JPH0376177B2 - - 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固着し、さらに該子粒子
全部あるいは一部を軟化・溶融させて、母粒子の
表面の成膜化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
どの方法で行なわれて来た。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攪拌機を使つて長時間（数
時間〜数十時間）攪拌し、攪拌に伴なつて生ずる
静電現象やメカノケミカル現象を応用して改質を
行なつて来たが、母粒子の囲りに子粒子が付着す
るだけで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−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、加工効率が決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械的手段に
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、さらに子粒
子の全部あるいは一部を軟化・溶融させて成膜化
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の成膜化を行ない、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、前記衝撃リン
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、固着させ、さらに打撃を継
続することにより発生した熱エネルギーにより、
この微小固体粒子を軟化・溶解させて、隣合う微
小固体粒子の全部あるいは一部を互いに融着して
固体粒子の表面に膜を形成することを特徴とする
固体粒子表面の成膜方法にある。 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
度である二酸化チタン、酸化鉄などの顔料、エポ
キシパウダー、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
ところのナイロンパウダー、ポリエチレンパウダ
ー、アクリルパウダー、スチレンパウダー、ポリ
プロピレンパウダー、ABSパウダー、ポリビニ
ールアルコール、ゼラチン、各種ワツクス類、硫
黄、低融点合金等の有機物、無機物、金属類など
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、磁気工業材料、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。 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
道面に沿い、かつそれに対して0.5〜20mmの間の
一定の間隔を隔て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。ここで衝撃ピン５の最外周軌道
面と衝撃リング８との間隔を0.5〜20mmの間とし
たのは、本発明の方法を実施するために使用する
粉体衝撃装置の大きさ、回転盤の周速度にもよる
が、何れにしても回転盤が高速で回転する装置で
あるため、回転盤の回転に伴う振動および遠心力
による回転盤の反りにより、該衝撃ピンと衝撃リ
ングとが接触する危険性があり、これ以上間隔を
狭めることができないという製作上の問題と、衝
撃室１８はこの間隔として規定されており、この
間隔が狭いと衝撃室の容積が小さくなり、１バツ
チ（Batch）当たりの処理量が極端に減少するか
らである。一方、間隔が20mm以上になると１バツ
チ当たりの処理量は飛躍的に増大するものの、粉
体粒子群の組合せ、母粒子・子粒子各々の粒径、
成膜化処理の度合いにもよるが、粉体粒子群の衝
突リングへの衝撃力が弱くなり、所望の改質処理
を得ることができなかつたり、あるいは所望に改
質処理を行なうのに長時間を必要とする等処理効
率が悪くなるからである。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で、こ
れは場合によつては前カバーや後カバーの粉砕室
に面した一部を切欠いて設けてもよい。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とを連結する原料
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、２５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々示す。 上記装置を用いて、本発明の粉体表面の成膜化
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
より母粒子が粉砕しない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、さらに、衝撃、打撃作用に
よる（熱）エネルギーを受けることにより、子粒
子は短時間のうちに軟化・溶融され、１ケの母粒
子表面に固着された子粒子の全部あるいは一部が
融着しあう。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軟化・溶融による成膜
化作業は、母粒子の全表面が所望の融着状態にな
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に
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、この表面の成膜化に要する時間
は被処理粉体の供給時間を含めても一般に数秒乃
至数分の極めて短時間内で終了する。 第１図にモデル図を示す。図において母粒子、
子粒子は球状に限定されない。同図１，２は母粒
子ａ，a′に子粒子ｂ，b′を予め静電気により付着
させた状態を示すが、これらの母粒子、子粒子は
上記衝撃、打撃作用により３〜５に示すように母
粒子は破砕されず、その表面に付着した子粒子の
表面が軟化・溶融され、子粒子同子の融着が一部
あるいは全面に生じ、成膜化される。また子粒子
の多種組合せや、供給順序によつては６〜８に示
す様に、母粒子ａに互いに異なる子粒子ｂ，ｃを
単層や多層に成膜化することができる。 以上の成膜化作業が終了した後は、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、成膜化処理された粉体を排出する。この成膜
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
粉末捕集装置に誘導された後捕集され、ロータリ
ーバルブ２２，２４を介して系外に排出される。 成膜化処理された粉体を排出後、開閉弁９は直
ちに閉鎖され、再び計量フイダー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
同様な工程を経て成膜化処理された粉体が次々と
生産される。なお、これら一連の回分成膜化処理
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、成膜化処理操作中、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
体の成膜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、成膜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成膜化作業
においては、被処理粉体の成膜化中における酸化
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、２７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。この成膜化作業開始に
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。 以後は、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成膜化処理される。次に開閉
弁９と供給弁２７とを開くと成膜化処理された粉
体は、衝撃室１８及び循環回路１３からシユート
２０へ排出され、同時に衝撃室１８及び循環回路
１３は新らしい不活性ガスで置換される。排出さ
れた成膜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、次回分の成膜化処理操作
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成膜化操作は、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
の表面の成膜化の方法の特長は、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対する強
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
自体及び衝撃回数を任意に調節できることろにあ
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成膜化は
単なる一成分子粒子による単粒子層の成膜化処理
にどどまらず、母粒子を膜状に被服するマイクロ
カプセル化、二成分以上の子粒子の成膜化、さら
には一成分以上の子粒子による複数層に成膜化処
理することができる。また子粒子の形状も球状、
不定形、繊維状などその形状はとわない。 また、母粒子の形状も球状、不定形などその形
状は問わない。さらに母粒子の表面は必ずしも平
滑な状態のものに限らず、各種形状、各種寸法の
凹凸またはまたは孔状、若しくは溝状の形態であ
つてもよく、これらの表面形態をもつた母粒子の
凹部に選択的に子粒子を埋め込んだ後、母粒子自
身の凸部が衝撃力や熱を受けて変形し、子粒子を
包み込むような母粒子による膜を母粒子表面全域
にわたつて形成させることもできる。 本発明の方法よれば、各母粒子に対する成膜化
子粒子の割合（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、別々に計量され
た母粒子粉体と子粒子粉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成膜化処理を行な
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軟化・溶融させて成
膜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、衝撃ピンの最外周軌道面と衝撃
リングとの間の間隔が４mm、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＝5μｍの球状ナイロ
ン12の表面に平均粒径dp50＝0.3μｍのPMMA（ポ
リメチルメタクリレート）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軟化・溶融成膜化処理
した結果、何れもポリメチルメタクリレート（子
粒子）がナイロン12（母粒子、核粒子）の表面に
強固に固着し、さらに子粒子の一部あるいは全部
が軟化・溶融し成膜化され、均一安定したナイロ
ン12のポリメチルメタクリレートによる表面改質
粉体を得た。運転条件の違いで子粒子の軟化・溶
融状態の違いがはつきり示されており（第５図走
査型電子顕微鏡写真参照）、もし所望の改質状態
が母粒子をマイクロカプセル化した状態ならばＴ
−１の条件でこれを満たすことができる。

【表】 内容積から算出した。
なお、前記実施例（Ｔ−１から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写真
を第５図に示す。

【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成膜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は前記実施例
に用いた静電付着品10000倍のもの、２は前記実
施番号Ｔ−１で8500倍のもの、３は実施番号Ｔ−
２で10000倍のもの、４は実施番号Ｔ−３で10000
倍のものを示す。 ａ…母粒子、ｂ，ｃ…子粒子、１…粉体衝撃装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記衝撃リングの一
   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、固着させ、さらに打撃を継続する
   ことにより発生した熱エネルギーにより、この微
   小固体粒子を軟化・溶解させて、隣合う微小固体
   粒子の全部あるいは一部を互いに融着して固体粒
   子の表面に膜を形成することを特徴とする固体粒
   子表面の成膜方法。