JPH11235720A - テトラフルオロエチレン重合体樹脂粉末の乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重合や造粒等の過程で得られ、水分を含むフ
ッ素樹脂粉末を、エネルギーを節減し短い乾燥時間で、
かつフッ素樹脂粉末の高温加熱による品質劣化を防止
し、簡単に乾燥できる方法の提供。 【解決手段】 ５重量％以上の水を含む撥水性のテトラ
フルオロエチレン重合体樹脂粉末に周波数３００〜３
０, ０００ＭＨｚのマイクロ波を放射することを特徴と
するテトラフルオロエチレ重合体樹脂粉末の乾燥方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波によりテ
トラフルオロエチレン重合体樹脂（以下ＴＦＥ樹脂とい
う）粉末を乾燥する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘電率及び誘電正接の高い材料を高周
波、高電圧の電場におくと、その材料は内部に均一な発
熱を起こすため、この特性を利用してマイクロ波は材料
を乾燥する目的で使用されることがある。例えば、木材
の乾燥や、コーンフレーク、茶葉などの乾燥である。

【０００３】このマイクロ波による発熱は、乾燥材料が
マイクロ波を吸収することにより生ずる誘電損失による
もので、誘電損失即ち発熱量は次式により示される。 Ｗ＝ｋ・Ｅ² ・ｆ・ε・ｔａｎδ 式中 Ｗ ・・ 誘電損失 ｋ ・・ 比例定数 Ｅ ・・ 印加電圧 ｆ ・・ 周波数 ε ・・ 誘電率 ｔａｎδ ・・ 誘電正接

【０００４】上記式から明らかなように、ポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような誘電率・誘電正接
が低い材料は、マイクロ波により発熱しないので、マイ
クロ波による乾燥には適さないものとされていた。

【０００５】一方、ＰＴＦＥのようなＴＦＥ樹脂の製造
には重合、粉砕及び造粒など水中で行われるプロセスが
多く、その製造過程の随所において、ＴＦＥ樹脂粉末を
乾燥する工程が必要であり、これまでＴＦＥ樹脂粉末の
乾燥法としては、該粉末をベッド上に１〜３ｃｍ程度の
厚さの層として表面を平らにならして静置し、温度１５
０〜２５０℃の熱風を３〜１０時間程度通して乾燥する
熱風乾燥法が用いられていた。

【０００６】一般に材料を乾燥する工程は、乾燥の進行
に伴う乾燥速度の変化に応じて、(1) 材料予熱期間、
(2) 恒率乾燥速度期間（熱エネルギーの殆どすべてが水
の蒸発に使われる）(3) 減率乾燥速度期間（該エネルギ
ーが水の蒸発と材料の加熱とに消費される）とからな
る。しかし、本発明方法の対象であるＴＦＥ樹脂粉末を
上記方法で乾燥する場合は、上記のごとき一般的な乾燥
過程をとらないものであることが本発明者らの研究によ
り明らかとなった。すなわちＴＦＥ樹脂粉末の乾燥方法
の過程を分析して見ると、材料予熱期間が長く、恒率乾
燥速度期間が殆どなく、すぐに減率乾燥速度期間に移行
し、この期間が著しく長いプロセスであって、その結
果、乾燥に長時間を要する。そのためエネルギー消費が
多く、設備の回転率が低く、且つ、多数の労働力を必要
とする方法となっている。

【０００７】このような問題の原因は、ＴＦＥ樹脂の有
する特異な性状に由来するもので、特に、ＴＦＥ樹脂が
撥水性であること及び低熱伝導性であることに起因す
る。

【０００８】まず材料予熱期間が長いのはＴＦＥ樹脂粉
末の熱伝導性が低いため、水の沸点まで該粉末の温度を
昇温するのに時間がかかるためである。

【０００９】また、通常の粉末においては、含水量が４
〜５％に減少したときから始まる減率乾燥速度期間が、
ＴＦＥ樹脂粉末の場合には含水量が２０〜３０％付近か
ら始まるため、恒率乾燥速度期間が短く、滅率乾燥速度
期間が著しく長いものとなるが、この現象はＴＦＥ樹脂
の撥水性に起因している。

【００１０】即ち、水中での重合、粉砕、または、造粒
などのプロセスの終了後、スクリーンなどにより水と分
離されたＴＦＥ樹脂粉末中には約２０〜５０％の水が含
まれているが、ＴＦＥ樹脂が撥水性であるため、水は該
樹脂の表面を濡らすことなく、水滴となって粉末粒子間
の隙間の所々に偏在している。このため、乾燥に投与さ
れた熱エネルギーは水が存在するところでは水の蒸発に
寄与するが、水が存在しないところではＴＦＥ樹脂の加
熱に消費されてしまう。ＴＦＥ樹脂粉末の乾燥において
は恒率乾燥速度期間が短く、すぐに減率乾燥速度期間に
移行してしまうのは上記の理由によるものである。

【００１１】減率乾燥速度期間が長いと云うことは、Ｔ
ＦＥ樹脂の温度が水の沸点を超え、熱風の温度にまで上
昇し続けることであり、乾燥のために熱エネルギーが無
駄に消費されていることを意味している。

【００１２】更に乾燥時間が長くなる理由として、ＴＦ
Ｅ樹脂粉末中に含まれる水の形態が水滴であるため水の
蒸発面積が小さいこと、水が粉末粒子間の隙間に存在す
るため熱風と直接熱交換が行われないこと、及び該粉末
の熱伝導率が低いため熱エネルギーの供給が十分に行わ
れないことなどがあり、これもＴＦＥ樹脂の撥水性と低
熱伝導性が影響している。

【００１３】また、乾燥が終了したときのＴＦＥ樹脂の
品温が高いため、冷却にも時間がかかり、乾燥したＴＦ
Ｅ樹脂粉末を取り出すまでの時間は更に長くなり、合計
１０時間を超えることがしばしばある。

【００１４】粉末状物質の乾燥において、乾燥時間を短
縮したり、熱エネルギーの消費を節減するためには、流
動床や機械的撹拌を用いて水分と熱風とが接触する機会
を増大せしめる方法が一般的であるが、ＰＴＦＥには３
０℃付近に、通常室温転移点と呼ばれているガラス転移
点があり、これ以上の高い温度で粉末に機械的力が作用
した場合には、粉末に歪が残り、成形品の特性に悪影響
を与えるので、ＴＦＥ樹脂粉末、特にポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末の乾燥には、上記方法によ
り乾燥時間を短縮することも困難である。

【００１５】従って、乾燥時間及び熱エネルギー効率を
改善するための方法としては、乾燥ベッド上にＴＦＥ樹
脂粉末を薄く均一にならして、熱風と粉末との接触面積
（伝熱面積）を増加すること、表面から水滴までの熱伝
達距離及び水の蒸散距離を短くすることぐらいしか行わ
れていないのが現状である。しかし、このような方法は
多くの人手を要し、しかも粉末に歪を与えないように粉
末を平らにならす必要があるため、熟練した労働力が要
求される。

【００１６】一般にＴＦＥ樹脂粉末は高温で成形される
ので、乾燥が不十分であると、成形時に水分が急激に気
化し、成形品に気孔やクラックを発生する原因となるこ
とから、厳密な乾燥が要求され、しかも乾燥が不十分で
粉末内部に水分が存在していても、表面からの観察では
完全に水分の除去が行われたことを確認することが難し
いと云うプロセス面からの理由とにより、製品の品質を
維持するために、必要以上に乾燥時間を長くとっている
のが現状であり、この点からも熱風乾燥方式に代わる高
速で完璧に脱水が行われる乾燥法が求められている。

【００１７】このようにＴＦＥ樹脂粉末の乾燥は、その
生産性、製造コスト及び品質などに影響する重要なプロ
セスであるが、上述のごときＴＦＥ樹脂特有の性質に阻
まれて、そのプロセス改善が行われなかった部分であっ
た。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記の事情に鑑み、本
発明の発明者らは、マイクロ波に対するＴＦＥ樹脂と水
のパーフォーマンスの差異に注目し、マイクロ波による
ＴＦＥ樹脂の乾燥においては、従来の熱風乾燥方式では
マイナスの性質として作用していたＴＦＥ樹脂粉末の撥
水性、低熱伝導性などの特性をプラスの性質として利用
できることを見いだし、従来の熱風乾燥方式よりも乾燥
時間を短縮し、熱エネルギーを節減し、且つ、設備の簡
略化、労働生産性もよいＴＦＥ樹脂粉末の乾燥方法を開
発したものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、５重量％以上
の水を含む撥水性のＴＦＥ樹脂粉末に周波数３００〜３
０, ０００ＭＨｚのマイクロ波を放射することにより該
ＴＦＥ樹脂粉末を乾燥する方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明において、ＴＦＥ樹脂とは
撥水性のＰＴＦＥ及びＴＦＥ共重合体樹脂を云う。ＴＦ
Ｅ共重合体樹脂としては、例えば、ＴＦＥ／ヘキサフル
オロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ＴＦＥ／ぺルフル
オロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）、
などがあるが、イオン交換樹脂として用いられるスルフ
ォン酸基、カルボン酸基、ヒドロオキシ基等を有するＴ
ＦＥ共重合体は親水性であり、本発明の対象となるＴＦ
Ｅ樹脂とは区別される。ここで撥水性としては水との接
触角が９０度以上であるものが好ましく、本発明の対象
として挙げた上記のＴＦＥ樹脂はいずれも接触角が９０
度以上であり、これらの樹脂は熱風乾燥方式では前記し
たような欠点がある一方、本発明の乾燥方法には適して
いる。

【００２１】また本発明のマイクロ波による乾燥におい
ては誘電率と誘電正接の低いＴＦＥ樹脂が適しており、
周波数３００〜３０，０００ＭＨｚの範囲で２．２以下
の誘電率と０．００２以下の誘電正接を有するものが好
ましい。

【００２２】本発明においてＴＦＥ樹脂粉末とは、平均
粒径が１０ミリ以下のＴＦＥ樹脂粒子の集合体を云い、
具体的には、懸濁重合で得られる非定形粗粒子、その粉
砕粉末、及び該粉砕粉末を造粒して得られる顆粒状粉
末、並びに乳化重合で得られるコロイド粒子の凝集粉
末、及び該粉末を加工して得られるキューブ、スフェ
ア、ビーズ、フレーク等の形状の粉末などである。

【００２３】また、上記ＴＦＥ樹脂粉末に、ガラス、ア
ルミナ、珪酸ジルコニウム、二硫化モリブデン、カーボ
ン、タルクなどの無機粉末、種々の有機及び無機顔料、
及び、耐熱性樹脂粉末など通常ＴＦＥ樹脂に配合して用
いる各種粉末を充填したＴＦＥ樹脂粉末であってもよ
い。

【００２４】本発明の乾燥方法の対象となる粉末は、５
重量％以上の水を含むＴＦＥ樹脂粉末であり、粉末中に
は水以外の液体成分を含むものであってもよい。水以外
の液体成分として具体的には、ＴＦＥ樹脂の重合媒体と
して用いられる連鎖移動反応性のない液体、例えばヒド
ロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類、ヒドロクロロフルオ
ロカーボン（ＨＣＦＣ）類、または、ヒドロフルオロエ
ーテル（ＨＦＥ）類、ＴＦＥ樹脂粉末の造粒に用いられ
る水に不溶性の液体、例えば、ヘキサン、ヘプタン等の
パラフィン、エーテル、またはケトンなどのヒドロカー
ボン類、並びにペルクロロエチレン、トリクロロエチレ
ンなどのクロロカーボン類、ＨＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＦＥ
などのフルオロカーボン類などである。

【００２５】上記の水を含むＴＦＥ樹脂粉末を乾燥する
ために放射されるマイクロ波は周波数が３００〜３０,
０００ＭＨｚの範囲のものが使用される。

【００２６】周波数が上記範囲のマイクロ波の放射によ
り水は自己発熱し、激しく沸騰・気化して蒸散するが、
水の発熱量は周波数に比例するので、周波数１, ０００
ＭＨｚ以上のマイクロ波を使用することが好ましいが、
一方、周波数が高くなり過ぎると、水の誘電率が低下
し、水の発熱量が低下する傾向があるため、周波数１
０, ０００ＭＨｚ以下のマイクロ波を使用することが好
ましい。

【００２７】印加電圧は高い程、発熱量が大きくなる
が、絶縁破壊または放電の発生を避けるため、１５ｋＶ
以下にすることが好ましい。

【００３８】一方、ＴＦＥ樹脂、例えばＰＴＦＥは上記
周波数の範囲において誘電率は２．０、誘電正接は０．
００５以下であり、前述の式から明らかなようにマイク
ロ波を吸収して発熱する量は極めてわずかである。

【００２９】本発明の乾燥方法の原理はマイクロ波を放
射することによりＴＦＥ樹脂粉末の水を発熱・蒸発せし
め、その熱によりＴＦＥ樹脂の品温を水の沸点まで昇温
させて、水蒸気がその表面で凝縮する虞をなくすととも
に、該粉末中の水を蒸発・除去するものである。含水量
が５重量％以上、好ましくは１０重量％以上あれば、そ
の発熱によりＴＦＥ樹脂粉末の品温は水の沸点まで上昇
するため、完全な乾燥が可能となる。

【００３０】本発明の方法によれば、僅か数分の材料予
熱期間の後、恒率乾燥速度期間に入り、減率乾燥速度期
間を経ることなく乾燥を短時間で終了することが可能と
なる。

【００３１】材料予熱期間はマイクロ波による水の自己
発熱によりＴＦＥ樹脂粉末が温められる期間であり、こ
の期間が熱風乾燥に較べ著しく短い時間で終了するの
は、マイクロ波がＴＦＥ樹脂に吸収されることなく、該
粉末層を透過し、水を直接発熱させて水蒸気となるこ
と、及び熱の供与体である水蒸気が熱の受容体であるＴ
ＦＥ樹脂粉末と直接接触した状態、即ち、伝熱距離がほ
ぼゼロの状態であるため、両者間の熱交換が極めて容易
に行われるためと思われる。

【００３２】実際に、ベッドの厚さ３センチ程度で含水
量が約４０％のＴＦＥ樹脂粉末を乾燥する場合、２００
℃の熱風を用いたときは、核粉末の温度が１００℃に達
するまでの時間は約１時間であるのに対し、周波数２４
５０ＭＨｚ、出力５００Ｗのマイクロ波を放射したとき
には、１〜２分程度の短時間で水が沸騰・蒸発してくる
現象を観察できる。

【００３３】恒率乾燥速度期間は熱エネルギーが水の蒸
発・沸騰に消費され、材料の温度も水の沸点に保たれる
期間である。本発明のマイクロ波によるＴＦＥ樹脂粉末
の乾燥においては、上述の通り、マイクロ波はＴＦＥ樹
脂を実質的に発熱させることがないため、材料の温度は
水の沸点に保たれることになる。従って、本発明にはエ
ネルギー効率の低い減率乾燥速度期間は存在しない。

【００３４】このため、本発明の方法においては乾燥時
間が熱風乾燥に較べて著しく短く、熱風では３〜１０時
間以上必要とする乾燥時間を、マイクロ波では１０分余
りの短時間で完了することができる。

【００３５】更に、ＴＦＥ樹脂は熱風乾燥や、塩化ビニ
ル樹脂のような誘電体をマイクロ波で乾燥するときのよ
うに、材料自身の温度が水の沸点以上の高温になること
がなく、乾燥終了後に材料を冷却する時間も短縮される
ので、乾燥に要する合計時間は更に短縮される。

【００３６】実際に２００℃の熱風により５時間乾燥し
たときのＴＦＥ樹脂粉末の品温はほぼ２００℃であった
のに対し、マイクロ波で乾燥したＴＦＥ樹脂粉末の品温
は水の沸点である１００℃であった。

【００３７】また、放射されたマイクロ波はＴＦＥ樹脂
の粉末層を透過し、水に直接吸収されるため、該粉末層
の厚さに殆ど影響されることなくＴＦＥ樹脂粉末を乾燥
することができる。従って、ＴＦＥ樹脂粉末を薄く平に
ならして伝熱面積を増やし、伝熱距離を短くする作業は
不要となり、また乾燥ベッドを厚くすることにより乾燥
器を小型化することも可能となる。

【００３８】以下、図１により本発明の乾燥方法を説明
する。図１はバッチ式乾燥設備であり、マイクロ波発生
機１で発生したマイクロ波２を導波管３を通して乾燥室
４に導入し、ターンテーブル５の上に盛られたＴＦＥ樹
脂粉末６に放射する。

【００３９】ＴＦＥ樹脂粉末６中に含まれる水はマイク
ロ波２により自己発熱して、蒸発して水蒸気７となりフ
ァン８により排気孔９から外部に放出される。この際、
水蒸気のキャリアーとして乾燥空気１０を吸気孔１１よ
り乾燥室４内に導入し、水蒸気７の排出を促進すること
が好ましい。

【００４０】また、キャリアーとして、例えば１００℃
以上の高温の乾燥空気を用いることにより、高価な高周
波エネルギーの節減を図ることは、乾燥コストを節減す
るために効果的な方法である。

【００４１】また、水蒸気の他に、有機液体等の蒸気を
含む場合には、排気孔の後に凝縮器または活性炭吸着器
などの有機液体回収装置（図示せず）を設置し、同蒸気
を回収することが好ましい。

【００４２】本発明の方法は、上記説明の方法及び装置
に限定されるものでなく、ＴＦＥ樹脂粉末をベルトコン
ベアー等で搬送しながら、マイクロ波により乾燥する連
続乾燥装置を使用することもできる。又、減圧乾燥も可
能である。

【００４３】

【実施例】以下、実施例により本発明の方法について説
明する。 ［実施例１］乳化重合から得られたＰＴＦＥ粉末を凝集
させたのち、スクリーンで水切りしただけの、水を多量
に含む平均粒子径約５００ミクロンのＰＴＦＥファイン
パウダー７０グラムを２００ｍｌのガラス製ビーカーに
入れ乾燥用試料とした。ＰＴＦＥ層の厚さは約３ｃｍで
あった。これを乾燥装置（松下オーブン電子レンジＡＣ
６０）の乾燥室のターンテーブルの中心に置き、レンジ
強にセットし、出力５００Ｗ、周波数２４５０ＭＨｚの
マイクロ波を放射して該ＰＴＦＥを乾燥し、試料の重量
が恒量に達するまで乾燥を行った。乾燥中５分毎に試料
を乾燥器より取り出し、重量及び品温を測定した結果は
表１の通りであり、１５分と２０分の測定で試料は恒量
に達したので、乾燥を終了した。

【００４４】

【表１】

【００４５】［実施例２］ＰＴＦＥファインパウダー１
５０グラム（ＰＴＦＥ層の厚さ約６ｃｍ）を使用した以
外は実施例１と同条件で乾燥を行った。結果は表２のと
おりであり、１５分と２０分の測定で試料は恒量に達し
たので、乾燥を終了した。

【００４６】

【表２】

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、従来の熱風乾燥
方式よりもＴＦＥ樹脂の乾燥時間が短縮され、エネルギ
ーを消費を節減することができる。またこれにより設備
の回転率が向上し、且つ労働生産性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の乾燥方法を実施するための乾燥装置
の１例である。

【符号の説明】

１ マイクロ波発生機 ２ マイクロ波 ３ 導波管 ４ 乾燥室 ５ ターンテーブル ６ ＴＦＥ樹脂粉末 ７ 水蒸気 ８ ファン ９ 排気孔 10 乾燥空気 11 吸気孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５重量％以上の水を含む撥水性のテトラ
   フルオロエチレン重合体樹脂粉末に周波数３００〜３
   ０, ０００ＭＨｚのマイクロ波を放射することを特徴と
   するテトラフルオロエチレ重合体樹脂粉末の乾燥方法。
2. 【請求項２】 テトラフルオロエチレン重合体樹脂が９
   ０度以上の水との接触角を有するものであることを特徴
   とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 テトラフルオロエチレン重合体樹脂が
   ２．２以下の誘電率と０．００２以下の誘電正接を有す
   るものであることを特徴とする請求項１または２に記載
   の方法。
4. 【請求項４】 テトラフルオロエチレン重合体樹脂がポ
   リテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれかに記載の方法。