JPH05320357A

JPH05320357A - 粘性物質の撹拌方法及び撹拌装置

Info

Publication number: JPH05320357A
Application number: JP5008042A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yoshikawa; 尚志吉川; Kazuo Ihara; 一夫井原; Nobuo Kimura; 信夫木村; Chikao Oda; 親生小田; Hidekazu Nakamoto; 英和中元; Atsumitsu Kanzaki; 淳光神崎
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1993-12-03
Also published as: KR100253760B1; KR930019366A

Abstract

(57)【要約】【目的】粘度５ｋＰａ・ｓ程度までの処理液を、剪断速
度１０００／ｓ程度以下、かつ、滞留時間０．５〜２．
０ｈ程度で処理できる撹拌装置を提供する。【構成】容器１０に設けた平行な軸１１ａ，１１ｂに、
それぞれ軸芯に対し直角に翼１２ａ，１２ｂを設け、互
いの軸の隣接する翼を交差させる。これにより、剪断面
を広くとり、短時間に撹拌混合、剪断力を付与できる。
またそれぞれの翼間のクリアランスを小さくとり、回転
数を大きくすることにより、剪断速度を大きくすること
ができる。さらに撹拌翼１２ａ，１２ｂは、非円板状で
あるため、容器１０内の翼のない部分に、処理液を保持
することにより、張り込み量を大きくして、滞留時間を
長くとることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高粘度物質に強い剪断
力を与えて撹拌混合し、高分子系樹脂、エンジニアリン
グプラスチック等を連続的に製造するのに好適な撹拌処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高分子系樹脂、エンジニアリング
プラスチック等の、プラスチック材料は種々の要求を満
たすものが開発されつつある。そのため、これらの材料
の製造法も多様化している。例えば、高い耐撃性を有す
る材料を得るためには、反応の最終工程において、処理
液に粘度を高める添加剤を加える。このとき、反応を促
進させるために、この高粘度の液を撹拌しなければなら
ない。従って、撹拌処理装置には、混練力を増すため
に、大きな剪断速度を付与する必要がある。

【０００３】一方、耐絶縁、耐薬品性等の多機能を有す
る材料を得るためには、既存の高分子系樹脂を再溶解
し、処理液に添加剤の投入の後、異種の高分子を再反応
させる。あるいは、既存の高分子鎖を切断し、異種の分
子を組み入れたりする。そのため、撹拌処理装置には、
高粘度液の撹拌及び高い剪断速度の付与の機能とともに
反応に必要な滞留時間を長くする機能が要求される。

【０００４】この種の従来の撹拌処理装置の一例とし
て、特開昭６２−１１２６２４号公報に記載のものがあ
る。この従来装置では、処理物を処理物入口ノズルより
容器内に投入し、一対の回転軸に取付けられた一対の撹
拌翼により、処理物を連続撹拌し、処理物出口ノズルよ
り排出する。容器の内部壁面と撹拌翼の隙間は小さく、
また、容器内の空間容積を大きくして滞留時間を長くと
れる構造となっている。

【０００５】他の従来装置として、「プラスチックス」
（工業調査会発行）Ｖｏｌ．３９．Ｎｏ．５に記載され
たものがある。この装置では、処理物を処理物投入口よ
りシリンダー内に投入し、ヒーターにより加熱しつつス
クリューにより連続処理する。この装置は、剪断面をシ
リンダー内全面にとり、また、回転数を高くすることに
より、剪断速度を大きくしたものである。

【０００６】同様な撹拌処理装置の例として、「化学装
置」（工業調査会発行）１９９２年６月号Ｐ７７〜Ｐ８
１に記載のスクリュー式の押出機タイプのものが挙げら
れる。

【０００７】あるいはまた、特公昭５０−２１５１４号
公報に記載のような、メガネフレーム状の翼を備えたロ
ータ式の撹拌装置も知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術として最
初に挙げた撹拌装置では、剪断面が小さく、かつ、剪断
速度が小さいために混練力が不足するという問題があ
る。すなわち、処理物に剪断力を与える所は、容器本体
の内部底面に限られており、また、回転数が一般的に低
いため、剪断速度の小さいものとなっている。従って、
この装置は、高粘度物質の撹拌処理には適さない。

【０００９】上記従来技術の２番目や３番目に挙げたス
クリュー式の撹拌装置は、剪断力が大きい。しかし、処
理液の張り込み量を多くするという点について配慮がさ
れておらず、反応に必要な滞留時間を長くとれないとい
う問題がある。必要な反応時間を確保するためには、２
〜３機直列に連続して設置しなければならず、設置面積
を広く必要とし、コストも高くなる。また、スクリュー
を高速で回転するため、処理液が撹拌に伴う熱で温度上
昇し、処理物の反応温度の制御が困難となる問題があ
る。

【００１０】また、上記ロータ式の撹拌処理装置は、容
器本体の内部の空間容積が大きく、被処理液を多く張り
込むことができるので、滞留時間は長くとることができ
る。しかし、剪断力が大きく作用する場としては容器本
体の内部壁面と処理液掻き取り部の間だけであり、従っ
て、２種以上の高粘度物質を混合させるのには、効率が
悪い。

【００１１】このように、従来の撹拌装置には、高粘度
の物質を充分に混練できると共に、種々の反応に適した
長い滞留時間を確保するという二つの要件を同時に満た
すものがなかった。

【００１２】本発明の目的は、上記欠点を除去し、剪断
速度が大きくて高粘度液を処理可能であり、かつ、容器
内の滞留時間を長くとれる撹拌処理装置を提供すること
にある。

【００１３】本発明の他の目的は、高粘度の被処理液の
保持量を増し、容積効率を高め、反応の温度制御が容易
な高粘性物質の連続処理装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、筒状容器内に回転自由な複数の回転軸及
びこれらの回転軸に取り付けた回転翼を設けた撹拌処理
装置において、容器内の平行な複数の回転軸に各々軸芯
に直角方向に伸びる回転翼を設け、隣接した回転軸上の
対向する回転翼と回転翼の側面間並びに各回転翼外周と
容器内面に各々剪断場を形成することを特徴とする。ま
た、回転翼は、狭角が１８０度以下の扇形、雫形あるい
は矩形の板部材で構成し、容器内の空間部を大きくす
る。

【００１５】上記他の目的は、回転翼の回転数すなわち
剪断速度を可変にしたり、あるいは、容器内に剪断作用
の異なる撹拌区間を設けることによって達成される。

【００１６】

【作用】隣接する回転軸上の回転翼を交差させることに
より、広い剪断場を確保し、かつ大きな剪断力を付与で
きる。回転翼は、狭角が１８０度以下の扇形または雫形
状になっているため、容器内における回転翼の占めるス
ペースが少なくなる。換言すると、処理液を収容する空
間部が大きくなり、処理液を多量に保持することができ
る。従って張り込み量を大きくし、滞留時間を長くとる
ことが可能となる。本発明によれば、処理液に与えられ
る剪断速度を１００〜１０００／ｓとし、容器内に処理
液を滞留させる時間を０．５〜２．０ｈとすることがで
きる。

【００１７】また、回転翼の回転数を変化させたり、あ
るいは装置内に剪断作用の弱い撹拌区間を設けることに
より、撹拌熱による処理液の急激な温度上昇を抑制する
ことができる。さらに、回転翼部材の一部分を切り欠く
ことにより回転翼部材間の微小な隙間へ処理液を流れ込
ませ易くし、より多くの処理液に剪断力を与え、混練力
を高めることができる。

【００１８】

【実施例】本発明の撹拌処理装置の一実施例を図１、図
２により説明する。図において、１０は筒状容器を示
し、この筒状容器１０の下部には、処理物入口ノズル１
４、処理物出口ノズル１５が設けられ、また上部には揮
発物出口ノズル１６が設けられている。筒状容器１０の
内部には、２本の回転軸１１ａ，１１ｂがそれぞれ軸受
１３ａ，１３ｂによって平行に、かつ回転可能に支えら
れている。回転軸１１ａ，１１ｂには、それぞれ扇形状
の回転翼１２ａ（１２ａ１〜１２ａ６），１２ｂ（１２
ｂ１〜１２ｂ６）が長手方向に回転軸１１ａ，１１ｂに
対し直角に、所定の間隔をもって配置されている。隣合
う回転翼１２ａと回転翼１２ｂは各々１８０°の位相差
をもって設けられている。筒状容器１０の内面には、複
数個の扇形形状の固定翼１８ａ（１８ａ１〜１８ａ
６），１８ｂ（１８ｂ１〜１８ｂ６）が隣合う回転翼１
２ａ，１２ｂとの間に所定の間隔ｄをもって設けられて
いる。

【００１９】なお、筒状容器１０の縦断面は、図２から
も明らかなように、上側部分が１つの半円弧、下側部分
が各々軸１１ａ，１１ｂを中心とする２つの半円弧の組
合せからなる、全体が略ハート形の形状となっている。

【００２０】筒状容器１０の内壁面と回転翼１２ａ，１
２ｂの間には一定のクリアランスＣがあり、これによっ
て、剪断力の作用する場（第１の剪断場）を得られる構
造となっている。

【００２１】また、回転翼１２ａ１と１２ｂ１は狭い間
隙Ｄを介して対面しており、剪断力の作用する場（第２
の剪断場）を得られる構造となっている。回転翼１２ａ
２〜１２ａ６と回転翼１２ｂ２〜１２ｂ６の間でも各々
同様な剪断場が形成される。

【００２２】固定翼１８ａ１と回転体１２ａ１は狭い間
隙ｄを介して対面し、剪断力の作用する場（第３の剪断
場）が形成される構造となっている。固定翼１８ａ２〜
１８ａ６と回転体１２ａ２〜１２ａ６の間にも、各々同
様な剪断力の作用する場が形成される。

【００２３】以上述べたような装置において、処理液を
処理物入口ノズル１４より投入し、回転軸１１ａ，１１
ｂの中心付近まで送り込む。処理液は、駆動装置によっ
て回転軸１１ａ，１１ｂが駆動されるのに伴い、回転翼
１２ａ，１２ｂと筒状容器１０の内壁間（第１の剪断
場）、回転翼１２ａと回転翼１２ｂ（第２の剪断場）、
または、回転翼１２ａ，１２ｂと固定翼１８ａ，１８ｂ
間（第３の剪断場）で剪断力を受けながら、撹拌混合さ
れ処理物出口ノズル１５へ向かう。今、回転軸が１１
ａ，ｂが同方向に回転するとすると、回転翼１２ａの外
周は容器内壁面と、また回転翼１２ａの側面は、固定翼
１８ａの側面、相手側の回転翼１２ｂの側面と周期的に
交差し、順次剪断面を形成する。この間反応に伴って発
生する揮発物は揮発物出口ノズル１６より排出される。

【００２４】ここで、回転軸の回転角速度ω、回転翼の
半径ｒ、回転翼の外周と容器内壁面との隙間Ｃ、回転軸
１１ａ，１１ｂ間の距離をＬ、回転翼１２ａと１２ｂの
交差時点での軸方向の隙間をＤ、回転翼と固定翼１８ａ
または１８ｂとの交差時点での軸方向の距離をｄとする
と、剪断速度Ｖはそれぞれ次のように表される。

【００２５】回転翼外周と容器内壁面との間の第１の剪
断場では、Ｖ１＝ｒ・ω／Ｃ（１）相対する回転翼と回転翼の間の第２の剪断場では、両回
転軸の軸心を結ぶ線上においてＶ２＝Ｌ・ω／Ｄ（２）回転翼と固定翼の間の第３の剪断場では、Ｖ３＝ｒ・ω／ｄ（３）但し、この場合のｒは半径方向の任意の距離を示す。

【００２６】処理液は入口ノズル１４より容器１０内に
入り回転翼でそれぞれ（１）〜（３）式で示す３種類の
剪断速度Ｖ１〜Ｖ３を受けて混練され、軸方向に進んで
出口ノズル１５より外部へ排出される。回転翼１２ａ、
１２ｂの端面に設けている角度αの勾配部１７ａ，ｂは
処理液を軸方向に押しやる効果を生み出す。角度αは４
５度程度が望ましい。

【００２７】各剪断場を形成する部分の隙間Ｃ，Ｄ，ｄ
は、各々５ｍｍ以下の値が望ましい。これらの隙間をで
きるだけ小さくし、回転速度を上げることにより高い剪
断速度を生み出すことができる。

【００２８】次に容器１０内での処理液の滞留時間を確
保するために、容器１０内の回転翼１２ａ，１２ｂや固
定翼１８ａ，１８ｂに空隙部を設ける。すなわち、回転
翼１２ａ，１２ｂや固定翼１８ａ，１８ｂは、完全な円
板状ではなく、扇形状にする。翼部分の狭角θは、１８
０度以下とするのが望ましい。これによって、容器内の
空隙スペースを増大させることができる。処理液は、容
器内の空隙部、あるいは回転翼間に長時間滞留し所定の
滞留時間を確保することが可能となる。

【００２９】本発明の装置を使用して反応を行なう処理
液としては、例えばシリコン系樹脂があり、粘度１３０
０Ｐａ・ｓ、剪断速度１００／ｓ、滞留時間１ｈで反応
を行なっている。また、ＰＥＴ系樹脂の場合、粘度１０
００Ｐａ・ｓ、剪断速度１００／ｓ、滞留時間１．５ｈ
で反応を行なっている。また、ＰＥＴ系樹脂では、粘度
１０００Ｐａ・ｓ、剪断速度５６／ｓ、滞留時間１〜
１．７ｈで反応を行なう例もある。以上のような各種の
エンジニアリングプラスチックスを処理するためには、
撹拌処理装置が、粘度最高５ｋＰａ・ｓ、剪断速度最大
１０００／ｓ、滞留時間０．５〜２．０ｈの条件を満た
すものであることが必要と考えられる。

【００３０】本発明の効果を図３により説明する。図３
において、縦軸に剪断速度軸１、横軸に滞留時間軸２、
紙面と垂直方向に粘度軸３をとり、それぞれの単位を
（１／ｓ），（ｈ），（ｋＰａ・ｓ）とする。高い耐撃
性を有する材料を得るためには、反応の最終工程におい
て、処理液に粘度を高める添加剤を加え、反応を促進さ
せる必要がある。この工程では、高粘度液の撹拌と、大
きな剪断速度が要求されるので、撹拌装置の混練力を増
す必要がある。従来の撹拌装置は、図３に（Ａ）で示す
ように、粘度５ｋＰａ・ｓの高い粘度を有する処理液が
撹拌できても、剪断速度が小さいために混練力が不足す
る。

【００３１】また、耐絶縁、耐薬品性等、多機能を有す
る材料を得るためには、既存の高分子系樹脂を再溶解
し、異種の高分子を任意の添加剤の投入の後、再反応さ
せたり、既存の高分子鎖を切断し、異種の分子を組み入
れたりする。このような処理を行うために撹拌装置は、
高粘度液の撹拌、高い剪断速度の付与とともに反応に必
要な滞留時間を長くすることが要求される。従来の撹拌
装置は、図３に（Ｂ）で示すように、高粘度５ｋＰａ・
ｓ、剪断速度最大１０００／ｓが確保できても、反応に
必要な滞留時間が０．２ｈと短く、満足できないもので
あった。このように、従来の撹拌装置は、図３の（Ａ）
または（Ｂ）のいずれか一方の範囲の条件しか満たせな
いものであった。

【００３２】一方、本発明の撹拌装置によれば、剪断速
度１０００／ｓ〜１００／ｓ程度、対象処理液粘度５ｋ
Ｐａ・ｓ程度以下、滞留時間０．２〜２．０ｈで処理で
きる。すなわち、本発明の撹拌装置は図３の（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）のすべての領域をカバーできる。

【００３３】例えば、図１の実施例において、Ｃ＝２
（ｍｍ）、ｒ＝１３０（ｍｍ）、回転数Ｎ＝１４７（ｒ
ｐｍ）とすると、式（１）式により、剪断速度Ｖ１＝１
０００（１／ｓ）が得られる。

【００３４】同様に、Ｌ＝１５０ｍｍ，Ｄ＝２ｍｍとす
ると式（２）より、回転翼と固定翼間の剪断速度Ｖ２＝
１１５４（１／ｓ）となる。さらに、ｄ＝２ｍｍとする
と、式（３）より回転翼の周縁部の剪断速度Ｖ３＝１０
００（１／ｓ）となる。

【００３５】このように、広い場所で大きな剪断力を得
ることができる。また、筒状容器１０内の空間部と送液
量から決定される滞留時間については、空間部容積を小
さくすることにより滞留時間を短くし、容積を大きくと
ることにより滞留時間を長くすることができる。

【００３６】回転翼の狭角θの大きさを小さくすること
により容器内の空隙が増加するので、処理液の張り込み
量を多くでき、滞留時間の長い連続処理装置を提供でき
る。この狭角θを極限まで小さくし、同時に回転翼に必
要な剪断強度を持たせた回転翼の形状として、軸径と同
じ幅の矩形の平行平板からなる回転翼や、軸部から半径
方向外側へ向けて先細りとなる雫形板状の回転翼が考え
られる。

【００３７】このような回転体の例として雫形回転翼を
用いた実施例を図４、図５により説明する。図において
３０は筒状容器を示し、この筒状容器３０の下部には、
処理物入口ノズル３６、処理物出口ノズル３７、また上
部には揮発物出口ノズル３８が設けられている。筒状容
器３０の内部に２本の回転軸３５ａ，３５ｂが軸受によ
って平行、かつ、回転可能に支えられている。回転軸３
５ａ，３５ｂには、それぞれ雫形（もしくは葉形）板状
の回転翼（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，
３３ｂ，３４ａ，３４ｂ）が長手方向に回転軸３５ａ，
３５ｂに対し垂直にかつ多段に設けられている。雫形板
状回転体は、半円弧状の軸部分から半径方向外側へ雫形
もしくは葉形状に伸びた一対の放物線によって構成され
ている。このような、雫形回転体は、半径ｒの扇形回転
体の狭角θ（換言すると先端の円弧部分の長さ）が実質
上ゼロとなったものと考えることができる。そして、軸
部分から先端部分までは、剪断力を確保すべく、一対の
放物線によって結ばれている。一例として、回転翼の長
さ（半径）ｒ＝１３０ｍｍ、軸部分の半径Ｒ＝３０ｍｍ
とするのがよい。

【００３８】それぞれの回転翼の位相は、同じ段の１組
の回転翼３１ａと回転翼３１ｂにおいては同位相であ
る。そして、この回転翼３１ａ，３１ｂに対し次の段の
１組の回転翼３２ａ，３２ｂは１８０°の位相差を有す
る。またこの２段目の回転翼３２ａ、３２ｂに対し３段
目の１組の回転翼３３ａ，３３ｂは９０°の位相差であ
る。同様に、この３段目の回転翼３３ａ，３３ｂに対
し、４段目の１組の回転翼３４ａ，３４ｂは１８０°の
位相差を有する。

【００３９】筒状容器３０の内面と各回転翼（３１ａ，
３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３
４ｂ）の先端面とにより、各々剪断力の作用する場（第
１の剪断場）が得られる。また、一対の回転翼の側面間
（回転翼３１ａと回転翼３２ｂ、回転翼３１ｂと回転翼
３２ａ、回転翼３３ａと回転翼３４ｂ、回転翼３３ｂと
回転翼３４ａ）においても剪断力の作用する場（第２の
剪断場）が得られる。

【００４０】例えば、筒状容器３０内面と回転体３１
ａ，３２ｂの先端の隙間をＣ（ｍｍ）、回転軸３５ａ，
３５ｂの回転数をＮ（ｒｐｍ）、回転軸１２ａ，１２ｂ
の中心と回転翼３５ａ，３５ｂの先端の距離をｒ（ｍ
ｍ）として、Ｃ＝２（ｍｍ）、ｒ＝１３０（ｍｍ）、Ｎ
＝１４７（ｒｐｍ）とすると、前述の式（１）より、剪
断速度Ｖ１＝１０００（１／ｓ）を得ることが可能とな
る。また、筒状容器３０内の空間部と送液量から決定さ
れる滞留時間については、空間部容積を小さくすること
により滞留時間を短く、容積を大きくとることにより滞
留時間を長くすることができる。

【００４１】次に図６に本発明の他の実施例を示す。こ
の実施例は図４で述べた回転翼と同様の構成要素を使用
し、一組の回転翼同士の取付け角度を９０度とした場合
である。容器４０内の回転軸４２ａには撹拌翼部材４５
ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂが取り付けられている。撹
拌翼部材４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂは雫形の頭
部の部分を１８０度の位相で重ね合わせて各一組の回転
翼（第１の回転翼）を構成する。又、他方の軸４２ｂに
も撹拌翼部材４５ｃ，４５ｄ，４６ａ，４６ｂにより雫
形の頭部の部分を１８０度の位相で組み合わせて一組の
回転翼（第２の回転翼）を構成し、これと上記一方の軸
に設けた第１の回転翼で一段の回転翼を構成する。本実
施例の場合はさらに、一方の軸４２ａの回転翼と他方の
軸４２ｂの撹拌翼を９０度の位相を持って取り付ける。
この時、一段の撹拌翼のうち雫形の撹拌翼部材４５ａと
４５ｃ、４５ｂと４５ｄは同一回転面内にあり、お互い
は交錯しない。しかし、４５ｄと４６ａ回転軸４２ａ，
４２ｂの間で微小な間隔ですれ違う構造となる。この時
には三段の回転翼で、軸が１回転する間に撹拌翼部材は
２回すれ違うことになる。この場合、段間の取付け角度
は９０度である。

【００４２】以上の構成の装置において入口ノズル４７
より連続して供給された処理液は撹拌翼部材４５，４６
で撹拌されて重合反応等の処理が行われ、高粘度の液と
なる。この過程で生成される副成物は揮発物除去ノズル
により系外に排出される。本装置を用いてポリマーアロ
イやポリマーブレンド等の操作を行う場合、入口ノズル
４７から供給された数種類のポリマーや添加剤、相溶化
剤等の物質は撹拌翼部材４５，４６によって撹拌混合さ
れるが、撹拌翼は高速で回転しているので容器本体４０
と回転翼の間及び対をなす回転翼相互間で強い剪断作用
を受ける。

【００４３】このように軸の長手方向に高密度に回転翼
を設置すると、処理液に十分な剪断作用を与えることが
でき、ポリマーアロイやポリマーブレンド等の操作には
最適な状態となる。また、容器内において、軸の横断面
内には厚肉状の撹拌翼部材が一対あるだけであり、容器
の全横断面に占める撹拌翼の面積が小さく従って、処理
液からの副成物除去性能が良くなる。さらに、容器の容
積効率が良いために処理液量が増加し、装置内における
処理液の滞留時間を長くすることが容易に出来る利点が
ある。さらに、一組の撹拌翼は一回の回転で容器の壁面
と相手の軸表面を掻き取るために完全なセルフクリーニ
ングが行われ、製造物の品質低下を防止できる利点があ
る。

【００４４】次に図７により本発明の他の実施例を説明
する。この実施例の撹拌翼４８（ａ，ｂ），４９（ａ，
ｂ）は雫形の撹拌翼部材の外周端部を回転方向と逆方向
に後退させたもので、このような構造にすることにより
処理液の噛み込みを良くし、剪断作用を効率良く出来る
利点がある。

【００４５】以上述べた各実施例によれば、雫形状の厚
肉状の撹拌翼部材を９０度あるいは１８０度の位相差で
重ね合わせて一組の回転翼を構成し、これらを多段に組
み合わせて回転翼を構成している。これにより、処理液
に広く、強い剪断作用を与えると共に、装置内において
必要な滞留時間を確保し、しかも高品質の製造物を生産
できる利点がある。

【００４６】本発明の他の実施例を図８により説明す
る。この実施例は、図４，図５に示した実施例の一部を
変更したものである。すなわち、図８において、回転軸
３５ａには撹拌翼部材３１ａ，３２ａが取り付けられ、
撹拌翼部材３１ａ，３２ａは雫形の頭部の部分を１８０
度の位相で重ね合わせて一組の撹拌翼を構成する。又、
他方の軸にも撹拌翼部材３１ｂ，３２ｂにより雫形の頭
部の部分を１８０度の位相で組み合わせて一組の撹拌翼
を構成し、一方の軸に設けた一組の撹拌翼とで一段の撹
拌翼を構成するが、この場合、一方の軸の撹拌翼と他方
の軸の撹拌翼は同一の位相で取り付ける。

【００４７】この時、各段の撹拌翼部材３１，３２間の
隙間Ｄは処理液の入口ノズル３６側と出口ノズル３７側
で隙間の量を変えている。すなわち、撹拌翼部材３１，
３２間の剪断力の大きさを翼部材間の隙間Ｄの値により
調整している。本実施例では、入口側の隙間量Ｄ１を小
さく設定し、出口側ではＤ２を大きく設定している。装
置の入口側では、処理液は反応やブレンドの操作が開始
されたばかりであるので、反応やブレンドの条件に早く
到達させるために隙間Ｄ１を小さく設定するのがよい。
一方、装置の出口側では目的の操作を終えた処理液の調
整段階にあるので、隙間Ｄ２を大きくして剪断作用によ
る発熱を少なくし、処理液の熱劣化を防止するのがよ
い。

【００４８】本実施例では隙間を入口側で小さく、出口
側で大きくした例を説明したが、反応操作の目的に応じ
て、撹拌翼部材間の隙間Ｄの設定を調整しても良い。例
えば、処理液に強い剪断作用を与えかつ処理液の発熱を
抑制したい場合には、翼隙間の大きさを小さい設定と大
きい設定とを交互に設定して、強い剪断作用が連続しな
いような配置にすることも可能である。さらに、本撹拌
装置に翼隙間の大きさを回転中に自動的に調整出来るよ
うな装置を取り付けると、反応操作条件に応じて理想的
な剪断強さを選択出来、高品質のポリマーを製造するこ
とが出来る。

【００４９】本発明の他の実施例を図９及び図１０で説
明する。図９はその全体構成図を示すものであり、３０
は図４、図５に示したような撹拌装置、５０は２軸の撹
拌翼に動力を伝えるギアボックス、５１は撹拌装置の回
転軸の駆動源、５２は駆動装置の回転数を制御する制御
装置、５３は装置内の温度変化を検出するセンサでその
信号を制御装置５２へ伝える。

【００５０】また、図１０は図９の装置の運転特性を示
すグラフである。本装置は、高速回転Ｎ₂と低速回転Ｎ₁
を、運転周期Ｔ₂とＴ₁でそれぞれ繰返すパターン５５に
従って運転される。高速回転での運転中に発生した撹拌
熱を低速回転で運転することにより、全体で発生する撹
拌熱の量を押えることができる。これにより装置３０内
の急激な温度上昇を抑制することができる。この時、温
度センサ５３により検知された槽内の温度変化に基づい
て、槽内の温度を所定の範囲に維持すべく、制御装置４
２により運転周期Ｔ₂とＴ₁が、決定される。

【００５１】次に、本発明の他の実施例について図１１
により説明する。この実施例は図４〜図５に示した実施
例の装置に対して、装置の中間部に仕切６０で仕切られ
た室６１を設け、この室に、前後の撹拌翼３１〜３４よ
り剪断作用の小さい撹拌翼６２を取り付けたものであ
る。本実施例では掻き取り部材のついた円板状の撹拌翼
６２を組み込んである。円板型の撹拌翼６２は処理液に
与える剪断作用はあまり大きくないが表面更新性能に優
れた撹拌翼である。従って、上流側の撹拌翼３１〜３４
で強い剪断作用を受けた液はこの部分で表面更新作用を
受けて反応が進むと共に、緩い剪断作用のために液の温
度上昇が押えられる。またこの部分の撹拌翼はホールド
アップも大きく装置の壁面との伝熱性能も良いので、処
理液の冷却効果が大きくなる利点がある。

【００５２】なお、図１１に示した実施例の装置の中間
部に設けた円板６２に代えて棒状の撹拌部材を設けても
よい。この場合は、棒状部材による撹拌作用で処理液の
放熱を図るものである。このように、上流側で発生した
撹拌熱をこの中間部で積極的に放熱することにより、処
理液の温度上昇を防止することができる。また、装置中
間部の仕切６０は必要に応じて両側、あるいは前段か後
段のどちらかに設けてもよく、あるいはまた取り付けな
くても良い。さらに、本実施例では装置の中間部に剪断
作用の弱い撹拌区間を設けたが、操作条件によっては装
置の上流側あるいは下流側のみに剪断作用の強い撹拌区
間を設け、これと剪断作用の弱い撹拌区間を組み合せる
ようにしてもよい。

【００５３】次に、図１２〜図１４において、図４の撹
拌装置における撹拌翼部材３２ａ，３１ｂの変形例の詳
細を示す。撹拌翼部材３２ａと撹拌翼部材３１ｂの向か
い合う面内において、雫形の頭部から回転軸の中心へ向
かう線７０から、撹拌翼部材３１ｂの回転方向にある面
内の線７１へ向けて直線的に切り欠いた線７２がある。
すなわちこれらの線７０，７１，７２によって囲まれる
部分７３が切り欠いてある。これにより、第２剪断場の
面積は半減し、発熱量がおさえられる。また、処理液は
この切り欠いた部分を通るので、撹拌翼部材３１ｂ，３
２ｂの間への噛み込みが良くなり、剪断作用を効率良く
出来る利点がある。

【００５４】本発明の他の実施例を図１５により説明す
る。この実施例において、回転翼８０ａは軸の径と同じ
幅の矩形の平行平板である。筒状容器１０、処理物入口
ノズル１４、処理物出口ノズル１５、揮発物出口ノズル
１６及び扇形状の固定翼１８ａ，１８ｂの構造は前述の
図１において説明した構造と同じである。処理物入口付
近では、被処理液の粘度が低粘度であるため、剪断面の
大きい回転体、すなわち、扇形状の回転体１２ａ，１２
ｂを用いる。一方、処理物出口付近では、被処理液の粘
度が高粘度であるため、剪断面の比較的小さい回転体、
すなわち、平行平板状の回転体８０ａ，８０ｂを用い
る。このように剪断面の異なる異種の回転体の組み合わ
せで構成することにより、被処理液の状態に応じた剪断
力を与えることができる。

【００５５】あるいはまた、処理物入口付近では、被処
理液の粘度が低粘度であるため、剪断面の大きい回転
体、例えば図１６に示すような平行板状の回転部材８０
ａ，８０ｂと扇形形状の回転体１２ａ，１２ｂの組み合
わせを用い、一方、処理物出口付近では、処理液の粘度
が高粘度であるため、剪断面の比較的小さい回転体、例
えば平行板状の回転体８０ａ，８０ｂだけを用いてもよ
い。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、一般のリアクターでは
得られなかった剪断速度１０００／ｓ程度を容易に得る
ことができるので、高分子系樹脂、エンジニアリングプ
ラスチック等の高粘度物質を処理できる。また、滞留時
間の長い撹拌装置を提供することができるため、一般の
押出機では２〜３機連続して設置しなければならなかっ
たものを、一機ですませられ、設置面積、コスト共に低
減できる。

【００５７】さらに、多段に組み合わせた撹拌翼を構成
し、あるいは撹拌翼部材間の隙間量を調整することによ
り、用途に応じて、剪断強さを制御したり、発熱による
温度上昇を抑制しながら、しかも高品質の製造物を生産
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる撹拌装置の横断面を示
す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の効果を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例の撹拌装置の横断面を示す
図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】本発明の他の実施例になる撹拌装置の縦断面図
である。

【図７】本発明の他の実施例になる撹拌装置の縦断面図
である。

【図８】本発明の他の実施例の撹拌装置の横断面を示す
図である。

【図９】本発明の撹拌装置を制御するシステムの一例を
示す図である。

【図１０】図９の装置における制御パターンを示す図で
ある。

【図１１】本発明の他の実施例の撹拌装置の横断面を示
す図である。

【図１２】本発明の撹拌装置における撹拌翼の変形例を
示す平面図である。

【図１３】図１２の翼をＢ−Ｂ方向から見た図である。

【図１４】図１２のＣ−Ｃ断面図である。

【図１５】本発明の他の実施例になる撹拌装置の縦断面
図である。

【図１６】本発明の他の実施例になる撹拌装置の縦断面
図である。

【符号の説明】

１…剪断速度軸、２…滞留時間軸、３…粘度軸、１０…
筒状容器、１１ａ，１１ｂ…回転軸、１２ａ，１２ｂ…
回転体、１３ａ，１３ｂ…回転体軸受、１４…処理物入
口ノズル、１５…処理物出口ノズル、１６…揮発物出口
ノズル、１７ａ，１７ｂ…水平撹拌部、１８ａ，１８ｂ
…扇形形状の板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村信夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小田親生茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者中元英和茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者神崎淳光山口県下松市東豊井794番地日立テクノエンジニアリング株式会社笠戸事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理物の入口と出口を有する筒状容器内
に、平行に配置された複数の回転軸と、各回転軸に設け
られた複数個の回転翼と、回転軸の駆動装置とを備えた
粘性物質の撹拌装置において、前記各回転翼が、１８０度以下の狭角を有する板状部材
によって構成され、隣接する２つの前記回転軸上に、半径方向に相互に重な
り、軸方向に狭い間隙を有する一対の回転翼が多段に配
置され、前記各回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々第
１の剪断場を有し、前記隣接する回転軸上の一対の回転翼の側面間に各々第
２の剪断場を有することを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】前記各回転翼が、扇形の板状部材によって
構成されていることを特徴とする請求項１記載の撹拌装
置。
【請求項３】前記各回転翼が、雫形の板状部材によって
構成されていることを特徴とする請求項１記載の撹拌装
置。
【請求項４】前記各回転翼が、前記容器の入口近傍では
扇形の板状部材によって構成され、前記容器の出口近傍
では矩形の平板部材によって構成されていることを特徴
とする請求項１記載の撹拌装置。
【請求項５】処理物の入口と出口を有する筒状容器内
に、平行に配置された複数の回転軸と、各回転軸に設け
られた複数個の回転翼と、回転軸の駆動装置とを備えた
粘性物質の撹拌装置において、前記各回転翼が、１８０度以下の狭角を有する板状部材
によって構成され、隣接する２つの回転軸上に、半径方向に相互に重なり、
軸方向に狭い間隙を有する一対の回転翼が多段に配置さ
れ、前記筒状容器内でかつ前記隣接する２つの回転軸の外側
に、前記一対の回転翼と対を成す扇形固定翼が多段に設
けられ、前記各回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々第
１の剪断場を有し、前記隣接する回転軸上の一対の回転翼側面間に各々第２
の剪断場を有し、前記各一対の回転翼の側面と、前記各扇形固定翼との間
に第３の剪断場を有することを特徴とする撹拌装置。
【請求項６】処理物の入口及び出口を有する筒状容器内
に平行に配置された複数の回転軸と、これらの各回転軸
にそれぞれ軸方向に多段に設けられた回転翼と、前記回
転軸の駆動装置とを備え、前記回転翼によって容器内の
処理物を撹拌する粘性物質の撹拌装置において、２枚の雫形の板部材を１８０度ずらして１組の第１回転
翼を構成し、該第１回転翼を前記一方の回転軸上に、順
次一定の位相角を持たせて多段配置し、前記第１回転翼と０度もしくは９０度の位相角を持つ１
組の第２回転翼を構成し、該第２回転翼を前記他方の回
転軸上に、順次一定の位相角を持たせて多段配置し、前記各回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々第
１の剪断場を有し、前記各段の第１回転翼と第２回転翼の間に各々第２の剪
断場を有することを特徴とする撹拌装置。
【請求項７】処理物の入口と出口を有する筒状容器内
に、平行に配置された複数の回転軸と、各回転軸に設け
られた複数個の回転翼と、回転軸の駆動装置とを備えた
粘性物質の撹拌装置において、前記各回転翼が、１８０度以下の狭角を有する板状部材
によって構成され、前記各回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々狭
い間隙の第１の剪断場が形成され、隣接する２つの前記回転軸上に、半径方向に相互に重な
り、軸方向に狭い間隙を有する一対の回転翼が多段に配
置され、前記隣接する回転軸上の一対の回転翼の側面間に、各
々、間隙が前記入口から出口に向かって順次増大する第
２の剪断場を有することを特徴とする撹拌装置。
【請求項８】処理物の入口及び出口を有する筒状容器内
に平行に配置された複数の回転軸と、これらの各回転軸
にそれぞれ軸方向に多段に設けられた回転翼と、前記回
転軸の駆動装置とを備え、前記回転翼によって容器内の
処理物を撹拌する撹拌装置において、前記各回転翼が、１８０度以下の狭角を有する板状部材
によって構成され、前記各回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々狭
い間隙の第１の剪断場が形成され、隣接する２つの前記回転軸上に、半径方向に相互に重な
り、軸方向に狭い間隙を有する一対の回転翼が多段に配
置され、前記隣接する回転軸上の一対の回転翼の側面間に、各々
狭い間隔の第２の剪断場を有し、前記第２の剪断場は、前記入口付近及び出口付近におい
て剪断作用が強く、中間部分で剪断作用の弱い構成であ
ることを特徴とする撹拌装置。
【請求項９】筒状容器内に平行な２つの回転軸を設置
し、これら２つの回転軸にそれぞれ多段に回転翼を設
け、該回転翼の外周端が容器内周面と微小な隙間を保っ
て回転する第１の剪断場を形成する様に構成された高粘
性物質の連続処理装置において、前記２つの回転軸上に雫形翼部材を多段に重ね合せて回
転翼を構成し、前記一方の回転軸には２枚の雫形翼部材を１８０度ずら
して１組の第１回転翼を形成し、該回転翼を所定の位相
角を持って軸方向に複数段設置し、前記他方の軸には２枚の雫形翼部材を１８０度ずらして
形成した１組の第２回転翼を前記一方の軸に取り付けた
第１回転翼と０度あるいは９０度の位相角を持つように
構成した１段の回転翼とし、該回転翼を軸方向に微小の
隙間を保って回転し第２の剪断場を形成するように複数
段設置し、前記雫形部材で構成された第１、第２の回転翼間に該回
転翼より剪断作用の弱い第３の回転翼を取り付けて第４
の剪断場を形成したことを特徴とする高粘性物質の連続
処理装置。
【請求項１０】前記第２の剪断場を形成する第１、第２
の回転翼の一部を切り欠いて、前記間隔を増大させたこ
とを特徴とする請求項９記載の高粘性物質の連続処理装
置。
【請求項１１】処理物の入口と出口を有する筒状容器内
に、平行に配置された複数の回転軸と、各回転軸に設け
られた複数個の回転翼と、回転軸の駆動装置とを備え、
前記各回転翼が、１８０度以下の狭角を有する板状部材
によって構成され、隣接する２つの前記回転軸上に、半
径方向に相互に重なり、軸方向に狭い間隙を有する一対
の回転翼が多段に配置され、前記駆動装置が前記各回転
軸の回転数を制御する手段を備えた撹拌装置における高
粘性物質の連続処理であって、前記各回転軸を同方向に回転させることにより、前記各
回転翼の外周と前記容器の内壁面との間に各々第１の剪
断場を形成し、前記隣接する回転軸上の一対の回転翼の
側面間に各々第２の剪断場を形成し、前記入口から導入
された処理物を前記第１、第２の剪断場で連続的に混練
し、前記出口へ送り出すことを特徴とする粘性物質の撹
拌方法。
【請求項１２】前記各回転軸の回転数を周期的に増減す
ることを特徴とする請求項１１記載の粘性物質の撹拌方
法。