、
６． 液状媒体が、金属イオンを含有する水性媒体である３項ないし５項のいずれか１項に記載の造粒方法、
７． １項ないし６項のいずれか１項に記載の造粒方法により得られる粒状物、
８． 樹脂及び硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置と、
櫛部と該櫛部切欠部を通過可能な複数の突起部を表面に有する回転可能な円筒状ドラムを有する区分装置と、区分物を収容するための収容部とを備えていることを特徴とする造粒装置、
９． 複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることを特徴とする８項に記載の造粒装置、
１０． 円筒状ドラムより下に配置され、区分物を収容部へ移動させるための搬送部をさらに備えていることを特徴とする８項または９項に記載の造粒装置、
１１． 搬送部が、円筒状ドラムの軸方向に対して垂直方向に移動するコンベヤベルトである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１２． 搬送部が、らせん状部材を有するものである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１３． 搬送部が、傾斜部材を有するものである８項ないし１０項のいずれか１項に記載の造粒装置、
１４． 収容部及び／又は搬送部が液状媒体を備えていることを特徴とする８項ないし１３項のいずれか１項に記載の造粒装置、
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の造粒方法によれば、樹脂及び硬化剤を含む被混合物により作成された混合物を、複数の突起部を備えた円筒状ドラムを備えた区分装置を用いて区分することにより、混合により著しく粘度が上昇するような場合でも短時間で大量に所望の大きさに区分することができ、該区分物を固化することにより、粒状物を効率よく生産することができる。
【００１１】
樹脂としてイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂を、硬化剤として水を使用する請求項４に記載の造粒方法によれば、粒状物を大量に生産することができ、しかも得られる粒状物は、弾性に優れ圧縮強度が良好であり、また、比表面積が高いことから、例えば微生物担体として優れた性能を発揮することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における粒状物としては、肉眼で確認できる程度の大きさであり、形状としては、球状であることが望ましいが、上下左右の長さに釣り合いがとれていなくてもよく、扁平な球状、歪んだ球状であってもよい。かかる粒状物の平均粒子径としては、２〜１５ｍｍ、特に３〜１０ｍｍの範囲内であることができる。ここでいう平均粒子径とは、粒状物の中心を通る線分の平均値とする。
【００１３】
被混合物
本発明の造粒方法において、粒状物の原料となる被混合物としては、樹脂及び硬化剤を含むものである。
【００１４】
上記樹脂としては架橋官能基を有している樹脂であることが望ましく、例えば、水酸基含有アクリル樹脂、水酸基含有ポリエステル樹脂等の水酸基含有樹脂；エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有エポキシ樹脂；イソシアネート基含有アクリル樹脂、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂、アルコキシシリル基含有アクリル樹脂、アルコキシシリル基含有シリコン樹脂等の湿気硬化型樹脂；アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の酸化硬化型樹脂等を挙げることができる。これら樹脂と組み合わせるための硬化剤としては、上記樹脂に含まれる官能基と反応可能な官能基を分子中に２個以上有する化合物を挙げることができ、例えば、ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、ポリアミン、水等を挙げることができる。
【００１５】
本発明の造粒方法において、得られる粒状物の圧縮強度の点から、上記樹脂としてはイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって硬化剤としては水であることができる。
【００１６】
上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂としては、ポリイソシアネートとポリオールを反応させることにより得られるものを挙げることができる。
【００１７】
ポリイソシアネートとしては、１分子中に平均２個以上、好ましくは２〜４個のイソシアネート基を含有する数平均分子量１００〜２，０００程度の化合物を好適に使用できる。
【００１８】
本明細書において、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した数平均分子量をポリスチレンの数平均分子量を基準にして換算した値である。カラムは、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−４０００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−３０００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−２５００Ｈ×Ｌ」、「ＴＳＫｇｅｌ Ｇ−２０００Ｈ×Ｌ」（いずれも東ソー（株）社製、商品名）の４本を用い、移動相；テトラヒドロフラン、測定温度；４０℃、流速；１ｃｃ／分、検出器；ＲＩの条件で行ったものである。
【００１９】
上記ポリイソシアネートの具体例としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の如き脂肪族ジイソシアネート類；水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の如き環状脂肪族ジイソシアネート類；トリレンジイソシアネート、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート等の如き芳香族ジイソシアネート類等の有機ジイソシアネート類、又はこれら有機ジイソシアネート類と多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂、水等との付加物、あるいは上記有機ジイソシアネート類同志の環化重合体、更には上記有機ジイソシアネート類のイソシアヌレート・ビウレット体等が挙げられる。
【００２０】
上記ポリイソシアネートの代表的な市販品としては、例えば、「バーノックＤ−７５０」、「バーノック−８００」、「バーノックＤＮ−９５０」、「バーノック−９７０」、「バーノック１５−４５５」（以上、大日本インキ化学工業（株）製、商品名）、「デスモジュールＬ」、「デスモジュールＮ」、「デスモジュールＨＬ」、「デスモジュールＩＬ」、「デスモジュールＮ３３９０」（以上、ドイツ国バイエル社製、商品名）、「タケネートＤ−１０２」、「タケネート−２０２」、「タケネート−１１０Ｎ」、「タケネート−１２３Ｎ」（以上、武田薬品工業（株）製、商品名）、「コロネートＬ」、「コロネートＨＬ」、「コロネートＥＨ」、「コロネート２０３」（以上、日本ポリウレタン工業（株）製、商品名）、「デュラネート２４Ａ−９０ＣＸ」（旭化成工業（株）製、商品名）等が挙げられる。
【００２１】
上記ポリオールとしては、常温で低粘度の液体であると、取り扱い易く、又親水性の度合いの調整が容易であるので、好ましい。該ポリオールとしては、具体的には、例えば、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体、この共重合体の製造時又は製造後に下記低分子ポリオールを付加させたもの、この共重合体に該低分子ポリオールを混合したもの、この共重合体にポリアルキレングリコールを混合したもの等を使用することができる。
【００２２】
上記低分子ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、１，２−ブタンジオール、３−メチル−１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，４−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、２，３−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、３−メチル−４，３−ペンタンジオール、３−メチル−４，５−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，５−ヘキサンジオール、１，４−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等のジオール類；グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリメチロールメタン、ジグリセリン、トリグリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニット等の３価以上のアルコール等が挙げられる。
【００２３】
ポリイソシアネートと反応させる前記ポリオールとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを重量比でエチレンオキサイド／プロピレンオキサイド＝５０／５０〜９０／１０、好ましくは５０／５０〜８０／２０の割合で共重合させてなる共重合体、特にランダム共重合体を７０〜１００重量％、特に８０〜１００重量％含むものであることが好ましい。該ランダム共重合は、直鎖状であっても、分岐鎖状であっても良い。
【００２４】
上記ポリイソシアネートとポリオールとの反応物であるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂は、ポリオール中の水酸基に対してポリイソシアネート中のイソシアネート基が過剰になるように、通常ポリオール中の水酸基１モルに対してポリイソシアネート中のイソシアネート基が約１．０１〜２モル程度、好ましくは約１．１〜２モルの範囲になる割合にて配合し、通常、１０℃以上、好ましくは２０〜２００℃で、数分〜数時間程度反応させて合成される。得られた樹脂は、通常、透明な固体又は高粘度液状の樹脂である。
【００２５】
このようにして得られるイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂の数平均分子量は、特に限定されないが、通常、１，０００〜１００，０００、好ましくは２，０００〜８，０００の範囲であるのが良い。
【００２６】
本発明の造粒方法においては、上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂の硬化剤として水を使用することが望ましい。
【００２７】
上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂と水の配合割合としては、造粒性、得られる粒状物の弾性率や比表面積を広くする等の目的から、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂固形分／水の重量比で３／９７〜２０／８０、好ましくは４／９６〜１５／８５の範囲内であることが望ましい。
【００２８】
本発明においては、形成される粒状物と後述の金属イオン含有水溶液とを接触させることにより、該粒状物を水に不溶性または難溶性のゲルに変化させることができることから、上記イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂及び水を含む被混合物がさらに水溶性多糖類を含むことが望ましい。
【００２９】
上記水溶性多糖類としては、一般に約３，０００〜約２，０００，０００の範囲内の数平均分子量を有し、通常少なくとも約１０ｇ／ｌ（２５℃）の溶解度を示すものが好適に使用される。
【００３０】
かかる特性を持つ水溶性多糖類の具体例には、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン等を挙げることができ、単独もしくは２種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
被混合物が、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂、水及び上記水溶性多糖類を含有する場合における上記水溶性多糖類の添加量としては、イソシアネート基含有ポリウレタン樹脂１００重量部に対して０．５〜１５重量部、好ましくは１〜８重量部の範囲内であることが、ゲルの性状を損なうことなく安定な粒状物とすることができ、望ましい。
【００３２】
本発明における上記被混合物には、顔料、中空粒子等の比重調整材、硬化触媒、有機溶剤、添加剤等を必要に応じて適宜包含させることができる。
【００３３】
混合工程
本発明の造粒方法において、上記樹脂及び硬化剤を含む被混合物は混合され、混合物が形成される。本明細書において混合物とは、被混合物が実質的に均一な状態に混合され、且つ流動可能な状態である物を意味する。
【００３４】
混合方法としては、振動式、回転式、超音波式、スタティック式等従来公知の方法を使用することができる。
【００３５】
本発明の造粒方法において、樹脂及び硬化剤を含む被混合物は、粘度が急激に上昇する前に混合することが可能な点から、内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに導入され、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合されることが望ましい。
【００３６】
攪拌体の振動数としては、被混合物の種類に応じて調整することができ、具体的には、５〜１００Ｈｚ、特に１５〜６０Ｈｚであることができ、ケーシング内における滞留時間としては、例えば３〜２０秒、好ましくは５〜１５秒の範囲内とすることができる。
【００３７】
上記方法により混合された混合物の粘度としては、樹脂及び硬化剤の種類や目的とする粒状物の粒子径により調整することができるが、後述の区分工程を円滑に進行させる目的から、一般に５０〜３０００ｍＰａ・ｓ、特に１００〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲内となるようにすることが望ましい。
【００３８】
上記粘度としては、混合終了直後の試料を３００ｍｌ採取し、１０℃になるように調整し、ブルックフィールド型粘度計にてＮＯ．３ロータ、３０ｒｐｍの条件で測定した値とする。ここで、試料を３００ｍｌ採取してから、粘度測定を開始するまでの時間が３０秒になるように調整する。
【００３９】
また、混合工程の間に混合物の粘度が急激に上昇するのを抑制するために、必要に応じてケーシング内の温度を調整することが望ましい。
【００４０】
例えば、被混合物がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂及び水を含む場合は、ケーシング内の温度を３〜２０℃、特に５〜１５℃の範囲内となるように調整するのがよい。
【００４１】
上記混合工程によれば、粘度が大きく異なる２種以上の材料を含む被混合物も短時間で均一な状態に混合することが可能である。
【００４２】
区分工程
本発明の造粒方法においては、櫛部表面に上記混合物を供給し、該櫛部の切欠内に溜められた混合物を、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する。
【００４３】
区分工程において、上記櫛部の切欠内に溜められた混合物は、円筒状ドラムの回転により突起部が切欠を通過する際に該突起部表面に付着する。該突起部に付着した混合物は、円筒状ドラムの回転につれて突起物が下方に移動すると共に遠心力及び重力の作用を受けて、後述の搬送部又は収容部に滴下されることができる。
【００４４】
上記各突起部の形状、大きさ、配列としては、特に制限されるものではなく、上記混合物の組成及び粒状物の目的粒子径に応じて適宜調整することができる。
【００４５】
本発明においては、区分物の均一性の点から、上記複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることが望ましい。
【００４６】
本発明においては、適度な遠心力を生じさせる点から、上記突起部を除いた円筒部の外径としては５．０〜２０．０ｃｍ、好ましくは７．０〜１５．０ｃｍの範囲内、円筒部長さとしては１０〜２００ｃｍ、好ましくは３０〜１００ｃｍの範囲内が適している。また、回転速度としては、５〜１００ｒｐｍ、好ましくは１０〜６０ｒｐｍの範囲内であることが適している。
【００４７】
液状媒体
上記区分工程で得られた混合物の区分物は固化される。固化は区分物が収容部又は搬送部に滴下される間、或いは後述の搬送工程の間に行うことができ、樹脂及び硬化剤の種類や目的とする粒径に応じて、適宜行うことができる。固化条件としては、常温で行ってもよいし、加熱、光照射等を行って固化させてもよい。本発明の造粒方法においては、最終的に得られる粒状物をより球状にするために、区分物を液状媒体中に滴下することにより固化することが望ましい。
【００４８】
ここでいう液状媒体とは、水性媒体、油性媒体、両者の混合物のいずれであってもよく、必要に応じて区分物の固化を促進する物質等を含んでいてもよい。
【００４９】
例えば上記被混合物が、水溶性多糖類を含む場合は、上記液状媒体が金属イオンを含有する水性媒体であることが望ましい。
【００５０】
上記水溶性多糖類が、カラギーナンの場合は、金属イオンとしてカリウムイオン、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンであることが望ましく、また、アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、金属イオンとしてマグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、アルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等から選ばれる少なくとも１種の多価金属イオンであることが望ましい。
【００５１】
上記水溶性多糖類を含む区分物が水性媒体中で金属イオンと接触したときに、水溶性多糖類が水に不溶性または難溶性のゲルに変化し、得られる粒状物の安定性を向上させることができる。上記ゲル化が起こる金属イオンの濃度は水溶性多糖類の種類等により異なるが、一般には０．０１〜５ｍｏｌ／lの範囲であることが望ましい。
【００５２】
搬送工程
本発明の造粒方法において、上記区分工程により得られた区分物を必要に応じて搬送部により搬送することができる。搬送工程の間に区分物を固化することもでき、収容部に収容された粒状物の貯蔵安定性を良好に保つのに役立てることができる。搬送部は、円筒状ドラムより下に配置されており、最終的に得られる粒状物の形状をより球状にさせる目的から、円筒状ドラムにおける鉛直下方向を向いている突起部の先端から、搬送部表面までの距離が２０〜７００ｍｍ、好ましくは７０〜２００ｍｍの範囲内となるように配置されていることが望ましい。
【００５３】
上記搬送部の形態としては特に制限されるものでなく、例えばコンベヤベルト状、らせん状、傾斜状等を適宜選択することができ、また、区分物が搬送部表面に直接接触し、該表面により例えば平坦状に成型されることを抑制する目的から、上記搬送部が前記液状媒体を備えていることが望ましい。
【００５４】
収容工程
前記区分工程により区分された区分物は、必要に応じて上記搬送部を経由して、順次収容される。収容部の形状、大きさは制限はなく適宜選択できる。収容部は、上記円筒状ドラム又は搬送部より下に配置されている。搬送部を介することなく収容部を円筒状ドラムの下に配置させる場合は、最終的に得られる粒状物の形状をより球状にさせる目的から、円筒状ドラムにおける鉛直下方向を向いている突起部の先端から、収容部表面までの距離が２０〜７００ｍｍ、好ましくは７０〜２００ｍｍの範囲内となるように配置されていることが望ましい。また、区分物が収容部表面に直接接触し、該表面により例えば平坦状に成型されることを抑制する目的から、上記収容部が前記液状媒体を備えていることが望ましい。区分工程から搬送工程を経ることなく収容工程に移行する場合は、収容部の容量を大きくし、内部に液状媒体を多く設けることで、区分物を固化することができ、粒状物同士の凝集を抑制することも可能である。
【００５５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の一例を説明する。
【００５６】
図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。図２は振動式攪拌混合機の断面図の概略図である。図３は、櫛部斜視図の概略図である。図４は、円筒状ドラム斜視図の概略図である。図５及び図６は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【００５７】
図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。
【００５８】
図１において、原料タンクＡには樹脂として液状のポリウレタン樹脂（注１）、原料タンクＢには硬化剤としての水と水溶性多糖類の混合物である０．５％アルギン酸ナトリウム水溶液（注２）が封入されており、重量比で（Ａ）／（Ｂ）＝９／９１となるようにポンプなどの送液手段により供給路１Ａ及び供給路１Ｂを経て、振動式攪拌混合機２０に夫々の原料が供給される。該混合機２０にて振動数２０ＨＺ、滞留時間８秒、温度が１０℃となる条件で攪拌混合され得られた混合物１０は、本明細書記載の前記方法に準じて測定したところ、８００ｍＰａ・ｓの粘度を有していた。次いで混合物１０は、櫛部３１表面に供給される。該櫛部３１の切欠に溜められた混合物１０は、一回の回転速度、例えば２０ｒｐｍの回転速度で図１に示す方向で回転している円筒状ドラム３０表面に有する突起部３２に掻き出されることにより区分され、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が下方を向いたときに突起部３２の先端からコンベヤベルト４０上に設けられた媒体層４１上に滴下する。
【００５９】
コンベヤベルト４０は、円筒状ドラム３０から収容タンク５０の方向へ、例えば円筒状ドラムの回転速度と同じ速度で移動している。ベルト４０上には３％塩化カルシウム水溶液による高さ５ｃｍの媒体層４１が設けられている。また、コンベヤベルト４０は、円筒状ドラム３０の下に配置されており、コンベヤベルト４０の表面と、鉛直下方向を向いた突起部先端部との距離が１５０ｍｍである。ここで、円筒状ドラムの大きさ、突起部の形状、大きさ、円筒状ドラムとコンベヤベルトの距離等は適宜変更可能である。
【００６０】
媒体層４１に滴下された区分物は、コンベヤベルト４０による搬送の間にゲル化反応が進行していき、球状ゲルとすることができる。得られた球状の粒状ゲルは、平均粒子径が７ｍｍであり、内部に３％塩化カルシウム水溶液を有する収容タンク５０に、メッシュ５１を経由したのち、収容される。ここで容器５０中の液体が増加した場合には、ポンプなどによりくみ出してコンベヤベルト４０上に送液し、循環使用することができる。
【００６１】
（注１）ポリウレタン樹脂（「ＨＸ−６Ｘ６１−１」、製品名、第一工業製薬社製、粘度３０，０００ｍＰａ・ｓ、ジフェニルメタンジイソシアネートをポリイソシアネート成分とし、エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド＝８０／２０のランダム共重合体をポリオール成分とする反応生成物であるイソシアネート基を両末端に有するポリイソシアネート、数平均分子量約３０００
（注２）アルギン酸ナトリウム水溶液：粘度３０ｍＰａ・ｓ。
【００６２】
図２は、振動式攪拌混合機を示す断面図の概略図である。
【００６３】
図２において振動式攪拌混合機２０は、内部に被混合物を流通させる流通路が設けられた管状のケーシング２１と、該ケーシング２１内に配置され、モーター（図示せず）に接続された軸部２２１と、該軸部の周囲に取り付けられたらせん状の攪拌羽根２２２とからなる攪拌体２２とを有している。また、ケーシング２１の下方には被混合物の流入口（図示せず）が、上方には混合された混合物を吐出する吐出口（図示せず）が設けられている。
【００６４】
前記原料タンクＡ及びＢ内の原料は、夫々流入口から圧入されてケーシング２１内を通り吐出口から吐出される。ケーシング２１の内部は仕切板２４により５部屋に区画されている。ケーシング２１内に挿入配置された攪拌体２２における振動源（図示せず）に連結された駆動軸２２１の駆動により、攪拌体２２がケーシング２１の長手方向に上下に振動し、被混合物がケーシング２１の内部に流通された状態で攪拌混合がされる。攪拌体２２は、前記軸部２２１と、この軸部２２１の周囲に取付けられたらせん状の攪拌羽根２２２とからなり、その上下振動により強力な渦流を起こし、ケーシング２１内の被混合物の攪拌混合を好適に行うことができる。
【００６５】
図３は櫛部３１の斜視図の概略図である。
【００６６】
櫛部３１は、円筒状ドラム３０の長さとほぼ同じ長さを有しており、均一に配列した複数の歯３３を有している。歯と歯の間の切欠３４は、円筒状ドラム３０の長さ方向の一列分の突起部３２の個数と同数個あり、個々の切欠３４は、円筒状ドラム３０の突起部３２が通過できるような形状をしている。
【００６７】
図４は円筒状ドラム３０の斜視図の概略図である。
【００６８】
図４において、円筒状ドラム３０は、外皮表面全体にわたって突起部３２が備えられた構造をしている。ここで、各突起部３２は、円筒状ドラム３０に接している面が５ｍｍの正方形状であり、該正方形の一辺を底辺とし、高さが７ｍｍの三角形を側面とする三角柱状の形状をしている。
【００６９】
かかる三角柱状の突起部３２は、円筒状ドラム３０の軸方向に三角形の面を向けて円筒状ドラム３０外皮の周方向に沿って均一に配置されている。該周方向に配列された突起部３１が環状に連なってできた突起部３１群は、円筒状ドラム３０の軸方向に沿って均一に間隔３５を置いて配置されている。間隔３５は櫛部３１の歯の個数より２少ない個数を有しており、図４に示すように櫛部３１を円筒状ドラム３０に装着することができる。
【００７０】
図４では突起部３２の数を略したものとなっているが、本実施形態では突起部３１は、円筒状ドラム３０の周方向に３２分割する位置に、円筒状ドラム３０の長さ方向に７２個配列している。
【００７１】
櫛部３１表面に供給された混合物１０は、櫛部３１の切欠３４に流入し、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が櫛部３１を通過するときに区分され、円周方向に隣接する突起部３２から形成される谷３６の表面に付着し、円筒状ドラム３０の回転により突起部３２が下方を向いたときに、突起部３２の先端から滴下する。
【００７２】
図５は、本発明に用いられる搬送部の別の一例を示す概略図である。
【００７３】
図５において、らせん状部材４２は３％塩化カルシウム水溶液による液状媒体層（図示せず）を設けている。円筒状ドラム３０により区分された混合物１０は、らせん状部材４２上に設けられた媒体層中に滴下され、部材４２を通過中に、区分物自体を回転させることができ、球状化することができる。また、省スペース型でありながら区分物と塩化カルシウム水溶液との接触時間を長くすることができ、十分にゲル化することができる。
【００７４】
図６は、本発明に用いられる搬送部の別の一例を示す概略図である。
【００７５】
傾斜部材４３は、３％塩化カルシウム水溶液による媒体層（図示せず）を備え、下り勾配に傾斜しており、複数の平面が傾斜角度を有して互いに向かい合って配置されている。円筒状ドラム３０により区分された混合物１０は、部材４３を通過することにより、球状化、ゲル化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の実施の一形態を示す造粒装置の概略図である。
【図２】図２は振動式攪拌混合機の断面図の概略図である。
【図３】図３は、櫛部斜視図の概略図である。
【図４】図４は、円筒状ドラム斜視図の概略図である。
【図５】図５は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【図６】図６は、本発明に用いられる搬送部の一例を示す側面図の概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 混合物
２０ 振動式攪拌混合機
２１ ケーシング
２２ 攪拌体
２２１ 軸部
２２２ 攪拌羽根
２３ 仕切り板
３０ 円筒状ドラム
３１ 櫛部
３２ 突起部
３３ 歯
３４ 切欠
３５ 間隔
３６ 谷
４０ コンベヤベルト
４１ 媒体層
４２ らせん状部材
４３ 傾斜部材
５０ 収容タンク
５１ メッシュ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作成する工程、該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、を含む造粒方法。
【請求項２】
内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに、樹脂及び硬化剤を含む被混合物を導入し、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合物を作成する工程、
該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、
を含む造粒方法。
【請求項３】
区分物を液状媒体中に滴下することを特徴とする請求項１または２に記載の造粒方法。
【請求項４】
樹脂がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって、硬化剤が水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項５】
被混合物が、水溶性多糖類をさらに含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項６】
液状媒体が、金属イオンを含有する水性媒体である請求項３ないし５のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の造粒方法により得られる粒状物。
【請求項８】
樹脂及び硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置と、
櫛部と該櫛部切欠部を通過可能な複数の突起部を表面に有する回転可能な円筒状ドラムを有する区分装置と、区分物を収容するための収容部とを備えていることを特徴とする造粒装置。
【請求項９】
複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の造粒装置。
【請求項１０】
円筒状ドラムより下に配置され、区分物を収容部へ移動させるための搬送部をさらに備えていることを特徴とする請求項８または９に記載の造粒装置。
【請求項１１】
搬送部が、円筒状ドラムの軸方向に対して垂直方向に移動するコンベヤベルトである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１２】
搬送部が、らせん状部材を有するものである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１３】
搬送部が、傾斜部材を有するものである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１４】
収容部及び／又は搬送部が液状媒体を備えていることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１】
樹脂及び硬化剤を含む被混合物を混合して混合物を作成する工程、該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、を含む造粒方法。
【請求項２】
内部に流通路及び攪拌体を備えたケーシングに、樹脂及び硬化剤を含む被混合物を導入し、該ケーシング内の攪拌体を振動させることにより混合物を作成する工程、
該混合物を櫛部表面に供給し、表面に複数の突起部を有する円筒状ドラムを回転させることにより該櫛部切欠内に溜められた混合物を掻き出し、区分物を作成する工程、及び該区分物を固化する工程、
を含む造粒方法。
【請求項３】
区分物を液状媒体中に滴下することを特徴とする請求項１または２に記載の造粒方法。
【請求項４】
樹脂がイソシアネート基含有ポリウレタン樹脂であって、硬化剤が水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項５】
被混合物が、水溶性多糖類をさらに含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項６】
液状媒体が、金属イオンを含有する水性媒体である請求項３ないし５のいずれか１項に記載の造粒方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の造粒方法により得られる粒状物。
【請求項８】
樹脂及び硬化剤を含む被混合物が流通するための流通路を内部に備えたケーシングと、該ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部と、該軸部の周囲に取り付けられた攪拌羽根とからなる攪拌体とを有する振動型攪拌混合装置と、
櫛部と該櫛部切欠部を通過可能な複数の突起部を表面に有する回転可能な円筒状ドラムを有する区分装置と、区分物を収容するための収容部とを備えていることを特徴とする造粒装置。
【請求項９】
複数の突起部が、円筒状ドラム外皮の周方向に沿って均一に配置されており、該周方向に配置された環状の突起部群が、円筒状ドラムの軸方向に沿って均一に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の造粒装置。
【請求項１０】
円筒状ドラムより下に配置され、区分物を収容部へ移動させるための搬送部をさらに備えていることを特徴とする請求項８または９に記載の造粒装置。
【請求項１１】
搬送部が、円筒状ドラムの軸方向に対して垂直方向に移動するコンベヤベルトである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１２】
搬送部が、らせん状部材を有するものである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１３】
搬送部が、傾斜部材を有するものである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の造粒装置。
【請求項１４】
収容部及び／又は搬送部が液状媒体を備えていることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の造粒装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２１２５５０（Ｐ２００６−２１２５５０Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８３５５（Ｐ２００５−２８３５５）
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００１４０９）関西ペイント株式会社 (815)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００１４０９）関西ペイント株式会社 (815)
【Ｆターム（参考）】
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