JP2018059064A5

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Publication number: JP2018059064A5
Application number: JP2017179851A
Authority: JP
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2029-05-26

Description

本技術の有利性としては、
・高価なポリマーを安価な構造材料に置き換えることによるコストの削減；
・より多い有機材料をプラスチック中に含ませる能力を増大させることによるコストの削減；
・高レベルの有機及び／又は構造材料によって生産性を増大させることによるコストの削減；
・境界混合によって生じる大きな機械的表面上での増加した混合による添加剤及び／又は充填剤のより良好な分配；
・ポリマーの速度及び圧縮が通常の混合操作中に表面に影響を与えるので、大表面積に沿って回転する粒子の摩砕及び切断効果によるポリマーのより良好な混合；
・境界層中の硬質粒子の回転動摩擦によって置き換えられる抗力による境界層効果によって引き起こされる機械表面上での摩擦係数の減少；
・摩擦係数が産出量に直接影響を与える押出、ブロー、又は射出成形プロセスに関して、境界層中の摩擦係数を減少させることによるプラスチック製造の製造量の増加；
・仕上げプロセス中に材料がその中及びその周りを流動するダイ、成形型等の全ての機械表面上の境界層中での動的混合によって引き起こされる研磨効果による、充填剤を含むか又は含まないプラスチックに対する表面品質の向上；
・それによって境界層の自己洗浄特性を有する動的混合による境界層除去の促進；
・熱伝達が主として伝導であるが、停滞膜の混合によって熱伝達表面において強制対流が生じる停滞膜であると考えられる境界層中での動的混合による向上した熱伝達；
が挙げられる。

図１は、押出機の図である。図２Ａは、境界層の概念の説明図である。図２Ｂは、低速又は層流境界層の説明図である。図３は、押出機を通る熱可塑性材料の処理量に対するケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウムの効果を示すグラフである。図４は、押出機を通る熱可塑性材料の処理量に対するパーライト添加剤の効果を示すグラフである。図５は、押出機を通る熱可塑性材料の処理量に対する木質粒子の効果を示すグラフである。

ジェットミルプロセス中においては、粒子が互いに衝突して貝殻状断口によって鋭利な端部が形成される。一部の粒子の寸法を選択することにより、異なるポリマーの選択と共に異なる効果が生じるが、それらの特性を生じさせるのはこの粒子の端部の効果である。ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウムの端部効果によって、熱可塑性材料及びポリマー材料中への充填剤、構造充填剤、顔料、繊維、及び種々の他の材料の混和が容易になる。

他のアプローチは、モーター出力（アンペア）を増加させることなく撹拌速度を増加させることができる（これは、境界層内の動的混合による摩擦の減少を示す）かどうかを確かめることである。例えば、図４は、与えられたスクリューのｒｐｍにおける押出機を通る熱可塑性材料の処理量を示す。８％のパーライトの添加剤によって、４５ｒｐｍのスクリューに関して押出機の基部上の処理量が増加することが分かる。

図３は、基材にケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム粉末を加えることによって、従来可能であったものよりも高いｒｐｍで押出機を運転することが可能になり、これにより同じ装置についてより大きな処理量が得られることを示す。装置の制限のために、ｒｐｍの上限は確認することができなかった。

鉱物処理技術は数世紀の歴史があり、高度に専門化している。これらは複数の方法によって粒子を分離し、且つそれらをより小さな粒子に形成する能力を有する。これらの高度に専門化された固体又は多孔質材料を用いて０．７より大きいアスペクト比の鋭利な端部を有する所望の三次元の刃状の特性を生成させる場合においては、材料は衝撃ジェットミル又はジェットミル処理しなければならない。衝撃ジェットミルは、高速のプロセス材料が硬化表面に衝突して粒子の破壊効果を生じさせるプロセスである。ジェットミルにおいては、対向する噴流によってプロセス材料がそれ自体に衝突して破壊効果、則ち材料に貝殻状断口を生じさせる。表面の鋭利さ、則ち刃状の端部によって得られるものによる動的混合粒子の効率性（別表１参照）。

ボールミルプロセスは、バッチプロセスで材料を転動させて所望の表面特性、例えば鋭利さを除去する。熱可塑性材料の押出において粒子として用いるためには、固体鉱物又は岩石は１０〜２０メッシュ又はそれよりも小さい粒子に精製しなければならない。これは材料を衝撃ジェットミル又はジェットミルプロセスに供給するための通常の出発点である。これは、所望の粒径を生成させるための商業的に利用でき産業界で公知の種々の方法によって行うことができる。好ましい鉱物又は岩石は、貝殻状断口を生じさせることができるものでなければならない。これによって三次元の形状を有するナイフ状の端部の効果が確保される。貝殻状断口の画像に関しては別表１を参照されたい。多孔質の鉱物又は岩石の場合においては、衝撃ジェット又はジェットミルプロセス中の衝撃によって孔が粉砕又は破壊される特性によって三次元のナイフ状の端部の形状の粒子が生成する。粗く不均一な表面は幾つかの混合用途においては十分である可能性があるが、この場合には粒子がより鋭利であるとより良好な結果が得られる。ジェットミル後の粒径に関しては別表１を参照。ガラス、セラミクス、及び金属、並びに三次元の形状及び０．７より大きいアスペクト比を有する鋭利な端部を生じさせるモーススケールによって２．５の最小硬度を満足する種々の他のタイプの材料のような合成材料を用いることができる。衝撃ジェット又はジェットミルプロセスにおいてこれらの材料を用いると、通常はシングルパスで５〜６０μｍの平均値を有する粒子が製造される。ガラスのような合成材料は、ジェットミルではなく粒子を粉砕する機械的ローラーミルを用いて０．７以上のアスペクト比を有する所望の三次元の鋭利な端部の粒子に加工することができる。これは、ジェットミルの前の原材料の小さいガラス粒子の別表の図において明確に示されている。

Claims

機械プロセス装置を通る流体の流動を増加させる方法であって、下記の工程：
流体を機械プロセス装置中に供給し；ここで、当該機械プロセス装置を通る前記流体の処理量を測定し；前記流体が前記機械プロセス装置を通過するとき該機械プロセス装置のモーターの第１モーター出力を測定し；
前記機械プロセス装置中に粒子を供給し、当該粒子は貝殻状断口を有し、かつ２．５を超えるモース硬度を有し；
前記機械プロセス装置を通過する前記流体および粒子の処理量を測定し；前記流体および前記粒子が前記機械プロセス装置を通過するとき前記モーターの第２モーター出力を測定し；前記流体の前記処理量を前記流体および前記粒子の前記処理量と比較し、ならびに前記第１モーター出力を前記第２モーター出力とを比較して、前記粒子が、前記機械プロセス装置の機械表面上の摩擦を減少させる前記流体の境界層中の動的混合を容易にするか否かを決定し；
前記機械プロセス装置中に供給される前記粒子の寸法を選択して、増加した処理量および減少したモーター出力の一方を促進する、
工程を含む前記方法。
前記流体の処理量を測定する工程が、前記流体の第１最大処理量を測定することを含み、該第１最大処理量が、端部効果が前記機械プロセス装置を出る流体に現れるまで前記機械装置のｒｐｍを増加させることにより決定される、請求項１に記載の方法。
前記流体および粒子の処理量を測定する工程が、前記流体および粒子の第２最大処理量を測定することをさらに含み、該第２最大処理量が、端部効果が前記機械プロセス装置を出る流体に現れるまで前記機械装置のｒｐｍを増加させることにより決定される、請求項１に記載の方法。
前記第２モーター出力が前記第１モーター出力よりも大きく、境界層中の粒子の相互作用を促進させ、前記流体中の添加剤の分散の増加を達成する場合、前記粒子の前記寸法を調節する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記粒子の寸法を選択する工程が、第１モーター攪拌速度における前記第１モーター出力を第２モーター攪拌速度における前記第２モーター出力と比較する工程を含み、ここで、前記第１モーター出力が前記第２モーター出力と等しいか、または前記第１モーター撹拌速度と第２モーター撹拌速度が等しい、請求項１に記載の方法。
前記流体に充填剤を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記境界層中で混合する前記粒子が前記機械プロセス装置の研磨を引き起こす、請求項１に記載の方法。
前記機械プロセス装置が開放端シングルパスまたは再循環操作のための連続パスである接続を有するポンプまたはプロセス装置である、請求項１に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に前記粒子を供給する前記工程の前に、ジェットミルプロセスを用いて貝殻状破砕技術を使用して、前記粒子を生成する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
前記流体が熱可塑性材料である、請求項１に記載の方法。
粒子を貝殻状に破砕するために、前記機械プロセス装置中に流体を供給する工程の前に前記粒子をジェット粉砕することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
粒子を貝殻状に破砕するために、前記機械プロセス装置中に流体を供給する工程の前に前記粒子をローラー粉砕することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記流体中の前記粒子の動的混合の前記工程の間、転動により前記粒子の連続的相互作用により前記機械プロセス装置の機械部分を自己洗浄する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記粒子が、固体材料、多孔質材料、合成材料、および天然の鉱物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
前記流体が、
もみ殻とサトウキビ繊維と麦藁とから選択される農業廃棄物繊維、ガラスミクロ球状体、セラミックミクロ球状体、パーライト、ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム、タルク、石膏、方解石、蛍石、リン灰石、正長石、石英、黄玉、鋼玉、並びにダイアモンドよりなる群から選択される充填剤を含む、請求項１に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に添加剤を供給する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記添加剤が充填剤である、請求項１６に記載の方法。
前記添加剤が顔料である、請求項１６に記載の方法。
前記添加剤が繊維である、請求項１６に記載の方法。
前記粒子が前記流体の境界層に移動し、前記流体内の前記添加剤の動的混合を促進し、該動的混合が非線形粘度区域内で起こる、請求項１６に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に流体を供給する工程が２種以上の液体を衝突させることを含む、請求項１に記載の方法。
添加剤を供給する工程を流体を混合する工程と同時に行う、請求項１６に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に前記流体を供給する工程および前記機械プロセス装置中に前記粒子を供給する工程が、境界層の表面領域における前記粒子の回転により生じる破砕および切断効果によって前記流体を混合することを含み、ここで、流体の流れが前記機械プロセス装置の表面と連続的接触状態であり、前記粒子が、前記表面上を流れる前記流体により生じる粒子の動的転動によって流体に衝突する、請求項１に記載の方法。
前記流体が前記機械プロセス装置中のスクリューとバレルとの間に存在する、請求項１に記載の方法。
前記流体が、プラスチック、ポリマー、塗料、接着剤、ブレーキ流体、油圧流体、燃料添加剤、および潤滑剤からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に前記粒子を供給する工程の前に、前記粒子をボールミルプロセスにかける工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記機械プロセス装置中に前記粒子を供給する工程の前に、前記粒子を衝撃ジェットミルプロセスにかける工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。