JPH05168895A - 固体粒子の表面改質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は雰囲気温度を一定に保持しながら固
体粒子の表面改質を行なう方法を提供する。 【構成】 衝撃室内に、衝撃ピン５を周設した回転盤４
及び衝突リングを配置した粉体衝撃装置の前カバーの開
口部から、固体粒子と小さな他の固体粒子とから構成さ
れる粉体粒子群を投入し、衝撃室を通過させることによ
り、衝撃式打撃作用を与える場合において、衝撃ピン５
の回転によって発生した気流と共に、衝突リング７の一
部に開口する排出口９より粉体粒子群の全量を排出し
て、粉体粒子群を過熱された気流から分離した後、再び
該粉体粒子群のみを衝撃室８内に投入しするようにして
該粉体粒子群に前記衝撃式打撃作用を繰り返し与えてる
ことにより、前記固体粒子の表面に前記固体粒子よりも
小さな他の固体粒子を付着させながら、または付着させ
た後、該他の固体粒子を埋設または固着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核となる固体粒子（以
下、「母粒子」という）の表面に、該固体粒子よりも小
さな他の固体粒子（以下、「子粒子」という）をあらか
じめ付着させておくか、または付着させずにおき、該子
粒子を該母粒子の表面に埋設または固着させて、該母粒
子の表面改質を行なう方法に関する。

【０００２】

【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、磁性特性の向上、耐光性の向上
等を目的として、各種の表面改質が行なわれて来た。広
い意味で、固体粒子の表面改質方法は、（１）コーティ
ング法による改質方法、（２）粒子の表面官能基を利用
した化学的改質方法であるトポケミカルな改質方法、
（３）機械的作用によって粒子の表面に現われた活性点
を利用するメカノケミカル反応による改質方法、（４）
カプセル化による改質方法、（５）紫外線、放射線、プ
ラズマなどを利用する高エネルギー利用の改質方法、
（６）沈澱反応による改質方法とに大別することができ
る。この中で、母粒子の表面に子粒子を固定化すること
によって固体粒子の表面を改質して、機能性複合粉体材
料を得る方法としては、上記（４）のカプセル化による
改質方法の１技法であるところの、高速気流中衝撃法
（例えば特開昭６２−８３０２９）が有用な改質方法で
ある。この方法は、衝撃室内に、ハンマー型またはブレ
ード型の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
回転によって発生した気流を、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を介して
前記衝撃室に誘導・循環させ、該気流と共に前記母粒子
と前記子粒子とから構成された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
撃ピンによる機械的打撃、及び前記衝突リングへの衝突
による衝撃式打撃作用により、前記母粒子の表面に前記
子粒子を付着させながら、または付着させた後、該子粒
子を母粒子に埋設または固着させることによって固体粒
子の表面改質を行なう方法である。この方法により、子
粒子は母粒子の全表面に均一にしかも強固に固定化さ
れ、安定した特性を有する機能性複合粉体材料を、極め
て短時間（数十秒から数分間）で、効率よく生産するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記高速気流
中衝撃法は、完全回分式処理方法であるため、すなわち
上述したように衝撃ピンの回転によって発生した気流と
前記粉体粒子群の全量が、上記装置内を短時間の内に繰
り返し循環する機構になっているので、粉体粒子は摩擦
や衝撃、圧縮等の作用で発熱し、該粉体粒子群や該気流
（機内雰囲気温度）はもとより、回転盤や衝突リング、
循環回路等の装置そのものの温度も上昇するため、該粉
体粒子群の物性によっては軟化・溶融による装置内壁へ
の付着、母粒子同士の融着、または子粒子を介した母粒
子同士の融着によるブロック化、あるいは母粒子及び／
または子粒子の熱劣化等の問題を生じる場合があった。
そこで従来は、衝突リング、循環回路をジャケット構造
として、該ジャケットに冷媒を通して冷却したり、さら
には回転盤の内部をジャケット構造とすると共に冷媒を
通すための回路を設け、該冷媒を回転軸を利用して回転
盤に供給することにより、該回転盤を冷却して機内雰囲
気温度及び装置そのものの温度を下げる試みが行なわれ
た。

【０００４】例えば、上記高速気流中衝撃法により、平
均粒子径７μｍのナイロン１２の球形粒子を核粒子（母
粒子）として、該粒子の表面に平均粒子径０．２μｍの
二酸化チタン（子粒子）を固定化処理する場合におい
て、前記装置の回転盤（衝撃ピン）を最外周速度１００
ｍ／ｓｅｃで、５分間運転したとき、該装置を冷却しな
い場合では機内雰囲気温度は１００℃を簡単に越え、上
記方法で該装置を冷却した場合でも６０℃を越えてしま
うようなことがしばしば起こった。なお、このときの運
転開始前の機内雰囲気温度は、共に約２５℃であり、冷
媒には１８℃の冷却水を用い、５ｌ／ｍｉｎで供給して
いる。上記の如き粉体材料の組合せの固定化処理の場合
は、この程度の冷却で充分であるかも知れないが、母粒
子及び／または子粒子の軟化温度が低かったり、熱劣化
が問題になる場合には、上記の如き徹底したジャケット
冷却方法でも、固定化処理を安定して行なうことが難し
い場合があった。また、上述したように、前記装置は回
分運転されるため、すなわちほぼ密閉状態で運転される
ため、液体窒素やドライアイス等をそのまま、または気
化させた低温ガスを装置内に送入して、冷却しながら運
転することは不可能であった。すなわち、上記完全回分
式処理方法で機内雰囲気温度を低い水準に抑えるにはお
のずと限界があり、ましてや回分運転中を通じて該雰囲
気温度を一定に保持することは到底不可能なことであっ
たので、上記方法を適用できる粉体材料の組合せには制
限があった。本発明は、このような問題点に鑑み、雰囲
気温度を一定に保持しながら、母粒子の表面に子粒子
を、あらかじめ付着させておくか、または付着させずに
おき、該子粒子を該母粒子の表面に埋設または固着させ
て、該母粒子の表面改質処理を安定して行なう方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的に添い、本発明
は、粉体粒子そのものは衝撃室にリサイクルさせるもの
の、粉体粒子の雰囲気温度を支配する同伴ガス（気流）
はワンパス方式とすることによって該粉体粒子の温度上
昇を防止することにあり、すなわち、本発明は、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た粉体衝撃装置の前
カバーの中心部付近の開口部から、母粒子と子粒子とか
ら構成される粉体粒子群を投入し、前記衝撃室を通過さ
せることにより、該粉体粒子群に前記衝撃ピンによる機
械的打撃と前記衝突リングへの衝突とによる衝撃式打撃
作用を与える場合において、前記衝撃ピンの回転によっ
て発生した気流と共に、前記衝突リングの一部に開口す
る排出口より前記粉体粒子群の全量を排出し、粉体分離
器（例えばサイクロン等）により前記粉体粒子群を前記
気流から分離した後、該気流は系外に排出し、該粉体粒
子群のみを前記衝撃室内に投入し、該粉体粒子群に前記
衝撃式打撃作用を繰り返し与えることにより、前記母粒
子の表面に前記子粒子を付着させながら、または付着さ
せた後、該子粒子を埋設または固着させることによっ
て、前記課題を解消するものである。また、本発明は必
要に応じて前記前カバーの中心部付近の開口部から冷
風、液体窒素・ドライアイス等の冷媒を気化させた低温
ガスを一定流量で送入することによって、さらに熱に敏
感な粉体材料に対する前記課題を解決することができ
る。

【０００６】本発明の方法で表面改質処理できる代表的
な母粒子としては、その平均粒子径が０．１〜１００μ
ｍ程度であるところのアルミナ、ジルコニア、窒化アル
ミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス材料、二酸化チ
タン、酸化鉄等の顔料、エポキシ、ナイロン、ポリエチ
レン、ポルスチレン等の合成高分子材料、デンプン、セ
ルロース、シルクパウダー等の天然材料等である。ま
た、子粒子としては、その平均粒子径が０．０１〜１０
μｍ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、亜鉛華、酸化鉄、雲母、
炭酸カルシウム、硫酸バリウム、油脂類、ワックス類等
の天然、合成材料または各種合成顔料等である。しか
し、これらの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、食品、ゴム、
プラスチックス、窯業等の工業界で使用されている各種
材料の各組合せ成分に適用することができるが、本発明
の方法は、特に上記低融点の油脂類、ワックス類の処理
に適している。

【０００７】

【実施例】図１及び図２は、本発明を実施する粉体処理
装置の一例を、その前後装置と共に系統的に示した概念
的な説明図である。同図に基づいて本発明を詳細に説明
する。同図において、１は粉体処理装置のケーシング、
２はその前カバー、３はその後カバー、４は高速回転す
る回転盤、５は回転盤４の外周に所定の間隔を置いて放
射状に周設された複数の衝撃ピンであり、該衝撃ピン５
は一般にハンマー型またはブレード型のものである。６
は回転盤４を回転可能に軸支持する回転軸、７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、該衝突リング
７は、各種形状の凹凸型または円周平面型のものを用い
る。ここで上記一定の空間は、装置の大きさによっても
異なるが、一般的に０．５〜２０ｍｍであることが望ま
しい。８は前カバー２、後カバー３及び衝突リング７に
よって囲まれた衝撃室、９は衝突リング７の一部を切欠
いて設けた粉体粒子群の排出口、１０は前カバーの中心
部付近に開口する粉体粒子群の投入口である。前記排出
口９には排出管１１を介して固気分離装置（粉体分離
器）１２が、また前記投入口１０には投入管１３、原料
供給用のシュート１４を介して原料ホッパー１５が連設
されており、１６は該シュート１４の途中に設けられた
開閉弁である。前記固気分離装置１２の一例としてはサ
イクロンがあるが、これに限定されることはなく、短時
間で効率よく気流と粉体粒子群とを分離できる装置であ
ればよい。１７は固気分離装置１２の下部に設けられた
粉体流路の切替弁、１８は該切替弁１７の切替制御装
置、１９は該切替弁１７と前記投入管１３の一部に開口
する開口部１３ａとに連設された粉体粒子群の循環回
路、２０は改質粉体の捕集器である。２１は排風管、２
２は吸引ブロワー、２３は送風管、２４はエアフィルタ
ー、２５は該送風管２３の途中に設けられた吸引風量の
調節弁である。２６は原料計量フィーダー、２７はあら
かじめ母粒子に子粒子を付着させる必要がある場合に使
用する各種ミキサー・自動乳鉢等公知のプレプロセッサ
ーである。なお、本装置の運転は、時限制御装置（図示
せず）によって自動回分操作を行なうように設定されて
いる。また、上記衝突リング７はジャケット２８構造に
なっているので、必要に応じてここに冷却水（または温
水・加熱蒸気等）を流すことができる。また、排出管１
１並びに固気分離装置１２は必要に応じてジャケット構
造（各々２９，３０）として、冷媒等を流すこともでき
る。さらに、送入空気温度を冷却（または加熱）する必
要がある場合は、液体窒素等の冷媒を気化させた低温ガ
スを送風管２３から送入したり、該送入管２３の途中に
熱風発生装置（共に図示せず）を設けることもできる。
また、固気分離装置１２と吸引ブロワー２２との間に、
すなわち排風管２１の途中に、バッグフィルター等の末
端集塵装置（図示せず）を設けることもできる。本発明
の方法は、上記の如く構成されているので、粉体粒子群
は昇温した気流と分離され、該粉体粒子群のみ繰り返し
回分処理される。

【０００８】上記装置は、次の要領で操作される。ま
ず、原料供給用のシュート１４の途中に設けられた開閉
弁１６を閉の状態にし、固気分離装置１２の下部に設け
られた粉体流路の切替弁１７を、循環回路１９と連通す
る状態にする。次に、駆動手段（図示せず）によって回
転軸６を駆動し、例えば外周速度１００ｍ／ｓｅｃで回
転盤４を回転させると共に、吸引ブロワー２２を作動
し、衝撃ピン５の回転によって発生する気流量に見合っ
た風量を衝撃室８内から吸引する。これによって、エア
フィルター２４から吸引され、送風管２３、投入管１
３、投入口１０を通って衝撃室８に入り、該衝撃室８か
ら排出口９、排出管１１、固気分離装置１２、排気管２
１を通って吸引ブロワー２２から系外に排出される気流
の流れが生じる。ここで回転盤４の外周速度としては、
３０〜１５０ｍ／ｓｅｃの範囲が好ましい。３０ｍ／ｓ
ｅｃ以下の速度では粉体粒子群に充分な衝撃力を与える
ことができず、処理に時間がかかり効率が悪い。また１
５０ｍ／ｓｅｃ以上の速度を得ることは機械的に難し
い。次に開閉弁１６を開き、母粒子と子粒子とから構成
される粉体粒子群（混合粉体）、またはあらかじめプレ
プロセッサー２７により該母粒子の表面に、該子粒子を
付着させた粉体粒子群（オーダーミックスチャー）を、
原料計量フィーダー２６より原料ホッパー１５に短時間
に投入すると、該粉体粒子群は、原料ホッパー１５から
原料供給用のシュート１４、投入管１３を通り、投入口
１０から衝撃室８に入る。このとき、必要に応じて調節
弁２５の開度を調節してエアフィルター２４からの吸引
風量を減少させると、原料ホッパー１５からの吸引風量
が増加して、上記原料ホッパー１５に投入された粉体粒
子群は速やかに衝撃室８に入る。原料ホッパー１５内に
該粉体粒子群が残っていないことを確認した後、開閉弁
１６閉じる。なお、自動回分操作を行なう場合は、あら
かじめ粉体粒子群の投入に必要な時間を測定して、時限
制御装置（図示せず）に入力しておく。上記粉体粒子群
は、衝撃室８内で高速回転する回転盤４の多数の衝撃ピ
ン５によって瞬間的に機械的打撃作用を受け、さらに周
辺の衝突リング７に衝突する。そして前記気流の流れに
同伴して、排出口９、排出管１１を通って固気分離装置
１２に誘導され、そこで気流は排風管２１を通って吸引
ブロワー２２から系外に排出される。そして粉体粒子群
のみが切替弁１７、循環回路１９を通って投入管１３に
誘導され、投入口１０から再び衝撃室８に戻り、再度同
様の作用を受ける。このように、前記作用を繰り返し受
けることにより、短時間（数十秒〜数分間）で均一な固
定化処理が行なわれ、母粒子の表面に子粒子を強固に固
定化することができる。また、子粒子が低融点物質の場
合は、衝撃室８内で上記衝撃式打撃作用を受けた該子粒
子は、母粒子の表面に強固に固着され、さらに継続して
衝撃式打撃作用による（熱）エネルギーを受けることに
より、該子粒子は該衝撃式打撃作用を受ける瞬時のみ軟
化・溶融し、一個の母粒子表面に固着された隣合う該子
粒子の全部あるいは一部が互いに融着して、母粒子の表
面に膜状に固定化される。上記固定化処理が終了した後
は、切替制御装置１８を作動させて切替弁１７の粉体流
路を切り換えると、複合粒子は捕集器２０に誘導・捕集
される。

【０００９】上述したように、本発明の固体粒子の表面
改質方法は、粉体粒子群のみを衝撃室に循環させて衝撃
作用を与え、気流は循環させずに常に系外からの新鮮な
空気が衝撃室に導入されたのち再び系外に排出されるの
で、衝撃室内の雰囲気を常に低水準の一定温度に保つこ
とができ、上記母粒子及び／または子粒子が低融点物質
（常温で固体）の場合であっても、該粒子の軟化・溶融
による装置内壁への付着、母粒子同士の融着、または子
粒子を介した母粒子同士の融着によるブロック化を防止
しながら、前記固体粒子の表面改質処理を安定して行な
うことができた。また、上記母粒子及び／または子粒子
がさらに低融点物質（例えば、油脂や、ある種のワック
ス類のように、常温で半溶融状態、または融点が０℃以
下の物質）の場合は、液体窒素等の冷媒を気化させた一
定温度の低温ガスを送風管から送入して、気流（衝撃室
内の雰囲気）温度を常温以下に下げながら上記固体粒子
の表面改質処理を安定して行なうことができるのは、前
述した通りである。逆に、雰囲気温度を上げることによ
って母粒子と子粒子との硬度差が大きくなり、固定化処
理が効果的に行なわれる場合、すなわち処理時間が短縮
できる場合等は、前記送風管の途中に熱風発生装置を設
けて一定温度に加熱した熱風を挿入して、気流温度を上
げながら上記固体粒子の表面改質処理を安定して行なう
ことができるのも、前述した通りである。

【００１０】

【具体例】本発明の固体粒子の表面改質方法を具体的に
説明する。回転盤に周設された８枚のブレード型衝撃ピ
ンの最外周軌道面の外径が２３０ｍｍ、該衝撃ピンと衝
突リングとの空間（Ｇａｐ）が５ｍｍである図１及び図
２に示した粉体衝撃装置を使用した。母粒子として平均
粒子径２０μｍの不定形窒化アルミニウムの表面に、平
均粒子径１．５μｍのキャンデリラワックス微粒子（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
クスチャー１５０ｇ（窒化アルミニウム１３０ｇ、キャ
ンデリラワックス２０ｇ）を、前記粉体処理装置に投入
し、衝撃ピンの外周速度８０ｍ／ｓｅｃ、処理時間５分
間の条件で固定化処理を行なった結果、前記窒化アルミ
ニウム粒子の表面に前記キャンデリラワックスが膜状に
固定化された複合粒子を得た。このときの吸気温度は２
５℃、固定化処置中を通して機内雰囲気温度はほぼ一定
で、約３０℃であった。固定化処理終了後、前記粉体処
理装置の前カバーを開けて該装置内部を確認したとこ
ろ、前記ワックスの該装置内壁等への付着は見られなか
った。

【００１１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、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た粉体衝撃装置の前カ
バーの中心部付近の開口部から、母粒子と子粒子とから
構成される粉体粒子群を投入し、前記衝撃室を通過させ
ることにより、前記衝撃ピンによる機械的打撃作用と前
記衝突リングへの衝突作用とからなる衝撃式打撃作用を
受けた後、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と
共に、前記衝突リングの一部に開口する排出口より前記
粉体粒子群の全量を排出し、固気分離装置により前記粉
体粒子群と前記気流とを分離し、該粉体粒子群のみを繰
り返し前記衝撃室内に投入し、前記衝撃式打撃作用を繰
り返し与えることにより、衝撃室内の雰囲気温度を一定
に保持しながら、母粒子の表面に子粒子を付着させなが
ら、または付着させた後、該子粒子を埋設または固着さ
せる固体粒子の表面改質処理を、上記母粒子及び／また
は子粒子が低融点物質の場合でも安定して行なうことが
できた。上記母粒子及び／または子粒子がさらに低融点
物質の場合でも、液体窒素等の冷媒を気化させた一定温
度のガスを送入して、衝撃室内の雰囲気温度を下げるこ
とにより、固体粒子の表面改質処理を安定して行なうこ
とができた。雰囲気温度を上げることによって母粒子と
子粒子との硬度差が大きくなり、固定化処理が効果的に
行なわれる場合は、一定温度に加熱した熱風を送入し
て、衝撃室内の雰囲気温度を上げることによって、固体
粒子の表面改質の処理時間を短縮することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するために用いる粉体処理
装置の一例を、その前後装置と共に系統的に示した概念
的な説明図。

【図２】図１の粉体処理装置の側断面図を、その主要な
前後装置と共に系統的に示した概念的な説明図。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 前カバー ３ 後カバー ４ 回転盤 ５ 衝撃ピン ６ 回転軸 ７ 衝突リング ８ 衝撃室 ９ 排出口 １０ 投入口 １１ 排出管 １２ 固気分離装置 １３ 投入管 １４ 原料供給用のシュート １５ 原料ホッパー １６ 開閉弁 １７ 切替弁 １８ 切替制御装置 １９ 循環回路 ２０ 捕集器 ２１ 排風管 ２２ 吸引ブロワー ２３ 送風管 ２４ エアフィルター ２５ 調節弁 ２６ 原料計量フィーダー ２７ プレプロセッサー ２８ ジャケット ２９ ジャケット ３０ ジャケット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   した粉体衝撃装置の前カバーの中心部付近の開口部か
   ら、固体粒子と該固体粒子よりも小さな他の固体粒子と
   から構成される粉体粒子群を投入し、前記衝撃室を通過
   させることにより、前記衝撃ピンによる機械的打撃作用
   と前記衝突リングへの衝突作用との衝撃式打撃作用を与
   える場合において、前記衝撃ピンの回転によって発生し
   た気流と共に、前記衝突リングの一部に開口する排出口
   より前記粉体粒子群の全量を排出して、前記粉体粒子群
   を前記気流から分離した後、再び該粉体粒子群のみを前
   記衝撃室内に投入するようにして該粉体粒子群に前記衝
   撃式打撃作用を繰り返し与えることにより、前記固体粒
   子の表面に前記固体粒子よりも小さな他の固体粒子を付
   着させながら、または付着させた後、該他の固体粒子を
   埋設また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. 【請求項２】 固体粒子の表面に該固体粒子よりも小さ
   な他の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、さらに衝撃式打撃作用を継続することにより
   発生した熱エネルギーにより、該他の固体粒子を軟化・
   溶融させて、隣合う該他の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状に固定化するこ
   とを特徴とする請求項１記載の固体粒子の表面改質方
   法。