專(zhuān)利名稱(chēng)：干燥纖維素凝膠及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干燥纖維素凝膠、特別是吸水性?xún)?yōu)異的干燥纖維素凝膠及其制造方法。
背景技術(shù)：
利用輻射線照射的自交聯(lián)型烷基纖維素衍生物的制造方法已被提出(專(zhuān)利文獻(xiàn) I 2)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的方法為對(duì)相對(duì)于100重量份烷基纖維素衍生物包含5 2000重量份水的混合物照射以Y射線換算為O.1kGy的輻射線使其干燥。其利用了烷基纖維素衍生物單體雖會(huì)經(jīng)輻射線照射而分解、但在水的存在下會(huì)產(chǎn)生羥基自由基而發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)的原理。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的方法是通過(guò)本發(fā)明人等對(duì)專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的方法的改良， 提出了如下方法為了減輕利用輻射線照射使其進(jìn)行自交聯(lián)后的干燥工序 成形工序的繁雜程度，對(duì)輻射線照射后的凝膠進(jìn)行顆粒化，然后使其干燥。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的方法中，用擠壓機(jī)混煉纖維素粉末和水以后，照射尤其是來(lái)自鈷60的Y射線、X射線、電子射線而使其交聯(lián)制成纖維素凝膠，然后進(jìn)行裁切、顆?；蛊涓稍?。但是，本發(fā)明人等反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，所得的纖維素凝膠的吸水率不一致，判明其無(wú)法進(jìn)行量產(chǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2001-2703號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2009-179706號(hào)公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容_9] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
對(duì)于通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)I和2所記載的方法得到的干燥纖維素凝膠，有吸水力低、吸水力產(chǎn)生偏差、無(wú)法量產(chǎn)化等問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的在于，提供吸水性?xún)?yōu)異的干燥纖維素凝膠以及用于將該干燥纖維素凝膠量產(chǎn)化的制造方法。
用于解決問(wèn)題的方案
本發(fā)明人等為了解決問(wèn)題而進(jìn)行了深入研究，結(jié)果查明，吸水性降低和偏差的原因在于輻射線照射時(shí)的烷基纖維素衍生物-水混合物的不均一性以及氣泡的存在，從而完成了本發(fā)明。
S卩，根據(jù)本發(fā)明，提供一種干燥纖維素凝膠的制造方法，其包括以下工序在加入水的混煉容器中邊進(jìn)行霧狀的水的噴霧邊添加15 25wt%的纖維素粉末，然后在真空下混煉水和纖維素粉末而得到糊劑狀的纖維素混煉物的工序；對(duì)該纖維素混煉物照射電子射線而得到交聯(lián)纖維素凝膠的工序；以及使該交聯(lián)纖維素凝膠干燥而得到干燥纖維素凝膠的工序。
在本發(fā)明中，通過(guò)在真空下混煉水和纖維素粉末，能夠從混煉的糊劑狀的纖維素混煉物中趕出氣泡、消除電子射線照射時(shí)因氣泡的存在而導(dǎo)致的交聯(lián)程度的不均勻。
在混煉機(jī)中先加入水再導(dǎo)入纖維素粉末時(shí)，纖維素粉末會(huì)飛揚(yáng)，不僅無(wú)法導(dǎo)入規(guī)定量的纖維素粉末，而且在真空下進(jìn)行混煉時(shí)纖維素粉還會(huì)被真空抽吸。本發(fā)明為了能夠在真空下進(jìn)行混煉，可在向混煉機(jī)導(dǎo)入纖維素粉末時(shí)在纖維素粉末的上方進(jìn)行霧狀的水的噴霧，從而可以防止纖維素粉末的飛揚(yáng)，另外可提高水和纖維素粉末的潤(rùn)濕性。
粉末纖維素優(yōu)選為羧基烷基纖維素、特別優(yōu)選為羧基甲基纖維素鈉。
另外，羧基烷基纖維素由于與氯發(fā)生反應(yīng)，因此向混煉機(jī)直接導(dǎo)入的水和噴霧的水優(yōu)選為不含氯、醇類(lèi)的水、更優(yōu)選為進(jìn)行過(guò)脫鹽和脫氣的水。
真空混煉時(shí)的水和粉末纖維素調(diào)整至粉末纖維素為15 25wt%的含量。粉末纖維素的含量過(guò)多時(shí)，基于電子射線照射的交聯(lián)反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，優(yōu)先進(jìn)行纖維素的分解反應(yīng)。 反之，粉末纖維素的含量過(guò)少時(shí)，為了發(fā)生基于電子射線照射的交聯(lián)反應(yīng)，需要多量的電子射線照射，成本變高。
在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)纖維素混煉物使用電子射線，可在很短時(shí)間的照射下使其交聯(lián)。前述電子射線的照射量根據(jù)粉末纖維素的含量而不同，在粉末纖維素為15 25wt%的范圍內(nèi)優(yōu)選為9 16kGy。電子射線照射量多時(shí)，交聯(lián)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格變小，電子射線照射量少時(shí)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格變大。若在上述范圍內(nèi)，則可提高干燥纖維素凝膠的吸水率。
本發(fā)明的制造方法優(yōu)選還包括在真空下將前述纖維素混煉物成形的工序。通過(guò)在真空下成形，可避免在包含水的纖維素混煉物中產(chǎn)生多余的氣泡。
根據(jù)上述本發(fā)明的制造方法，可得到用吸水24小時(shí)的凝膠除以吸水前的初始重量求出的吸水倍率 為150以上的干燥纖維素凝膠。
另外，本發(fā)明還提供一種干燥纖維素凝膠的制造裝置，其用于實(shí)施本發(fā)明的干燥纖維素凝膠的制造方法，其具備以下裝置真空混煉裝置，前述真空混煉裝置具備混煉釜、 蓋部和真空抽吸單元，所述蓋部具備攪拌葉片、原料投入口、沿該原料投入口更上方的內(nèi)周部設(shè)置的流水管以及以等間距設(shè)置在該流水管上的水噴霧部；電子射線照射裝置，所述電子射線照射裝置具備對(duì)通過(guò)該真空混煉裝置制備的纖維素混煉物進(jìn)行輸送的帶式輸送機(jī)、 電子射線照射部、電子射線源；以及干燥裝置，所述干燥裝置具備對(duì)通過(guò)該電子射線照射裝置制備的纖維素凝膠進(jìn)行輸送的通氣性的帶式輸送機(jī)、從該帶式輸送機(jī)上方輸送熱風(fēng)的循環(huán)風(fēng)扇。
發(fā)明的效果
通過(guò)使用本發(fā)明的制造方法以及用于實(shí)施該制造方法的制造裝置，能夠進(jìn)行抑制吸水率的偏差、吸水性?xún)?yōu)異的干燥纖維素凝膠的量產(chǎn)化。


圖1為本發(fā)明的制造工序的流程示意圖。
圖2為示意性表示本發(fā)明中使用的制造裝置的整體的說(shuō)明圖。
圖3的(A)為表示本發(fā)明中使用的真空混煉裝置的正面示意圖，圖3的(B)為同一真空混煉裝置的側(cè)面示意圖，圖3的(C)為沿圖3的(B)的A線的剖視圖。
圖4a為表示本發(fā)明中使用的電子射線照射裝置的剖視示意圖。
圖4b為同一電子射線照射裝置的俯視示意圖。
圖5為表示本發(fā)明中使用的擠出裝置的剖視示意圖。
圖6為表示本發(fā)明中使用的干燥裝置的剖視示意圖。
圖7a為表示基于實(shí)施例1的吸水倍率的測(cè)定結(jié)果的柱狀圖。
圖7b為表示基于實(shí)施例1的吸水倍率的測(cè)定結(jié)果的柱狀圖。
圖7c為表示基于實(shí)施例1的吸水倍率的測(cè)定結(jié)果的柱狀圖。
具體實(shí)施方式
邊參照附圖邊說(shuō)明本發(fā)明的制造方法和裝置。
首先，邊參照?qǐng)D2 圖5，邊說(shuō)明本發(fā)明的制造裝置。
如圖2所示，本發(fā)明的制造裝置具備真空混煉裝置10、電子射線照射裝置100、干燥裝置200。
如圖3所示，真空混煉裝置10具備混煉釜20、蓋部30、使蓋部30升降的升降氣缸 40、油壓 真空單元50以及混煉用電動(dòng)機(jī)60。蓋部30具備攪拌葉片31、原料投入口 32、沿該原料投入口 32更上方的內(nèi)周部設(shè)置的流水管34以及等間距地設(shè)置于流水管34的水噴霧部33。使用時(shí)，通過(guò)升降氣缸40使蓋部30下降至混煉釜20的位置。使蓋部30與混煉釜20接合成密封狀態(tài)后，通過(guò)油壓·真空單元50對(duì)混煉釜20內(nèi)部進(jìn)行真空抽吸，通過(guò)混煉用電動(dòng)機(jī)60來(lái)驅(qū)動(dòng)攪拌葉片31。
如圖4所示，電子射線照射裝置100具備對(duì)利用真空混煉裝置10制備出的纖維素混煉物進(jìn)行輸送的帶式輸送機(jī)110、對(duì)纖維素混煉物照射電子射線的電子射線照射部120 以及電子射線源130。電子射線照射部120和電子射線源130被容納在屏蔽包覆體140中， 該屏蔽包覆體140用于防止電子射線泄漏至外部。在屏蔽包覆體140內(nèi)部配置有對(duì)賦予所期望的電子射線照射量而言長(zhǎng)度足夠的帶式輸送機(jī)110。例如，帶式輸送機(jī)110可以設(shè)置成直線路徑、彎曲路徑、折返路徑或者多段立體路徑。
本發(fā)明的制造裝置還可以具備將通過(guò)電子射線照射裝置100進(jìn)行過(guò)交聯(lián)的交聯(lián)纖維素凝膠成形為易于進(jìn)行干燥處理的形狀的擠出裝置150。如圖5所示，擠出裝置150具備接受交聯(lián)纖維素凝膠的料斗152、設(shè)置在料斗152下部而用于切斷交聯(lián)纖維素凝膠的切片機(jī)154、將切斷的交聯(lián)纖維素凝膠成形為球狀并擠出的擠出部156以及排出口 158。擠出部156具備圓筒狀主體156a和以能夠在圓筒狀主體的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在圓筒狀主體內(nèi)部的擠出用螺桿156b。在排出口 158處設(shè)置有板狀部件158a，該板狀部件158a具有用于將交聯(lián)纖維素凝膠呈球狀擠出的圓形孔。擠出用螺桿156b前半部分的送進(jìn)間距Pl為后半部分的送進(jìn)間距P2的大致一半，謀求增大前端部側(cè)的擠出壓力。螺桿156b的前端部與模具156c之間，形成有扇面狀的空間部156d。在模具156c中形成有多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)顆?；某尚慰?56e,對(duì)于各成形孔156e,雖未圖不,其從螺桿156b側(cè)的后表面起到成形孔156e 的厚度方向的中間位置為止形成若干逐漸變細(xì)狀的錐孔，從該中間位置起到模具156c的前表面為止形成直徑恒定的直孔。成形孔156e的直徑根據(jù)干燥凝膠的用途而不同，具有期望直徑的模具156c以能夠更換的方式安裝在擠出裝置上。
如圖6所示，干燥裝置200具備接受通過(guò)擠出裝置150成形為顆粒狀的交聯(lián)纖維素凝膠并對(duì)該交聯(lián)纖維素凝膠進(jìn)行輸送的通氣性的帶式輸送機(jī)210、從帶式輸送機(jī)210上方吹送熱風(fēng)的循環(huán)風(fēng)扇220、排氣管道230以及用于取出干燥后的交聯(lián)纖維素凝膠的出口 240。通氣性的帶式輸送機(jī)210可以是沖孔金屬制、網(wǎng)格金屬制，只要是使來(lái)自循環(huán)風(fēng)扇220 的熱風(fēng)透氣的結(jié)構(gòu)即可。排氣管道230設(shè)置在比循環(huán)風(fēng)扇220靠上方的位置，在使熱風(fēng)接觸交聯(lián)纖維素凝膠時(shí)將包含從交聯(lián)纖維素凝膠去除的水分的排氣從干燥裝置200中去除。 優(yōu)選設(shè)置多個(gè)循環(huán)風(fēng)扇，根據(jù)交聯(lián)纖維素凝膠的干燥程度分別調(diào)節(jié)溫度。
接著，邊參照?qǐng)D1邊說(shuō)明本發(fā)明的制造工序。SI為在真空下混煉纖維素粉末和水的真空混煉工序，優(yōu)選在圖3所示的真空混煉裝置10內(nèi)進(jìn)行。S2為對(duì)纖維素混煉物照射電子射線的電子射線照射工序，優(yōu)選在圖4所示的電子射線照射裝置100內(nèi)進(jìn)行。S3為使交聯(lián)纖維素凝膠干燥的干燥工序，優(yōu)選在圖5所示的干燥裝置200內(nèi)進(jìn)行。
〈SI〉
向真空混煉裝置10的混煉釜20預(yù)先導(dǎo)入水，接著通過(guò)原料投入口 32導(dǎo)入粉末纖維素。在向混煉釜20導(dǎo)入粉末纖維素時(shí)，通過(guò)設(shè)置于蓋部30的水噴霧部33噴霧出霧狀的水，抑制粉末纖維素的飛揚(yáng)、使粉末纖維素濕潤(rùn)化、提高粉末纖維素與混煉釜20內(nèi)的水的潤(rùn)濕性。
向混煉釜20導(dǎo)入水和粉末纖維素后，使蓋部30降下，通過(guò)油壓·真空單元50對(duì)混煉釜20內(nèi)部進(jìn)行真空抽吸，通過(guò)混煉用電動(dòng)機(jī)60驅(qū)動(dòng)攪拌葉片31。本發(fā)明中的真空狀態(tài)能夠通過(guò)利用真空泵賦予500Pa O. 13Pa的范圍的壓力、更優(yōu)選為130Pa IPa的范圍的壓力而實(shí)現(xiàn)，混煉時(shí)間為30分鐘 60分鐘、優(yōu)選為40分鐘 50分鐘。
接著，將進(jìn)行過(guò)真空混煉的纖維素混煉物成形為適于電子射線照射的尺寸和形狀。成形可以使用真空壓制機(jī)、真空擠出機(jī)等來(lái)進(jìn)行，也可以直接對(duì)真空狀態(tài)的混煉釜20 加壓，從下部的擠出口擠出纖維素混煉物并切斷。
<S2>
將成形后的纖維素混煉物置于帶式輸送機(jī)110上，輸送至電子射線照射裝置100 內(nèi)，在電子射線照射部120處接受來(lái)自電子射線源130的電子射線的照射。
〈S3〉
將通過(guò)電子射線照射而得到的交聯(lián)纖維素凝膠以置于帶式輸送機(jī)110上的狀態(tài)輸送至擠出裝置150的料斗152，并投入到料斗152中。投入到料斗152中的交聯(lián)纖維素凝膠被料斗152下部的切片機(jī)154切斷，供給至擠出裝置150主體內(nèi)。對(duì)于被供給至擠出裝置150主體的擠出部156的交聯(lián)纖維素凝膠，通過(guò)擠出用螺桿156b將該交聯(lián)纖維素凝膠在圓筒狀主體156a內(nèi)朝向排出口 158擠出，從而由排出口 158的板狀部件158a的圓形孔擠出該交聯(lián)纖維素凝膠，并將其呈球狀排出。此時(shí)，交聯(lián)纖維素凝膠被旋轉(zhuǎn)的螺桿156b粉碎、 混煉并且擠壓向圓筒狀主體156a的前方。由于螺桿156b的前半部分的送進(jìn)間距Pl為后半部分的送進(jìn)間距P2的大致一半，因此對(duì)交聯(lián)纖維素凝膠的混煉物的按壓力逐漸升高，以預(yù)定的擠出力從模具156c的各成形孔156e擠出交聯(lián)纖維素凝膠。在該擠出過(guò)程中，因交聯(lián)纖維素凝膠的水分含有率、粘彈強(qiáng)度等的關(guān)系，交聯(lián)纖維素凝膠并非細(xì)長(zhǎng)而連續(xù)的，而是被切成較短的顆粒狀凝膠而擠出。
成為球狀而排出的交聯(lián)纖維素凝膠被干燥裝置200的通氣性的帶式輸送機(jī)210接受，輸送至干燥裝置200內(nèi)。球狀的交聯(lián)纖維素凝膠在干燥裝置200內(nèi)的各干燥室中暴露在60°C 90°C的預(yù)定溫度的溫風(fēng)下，形成干燥交聯(lián)纖維素凝膠，從出口 240被取出。此時(shí)，熱風(fēng)從通氣性帶式輸送機(jī)210的上方向下方、以及從下方向上方反復(fù)流通，因此顆粒狀交聯(lián)纖維素凝膠一邊以低速移動(dòng)一邊被干燥至殘留水分率10wt%左右。
實(shí)施例
以下，邊參照實(shí)施例和比較例邊進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[實(shí)施例1]
使用羧基烷基纖維素鈉作為纖維素粉末，使其含量變?yōu)?5wt% 30wt%、使電子射線照射量變?yōu)?kGy 16kGy，使用圖2所示的制造裝置制造干燥交聯(lián)纖維素凝膠。S卩，向混煉釜中注入10. 5L 12. 75L水，邊噴霧出霧狀的水邊添加2. 25 4. 5kg羧基烷基纖維素鈉粉末，然后蓋上混煉釜的蓋部進(jìn)行40分鐘真空抽吸，進(jìn)行真空混煉。接著將進(jìn)行過(guò)真空混煉的纖維素混煉物轉(zhuǎn)移至電子射線照射裝置，照射規(guī)定的電子射線使其交聯(lián)，得到交聯(lián)纖維素凝膠。接著將交聯(lián)纖維素凝膠轉(zhuǎn)移至擠出裝置成形為球狀，然后輸送至干燥裝置使其干燥，制成干燥纖維素凝膠。
<吸水倍率>
對(duì)于各試樣，將吸水24小時(shí)后的凝膠除以吸水前的初始重量而求出吸水倍率。制造條件和測(cè)定結(jié)果如表I所示。另外，在圖7的(a) (C)中，將表I的粉末纖維素含量與電子射線照射量的關(guān)系按粉末纖維素的種類(lèi)制成柱狀圖。
根據(jù)圖7可知，雖然根據(jù)作為原料的纖維素粉末的種類(lèi)而不同，但纖維素粉末的含量越增加則電子射線的照射量越發(fā)減少、存在用于達(dá)成高吸水倍率的最佳的纖維素粉末的含量與電子射線照射量的組合。
表I中“2200”表示“Daicel FineChem Ltd.制造的羧基甲基纖維素鈉CMC2200”， “1350”表示“Daicel FineChem Ltd.制造的羧基甲基纖維素鈉CMC1350”，“350”表示“日本制紙株式會(huì)社制造的羧基甲基纖維素鈉F350HC-4”。
表I中，評(píng)價(jià)項(xiàng)目“◎”表示具有350倍以上的吸水倍率、特別適宜于需要吸水能力的用途，“〇”表示具有150 350倍的吸水倍率，適宜于通常的干燥凝膠的用途，“Λ”表示具有90 150倍的吸水倍率。
[表 I]
權(quán)利要求
1.一種干燥纖維素凝膠的制造方法，其包括以下工序在加入水的混煉容器中邊進(jìn)行霧狀的水的噴霧邊添加15 25wt%的纖維素粉末，然后在真空下混煉水和纖維素粉末而得到纖維素混煉物的工序；對(duì)該纖維素混煉物照射電子射線而得到交聯(lián)纖維素凝膠的工序；以及使該交聯(lián)纖維素凝膠干燥而得到干燥纖維素凝膠的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述電子射線的照射量為9 16kGy。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，所述干燥在60 90°C的溫度下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的制造方法，其還包括在真空下將所述纖維素混煉物成形的工序。
5.一種干燥纖維素凝膠，其是通過(guò)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的制造方法而得到的干燥纖維素凝膠，用吸水24小時(shí)的凝膠除以吸水前的初始重量求出的吸水倍率為150以上。
6.一種干燥纖維素凝膠的制造裝置，其用于實(shí)施權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的干燥纖維素凝膠的制造方法，其具備以下裝置 真空混煉裝置，所述真空混煉裝置具備混煉釜、蓋部和真空抽吸單元，所述蓋部具備攪拌葉片、原料投入口、沿該原料投入口更上方的內(nèi)周部設(shè)置的流水管以及以等間距設(shè)置于該流水管的水噴霧部； 電子射線照射裝置，所述電子射線照射裝置具備對(duì)通過(guò)該真空混煉裝置制備的纖維素混煉物進(jìn)行輸送的帶式輸送機(jī)、電子射線照射部、電子射線源；以及 干燥裝置，所述干燥裝置具備對(duì)通過(guò)該電子射線照射裝置制備的纖維素凝膠進(jìn)行輸送的通氣性的帶式輸送機(jī)、從該帶式輸送機(jī)上方吹送熱風(fēng)的循環(huán)風(fēng)扇、和排氣管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其還具備對(duì)從所述電子射線照射裝置輸出的纖維素凝膠進(jìn)行混煉并成形為球狀的擠出裝置。
全文摘要
一種干燥纖維素凝膠的制造方法，其包括以下工序在裝入水的混煉機(jī)中邊進(jìn)行霧狀的水的噴霧邊添加15～25wt%的纖維素粉末，然后在真空下混煉水和纖維素粉末而得到纖維素混煉物的工序；對(duì)該纖維素混煉物照射電子射線而得到交聯(lián)纖維素凝膠的工序；以及使該交聯(lián)纖維素凝膠干燥而得到干燥纖維素凝膠的工序。
文檔編號(hào)C08B11/12GK103025763SQ20108006815
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者清水剛, 清水奈津惠 申請(qǐng)人:高木千代美, 清水奈穗美, 清水剛