CN103721592A - 高粘性流体的处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高粘性流体的处理装置，当制造化学、医疗、电子、陶瓷、药品、食品、饲料及其他的固体/液体类处理材料时，能够不使用分散介质(球珠)地将预先混捏的粘度范围为10~2500dPa·s的高粘性膏体混捏、捏和、分散。具有器皿和旋转体，该器皿具有处理材料的供给口和排出口，该旋转体以能够在器皿内旋转的方式设置。在器皿的内表面和旋转体的外周面之间，形成有处理材料受到旋转体的处理并同时通过的环状微小间隙。利用滚花加工而将刻纹设于面对该微小间隙的旋转体的表面。

Description

高粘性流体的处理装置
技术领域
本发明涉及高粘性流体的处理装置，在化学、医药、电子、陶瓷、食品、饲料及其他的各种领域，能够不使用分散介质(球珠)地利用通液处理而对固体/液体类处理材料进行微粒子化。
背景技术
在将固体/液体类的不限定于油性、水溶性的低粘度至高粘度(10~2500dPa·s)的高粘性流体混捏、捏和、分散处理的情况下，尤其在混入纳米粉末的类中，可发现粉体部分地凝集的所谓结块或麻点的产生。因此，这样的处理大多利用使用分散介质(球珠)的例如日本特开平3-178326号公报所记载的球珠研磨机的分散工序来进行处理。球珠研磨机的构造为在器皿内将处理材料与分散介质(球珠)混合，利用在器皿内旋转的旋转体来搅拌该混合物，利用来自分散介质的剪切、冲击作用来分散该混合物，因而分散介质有时候因伴随着搅拌运动的冲击和摩擦而产生磨耗、破损。因此，这样的杂质混入处理材料，有可能产生品质特性不佳的结果。而且，为了使分散介质运动，需要大的动力，并且必须在处理后使分散介质通过将分散介质从处理材料分离的介质分离装置(分离器)，因而内部阻力变大。结果，为了驱动球珠研磨机，要求高能量。此外，在日本特开2007-125518号公报中，提议了不使用球珠的处理装置。在该公报所记载的处理装置中，旋转体的表面形成为平滑面，因而在处理材料为高粘性流体的情况下，有时候处理材料打滑，不能将高的剪切应力施加至材料，不能充分地进行分散处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种高粘性流体的处理装置，该高粘性流体的处理装置能够不使用分散介质(球珠)地以低的能量将高粘性流体混捏、捏和、分散处理，并且能够不产生打滑地可靠地处理，能够进行无麻点或结块的均一分散。
本发明鉴于如上所述的实际情况，着眼于如同上述日本特开平3-178326号公报所记载的所谓的环形的湿式介质分散机(球珠研磨机)，想出即使不使用分散介质(球珠)也能够进行无结块、麻点的产生的粒子微粒子化的构成，达到下述的处理装置。
即，本发明的处理装置是当制造固体/液体类处理材料时，不使用分散介质地将预先混捏的粘度范围为10~2500dPa·s的高粘性流体的处理材料混捏、捏和、分散的处理装置。该处理装置的特征在于，具有器皿、旋转体以及环状微小间隙，该器皿具有处理材料的供给口和排出口，该旋转体以能够在该器皿内旋转的方式设置，该环状微小间隙以成为该处理材料受到旋转体的处理并同时流动的通路的方式设于器皿的内表面和旋转体的外周面之间，在该旋转体的表面，设有刻纹。
优选通过实施滚花加工而将上述刻纹形成于旋转体的表面。在将旋转体形成为剖面圆形的筒状体的情况下，刻纹形成于外周面的整面。当将旋转体构成为变形剖面的筒状体，该该筒状体在外周面沿圆周方向隔开间隔而设置槽部且形成沿长度方向延伸的带状突起时，刻纹形成于带状突起的外周面。
上述刻纹使得旋转体的实际表面积比平滑面的情况下的表面积更大。此时的粗化率，即实际表面积相对于投向水平面的投影表面积的比优选为约1.05~2.35左右。上述环状微小间隙优选为约1.0~10mm左右。
本发明如上所述地构成，以处理材料受到旋转体的处理并同时通过器皿的内表面和旋转体的外周面之间的方式形成环状微小间隙，将刻纹设于面对该微小间隙的该旋转体的表面，因而能够使旋转体的实质的表面积增大并提高摩擦系数。由此，对于通过上述环状微小间隙的处理材料，能够使高的剪切应力作用并能够降低剪切速度而旋转体不打滑。另外，由于未使用分散介质(球珠)，因而器皿内压也能够降低，没有分散介质的磨耗等引起的杂质的影响。由于不必使用介质分离装置(分离器)，因而能够以低的能量来效率良好地进行分散处理。
如果在旋转体的外周面沿圆周方向隔开间隔而设置槽部并形成沿长度方向延伸的带状突起，则处理材料在该带状突起的刻纹部分受到压缩、剪切作用，并在突起之间的无刻纹的槽部受到敞开、膨胀作用。而且，处理材料在从供给口流动至排出口侧期间反复受到这样的压缩、剪切作用和敞开、膨胀作用。所以，能够进行犹如在辊磨机进行分散处理那样的压缩、剪切、膨胀引起的分散处理，能够更可靠地均一地进行微粒子化。
形成有上述刻纹的旋转体的表面的粗化率(r)形成为约1.05~2.35左右并优选为约1.15~1.55左右。如果粗化率比2.35更大，则搅拌阻力变大，需要大的动力，可发现处理材料粘合在旋转体的表面的现象，处理材料的温度控制也不能顺利地进行。如果粗化率比1.05更低，则在本发明所针对的高粘性流体的粘度范围的上限侧的处理材料的情况下，可发现堵塞引起的共转现象和打滑现象，不能效率良好地进行分散处理。另外，环状微小间隙形成为约1.0~10mm并优选为约2.0~5.0mm。如果该间隔过窄，则流动阻力变大，需要大的驱动力，如果间隔过大，则不能消除结块或麻点的产生。
附图说明
图1显示了本发明的一实施例，为将器皿部分剖切而显示的正面图。
图2显示了旋转体的一示例，为剖面圆形的旋转体的侧面图。
图3显示了旋转体的另一实施例，为具有带状突起的旋转体的侧面图。
图4是显示刻纹的一示例的说明平面图。
图5是显示刻纹的另一示例的说明平面图。
图6是显示刻纹的又一示例的说明平面图。
图7是刻纹部分的放大剖面图。
具体实施方式
本发明能够应对化学、医药、电子、陶瓷、食品、饲料及其他领域的固体/液体类处理材料的微粒子化。如图1所示，本发明的处理装置具有器皿(容器)1和在该器皿内旋转的旋转体(辊)2。器皿1连通至如同高粘性浆的处理材料的供给口3和排出口4，在周围设有使冷却水等的调温介质流通的护壳(jacket)5，在护壳5设有调温介质的流入口6和流出口7。上述旋转体2被驱动轴9旋转，该驱动轴9经由机械密封件8而连结至驱动马达(图中未显示)。
在上述器皿1的内壁面和旋转体2的外周面之间，形成环状的微小间隙10。从上述供给口3被供给泵(图中未显示)供给至器皿1内的处理材料向着排出口流动，并同时滞留于该环状微小间隙10内。该环状微小间隙10的尺寸形成为约1.0~10mm，并优选为约2.0~5.0mm。此时，作为供给至器皿内的处理材料，最优选粘度范围为约10~2500dPa·s的高粘性膏体。在未满10dPa·s的情况下，粘度过低，如果不使旋转体的旋转速度为最高速，那么招致剪切应力不足。对于2500dPa·s以上的高粘性膏体而言，粘性阻力过大，旋转体的驱动需要大的动力，并且发热也变大，这是因为不能进行通常的温度控制。
上述旋转体2在图1、图2所示的装置中形成为剖面圆形的筒状体。在该构成中，旋转体的旋转使得处理材料在微小间隙内连续地受到压缩、剪切作用。另外，在图3所示的实施例中，形成为变形剖面的筒状体，该筒状体在外周面沿圆周方向隔开间隔而设置槽部11，并形成沿旋转体的长度方向延伸的带状突起12。在该构成中，处理材料在带状突起部分被压缩、剪切，在槽部部分敞开、膨胀，反复受到这些作用并同时从排出口排出。
在当将上述旋转体2构成为剖面圆形时的外周面的整面和当将旋转体形成为变形剖面时的带状突起12的表面，形成有刻纹13。该刻纹13优选能够利用滚花加工来形成。刻纹13的形状能够形成为如图1所示的水平线状和如图4所示的斜线状等的平纹状滚花以及如图5、图6所示的四边纹、交叉纹、菱形纹等的网纹状滚花。另外，由刻纹形成的微小突起14的高度形成为约1.0~0.1mm并优选为约0.6~0.3mm。该高度也受固体/液体类处理材料中所含有的二次凝集体的尺寸影响，但在约1.0mm以上的情况下，需要大的动力，温度控制也变难。另外，在约0.1mm以下的情况下，在粘度范围的上限侧，可发现堵塞引起的共转现象。由刻纹13形成的微小突起14能够形成为各种形状，但是在例如图7所示的四边纹的微小突起的情况下，能够将微小突起14所形成的凹部的斜面的角度α形成为约90度，将突起的顶点间的间隔d形成为约1mm，将高度h形成为约0.5mm左右。
通过在旋转体2的表面形成上述刻纹13，使得旋转体2的实际表面积比未形成刻纹的仍旧为平滑面的旋转体的表面积更大。此时的表面积的增加的程度能够由粗化率(r)即实际表面积相对于投向水平面的投影表面积的比表示。而且，在本发明的情况下，通过形成刻纹，使得旋转体的表面的粗化率(r)形成为r>1，优选r=1.05~2.35左右，尤其优选r=1.15~1.55左右。由此，该旋转体的实际表面积，与具有平滑面的现有的旋转体的表面积相比，表面积增加至r倍，与处理材料的接触面积增大，与此相对应而能够使剪切应力可靠地作用。此外，在处理材料所含有的粉体粒子为高硬度的粒子的情况下，当使接触于处理材料的器皿的内壁面和旋转体为陶瓷制时，也可以仍旧为进行表面处理之前的粗糙的陶瓷制。尤其是旋转体的表面，与进行表面处理后的通常的陶瓷制的表面相比，粗化率(r)为r=约1.05~2.35左右，因而能够保持原样而使用。
上述旋转体的圆周速度(旋转速度)为约3~30m/sec左右并优选为约5~25m/sec左右的范围，处理材料的温度优选极力在60℃以下的条件下运转。在未满3m/sec的情况下，剪切应力不足，处理材料未受到旋转体的处理而以直接通过的状态在上述环状微小间隙中通过，也未受到分散作用，分散效果相当于全无。另外，在圆周速度为30m/sec以上的情况下，需要大的动力，并且发热变大，即使调整粘度，也难以将处理材料的温度保持在60℃以下，招致处理材料的特性劣化，这是因为对品质的影响大。
实施例1
由如图1所示地不使用球珠的装置来处理将白色颜料混捏于环氧类粘结剂的高粘性膏体。此时，使器皿的内壁面和旋转体的外周面之间的环状微小间隙为2mm。在旋转体的表面，利用网纹滚花而形成刻纹，该刻纹如图7所示地具有斜面的角度为90度且高度为0.5mm的四边纹的微小突起。旋转体的表面的粗化率为约1.45。当膏体的粘度为2000dPa·s而使旋转体的圆周速度为10m/sec时，所获得的膏体的粒度为10μm。
实施例2
由如图1所示地不使用球珠的装置来处理将填充剂混捏于环氧类粘结剂的高粘性膏体。此时的平均粒径为60~70μm(粗粒径90μm)。装置的器皿的内壁面和旋转体的外周面之间的环状微小间隙为5mm。在旋转体的表面，利用网纹滚花而形成刻纹，该刻纹具有斜面的角度为60度且高度为0.5mm的四边纹的微小突起。旋转体的表面的粗化率为约2.00。当膏体的粘度为2020dPa·s而使旋转体的圆周速度为10m/sec时，粒度为10μm，处理时间为现有的球珠研磨机的约一半的时间。
实施例3
由如图1所示地不使用球珠的装置来处理将塑料着色剂和白色颜料混捏的高粘性膏体。此时，器皿的内壁面和旋转体的外周面之间的环状微小间隙为5mm。在旋转体的表面，利用网纹滚花而形成刻纹，该刻纹如图7所示地具有斜面的角度为90度且高度为0.5mm的四边纹的微小突起。旋转体的表面的粗化率为约1.45。当膏体的粘度为260dPa·s而使旋转体的圆周速度为15m/sec时，粒度为30μm。
本发明的装置如上地利用滚花加工而将微细的刻纹设于旋转体的表面，使处理材料所接触的旋转体的表面的粗化率(r)大于1。由此，旋转体的实际表面积成为具有平滑面的旋转体的表面积的r倍，接触面积增加，并且使摩擦系数增加而能够防止打滑(滑动)，能够将来自旋转体的剪切应力充分地传递至处理材料而效率良好地分散。

Claims (6)

1. 一种高粘性流体的处理装置，当制造固体/液体类处理材料时，不使用分散介质地将预先混捏的粘度范围为10~2500dPa·s的高粘性流体的处理材料混捏、捏和、分散，其特征在于，具有器皿、旋转体以及环状微小间隙，该器皿具有处理材料的供给口和排出口，该旋转体以能够在器皿内旋转的方式设置，该环状微小间隙以成为该处理材料受到旋转体的处理并同时流动的通路的方式设于器皿的内表面和旋转体的外周面之间，在该旋转体的表面，设有刻纹。
2. 根据权利要求1所述的高粘性流体的处理装置，其特征在于，所述旋转体形成为剖面圆形的筒状体，通过实施滚花加工而将所述刻纹形成于旋转体的表面。
3. 根据权利要求1所述的高粘性流体的处理装置，其特征在于，所述旋转体构成为筒状体，该筒状体在外周面沿圆周方向隔开间隔而设置槽部，并形成沿长度方向延伸的带状突起，通过实施滚花加工而将所述刻纹形成于旋转体的带状突起的表面。
4. 根据权利要求1~3中的任一项所述的高粘性流体的处理装置，其特征在于，所述旋转体的表面的粗化率为1.05~2.35。
5. 根据权利要求1~4中的任一项所述的高粘性流体的处理装置，其特征在于，所述环状微小间隙为1.0~10mm。
6. 根据权利要求1~5中的任一项所述的高粘性流体的处理装置，其特征在于，所述旋转体的圆周速度为3~30m/sec。
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