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高品質・高効率な 微粉砕・分散を実現するビーズミル
アシザワ・ファインテック株式会社
微粒子技術研究所
石井利博
HORIBA Particle Fest 2017 ~粒子径分布測定装置ユーザセミナー~
日時:2017年6月9日(金) 13:30~18:00
場所:株式会社 堀場製作所 東京支店 2F プレミアムホール
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2 2 2
■取扱品目 湿式および乾式ビーズミル(微粉砕・分散機) 脱泡機、攪拌・混合機、混練機
■事業内容 ビーズミルをはじめとする産業用粉体機械の開発・製作・メンテナンス ビーズミルなどを使用する受託加工 微粒子の開発、生産または利用されるお客様に対する技術コンサルティング
■所在地 本社、工場、実験室 千葉県習志野市 大阪支店 大阪府豊中市 微粒子技術研究所 栃木県小山市
微粉砕・分散機の総合メーカー
アシザワ・ファインテック株式会社
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3
本日の内容
1.ビーズミルの用途例
2.ビーズミルの原理・特徴
3.乾式ビーズミル
4.湿式ビーズミル
5.マイルド分散
6.まとめ
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4
ビーズミルの用途例
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5 5 5
シェア
エロンゲーション
タービュランス
キャビテーション
インパクト
粉砕・分散・乳化
粉砕:1つの大きな粒子を
砕くこと
分散:もともとの微粒子の
凝集体をほぐし
溶媒などへ均一に
存在させること
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6
乾式ビーズミルと湿式ビーズミル
砕料
砕製物
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7
乾式ビーズミルと湿式ビーズミルの比較
乾式ビーズミル △ 集塵装置などの周辺機器が必要 ○ 粒子径分布がシャープ(分級機能) △ ナノ領域は困難(サブミクロンが限度)
湿式ビーズミル △ 脱水・乾燥工程が必要 ○ ナノ領域が可能
粉砕・解砕(分散)可能粒子径 前後工程により決定
・湿式ビーズミル パス方式 循環方式
・乾式ビーズミル 開回路粉砕 閉回路粉砕
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8
乾式ビーズミルの運転方法
砕料
砕製物
分級機
連続式乾式ビーズミル
開回路粉砕
閉回路粉砕
バッチ方式 連続方式では不可能な粒子径
まで粉砕
連続方式 砕料を連続かつ大量に粉砕
開回路粉砕
粉砕機を出た砕製物をすべて 製品にする
閉回路粉砕 分級機を組込み、分級された
微粉のみを製品にする
粗粒子は粉砕機に戻して、
砕料といっしょに粉砕
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9
乾式ビーズミルの微粉砕例
0
5
10
15
0.1 1 10 100 1000
頻度(%)
粒子径 (μm)
砕料
砕製物
砕料 砕製物 メディアン径:141.3 μm
最大粒子径:515.8 μm
メディアン径:2.547 μm
最大粒子径:15.03 μm
動力原単位:0.84 kWh/kg
0
5
10
15
0.1 1 10 100 1000
頻度
/ %
粒子径 / μm
砕製物
砕料
砕料
アルミナ
メディアン径:51.99 μm
最大粒子径:200.0 μm
メディアン径:2.096 μm
最大粒子径:8.816 μm
動力原単位:0.65 kWh/kg
珪砂
砕製物
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10 10
時間 / h
粒子径
/
m
時間 / h
粒子径
/
m
パス方式
循環方式
パス方式 循環方式
対象物 粉砕・分散が容易なもの 粉砕・分散が難しいもの (ナノレベルまで)
ポンプ 流量 小 大
温度 高い 低い
目標粒子径 サブミクロン ナノレベル
粒度分布 ブロード シャープ
設備 パス回数に応じて増える 循環系のみ
湿式ビーズミルの運転方法
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11 11 11
凝集形態や大きさに適したビーズ径 アジテータ周速:速 ビーズ充填率:高
ビーズミルは粒子を 効率よく粉砕・分散する装置
・分散
注意:投入動力が大きいと1次粒子まで粉砕していまい過分散になる スラリーの発熱やビーズとミル内部の摩耗を考慮した運転条件が必要
高能率化、高効率化が可能
砕料粒子径に適したビーズ径 アジテータ周速:速 ビーズ充填率:高
・粉砕
注意:スラリーの発熱やビーズとミル内部の摩耗を考慮した運転条件が必要
高能率化、高効率化が可能
※砕料の粒子径と硬度に合わせて適切なエネルギーを与える
※作用点を増やす
1次粒子を破壊しない (マイルド分散)
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12
10
100
1000
10000
0 1 2 3 4 5
X0.5 /
nm
投入動力量 / kWh/kg
0.3mm
0.1mm
到達粒子径
90nm
50nm
微小ビーズはナノメートルサイズまでの粉砕・分散に効果的
10
100
1000
10000
0 5 10 15 X
0.5 /
nm
投入動力量 / kWh/kg
0.3mm
0.1mm
0.05mm
重質炭酸カルシウムの粉砕結果
90nm
50nm
30nm
到達粒子径
二酸化チタンの分散結果
湿式ビーズミルの超微粉砕・分散例
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マイルド分散 ビーズ径やアジテータの回転数のコントロール
1次粒子にダメージを与えることなく分散
× 200μ m程度より大きなビーズを使用した場合 – ビーズ数が少なく著しく効率が低下
– 粒子の破壊や活性化を促進させ、特性の低下や再凝集の原因
○ 数10~100μ m程度の微小ビーズが有効 – ビーズ数を多くし作用点を多くする
– 粒子に与えるダメージを最小限に抑える
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二酸化チタンの 従来の分散とマイルド分散の比較
0.01
0.1
1
1 10 100 1000
投入動力量 / MJ/kg
X0.5 / μ
m
分散方法
▲ 従来の分散
■ マイルド分散
投入動力量とX0.5の関係
0
2
4
6
8
10
0.01 0.1 1 10
粒子径 / μm
頻度 / %
従来の分散
マイルド分散
原料
粒子径分布
300nm300nm20 30 40 50 60 70
2θ / °
強度
Cu,Kα
●:ジルコニア
マイルド分散
従来の分散
原料
● ● ● ● ● ●
(101)
(103) (112)
(200) (105)(211)
(004)
(213)(204)
SEM観察 X線回折
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BET値=111.8㎡/g
原料
従来の分散
BET値=144.3㎡/g
マイルド分散
BET値=114.4㎡/g
X0.5=27.0nm
過大なシェアにより
針状が崩れる
針状を維持したまま
一次粒子に分散
X0.5=19.6nm
X0.5=400nm
分散例 二酸化チタン
3枚のSEM写真は ×10万倍で撮影
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まとめ
粉砕・分散処理
製造プロセスや対象物の特性に合せた装置の選定が重要
ビーズミル – 粒子をマイクロメートルからナノメートル領域まで微粉砕・分散
– 微小ビーズの使用で能率化、効率化が可能
– マイルド分散により、粒子の機能・特性を保持したままナノメートル領域までの分散が可能
ビーズミルを使用することで微粒子を効率よく生成することが可能
アシザワ・ファインテック株式会社 HP
もっと詳しく! 微粒子技術コラム
http://www.ashizawa.com/column