JP2017136586A

JP2017136586A - 攪拌ミル及びスラリー中粒子の分散方法

Info

Publication number: JP2017136586A
Application number: JP2017009971A
Authority: JP
Inventors: 隆志田原; Takashi Tawara; 千田　浩司; Koji Senda; 浩司千田; 章次北川; Shoji Kitagawa
Original assignee: Hiroshima Metal and Machinery Co Ltd
Current assignee: Hiroshima Metal and Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: JP6423988B2

Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、スラリー中の粒子の均一な分散を可能にし、製品特性を向上させることができる撹拌ミルを提供する。【解決手段】ビーズが充填される円筒容器と、当該円筒容器内に配置され、モーターを駆動源として回転駆動される中空シャフト７に固定の回転子８よりなり、回転子８はシャフト６の上下に固定される上部円板１０と下部円板１１と、上部円板１０と下部円板１１を周方向に一定間隔で連結する仕切板９よりなってインペラの形態をなし、ビーズが充填される当該円筒容器内に溶媒中に粒子を混入したスラリーを導入して、回転子８を回転駆動することにより、スラリー中粒子を分散・粉砕する撹拌ミルにおいて、回転子８の直径Ｄと、該回転子８の軸方向長さＬの比であるＬ／Ｄが０．３〜１．６である。また、スラリーを上下２方向から供給する場合は、Ｌ／Ｄが０．３〜３．２である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体中に固体又は液体の粒子が分散している懸濁液（以下、スラリーという）中の凝集している粒子を粉砕するとともに分散させる撹拌ミルと、該撹拌ミルによるスラリー中粒子の分散方法に関する。
本発明でいう分散とは、単一の結晶粒子や非晶質粒子が凝集して形成されている二次粒子を溶液中にばらして、分離することを言い、また本発明でいう粉砕とは、単一粒子を複数の粒子に分解することを言う。

従来の撹拌ミルは、分散・粉砕を担当する攪拌を行う部分と、分散・粉砕用のビーズを分離するセパレータ部分とに分かれたものと、セパレータ構造において、分散・粉砕とビーズ分離を同時に行うものがあった。前者の装置区分の撹拌ミルとして、例えば下記特許文献１に示す湿式のボールミルが開示されている。この装置では、ビーズが充填される円筒形容器と、該容器内に容器と同軸をなして配置され、モーターを駆動源として回転駆動されるシャフトに固定された攪拌羽とセパレータよりなり、撹拌翼は、分散・粉砕機能を有し、またセパレータはシャフトの上下に固定される円板状のディスクと、上下のディスク間を周方向に一定間隔で連結するブレードよりなってインペラの形態をなしている。粉砕及び分散のためのビーズが充填される当該容器内にスラリーを導入して、攪拌羽とセパレータを回転駆動することにより、スラリー中の粒子を分散・粉砕して、粒子を微細化する。この際に、遠心力の作用によってビーズを分離したスラリーをセパレータの外周端より内周端に移動させ、シャフトの中空な軸心を通して排出させることで、分散・粉砕処理を経た、ビーズ混入の少ないスラリーを製造する。

また特許文献２には、後者の装置区分の撹拌ミルにあたる従来技術での分散・粉砕に適した粉砕機である。この装置では、円筒形容器及びセパレータが共に大径で、直径Ｄに比べ、軸方向長さＬが小さく、その比率（L／D）が小さい粉砕機が開示されている。また、特許文献３は、前者の装置区分の撹拌ミルであるが、構造的には、後者の装置区分の撹拌ミルに近いものである。上下のディスクの間に仕切板のディスクを入れる発明であり、下方の室において、攪拌による分散・粉砕がなされ、最上段の室でビーズ分離と分散・粉砕を行う装置である。

特開２００８−２５３９２８号公報特開２００３−１４４９５０号公報特開２００２−１４３７０７号公報

従来技術では、後者の装置区分の攪拌ミルにおいて、特許文献１の例に見られるように、攪拌羽とセパレータの両方を有することから、装置が複雑で製造原価が高であった。更に構造上セパレータブレードの位置が回転軸に近く、かつ短いため、分離性能が悪化する問題があった。これに対応するため、セパレータブレードの設置密度を上げているが、その結果、スラリー通過断面積が小さくなり、スラリー処理量が低下するとともにスラリー送液動力が増加する問題があった。

また、セパレータ位置で、分散・粉砕とビーズ分離の両方の処理をする型式の後者の装置区分においては、特許文献３の例に見られるように、セパレータの直径Ｄと軸方向長さＬの比、Ｌ／Ｄが大きなものでは、容器のスラリー中のビーズ濃度のばらつきが回転軸の方向において大きくなる。この結果、分散不足の粒子と、粒子が過剰に破壊された粒子が混在した状態となって、粒子径が揃い、かつ均一に分散したスラリーが得られなくなる問題があった。特に、高粘性のスラリーにおいては、この現象が顕著であった。
このようなスラリーから得た粒子を使った最終製品では、以下のような問題があった。例えば、酸化物の焼結によって製造される誘電体では、焼結体中の結晶粒子径のばらつきが大きくなり、巨大化した粒子起因の局部的な誘電率異常低下の問題があった。また、インク等の色材においては、色の均一性が確保できない問題があった。

従って、特許文献２に記載されるように、前述のＬ／Ｄを小さくして、セパレータ全域にわたり均一な処理をすることは有効である。しかし、この装置においても処理上の問題があった。処理量を増加させようとして、セパレータ径を大きくすると、セパレータ外周に近い部分での遠心力と中心に近い部分の遠心力の差が大きくなりすぎて、ビーズが外周部分のみに存在する結果、セパレータ外周部において、仕切板がビーズを巻き込んで、ビーズ混入率が悪化する問題があった。

このため、特許文献２の装置のように、セパレータ外周部を攪拌することに主眼を置き、ブレードのセパレータ直径方向の長さが短い装置を発明している。しかし、この結果、分散効果が小さくなり、かつビーズ分離が不十分である問題があった。また、従って、分散が不十分で、しかもビーズによる製品の汚染が多いものであった。また、セパレータのブレード長さが短すぎて、ビーズ分離効率が悪く、製品スラリーに不純物が混入する問題があった。

この問題に対応するため、容器及びセパレータを縦長する場合は、特許文献３に記載されているように、上下のディスクの間に仕切板のディスクを入れる発明がなされている。しかし、この装置においては、スラリーが仕切板で区分された室を順次通過して処理しており、滞留時間が長くなる利点はあるが、装置が大型化する問題と過剰粉砕が起きる問題があった。特に、高粘性のスラリーにおいては、スラリーの流れが複雑で、十分な処理ができなかった。

本発明は、Ｌ／Ｄの最適化を図るとともに、セパレータブレードの設置条件を適正化することにより生産性を低下させることなく、スラリー中の粒子の均一な分散を可能にし、製品特性を向上させることができる撹拌ミルと、該撹拌ミルによるスラリー中微粒子の処理方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の攪拌ミルは、円筒容器中に、当該円筒容器と同軸心上に配置されて回転するスラリー排出用中空部を備えた中空シャフト７が配置され、中空シャフト７に接続するシャフト６、一対の円板１０、１１及び両円板を連結する仕切板９から構成される回転子８が当該円筒容器内にて回転するとともに、当該円筒容器の一側に設けられる第１のスラリー供給口１３又は前記円筒容器の他側に設けられる第２のスラリー供給口１４から供給されたスラリーが仕切り板９間を経由して、中空シャフト７の中空部から装置外に排出されるスラリー経路を形成している攪拌ミルであって、仕切板９の外周端が接する円の直径Ｄと回転子８の軸方向長さＬの比であるＬ／Ｄが０．３〜１．６であることを特徴とする。

請求項２に係る発明の攪拌ミルは、円筒容器中に、当該円筒容器と同軸心上に配置されて回転するスラリー排出用中空部を備えた中空シャフト７が配置され、中空シャフト７に接続するシャフト６、一対の円板１０、１１及び両円板を連結する仕切板９から構成される回転子８が当該円筒容器内にて回転するとともに、当該円筒容器の一側に設けられる第１のスラリー供給口１３及び前記円筒容器の他側に設けられる第２のスラリー供給口１４の両スラリー供給口からそれぞれ供給されたスラリーが仕切板９間を経由して、中空シャフト７の中空部から装置外に排出されるスラリー経路を形成している攪拌ミルであって、仕切板９の外周端が接する円の直径Ｄと回転子８の軸方向長さＬの比であるＬ／Ｄが０．３〜３．２であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、仕切板９の内周端が位置する円周の径が、仕切板９の外周端が位置する円周の径の５０〜８５％であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１又は３いずれかに係る発明において、内周端と外周端３の仕切板９のギャップ間隔の比率（Ｇ_２／Ｇ_１）が１．２≦Ｇ_２／Ｇ_１≦３であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から４いずれかに係る発明において、仕切板９が円筒容器の中心から当該円筒容器の側面に向けた直径方向の線に対する角度が回転方向に向いて５〜３０度であることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、微細な粒子を含むスラリーを請求項１から３のいずれかに記載の攪拌ミルにて、回転子８を構成する仕切板９の外周端での遠心力が8,000 m/s²以下で処理することを特徴とするスラリー中微粒子の処理方法である。

請求項７に係る発明は、微細な粒子を含むスラリーを請求項１から３いずれかに記載の攪拌ミルにて、回転子８を構成する仕切板９の外周端と円筒体２の間隔において、仕切板９の外周端での周速と当該間隔により計算されるシェア率が1000〜8000 1/sで処理することを特徴とするスラリー中微粒子の処理方法である。

本発明において、攪拌装置の装置構成を適正にするとともにより、スラリー中の一次粒子破壊が少ない状態で、二次粒子が分解されて一次粒子が均一に分散した製品スラリーが得られるとともに、粉砕用のビーズが処理後のスラリーに混入する比率を低減できる。また、従来の攪拌装置では処理できなかった高粘性スラリー中の微細粒子の分散も可能となる。特に０．５マイクロメートル以下の粒子を含む５００mPa・s以上の高粘度スラリーにおいて、本発明の装置は有効である。更に本発明において、請求項１から５の構成の装置を用いることにより、分散率が高く、かつ一次粒子破壊の少ない処理を安定して実現できる。

本発明の撹拌ミルの断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図２に示す回転子９の要部の寸法図である。本発明の装置で処理した際の分散性能を示す平均粒子径（D50）をＬ／Ｄに対してプロットしたグラフである。本発明の装置で処理した際の粒子破砕の程度を示すD50を０．３マクロメートルに分散させた際の比表面積をＬ／Ｄに対してプロットしたグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る撹拌ミルについて図面により説明する。本図では、装置の回転軸を垂直方向に記載しているが、水平などの他の方向に設置しても良い。
図１は全体を符号１で示す撹拌ミルの断面、図２は図１のＡ−Ａ線断面を示すもので、撹拌ミル１は円筒体２の上下を上蓋３と、下蓋４で固定した密閉形状の円筒容器と、当該円筒容器内に当該円筒容器と同軸をなして配置され、図示してないが、モーターを駆動源として回転駆動されるシャフト６に固定された回転子８よりなり、シャフト６は上側部が横断面円形、下側部が横断面略正方形で、回転子８がシャフト６下側部に回転不可に嵌合している。なお、当該円筒容器は必ずしも、円筒体２、上蓋３，及び下蓋４に分割して構成される必要はなく、例えば、円筒体２と下蓋４が一体化しても良い。

回転子８は、シャフト６に固着の上部円板１０と、上部円板１０と一定の間隔を存してシャフト６に固着される下部円板１１よりなる一対の円板、及び周方向に等間隔に配置されて、上部円板１０と下部円板１１のそれぞれを連結する軸方向の仕切板９とから構成され、仕切板９の外周端において、周速３〜３０ｍ／秒程度で回転する。

中空シャフト７は回転子８の上部円板１０より上方の軸心部を中空にして、中空部を有する中空シャフト７として形成され、中空シャフト７の下端が直径方向の貫通孔１２により仕切板内の回転子８内部に開口している。図１中には、スラリーの供給口は、円筒容器一側の下蓋４に設置されている第１のスラリー供給口である下部スラリー供給口１３と、円筒容器他側の上蓋３に設置されている第２のスラリー供給口である上部スラリー供給口１４の２つが記載されているが、いずれか一方が設置されている場合もある。処理中、スラリーは下部供給口１３又は上部スラリー供給口１４のいずれか、又は両方から供給され、円筒体２の曲面近くを経由して、回転子８の中心方向に流れ、更に中空シャフト７の中空部を通じて装置外に排出される。

円筒容器には、図１の矢印で示すように冷媒である冷却水が出入し、冷却水路５を周側面から冷却するようにしているが、上蓋３及び下蓋４にも冷却水を供給し、円筒体２を周側面からだけでなく上下から冷却するようにしてもよい。

ここで、本発明において、スラリー供給が１方向からのみの場合は、回転子８の仕切板９の外周端の直径（Ｄ）と回転軸方向の長さ（Ｌ）の関係を０．３≦Ｌ／Ｄ≦１．６とする。この条件では、スラリー中粒子の適正な分散と粉砕が行われ、かつ処理後のスラリー中のビーズ汚染が少ない。特に、高粘性スラリーにおいては、本発明の設計要件を備えた装置で処理することの効果が大きい。

Ｌ／Ｄが０．３以下の場合、ビーズ混入率が増加して、スラリーを製品原料にする際に問題となるレベルとなる。これは、回転子が扁平すぎて、遠心力により円筒体２の周辺に積層しているビーズが撹乱されて、ビーズがスラリーとともに、回転子８内部に流れ込んでしまうためである。

一方、Ｌ／Ｄ≧１．６の場合、当該円筒容器、回転子８ともに縦長であるため、当該円形容器中のスラリー中ビーズ濃度のばらつきがあり、特に回転軸方向（図中の縦方向）において大きくなる。この結果、ビーズが密な部分では、局所的なせん断力上昇を生じ、ビーズのずり応力が大きくなり、また、ビーズが疎な部分では、せん断力が不足する。更に、スラリーの滞留時間のばらつきも大きくなり、滞留時間の短い粒子は分散不足となる一方、滞留時間の長い粒子では、いわゆる一次粒子破壊が増加する。この結果、分散不足の粒子と、粒子が過剰に破壊された粒子が混在した状態となって、粒子径がそろっており、かつ均一に分散した粒子のスラリーが得られなくなる問題があった。

一方、スラリーを上下のスラリー供給口であり、第１及び第２のスラリー供給口に相当する下部スラリー供給口１３及び上部スラリー供給口１４から供給する装置構成も本発明を効果的に実施するための装置である。スラリーを上下から供給することで、装置の高さを大きくすることで、大型の装置を製造できる利点がある。スラリー供給口が上下双方に存在する場合は、スラリーの上下方向に流れの中立点が円筒容器中央になるため、一方向からのスラリー供給に対して、約２倍の高さにできる利点がある。なお、スラリー流れを整えるためや製作を容易にするために、上部円板１０と下部円板１１の間に、中間円板を設置することもある。また、当該中間円板が開口部を有する場合もある。

上下双方からスラリーを供給する装置においては、L／Dを請求項１の２倍である最大３．２にすることが可能である。スラリー流れが上下対称であり、ビーズ分離はスラリー供給口が１つの場合と同じか良好になるため、同じL／Dの最小値でよい。従って、L／Dの最小値は０．３にすることが可能である。

仕切板９が直径方向に短すぎると、ビーズ分離性能が悪化する。これは、仕切り板９によって、円筒容器の内側に、ビーズを送る機能が低下するからである。また仕切り板９が長すぎると、中空シャフト７での流れが屈曲してしまい、流量を増加させようとすると、圧力が過大となる問題がある。したがって、仕切板９の内周端が位置する円周の径が、仕切板９の外周端が位置する円周の径の５０〜８５％であると良く、更に望ましくは、５０〜７０％が良い。

回転子８を構成する仕切板９は図３に示すように、軸心を通る半径となす角αが５〜３０度であることがよい。これは、角αを適正にすることで、回転によるスラリーの回転子８の内側への流れを適正にするためであり、適正な角度であれば、スラリーの回転子８の内部への流れが回転子８の高さ方向で均一化される。この結果、下部での回転子８内部へのスラリー流れが多すぎることによる円筒体２上方でのスラリー流れの減少の防止や、その逆の現象を防止できる。

仕切板９の間隔は本発明で重要な要件である。仕切板の内周端での仕切板間隔ギャップをＧ_１とし、外周端での仕切り板間隔ギャップをＧ_２とすれば、Ｇ_１は１〜７ｍｍ、Ｇ_２は１．５〜１０ｍｍが良い。また、Ｇ_２はビーズ径の２０倍から１００倍の範囲であると更に良い。また仕切板外周端と容器内周面との間隔ｔは３〜３０ｍｍが良い。前述する仕切板９の総数ｎは多いほどビーズの分離性能が向上し、５００mPa・s以上の高粘度対応が可能となっており、この場合、Ｇ_１は１〜５ｍｍ、Ｇ_２は１．５〜７ｍｍが良い。

仕切板９の間の間隔ギャップ比率もビーズ漏れに重要な設計要件である。間隔ギャップ比率をあらわす指標として、次の値を使い説明する。内周端が位置する円周上の径をＤ_１、外周端が位置する円周上の径をＤ_２、径がＤ_１をなす内周上での仕切板内周端のギャップをＧ_１、径がＤ_２をなす円周上での仕切板外周端のギャップをＧ_２とし、また仕切板９の総数をｎとすると、内周端の仕切板間隔ギャップの総和と内周端の円周長との比率は、ｎＧ_１／πＤ_１となり、仕切板外周端での比率は、ｎＧ_２／πＤ_２となる。

本発明を効率的に実施するためには、前出の内周端と外周端での仕切板間隔ギャップの円周長に対する比率が適正である条件の場合、仕切板ギャップ間隔のテーパー率も重要であることから、外周端と内周端の仕切板ギャップ間隔の比率も適正な範囲、１．２≦Ｇ_２／Ｇ_１≦３とすると更に良い。仕切板９の間隔ギャップが内周側に過剰に狭くなっている場合、円筒体２と仕切板９の間にのみビーズが存在し、破砕の度合いが大きくなりすぎ、またの比率が過剰に小さいと、間隔ギャップ内のスラリー流速が一定となり、より内部までビーズが入り込む結果、ビーズ分離率が低下する。０．１５≦ｎＧ_１／πＤ_１≦０．６とし、かつ０．２≦ｎＧ_２／πＤ_２≦０．８とする。つまり、内周端での仕切板間隔ギャップの比率を１５〜６０％、かつ外周端での仕切板間隔ギャップの比率を２０〜８０％とすることで、円筒体２と回転子８の仕切板９との間でのビーズによる粒子の分散・粉砕と回転子８内部へのスラリーの流入量の両者を適正なバランスとすることができる。この結果、ビーズ漏れがなく、適正な分散・粉砕処理ができる。

当該円筒容器の下蓋４中央には、下部スラリー供給口１３又は上部スラリー供給口１４が設けられ、溶媒中に粒子を混入した原料スラリーはポンプ圧により下部スラリー供給口１３又は上部スラリー供給口１４より当該円筒容器内に供給されるが、当該円筒容器に供給するのに先立って例えば撹拌機、ホモジナイザー等を用いてスラリーを予備混合しておくのが望ましい。また、下部スラリー供給口１３又は上部スラリー供給口１４の両方から、原料スラリーを供給する場合もある。

下部スラリー供給口１３又は上部スラリー供給口１４より当該円筒容器内に供給された原料スラリーは、当該円筒容器内に充填のビーズと回転子８の回転により撹拌混合され、凝集した粒子がほぐされて分散し、遠心力の作用により分離部としての仕切板９外周端より粒子を分離したスラリーが仕切板９間のスラリー経路を経て内周側に移動し、中空シャフト７に形成の開口より中空シャフト７の中空部を通り上方に抜けて排出され、製品スラリーとして回収されるか、或いは再度、供給口１３に送られ、当該円筒容器内のビーズと撹拌混合される。

なお、当該円筒容器内へのビーズの供給は、上蓋３を取り外した状態の当該円筒容器に上方より供給するか、或いは図示していないが、上蓋３にビーズ供給口を設け、当該供給口を通して行うこともできる。

本装置の運転は以下のような条件で行うのが望ましい。仕切板９外周端の周速も重要な処理条件である。適正な運転条件は、仕切板９の外周端の周速が3〜30ｍ／秒であり、遠心力が8,000m/s²以下である。遠心力は小さいと、ビーズ分離性能が低下するが、1次粒子へのダメージが小さくなる。逆に遠心力が大きいと、ビーズ分離性能は向上するが、1次粒子へのダメージが大きくなる。特に500mPa・s以上の高粘性スラリーの場合は、仕切板９外周端の周速は５〜２５ｍ／秒が良く、遠心力は8,000m/s²以下が良い。遠心力が弱すぎると、ビーズもれがおきるため、望ましくは、800〜8,000 m/s²が良い。なお、ここで遠心力は仕切板９の外周端周速ｖ、仕切板９の外周端の直径Ｄから、G＝2v²/D（m/s²）で計算される値である。

仕切板９外周と円筒体２が形成する空間でのスラリーに作用するシェア（せん断力）も重要な処理条件である。本発明では円筒体２と仕切板９外周端が形成する空隙中のシェア率（ｓ）を、仕切板９外周端の周速ｖ（ｍ／秒）、仕切板９外周端と円筒体２との間隔ｔ（ｍ）から計算し、これを用いてS＝ｖ／ｔと計算した場合、Sが1000〜8000（1/s）の条件で運転する。シェア率Sが低いと分散が低下する問題があり、高いと一次粒子へのダメージが大きくなる。

本装置で使用されるビーズは、一般的には、酸化物粒子、金属粒子などであり、具体的には、ジルコニア、チタニア、ガラス、アルミナ、ジルコン、ステンレススチールなどが用いられ、その比重は原料スラリーより大であれば良く、スラリー比重の２倍以上のものであると更に良い。こうしたビーズは、０．０１〜１ｍｍφ程度の粒子径のものが用いられ、その形状は球状のものが望ましい。スラリー溶媒としては、水、アルコール系有機物、トルエン、アセトン、グリコール類、高粘性のペーストなどが用いられ、処理効率を上げるために分散剤を用いることがある。スラリー粘度は最大3,000mPa・sまで対応できる。本実施形態で対象となるスラリーの粒子は、酸化チタン粉やチタン酸バリウムなどの酸化物、銀やニッケルなどの金属微粒子、微細炭素繊維等である。

図１に記載されるミルを用いた。本装置の主なディメンジョンは、スラリー供給口が１である装置においては、Dが100mm、Lが15mmから226mm、Ｌ／Ｄは0.15〜2.26であった。２つのスラリー供給口ある装置では、Dが100mm、Lが35mmから320mmであった。仕切板９の構成は、間隔については、G_１で2〜4mm、G_２で3〜6mmであり、外周径D2はDと同じで、D1はD2に対して表１に記載されている比率のものであり、また角度αは５から３０度であった。また、スラリー供給口が２である装置では、Dが100mm、Lが30mmから280mmであり、他の寸法等は、前記の装置と同等であった。比較例として、遠心式ビーズ分離装置と８本の攪拌ピンを持つLが100mmであり、Dが40mmである従来型のビーズミルでの実験結果を示す。原料スラリーは、チタン酸バリウムであり、一次粒子300nm、二次粒子径100μｍのもので、スラリー濃度１０％として処理を行った。スラリー粘度は30mPa・sであった。粉砕・分散用のビーズは、50μmのジルコニアであった。

本装置を起動した後、所定の処理時間ごとにミルの排出口からサンプルを採取した。粒子径測定には、株式会社堀場製作所製のレーザー回折・散乱式粒度測定器LA-950を使用した。又１次粒子破壊判定を行うための比表面積測定をmicrometrics社製のFlowSorbII2300を用いてBET一点法にて計測した。

処理結果を評価するために採用した値は、比較例と実施例１から４及び６から１０では滞留時間が１分４０秒、また実施例５では3分での処理後の処理成績である。評価指標は、二次粒子の平均粒子径（D50：５０％の二次粒子がこのサイズ以下である粒子径）と二次粒子を平均０．３μmまで分散させた際の比表面積を用いた。前者の値では、分散性能を評価する。この値は小さいほど分散性能は良い。後者の値では、一次粒子の破壊度合いを評価する。粒子破壊が起きると、同じ平均二次粒子径であっても、比表面積が大きくなり、一次粒子を破壊したくない場合は、この値が小さいほど良い。

実施例と比較例を以下の表１に示す。まず、比較例１は従来型の攪拌ローターとビーズセパレーターから構成されるビーズミルのテスト機で処理した例である。この装置の円筒容器は本装置と同一なものを使用したが、回転体は下部に攪拌ロッドがあり、上部にセパレータがあるものを用いた。この結果で、分散性能は良好であるものの、一次粒子破壊が進んでおり、粒子破壊を低減したい処理には不適切であった。

表１の実施例は、いずれも本発明の装置用件を満たしたものであり、Ｌ／Ｄは請求項１に係る発明の範囲内で、Ｄ₁／Ｄ_２、Ｇ₁／Ｇ_２も請求項２及び３に係る発明の範囲である。実施例１から７は、スラリー供給口が１つである装置での例であり、実施例９から１１はスラリー供給口が２つである装置の例である。実施例を解析すると、分散性能については、二次粒子径（D50）が０．４マイクロメートル以下と、良好な分散能力が得られた。一方、比較例２では、Ｌ／Ｄが０．１５と小さいため、０．４６マイクロメートルと分散性能が悪かった。回転子の仕切板外周の周速１２m/sのものの処理結果をＬ／Ｄで整理して、図４にプロットした。このグラフで分るように、Ｌ／Ｄが０．３以下では、急速に分散性能が悪化していた。

粒子破壊低減の評価結果については、実施例１〜５及び７では、比表面積が７m²/g以下であり、粒子破壊は少ない結果となった。比較例３では、Ｌ／Ｄが２．２６と大きいため、比表面積が８．８m²/gとなり、粒子破壊が進んでいることが判明した。なお、比較例２では所定時間内に平均二次粒子径が３マイクロメートル以下にならなかったので、比表面積の評価はできなかった。L/Dが2.26である比較例３においては、比表面積が回転子の仕切板外周の周速１２m/sのものの処理結果をＬ／Ｄに整理して、図５にプロットした。Ｌ／Ｄは１．６を超えると粒子の比表面積が急に増加しており、粒子破壊が進みやすいことが判明した。したがって、分散性能と一次粒子破壊低減の両方が良好な条件は、Ｌ／Ｄが０．３〜１．６の範囲であった。また、Ｄ₁／Ｄ_２、Ｇ₁／Ｇ_２も適正な範囲であると更に処理成績がよかった。

同じ実施例の中でも、処理条件の影響もあることが判明した。表１に記載のように、遠心力が所定の範囲であるものと、シェア率が所定の範囲であるものでは、特に処理成績が良かった。一方、遠心力が強すぎる実施例である実施例６では比表面積が若干大きく、粒子破壊がやや進んでいた。遠心力の弱い実施例５では、ビーズ漏れが微少であるが、発生しており、また実施例７では、仕切り板９が短く、D1/D2が0.85でるため、微少なビーズ漏れが発生していたが、いずれも処理上の問題はなかった。

実施例８から１０は、スラリーを上下二方向から供給した装置の実施例であり、L／Dが０．３５、１．６、及び３．２で効果的な処理ができていた。

本発明の撹拌ミルおよびスラリー中粒子の分散方法は、微細な粒子を含むスラリーに適用される。スラリーは、炭素粉、セラミック粉、有機物粉などであり、例えばセラミック顔料、インキ、塗料、誘電体原料、磁性体原料、医薬品向け材料、食品向け材料、微細金属粉原料の粒子の分散と粉砕に適している。

１‥‥撹拌ミル
２‥‥円筒体
３‥‥上蓋
４‥‥下蓋
５‥‥冷却水路
６‥‥シャフト
７‥‥中空シャフト
８‥‥回転子
９‥‥仕切板
１０‥上部円板
１１‥下部円板
１２‥貫通孔
１３‥下部スラリー供給口
１４‥上部スラリー供給口

Claims

円筒容器中に、当該円筒容器と同軸心上に配置されて回転するスラリー排出用中空部を備えた中空シャフト７が配置され、中空シャフト７に接続するシャフト６、一対の円板１０、１１及び両円板を連結する仕切板９から構成される回転子８が当該円筒容器内にて回転するとともに、当該円筒容器の一側に設けられる第１のスラリー供給口１３又は前記円筒容器の他側に設けられる第２のスラリー供給口１４から供給されたスラリーが仕切り板９間を経由して、中空シャフト７の中空部から装置外に排出されるスラリー経路を形成している攪拌ミルであって、仕切板９の外周端が接する円の直径Ｄと回転子８の軸方向長さＬの比であるＬ／Ｄが０．３〜１．６であることを特徴とする攪拌ミル。
円筒容器中に、当該円筒容器と同軸心上に配置されて回転するスラリー排出用中空部を備えた中空シャフト７が配置され、中空シャフト７に接続するシャフト６、一対の円板１０、１１及び両円板を連結する仕切板９から構成される回転子８が当該円筒容器内にて回転するとともに、当該円筒容器の一側に設けられる第１のスラリー供給口１３及び前記円筒容器の他側に設けられる第２のスラリー供給口１４の両スラリー供給口からそれぞれ供給されたスラリーが仕切板９間を経由して、中空シャフト７の中空部から装置外に排出されるスラリー経路を形成している攪拌ミルであって、仕切板９の外周端が接する円の直径Ｄと回転子８の軸方向長さＬの比であるＬ／Ｄが０．３〜３．２であることを特徴とする攪拌ミル。
仕切板９の内周端が位置する円周の径が、仕切板９の外周端が位置する円周の径の５０〜８５％であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の撹拌ミル。
仕切板９の内周端での仕切板９どうしの間隔ギャップ（Ｇ_１）と外周端での仕切板９どうしの間隔ギャップ（Ｇ_２）との関係が１．２≦Ｇ_２／Ｇ_１≦３であることを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載の撹拌ミル。
仕切板９が円筒容器の中心から当該円筒容器の側面に向けた直径方向の線に対する角度が、回転方向に向いて、５〜３０度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撹拌ミル。
微細な粒子を含むスラリーを請求項１から５のいずれかに記載の攪拌ミルにて、回転子８を構成する仕切板９の外周端での遠心力が8,000 m/s²以下で処理することを特徴とするスラリー中微粒子の処理方法。
微細な粒子を含むスラリーを請求項１から５のいずれかに記載の攪拌ミルにて、回転子８を構成する仕切板９の外周端と円筒体２の間隔において、仕切板９の外周端での周速と当該間隔により計算されるシェア率が1000〜7000 1/sで処理することを特徴とするスラリー中微粒子の処理方法。