(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体成分を含有する粘性流体の液滴の周囲における気圧を気液平衡状態となるように調整することで、前記液滴から前記液体成分の蒸気を発生させ、前記粘性流体の乾燥物を生成する乾燥工程を備えることを特徴とする粘性流体の乾燥方法であって、前記乾燥物を生成する際の前記粘性流体の溶液粘度が、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０３：２０１１で規定された振動粘度計による粘度測定方法で測定された粘度において、常温で２００ｍＰａ・ｓ以下であり、前記乾燥工程が微粒化工程と、蒸発工程を有することを特徴とする粘性流体の乾燥方法。
【請求項２】
液体成分を含有する粘性流体の液滴の周囲における気圧を調整することで、前記液滴から前記液体成分の蒸気を発生させ、前記粘性流体の乾燥物を生成する乾燥工程を備えることを特徴とする粘性流体の乾燥方法であって、前記乾燥物を生成する際の前記粘性流体の溶液粘度が、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０３：２０１１で規定された振動粘度計による粘度測定方法で測定された粘度において、常温で２００ｍＰａ・ｓ以下であり、前記乾燥工程が微粒化工程と、蒸発工程を有し、
前記粘性流体の濃度は、前記液滴の内部から発生する前記蒸気の内部蒸気量が、前記液滴の表面から蒸発する前記蒸気の表面蒸発量以上となる所定の濃度であることを特徴とする粘性流体の乾燥方法。
【請求項３】
前記液体成分は、この液体成分以外の他の液体及び気体の少なくともいずれかからなる添加成分が添加されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粘性流体の乾燥方法。
【請求項４】
前記微粒化工程は、前記蒸発工程において単位時間当たりに発生する前記蒸気の蒸気量を制御するために、前記液滴の直径を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の粘性流体の乾燥方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粘性流体の乾燥方法に使用される乾燥装置であって、
前記液滴を生成する霧化手段と、
生成された前記液滴が投入される乾燥筒と、
前記乾燥筒の下流に接続されて前記乾燥筒の内部における前記気圧を調整する気圧調整手段と、
前記乾燥筒と、前記気圧調整手段の間に設置され、前記粘性流体の前記乾燥物が回収される回収手段を備えることを特徴とする乾燥装置。
【請求項６】
前記回収手段は、前記乾燥物を捕集する集塵板を備える電気集塵機であることを特徴とする請求項５に記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性流体の乾燥方法および乾燥装置に係り、特に、簡易な工程や構成により、再分散性の良好な粘性流体の乾燥物を得ることができる乾燥方法および乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物繊維を解繊して得られるセルロースナノファイバー（以下、ＣＮＦという。）は、高強度性、高保水性、高粘性といった優れた効果が注目されて、プラスチックの補強材や化粧品に混合される水分保持剤、スプレー添加剤等の様々な用途が開発されている。しかし、ＣＮＦは、これを含有する水溶液として製造されるため、その内部に微生物が混入することで品質が劣化するといった課題や、運搬時に嵩張るために費用面においても効率的に運搬できないという課題があった。
この課題を解決するために、ＣＮＦを含有する水溶液を乾燥して、ＣＮＦの乾燥物を得ることができる乾燥方法が開発された。しかし、得られた乾燥物に加水してみると、ＣＮＦ同士が凝集した状態となっており、乾燥前よりもＣＮＦの分散性が低下してＣＮＦ独自の優れた性能が発揮され難いという結果になった。すなわち、従来の乾燥方法では、利用可能なＣＮＦの量的割合が、ＣＮＦの再分散性の低下が原因となり相対的に低くなるという新たな課題が発生している。
そこで、最近、ＣＮＦの乾燥物の再分散性を向上させて効率的に利用するための技術が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には「セルロースナノファイバー含有乾燥体及びその製造方法並びにセルロースナノファイバー含有乾燥体分散液の製造方法」という名称で、ＣＮＦを含有する乾燥体の製造方法等に関する発明が開示されている。
以下、特許文献１に開示された発明について説明する。特許文献１に開示されたＣＮＦを含有する乾燥体の製造方法に関する発明は、ＣＮＦの分散液と、再分散剤の水溶液と、再分散促進剤との混合により混合液を得る工程、及びこの混合液を乾燥させる工程を備え、再分散剤がグリセリン又はグリセリン誘導体であり、再分散促進剤が塩類であることを特徴とする。
このような特徴を有する発明においては、再分散剤と再分散促進剤により、水に対する乾燥体の再分散性が促進される。また、再分散促進剤を含むことにより、ＣＮＦ含有乾燥体の再分散性がより向上したため、再分散剤の含有量を軽減することができる。
【０００４】
次に、特許文献２には「セルロースナノファイバー濃縮、乾燥品の製造方法とセルロースナノファイバー再分散液の製造方法」という名称で、ＣＮＦ濃縮、乾燥品の製造方法等に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、ＣＮＦの使用に適した所定濃度のＣＮＦ分散液を原料として使用し、減圧可能な乾燥室本体内にセットまたは搬入されたＣＮＦ分散液に向けてマイクロ波を照射して減圧下で低温乾燥させる濃縮、乾燥工程を実施することを特徴とする。
このような特徴を有する発明においては、ＣＮＦ分散液に向けてマイクロ波を照射することにより、熱風乾燥のように被乾燥物の表層部の乾燥が過剰になり、被乾燥物の中心部の乾燥が不十分となる不具合が解消される。また、マイクロ波の照射は、減圧下で行う低温乾燥によって実行されるから、ＣＮＦ濃縮、乾燥品が酸化によって劣化することがなく、乾燥前のＣＮＦ分散液と同等程度の高い粘度特性が得られる。すなわち、特許文献２に開示された発明によれば、ＣＮＦ再分散液の利用効率の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−９１３４号公報
【特許文献２】特開２０２０−４１１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された発明においては、ＣＮＦの分散液に、再分散剤の水溶液と、再分散促進剤という２種類の薬剤を混合するため、混合の手間が余計にかかるとともに、材料費も嵩むという不利益がある。また、完成品である乾燥体は、ＣＮＦ以外にもグリセリンや塩類を含有したものであるから、高純度のＣＮＦを利用したい場合にはグリセリン等を除去するための別の工程が必要となり、ＣＮＦを利用する製品の製造工程が複雑になってしまうおそれも考えられる。
【０００７】
次に、特許文献２に開示された発明においては、ＣＮＦ分散液の下方に設置されたロードセルがＣＮＦ分散液の重量変化を計測し、その計測値からＣＮＦ分散液の濃度を求める。そして、濃度が上昇して所定の値に達したときにマイクロ波の照射を停止する。この場合、ＣＮＦ分散液の濃度上昇に伴い、含まれている液体成分が蒸発し難くなるため、マイクロ波によって加熱されることで、蒸発のし難さが補われているものと考えられる。
しかし、マイクロ波照射装置は、一般的に、減圧下では放電し易い、気体をプラズマ化させ易い、といった特性がある。そのため、ＣＮＦ分散液に局所的な温度上昇が発生し、均一品質のＣＮＦ乾燥物を得ることが困難となるおそれがある。
また、特許文献２に開示された発明においては、一定体積を有した状態のＣＮＦ分散液を乾燥するため、ある程度の乾燥時間が必要となる。したがって、特許文献２に開示された発明においては、局所的な温度上昇による品質の不均一性や、一定以上の乾燥時間の必要性を原因として、乾燥物を高効率に得ることができないおそれがある。
さらに、マイクロ波照射装置は、乾燥室本体の他に、これを被覆するシールド構造や、マイクロ波漏洩防止機構が必要であることから、設備が大掛かりとなって製造コストが嵩む懸念もある。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、再分散性が良好で、混合物を含有しない乾燥物を、高効率に得ることのできる粘性流体の乾燥方法と、簡易な構成のために安価に製造可能な乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明は、液体成分を含有する粘性流体の液滴の周囲における気圧を調整することで、液滴から液体成分の蒸気を発生させ、粘性流体の乾燥物を生成する乾燥工程を備えることを特徴とする粘性流体の乾燥方法であって、乾燥物を生成する際の粘性流体の溶液粘度が、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０３：２０１１で規定された振動粘度計による粘度測定方法で測定された粘度において、常温で２００ｍＰａ・ｓ以下であり、乾燥工程が微粒化工程と、蒸発工程を有することを特徴とする。
このような構成の発明において、粘性流体の具体例として、例えば、ＣＮＦが水に分散したＣＮＦ分散液や、接着剤、塗料、増粘剤等が想定される。また、微粒化工程は、液体の粘性流体を霧化して液滴状の粘性流体を生成可能な霧化手段によって実施される。この微粒化工程は、粘性流体を微細化することでその体積に対する表面積の割合を増加させ、乾燥時間を大きく短縮させるために、蒸発工程の前に行われる。このほか、液滴毎に含まれるＣＮＦの量を減少させることによって、乾燥物を再分散した際にＣＮＦ同士が凝集することを抑制することも微粒化工程の目的の一つである。
上記構成の乾燥方法においては、例えば、蒸発工程において、一定温度下で、気体中に分散された粘性流体の液滴の周囲における気圧を減圧すると、粘性流体に含有される液体成分の沸点が下降して液体成分の蒸発が促進される。すなわち、減圧により、粘性流体に含有される液体成分が気化して蒸気が発生し、その結果、粘性流体が固体化して乾燥物が生成される。なお、前述の蒸気は、その発生位置や大きさ、発生数を問わない。
【００１０】
次に、第２の発明は、第１の発明において、粘性流体の濃度は、液滴の内部から発生する蒸気の内部蒸気量が、液滴の表面から蒸発する蒸気の表面蒸発量以上となる所定の濃度であることを特徴とする。
このような構成の発明は、粘性流体の濃度によって、液滴の内部から発生する内部蒸気量と、液滴の表面から蒸発する表面蒸発量が異なったものとなるという本願発明者による独自の知見を利用するものである。詳細には、内部蒸気量が表面蒸発量以上になる場合に、破裂型の乾燥物が生成され、内部蒸気量が表面蒸発量よりも少ない場合に、収縮型の乾燥物が生成されるというものである。
このうち、破裂型の乾燥物とは、液滴の内部の液体成分が沸騰してその蒸気が気泡となり、この気泡が液滴の表面へ移動して外部へ放出されることによって、乾燥物の内部に空洞が形成されるとともに、表面に亀裂が発生しているほか、表面自体が破壊されて複数個に分割された乾燥物をいう。
これに対し、収縮型の乾燥物とは、主に表面から蒸気が発生することによって、乾燥物の内部に空洞が形成されることなく液滴自体が全体的に収縮した形状になった乾燥物をいう。
上記構成の発明においては、第１の発明の作用に加えて、液滴を乾燥した際に、破裂型の乾燥物を生成され易くするという作用を有する。そして、液滴の乾燥物が破裂型の乾燥物である場合、その亀裂や破断面に水が浸入し易くなる。そのため、破裂型の乾燥物のほうが収縮型の乾燥物よりも加水した際の分散性（再分散性）が向上すると考えられる。
【００１１】
続いて、第３の発明は、第１又は第２の発明において、液体成分は、この液体成分以外の他の液体及び気体の少なくともいずれかからなる添加成分が添加されることを特徴とする。
このような構成の発明において、添加成分は、粘性流体が霧化されるよりも前にこの粘性流体に混合される。そして、添加成分の沸点は、水の沸点よりも低いことが望ましい。具体的には、液体成分以外の他の液体として、例えば、所定濃度のエタノールといった揮発性成分が使用される。
上記構成の発明においては、第１又は第２の発明の作用に加えて、上記の添加成分が添加される場合、液滴の内部において添加成分の蒸発が促進されるため、液体成分の蒸発量が増加する。そのため、乾燥物の内部に空洞が生じ、破裂型の乾燥物が一層生成され易くなると考えられる。
【００１２】
さらに、第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、微粒化工程は、蒸発工程において単位時間当たりに発生する蒸気の蒸気量を制御するために、液滴の直径を調整することを特徴とする。
このような構成の発明においては、第１乃至第３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、液滴の直径を調整することで、液滴の体積に対する表面積の割合が増減するから、単位時間当たりに発生する蒸気の蒸気量、すなわち液滴の乾燥速度が制御可能となる。
また、液滴の直径を調整するには、例えば、超音波振動によって液滴を生成可能な霧化手段を用いる場合では、超音波の周波数を増減することによる。また、超音波振動式とは異なる霧化手段を用いる場合には、その手段ごとの特性に基づく調整因子を変更するとよい。
【００１３】
そして、第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明に使用される乾燥装置であって、液滴を生成する霧化手段と、生成された液滴が投入される乾燥筒と、乾燥筒の下流に接続されて乾燥筒の内部における気圧を調整する気圧調整手段と、乾燥筒と、気圧調整手段の間に設置され、粘性流体の前記乾燥物が回収される回収手段を備えることを特徴とする。
このような構成の発明において、霧化手段は、例えば、超音波振動式、スプレーガン式等、公知のものを用いることができ、それぞれ超音波周波数、スプレーノズルの開口径や、粘性流体の流量、圧力等の設定を変更することで、液滴の直径が調整される。特に、超音波振動子を備えた超音波振動式の場合では、例えば、超音波振動子の個数や配置を工夫することにより、高粘性の液体を霧化可能なものが望ましい。
次に、乾燥筒はオリフィスが用いられ、その直径や、段数、絞りの開口径等の設定を変更することで、乾燥筒の上流と下流間の圧力差が調整される。さらに、気圧調整手段は真空ポンプが用いられ、回収手段として、フィルターや集塵機が用いられる。
上記構成の発明においては、第１乃至第４のいずれかの発明の作用と同様の作用を発揮する。
【００１４】
そして、第６の発明は、第５の発明において、回収手段は、乾燥物を捕集する集塵板を備える電気集塵機であることを特徴とする。
このような構成の発明においては、第５の発明の作用に加えて、乾燥筒の下流から排出された気体に含まれる乾燥物が、電気集塵機の放電極によって帯電し、集塵板に吸着して捕集される。具体的には数１００（ｎｍ）から１００（μｍ）オーダーの直径を有する乾燥物が捕集される。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、液滴から液体成分の蒸気を発生させることが可能であるため、蒸気の移動によって乾燥物が生成されると考えられる。よって、特に粘性流体がＣＮＦを含有する場合では、生成された微小な空洞に水が浸透し易くなるため、ＣＮＦの再分散性を従来よりも向上させることができる。したがって、利用可能なＣＮＦの量的割合が向上するため、効率良くＣＮＦの乾燥物を得ることができる。
また、粘性流体を微小な液滴状に形成したことにより、乾燥時間を大きく短縮可能であるとともに、液滴毎に含まれるＣＮＦの量を減少させるから、上記の再分散性の向上にも寄与可能である。
さらに、粘性流体に薬剤を混合する必要がないため、少ない工程数で高純度の乾燥物を生成することができる。特に、乾燥物がＣＮＦの場合には、不要な成分が混合されていないので、ＣＮＦを利用する製品の製造工程を単純化し、その製造コストを廉価とすることが期待できる。
加えて、液滴は、気体中に分散された状態で乾燥されることから、液体成分が単位時間当たりに蒸発する量を、液滴毎に均等化することができる。よって、略均一品質の乾燥物を得ることが可能となる。
そして、第１の発明によれば、微粒化工程で粘性流体を微小な液滴状に形成し、さらに蒸発工程で気圧を調整するという簡易な乾燥工程が実施されて、マイクロ波による加熱工程や、フリーズドライ法における凍結工程が不要である。そのため、乾燥物生成のためのエネルギー消費量も減少させることができる。
したがって、第１の発明によれば、再分散性が良好で、ＣＮＦ以外の添加物を含有せず、かつ略均一品質の乾燥物を、時間的、費用的に効率良く得ることができる。
【００１６】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、粘性流体の濃度を所定の値に設定することで、破裂型の乾燥物、すなわちその内部に気泡の移動による空洞や、表面に亀裂を有する乾燥物を高い確実性をもって生成することができる。そのため、再分散化し得る乾燥物を、容易な方法で効率的に得ることができる。
【００１７】
第３の発明によれば、第１又は第２の発明の効果に加えて、添加成分が添加されることにより、液体成分全体の蒸発量が増加するため、乾燥時間を短縮することが可能である。また、添加成分の蒸発により、破裂型の乾燥物が生成され易いので、再分散性を一層向上させることができる。さらに、添加物の添加量や種類を調整することで、液体成分の蒸気圧が制御されることになるから、乾燥のための減圧の程度を細かく調整することができる。
【００１８】
第４の発明によれば、第１乃至第３のいずれかの発明の効果に加えて、液滴の直径を調整することで、液滴の乾燥速度が制御可能となる。液滴の直径は、例えば霧化手段の稼働条件や、粘性流体の濃度に依存するから、これらの要素を組み合わせることで、液滴の乾燥速度を自在に設定することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、第１乃至第４のいずれかの発明の効果と同法の効果を発揮できる。加えて、第５の発明は、霧化手段と、乾燥筒等から簡易に構成され、マイクロ波漏洩防止機構等の安全性を確保するための付属装置も不要である。したがって、第５の発明によれば、高品質の乾燥物を効率的に生成可能な乾燥装置を安価に製造可能である。
【００２０】
第６の発明によれば、第１乃至第４のいずれかの発明の効果に加えて、数１００（ｎｍ）から１００（μｍ）オーダーの直径を有する微細な乾燥物が捕集されるため、回収手段を原因とした乾燥物の歩留まり低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１に係る粘性流体の乾燥装置の構成図である。
【図２】実施例２乃至実施例７に係る粘性流体の乾燥方法と、この乾燥方法によって生成された乾燥物の特徴を示す一覧表である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例２及び実施例３に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の模式図であって、（ａ）は収縮型、（ｂ）は破裂型である。
【図４】実施例２に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像である。
【図５】（ａ）は実施例３に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像であり、（ｂ）は同乾燥物の集塵板面における電子顕微鏡像である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例４及び実施例５に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、集塵板面における電子顕微鏡像である。
【図７】（ａ）は実施例６に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像であり、（ｂ）は同乾燥物の集塵板面における電子顕微鏡像である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例３及び実施例７に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、集塵板面における電子顕微鏡像である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ実施例２乃至実施例４に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物に加水し再乾燥させた際の、集塵板における電子顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係る粘性流体の乾燥方法および乾燥装置について、図１を用いて詳細に説明する。図１は、実施例１に係る粘性流体の乾燥装置の構成図である。
図１に示すように、実施例１に係る乾燥装置１は、粘性流体の乾燥方法に使用される乾燥装置であって、粘性流体の液滴を生成する霧化手段２と、生成された液滴が投入される乾燥筒３と、乾燥筒３の下流に接続されて乾燥筒３の内部における気圧を調整する気圧調整手段４と、乾燥筒３と、気圧調整手段４の間に設置され、粘性流体の乾燥物が回収される回収手段５を備える。
また、霧化手段２と、乾燥筒３の間には、霧化手段２によって生成された液滴を乾燥筒３に送出する送出管６と、この送出管６の途中に設けられて液滴の送出を制御するバルブ６ａが設けられる。さらに、乾燥筒３と、回収手段５の間には、これらを接続して固定するための環状の接続部材７が設けられ、回収手段５と、気圧調整手段４の間には、これらを接続する接続管８が設けられる。
【００２３】
上記乾燥装置１において、霧化手段２は、超音波振動式であって、気密性を有する筐体２ａと、この筐体２ａ中に収容されて粘性流体を貯留する容器体（図示せず）と、同じく筐体２ａ中に収容され、粘性流体に照射する超音波を発生させる超音波振動子（図示せず）を備える。なお、筐体２ａの内部は、約１０１（ｋＰａ）の大気圧に維持されている。
この霧化手段２において、粘性流体に超音波が照射されると、気液界面にキャピラリ波が発生し、その振幅が一定値以上となった場合に、キャピラリ波の波頭が破断して液滴が生成されると考えられる。この場合、液滴の平均の直径ｄ（ｃｍ）は、ラングの式（１）によって記述される。ただし、ρは液体の密度（ｇ／ｃｍ３）、γは液体の表面張力（ｍＮ／ｍ）、Ｆは超音波の振動数（Ｈｚ）である。
【００２４】
【数１】
0006924456.tif 000002
【００２５】
したがって、同一の成分構成を有する液体においては、超音波振動子から発生する超音波の振動数Ｆを大とすれば、直径ｄの小さい液滴が生成される傾向であることがわかる。また、一般に、粘性流体の粘性が高くなると微細な液滴の生成が困難となるが、霧化手段２においては、超音波振動子の個数や配置を工夫することにより、２００（ｍＰａ・ｓ）の高い溶液粘度を有する粘性流体から、直径ｄが約１００（ｎｍ）オーダー程度の微細な液滴を生成させることが可能である。
【００２６】
次に、乾燥筒３として、例えば、上流端３ａと、下流端３ｂと、上流端３ａ及び下流端３ｂの間に設けられる絞り３ｃを備えた２段のオリフィスを使用した。より詳細には、乾燥筒３は、下流端３ｂに近い２段目Ｎ２の内部の気圧Ｐ２が、上流端３ａに近い１段目Ｎ１の内部の気圧Ｐ１よりも低くなるように設計されている。すなわち、乾燥筒３においては、液滴の周囲における気圧を調整することが可能である。なお、気圧Ｐ１，Ｐ２は、後述する気圧調整手段４によって、いずれも大気圧よりも低くなるよう調整される。
【００２７】
上記構成の乾燥筒３においては、液滴は、１段目Ｎ１から２段目Ｎ２に向かって（図中矢印方向）通過し、２段目Ｎ２を通過するときに減圧の作用を強く受ける。これにより、液滴の内部の液体成分が蒸発し、粘性流体の乾燥物が得られる。
具体的には、例えば、粘性流体がＣＮＦを含有するＣＮＦ分散液であって、ＣＮＦの濃度が０．５〜０．０１（重量％、以下、ｗｔ％と記載する。）を有している場合、上流端３ａに近い１段目Ｎ１の気圧が約１５（ｋＰａ）、下流端３ｂに近い２段目Ｎ２の気圧が約５（ｋＰａ）、すなわち圧力差が約１０（ｋＰａ）となるように設定される。なお、粘性流体がＣＮＦ分散液の場合、得られた乾燥物がＣＮＦである。また、霧化手段２から１段目Ｎ１に噴霧される液滴の温度は、２９５（Ｋ）である。
【００２８】
続いて、乾燥筒３の内部における気圧を調整する気圧調整手段４は、具体的には真空ポンプである。この気圧調整手段４は、後述する回収手段５と、接続管８とを介して乾燥筒３と連通し、その内部の気体を吸引可能である。
さらに、回収手段５は、その一端５ａが乾燥筒３の下流端３ｂに接続固定されて、この下流端３ｂと連通する。具体的には、回収手段５は、負極である放電極５ｃと、この放電極５ｃを挟んでそれぞれ配設される正極である集塵板５ｄ，５ｄを備える電気集塵機である。また、回収手段５の他端５ｂには、不織布からなるフィルター５ｅが貼着されている。具体的には、例えば、放電極５ｃと集塵板５ｄ，５ｄの間隔をそれぞれ１（ｃｍ）とした。また、印加電圧は、２５０００（Ｖ）に設定した。
したがって、回収手段５においては、下流端３ｂから放出された乾燥物が放電極５ｃからの放電を受けて負に帯電することにより、集塵板５ｄ,５ｄへ引き寄せられて回収される。具体的には、１００（μｍ）オーダーの直径を有する乾燥物のうち、重量比で約３０％程度を回収手段５によって回収可能である。このほか、フィルター５ｅにおいても約３００（ｎｍ）の乾燥物が回収される。
【００２９】
上記構成の乾燥装置１によれば、霧化手段２によって、２００（ｍＰａ・ｓ）の高い溶液粘度を有する粘性流体の液滴を得ることが可能である。しかも、このような高粘度を有する粘性流体であっても、超音波の周波数Ｆを増大させることで、直径ｄが約１００（ｎｍ）オーダー程度の微細な液滴を生成することができる。これにより、液滴が乾燥筒３の内部で乾燥される際に、液体成分の蒸気が液滴の内部から表面に向かって移動し易くなるので、単位時間当たりに発生する蒸気の蒸気量が増加することとなる。すなわち、霧化手段２で生成される液滴の直径ｄを小さくすることにより、乾燥筒３において液滴の乾燥時間が短縮される結果となる。
したがって、霧化手段２を採用することで、高粘性流体の微細な液滴を生成することが困難であるという従来からの課題を十分に解決できるとともに、乾燥物生成時の時間的効率を向上させることができる。
【００３０】
また、乾燥筒３及び気圧調整手段４によって、液滴の周囲における気圧を調整すること、すなわち１段目Ｎ１と、２段目Ｎ２の圧力差を適切に設定することにより、液滴の内部から液体成分の蒸気を発生させ、粘性流体の乾燥物を生成することが可能である。そのため、加熱手段や、シールド部材を必要とすることなく、簡易な構成で乾燥物を生成できる。
さらに、回収手段５によって、１００（μｍ）オーダーの直径を有する微細な乾燥物が効率良く捕集されるため、回収手段を原因とした乾燥物の歩留まり低下を防止できる。
【実施例２】
【００３１】
本発明の第２の実施の形態に係る粘性流体の乾燥方法について、図２乃至図８を用いて詳細に説明する。図２は、実施例２乃至実施例７に係る粘性流体の乾燥方法と、この乾燥方法によって生成された乾燥物の特徴を示す一覧表である。
図２に示すように、実施例２乃至実施例７に係る乾燥方法は、いずれも液体成分を含有する粘性流体の液滴の周囲における気圧を調整することで、液滴から液体成分の蒸気を発生させ、粘性流体の乾燥物を生成する乾燥工程を備える。また、乾燥工程は、微粒化工程と、蒸発工程を有する。
微粒化工程は、液体成分を含有する粘性流体を、霧化手段２を用いて液滴を生成する工程であって、この液滴の直径を調整する工程である。この微粒化工程は、のちの蒸発工程において、単位時間当たりに発生する液体成分の蒸気の蒸気量を制御可能とすることを目的としている。
また、蒸発工程は、霧化手段２から送出管６を介して送出された液滴の周囲における気圧を乾燥筒３及び気圧調整手段４を用いて調整することで、液滴から液体成分の蒸気を発生させる。その結果、乾燥工程において、粘性流体の乾燥物が生成される。
なお、霧化手段２を用いて液滴を生成する霧化条件と、乾燥筒３を用いて乾燥する乾燥条件は、実施例２乃至実施例７のいずれにおいても同一とした。
【００３２】
詳細には、霧化条件の一つとして、霧化手段２における液滴の直径ｄの調整がある。前述のラングの式（１）によれば、超音波の振動数Ｆを大とすることにより、液滴の直径ｄを小さくすることができる。そして、液滴の直径ｄを小さくすると、液滴の体積に対する表面積の割合が増大するから、単位時間当たりに発生する蒸気の蒸気量、すなわち液滴の乾燥速度を増大させることができる。また、具体的には、筐体２ａの内部の温度及び気圧を、それぞれ２９５（Ｋ）、約１００（ｋＰａ）に設定した。
また、乾燥条件としては、前述したとおり、１段目Ｎ１の気圧を約１５（ｋＰａ）、かつ２段目Ｎ２の気圧を約５（ｋＰａ）に設定している。これは、２段目Ｎ２の気圧を、水が液相から気相に相変化し得る圧力とほぼ一致するように、すなわち気液平衡状態となるように設定したものである。よって、２段目Ｎ２の気圧を約５（ｋＰａ）とする以外にも、筐体２ａの内部の温度に対応した値に設定可能である。具体的には、２段目Ｎ２の気圧設定は、バルブ６ａの開度を調整することによる。
【００３３】
実施例２乃至実施例７において、粘性流体はいずれもＣＮＦ分散液の濃度（ｗｔ％）、溶液粘度（ｍＰａ・ｓ）がそれぞれ異なるＣＮＦ分散液である。
このうち、実施例２乃至実施例５におけるＣＮＦ分散液の液体成分はいずれも水である。一方、実施例６及び実施例７における液体成分は、実施例２乃至実施例５の液体成分以外の他の液体からなる添加成分が添加されたものである。この添加成分は、エタノールであり、その濃度はいずれも５（ｗｔ％）である。
なお、実施例２乃至実施例７における溶液粘度（ｍＰａ・ｓ）は、いずれもＪＩＳ  Ｚ  ８８０３：２０１１で規定された振動粘度計による粘度測定方法で測定された粘度である。
そして、ＣＮＦ分散液の液温は、実施例２乃至実施例５の場合が約１０〜１３（℃）であり、実施例６の場合が約２３（℃）である。そして、実施例７の場合が約１０（℃）である。これらの温度は、いずれも常温（ＪＩＳ  Ｚ ８７０３：１９８３に規定される５〜３５℃の温度範囲）の範囲内である。その結果、図２に示すように、実施例２乃至実施例７における溶液粘度の上限値は、６１．４０（ｍＰａ・ｓ）であり、下限値は１．１４（ｍＰａ・ｓ）となった。
なお、この上限値は、霧化手段２に設けられる超音波振動子の個数が１対の場合に得られた値であり、霧化手段２の構成を簡単にし得る点で好ましい。しかし、超音波振動子の個数を例えば２対、３対、４対に増加させることにより、溶液粘度の上限値を、常温で、１００（ｍＰａ・ｓ）、１５０（ｍＰａ・ｓ）、２００（ｍＰａ・ｓ）と段階的に上昇させることができる。
さらに、実施例２乃至実施例４においては、生成された乾燥物の分散性を確認するために、それぞれ回収手段５の集塵板５ｄ，５ｄ（図１参照）上に捕集された乾燥物へいずれも同一量の蒸留水を滴下し、同一時間を経過させた後、再乾燥物を作成した。
【００３４】
次に、上記の乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について説明する。図２に示したように、ＣＮＦ分散液にエタノールを添加していない実施例２乃至実施例５のうち、実施例２のみに収縮型の乾燥物が生成され、残りは破裂型の乾燥物が生成された。すなわち、ＣＮＦ分散液の濃度が、０．５（ｗｔ％）に達しない場合に、破裂型の乾燥物が生成される結果となった。
【００３５】
続いて、形状が異なる乾燥物が生成されるメカニズムについて、図３を用いながら説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ実施例２及び実施例３に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の模式図であって、（ａ）は収縮型、（ｂ）は破裂型である。なお、図１で示した構成要素については、実施例２乃至実施例６においても同一の符号を用い、その説明を省略する。
図３（ａ）に示すように、実施例２のＣＮＦ分散液の濃度が０．５（ｗｔ％）である場合、生成された乾燥物は、液体成分の蒸気ＳＴが主に液滴の表面Ｓから発生することに伴い、液滴の表面から内部の中心に向かう力Ｆ１が発生すると考えられる。そして、この力Ｆ１が作用すると液滴が収縮し、収縮型の乾燥物Ｄｃが生成されるのである。すなわち、収縮型の乾燥物Ｄｃは、液滴の内部蒸気量が表面蒸発量よりも少なくなることで、形成されると考えられる。
【００３６】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、実施例３のＣＮＦ分散液の濃度が０．２５（ｗｔ％）である場合に生成された乾燥物は、液滴の中心寄りの内部において液体成分が沸騰して蒸気ＳＴが発生し、さらにこの蒸気ＳＴが表面Ｓに移動することに伴い、液滴の内部の中心から表面に向かう力Ｆ２が発生すると考えられる。そして、この力Ｆ２が作用すると液滴が膨張する。
その結果、液滴の表面Ｓが破裂して、あたかも細かく潰された卵殻のような小片が形成される。このほか、破裂しないまでも液滴の内部に空洞Ｃを備え、かつ表面Ｓに亀裂が形成された乾燥物が生成されるものと考えられる。このような小片を形成可能な乾燥物や、亀裂を有する球体状の乾燥物が破裂型の乾燥物Ｄｒである。このような破裂型の乾燥物Ｄｒにおいては、小片の破断面や、亀裂の箇所に水が浸透し易くなるため、乾燥物の再分散性が向上することが予想できる。
なお、表面に移動した蒸気ＳＴは、収縮型の乾燥物Ｄｃと同様に、液滴の表面から外部へ放出される。すなわち、破裂型の乾燥物Ｄｒは、液滴の内部蒸気量が表面蒸発量以上になることで形成されると考えられる。
【００３７】
続いて、実施例２に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図４を用いながら、詳細に説明する。図４は、実施例２に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像である。
図４に示すように、回収手段５のフィルター５ｅ（図１参照）の細長い繊維ｆに、重なり合って付着した複数の粒状物（実線円で囲んだ部分）が乾燥物である。この乾燥物は、それぞれ球体が扁平収縮した形状であるように認められる。これは、図３（ａ）を用いて説明した通り、液滴の表面から蒸発が起こり、液滴が萎んだことによるものと考えられる。
また、このような乾燥物は、いずれも均一な濃淡像を示していることから、その内部に空洞Ｃ（図３（ｂ）参照）が形成されていない収縮型の乾燥物Ｄｃであると推定される。
これにより、液滴の内部蒸気量が表面蒸発量よりも少ない場合に、収縮型の乾燥物Ｄｃが生成されることが確認された。また、収縮型の乾燥物Ｄｃは、ＣＮＦと水からなるＣＮＦ分散液を原材料として生成されることから、高純度のＣＮＦの乾燥物を得ることができる。
【実施例３】
【００３８】
次に、実施例３に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図５を用いながら、詳細に説明する。図５（ａ）は実施例３に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像であり、図５（ｂ）は同乾燥物の集塵板面における電子顕微鏡像である。
図５（ａ）に示すように、フィルター５ｅ（図１参照）の繊維に付着した複数の物体が乾燥物である。この乾燥物は、球体状のもの（実線円で囲んだ部分）や、細かく破損した小片が重なり合った形状のもの（破線円で囲んだ部分）が認められる。
また、図５（ｂ）に示すように、回収手段５の集塵板５ｄ，５ｄ（図１参照）においては、実線で囲んだように、球体が破裂したような形状の乾燥物が認められる。このような乾燥物は、いずれも不均一な濃淡像を示していることから、その内部に空洞Ｃ（図３（ｂ）参照）が形成された破裂型の乾燥物Ｄｒであると推定される。
加えて、不均一な濃淡像を示す様々なサイズの小片ｐの存在も認められる。このような小片ｐは、周縁部が濃く、その内側は薄いという濃淡像を示すものが多い。このことから、小片ｐは湾曲面を有する薄厚の構造をなしていることが推定される。
以上から、実施例３によって、液滴の内部蒸気量が表面蒸発量以上になる場合に、破裂型の乾燥物Ｄｒが生成されることが確認された。
また、破裂型の乾燥物Ｄｒも、ＣＮＦと水からなるＣＮＦ分散液を原材料として生成されることから、高純度のＣＮＦの乾燥物を得ることができる。
【実施例４】
【００３９】
続いて、実施例４に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図６（ａ）を用いながら、詳細に説明する。図６（ａ）は、実施例４に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、集塵板面における電子顕微鏡像である。
図６（ａ）に示すように、実施例４においては、実線で囲んだ乾燥物は球体が破裂した形状となっているように認められる。よって、このような乾燥物は、破裂型の乾燥物Ｄｒであると推定される。そして、図５（ｂ）の実施例３の場合と同様に、小片ｐも多く認められる。
【実施例５】
【００４０】
次に、実施例５に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図６（ｂ）を用いながら、詳細に説明する。図６（ｂ）は、実施例５に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、集塵板面における電子顕微鏡像である。
図６（ｂ）に示すように、実施例５においても、実線の円で囲んだ乾燥物は球体が破裂した形状となっており、破裂型の乾燥物Ｄｒであると推定される。加えて、小片ｐも多く認められる。
したがって、図４乃至図６により、破裂型の乾燥物Ｄｒは、ＣＮＦ分散液が０．５（ｗｔ％）の濃度を有する場合では生成されず、ＣＮＦ分散液が０．２５〜０．０１（ｗｔ％）の濃度を有する場合に生成されたことが確認された。
【実施例６】
【００４１】
さらに、実施例６に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図７を用いながら、詳細に説明する。図７（ａ）は実施例６に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、フィルター面における電子顕微鏡像であり、図７（ｂ）は同乾燥物の集塵板面における電子顕微鏡像である。
図７（ａ）に示すように、フィルター５ｅ（図１参照）の繊維に付着した複数の物体が乾燥物である。この乾燥物は、球体状のものはほぼ認められず、細かく砕かれた小片が重なり合った形状のもの（実線円で囲んだ部分）や、球体がつぶれたような形状のもの（破線円で囲んだ部分）が認められる。
【００４２】
また、図７（ｂ）に示すように、回収手段５の集塵板５ｄ，５ｄ（図１参照）においては、実線円で囲んだように、球体が破裂したような形状の乾燥物が認められる。これらの乾燥物は、図５（ｂ）の場合と同様に、いずれも不均一な濃淡像を示していることから、破裂型の乾燥物Ｄｒであると推定される。なお、破裂型の乾燥物Ｄｒは、同一のＣＮＦ分散液の濃度０．５（ｗｔ％）を有するＣＮＦ分散液から生成された乾燥物（実施例２、図４参照）においては認められない。
【００４３】
したがって、図４と図７の比較からわかるように、ＣＮＦ分散液の濃度が０．５（ｗｔ％）の場合、エタノールを液体成分（水）に添加しない場合は、破裂型の乾燥物が生成されない。これに対し、５（ｗｔ％）のエタノールを添加すると、破裂型の乾燥物が生成されることが確認された。これは、水の沸点よりも低い沸点を有するエタノールが添加される場合、液滴の周囲の気圧が減圧されることで、その内部においてエタノールの蒸発が促進されるため、エタノールと水からなる液体成分の蒸発量が、水からなる液体成分の蒸発量よりも増加するためであると考えられる。また、エタノールの蒸発により、液滴の内部の圧力が急激に上昇することによって、液滴がより大きく膨張し、破裂型の乾燥物Ｄｒが生成され易くなった結果であると考えられる。
なお、エタノールは水よりも低い温度で気化することから、生成された破裂型の乾燥物Ｄｒに、エタノールが残存するおそれはない。よって、エタノールを添加しない場合と同様に、高純度のＣＮＦの乾燥物を得ることができる。
また、添加成分は、水の沸点よりも低い沸点を有する限り、例えば、エーテルといったエタノール以外の有機溶媒が使用されても良い。
【実施例７】
【００４４】
続いて、実施例７に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の形状について、図８を用いながら、詳細に説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ実施例３及び実施例７に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物の、集塵板面における電子顕微鏡像である。
図８（ａ）は、実施例３における乾燥物の、集塵板５ｄ，５ｄ（図１参照）面における電子顕微鏡像であって、すでに図５（ｂ）を用いて説明済であるが、比較のために再び表示したものである。この実施例３においては、球体が破裂した形状の乾燥物Ｄｒや、様々なサイズの小片ｐの存在が認められる。
【００４５】
一方、図８（ｂ）に示すように、実施例７においては、実線円で囲んだように、球体が破裂したような形状の破裂型の乾燥物Ｄｒや、様々なサイズの小片ｐが認められる。この点については、実施例７の乾燥物は実施例３の乾燥物と同様である。しかし、実施例７の乾燥物Ｄｒの生成数及び直径は、実施例３の乾燥物Ｄｒの生成数及び直径よりも明らかに増大していることがわかる。
以上から、ＣＮＦ分散液の濃度が０．２５（ｗｔ％）の場合においても、５（ｗｔ％）のエタノールを液体成分（水）に添加することにより、破裂型の乾燥物Ｄｒが高効率に生成されることが確認された。
【００４６】
そして、実施例２乃至実施例４に係る乾燥方法によって生成された乾燥物の分散性について、図９を用いながら、詳細に説明する。図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、それぞれ実施例２乃至実施例４に係る粘性流体の乾燥方法によって生成された乾燥物に加水し再乾燥させた際の、集塵板における電子顕微鏡像である。
図９（ａ）に示すように、実施例２に係る収縮型の乾燥物Ｄｃに加水して再乾燥させたとき、収縮型の乾燥物Ｄｃの残渣Ｄｃ＊と、その傍らの黒色の領域Ｒの存在が認められる。
なお、電子線マイクロアナライザー分析により、領域Ｒは炭素原子を含むことが明らかになった。この結果から、領域Ｒは、分子式（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎで表されるセルロースが溶解したものであると確認された。したがって、領域Ｒを、再分散性の指標として扱うことができる。
【００４７】
次に、図９（ｂ）に示すように、実施例３に係る破裂型の乾燥物Ｄｒに加水して再乾燥させたときにも、黒色の領域Ｒの存在が認められる。また、同時に白色の物体がわずかに認められるが、これは破裂型の乾燥物Ｄｒが溶解した後の残渣Ｄｒ＊であると考えられる。
さらに、図９（ｃ）に示すように、実施例４に係る破裂型の乾燥物Ｄｒに加水して再乾燥させたときにも、黒色の領域Ｒの存在や、わずかな残渣Ｄｒ＊の存在が認められる。
【００４８】
図９（ａ）乃至図９（ｃ）を比較すると、収縮型の乾燥物Ｄｃ（図９（ａ））と破裂型の乾燥物Ｄｒ（図９（ｂ）、図９（ｃ））の双方とも、分散性を示すことが分かった。しかし、収縮型の残渣Ｄｃ＊が多く残っていたのに対し、破裂型の残渣Ｄｒ＊はわずかに残るのみであった。このことから、破裂型の乾燥物Ｄｒでは、加水した際に乾燥したＣＮＦ同士の凝集が抑制され得ることが明確になった。
【００４９】
以上説明したように、本願の実施例２乃至実施例７に係る乾燥方法によれば、液滴の直径ｄを小さくすることができるため、単位時間当たりに発生する蒸気の蒸気量を増大させるとともに、乾燥時間を大きく短縮可能である。
また、実施例３乃至実施例７に係る乾燥方法によれば、破裂型の乾燥物Ｄｒを生成できるため、乾燥したＣＮＦ同士の凝集が抑制され、再分性を良好なものとすることができる。さらに、実施例２乃至実施例７に係る乾燥方法によれば、乾燥物はＣＮＦのみからなり、添加成分が乾燥物に残留することもない。
したがって、実施例２乃至実施例７に係る乾燥方法によれば、再分散性が良好で、混合物を含有しない乾燥物を、時間的、エネルギー的及び費用的に高効率に得ることができる。
【００５０】
なお、本発明に係る粘性流体の乾燥方法および乾燥装置は、実施例に示すものに限定されない。例えば、粘性流体として、ＣＮＦ乾燥物のほかに、例えば、糊、接着剤、塗料、分散剤、増粘剤、粘結剤が使用されても良い。
そして、乾燥装置において、霧化手段２は、高粘度の粘性流体の霧化が可能である限り、超音波振動式でなくても良い。さらに、乾燥筒３の段数や、圧力差の設定は、実施例に記載した以外に適宜調整されても良い。このほか、回収手段５は、サイクロン式集塵機が使用されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、粘性流体の乾燥方法および乾燥装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…乾燥装置  ２…霧化手段  ２ａ…筐体  ３…乾燥筒  ３ａ…上流端  ３ｂ…下流端  ３ｃ…絞り  Ｎ１…１段目  Ｎ２…２段目  ４…気圧調整手段  ５…回収手段  ５ａ…一端  ５ｂ…他端  ５ｃ…放電極  ５ｄ…集塵板  ５ｅ…フィルター  ６…送出管  ６ａ…バルブ  ７…接続部材  ８…接続管  Ｓ…表面  Ｃ…空洞  Ｄｃ…収縮型の乾燥物  Ｄｒ…破裂型の乾燥物  ｐ…小片 
【要約】
【課題】再分散性が良好で、混合物を含有しない乾燥物を、高効率に得ることのできる粘性流体の乾燥方法と、簡易な構成のために安価に製造可能な乾燥装置を提供する。
【解決手段】乾燥方法は、液体成分を含有する粘性流体の液滴の周囲における気圧を調整することで、液滴から液体成分の蒸気を発生させ、粘性流体の乾燥物を生成する乾燥工程を備え、乾燥装置１は、液滴を生成する霧化手段２と、生成された液滴が投入される乾燥筒３と、乾燥筒３の下流に接続されて乾燥筒３の内部における気圧を調整する気圧調整手段４と、乾燥筒３と、気圧調整手段４の間に設置され、粘性流体の乾燥物が回収される回収手段５を備える。
【選択図】図１【図１】
0006924456.tif 000003
【図２】
0006924456.tif 000004
【図３】
0006924456.tif 000005
【図４】
0006924456.tif 000006
【図５】
0006924456.tif 000007
【図６】
0006924456.tif 000008
【図７】
0006924456.tif 000009
【図８】
0006924456.tif 000010
【図９】
0006924456.tif 000011