JP6138582B2

JP6138582B2 - 粉液混合分散システム

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Publication number: JP6138582B2
Application number: JP2013108519A
Authority: JP
Inventors: 谷口　徹; 徹谷口
Original assignee: 冷化工業株式会社
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: JP2014226612A

Description

本発明は、粉液混合分散システムに係り、粉体を液体中に混合してスラリーを生成し、それを分散させた後、攪拌混合により調合液を生じさせる粉液混合分散システムに関する。

粉体と液体とを撹拌混合して混合液を生じさせるには「撹拌混合装置（バイブロミキサー）」と称される振動撹拌装置が用いられている。特許文献１に、振動撹拌による撹拌混合装置が開示されている。すなわち、粉体と液体との撹拌混合装置は、内部に流体が流通される流通路が設けられたケーシングと、ケーシング内に配置され、モータに接続された軸部とこの軸部の周囲に取り付けられた撹拌羽根とからなる撹拌体と、ケーシングの内部に粉体を導入するためにケーシングに設けられた粉体導入口と、ケーシングの内部に液体を挿入するために設けられた液体導入口と、粉体導入口に装着される粉体導入管と、粉体導入管内に配置され、モータに接続された導入体と、から構成される。

一般に、粉体に液体を添加して混合する場合、液体に粉体を添加して混合する場合、及び粉体と液体とを単に同時に添加し混合する場合には、液体中で粉体の二次凝集粒（いわゆる、ダマ）が生じること、また、一旦発生した二次凝集を再度液体中に分散させることは極めて難しいことが知られている。この二次凝集の現象に対して振動撹拌を用いた撹拌混合装置によれば粉体と液体とを均一に撹拌することができる。

しかし、撹拌混合装置において粉体と液体が接触する粉体導入口付近では、粉体が吸湿して二次凝集を生じ、粉体導入口を塞ぐという問題が生じた。そこで、特許文献２に示されるよう二次凝集を抑制する撹拌混合装置が提案された。ここでは、撹拌混合装置には、粉体導入口と液体導入口とが設けられた導入管と、導入管に接続され導入管より導入された粉体と液体との混合物を一方端部に押し出す押出管と、押出管の一方端部に接続され押し出された前記混合物からなる流体を内部に流通される流通路が設けられたケーシングと、ケーシング内に配置され駆動源に接続された軸部と該軸部の周囲に取り付けられた撹拌羽根とからなる撹拌体と、を有し、粉体導入口には、漏斗型の粉体導入装置が取り付けられ、粉体導入装置には、粉体を搬送するためのフィーダが設けられ、フィーダは、振動回転駆動源に接続されている。特許文献２に示されるように、撹拌混合装置（バイブロミキサー）に導入管、押出管、フィーダなどを組み込み、粉体と液体との混合や分散に活用して二次凝集を抑制することが可能となった。

しかし、この液体中で粉体の二次凝集粒が発生する現象は、粉体が高粘度の液体に混合した場合には顕著に発生することが明らかになった。そこで、撹拌混合装置に供給される粉体、或いは粉体と液体との混合物が開口部に付着しない装置レベルの開発が重要となった。つまり、撹拌混合装置（バイブロミキサー）の一部としてではなく、撹拌混合装置に高品質なスラリーを供給する粉液混合装置が提案されるようになった。

特許文献３には、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる撹拌混合装置及び原料撹拌混合システムが開示されている。ここでは、撹拌混合装置に接続される原料導入装置は、原料を内部に収容する原料収容部と、原料収容部から導入口へと連通する原料供給路と、原料収容部に収容された原料を原料供給路に押し出すポンプとを有する。この原料収容部は原料供給口を有し、この原料供給口を介して原料が供給される。また、ポンプは原料収容部内部に配置されたインペラを有し、このインペラには原料回転源としての回転モータが接続されている。具体的には、回転モータはインペラの回転軸に接続されており、この回転軸の周囲にはスクレーパーが設けられている。これにより、インペラは原料収容部内で回転し、原料を原料供給路へと押し出すことが記載されている。

このように、撹拌混合装置（バイブロミキサー）による「バイブロミキシング」に対して、粉体と液体とを混合する前処理である、いわゆる「プレミキシング」を独立して行い、粉体、或いは粉体と液体との混合物を開口部に付着させない生産方法が提案された。さらに、「プレミキシング」において粉体と液体をある程度に分散させるミキサーなど、より高品質な撹拌混合に関わる装置群を用いる生産方法が提案された。

一方、産業界における撹拌混合装置（バイブロミキサー）の需要の増大に伴い、撹拌混合の用途は、例えば塗装工程、充填工程、成形工程、反応工程など広範囲に拡大され、粉体と液体の種類も多様化した。そして、低コストで大量の処理を実現するために撹拌混合装置（バイブロミキサー）自体の大型化が進んだ。これにより、撹拌混合処理は、プレミキシングされたスラリーをタンクに貯蔵し、生産計画に従い、調合プロセスにおけるバッチ処理する生産方法が主流となり、今日に至っている。

特開２００４−１６０４４５号公報特開２００６−１８７７５６号公報特開２０１１−１８９３１０号公報

調合プロセスにおけるバッチ処理の場合、品質のばらつきが大きく、均一・均質な調合液の生成が難しいという問題がある。これは、調合プロセスにおけるバッチ処理では、タンクを用いるためタンク内での均一・均質化に長時間の撹拌を必要とし、撹拌が十分でない混合物が撹拌混合装置（バイブロミキサー）に供給されることによる。その結果、品質のばらつきが発生する。特に、高粘度液ではタンク内部での未撹拌が発生し易く、品質のばらつきがより顕著になるという問題がある。

また、バッチ処理ではタンクにおいて作業が行われることから、作業中の不注意から異物が混入したり、タンク内へ工具などを落下させたりする事故が発生した。また、人手による計量ミスや仕込み忘れなども発生し易く、品質管理が難しいという問題がある。

さらに、撹拌タンクやミキサーに付着した残液の洗浄は作業手間がかかり、多量に発生する洗浄廃液は環境負荷を増大させ生産コストを押し上げるという問題がある。

本願の目的は、かかる課題を解決し、粉体、液体、又は気体の攪拌混合により均一で均質な調合液が生成可能であり、かつ、その品質管理が容易な粉液混合分散システムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉液混合分散システムは、ホッパー内に導入された粉体と液体とを混合してスラリーを生成する粉液混合装置と、生成されたスラリーを送り出すポンプと、粉体と液体とのスラリーを遠心力により分散させて粉液分散物を生成する粉液分散装置と、添加液が調合され、粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置と、を備え、粉液分散装置と粉液撹拌混合装置との間には、発生した気泡を除去する脱泡器が設けられ、粉液混合装置による混合と、粉液分散装置による分散と、粉液撹拌混合装置による撹拌混合と、を連続的に処理することを特徴とする。

上記構成により、粉液混合装置、粉液分散装置、及び粉液撹拌混合装置を連続的に処理する一つのシステムとすることができ、調合プロセスにおけるバッチ処理の問題が解決する。すなわち、粉体、液体、又は気体の撹拌混合により均一で均質な調合液が生成可能となり、かつその品質管理を容易に行うことができる。具体的には、バッチ処理のようにタンクを用いることなくポンプによる連続処理が可能となり、瞬時に全行程を完結することができゲル化させることなく二次凝集を防ぐことが可能となる。また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスなく高い品質管理が実現する。

また、粉体と液体とを混合してスラリーを生成する粉液混合装置により混合の際の二次凝集を抑制し、粉体と液体とのスラリーを遠心力により分散させて粉液分散物を生成する粉液分散装置により前処理としてある程度分散させ、及び粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置により反応・硬化させて均一・均質な調合液を生成するというように、各装置を有機的に連結させ、例えば高粘度液であっても高性能で高い品質管理が可能な生産システムが実現できる。

さらに、タンクがなくなるため自動洗浄や分解洗浄が可能となり洗浄廃液を発生せず環境負荷を大きく減少させることが可能となる。

また、粉液混合分散システムは、生成されたスラリーを送り出すポンプと粉液分散装置との間に気体注入口が設けられ、粉液分散装置において粉体及び気体を共に分散させることが好ましい。これにより、粉液混合分散システムは、粉体及び液体だけではなく気体が加わった状態で、粉体及び気体を共に分散させるシステムとすることができる。そして、このシステムは、気体を取り込む気体注入口を生成されたスラリーを送り出すポンプと粉液分散装置との間に設置することで実現される。

また、粉液混合分散システムは、粉液分散装置と粉液撹拌混合装置との間には、発生した気泡を除去する脱泡器が設けられることが好ましい。これにより、粉液混合分散システムにより生成される調合液につき、調合プロセスにおいて混入された不要な気泡を除去することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉液混合分散システムは、ホッパー内に導入された粉体と液体とを混合してスラリーを生成する粉液混合装置と、生成されたスラリーを送り出すポンプと、粉体と液体とのスラリーを分散させて粉液分散物を生成し、添加液が調合され、前記粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置と、を備え、粉液混合装置による混合と、粉液撹拌混合装置による粉液の分散及び撹拌混合と、を連続的に処理することを特徴とする。

上記構成により、粉液混合装置、及び粉液撹拌混合装置を連続的に処理する一つのシステムとすることができ、調合プロセスにおけるバッチ処理の問題が解決する。すなわち、粉体、液体、又は気体の撹拌混合により均一で均質な調合液が生成可能となり、かつその品質管理を容易に行うことができる。具体的には、バッチ処理のようにタンクを用いることなくポンプによる連続処理が可能となり、瞬時に全行程を完結することができゲル化させることなく二次凝集を防ぐことが可能となる。また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスなく高い品質管理が実現する。

また、粉体と液体とを混合してスラリーを生成する粉液混合装置により混合の際の二次凝集を抑制し、粉体と液体とのスラリーを分散させて粉液分散物を生成し、添加液が調合され、粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置により前処理としてある程度分散させた上で粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置により反応・硬化させて均一・均質な調合液を生成するというように、各装置を有機的に連結させ、例えば高粘度液であっても高性能で高い品質管理が可能な生産システムが実現できる。

また、粉液混合分散システムは、粉体は発泡パウダーであり、液体はモノマー、ポリマー樹脂、又はシリコーン樹脂であることが好ましい。これにより、粉体として発泡パウダーを用いること、或いは、液体としてモノマー、ポリマー樹脂、又はシリコーン樹脂を用いることが可能となる。

また、粉液混合分散システムは、粉液撹拌混合装置において、添加される添加液が反応触媒又は硬化剤であることが好ましい。これにより、粉液撹拌混合装置に反応触媒又は硬化剤が添加され、粉体、液体、又は気体の反応や硬化が促進される。

また、粉液混合分散システムは、粉液撹拌混合装置において、発泡パウダーが反応触媒又は硬化剤の調合後に、所定の温度を越えることで発泡することが好ましい。これにより、モノマー、ポリマー樹脂、又はシリコーン樹脂などの液体内で粉体である発泡パウダーが均一に発泡し、均一で均質な調合液が生成される。

以上のように、本発明に係る粉液混合分散システムによれば、粉体、液体、又は気体の撹拌混合により均一で均質な調合液が生成可能であり、かつ、その品質管理が容易な粉液混合分散システムを提供することができる。

本発明に係る粉液混合分散システムの第１の実施形態の概略構成を示す説明図である。本発明に係る粉液混合分散システムの第２の実施形態の概略構成を示す説明図である。

以下に、図面を用いて本発明に係る粉液混合分散システムの実施形態につき、詳細に説明する。

（粉液混合分散システムの第１実施形態）
図１に、本発明に係る粉液混合分散システム１の第１実施形態（以下、粉液混合分散システム１ａと表示する。）の概略構成を示す。粉液混合分散システム１ａは、粉液混合装置であるＰＱミキサー２、ポンプ３、粉液分散装置であるカールミキサー４及び粉液撹拌混合装置であるバイブロミキサー５ａから構成される。

ＰＱミキサー２には、粉体１３が、貯えられた粉体フィーダ１５から搬送され、液体１４が、貯えられた液体貯留槽１６からリニアポンプ１２ａにより搬送される。ＰＱミキサー２は、そのホッパー９内に導入された粉体１３と液体１４とを混合してスラリー６を生成する。ポンプ３は、ＰＱミキサー２にて生成されたスラリー６を次のステップであるカールミキサー４へと導出する。カールミキサー４は、粉体１３と液体１４とのスラリー６を遠心力により分散させて粉液分散物７を生成する。そして、バイブロミキサー５ａは、添加液１０が調合され、粉液分散物７を撹拌羽根１８で撹拌しながら混合して調合液８を生成する。

そして、本発明に係る粉液混合分散システム１ａは、ポンプ３によりＰＱミキサー２による混合と、カールミキサー４による分散と、バイブロミキサー５ａによる撹拌混合と、を連続的に処理する。従来、タンクを用いてバッチ処理していたが、本発明では各装置２，４，５ａを連結してポンプ３による連続処理を可能とした。これにより、ゲル化させることなく二次凝集を防ぐことが可能となる。また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスがなくなり高い品質管理が実現できる。

このように、粉体１３と液体１５とを混合してスラリー６を生成するＰＱミキサー２により混合の際にゲル化させることなく二次凝集を抑制し、粉体１３と液体１４とのスラリー６を遠心力により分散させて粉液分散物７を生成するカールミキサー４により前処理としてある程度分散させ、及び粉液分散物７を撹拌しながら混合して調合液８ａを生成するバイブロミキサー５ａにより反応・硬化させ、連続調合プロセスにより瞬時に全行程を完結することができるため均一・均質な調合液８ａを生成することが可能となった。このように、各装置を有機的に連結させ、また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスがなくなり、例えば高粘度液であっても高性能で高い品質管理が可能な生産システムが実現できる。

また、図１に示すように、生成されたスラリー６を送り出すポンプ３と粉液分散装置４との間に気体注入口１１が設けられ、圧力ポンプ又はボンベなどの気体供給手段１９から供給された気体１７が混合され、粉液分散装置４において粉体１３及び気体１７が共に分散される。これにより、粉液混合分散システム１ａは、粉体１３及び液体１４だけではなく気体１７が加わった状態で、粉体１３及び気体１７を共に分散させるシステムとすることができる。

さらに、図１に示すように、カールミキサー４とバイブロミキサー５ａとの間に、発生した気泡を、除去する脱泡器２０が設けられても良い。この脱泡器２０は減圧した上で気泡を除去する。これにより、粉液混合分散システム１ａにより生成される調合液８ａにつき、調合プロセスにおいて混入された不要な気泡を除去することが可能となる。

（粉液混合分散システムの第２実施形態）
図２に、本発明に係る粉液混合分散システム１の第２実施形態（以下、粉液混合分散システム１ｂと表示する。）の概略構成を示す。粉液混合分散システム１ｂは、粉液混合装置であるＰＱミキサー２、ポンプ３、及び粉液撹拌混合装置であるバイブロミキサー５ａから構成される。

ＰＱミキサー２には、粉体１３が、貯えられた粉体フィーダ１５から搬送され、液体１４が、貯えられた液体貯留槽１６からリニアポンプ１２ａにより搬送される。ＰＱミキサー２は、そのホッパー９内に導入された粉体１３と液体１４とを混合してスラリー６を生成する。ポンプ３は、ＰＱミキサー２にて生成されたスラリー６を次のステップとなるバイブロミキサー５ａへと導出する。粉液混合分散システム１ｂは、粉液混合分散システム１ａと異なり、カールミキサー４の機能がバイブロミキサー５ｂに組み込まれている。すなわち、バイブロミキサー５ｂは、粉体１３と液体１４とのスラリー６を分散させて粉液分散物７を生成し、添加液１０が調合され、粉液分散物７を撹拌しながら混合して調合液８ｂを生成する。

そして、本発明に係る粉液混合分散システム１ｂは、ポンプ３によりＰＱミキサー２による混合と、バイブロミキサー５ａによる分散及び撹拌混合と、を連続的に処理する。従来、タンクを用いてバッチ処理していたが、本発明では各装置２，５ａを連結してポンプ３による連続処理を可能とした。これにより、ゲル化させることなく二次凝集を防ぐことが可能となる。また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスがなくなり高い品質管理が実現できる。

このように、粉体１３と液体１５とを混合してスラリー６を生成するＰＱミキサー２により混合の際にゲル化させることなく二次凝集を抑制し、粉体１３と液体１４とのスラリー６を遠心力により分散させ、及び粉液分散物７を撹拌しながら混合して調合液８ｂを生成するバイブロミキサー５ａにより反応・硬化させ、連続調合プロセスにより瞬時に全行程を完結することができるため均一・均質な調合液８ｂを生成することが可能となった。このように、各装置２，５ａを有機的に連結させ、また、バッチ処理のように人手によらず自動化が容易にできるため、調合比率、分散力、調合時間等も人為ミスがなくなり、例えば高粘度液であっても高性能で高い品質管理が可能な生産システムが実現できる。

本粉液混合分散システム１ａ，１ｂは、粉体１３及び液体１４を混合する連続調合プロセスのシステムである。例えば、リチウムイオン電池電極材の調合、機能性セラミックと硬化剤との調合、電子チップの封止材の調合、建築用パテ材の着色・硬化剤の調合、シリコーン成形樹脂の着色、ＣＭＣ・ＰＶＡ等ポリマー・セルロースの溶解、苛性ソーダ・リチウム等無機塩の溶解、澱粉の溶解、触媒・酵素反応等に用いられる。

従って、本粉液混合分散システム１ａ，１ｂが対象とする粉体１３には、例えば、顔料、炭酸カルシウム、酸化チタン等の機能性材、発泡パウダー、マイクロカプセル、機能性カプセル等があるが、これらに限らない。また、液体１４には、例えば、モノマー、ポリマー樹脂、プレポリマー、シリコーン樹脂等があるが、これらに限らない。また、バイブロミキサー５ａ，５ｂにおいて添加される添加液１０には、例えば、反応触媒、硬化剤等がある。

バイブロミキサー５ａ，５ｂにおいて、発泡パウダー２４は、反応触媒又は硬化剤が調合されると、例えば、８０℃、１２０℃といった所定の温度を越えることで発泡する。

１粉液混合分散システム，１ａ粉液混合分散システムの第１実施形態，１ｂ粉液混合分散システムの第２実施形態、２粉液混合装置又はＰＱミキサー、３ポンプ、４粉液分散装置又はカールミキサー、５，５ａ，５ｂ粉液撹拌混合装置又はバイブロミキサー、６スラリー、７粉液分散物、８調合液、９ホッパー、１０添加液、１１気体注入口、１２，１２ａ，１２ｂリニアポンプ、１３粉体、１４液体又は主液、１５粉体フィーダ、１６液体貯留槽、１７気体、１８撹拌羽根、１９気体供給手段、２０脱泡器。

Claims

ホッパー内に導入された粉体と液体とを混合してスラリーを生成する粉液混合装置と、生成されたスラリーを送り出すポンプと、粉体と液体との前記スラリーを遠心力により分散させて粉液分散物を生成する粉液分散装置と、添加液が調合され、前記粉液分散物を撹拌しながら混合して調合液を生成する粉液撹拌混合装置と、を備え、前記粉液分散装置と前記粉液撹拌混合装置との間には、発生した気泡を除去する脱泡器が設けられ、前記粉液混合装置による混合と、前記粉液分散装置による分散と、前記粉液撹拌混合装置による撹拌混合と、を連続的に処理することを特徴とする粉液混合分散システム。