(57)【要約】【課題】振動式粉砕機の内部におけるセルロース含有原料による閉塞を抑制する。【解決手段】振動式粉砕機１０において、原料供給部１３１からセルロース含有原料を連続供給すると共に、粉砕室１１１，１２１を振動させて粉砕媒体１５によりセルロース含有原料を粉砕し、且つ粉末排出部１３２から粉砕したセルロース含有原料を粉末セルロースとして連続排出する。粉砕室１１１，１２１でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、且つ粉砕室１１１，１２１に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体Ｇを流す。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料供給部と、前記原料供給部の下流側に設けられ且つ粉砕媒体が収容された粉砕室と、前記粉砕室の下流側に設けられた粉末排出部と、を備えた振動式粉砕機を用い、前記原料供給部からセルロース含有原料を連続供給すると共に、前記粉砕室を振動させて前記粉砕媒体によりセルロース含有原料を粉砕し、且つ前記粉末排出部から粉砕したセルロース含有原料を粉末セルロースとして連続排出する粉末セルロースの製造方法であって、
前記粉砕室でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、且つ前記粉砕室に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体を流す粉末セルロースの製造方法。
【請求項２】
前記粉砕媒体が棒状の粉砕媒体である請求項１に記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項３】
前記棒状の粉砕媒体の直径が３〜６０ｍｍである請求項２に記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項４】
前記セルロース含有原料の水分含有量が０．２〜２．５質量％である請求項１乃至３のいずれかに記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項５】
前記粉砕室における前記粉砕媒体の充填率が４０〜９０％である請求項１乃至４のいずれかに記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項６】
前記粉砕室と前記粉末排出部との間には、開口を有する下流端スクリーンが設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項７】
前記下流端スクリーンの開口率が０．１〜１０％である請求項６に記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項８】
前記粉砕室は、上流側の第１粉砕室と下流側の第２粉砕室とを含む請求項１乃至７のいずれかに記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項９】
前記第１粉砕室と前記第２粉砕室との間に、開口を有する中間スクリーンが設けられている請求項８に記載された粉末セルロースの製造方法。
【請求項１０】
前記第２粉砕室と前記粉末排出部との間には、開口を有する下流端スクリーンが設けられており、
前記中間スクリーンの開口率よりも前記下流端スクリーンの開口率の方が小さい請求項９に記載された粉末セルロースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末セルロースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を小粒径化して比表面積を増大させることにより、その物質の反応性が向上し、また、かさ密度等のハンドリング性に関与する性質が変化することは一般によく知られている。物質を小粒径化する方法において、最も基本的な単位プロセスの一つとして粉砕プロセスが挙げられ、古くは鉱物の粉砕や炭酸カルシウム等の無機物の粉砕が行われており、その利用分野も非常に多岐に渡る。近年では、環境問題への意識の高まりからバイオマス材料が注目されており、セルロース含有原料を粉砕して得られる粉末セルロースは、セルロースエーテルの原料や、化粧品、食品、バイオマス材料等の工業原料に用いられている。そして、かかる粉末セルロースの製造方法として、振動式粉砕機を用いてセルロース含有原料の粉砕を行う方法が知られている。例えば、特許文献１及び２には、木質材の破砕物を、棒状の粉砕媒体を収容した粉砕筒を備えた振動式粉砕機に供して粉砕する際、粉砕筒内に発生する蒸気を逃がすために粉砕筒内に大気を流すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８８８３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
振動式粉砕機を用いてセルロース含有原料を連続的に粉砕する場合、生産性の観点からはセルロース含有原料の供給量を多くすることが好ましい一方、セルロース含有原料の供給量を多くすると、振動式粉砕機の内部においてセルロース含有原料による閉塞が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、振動式粉砕機の内部におけるセルロース含有原料による閉塞を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、原料供給部と、前記原料供給部の下流側に設けられ且つ粉砕媒体が収容された粉砕室と、前記粉砕室の下流側に設けられた粉末排出部と、を備えた振動式粉砕機を用い、前記原料供給部からセルロース含有原料を連続供給すると共に、前記粉砕室を振動させて前記粉砕媒体によりセルロース含有原料を粉砕し、且つ前記粉末排出部から粉砕したセルロース含有原料を粉末セルロースとして連続排出する粉末セルロースの製造方法であって、前記粉砕室でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、且つ前記粉砕室に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体を流すものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、粉砕室でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、セルロース含有原料の流動量が多いものの、粉砕室に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体を流すことにより、振動式粉砕機の内部におけるセルロース含有原料による閉塞を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】振動式粉砕機の概略構成を示す正面図である。
【図２】振動式粉砕機の概略構成を示す左側面図である。
【図３】図２におけるIII-III断面図である。
【図４】（ａ）は第１（第２）スクリーンの正面図であり、（ｂ）はそれにマスクを取り付けた正面図である。
【図５】図１におけるＶ-Ｖ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
（振動式粉砕機）
図１〜３には、実施形態に係る粉末セルロースの製造方法に用いることができる振動式粉砕機の一例を示す。
【００１１】
この振動式粉砕機１０は、各々、水平方向に延びるように設けられた中空円柱状の上側の第１粉砕筒１１及び下側の第２粉砕筒１２を備える。
【００１２】
第１粉砕筒１１の一端には、筒状の原料供給部１３１が第１粉砕筒１１の内部に連通すると共に上方に延びるように設けられている。第２粉砕筒１２の一端には、筒状の粉末排出部１３２が第２粉砕筒１２の内部に連通すると共に下方に延びるように設けられている。第１及び第２粉砕筒１１，１２の他端間には、筒状の連結管１３３が第１及び第２粉砕筒１１，１２の内部間を連通させるように設けられている。
【００１３】
第１粉砕筒１１の内部には、連結管１３３が設けられている位置の上流側に、円盤状の第１スクリーン１４１（中間スクリーン）が第１粉砕筒１１の内部を仕切るように設けられている。これにより第１粉砕筒１１の内部には、第１スクリーン１４１よりも上流側に、原料供給部１３１の下流に設けられた第１粉砕室１１１が構成されていると共に、第１スクリーン１４１よりも下流側に、中間粉砕物収容室１１２が構成されている。
【００１４】
第２粉砕筒１２の内部には、粉末排出部１３２が設けられている位置の上流側に、円盤状の第２スクリーン１４２（下流端スクリーン）が第２粉砕筒１２の内部を仕切るように設けられている。これにより第２粉砕筒１２の内部には、第２スクリーン１４２よりも上流側に、連結管１３３の下流に設けられた第２粉砕室１２１が構成されていると共に、第２スクリーン１４２よりも下流側に、排出粉砕物収容室１２２が構成されている。
【００１５】
従って、この振動式粉砕機１０では、第１粉砕室１１１と第２粉砕室１２１との間に第１スクリーン１４１が介設され、また、第２粉砕室１２１と粉末排出部１３２との間に第２スクリーン１４２が介設された構成となっている。
【００１６】
第１及び第２スクリーン１４１，１４２には、図４（ａ）に示すように、並行に延びるように設けられた複数のスリット状の開口１４３が形成されている。また、第１及び第２スクリーン１４１，１４２は、図４（ｂ）に示すように、開口１４３を部分的に覆うマスク１４４が着脱可能であり、マスク１４４の形状によって開口面積Ｓｏｐｅｎｉｎｇが調整可能に構成されている。ここで、第１スクリーン１４１（第２スクリーン１４２）の開口率は、下記式に示す通り、第１スクリーン１４１（第２スクリーン１４２）の開口面積Ｓｏｐｅｎｉｎｇを第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）の横断面積Ｓ１（２）で除して１００を掛けることにより算出することができる。
【００１７】
第１（第２）スクリーンの開口率（％）＝（Ｓopening／Ｓ１(２)）×１００
【００１８】
この第１スクリーン１４１（第２スクリーン１４２）の開口率により、粉砕物の第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）での滞留時間が調整されるため、それによって粉砕物の粒径制御を行うことができる。例えば、第１スクリーン１４１（第２スクリーン１４２）の開口率を低くすると、粉砕物の第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）での滞留時間が長くなるため、その結果、より微細な粉砕物を得ることができる。
【００１９】
第１及び第２粉砕室１１１，１２１の容積Ｖ１，Ｖ２は、例えば３〜１５００Ｌである。第１及び第２粉砕室１１１，１２１の容積Ｖ１，Ｖ２は、一般的には同一であるが、異なっていてもよい。第１及び第２粉砕室１１１，１２１の内径Ｄ１，Ｄ２は例えば１２０〜８００ｍｍであり、長さＬ１，Ｌ２は例えば２００〜４０００ｍｍである。第１及び第２粉砕室１１１，１２１の内径Ｄ１，Ｄ２及び長さＬ１，Ｌ２も、一般的には同一であるが、異なっていてもよい。
【００２０】
第１及び第２粉砕室１１１，１２１には、図３及び５に示すように、それぞれ棒状の粉砕媒体１５が複数収容されている。粉砕媒体１５は例えば横断面形状が円形の鋼鉄製の丸棒で構成されている。粉砕媒体１５の直径ｄ１，ｄ２は例えば３〜６０ｍｍであり、長さｌ１，ｌ２は、第１及び第２粉砕室１１１，１２１の長さＬ１，Ｌ２よりも短く、長さｌ１（２）の粉砕室１１１の長さＬ１（２）に対する割合（ｌ１（２）／Ｌ１（２）×１００）が例えば９５〜９９．５％である。なお、棒状の粉砕媒体１５の横断面形状は、円形に限定されるものではなく、四角形や六角形などの多角形、楕円形等であってもよい。また、棒状の粉砕媒体１５の材質は、鋼鉄に限定されるものではなく、例えば、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、チッ化珪素、ガラス等であってもよい。さらに、粉砕媒体１５は、棒状に限定されるものではなく、例えば直径が３〜６０ｍｍのボール状等のその他の形状であってもよい。第１及び第２粉砕室１１１，１２１には、同種の粉砕媒体１５が収容されていても、また、異種の粉砕媒体１５が収容されていても、どちらでもよい。具体的には、例えば、第１及び第２粉砕室１１１，１２１の両方に棒状の粉砕媒体１５が収容されていてもよく、また、第１及び第２粉砕室１１１，１２１の一方に棒状の粉砕媒体１５が収容され且つ他方にボール状の粉砕媒体１５が収容されていてもよい。
【００２１】
第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）における粉砕媒体１５の充填率は、下記式に示す通り、粉砕媒体１５の全体積Ｖｍｅｄｉａを第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）の容積Ｖ１（２）で除して１００を掛けることにより算出することができる。なお、Ｖ１（２）＝πＤ１（２）２Ｌ１（２）／４であり、
また、Ｖｍｅｄｉａは、粉砕室に装備される各粉砕媒体の体積ｖの総和である。
【００２２】
第１（第２）粉砕室の粉砕媒体の充填率（％）＝（Ｖmedia／Ｖ１(２)）×１００
【００２３】
第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）の粉砕媒体１５の充填率は粉砕媒体１５の本数ｎ１（２）により制御することができるが、この充填率により粉砕物の粉砕媒体１５の粉砕頻度が調整されるため、それによって粉砕物の粒径制御を行うことができる。例えば、第１粉砕室１１１（第２粉砕室１２１）の粉砕媒体１５の充填率を高くすると、粉砕物の粉砕頻度も高くなるため、その結果、より微細な粉砕物を得ることができる。
【００２４】
この振動式粉砕機１０では、第１及び第２粉砕筒１１，１２の長さ方向の両側がそれぞれ枠体１６１に外嵌めされて支持され、また、各枠体１６１の幅方向の両側がそれぞれ長さ方向に配設された一対のコイルスプリング１６２により支持され、従って、合計８個のコイルスプリング１６２により支持され、従って、合計８個のコイルスプリング１６２により支持され、更に、各コイルスプリング１６２が架台１６３により支持されている。そして、回転軸１７１が両枠体１６１の中心を貫通すると共にそれらの両枠体１６１で軸受されるように設けられており、その回転軸１７１における第１及び第２粉砕筒１１，１２の連結されている側の軸端がユニバーサルジョイント１７２を介してモーター１７３に結合している。また、回転軸１７１には、各枠体１６１の外側の位置に偏芯錘１８１が設けられており、偏芯錘１８１は、枠体１６１に取り付けられたケーシング１８２内に収容されている。
【００２５】
以上の構成の振動式粉砕機１０によれば、モーター１７３が駆動されると、ユニバーサルジョイント１７２を介して回転軸１７１が回転し、それと同時に偏芯錘１８１も回転することとなり、その際に発生する振動が、枠体１６１を介して第１及び第２粉砕筒１１，１２に伝えられる。このとき、枠体１６１は架台１６３にコイルスプリング１６２を介して支持されているので、第１及び第２粉砕筒１１，１２は、それらの軸が軸直平面において円運動して振動し、粉砕媒体１５が第１及び第２粉砕室１１１，１２１の内部において運動する。この円運動の半径は例えば２．５〜１２ｍｍであり、振動数は例えば８〜４０Ｈｚである。そして、原料供給部１３１から被粉砕原料を連続供給すると、被粉砕原料は、第１粉砕筒１１の第１粉砕室１１１において粉砕媒体１５の運動によって粉砕されながら一端から他端に向かって送られる。第１粉砕室１１１の下流端に達した粉砕物は、第１スクリーン１４１の開口１４３を介して中間粉砕物収容室１１２に送られるのに続いて、そこから連結管１３３を介して第２粉砕筒１２の第２粉砕室１２１に送られる。第２粉砕室１２１に送られた粉砕物は、第２粉砕筒１２の第２粉砕室１２１において粉砕媒体１５の運動によって更に粉砕されながら他端から一端に向かって送られる。第２粉砕室１２１の下流端に達した粉砕物は、第２スクリーン１４２の開口１４３を介して排出粉砕物収容室１２２に送られるのに続いて、そこから粉末排出部１３２を介して連続回収される。
【００２６】
なお、振動式粉砕機は、上記振動式粉砕機１０のように第１及び第２粉砕筒１１，１２を備えた構成の他、一端に原料供給部及び他端に粉末排出部が設けられた単一の粉砕筒を備えた構成であってもよい。
【００２７】
また、市販の振動式粉砕機としては、中央化工機社製の振動ミル、ユーラステクノ社製のバイブロミル、吉田製作所社製の小型振動ロッドミル、ドイツのフリッチュ社製の振動カップミル、日陶科学社製の小型振動ミル等が挙げられる。
【００２８】
（粉末セルロースの製造方法）
本実施形態に係る粉末セルロースの製造方法では、振動粉砕機の原料供給部からセルロース含有原料を連続供給し、粉砕室を振動させて粉砕媒体によりセルロース含有原料を粉砕し、粉末排出部から粉砕したセルロース含流原料を粉末セルロースとして排出する。以下、振動式粉砕機として上記振動式粉砕機１０を用いた場合を例として具体的に説明すると、振動式粉砕機１０において原料供給部１３１からセルロース含有原料を連続供給し、第１及び第２粉砕室１１１，１２１を振動させて粉砕媒体１５によりセルロース含有原料を粉砕し、粉末排出部１３２から粉砕したセルロース含有原料を粉末セルロースとして連続排出するものである。そして、本実施形態に係る粉末セルロースの製造方法では、粉砕室でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、且つ２粉砕室に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体Ｇを流す。振動式粉砕機１０においては、第１及び／又は第２粉砕室１１１，１２１でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、且つ第１及び／又は第２粉砕室１１１，１２１に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体Ｇを流す。
【００２９】
本実施形態に係る粉末セルロースの製造方法によれば、このように粉砕室でのセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度を１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）とし、セルロース含有原料の流動量が多いものの、粉砕室に、上流から下流に、線速度１．５〜３０ｍ／ｍｉｎで気体を流すことにより、振動式粉砕機の内部におけるセルロース含有原料による閉塞を抑制することができる。
【００３０】
＜セルロース含有原料＞
粉砕対象であるセルロース含有原料としては、特に限定されるものではないが、例えば、各種木材チップ、各種樹木の剪定枝材、間伐材、枝木材、建築廃材、工場廃材などの木材類；木材から製造されたウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプなどのパルプ類；新聞紙、段ボール、雑誌、上質紙などの紙類；稲わら、とうもろこし茎などの植物茎・葉類；籾殻、パーム殻、ココナッツ殻などの植物殻類等が挙げられる。粉砕対象のセルロース含有原料は、これらのうちの１種であっても、また、２種以上を混合したものであっても、どちらでもよい。粉砕対象のセルロース含有原料としては、これらのうちパルプ類や木材類が好ましく、パルプ類がより好ましい。
【００３１】
振動式粉砕機には、例えばシュレッダーやスリッターカッター等の裁断機を用いてチップ状に裁断したセルロース含有原料を供給することが好ましい。チップ状のセルロース含有原料の大きさは、生産性の観点から、好ましくは１ｍｍ角以上、より好ましくは２ｍｍ角以上であり、また、セルロース含有原料を振動式粉砕機１０内において効率的に分散させる観点から、好ましくは７０ｍｍ角以下、より好ましくは５０ｍｍ角以下である。
【００３２】
セルロース含有原料のセルロース含有量は、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上、更に好ましくは６０質量％以上である。ここで、セルロース含有量とは、セルロース含有原料から水を除いた残余成分中におけるセルロース及びヘミセルロースの合計含有量の質量百分率である。なお、市販のパルプの場合、セルロース含有量は通常７５〜１００質量％であり、セルロース及びヘミセルロース以外の他の成分としては例えばリグニン等が挙げられる。
【００３３】
セルロース含有原料の水分含有量は、振動式粉砕機を用いた粉砕によりセルロースの結晶化指数を効率的に低下させると共にセルロース含有原料の小粒径化をより効率的に行う観点から、好ましくは３．５質量％以下、より好ましくは２．５質量％以下、更に好ましくは２．０質量％以下、更により好ましくは１．８質量％以下、特に好ましくは１．５％質量以下、特により好ましくは１．０質量％以下である。セルロース含有原料の水分含有量の下限は特に限定されないが、好ましくは０．２質量％以上である。セルロース含有原料の水分含有量は、事前に乾燥処理等を行うことにより制御することができる。ここで、水分含有量は、赤外線水分計（例えば島津製作所社製  型番：ＭＯＣ−１２０Ｈ等）を用いて測定される所定温度での水分蒸発量から算出される。
【００３４】
＜セルロース含有原料の供給＞
本実施形態に係る粉末セルロースの製造方法では、振動粉砕機の粉砕筒の一端に設けられた原料供給部（振動粉砕機１０においては、原料供給部１３１）からセルロース含有原料を連続供給する。
【００３５】
このセルロース含有原料の供給は、粉砕媒体を装備した粉砕室（振動粉砕機１０における第１及び／又は第２粉砕室１１１，１２１）内のセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度が１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）となるように行う。なお、振動粉砕機１０の様に連続的につながった２つの粉砕室を有する場合、第１及び第２粉砕室１１１，１２１の両方においてこの空間断面積当たりの流動速度となることが好ましいが、第１及び第２粉砕室１１１，１２１のうちいずれか一方のみにおいてこの空間断面積当たりの流動速度以下となってもよい。
【００３６】
ここで、セルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度とは、原料供給部からのセルロース含有原料の供給速度（ｋｇ／ｈ）を粉砕室の空間断面積（ｍ２）で除した値である。また、空間断面積とは、粉砕室内においてセルロース含有原料が流動可能な粉砕室の断面積をいい、振動粉砕機１０を例に示すと、第１又は第２粉砕室１１１，１２１の容積Ｖから粉砕媒体１５の全体積Ｖｍｅｄｉａを引いた値である空間容積を、第１又は第２粉砕室１１１，１２１の長さＬ１，Ｌ２で除した値である。
【００３７】
セルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度は１０００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以上であるが、生産性の観点から、好ましくは１２００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以上、より好ましくは１５００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以上、更に好ましくは１６００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以上である。また、セルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度は１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以下であるが、セルロース含有原料による閉塞を抑制する観点から、好ましくは８０００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以下、より好ましくは５０００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以下、更に好ましくは４０００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）以下である。
【００３８】
＜気体の流通＞
本実施形態に係る粉末セルロースの製造方法では、粉砕室に、上流から下流に気体を流す。なお、振動粉砕機１０の様に連続的につながった２つの粉砕室を有する場合、第１及び第２粉砕室１１１，１２１の両方に気体Ｇを流すことが好ましいが、少なくともセルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度が１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）である粉砕室に気体Ｇを流せばよい。粉砕室の下流端にスクリーンを有する場合、粉砕室とともにスクリーンの開口部にも気体を流すことが好ましい。
【００３９】
粉砕室への気体の流通手段は、特に限定されるものではない。例えば、振動式粉砕機１０の場合であれば原料供給部１３１からセルロース含有原料と共に気体Ｇを導入し、第１粉砕室１１１、中間粉砕物収容室１１２、連結管１３３、及び第２粉砕室１２１を経由させ、排出粉砕物収容室１２２から排出させても良いし、原料供給部１３１からセルロース含有原料と共に気体Ｇを導入し、
第１粉砕室１１１、中間粉砕物収容室１１２、連結管１３３、第２粉砕室１２１、及び排出粉砕物収容室１２２を経由させ、粉末排出部１３２から粉末セルロースと共に排出させてもよい。また、第１粉砕室１１１の上流部に気体導入部を設け、粉末排出部１３２から粉末セルロースと共に排出させてもよいし、第１粉砕室１１１の上流部に気体導入部及び排出粉砕物収容室１２２に気体排出部を設けてもよい。
【００４０】
気体Ｇとしては、特に限定されるものではなく、例えば、空気、窒素、その他の不活性ガス等が挙げられる。気体Ｇの温度も限定されないが、好ましくは５〜１８０℃、より好ましくは１０〜１５０℃である。
【００４１】
この気体Ｇの流通は、粉砕室での気体Ｇの線速度が１．５〜３０ｍ／ｍｉｎとなるように行う。なお、振動粉砕機１０において、セルロース含有原料の空間断面積当たりの流動速度が１０００〜１００００ｋｇ／（ｈ・ｍ２）である粉砕室においてこの気体Ｇの線速度となっていればよい。
【００４２】
気体Ｇの線速度は１．５ｍ／ｍｉｎ以上であるが、セルロース含有原料による閉塞を抑制する観点から、好ましくは２ｍ／ｍｉｎ以上、より好ましくは３ｍ／ｍｉｎ以上である。気体Ｇの線速度は３０ｍ／ｍｉｎ以下であるが、セルロース含有原料による閉塞を抑制する観点から、好ましくは２８ｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは２５ｍ／ｍｉｎ以下である。つまり、セルロース含有原料による閉塞を抑制するのには、気体Ｇの線速度が低過ぎず且つ高過ぎないことが必要である。ここで、気体Ｇの線速度とは、気体Ｇの単位時間当たりの風量（０℃、１気圧の標準状態における体積）を粉砕室の空間断面積で除した値である。
【００４３】
＜粉砕＞
粉砕筒の一端に設置された原料供給部から連続供給されたセルロース含有原料は、粉砕筒の粉砕室において粉砕媒体の運動によって粉砕されながら粉砕筒の一端から他端に向かって送られる。
【００４４】
粉砕筒、すなわち粉砕機の振動の振動数は、粉砕速度の観点から、８Ｈｚ以上であることが好ましく、１０Ｈｚ以上であることがより好ましく、１２Ｈｚ以上であることが更に好ましい。また片振幅は、２．５ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、３．５ｍｍ以上であることが更に好ましい。一方、装置負荷の観点からは、振動数は４０Ｈｚ以下であることが好ましく、３５Ｈｚ以下であることがより好ましく、３０Ｈｚであることがさらに好ましい。また片振幅は１２ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、９ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４５】
粉砕室に収容する粉砕媒体の直径ｄは、セルロース含有原料の粉砕効率の観点から好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、更に好ましくは１０ｍｍ以上であり、また、好ましくは６０ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、更に好ましくは４０ｍｍ以下である。
【００４６】
粉砕室における粉砕媒体の充填率は、セルロース含有原料の粉砕頻度を高める観点から、好ましくは４０％以上、より好ましくは５０％以上、更に好ましくは６０％以上であり、また、セルロース含有原料の閉塞を抑制する観点から、好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％以下、更に好ましくは８０％以下である。粉砕媒体の本数ｎは、粉砕室の内径及び粉砕媒体の直径に依存するが、例えば１０〜５０００本である。粉砕室の下流端には、セルロース含有原料の粉砕室での滞留時間を制御する目的で、開口したスクリーンを設置することが好ましい。粉砕室の下流端にスクリーンを有する場合、粉砕室の下流端に達したセルロース含有原料は、スクリーンの開口を介して粉末排出部に送られる。
【００４７】
スクリーンの開口率は、セルロース含有原料の閉塞を抑制する観点から、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．３％以上、更に好ましくは０．５％以上、より更に好ましくは０．８％以上であり、また、セルロース含有原料の粉砕室での滞留時間を長くして粉砕能力を高める観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下、更に好ましくは５０％以下である。
【００４８】
なお、振動粉砕機が振動粉砕機１０の場合の様に、２つの粉砕筒を有し、各々の粉砕室の下端にスクリーンを有する場合には、第１粉砕室１１１の下流端に達したセルロース含有原料は、第１スクリーン１４１の開口１４３を介して中間粉砕物収容室１１２に送られ、続いて、連結管１３３を介して第２粉砕筒１２の第２粉砕室１２１に送られる。第２粉砕室１２１に送られたセルロース含有原料は、第２粉砕筒１２の第２粉砕室１２１において粉砕媒体１５の運動によって更に粉砕されながら他端から一端に向かって送られる。第２粉砕室１２１の下流端に達したセルロース含有原料は、第２スクリーン１４２の開口１４３を介して排出粉砕物収容室１２２に送られる。
【００４９】
第１粉砕室１１１及び第２粉砕室１２１における粉砕媒体１５の直径、及び充填率の好ましい様態は、上記粉砕媒体の直径及び充填率の様態の好ましい範囲と同じであり、第１粉砕室１１１における粉砕媒体１５と第２粉砕室１２１における粉砕媒体の直径及び充填率は、同じであっても異なっていてもよい。
【００５０】
第１スクリーンの開口率、及び第２スクリーンの開口率は、セルロース含有原料のそれぞれの粉砕室における閉塞を抑制する観点から、０．１％以上であることが好ましく、セルロース含有原料のそれぞれの粉砕室での滞留時間を長くして粉砕能力を高める観点から、５０％以下であることが好ましい。また第１粉砕室で粉砕されたことによって流動性の高くなったセルロース含有原料の第２粉砕室における滞留量を多くして粉砕能力を高める観点から、第２スクリーン１４２の開口率は第１スクリーンの開口率よりも低いことが好ましい。具体的には第１スクリーン１４１の開口率は、好ましくは３％以上、より好ましくは１０％以上、更に好ましくは２０％以上であり、また、好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下、更に好ましくは５０％以下である。第２スクリーン１４２の開口率は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．３％以上、更に好ましくは０．５％以上、更により好ましくは０．８％以上であり、また、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下、更に好ましくは５％以下、更により好ましくは３％以下である。
【００５１】
＜粉末セルロース＞
排出粉砕物収容室１２２に送られた粉状のセルロース含有原料は、粉末セルロースとして粉末排出部１３２を介して連続回収される。
【００５２】
粉末セルロースの平均粒径は、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上、更に好ましくは４０μｍ以上であり、また、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下である。ここで、粉末セルロースの平均粒径は、試料の粉末セルロースについて、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置（例えばベックマン・コールター社製  型番：ＬＳ１３  ３２０）を用いて乾式で測定される２５℃における体積基準のメジアン径である。
【００５３】
粉末セルロースの下記式で表されるセルロースＩ型結晶化指数は、得られた粉末セルロースを反応原料に用いた場合の反応性を高める観点から、好ましくは４５％以下、より好ましくは４２％以下、更に好ましくは４０％以下である。
【００５４】
セルロースＩ型結晶化指数（％）＝〔（Ｉ22.6−Ｉ18.5）／Ｉ22.6〕×１００ 
（ここで、Ｉ22.6はＸ線回折における格子面（００２面）（回折角２θ＝２２．６°）の回折強度であり、Ｉ18.5はアモルファス部（回折角２θ＝１８．５°）の回折強度である。）
【００５５】
なお、回収された粉末セルロースは、そのまま原料として使用してもよく、また、例えば高速回転式微粉砕機等を用いて更に微粉砕してもよい。
【実施例】
【００５６】
（セルロース含有原料）
粉末セルロースを製造するためのセルロース含有原料として、パルプシート（Ｔｅｍｂｅｃ社製、Ｂｉｏｆｌｏｃ  ＨＶ＋、セルロース含有量：９６質量％）をスーパーカッター（ＲＫ６―８００、荻野精機社製）を用いて長さ３ｍｍ、幅１．５ｍｍ、及び厚さ１ｍｍのチップ状に裁断し、それを乾燥機で乾燥させたチップ状のパルプ（以下「パルプチップ」という。）を準備した。
【００５７】
このパルプチップ５ｇを赤外線水分計（島津製作所社製  型番：ＭＯＣ−１２０Ｈ）の試料皿に載せ、設定温度を１２０℃として自動停止モード（３０秒間の水分変化量が０．０５％以下となったら測定終了）で水分蒸発量を測定した。そして、それに基づいてパルプチップ（セルロース含有原料）の水分含有量を算出したところ０．５質量％であった。
【００５８】
（粉末セルロースの製造）
以下の実施例１〜３及び比較例１〜３並びに参考例の粉末セルロースの製造を行った。詳細内容について表１及び２にも示す。
【００５９】
＜実施例１＞
実施例１では、上記実施形態における振動式粉砕機１０と同様の構成の振動式粉砕機（ユーラステクノ社製  型番：ＹＡＭＴ−５０、第１及び第２粉砕室の容量Ｖ１，Ｖ２：２５．２Ｌ、第１及び第２粉砕室の直径Ｄ１，Ｄ２：１９８ｍｍ、第１及び第２粉砕室の長さＬ１、Ｌ２：８２０ｍｍ）を用いた。
【００６０】
第１及び第２粉砕室には、直径ｄ１，ｄ２が３０ｍｍ、長さｌ１，ｌ２が８０５ｍｍの鋼鉄製の丸棒状の粉砕媒体を２９本ずつ収容した。第１及び第２粉砕室のそれぞれにおける粉砕媒体の充填率は６５％である。また、第１及び第２粉砕室のそれぞれにおける空間断面積は０．０１０７ｍ２である。
【００６１】
第１スクリーンには、開口率４３％のスクリーンをマスクを取り付けずに用いた。また、第２スクリーンには、開口率が４３％のスクリーンにマスクを取り付け、開口率を１％となるようにした。
【００６２】
振動式粉砕機を振動数１６．７Ｈｚ、片振幅６．５ｍｍで駆動すると共に、原料供給部からパルプチップを１８．５ｋｇ／ｈの一定の原料供給速度で連続的に供給した。従って、第１及び第２粉砕室でのパルプチップの空間断面積当たりの流動速度は１７３５．２ｋｇ／（ｈ・ｍ２）である。
【００６３】
また、原料供給部に挿入した気体供給管を介して振動式粉砕機内に空気（２５℃）を５０Ｌ／ｍｉｎの風量で導入した。空気は、第１粉砕室、中間粉砕物収容室、連結管、第２粉砕室、及び排出粉砕物収容室を経由し、粉末排出部から粉末セルロースと共に排出された。従って、第１及び第２粉砕室では、空気が上流から下流に流れることとなるが、その線速度は４．７ｍ／ｍｉｎである。
【００６４】
この実施例１では、振動式粉砕機を駆動してから４０分後に、パルプチップの供給、及び振動式粉砕機の駆動を停止した。振動式粉砕機を駆動してから４０分間、安定して粉末セルロースを連続して製造することができた。
【００６５】
回収した粉末セルロースについて、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置（ベックマン・コールター社製  型番：ＬＳ１３  ３２０）を用いて、空気中の粉末セルロースの２５℃における体積基準のメジアン径を乾式で測定し、平均粒径とした。（以下、実施例２及び３並びに参考例も同様）。回収した粉末セルロースの平均粒径は１５７μｍであった。
【００６６】
回収した粉末セルロースについて、リガク社製の卓上型Ｘ線回折装置Rigaku MiniFlex IIを用いてＸ線回折強度を測定した。測定条件は、Ｘ線源：Ｃｕ／Ｋα−ｒａｄｉａｔｉｏｎ、管電圧：４０ｋｖ、管電流：１２０ｍＡ、測定範囲：回折角２θ＝５〜４５°、Ｘ線のスキャンスピード：１０°／ｍｉｎとした。そして、下記式に基づいてセルロースＩ型結晶化指数を算出した（以下、実施例２及び３も同様）。
【００６７】
セルロースＩ型結晶化指数（％）＝〔（Ｉ22.6−Ｉ18.5）／Ｉ22.6〕×１００ 
（ここで、Ｉ22.6はＸ線回折における格子面（００２面）（回折角２θ＝２２．６°）の回折強度であり、Ｉ18.5はアモルファス部（回折角２θ＝１８．５°）の回折強度である。）
回収した粉末セルロースのセルロースＩ型結晶化指数は２４％であった。
【００６８】
＜実施例２＞
実施例２では、原料供給部に挿入した気体供給管を介して振動式粉砕機内に空気（２５℃）を１００Ｌ／ｍｉｎの風量で導入したことを除いて実施例１と同様の操作を行った。空気の線速度は９．４ｍ／ｍｉｎである。
【００６９】
この実施例２でも、振動式粉砕機を駆動してから４０分間、安定して粉末セルロースを連続して製造することができた。
【００７０】
回収した粉末セルロースの平均粒径は１７８μｍであった。また、回収した粉末セルロースのセルロースＩ型結晶化指数は３６％であった。
【００７１】
＜比較例１＞
比較例１では、振動式粉砕機内に空気を導入しなかったことを除いて実施例１と同様の操作を行った。
【００７２】
この比較例１では、振動式粉砕機を駆動してから３０分後にパルプチップによる閉塞が生じたため、パルプチップの供給及び振動式粉砕機の駆動を停止した。
【００７３】
＜比較例２＞
比較例２では、原料供給部に挿入した気体供給管を介して振動式粉砕機内に空気（２５℃）を３５０Ｌ／ｍｉｎの風量で導入したことを除いて実施例１と同様の操作を行った。空気の線速度は３２．８ｍ／ｍｉｎである。
【００７４】
この比較例２では、振動式粉砕機を駆動してから１５分後にパルプチップによる閉塞が生じたため、パルプチップの供給及び振動式粉砕機の駆動を停止した。
【００７５】
＜参考例＞
参考例では、原料供給部からパルプチップを９．６ｋｇ／ｈの原料供給速度で供給し、振動式粉砕機内に空気を導入しなかったことを除いて実施例１と同様の操作を行った。第１及び第２粉砕室でのパルプチップの空間断面積当たりの流動速度は９００．４ｋｇ／（ｈ・ｍ２）である。振動式粉砕機を駆動してから４０分後に、パルプチップの供給、及び振動式粉砕機の駆動を停止した。
【００７６】
この参考例では、パルプチップの原料供給速度が低いために流動量が少なく、振動式粉砕機内に空気を導入しなくても、振動式粉砕機を駆動してから４０分間、安定して粉末セルロースを連続して製造することができた。
【００７７】
回収した粉末セルロースの平均粒径は１２２μｍであった。
【００７８】
＜実施例３＞
実施例３では、上記実施形態と同様の構成の振動式粉砕機（ユーラステクノ社製  型番：、YAMT−200、第１及び第２粉砕室の容量Ｖ１，Ｖ２：１０６．９Ｌ、第１及び第２粉砕室の直径Ｄ１，Ｄ２：３２３．７ｍｍ、第１及び第２粉砕室の長さＬ１，Ｌ２：１３２０ｍｍ）を用いた。
【００７９】
第１及び第２粉砕室には、直径ｄ１，ｄ２が３０ｍｍ、長さｌ１，ｌ２が１３００ｍｍの鋼鉄製の丸棒状の粉砕媒体を８４本ずつ収容した。第１及び第２粉砕室のそれぞれにおける粉砕媒体の充填率は７１％である。また、第１及び第２粉砕室のそれぞれにおける空間断面積は０．０２３８ｍ２である。
【００８０】
第１スクリーンには、開口率３０％のスクリーンをマスクを取り付けずに用いた。また、第２スクリーンには、開口率３０％のスクリーンにマスクを取り付け、開口率が１％となるようにした。
【００８１】
振動式粉砕機を振動数１６．７Ｈｚ、片振幅６．５ｍｍで駆動すると共に、原料供給部からパルプチップを４５．０ｋｇ／ｈの原料供給速度で供給した。従って、第１及び第２粉砕室でのパルプチップの空間断面積当たりの流動速度は１８９０．２ｋｇ／（ｈ・ｍ２）である。
【００８２】
また、原料供給部に挿入した気体供給管を介して振動式粉砕機内に空気（１３０℃）を５００Ｌ／ｍｉｎの風量で導入した。空気は、第１粉砕室、中間粉砕物収容室、連結管、第２粉砕室、及び排出粉砕物収容室を経由し、粉末排出部から粉末セルロースと共に排出された。従って、第１及び第２粉砕室では、空気が上流から下流に流れることとなるが、その線速度は２１．０ｍ／ｍｉｎである。
【００８３】
この実施例３では、振動式粉砕機を駆動してから５０分後に、パルプチップの供給、及び振動式粉砕機の駆動を停止した。振動式粉砕機を駆動してから５０分間、安定して粉末セルロースを連続して製造することができた。
【００８４】
回収した粉末セルロースの平均粒径は１６９μｍであった。また、回収した粉末セルロースのセルロースＩ型結晶化指数は２６％であった。
【００８５】
＜比較例３＞
比較例３では、原料供給部に挿入した気体供給管を介して振動式粉砕機内に窒素（２５℃）を１７Ｌ／ｍｉｎの風量で導入したことを除いて実施例３と同様の操作を行った。窒素の線速度は０．７ｍ／ｍｉｎである。
【００８６】
この比較例３では、振動式粉砕機を駆動してから２０分後にパルプチップによる閉塞が生じたため、パルプチップの供給及び振動式粉砕機の駆動を停止した。
【００８７】
【表１】
2014114416.tif 000003
【００８８】
【表２】
2014114416.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、粉末セルロースの製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００９０】
Ｇ  気体
１０  振動式粉砕機
１１  第１粉砕筒
１１１  第１粉砕室
１１２  中間粉砕物収容室
１２  第２粉砕筒
１２１  第２粉砕室
１２２  排出粉砕物収容室
１３１  原料供給部
１３２  粉末排出部
１３３  連結管
１４１  第１スクリーン（中間スクリーン）
１４２  第２スクリーン（下流端スクリーン）
１４３  開口
１４４  マスク
１５  粉砕媒体
１６１  枠体
１６２  コイルスプリング
１６３  架台
１７１  回転軸
１７２  ユニバーサルジョイント
１７３  モーター
１８１  偏芯錘
１８２  ケーシング
【図１】
2014114416.tif 000005
【図２】
2014114416.tif 000006
【図３】
2014114416.tif 000007
【図４】
2014114416.tif 000008
【図５】
2014114416.tif 000009