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

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

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

4

ビーズミルの用途例

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

6

乾式ビーズミルと湿式ビーズミル

砕料

砕製物

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

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

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

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

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）

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

13

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

14

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

15

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

16

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