JPH0737027B2 - 粉粒体の乾燥・結晶化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉粒体の乾燥・結晶化装置、詳しくは、主と
して合成樹脂から成る粉粒体の乾燥・結晶化装置に関す
る。

（従来の技術） 一般にポリカーボネートやポリエステルテレフタレート
など温度上昇により粘着性が生じて融着する湿潤性樹脂
材料を用いて成形を行なう場合において、樹脂材料の含
水量が一定値以上あると、成形条件が難かしくなるばか
りか、成形品の物性が低下するので、通常は樹脂材料を
70℃〜180℃の温度で乾燥して含水量を一定値以下に押
えており、例えばポリカーボネートの場合には、0.01％
以下、又はポリエステルテレフタレート（以下PET樹脂
という）の場合には、0.005％以下の含水量にする必要
があったのである。

特に、結晶性合成樹脂であるPET樹脂の粉粒体を乾燥さ
せる場合、一般の合成樹脂はその融点より20〜30℃程度
低い温度で粘着性を帯びるのに対して、PET樹脂ではそ
の融点より大幅に低い温度、例えば融点255℃のPET樹脂
では、その融点より150℃程度低い温度即ち100℃程度で
粘着性を帯びることになる。しかし、PET樹脂の場合、1
00℃以上の加熱でも粉粒体の表面は粘着性を帯びてくる
が、同時に前記PET樹脂の結晶化が進行することにな
り、結晶化率が20％程度で粉粒体表面の粘着が低減し、
それ以後は粘着性を示さなくなるのである。

また、結晶化に要する時間は、乾燥に要する時間より遥
かに少ない。従って、PET樹脂からなる粉粒体を、成形
時に要求される前記した含水量0.0005％以下になるまで
乾燥する場合に必要な時間より粉粒体の結晶化に要する
時間が非常に短かいことから、先ず結晶化処理した後乾
燥処理を行う所謂二段階処理を行っているのである。つ
まり、先ず粉粒体を結晶化させることにより、粉粒体の
表面が粘着性を帯びる温度を高くして、後処理である乾
燥処理をできるだけ高い温度で行えるようにして、乾燥
処理に要する時間を短縮し、かくして全体としてのPET
樹脂の乾燥に要する時間を短かくしているのである。

しかして、従来前記合成樹脂材料から成る粉粒体を乾燥
したり、結晶化したりする装置としては、下部に排出口
をもったホッパー内の底部に、パンチングメタルを設
け、このパンチングメタルの下方より熱風を供給すると
共に、前記ホッパーの中心部に上下方向に向う回転軸に
取付けたアジテーターによりホッパー内の樹脂材料を攪
拌して樹脂材料を乾燥させたり結晶化させたりする乾燥
・結晶化装置が提供されている。

又、前記パンチングメタルを用いることなく、前記ホッ
パー中心部に上下方向に向かう熱風供給管を取付けて、
該供給管の下端を前記ホッパー内に下向きに開口させ
て、ホッパー内に熱風を供給するようにした乾燥・結晶
化装置も提供されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで一般に多孔質又は積層構造をなしている多量の
水分を含む食品等の乾燥は、食品等の内部から表面へ水
が毛細管現象によって移動し、表面で蒸発する恒率乾燥
であるので、表面温度の上昇を抑えることができるが、
合成樹脂材料等均一構造をなす物質の乾燥は、物質内部
から表面への水の拡散移動によって行なわれる減率乾燥
であるので、表面温度の上昇を抑える程多量の水分の蒸
発は期待できないのである。従って、減率乾燥において
は、乾燥温度の高い方が水の拡散を促進して乾燥速度が
早くなるのであって、例えばナイロン−６のバッチ式乾
燥槽における熱風乾燥によれば、含水量10,000ppmのナ
イロン−６を1000ppm乾燥する場合、熱風温度90℃で約1
3時間要するが、100℃では７時間、110℃では４時間と
いう如く、送風温度を高くすれば早く乾燥することがで
きるのである。又、PET樹脂の結晶化を行う場合でも同
様で、例えば熱風温度120℃で約２時間を要するが、170
℃ではわずか10分程度で済むのである。

しかし乾燥温度を高くするには限度がある。即ち、合成
樹脂材料から成る粉粒体を乾燥する熱風の温度を融点温
度に対しある一定の温度より高くすると、粉粒体の表面
が軟化して互いに融着し、均一な熱風による乾燥ができ
なかったり、又、表面が酸化して着色し、成型材料とし
て使用できなくなったりするから、熱風温度を上げるこ
とによって乾燥時間を大幅に短かくすることはできなか
ったのである。

又、PET樹脂からなる粉粒体を短時間で結晶化する場合
も同様で、融点に対し一定以上の高い温度で加熱すると
融着の問題が生ずるし、また、熱風による加熱は、粉粒
体外部からの加熱であるから、粉粒体の表面側において
結晶化が先に進み、粉粒体内部から表面への水分の拡散
を阻止し、水分を内部に封じ込むことになり、後に行う
乾燥において、乾燥速度が抑制される要因となるのであ
る。尚、粉粒体の結晶化を均一にしようとすれば、結晶
化温度を低くすればよいが、結晶化に長時間を要する問
題があった。

又、融着の問題に対しては攪拌羽根を用い、その回転速
度を高速とし、融着しようとする粉粒体を分離させるよ
うにする方法があるが、粉粒体が微細化してダストが発
生する問題があって、前記融着の問題は解決できないの
である。

本発明は以上の如き問題に鑑みて発明したもので、マイ
クロ波による加熱は被加熱体の内部から加熱であること
に注目して、主として合成樹脂材料から成る粉粒体を、
バッチ式或いは連続式処理槽内において前記マイクロ波
により加熱し、このマイクロ波による粉粒体の内部加熱
による水分の粉粒体表面への拡散促進及びPET樹脂にお
ける粉粒体の内部からの結晶化と、前記処理槽内への冷
却風の供給により粉粒体の表面温度を低下させることと
により、粉粒体表面の軟化による固まりや粉粒体表面に
おける酸化による変色を招くことなく、従来の熱風によ
る乾燥又は結晶化に比較して短時間に主として合成樹脂
材料から成る粉粒体の乾燥又は結晶化及び乾燥結晶化を
行なえる乾燥・結晶化装置を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は図面の実施例に示した如く、合成樹脂材料から
なる粉粒体の乾燥・結晶化装置であって、材料入口（1
1）と材料出口（12）とを備えた処理槽（１）と、前記
材料入口（11）と前記材料出口（12）との間に配設さ
れ、前記材料入口（11）から前記処理槽（１）内に挿入
される粉粒体にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ
波装置（３）と、 該マイクロ波装置（３）に対し前記材料出口（12）側に
配設され、前記マイクロ波装置（３）から照射されるマ
イクロ波で加熱された粉粒体に、この粉粒体の表面温度
より低温の冷却風を供給し、粉粒体の表面温度を低下さ
せる冷却風供給装置（５）とを備えていることを特徴と
するものである。

（作用） しかして以上の粉粒体の乾燥・結晶化装置では、材料入
口（11）より処理槽（１）内に装入する主として合成樹
脂より成る粉粒体にマイクロ波装置（３）からマイクロ
波を放射して、前記粉粒体をその内部から加熱して、前
記粉粒体内部から水分の表面への拡散及び粉粒体内部の
結晶化を促し、そして、前記マイクロ波を照射後の加熱
された前記粉粒体に、前記冷却風供給装置（５）で、前
記マイクロ波により加熱された前記粉粒体の表面温度よ
り低温の冷却風を供給するのであるから、前記粉粒体の
表面温度を低下させて、しかも前記粉粒体表面の水分を
除去するから、前記粉粒体の表面における軟化及び溶融
を避けて、粉粒体相互の粘着を防ぎ、かつ、粉粒体表面
の酸化による変色を招くことなく粉粒体内部からの加熱
によって、従来の熱風による粉粒体の表面からの加熱に
よる乾燥・結晶化に比較して速やかに粉粒体を乾燥・結
晶化することができるのである。

（実施例） 以下本発明にかゝる粉粒体の乾燥・結晶化装置の実施例
を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

先ず第１図に示す実施例において、該図中（１）は相対
向する側壁の上下方向中間部に材料入口（11）と材料出
口（12）を備え、かつマイクロ波を反射する金属製の処
理槽であって、該処理槽（１）の底面に複数の送風孔
（13）…を設けて後記する送風管（52）に接続すると共
に上部天井に空気排出孔（14）を設けて、大気に開放し
ている。又、前記処理槽（１）の天井部中央付近には、
下向きに開孔する導波管（32）を設けて、その基部にマ
イクロ波放射出力を制御するコントローラ（31）を備え
て、マイクロ波を放射するマイクロ波装置（３）を設け
るのである。

又（４）はフラットコンベヤで、マイクロ波が透過する
材料で作られ、多数の空気を通す孔をもった無端状の帯
状体（41）を有しており、該帯状体（41）は材料入口
（11）から前記処理槽（１）の内部を通って材料出口
（12）へ、また、該出口（12）から前記処理槽（１）の
下部外方を通って、前記材料入口（11）に戻るように一
つの駆動輪（42）と、複数の回転輪（43）…とを介して
配置するのである。

又、前記送風管（52）は、吸込口を大気に開放した送風
機（51）と共に冷却風供給装置（５）を構成しており、
前記送風機（51）の送風によって、冷却風の前記処理槽
（１）内への送風が前記送風管（52）に接続された多数
の送風孔（13）から行なわれ、前記空気排出孔（14）か
ら前記処理槽（１）の外部へ排出するのである。

尚（53）は送風機（51）からの送風の温度を調整するた
めに使用する電気ヒータであって、乾燥する材料に応じ
て前記冷却風の温度コントロールを行なうのである。

（６）は乾燥又は結晶化した粉粒体を貯蔵する貯蔵ホッ
パーであって、その下部にロータリーフィーダ（61）を
備えている。更に、（62）は前記貯蔵ホッパー（６）内
の粉粒体の水分を自動的に測定する自動連続水分測定装
置（63）のセンサーである。

又、前記フラットコンベヤ（４）を前記処理槽（１）内
と該槽（１）の外に配置して、粉粒体の移動を行ってい
るが、粉粒体の移動手段はこれに限るものではない。

前記実施例は以上の如く構成するもので、乾燥又は結晶
化及び乾燥・結晶化に用いることができるのであって、
使用に際しては、原料ホッパー（21）に貯蔵する合成樹
脂材料からなる粉粒体をスクリューフィーダ（22）によ
って前記コンベヤ（４）に供給すると、該コンベヤ
（４）の駆動によって順次前記処理槽（１）内に入り、
前記マイクロ波装置（３）から放射するマイクロ波が導
波管（32）を介して前記処理槽（１）に導入されて、前
記コンベヤ（４）の粉粒体をその内部から加熱すること
になる。

一方、前記処理槽（１）の底に設ける多数の送風孔（1
3）…を介して送風機（51）と送風管（52）等よりなる
冷却風供給装置（５）から冷却風を前記処理槽（１）内
に送風して、マイクロ波によって内部から加熱された粉
粒体の表面の温度を内部の温度より低くするのである。
しかして粉粒体の内部における水分の表面への拡散又は
粉粒体内部からの結晶化を促し、そして、粉粒体の表面
温度を低下させるので、粉粒体の表面における軟化及び
溶融を避けて、粉粒体相互の固着を防ぎ、且つ、粉粒体
表面の酸化による変色を防止できる。

しかも、粉粒体表面の水分を除去することができるの
で、迅速な粉粒体の乾燥又は結晶化を可能にするのであ
る。

このようにして乾燥または結晶化する粉粒体は、前記コ
ンベヤ（４）で順次前記処理槽（１）の材料出口（12）
から落下して、該材料出口（12）の下方に設けた貯蔵ホ
ッパー（６）に貯蔵され、必要に応じて該ホッパー
（６）の下部に設けたロータリーフイーダ（61）から空
気輸送によって成形機又は、別に設ける乾燥機へと輸送
されるのである。尚、前記冷却風は粉粒体の水分除去を
行なうことになるから、冷却風として脱湿空気を使用す
るのが好ましい。

又、前記マイクロ波で内部から加熱されると共に、冷却
風で表面を冷却される粉粒体の表面温度を、連続的に検
出する温度センサー（15）を設け、この検出結果に基づ
いて冷却風供給装置（５）からの冷却風の風量、温度及
びマイクロ波装置（３）のマイクロ波放射出力等を制御
することにより、更に一層乾燥又は結晶化効率の良い前
記粉粒体の乾燥又は結晶化を行なうことが可能となるの
である。

次に、第２図は他の実施例を示し、該図中（１）はマイ
クロ波が透過する材料で形成した縦型の円筒形をなす処
理槽であり、該処理槽（１）の上部に材料入口（11）と
空気排出孔（14）を設けると共に、下部にロータリーフ
ィーダ（61）を備えた材料出口（12）を設けるのであ
る。（16）はマイクロ波を反射する金属で形成した円筒
体であって、該円筒体（16）の下部を前記処理槽（１）
に沿わせて下方に延長させ、前記円筒体（16）と該円筒
体（16）を上下に貫通する前記処理槽（１）の外周面と
によって、前記処理槽（１）の上下方向中央部の周りに
所定長さを有する環状空間（17）を設けて、基端にコン
トローラ（31）を備えたマイクロ波装置（３）を持つ導
波管（32）を前記円筒体（16）の一側に接続して、前記
環状空間（17）に開口させている。

又（52）は前記処理槽（１）に冷却風を送る送風管であ
って、前記円筒体（16）の下部延長部において、前記処
理槽（１）内に突入させ、その先端に前記処理槽（１）
の中心部で下方に円錐状に開放する開口部（54）を設け
るのである。更に、前記送風管（52）の他端を前記処理
槽（１）上部に設ける空気排出孔（14）にヒータ（5
3）、脱湿装置（56）、送風機（51）及びフィルター（5
5）を介して接続し、冷却風供給装置（５）を構成する
のである。（34）は温度センサーで、前記マイクロ波装
置（３）のコントローラ（31）に接続する。

又（57）は前記ロータリーフィーダ（61）の近くに設け
る送風孔であって、バルブ（58）を介して前記送風管
（52）に接続し、前記処理槽（１）下部に滞留する粉粒
体の水分を運ぶ空気を送るものである。

更に、（62）は自動連続水分測定装置（63）のセンサー
であって、前記処理槽（１）下部に滞留する粉粒体の水
分を検出するものである。

上記のように構成して、前記材料入口（11）より主とし
て合成樹脂材料より成る粉粒体を前記処理槽（１）内に
装入して、前記マイクロ波装置（３）から放射するマイ
クロ波を前記導波管（32）により前記処理槽（１）の周
りに設ける環状空間（17）に導き、一方冷却風供給装置
（５）の開口部（54）から冷却風を送風して、前記粉粒
体をマイクロ波でその内部から加熱すると共に、粉粒体
を流動化させて流動層を形成させ、斯くすることによっ
て強制的に攪拌しながら、均一なマイクロ波による粉粒
体内部からの加熱と粉粒体の表面温度の低下を可能にし
て、粉粒体内部から水分の表面への拡散及び粉粒体内部
の結晶化を促して、粉粒体の表面における軟化及び溶融
を避けて、前記粉粒体相互の固着を防ぎ、且つ、前記粉
粒体表面の酸化による変色の防止を行い、前記冷却風は
空気排出孔（14）から排出され、フィルター（55）、送
風機（51）、脱湿装置（56）及び電気ヒータ（53）を経
て送風管（52）の開口部（54）から再び前記処理槽
（１）内に戻るのである。前記処理槽（１）下部に滞留
する粉粒体は送風孔（57）からの送風によって表面温度
の上昇による固着をすることなく、適宜操作されるロー
タリーフィーダ（61）によって排出され連続乾燥又は結
晶化が可能となるのである。又、前記温度センサー（3
4）の検出結果に基づいて、前記マイクロ波装置（３）
からのマイクロ波放射出力を制御して、装入する粉粒体
に応じた最適加熱温度にすると共に、前記自動連続水分
測定装置（63）のセンサー（62）によって前記処理槽
（１）下部に滞留する粉粒体の水分を測定して、この水
分の値が一定になるように、前記コントローラ（31）及
び冷却風の風量、温度、湿度並びに粉粒体の滞留量を制
御することによって、効率的な乾燥又は結晶化を行なえ
ることになるのである。

尚、冷却風供給装置（５）は風の循環経路を構成してい
るが、前記空気排出孔（14）を大気に開放することによ
って、循環経路を構成しなくてもよいのであって、大気
から空気を前記送風機（51）に取入れるようにしてもよ
いのである。

そこで、合成樹脂材料の１例としてペレットサイズ2.5m
mφ×2.5mmlで、かつ処理前の含水量21600ppm、乾燥目
標含水量（1000±200）ppmのナイロン−６を、第１図に
示した実施例の乾燥・結晶化装置に10kg/hrで供給し、
室温の冷却風を30m³/hrの割合で送風を行なって表‐１
に示す結果を得た。

上記表−１は、マイクロ波による粉粒体の内部からの加
熱と、冷却風による粉粒体の表面温度を低下させること
によって、従来の熱風による乾燥よりも大幅に短かい時
間で乾燥することができることを示す１例である。

第３図は結晶化を目的としたバッチ式の実施例を示すも
ので、処理槽（１）は断面円形とし、その下端部を円錐
状にして、その最下端部に、冷却風供給装置（５）から
の冷却風を前記処理槽（１）内に送風する送風孔（13）
を備えている。更に前記処理槽（１）の上部には、材料
入口（11）と空気排出孔（14）とを設けると共に、上下
方向に延び、かつ、一端に複数の羽根（17）を備えた回
転軸（16）を回転自由に設けて、他端を図示しない駆動
装置に連結し、該駆動装置の駆動によって、前記材料入
口（11）から前記処理槽（１）に装入するPET樹脂から
なる粉粒体を必要に応じて攪拌できるようにしている。
又（19）はマイクロ波が透過できる合成樹脂からなる隔
離壁であり、（32）は前記処理槽（１）の一側に接続す
る導波管であって、該導波管（32）の前記処理槽（１）
との接続部に設ける前記隔壁（19）はマイクロ波を透過
させるが、前記処理槽（１）に装入する粉粒体の前記導
波管（32）内への入り込みを防いでいる。また、前記導
波管（32）の基部には前記コントローラ（31）と前記マ
イクロ波装置（３）とを設けている。又、（10）は前記
処理槽（１）における円錐状部の上端部に設けたパンチ
ングメタルよりなる仕切り板であって、前記送風孔（1
3）からの冷却風を通過させると共に、粉粒体の下方へ
の落下を阻止している。

又第４図に示す実施例は１つの処理槽で、結晶化樹脂で
あるPET樹脂からなる粉粒体を、連続的に結晶化と共に
乾燥を行えるようにしたものであって、第３図に示した
処理槽（１）を下方に延長すると共に、前記回転軸（1
6）も下方に延長して上部には第３図と同様の攪拌羽根
（17）を設けると共に、下方への延長部には複数の攪拌
棒（18）…を設けている。尚、前記攪拌棒（18）…によ
る粉粒体の攪拌作動は結晶化のみを目的として行なう前
記羽根（17）…の攪拌作動より弱くなるようにして、粉
粒体の必要以上の攪拌を避け、前記粉粒体が長時間攪拌
作動を受けることによるダスト発生を抑えている。

次に、サイズ２〜3mmφ、含水量2160ppmのペレットから
成る未結晶のPET樹脂を、第３図に示したバッチ式乾燥
・結晶化装置と従来例とにより結晶化を行ったところ、
表−２の結果となった。また、それぞれの結晶化処理後
にそれぞれ従来の熱風による乾燥装置を用い、乾燥温度
150℃で３時間乾燥を行ったところ、下記表−３の如く
の結果を得た。

表−２から明らかな通り、本発明にかゝる乾燥・結晶化
装置によりPET樹脂を結晶化した場合、従来の低温法に
比較して結晶化に要する時間は高温法と同様短時間（10
分）であり、しかも、従来例の高温法による結晶化の場
合では、乾燥時間満了時の含有水分量は73PPmで目標含
水量50PPm以下に到達しないのであるが、本発明によれ
ば、低温法と同様目標含水量50PPmより低い33PPmにでき
たのである。

尚、サイズ、含水量が同じの未結晶PET樹脂を第４図に
示した乾燥・結晶化装置によって、結晶化と共に乾燥を
行った場合、70分で含有水分を52PPmにすることができ
たのであって、結晶後従来の熱風による乾燥装置を用い
る場合に比較し、その乾燥時間を著るしく短縮できるの
である。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明にかゝる粉粒体の乾燥・結晶化
装置によれば、マイクロ波装置（３）から放射するマイ
クロ波によって粉粒体をその内部から加熱して粉粒体内
部からの水分の表面への拡散、又は、PET樹脂の結晶化
においては粉粒体内部からの結晶化を促し、そして、前
記マイクロ波を照射後の加熱された前記粉粒体に、冷却
風供給装置（５）で、加熱された結果、温度が上昇して
いる前記粉粒体の表面温度より低温の冷却風を供給する
のであるから、前記粉粒体の表面温度が前記マイクロ波
の照射による加熱に伴い、粘着性を帯びる温度より低い
温度に抑えられると共に、前記粉粒体表面の水分を除去
することができ、従って、前記粉粒体の表面における軟
化及び溶融を避けて、前記粉粒体相互の固着を防ぎ、且
つ、前記粉粒体表面の酸化による変色を防止できるので
あるから、従って、迅速な乾燥、結晶化ができながら従
来の熱風による乾燥・結晶化装置において見られるパン
チングメタルの目詰りや、粉粒体の固着による不均一乾
燥又は結晶化を懸念することなく、有効に乾燥、結晶化
が可能となるのである。

尚、本発明はPET樹脂の場合、その結晶化のみに用いる
こともできるが、結晶化と同時に乾燥させることもでき
るのである。

従って、従来例のように結晶化装置と乾燥装置とを別個
に用いる必要はなくなり、之により設備費を低減できる
し、設備スペースも少なくすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面説明図、第２
図、第３図及び第４図は他の実施例を示す概略断面説明
図である。 （１）……処理槽 （３）……マイクロ波装置 （５）……冷却風供給装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合成樹脂材料からなる粉粒体の乾燥・結晶
   化装置であって、 材料入口（11）と材料出口（12）とを備えた処理槽
   （１）と、前記材料入口（11）と前記材料出口（12）と
   の間に配設され、前記材料入口（11）から前記処理槽
   （１）内に挿入される粉粒体にマイクロ波を照射して加
   熱するマイクロ波装置（３）と、 該マイクロ波装置（３）に対し前記材料出口（12）側に
   配設され、前記マイクロ波装置（３）から照射されるマ
   イクロ波で加熱された粉粒体に、この粉粒体の表面温度
   より低温の冷却風を供給し、粉粒体の表面温度を低下さ
   せる冷却風供給装置（５）とを備えていることを特徴と
   する粉粒体の乾燥・結晶化装置。