(57)【要約】【課題】含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの乾燥工程のエネルギー負荷を下げ、脱水後のケーキ水分量を低下させ、生産性向上及び脱水機の処理能力を向上させる。【解決手段】含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロース（Ｌ−ＨＰＣ）を圧搾式脱水機の入口に接続されたスクリューコンベアに供給して該圧搾式脱水機で脱水する方法であって、前記スクリューコンベアの運転を開始して前記含水Ｌ−ＨＰＣを前記スクリューコンベア及び前記圧搾式脱水機内部に充満させた後に前記圧搾式脱水機の運転を開始し、前記スクリューコンベアに供給する前記含水Ｌ−ＨＰＣの供給速度を、前記圧搾式脱水機の出口から排出される脱水されたＬ−ＨＰＣの排出速度とセルロースエーテル純分量として同じ速度とする含水Ｌ−ＨＰＣの脱水方法、及び該方法を用いるＬ−ＨＰＣの製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを圧搾式脱水機の入口に接続されたスクリューコンベアに供給して該圧搾式脱水機で脱水する方法であって、前記スクリューコンベアの運転を開始して前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを前記スクリューコンベア及び前記圧搾式脱水機内部に充満させた後に前記圧搾式脱水機の運転を開始し、前記スクリューコンベアに供給する前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの供給速度を、前記圧搾式脱水機の出口から排出される脱水された低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの排出速度とセルロースエーテル純分量として同じ速度とする含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水方法。
【請求項２】
前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを前記圧搾式脱水機内部に充満させることが、前記圧搾式脱水機の入口の圧力を、０．１０〜０．２５ＭＰａに上昇させることである請求項１に記載の含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水方法。
【請求項３】
前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの含水率が、８５〜９５質量％である請求項１又は請求項２に記載の含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水方法。
【請求項４】
アルカリセルロースとプロピレンオキシドを反応させて粗低置換ヒドロキシプロピルセルロースを得る工程と、
前記粗低置換ヒドロキシプロピルセルロースを洗浄して含水低置換ヒドロキシプロピルセルロースを得る工程と、
前記含水低置換ヒドロキシプロピルセルロースを請求項１〜３のいずれかに記載の脱水方法を用いて脱水する工程と、
脱水された低置換ヒドロキシプロピルセルロースを乾燥する工程と
を含む低置換ヒドロキシプロピル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、圧搾式脱水機の入口にスクリューコンベアを接続して含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを脱水する方法及び該方法を用いる低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、置換度が低いため、水に溶解せず、膨潤するセルロースエーテルである。低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、粉末状、チップ状、あるいはシート状のセルロースをアルカリ存在下、プロピレンオキサイドと反応させ、溶解、中和、洗浄することによって工業的に製造される。
前記洗浄工程は、通常連続式水平型真空濾過器、水平テーブル型濾過器又は水平ベルト型濾過器により連続的に行われる。洗浄後、濾過された低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、乾燥機の負荷軽減及び水溶性副生成物塩類の低減の為、更に圧搾式による脱水処理が行われる。
特許文献１には、主に圧搾式脱水機であるＶ型ディスクプレスを使用した水溶性セルロースエーテルの脱水方法について記載されている。また、この方法による脱水後の水溶性セルロースエーテルの水分は、３５〜４０質量％にまで低下させることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２３１６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らが特許文献１に記載されている連続式圧搾機であるＶ型ディスクプレスにより低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水を行った場合、脱水後のケーキ水分は脱水前の８０質量％にするのが限界であった。また、Ｖ型ディスクプレスの回転数を上げると処理能力は向上するが、内部の滞留時間が短くなる為、脱水ケーキ水分量は高くなる傾向にあった。
本発明は、上記事情に鑑み成されたもので、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの乾燥工程のエネルギー負荷を下げ、脱水後のケーキ水分量を低下させ、生産性向上及び脱水機の処理能力の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため鋭意検討した結果、水に溶解しない低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、圧搾式脱水機の内部への充満率が低い場合には、水で膨潤した低置換度ヒドロキシプロピルセルロースが圧搾式脱水機の内部の上方に浮遊し、充分に圧搾されないため、水溶性セルロースエーテルのように高い脱水率が得られないことを見出した。すなわち、圧搾式脱水機の内部の充満率に着目し、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの供給方法を変更することで、脱水後のケーキ水分量の低下及び処理能力向上を達成できることを見出し、本発明を完成した。
本発明の１つの態様は、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを圧搾式脱水機の入口に接続されたスクリューコンベアに供給して該圧搾式脱水機で脱水する方法であって、前記スクリューコンベアの運転を開始して前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを前記スクリューコンベア及び前記圧搾式脱水機内部に充満させた後に前記圧搾式脱水機の運転を開始し、前記スクリューコンベアに供給する前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの供給速度を、前記圧搾式脱水機の出口から排出される脱水された低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの排出速度とセルロースエーテル純分量として同じ速度とする含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水方法を提供する。また、本発明の別の態様は、アルカリセルロースとプロピレンオキシドを反応させて粗低置換ヒドロキシプロピルセルロースを得る工程と、前記粗低置換ヒドロキシプロピルセルロースを洗浄して含水低置換ヒドロキシプロピルセルロースを得る工程と、前記含水低置換ヒドロキシプロピルセルロースを上記脱水方法を用いて脱水する工程と、脱水された低置換ヒドロキシプロピルセルロースを乾燥する工程とを含む低置換ヒドロキシプロピルセルロースの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水後のケーキの水分量を下げることができるとともに、処理能力も従来に比べて向上させ、後工程である乾燥工程でのスチーム使用量も大幅に低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
原料パルプを用いて低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを製造する方法について説明する。
原料パルプとしては、木材パルプ、リンターパルプ等を用いることができる。
原料パルプは、好ましくは２０〜６０質量％のアルカリ水溶液に浸漬後、圧搾して余剰の水酸化アルカリ水溶液を除き、所望の組成のアルカリセルロースとすることができる。
【０００８】
アルカリセルロースは、プロピレンオキシドと十分に混合して反応させる。プロピレンオキシドは、セルロースに対するモル比で好ましくは０．１５〜２．０である。プロピレンオキシドの配合方法として、所定量のプロピレンオキシドを一度に全量添加する方法、数回に分けたり、連続的に添加する等のいずれの方法も実施することができる。
【０００９】
得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロース中には触媒として使用したアルカリが残存するため、酸で中和する。例えば、そのアルカリに対して当量の酸を含む水（好ましくは２０〜６０℃）中に粗反応生成物を投入し中和を行う。使用する酸は、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸やギ酸、酢酸等の有機酸が挙げられる。
【００１０】
酸による中和後、必要に応じて洗浄を行う。洗浄工程では、低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの水に不溶な性質を利用し、塩化ナトリウム等の副生成物を水、好ましくは熱水（好ましくは７０〜１００℃）を用いて洗浄する。通常、この洗浄は、連続式水平型真空濾過器、水平テーブル型濾過器、又は水平ベルト型濾過器により連続的に行われる。
【００１１】
得られた含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、脱水される。脱水される前の含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの含水率は、後の乾燥工程の負荷を考慮すると、８５〜９５質量％が好ましい。ここで、含水率は、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの質量中の水分質量の割合をいう。脱水には、圧搾式脱水機を使用する。圧搾式脱水機は、脱水原料を圧密するためのローラーやスクリーンを備え、加圧することにより脱水を行うものであり、市販の装置としては、スクリュープレス（月島テクノマシナリー社製）、Ｖ型ディスクプレス（フローダイナミックス社製アサヒプレス）が例示できる。含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの性状、処理能力及び含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロース自身が濾材と成り得る点で、スクリーンタイプのＶ型ディスクプレスが好ましい。
Ｖ  Ｖ型ディスクプレスは、回転につれて間隔が縮小する円盤状の一対のスクリーンにより脱水を行うものであり、該スクリーンは、水分を通過させるための小孔を有しており、水分はこのスクリーンの小孔を通過して回収されるとともに、回転しながら排出して低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを回収する。Ｖ型ディスクプレスの回転速度は、Ｖ型ディスクプレスの充満率の観点から、好ましくは１．０〜２．５ｒｐｍ、更に好ましくは１．５〜２．０ｒｐｍである。
【００１２】
この圧搾式脱水機の入口に押し込み装置であるスクリューコンベアを接続することで圧搾式脱水機内の充満率を高くすることができる。このスクリューコンベアの処理能力は、Ｖ型ディスクプレスの処理能力の１．０〜２．０倍のものが好ましい。スクリューコンベアは、シャフトを覆うケーシングを備え、スクリューコンベアでのロスがなく、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを圧搾式脱水機の入口に移動して圧搾式脱水機に投入できるものであれば限定されない。
具体的には、実際に圧搾式脱水機による脱水を行う前に、スクリューコンベアを介して脱水原料である含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを圧搾式脱水機内に供給する。圧搾式脱水機内が充満した状態後、即ち、搾式脱水機の入口の圧力が、好ましくは０．１０〜０．２５ＭＰａ、より好ましくは０．１５〜０．２０ＭＰａとなった後に圧搾式脱水機を運転して脱水を行う。圧搾式脱水機の入口の圧力が０．１０ＭＰａよりも低いとＶ型ディスクプレスの充満率が低下する場合があり、０．２５ＭＰａよりも高いとスクリューコンベア内に含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースが戻る所謂バックミキシングが起こる場合がある。
スクリューコンベアの入口に供給する含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの供給速度と排出速度は、いずれもセルロースエーテル純分量として、好ましくは１０〜３０ｋｇ／時、より好ましくは２０〜２５ｋｇ／時である。
【００１３】
脱水後の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを乾燥させる。この乾燥工程では、例えば、流動層乾燥機、ドラムドライヤー等の乾燥機等を用いて乾燥することができる。乾燥温度は、好ましくは６０〜１２０℃、更に好ましくは８０〜１００℃である。また、乾燥時間は温度条件及び脱水後のセルロースエーテルの水分にも因るが、２〜５時間が好ましい。前工程である脱液工程において含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの水分量を減らすことができることにより、スチームの使用量を大幅に低減することができる。
以上は、パルプから低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを製造する方法における、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水について説明したが、本発明の脱水方法は、これに限らず、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロース全般に関して適用できる。
【実施例】
【００１４】
以下、実施例及び比較例により本発明にかかる含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水方法について詳細に説明する。
実施例１
シート状のパルプを３５℃の４３質量％水酸化ナトリウム水溶液に５秒間浸漬した後、圧搾することにより余剰の水酸化ナトリウム水溶液を除去し、アルカリセルロースを得た。セルロースに対する質量比で水酸化ナトリウム量が０．５５、水分量が０．９０になるように調整した。調整したアルカリセルロースをスリッターカッターによって細かくして、内部撹拌機を備えた加圧反応器に入れ、器内を十分に窒素置換した後、プロピレンオキサイドを仕込み（セルロースに対するモル比が０．６７）、５０℃で３時間反応を行った。
反応物は３３質量％酢酸水溶液によって残存する水酸化ナトリウムを中和した後、中和物を９５℃の熱水で洗浄濾過し、水分量９０質量％の脱水原料である含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを得た。
脱水方法として、まずスクリューコンベアを先に運転し、スクリューコンベアを介して前記含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをセルロースエーテル純分量として２０ｋｇ／時の速度で、圧搾式脱水機であるＶ型ディスクプレス（フローダイナミックス社製アサヒプレス）内に供給した。Ｖ型ディスクプレス内部の充満率が上がり、Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０．２ＭＰａとなったところ（これ以上圧力が上がらないので充満率が１００％と推定）で、Ｖ型ディスクプレスからの排出速度を供給速度と同等のセルロースエーテル純分量として２０ｋｇ／ＨｒになるようにＶ型ディスクプレスの回転速度を１．５ｒｐｍ（バイエル０．２）の速度で運転した。Ｖ型ディスクプレス入口の圧力を０．２ＭＰａに保持しながら、連続して約２時間脱水を行った結果を表１に示す。
得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水ケーキ中の水分量を定量したところ、脱水前の脱水原料の水分量の７０．１質量％であった。また、運転中、脱水度の低下は認められなかった。
更に、乾燥工程でのスチームの使用量は、従来の脱水方法である比較例１の脱水ケーキ中の水分量が脱水原料の水分量の８２．５質量％であったスチームの使用量を１とした場合の０．５０倍となり、大幅に低減できた。
【００１５】
比較例１
実施例１と同様にして得られた含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをスクリューコンベアが接続されていないＶ型ディスクプレスに供給して脱水した。
脱水方法として、スクリューコンベアの接続されていないＶ型ディスクプレスへ脱水原料である含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをセルロースエーテル純分量として２０ｋｇ／時の速度で供給し、含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの自重のみでＶ型ディスクプレスの充満率を上げようと試みた。しかし、自重のみではＶ型ディスクプレス入口の圧力は上がらず０ＭＰａのままであり、スクリューコンベアを使用したときと比較して、充満率は低くなった。続いて、Ｖ型ディスクプレスを運転したが、セルロースエーテル純分量として１２ｋｇ／時の速度での排出速度となった。連続して約２時間脱水を行った結果を表１に示す。
得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水ケーキ中の水分量を定量したところ、脱水前の脱水原料の水分量の８２．５質量％であった。
【００１６】
比較例２
スクリューコンベアを先に運転し、スクリューコンベアに実施例１と同様にして得られた含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをセルロースエーテル純分量として２０ｋｇ／時の速度で供給した。Ｖ型ディスクプレス内部の充満率が上がり、Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０．２ＭＰａとなったところで、Ｖ型ディスクプレスの運転を開始した。Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０．１ＭＰａになるようにＶ型ディスクプレスからの排出速度をセルロースエーテル純分量として２２．５／時、回転数２．３ｒｐｍ（バイエル０．３）で運転した。Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０．１ＭＰａを保持しながら、連続して約２時間脱水を行った結果を表１に示す。
得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水ケーキ中の水分量を定量したところ、脱水前の脱水原料の水分量の８１．２質量％であった。
また、乾燥工程でのスチームの使用量は、従来の脱水方法である比較例１の脱水ケーキ中の水分量が脱水原料の水分量の８２．５質量％であったスチームの使用量を１とした場合の０．９２倍であった。Ｖ型ディスクプレスの内部充満率が含水率に大きく影響している事を確認した。
【００１７】
比較例３
スクリューコンベアを先に運転し、スクリューコンベアに実施例１と同様にして得られた含水低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをセルロースエーテル純分量として２０．０ｋｇ／時の速度で供給した。Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０．２ＭＰａとなったところで、Ｖ型ディスクプレスからの排出速度をセルロースエーテル純分量として２４．８ｋｇ／Ｈｒ、回転数３．０ｒｐｍ（バイエル０．４）で運転した。供給速度より排出速度が大きく上回るため、Ｖ型ディスクプレス入口の圧力が０ＭＰａの状態での運転となった。排出速度をセルロースエーテル純分量として２４．８ｋｇ／時、回転数３．０ｒｐｍ（バイエル０．４）の速度で連続して約２時間脱水を行った結果を表１に示す。
得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの脱水ケーキ中の水分量を定量したところ、脱水前の脱水原料の水分量の８５．６質量％であった。
また、乾燥工程でのスチームの使用量は、従来の脱水方法である比較例１の脱水ケーキ中の水分量が脱水原料の水分量の８２．５質量％であったスチームの使用量を１とした場合の１．２６倍であった。Ｖ型ディスクプレスの処理能力がスクリューコンベアの処理能力を上回ると、圧搾式脱水機の内部充満率が減少し、脱水ケーキ水分量が上昇した。
【００１８】
【表１】
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