JPH0461687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本発明は、核となる粒子（以下母粒子という）
として、その表面形態が各種形状の凹凸や、孔
状、溝状の形状をもつ粒子を用いて、この母粒子
の表面や凹部にあらかじめ他の微粒子（以下子粒
子という）を付着、埋め込みをしておき、衝撃打
撃手段を用いてこの母粒子の凸部を軟化、溶融、
変形させ、母粒子の中に子粒子を包み込んで母粒
子の表面改質を行う方法に関する。

ｂ 従来の技術 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、発色性
の改善、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、熔解物質の被覆法、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。

ｃ 発明が解決しようとする問題点 前記従来の方法は、母粒子の囲りに子粒子が付
着され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、成分偏柝を生じ
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、物質の除放性制御をする場合も
種々のマイクロカプセル化法が用いられてきた
が、すべて湿式法であり、次の工程として乾燥工
程が必要となるばかりでなく技術の適用分野も限
定されたもので汎用性に乏しかつた。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、従
来技術の前記問題点を解消した固体粒子の表面改
質方法を提供しようとするものである。

ｄ 問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するため、第１図に
示す如く、乾式、機械的手段により母粒子に子粒
子をまぶし、さらに母粒子の一部を軟化、溶融、
あるいは変形させて母粒子の中に子粒子を包み込
み、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、前記衝撃突リング
の一部から前記回転盤の中心部付近の前カバーに
開口する循環回路とに誘導・循環させ、該気流と
共に表面に各種形状の凹凸や孔、溝をもつ平均粒
子径100〜0.1μmの固体粒子と、該固体粒子の凹
部や孔、溝の内部に入り込むことができる程度の
大きさ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、該固体粒子の凹部や孔、溝の内
部に前記他の微小固体粒子を付着、埋め込ませな
がら、または、付着、埋め込ませた後、前記固体
粒子の凸部を変形させ、さらに継続した機械的打
撃または該機械的打撃により発生した熱エネルギ
ーにより、前記固体粒子の凸部を軟化・溶融また
はさらに変形させて、該固体粒子の内部に前記他
の微小固体粒子を包み込んだ状態で複合化するこ
とを特徴とする固体粒子の表面改質方法にある。

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、一般にその平均粒子径が0.1μm〜
100μm程度で、かつ粒子表面形態が各種形状の凹
凸や孔状、溝状であるナイロンパウダー、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、ABSパウダー、ポリプロピレンパウダ
ー、ゼラチン、各種ワツクス類、硫黄、銅粉、銀
粉等の有機物、無機物、金属類で、また代表的子
粒子粉体としては一般的に平行粒子径が0.01μm
〜10μm程度であるところの二酸化チタン、カー
ボン、酸化鉄などの顔料、エポキシパウダー、ナ
イロンパウダー、アクリルパウダーなどの高分子
材料、すず、銀、銅などの金属類、デンプン、セ
ルロース、シルクパウダー、セラミツクス類など
の天然材料や種々の粉末香料などである。しか
し、本発明は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。

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図は本発明の方法を実施するた
めの衝撃式打撃手段として衝撃式粉砕機を用いた
例を示す。仝図において、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（代表的な衝撃
式粉砕機）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、１
１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5m／sec〜160m／sec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（凹部）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に衝突して再度衝
撃作用と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。

この様な衝撃作用が短時間のうちに連続して何
回も繰り返され、母粒子表面、特に母粒子凸部は
衝撃、打撃作用および該作用による（熱）エネル
ギーを受けることにより、短時間のうちに軟化、
溶融、変形され、母粒子に子粒子を包み込んだ状
態で母粒子による膜が母粒子表面に形成される。
そしてこの一連の衝撃作用は、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、この表面改
質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で終了す
る。

第１図にモデル図を示す。図においてａは母粒
子で、その表面形態は各種形状の凹凸や、孔状、
溝状の形状を有するものである。ｂは子粒子であ
る。仝図１は原料系、仝図２は母粒子の凹部に子
粒子を付着させた状態を示す。この状態において
前記衝撃、打撃作用を与えることにより母粒子の
一部（凸部）が軟化溶融あるいは変形し、粒子は
仝図３，４と移行し、母粒子の中に子粒子が包み
込まれることになる。

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。

固定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。

母粒子表面での母粒子による軟化溶融、成膜処
理が部分的局部的固定処理でよい場合、第２図の
粉体衝撃装置をワンパス式の連続処理システムと
して使用することも出来る。その場合は第２図に
おける循環口１９を閉鎖し、開閉弁９を開とした
状態で被処理粉体を原料ホツパー１５から連続的
に供給すれば良い。

また、本発明による表面改質処理操作中、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表面改質
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、本発明の実施に用い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、ある
いは循環回路１３の途中に、たとえば遠心力型プ
レートフアンなどを配置して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、表面改質
処理時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の実施に用いる粉体衝撃装
置は、上述した循環回路を与えたもののみでな
く、第２図および第３図の装置において循環回路
を取除いた構造のものも、これを使用することが
できる。

また本発明を実施する雰囲気に空気中はもち論
のこと、粒子の組合せによつて酸化劣化の防止、
発火や爆発を防止する目的で窒素ガスや各種の不
活性ガスを使用する場合もある。

第４図は本発明の実施にも用いる粉体衝撃装置
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１５に開口する不活性ガスの供給弁、２
８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改質処理される。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は新らしい不活性ガスで置換される。排出され
た表面改質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、次回分の改質処理操作が
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。

なお母粒子の軟化、溶融、あるいは変形が局所
的部分の処理でよい場合は、第４図の粉体衝撃装
置をワンパス室の連続処理システムとして使用す
ることができる。その場合は第４図における循環
回路１３を閉塞し、原料供給弁２６及び不活性ガ
スの供給弁２７並びに開閉弁９を開とした状態で
被処理粉体を原料ホツパー１４から連続的に一定
量の割合で供給すればよい。この際、排風機（第
２図の２５）出口の不活性ガスを原料供給シユー
ト１５へ戻す方式を採れば不活性ガスの使用量を
節減することになり経済的である。

上述の如く、本願発明に係る固体（粉体）粒子
の表面改質方法の特長は、衝撃式打撃手段として
の衝撃式粉砕機構の微小粉体粒子に対する強力な
衝撃力と、使用する母粒子の表面形態に着目し、
衝撃力を利用しながら、母粒子で子粒子を母粒子
内に包み込んでしまうところにある。

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包み込み
は単なる一成分子粒子によるものにとどまらず、
二成分以上の子粒子の包み込みも可能である。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、本発明の方法によれば、各母粒子に対す
る含有子粒子の割合（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固定化処理
を行なうことができる。

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＝19μmのポーラス状ナイロン６に
平均粒径dp₅₀＝0.03μmのアセチレンブラツクを
子粒子としてあらかじめミキサーで混合付着さ
せ、次に上記処理装置にて回転数6540rpm、粉体
仕込量120g、運転時間2minという条件で処理し
たところ、ナイロン粒子（母粒子）の中にアセチ
レンブラツク（子粒子）を包み込み、さらにその
表面をナイロン６で覆つているという表面改質粉
体を得た。

なお、前記実施例に用いた粉体サンプルの粉体
の走査型電子顕微鏡写真を第５図に示す。

ｅ 発明の効果 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
る母粒子に対してその表面形態を利用し他の子粒
子を母粒子中に包み込んでしまう表面の改質処理
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。

【図面の簡単な説明】

第１図１〜４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、本発明の実施に用いた粉
体衝撃装置を、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
他の装置の説明図であり、第５図は実施例に用い
た粉体サンプルの粒子構造の走査型電子顕微鏡写
真を示し、仝図１は前記実施例に用いたポーラス
状ナイロン原料（2000倍）、２は母粒子に子粒子
を付着させたもの（5000倍）、３は衝撃打撃手段
により表面改質を行い子粒子を母粒子内に包み込
んだ状態（5000倍）を示す。 ａ……母粒子、ｂ……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の前カバーに開口
   する循環回路とに誘導・循環させ、該気流と共に
   表面に各種形状の凹凸や孔、溝をもつ平均粒子径
   100〜0.1μmの固体粒子と、該固体粒子の凹部や
   孔、溝の内部に入り込むことができる程度の大き
   さ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、該固体粒子の凹部や孔、溝の内部に
   前記他の微小固体粒子を付着、埋め込ませなが
   ら、または、付着、埋め込ませた後、前記固体粒
   子の凸部を変形させ、さらに継続した機械的打撃
   または該機械的打撃により発生した熱エネルギー
   により、前記固体粒子の凸部を軟化・溶融または
   さらに変形させて、該固体粒子の内部に前記他の
   微小固体粒子を包み込んだ状態で複合化すること
   を特徴とする固体粒子の表面改質方法。 ２ 固体粒子の隣合う凸部の全部あるいは一部を
   互いに融着させる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 予め固体粒子の凹部や孔、溝の内部に、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項または第２項に記載の固体
   粒子の表面改質方法。 ４ 補助手段として加熱し、固体粒子の隣合う凸
   部を互いに融着させる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。 ５ 不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
   の固体粒子の表面改質方法。