JPH032009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、核となる粒子（以下母粒子という）
の表面にあらかじめ微粒子（以下子粒子という）
を付着させておくか、又は付着させずにおき、該
子粒子を母粒子の表面に埋設又は固着させて、母
粒子の表面改質を行なう方法に関する。 従来、一般に固体粒子の固結防止、変色変質防
止、分散性の向上、流動性の改善、触媒効果の向
上、消化・吸収の制御、磁気特性の向上、耐光性
の向上などを目的として各種の表面改質が、物理
吸着法、化学吸着法、真空蒸着法、静電付着法、
溶解物質の被覆法、特殊スプレードライング法な
どの方法で行われて来た。これらのうち、特に固
体粒子の表面を固体粒子で、即ち、粉体の表面を
粉体で表面改質する場合は、公知の各種ミキサー
型やボールミル型の撹拌機を使つて長時間（数時
間〜数十時間）撹拌し、撹拌に伴つて生ずる静電
現象やメカノケミカル現象を応用して改質を行つ
て来たが、母粒子に対する子粒子の密着性が十分
でなく、そのため改質後の粉体を次工程で混合，
混練，分散，ペースト化等の加工をする場合、子
粒子が簡単に脱落したり、成分偏析を生じたりし
てその操作条件を著しく制限するばかりでなく、
加工後の生産品の品質にバラツキが生じる最大の
原因となつていた。 さらにまた、上記の各種ミキサー、ボールミル
等を使用した粉体一粉体系の表面改質にあつて
は、一般に母粒子表面に対する子粒子の定着力が
弱いため、所望の表面改質を得るためには数時間
乃至数十時間を要し、そのため装置が大型とな
り、加工効率が極めて悪いなどの問題があつた。 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、従
来技術の問題点を解消し、第１図に示す如く、母
粒子の表面全域にわたつて子粒子を機能的手段に
より、必要に応じて補助的手段として熱的手段を
用いて強制的に埋設または固着させて強固に固定
化し、極めて短時間（数秒〜数分間）のうちに均
一な安定した粉体粒子の表面改質を行ない、それ
によつて機能性複合材料（ハイブリツドパウダ
ー）を得ることができる方法を提供するもので、
その要旨は、衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回
転盤を配置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道
面に沿い、かつそれに対して一定の空間を置いて
衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によつ
て発生した気流を、前記衝撃室と、前記衝突リン
グの一部から前記回転盤の中心部付近に開口する
循環回路とに誘導・循環させ、該気流と共に粒径
100〜0.1μｍの固体粒子の、該固体粒子よりも小
さな粒径10〜0.01μｍの他の微小固体粒子とから
構成される粉体粒子群の全量を、繰り返し前記衝
撃室と前記循環回路とを通過させ、前記衝撃ピン
と、前記衝突リングとの間で前記固体粒子を粉砕
しない範囲の機械的打撃により、該固体粒子の表
面に前記他の微小固体粒子を付着させながら、ま
たは、付着させた後、該他の微小固体粒子を埋設
又は固着させることを特徴とする固体粒子の表面
改質方法。 本発明の方法で表面処理できる代表的母粒子粉
体としては、一般にその粒径が0.1μｍ〜100μｍ程
度であるところの二酸化チタン、酸化鉄などの顔
料、エポキンパウダー、ナイロンパウダー、ポリ
エチレンパウダー、ポリスチレンパウダーなどの
合成高分子材料、及びデンプン、セルロース、シ
ルクパウダーなどの天然材料、また、代表的子粒
子粉体としては、一般に粒径が0.01μｍ〜10μｍ程
度であるところのシリカコロイド粒子、アルミナ
コロイド粒子、二酸化チタンパウダー、亜鉛華パ
ウダー、酸化鉄パウダー、雲母パウダー、炭酸カ
ルシウムパウダー、硫酸バリウムなどの天然，合
成材料または各種合成顔料などである。しかし、
これら材料に限定されることなく、各種化学工
業、電気、磁気材料工業、化粧品、塗料、印刷イ
ンキ、及びトナー、色材、繊維、医薬、食品、ゴ
ム、プラスチツクス、窯業などの工業界で使用さ
れている各種材料の各組合わせ成分に適用するこ
とができる。 なお、一般に母粒子として大粒径で硬度の小さ
なもの、子粒子として小粒径で硬度の大なものを
用いるが、材料粒子の大きさの組合わせによつて
は、母粒子と小粒子が逆になることもある。即
ち、より硬い母粒子の表面に、より軟らかい小粒
子を固着・固定化させることもできる。 以下、本発明の実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。 第２図及び第３図は衝撃式打撃手段として粉体
衝撃装置を用いた例を示す。同図において、１は
本発明方法を実施するために使用する粉体衝撃装
置のケーシング、２はその後カバー、３はその前
カバー、４はケーシング１内にあつて高速回転す
る回転盤、５は回転盤４の外周に所定間隔を置い
て放射状に周設された複数の衝撃ピンであり、こ
れは一般にハンマー型またはプレート型のもので
ある。６は回転盤４をケーシング１内に回転可能
に軸支持する回転軸、８は衝撃ピン５の最外周軌
道面に添い、かつそれに対して一定の空間を置い
て周設された衝突リングであり、これは、各種形
状の凹凸型または円周平板型のものを用いる。９
は衝突リングの一部を切欠いて設けた改質粉体排
出用の開閉弁、１０は開閉弁９の弁軸、１１は弁
軸１０を介して開閉弁９を操作するアクチユエー
ター、１３は一端が衝突リング８の内壁の一部に
開口し、他端が回転盤４の中心部付近の前カバー
３に開口して閉回路を形成する循環回路、１４は
原料ホツパー、１５は原料ホツパー１４と循環回
路１３とを連絡する原料供給用のシユート、１６
は原料計量フイーダー、１７は原料貯槽である。
１８は回転盤４の外周と衝突リング８との間に設
けられた衝撃室、１９は循環回路１３への循環口
を夫々示す。２０は改質粉体排出シユート、２１
はサイクロン、２２はロータリーバルブ、２３は
バツグフイルター、２４はロータリーバルブ、２
５は排風機、３１は本発明の方法を実施するため
に使用する粉体衝撃装置の運転を制御する時限制
御装置、３２はあらかじめ母粒子の表面に子粒子
を付着させる必要のある場合に使用する各種ミキ
サー電動乳鉢等公知のプレプロセツサーを夫夫示
す。 上記装置を用いて、本発明の粉体表面改質の方
法を実施する場合、次の要領で操作する。 まず、改質粉体排出用の開閉弁９を閉鎖した状
態としておき、必要に応じて不活性ガスを装置内
に導入しながら、駆動手段（図示せず）によつて
回転軸６を駆動し、改質処理すべき物質の性質に
より母粒子が破砕しない５ｍ／sec〜160ｍ／sec
の範囲の周速度で回転盤４を回転させる。この際
回転盤４外周の衝撃ピン５の回転に伴つて急激な
空気・不活性ガスの気流が生じ、この気流の遠心
力に基づくフアン効果によつて衝撃室１８に開口
する循環回路１３の循環口１９から循環回路１３
を巡つて回転盤４の中心部に戻る気流の循環流
れ、即ち完全な自己循環の流れが形成される。し
かもこの際発生する単位時間当りの循環風量は、
衝撃室と循環系の全容積に較べて著しく多量であ
るため、短時間のうちに莫大な回数の空気流循環
サイクルが形成されることになる。 次に一定量の母粒子の表面に例えば静電現象を
利用して子粒子を付着させた被処理粉体を、計量
フイーダー１６より原料ホツパー１４に短時間で
投入する。プレプロセツサー３２を使用する必要
のない場合は、母粒子、子粒子を夫々別々に計量
して原料ホツパー１４に投入する。被処理粉体は
原料ホツパー１４に投入する。被処理粉体は原料
ホツパー１４からシユート１５を通り衝撃室１８
に入る。衝撃室１８へ送入された粉体粒子群は、
ここで高速回転する回転盤４の多数の衝撃ピン５
によつて瞬間的な打撃作用を受け、さらに周辺の
衝突リング８に衝突して母粒子表面の子粒子が選
択的に強度の圧縮作用を受ける。そして同時に前
記循環ガスの流れに同伴して被処理粉体は循環回
路１３を循環して再び衝撃室１８へ戻り、再度打
撃作用を受ける。 この様な衝撃作業が短時間のうちに連続して何
回も繰り返され、子粒子は母粒子の表面へ埋設ま
たは強固に固着される。そしてこの一連の衝撃作
業、即ち母粒子表面に対する子粒子の埋設または
固着固定化作業は、母粒子の全表面が均一に、し
かも強固に固定化されるまで継続させるが、衝撃
室と循環系の全容積に較べて多量のガス（空気及
び不活性ガス）が系内を循環するため、ガスと同
伴して循環する被処理粉体（母粒子と子粒子）は
極めて短時間のうち莫大な衝撃回数を受けること
になる。一回分の処理量にもよるが、この表面固
定化に要する時間は被処理粉体の供給時間を含め
ても一端に数秒乃至数分の極めて短時間内で終了
する。 第１図１〜２は、母粒子ａに子粒子ｂ又は子粒
子ｂおよび異種の子粒子ｃを予め静電気により付
着させた状態を示すが、上記固定化作業を受ける
ことによつて、同図３〜５に示すように、母粒子
ａは破砕されずに、その表面に子粒子ｂが埋設、
固着され、さらに、子粒子ｂと子粒子ｃの供給順
序を変えることによつて、同図６〜８に示すよう
に母粒子ａに互いに異なる子粒子ｂ，ｃを単層又
は復層に固着させることができる。 以上の固定化作業が終了した後、改質粉体排出
用の開閉弁９を鎖線で示す位置に移動させて開
き、固定化処理された粉体を排出する。この固定
化処理された粉体は、それ自身に作用している遠
心力（処理粉体に遠心力が作用しているところで
あれば排出弁９の位置は別のところでも良い。）
と、排風機２５の吸引力によつて短時間（数秒
間）で衝撃室１８及び循環回路１３から排出さ
れ、シユート２０を通つてサイクロン２１及びバ
ツグフイルター２３などの粉末補集装置に誘導さ
れた後補集され、ロータリーバルブ２２，２４を
介して系外に排出される。 固定化処理された粉体排出後、開閉弁９は直ち
に閉鎖され、再び計量フイーダー１６から、次回
以降の一定量の被処理粉体が衝撃室に供給されて
同様な工程を経て固定化処理された粉体が次々と
生産される。なお、これら一連の回分固定化処理
操作は、関連機器の動作時間に関連して、予め時
限設定された時限制御装置３１によつて制御され
継続される。 また、固定化処理操作中、熱的処理を補助的に
併用する必要のある場合（例えば母粒子と子粒子
の硬度の差をより大きくする必要のある場合な
ど）は、衝突リング８や循環回路１３をジヤツケ
ツト構造とし、各種の熱媒や冷媒を通して被処理
粉体の固定化処理に都合のよい温度条件を設定す
ることができる。 また、本発明の方法を実施するために使用する
粉体衝撃装置においては、前記回転盤４に補助羽
根を装着し、循環流に更に強制力を与えることも
できる。すなわち、循環風量を増大させれば単位
時間内の循環回数が増加し、従つて粉体粒子の衝
突回数も増加するので、固定化処理時間を短縮す
ることができる。 次に本発明の方法を実施するために使用する粉
体衝撃装置において行なう粉体表面の改質（固定
化）作業においては、被処理粉体の固定化中にお
ける酸化劣化を防止したり、発火や爆発を防止す
る目的で窒素ガスなどの各種の不活性ガスを使用
する場合を説明する。 第４図は本発明に係る粉体衝撃装置において、
この不活性ガスを使用する実施例を示す。なおこ
の実施例の説明に際し、前記実施例と同一部材に
ついては同一符号を付し、説明を省略する。第４
図において、２６は原料ホツパー１４の下部に設
けた原料供給弁、１２は原料供給用のシユート１
５に開口する不活性ガスの供給弁、２８は不活性
ガス供給源、２９は不活性ガスの供給路を示す。
尚、この実施例では循環回路１３をケーシング１
内に収納した態様を示す。 運転開始に際して、まず、原料供給弁２６を閉
じ、開閉弁９を開いたあと、不活性ガスの供給弁
２７を開き衝撃室１８及び循環回路１３内に不活
性ガスを充満させておく。この固定化作業開始に
先立つて行なう衝撃室及び循環回路内への不活性
ガスの置換は、通常数分以内で終了する。 次に開閉弁９と供給弁２７とを同時に閉じたあ
と、直ちに原料供給弁２６を開いて、予め計量さ
れた被処理粉体をシユート１５を通じて衝撃室１
８に供給する。なお供給後、供給弁２６は直ちに
閉の状態に戻し、その信号を受けて計量フイーダ
ー１６は原料ホツパー１４に次回の被処理粉体を
計量し供給しておく。 以後、不活性ガスと共に前記実施例の場合と同
様に被処理粉体の衝撃を行ない、被処理粉体は循
環回路１３内を循環しながら不活性ガスとの十分
な接触を保ちつつ固定化処理される。次に開閉弁
９と供給弁２７とを開くと固定化処理された粉体
は、衝撃室１８及び循環回路１３からシユート２
０へ排出され、同時に衝撃室１８及び循環回路１
３は新しい不活性ガスで置換される。排出された
固定化粉体は前記実施例と同様に処理される。 以後は開閉弁９及び供給弁２７を閉じて原料供
給弁２６を開とすれば、次回分の固定化処理操作
が進行する。なお、不活性ガスの供給、停止を含
むこれら一連の回分固定化操作は、前記実施例と
同様に時限制御装置３１によつて制御され継続さ
れる。 上述の如く、本願発明に係る固体（粉体）粒子
の表面改質の方法の特長は、衝撃式打撃手段とし
ての粉体衝撃装置の微小粉体粒子に体する強力な
衝撃力と、母粒子と子粒子のもつ硬度の差に着目
し、かつ一定の形状を有する母粒子の全表面に対
する衝撃力付与のための衝撃力の大きさそれ自体
および衝撃回数を任意に調節できることにある。 また、第１図に示す如く本発明の方法によれ
ば、各種材料の母粒子に対する子粒子の固定化は
単なる一成分粒子による単粒子層の固定化処理に
とどまらず、二成分以上の子粒子の固定化、さら
には一成分以上の子粒子による複数層に固定化処
理することができる。 また、本発明の方法によれば、各母粒子に対す
る固定化子粒子の場合（比率）がそれ程厳密でな
くともよい場合（即ち、全体としての成分比率が
一定であればよい場合）は、各種ミキサー、電動
乳鉢などのプレプロセツサーを使用せず、別々の
計量された母粒子粉対と子粒子体を直接衝撃室に
供給して母粒子表面に対する子粒子の固定化処理
を行なうことができる。 以上のように、本願発明に係る固体粒子の表面
改質方法によれば、各種粉体材料の組合わせから
成る母粒子に対して子粒子を埋設または強固の固
着・固定化させる表面の改質処理を行ない、均一
で安定した特性を有する機能性複合・混成粉体材
料（コンポジツトまたはハイブリツドパウダー）
を極めて短時間で効率よく生産することができ
る。 実施例 １ 回転盤に周設された８枚のプレート型衝撃ピン
の外径が235mm、循環回路の直径が54.9mmである
第２図の粉体衝撃装置を使用した。母粒子として
平均粒径dp50＝50μｍの球状ナイロン12の表面に
平均粒径dp50＝0.3μｍの二酸化チタン子粒子をあ
らかじめミキサーで付着させたオーダードミクス
チヤーを夫々下表に示す処理条件で固定化処理し
た結果、何れも二酸化チタン（子粒子）がナイロ
ン12（母粒子，核粒子）の表面に埋設または強固
に固着して固定化され、均一安定したナイロン12
の二酸化チタンによる表面改質粉体を得た。 なお、前記実施例（Ｔ−３）で得られた固定化
改質後の粉体の走査型電子顕微鏡を第５図に示
す。

【表】 び循環回路の内容積から算出した。

【図面の簡単な説明】

第１図１〜８は本発明に係る方法で処理される
各種改質前粉体と改質固定化後の粉体の態様を示
す概念的な説明図、第２図は、本発明の方法を実
施するために使用する粉体衝撃装置の一実施例
を、その前後装置とともに系統的に示した概念的
な説明図、第３図は第２図の側断面説明図、第４
図は同じく不活性ガスを用いる場合の他の実施例
の説明図であり、第５図は表面改質後の粉体の走
査型電子顕微鏡写真を示し、同図１は6000倍、同
図２は2000倍、同図３は4000倍のものを示す。 ａ……母粒子、ｂ，ｃ……子粒子、１……衝撃
式粉砕機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配
   置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿
   い、かつそれに対して一定の空間を置いて衝突リ
   ングを配置し、前記衝撃ピンの回転によつて発生
   した気流を、前記衝撃室と、前記衝突リングの一
   部から前記回転盤の中心部付近に開口する循環回
   路とに誘導・循環させ、該気流と共に粒径100〜
   0.1μｍの固体粒子と、該固体粒子よりも小さな粒
   径10〜0.01μｍの他の微小固体粒子とから構成さ
   れる粉体粒子群の全量を、繰り返し前記衝撃室と
   前記循環回路とを通過させ、前記衝撃ピンと、前
   記衝突リングとの間で前記固体粒子を粉砕しない
   範囲の機械的打撃により、該固体粒子の表面に前
   記他の微小固体粒子を付着させながら、または、
   付着させた後、該他の微小固体粒子を埋設又は固
   着させることを特徴とする固体粒子の表面改質方
   法。 ２ 予め固体粒子と他の微小固体粒子とを混合
   し、該固体粒子の表面に該他の微小固体粒子を付
   着させておくことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の固体粒子の表面改質方法。 ３ 補助手段として加熱し、粒子相互を融着させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１又は第２
   項に記載の固体粒子の表面改質方法。 ４ 不活性ガスふん囲気下で上記埋設又は固着工
   程を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第３項のいずれかに記載の固体粒子の表面改
   質方法。