(57)【要約】  本発明の乾燥器は、上端及び下端が開口している円筒状の第１直胴部、該第１直胴部の上端に連続して設けられた、上方に縮径する略円錐状の第１コーン部、該第１コーン部の上端に連続して設けられた円筒状の第２直胴部、固体の溶液または分散液を噴霧する噴霧装置、乾燥用ガスの流れを整流する整流器、及び乾燥用ガスを供給するガス供給口を備え、前記噴霧装置の噴霧口が前記第２直胴部内に配置され、前記整流器が前記第２直胴部内、かつ、前記噴霧口の上部に配置され、前記ガス供給口が前記整流器の上部に配置される。
2007114468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥器内に乾燥用ガスを供給すると共に、固体の溶液または分散液を噴霧することにより、固体の溶液または分散液を乾燥させる噴霧乾燥器において、
前記乾燥器が、上端及び下端が開口している円筒状の第１直胴部、該第１直胴部の上端に連続して設けられた、上方に縮径する略円錐状の第１コーン部、該第１コーン部の上端に連続して設けられた円筒状の第２直胴部、固体の溶液または分散液を噴霧する噴霧装置、乾燥用ガスの流れを整流する整流器、及び乾燥用ガスを供給するガス供給口を備え、
前記噴霧装置の噴霧口が前記第２直胴部内に配置され、前記整流器が前記第２直胴部内、かつ、前記噴霧口の上部に配置され、前記ガス供給口が前記整流器の上部に配置された噴霧乾燥器。
【請求項２】
第１コーン部の内周面の傾き角度θが下記式１を満たし、
第１直胴部の内径Ｄと第２直胴部の内径Ｄｔとの比（Ｄｔ／Ｄ）が下記式２を満たす、請求項１記載の噴霧乾燥器。
式１：  ７０≦θ≦８５  ［度］
式２：  ０．６≦Ｄｔ／Ｄ≦０．８
【請求項３】
噴霧装置として二流体ノズル式噴霧装置を用い、
第２直胴部内の乾燥用ガスの断面平均風速Ｕｔと、二流体ノズル式噴霧装置の噴霧用ガスの吹き出し断面平均風速Ｕｎとの比（Ｕｎ／Ｕｔ）が下記式３を満たし、
Ｕｎが下記式４を満たす、請求項１又は２記載の噴霧乾燥器を用いる、噴霧乾燥方法。
式３：  １０≦Ｕｎ／Ｕｔ≦８００
式４：  １０≦Ｕｎ≦４００  ［ｍ／秒］
【請求項４】
請求項３記載の噴霧乾燥方法により得られる重合体粉体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の溶液または分散液の乾燥に用いる噴霧乾燥器、該噴霧乾燥器を用いる噴霧乾燥方法、及び該噴霧乾燥方法により得られる重合体粉体に関する。
本願は、２００６年４月４日に出願された特願２００６−１０２９３４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
噴霧乾燥器を用いて、固体の溶液または分散液から乾燥粒子を得る方法は、食品産業、医薬品産業、化学産業等で多用されている。噴霧乾燥器は、有機材料や無機材料等、種々の材料の乾燥粒子を得るための装置として、従来から広く用いられている。【０００３】
図４に示す従来の噴霧乾燥器は、固体の溶液または分散液を噴霧すると共に、乾燥用ガスを供給することにより、固体の溶液または分散液を乾燥することが可能な乾燥器１００を主体として構成されている。
この乾燥器１００の上部には、乾燥器１００内に重合体ラテックスを噴霧する噴霧装置１１０と、乾燥器１００内に乾燥用ガスを供給するガス供給口１２０が設けられており、乾燥器１００の下部には粉体排出口１３０が形成されている。また、乾燥器１００の側壁を貫通してガス排出管１４０が配設されており、該ガス排出管１４０は、乾燥用ガス中の粉体を捕集する捕集手段２００に接続されている。この例において捕集手段２００はサイクロン２１０とバグフィルタ２２０を備えている。
このような構成の噴霧乾燥器では、固体の溶液または分散液を乾燥して得られた乾燥粒子（粉体）の大部分は、乾燥器１００の下部に形成された粉体排出口１３０から回収される。粉体排出口１３０から回収されなかった少量の粉体は、乾燥用ガスと共にガス排出管１４０から排出され、捕集手段２００により捕集される（下記、非特許文献１参照。）。【０００４】
図５は、固体の溶液または分散液を噴霧する噴霧装置３１０としてノズルアトマイザーを用いた噴霧乾燥器の例である。乾燥器３００の上部には、略円錐状のコーン部３０１が設けられ、このコーン部３０１内に噴霧装置３１０が配置されている（下記、特許文献１参照。）。
図５において、符号３２０は乾燥用ガスを供給するガス供給口を示し、３３０は粉体排出口を示す。【０００５】
しかしながら、乾燥器によっては、乾燥器内において乾燥用ガスの流れの乱れにより、乾燥用ガスの上昇流が発生し、これに同伴された乾燥粒子が壁面に付着する例や、噴霧装置に付着する例が見られる。
また、乾燥粒子が乾燥用ガスの上昇流に同伴され、高温の乾燥用ガスと接触するような状態が発生すると、その温度により、乾燥粒子の品質が著しく低下する場合がある。食品や医薬品では、乾燥粒子が必要以上に高温に曝されることによって、必要な成分の揮発や変質が生じる。あるいは、乾燥粒子同士が融着して粗大粒子となり、その品質を低下させる。乾燥粒子の機能として分散性が必要な場合は、その分散性を著しく低下させる。乾燥粒子の成分によっては酸化反応が促進されて着色が生じる。さらには、発火に達する場合もある。【０００６】
非特許文献１に記載されている方法では、図４の乾燥器１００の内壁に多量の粉体が付着した場合には、付着した粉体が塊となって落下するおそれがある。粉体が塊となって落下することにより、粉体排出口１３０が閉塞され、連続運転ができなくなる。また、粉体の収率が低下するため好ましくない。
噴霧装置１１０に粉体が付着した場合には、固体溶液または分散液の噴霧微粒化が不能となり、運転が出来なくなるため好ましくない。【０００７】
特許文献１では、図５に示すように、乾燥器３００の上部に略円錐状のコーン部３０１を設け、コーン部と直胴部の境界部に噴霧口を設けて、乾燥器内で発生する乾燥用ガスの上昇流及びこれによる粗大粒子の生成を防止する方法が記載されている。
特許文献１に記載のように、コーン部の開き角度、及び、コーン部入口径（ＤＩＮ）と乾燥器直胴部の径（Ｄ）との比（ＤＩＮ／Ｄ）を特定の範囲とすることで、上昇流の発生を低減させることはできる。
しかし、一般的にコーン部の上端から流入した乾燥用ガスは、乾燥器の直胴部に広がる過程で上昇流が発生しやすい。特許文献１に記載された方法でも、乾燥用ガスの吹き出し速度やノズルアトマイザーの微粒化用ガスの量によっては、上昇流が発生してしまう。このため、乾燥器３００の内壁及び噴霧装置３１０への粉体の付着を防止することや、得られる粉体の品質の低下を防ぐことは困難であった。【０００８】
また、コーン部から流入する乾燥用ガスを、上昇流を発生させずにコーン部や乾燥器の直胴部に供給するには、極めて高度に乾燥用ガスの流れを制御することが必要であり、高度な技術が必要となる。また、それを実現するための機構を必要とすることは、工業的に不利である。
【非特許文献１】ケイス・マスターズ（ＫＥＩＴＨ  ＭＡＳＴＥＲＳ）著，「スプレー・ドライイング・ハンドブック（Ｓｐｒａｙ  Ｄｒｙｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」，（発行国：アメリカ合衆国），第５版，発行所：Ｌｏｎｇｍａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＆  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ，発行日：１９９１年，ｐ．３５３−３６２
【特許文献１】特開平９−７１６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、乾燥器内壁及び噴霧装置への粉体の付着を防止し、熱による粉体の変質を防ぐことを課題とする。本発明は、さらに、噴霧装置近傍での乾燥用ガスの上昇流を発生させない噴霧乾燥器、該噴霧乾燥器を用いる噴霧乾燥方法、及び該噴霧乾燥方法により得られる、高分散性を有する重合体粉体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、特定の位置に噴霧装置の噴霧口と、乾燥用ガスの流れを整流する整流器と、乾燥用ガスを供給するガス供給口とを備えた噴霧乾燥器を用いることで、噴霧装置近傍での乾燥用ガスの上昇流を発生させず、乾燥器内壁及び噴霧装置への粉体の付着を防止し、熱による粉体の変質を防ぐことが可能であることを見出した。
即ち、本発明の噴霧乾燥器は、乾燥器内に乾燥用ガスを供給すると共に、固体の溶液または分散液を噴霧することにより、固体の溶液または分散液を乾燥させる噴霧乾燥器において、前記乾燥器が、上端及び下端が開口している円筒状の第１直胴部、該第１直胴部の上端に連続して設けられた、上方に縮径する略円錐状の第１コーン部、該第１コーン部の上端に連続して設けられた円筒状の第２直胴部、固体の溶液または分散液を噴霧する噴霧装置、乾燥用ガスの流れを整流する整流器、及び乾燥用ガスを供給するガス供給口を備え、前記噴霧装置の噴霧口が前記第２直胴部内に配置され、前記整流器が前記第２直胴部内、かつ、前記噴霧口の上部に配置され、前記ガス供給口が前記整流器の上部に配置されたことを主旨とする。【００１１】
本発明の噴霧乾燥器は、第１コーン部の内周面の傾き角度θが下記式１を満たし、第１直胴部の内径Ｄと第２直胴部の内径Ｄｔとの比（Ｄｔ／Ｄ）が下記式２を満たすことが好ましい。
式１：  ７０≦θ≦８５  ［度］
式２：  ０．６≦Ｄｔ／Ｄ≦０．８
本発明の噴霧乾燥方法は、前記の噴霧乾燥器を用い、噴霧装置として二流体ノズル式噴霧装置を用い、第２直胴部内の乾燥用ガスの断面平均風速Ｕｔと、二流体ノズル式噴霧装置の噴霧用ガスの吹き出し断面平均風速Ｕｎとの比（Ｕｎ／Ｕｔ）が下記式３を満たし、Ｕｎが式４を満たす。
式３：  １０≦Ｕｎ／Ｕｔ≦８００
式４：  １０≦Ｕｎ≦４００  ［ｍ／秒］
本発明の重合体粉体は、前記の噴霧乾燥方法により得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の噴霧乾燥器によれば、噴霧装置近傍での乾燥用ガスの上昇流を発生させず、乾燥器内壁及び噴霧装置への粉体の付着を防止することができる。
本発明の噴霧乾燥方法によれば、粉体の熱による変質を防ぎ、固体の溶液または分散液から粉体を得ることができる。
本発明の重合体粉体は、熱による変質がなく、必要とされる品質や分散性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施形態の噴霧乾燥器の全体構造を示す、概略断面図である。
【図２】本発明に係る別の実施形態の噴霧乾燥機の全体構造を示す、概略断面図である。
【図３】本発明に係る別の実施形態の噴霧乾燥機の全体構造を示す、概略断面図である。
【図４】従来の噴霧乾燥器の全体構造の一例を示す、概略構成図である。
【図５】従来の噴霧乾燥器の全体構造の他の例を示す、概略構成図である。
【符号の説明】
【００１４】
１０  乾燥器
１１  第１コーン部
１２  第１直胴部
１３  噴霧装置
１４  第２直胴部
１５  粉体排出口
１６  乾燥用ガス排出管
１７  第２コーン部
１８  整流器
３０  サイクロン
３１  粉体回収口
３２  排出口
４０  バグフィルタ
５０  捕集手段
７０  配管
８０  排出管
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態について詳述する。
図１は、本発明の固体溶液または分散液を乾燥させる噴霧乾燥器（以下、単に「噴霧乾燥器」と称することがある。）の一実施形態を示す概略断面図である。
本実施形態の噴霧乾燥器は、乾燥器１０を主体として構成されている。乾燥器１０は中空であり、その内部に乾燥用ガスを供給すると共に、固体の溶液または分散液を噴霧することにより、該乾燥器１０内で固体の溶液または分散液を乾燥させることができる。【００１６】
本実施形態において、乾燥器１０は、上端及び下端が開口している円筒状の第１直胴部１２、第１直胴部１２の上端に連続して設けられた、上方に縮径する略円錐状の第１コーン部１１、第１コーン部１１の上端に連続して設けられた円筒状の第２直胴部１４、固体の溶液または分散液を噴霧する噴霧装置１３、乾燥用ガスの流れを整流する整流器１８、及び乾燥用ガスを供給するガス供給口１４ａを備える。
また、第１直胴部１２の下端には、下方に縮径する略円錐状の第２コーン部１７が連続して設けられている。
第２直胴部１４内には、固体の溶液または分散液を下に向かって噴霧する噴霧装置１３の噴霧口、及び、整流器１８が配置される。整流器１８は、噴霧口の上部に配置される。
ガス供給口１４ａは、整流器１８の上部に配置される。ガス供給口１４ａは、乾燥用ガス供給管２０と連通している。【００１７】
噴霧装置１３の噴霧口が設けられている第２直胴部１４内で、乾燥用ガスの風速が均一であることは特に重要である。乾燥用ガスの風速を均一とするため、噴霧口の上部に、整流器１８を設ける。これにより、ガス供給口１４ａから乾燥器内へ流れる乾燥用ガスは、第２直胴部１４内での風速が均一となる。
第２直胴部１４内での乾燥用ガスの風速が均一な状態で、固体の溶液または分散液を噴霧することにより、噴霧口の下部で乾燥用ガスの逆流（上昇流）が発生しても、その上昇流が噴霧口よりも上部に達することを防ぐことができる。上昇流が噴霧口よりも上部に達しなければ、上昇流に同伴した乾燥粒子（粉体）が、高温の乾燥用ガスと接触する可能性のある噴霧口よりも上部の乾燥器内壁及び噴霧装置への付着が防止されるため、得られる粉体は熱による変質がなく、必要とされる品質や分散性を有する。【００１８】
第２直胴部１４内に、整流器１８を設けることにより、ガス供給口１４ａの形状や大きさは、自由に選定することができる。さらには、乾燥用ガス供給管２０の形状や大きさも自由に選定することができる。ガス供給口１４ａや、乾燥用ガス供給管２０の形状や大きさに制限がなければ、乾燥用ガスの量や温度によって、ガス供給口や乾燥用ガス供給管の形状や大きさを自由に選定することができるので、工業的には極めて有益である。
整流器１８としては、風速を均一にする効果を達成できればその形状や方式に制限はない。具体例としては、格子形状やハニカム形状を有する整流管やパンチングプレート等が挙げられる。整流器１８は、その圧力損失を予め計算しておくことが好ましい。圧力損失が大きすぎると、所望のガス風量が得られない可能性がある。また、圧力損失が小さすぎるものは、整流効果が不十分となりやすい。従って、これらの不都合が生じないように、整流器の方式や形状等を選択することが好ましい。【００１９】
第１コーン部１１の内周面の傾き角度θは、第１コーン部１１の内周面と、第１直胴部１２の中心軸Ｐに垂直な面とのなす角度である。該傾き角度θは、７０度以上、８５度以下が好ましい。
該傾き角度θが７０度以上であれば、第１コーン部１１の内周面が下方に向かって急激に拡径することがないため、第２直胴部１４から第１コーン部に流入するガスが均一に広がる。これにより、乾燥用ガスの上昇流が発生しなくなる。８５度以下であれば、第２直胴部の内径が大きくならず、第２直胴部での整流器が大型化しない。【００２０】
第１直胴部１２の内径Ｄと第２直胴部１４の内径Ｄｔとの比（Ｄｔ／Ｄ）は、０．６以上、０．８以下が好ましい。
Ｄｔ／Ｄが０．６以上であれば、第１コーン部に流入する乾燥用ガスが第１直胴部に向けて流れる過程で均一に広がる。これにより、乾燥用ガスの上昇流が発生しなくなる。また、前述した第１コーン部の好ましい角度を満たす場合に、第１コーン部が長すぎることがない。０．８以下であれば、第２直胴部の内径が大きくならず、第２直胴部での整流器が大型化しない。【００２１】
噴霧装置１３としては、回転ディスク式、二流体ノズル式、加圧ノズル式等、噴霧乾燥に用いられる公知の噴霧装置を用いることができる。これらの中では、固体の溶液または分散液の微粒化の効率が高いことから、二流体ノズル式、加圧ノズル式等のノズル式噴霧装置が好ましく、二流体ノズル式がより好ましい。
但し、二流体ノズル式噴霧装置は、噴霧用ガスの吹き出し速度が大きく、乾燥器内の乾燥用ガスの流れに強く影響を与え、上昇流を発生させやすい。このため、乾燥用ガスの平均風速と、噴霧用ガスの平均風速を特定の範囲とすることが必要である。【００２２】
本発明において、噴霧装置として二流体ノズル式噴霧装置を用いる場合、噴霧口が備えられた第２直胴部１４内における乾燥用ガスの断面平均風速Ｕｔと、二流体ノズル式噴霧装置の噴霧用ガスの吹き出し断面平均風速Ｕｎとの比（Ｕｎ／Ｕｔ）は、１０以上、８００以下が好ましい。
Ｕｎ／Ｕｔが１０以上であれば、噴霧用ガスの吹き出し速度が大きく、微粒化された粉体が得られる。または、乾燥用ガスの風速が大きすぎず、経済的である。８００以下であれば、噴霧用ガスの吹き出しによる上昇流が、発生しなくなる。
Ｕｎ／Ｕｔは５０以上がより好ましい。また、４００以下がより好ましい。【００２３】
二流体ノズル式噴霧装置の噴霧用ガスの吹き出し断面平均風速Ｕｎは、１０［ｍ／秒］以上、４００［ｍ／秒］以下が好ましい。
Ｕｎが１０［ｍ／秒］以上であれば、噴霧用ガスの吹き出し速度が大きく、微粒化された粉体が得られる。Ｕｎが４００［ｍ／秒］以下であれば、噴霧用ガスの送風に多大なエネルギーを必要とせず、上昇流が発生しなくなる。
Ｕｎは８０［ｍ／秒］以上がより好ましい。また、３００［ｍ／秒］以下がより好ましい。
第２直胴部１４内における乾燥用ガスの断面平均風速Ｕｔは、０．１［ｍ／秒］以上、４．０［ｍ／秒］以下が好ましく、０．５［ｍ／秒］以上、２．０［ｍ／秒］以下がより好ましい。【００２４】
本発明におけるＵｎ及びＵｔは、使用温度におけるガスの体積流量を断面積で割ったものを用いる。Ｕｎでは噴霧用ガスの吹き出し部の断面積を用い、Ｕｔでは第２直胴部１４の断面積を用いる。
また、熱線風速計やピトー管式風速計等、公知の各種風速計を用いて測定することもできる。【００２５】
本発明において、噴霧装置１３の噴霧口は、第２直胴部１４の空間に、固体の溶液または分散液を均一に噴霧できるように設けることが好ましい。噴霧口が１つの場合は、噴霧口の中心部が第２直胴部１４の中心軸（第１直胴部１２の中心軸）Ｐ上に位置するように設けることが好ましい。
噴霧口は２つ以上設けてもよく、さらに複数の噴霧口から、異なる種類の固体の溶液または分散液が噴霧されるように構成してもよい。噴霧口が２つ以上の場合は、固体の溶液または分散液を均一に噴霧するために、第２直胴部１４の中心軸Ｐを中心とした同心円状に、均等な間隔をおいて配置することが好ましい。【００２６】
第１直胴部１２の内径（Ｄ）と第１直胴部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）は噴霧装置によって異なるが、０．６以上、５以下が好ましい。噴霧装置が回転ディスク式であれば、０．６以上、１以下が好ましい。ノズル式噴霧装置であれば、３以上、４以下が好ましい。
直胴部１２の下端に設けられている第２コーン部１７は、下方に縮径する略円錐状となっている。第２コーン部１７の下部は、固体の溶液または分散液を乾燥して得られた乾燥粒子（粉体）を排出する粉体排出口１５となっている。
第２コーン部１７の内周面と、第１直胴部１２の中心軸Ｐに垂直な面とのなす角度（コーン部内周面の傾き角度）βは、特に限定されないが、大きすぎると、粉体排出口１５が大きくなりすぎ、粉体回収をするための大規模な設備が必要になる。また、粉体排出口径を小さくしようとすると、コーン部が長くなるため好ましくない。βが小さすぎると、乾燥粒子がコーン部から滑り落ちてこなくなるため好ましくない。従って、５０度以上、７０度以下が好ましく、６０度以上、６５度以下がより好ましい。【００２７】
図１では、乾燥器１０の外部に捕集手段５０が設けられている。捕集手段５０と第２コーン部１７は、第２コーン部１７の壁面を貫通して側方に延びる乾燥用ガス排出管１６を介して連通している。これにより、粉体排出口１５で回収されなかった粒子径の小さい粉体が、乾燥用ガスに同伴されて、乾燥用ガス排出管１６から捕集手段５０へ送られる。
本発明は、これに限定されるものではなく、乾燥用ガス排出管１６は、第１直胴部１２の壁面や、第１直胴部１２と第２コーン部１７の境界を含む壁面を貫通していても良い。
また、図２のように、第２コーン部１７の下部に乾燥用ガス排出管１６が直接に連通している場合や、図３のように、第２コーン部１７の下部に粉体排出口１５を有する短管を連通させ、該短管に乾燥用ガス排出管を連通させても良い。【００２８】
捕集手段５０は、乾燥用ガス排出管１６から排出された乾燥用ガス中から、乾燥粒子を分離して回収する装置である。捕集手段５０としては、例えば、サイクロン、バグフィルタ、スクラバー等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
例えば、図１では、乾燥用ガス排出管１６はサイクロン３０に接続されている。粉体排出口１５から排出されなかった粒子径の小さい粉体は、乾燥用ガスと共にサイクロン３０に流入する。サイクロン３０に流入された粉体のうち、比較的大きい粒子は、サイクロン３０の下部に設けられた粉体回収口３１から回収される。比較的粒子径が小さい残りの粉体は、乾燥用ガスと共にサイクロン３０の頭部に設けられた排出口３２から排出される。
サイクロン３０の排出口３２は、配管７０を介してバグフィルタ４０に接続されている。サイクロン３０の粉体回収口３１から回収されなかった粒子径の小さい粉体は、乾燥用ガスと共にバグフィルタ４０に流入する。バグフィルタ４０では、残りのすべての粉体が捕集され、乾燥用ガスのみがバグフィルタ４０の排出管８０から排出される。【００２９】
図１では、捕集手段５０はサイクロン３０とバグフィルタ４０とから概略構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
排出管８０から排出された乾燥用ガスには粉体が含有されていないので、この排出ガスの一部もしくは全部を再度加熱して、乾燥器１０に供給する乾燥用ガスとして再利用することができる。なお、乾燥用ガスの少なくとも一部を循環させて再利用する場合には、必要に応じて冷却操作等を行ない、乾燥によって気化した成分を循環経路から排出させることが好ましい。【００３０】
本発明において噴霧乾燥の対象である固体の溶液または分散液は、特に限定されるものではない。噴霧装置により微粒化が可能であり、乾燥器内で溶媒や分散媒を揮発させることが可能であり、乾燥粒子を得ることができるものであれば、噴霧乾燥の対象とすることができる。例えば、食品、医薬品、洗剤や肥料等の合成化学品、合成樹脂、顔料やセラミック等の無機材料等の溶液または分散液が使用できる。溶媒や分散媒にも制限はなく、例えば、水や溶剤等が使用できる。
本発明は、乾燥用ガスの上昇流の発生を防止し、上昇流に同伴された乾燥粒子の乾燥器の内壁及び噴霧装置への付着を防止する。これにより、乾燥粒子の熱による変質を防止できるため、食品、医薬品、及び合成樹脂に対して好適である。
本発明で用いる固体の溶液または分散液は、重合体ラテックスであることが好ましい。本発明の噴霧乾燥方法により重合体粉体を得ることが、より好適である。【００３１】
本発明における重合体ラテックスとしては、例えば、芳香族ビニル単量体、シアン化ビニル単量体、不飽和酸単量体、（メタ）アクリル酸エステル単量体等の単量体を、単独重合または共重合して得られる重合体ラテックス；前記の単量体を用いてシード重合またはグラフト重合して得られる重合体ラテックス等が挙げられる。
また、ジエン系共重合体、アクリル系ゴム質重合体、シリコーン系ゴム質重合体等のゴム質重合体に、芳香族ビニル単量体、シアン化ビニル単量体、（メタ）アクリル酸エステル単量体等をグラフト重合して得られる重合体ラテックスも挙げられる。【００３２】
これらの重合体ラテックスの重合方法としては、公知の乳化重合法等を用いることができる。
重合開始剤としては、例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ化合物、前記過硫酸塩と還元剤の組み合わせからなるレドックス系開始剤、前記有機化酸化物と還元剤の組み合わせからなるレドックス系開始剤等が挙げられる。
乳化剤としては、例えば、アニオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤、カチオン系乳化剤等が挙げられる。
また、重合体ラテックスの重合には、ジビニルベンゼン、１，３−ブチレンジメタクリレート、アリルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなどの架橋剤や、メルカプタン類、テレペン類等の連鎖移動剤を用いることもできる。【００３３】
乾燥器１０内に供給される乾燥用ガスは、特に限定されるものではないが、空気、窒素、二酸化炭素等を例示することができる。また、水蒸気を含有するガスを用いてもよい。但し、水蒸気を含有するガスを用いる場合には、乾燥器１０内で結露が発生しないように、乾燥用ガスの水蒸気圧を、乾燥器１０内の飽和水蒸気圧よりも低くなるように設定する必要がある。
乾燥用ガスの温度は、乾燥させる固体の溶液または分散液の性質に応じて適宜設定される。合成樹脂の重合体ラテックスの場合であれば、一般的には、乾燥器１０の入口温度、具体的には、乾燥用ガス供給管２０からガス供給口１４ａを通じて供給される乾燥用ガスの温度は、１００℃以上、４００℃以下が好ましく、１２０℃以上、３００℃以下がより好ましい。
乾燥器１０の出口温度、具体的には乾燥用ガス排出管１６を通る乾燥用ガスの温度は、６０℃以上、８０℃以下が好ましく、６５℃以上、７５℃以下がより好ましい。【００３４】
乾燥器１０は、本実施形態のものに限らず、本発明の範囲内で適宜設計の変更が可能である。
噴霧装置１３の噴霧口を設ける位置は、第２直胴部の空間内であれば特に制限はない。本実施例においては、噴霧装置１３の噴霧口を第１コーン部１１と第２直胴部１４との境界部近傍に設けたが、これに限定されるものではない。【００３５】
本実施形態の噴霧乾燥方法によれば、噴霧装置１３の噴霧口近傍での乾燥用ガスの上昇流を防ぐことができるため、乾燥器１０の内壁および噴霧装置１３への粉体の付着を防止することができる。その結果、長時間の安定した連続運転が可能であり、乾燥粒子の回収率が高い。
また、上昇流に同伴される乾燥粒子がなくなり、乾燥器１０内での粉体の滞在時間が、乾燥粒子の粒子径に関わらず一定となる。これにより、噴霧装置１３から噴霧される液滴径の分布に応じた、乾燥粒子の粒径分布が得られる。これは、乾燥粒子の粒径分布を制御する際に好適である。
さらに、乾燥器１０内での滞在時間が一定であれば、安定した物性を有する乾燥粒子が得られると共に、乾燥粒子が乾燥用ガスに必要以上にさらされることがなくなる。これにより、乾燥粒子が必要以上の熱履歴を受けることがなくなり、乾燥粒子の持つ性能を充分に発揮させることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下において、特に断りがない限り、「部」は質量部であり、「％」は質量％である。【００３７】
＜重合体ラテックスの固形分＞
以下の手順により、重合体ラテックスの固形分を測定した。
１：電子天秤を用いて、アルミ皿の質量を測定する  （質量１）
２：重合体ラテックス約１０ｇをアルミ皿に取り、全体の質量を測定する  （質量２）
３：熱風乾燥機を用い、上記の試料を１２０℃で２時間乾燥させる。
４：乾燥後の試料をデシケーターに取り、冷却する。
５：冷却後の試料の質量を測定する  （質量３）
６：以下の計算により、重合体ラテックスの固形分を算出する。
重合体ラテックスの固形分＝（質量２−質量１）／（質量３−質量１）×１００［％］【００３８】
＜重合体ラテックスの質量平均粒子径＞
以下の手順により、重合体ラテックスの質量平均粒子径を測定した。
得られたラテックスを脱イオン水で希釈し、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０：堀場製作所（株）製）を用いて測定した。【００３９】
＜製造例１＞
重合体ラテックス（Ａ）の製造：
温度計、冷却管、窒素導入管、攪拌翼を備えたセパラブルフラスコに、下記の原料混合物を仕込み、窒素置換を行なった後、攪拌しながら昇温を開始した。
原料混合物：
アルケニルコハク酸ジカリウム        １部
メチルメタクリレート              ８０部
ブチルアクリレート                ２０部
ｎ−オクチルメルカプタン      ０．０３部
脱イオン水                      ２６０部【００４０】
フラスコ内の温度が４５℃に到達した時点で、下記の開始剤混合物をフラスコ内に投入し、重合を開始した。６９℃で２時間保持し、重合を終了させた。
開始剤混合物：
過硫酸カリウム                  ２．０部
脱イオン水                        １０部【００４１】
得られた重合体ラテックス（Ａ）の固形分は２６．９％、質量平均粒子径は９０ｎｍであった。【００４２】
＜製造例２＞
重合体ラテックス（Ｂ）の製造：
温度計、冷却管、窒素導入管、攪拌翼を備えたセパラブルフラスコに、下記の原料混合物を仕込み、窒素置換を行なった後、攪拌しながら昇温を開始した。
原料混合物：
ラウリル硫酸ナトリウム    ０．００１７部
（エマール２Ｆニードル：花王（株）製）
メチルメタクリレート          １１．９部
ブチルメタクリレート            ５．１部
脱イオン水                    ５２．９部【００４３】
フラスコ内の温度が８０℃に到達した時点で、下記の開始剤混合物をフラスコ内に投入し、重合を開始した。
開始剤混合物：
過硫酸カリウム              ０．００６部
脱イオン水                          ４部【００４４】
重合開始から４５分後に、下記の乳化分散液を、フラスコ内に１００分かけて滴下した。乳化分散液の滴下中は、フラスコの内温を８０℃以上、８１℃以下の範囲に温度調整した。乳化分散液の滴下終了後、８０℃で９０分間保持し、重合を終了させた。
乳化分散液：
ラウリル硫酸ナトリウム        ０．２３部
（エマール２Ｆニードル：花王（株）製）
メチルメタクリレート          ５８．１部
ブチルメタクリレート          ２４．９部
脱イオン水                    ４０．９部
（上記の原料混合物を、ＴＫホモミキサー（特殊機化工業（株）製）を用いて、３０００ｒｐｍで１分間混合して調整した）【００４５】
得られた重合体ラテックスの固形分は５０．４％、質量平均粒子径は５４０ｎｍであった。
噴霧乾燥条件が重合体ラテックス（Ａ）と同じになるように、得られた重合体ラテックスを脱イオン水で希釈して固形分を２６．９％に調整した。これを重合体ラテックス（Ｂ）とする。【００４６】
＜実施例１＞
得られた重合体ラテックス（Ａ）を用い、図１に示す構成の噴霧乾燥器を用いて噴霧乾燥した。
用いた噴霧乾燥器は、第１直胴部１２の内径（Ｄ）が０．４ｍ、第１直胴部の高さ（Ｈ）が１．２５ｍである。
第１コーン部１１の傾き角度（θ）、第２直胴部１４の内径（Ｄｔ）は、表１に示す通りである。
整流器１８として、孔径３．０ｍｍ、ピッチ５．０ｍｍ、孔形状は丸、厚み２．０ｍｍの６０度千鳥抜きのパンチングプレートを用いた。噴霧装置１３として、二流体ノズル（ＢＩＭＪ２００７５：いけうち（株）製）を用いた。【００４７】
乾燥用ガスには、大気を熱風発生装置（ＴＳＫ−４１：竹綱製作所製）により加熱したものを用いた。乾燥用ガスの入口温度（乾燥用ガス供給管２０の出口から出るガスの温度）は１５０℃である。噴霧乾燥中の、乾燥用ガスの出口温度（乾燥用ガス排出管１６を通る乾燥用ガスの温度）は７０℃であった。
乾燥用ガス供給口１４ａから乾燥器１０内に導入される乾燥用ガスの風量は、表１に示す通りである。【００４８】
先ず、乾燥用ガス供給管２０から、乾燥器１０内に乾燥用ガスを供給し、乾燥器１０内に乾燥用ガスが充満した状態とした。重合体ラテックス（Ａ）をローラーポンプ（ＲＰ−ＮＢ：古江サイエンス（株）製）を用いて、１２０ｍｌ／分の流量で噴霧装置１３に供給した。また、微粒化用の空気を、圧力０．４ＭＰａに調整して噴霧装置１３に供給した。このときの、噴霧用ガスの吹き出し断面平均風速Ｕｎは、表１に示す通りである。
噴霧口の位置は、第２直胴部１４と第１コーン部１１の境界面より１００ｍｍ上方である。
こうして、空気と混合された重合体ラテックス（Ａ）を、乾燥器下方に向かって噴霧して重合体粉体を得た。噴霧乾燥器の運転は、３時間連続して行なった。【００４９】
なお、重合体ラテックス（Ａ）を噴霧する前の準備段階として、水の噴霧工程を設けた。この、水の噴霧工程中に、第２直胴部１４内における乾燥用ガスの断面平均風速Ｕｔを、熱線風速計を用いて測定した。結果を表１に示す。【００５０】
乾燥器１０内における上昇流の発生の有無、乾燥器１０の内壁及び噴霧装置への粉体の付着の有無を、後述の方法で評価した。結果を表１に示す。【００５１】
＜実施例２＞
乾燥用ガスの風量を５．２ｍ３／分に変更した以外は、実施例１と同様にして重合体ラテックス（Ａ）の噴霧乾燥を行なった。結果を表１に示す。【００５２】
＜実施例３＞
第２直胴部１４の内径Ｄｔを０．１７４ｍに変更した以外は、実施例１と同様にして重合体ラテックス（Ａ）の噴霧乾燥を行なった。結果を表１に示す。【００５３】
＜実施例４＞
第１コーン部の内周面の傾き角度θを６０度に変更した以外は、実施例１と同様にして重合体ラテックス（Ａ）の噴霧乾燥を行なった。結果を表１に示す。【００５４】
＜比較例１＞
整流器１８（パンチングプレート）を取外したこと以外は、実施例１と同様にして重合体ラテックス（Ａ）の噴霧乾燥を行なった。結果を表１に示す。【００５５】
＜比較例２＞
噴霧装置１３の噴霧口の位置を第１コーン部の中央とした以外は、実施例１と同様にして重合体ラテックス（Ａ）の噴霧乾燥を行なった。結果を表１に示す。【００５６】
【表１】
2007114468.tif 000003
【００５７】
＜実施例５＞
実施例１と同様の方法で、重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は３．２％であった。
乾燥器１０内における上昇流の発生の有無、乾燥器１０の内壁及び噴霧装置への粉体の付着の有無、得られた重合体粉体の解砕性を、後述の方法で評価した。結果を表２に示す。【００５８】
＜実施例６＞
乾燥用ガスの風量を５．２ｍ３／分に変更した以外は、実施例５と同様にして重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は３．８％であった。
結果を表２に示す。【００５９】
＜実施例７＞
第２直胴部１４の内径Ｄｔを０．１７４ｍに変更した以外は、実施例５と同様にして重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は３．８％であった。
結果を表２に示す。【００６０】
＜実施例８＞
第１コーン部の内周面の傾き角度θを６０度に変更した以外は、実施例５と同様にして重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は２．９％であった。
結果を表２に示す。【００６１】
＜比較例３＞
整流器１８（パンチングプレート）を取外したこと以外は、実施例５と同様にして重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は２．４％であった。
結果を表２に示す。【００６２】
＜比較例４＞
噴霧装置１３の噴霧口の位置を第１コーン部の中央とした以外は、実施例５と同様にして重合体ラテックス（Ｂ）の噴霧乾燥を行なった。得られた重合体粉体（超音波照射前）の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率は４．３％であった。
結果を表２に示す。【００６３】
【表２】
2007114468.tif 000004
【００６４】
各実施例及び比較例における評価項目は、以下の通りである。
＜乾燥器内における上昇流の発生の有無＞
乾燥用ガスの導入中に、乾燥器１０内にスモークテスターを用いて連続的に煙を流し込み、乾燥器１０内における乾燥用ガスの流動状態を目視により観察した。
噴霧装置１３の噴霧口のある断面（第１直胴部１２の中心軸Ｐに垂直な面）での、上昇流の発生の有無を、下記の判定基準に基づいて評価した。
判定基準：
Ａ：上昇流がまったく発生しない。
Ｂ：瞬間的にわずかな上昇流がたびたび発生するが、下降流が主体である。
Ｃ：定常的に上昇流が発生している。【００６５】
＜乾燥器の内壁及び噴霧装置への粉体の付着の有無＞
噴霧乾燥終了後に、乾燥器１０内を目視により観察し、乾燥機の内壁及び噴霧装置への粉体の付着を、下記の判定基準に基づいて評価した。
判定基準：
Ａ：粉体が全く付着していない。
Ｂ：粉体が付着しているが、付着した粉体の厚みは、運転時間の経過に伴って増加していない。
Ｃ：粉体が付着しており、付着した粉体が落下するくらい厚く付着している。【００６６】
＜重合体粉体の解砕性＞
得られた重合体粉体を脱イオン水に分散させ、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０：堀場製作所（株）製）を用い、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率［％］を測定した。
脱イオン水に分散させる重合体粉体の量は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置の最適計測範囲となるように適宜調整した。重合体粉体の解砕性を、下記の判定基準に基づいて評価した。
Ａ：３５％を超える（分散性が良好な状態）
Ｂ：２５％以上、３５％以下（分散性が満足できる状態）
Ｃ：２５％未満（分散性が低下し、品質に問題がある状態）【００６７】
表１、２の結果より、実施例１、２及び実施例５、６では、乾燥器１０内における上昇流の発生が見られなかった。また、乾燥器１０の内壁及び噴霧装置への粉体の付着も見られなかった。
実施例５、６で得られた重合体粉体は、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率が４７．０％、４６．３％であり、解砕性が良好であった。【００６８】
Ｄｔ／Ｄを０．４３５とした実施例３、実施例７では、噴霧装置１３の噴霧口のある断面で、瞬間的にわずかな上昇流がたびたび発生した。この上昇流に同伴した重合体粉体が、噴霧装置近傍に到達したが、付着した粉体の厚みは、運転時間の経過に伴って増加することはなかった。
実施例７で得られた重合体粉体は、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率が３０．５％であった。【００６９】
第１コーン部の内周面の傾き角度θを６０度とした実施例４、実施例８では、噴霧装置１３の噴霧口のある断面で、瞬間的にわずかな上昇流がたびたび発生した。この上昇流に同伴した重合体粉体が、噴霧装置近傍に到達したが、付着した粉体の厚みは、運転時間の経過に伴って増加することはなかった。
実施例８で得られた重合体粉体は、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率が３２．５％であった。【００７０】
これに対して、整流器１８（パンチングプレート）を取外した比較例１、比較例３では、噴霧装置１３の噴霧口のある断面で、定常的に激しい上昇流が発生した。この上昇流に同伴した重合体粉体が、噴霧装置近傍に到達し、粉体の付着が見られた。粉体の付着は、運転時間の経過に伴って増加した。
比較例３で得られた重合体粉体は、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率が２０．８％であり、解砕性が大幅に低下していた。【００７１】
噴霧装置１３の噴霧口の位置を第１コーン部の中央とした比較例２、比較例４では、噴霧装置１３の噴霧口のある断面で、定常的に激しい上昇流が発生した。この上昇流に同伴した重合体粉体が、噴霧装置近傍に到達し、粉体の付着が見られた。粉体の付着は、運転時間の経過に伴って増加した。
比較例４で得られた重合体粉体は、超音波照射（４０Ｗ×５分）後の、質量平均粒子径１μｍ未満の粒子の比率が２３．４％であり、解砕性が大幅に低下していた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の噴霧乾燥器によれば、噴霧装置近傍での乾燥用ガスの上昇流を発生させず、乾燥器内壁及び噴霧装置への粉体の付着を防止することができる。
本発明の噴霧乾燥方法によれば、粉体の熱による変質を防ぎ、固体の溶液または分散液から粉体を得ることができる。
本発明の重合体粉体は、熱による変質がなく、必要とされる品質や分散性を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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