JP2575884B2

JP2575884B2 - 分散質の均質化装置

Info

Publication number: JP2575884B2
Application number: JP1207945A
Authority: JP
Inventors: 井上　　健治; 直彦鵜川; 貫岩木; 良商垣内; 恒松原; 博佐藤; 幸夫田原
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Dai Nippon Toryo KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1989-08-14
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPH0372934A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は塗料やインキ，化粧品、あるいは食品などの
顔料として用いられる分散質を媒体中で均質化する装置
に関する。

＜従来の技術＞塗料の構成成分はその使用用途によって適当な配合比
で混合，均一化されて製造される。このうち、顔料着色
塗料は顔料をビヒクル中に均一に混和すると共に凝集し
た粒子をばらばらの独立した粒子に分ける顔料分散工程
を必要とする。従来、この顔料分散工程にて用いられる
均質化装置、即ち、顔料を均一に分散させるものとして
は、ボールミル，サンドミル、あるいはコロイドミルが
知られている。

ボールミルとは、回転する円筒内に顔料と共に多数の
セラミック球あるいは鋼球等を粉砕媒体として入れ、こ
の球の摩擦，衝撃によって顔料を粉砕，混合，分散させ
る装置である。サンドミルとは、内部が数枚の板で区切
られたアジテータを有するシリンダ状の容器中に顔料と
共に20〜40メッシュの球状の砂を入れ、この砂の流動に
よって顔料を分散させる装置である。また、コロイドミ
ルとは、２枚の回転差のある円盤の隙間に顔料を供給し
て分散させる装置である。

＜発明が解決しようとする課題＞このような従来の分散質の均質化装置にあっては、顔
料の均質化速度が遅く、また、それに要する時間が長く
かかるという問題点があった。

即ち、ボールミルあるいはサンドミルは粉砕媒体が顔
料の凝集体と衝突し、その衝撃力によって凝集体が破壊
されて均質化されるものである。ところが、通常、顔料
の濃度は約30重量パーセントとそれほど高い値ではな
く、更に、その一部が凝集しているため実際の顔料の凝
集体の濃度は更に低いものである。従って、このような
状態にある顔料をボールミルあるいはサンドミルによっ
て均質化しようとすると、粉砕媒体を低い濃度の顔料、
即ち、数の少ない凝集体と衝突させなければならず、こ
の確率は極めて低い。そのため、顔料の容器内での滞留
時間を長くしたり、一回の処理量を少なくしなければな
らず、顔料の均質化速度が遅くなって、それに要する時
間が長くかかってしまう。

更に、コロイドミルは回転差のある円盤間の隙間に顔
料を供給することで凝集体が破壊されて均質化されるも
のであるため、この円盤間の隙間を非常に狭く設定しな
ければならない。実際に、顔料の粒子の直径は15μｍ程
度であり、この隙間に顔料を供給するのには非常に時間
がかかり、前述同様、顔料の均質化速度が遅くなって、
それに要する時間が長くかかってしまう。特に高粘度の
顔料にあってはそれ以上に均質化速度が遅くなってしま
う。

更に、非常に小さい開口を有するメッシュのフィルタ
ーを使用することも考えられていたが、処理中に分散質
の集合体が開口を閉塞してしまい、連続した処理ができ
なくなってしまう。

また、上述したそれぞれの均質化装置にあっては、使
用後の装置の洗浄が面倒であると共にその作業時間も長
くかかってしまう。特に、近年は少量多品種の生産が要
求されるところから繰り返し使用することのできる共通
設備が必要となっている。従って、均質化装置にあって
も異種の顔料を共通の装置で順次すばやく均質化するこ
とが求められている。ところが、前述したボールミル，
サンドミルにあっては、容器内に供給された粉砕媒体と
してのガラス球や砂を使用の都度取り出して洗浄する必
要があり、また、コロイドミルにあっても円盤における
比較的広い接液面を洗浄する必要があり、作業が大変面
倒であった。

本発明はこのような問題点を解決するものであって、
分散質の均質化作業の迅速化を図った均質化装置を提供
することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞上述の目的を達成するための本発明の分散質の均質化
装置は、分散質と液状の分散媒体とを混合液として収容
して内部を加圧可能な混合タンク１と、該混合タンク１
に接続され先端部が前記混合液内に突出開口した不活性
加圧ガス導入管５と、前記混合タンク１に連絡し前記混
合液をノズル17または隙間36を通して前記混合タンク１
内よりも低圧の空間内に噴出する噴出分散促進装置12,3
0とを具えたことを特徴とするものである。

＜作用＞液状の分散媒体とこの中に凝集状態で分散する分散質
との混合液内に不活性加圧ガス導入管５から不活性加圧
ガスが吹き込まれ、これが混合液中に溶解し、あるいは
気泡として分散される。その後、この混合液は噴出分散
促進装置12,30に入り、ノズル17または隙間36を通して
混合タンク１内よりも低圧の空間内に噴出される。この
とき、急激な圧力減少により、溶解していた又は気泡と
して存在していた不活性ガスが急激に膨張し、分散質の
凝集粒子を剪断、破砕する。

＜実施例＞以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る分散質の均質化装置
の概要図、第２図は第１図のII部拡大断面図、第３図は
本発明の均質化装置による均質化状態を表すグラフであ
る。

第１図に示すように、１は混合タンクとしての耐圧容
器であって、その上部には蓋２が取付けられている。こ
の耐圧容器１には分散質と液状分散媒体とが混合された
分散系が供給される供給管３が接続されている。４は不
活性加圧ガスボンベであって、内部に不活性加圧ガスと
しての窒素ガスが充填されている。そして、この不活性
加圧ガスボンベ４には不活性加圧ガス導入管５の基端が
接続され、その先端は耐圧容器１に接続されて内部に侵
入し、吹き込みノズル６が取付けられている。

なお、不活性加圧ガス導入管５の途中には減圧弁７と
開閉弁８が取付けられている。また、耐圧容器１にはガ
ス抜き出し用排出管９が接続されている。

耐圧容器１の底部には前述した分散系が排出される排
出管10の基端が接続され、その先端は開閉弁11を介して
耐圧容器１内の分散質を含む分散系を外部に噴射して分
散する噴出分散促進装置12が接続されている。

この噴出分散促進装置12は、第２図に示すように、円
筒状の本体13とオリフィス板14と被衝突部材15とを有し
ている。本体13は側部に噴射孔16を有し、そ上部外周が
排出管10の下部に螺合している。オリフィス板14は本体
13の上部に固定され、中央部にノズル17が形成されてい
る。被衝突部材15は本体13の内部にその内壁との間に隙
間をもち、且つオリフィス板14のノズル17に接近した状
態で挿入され、下部が本体13の下部内周に螺合してい
る。なお、この被衝突部材15の下部には操作部18が取付
けられ、この操作部18を回動することで被衝突部材15と
オリフィス板14との距離を調整できるようになってい
る。

噴出分散促進装置12の噴射孔16には噴射ノズル19が接
続されている。そして、この噴射ノズル19の先端の下方
には容器20が配置されている。

以上説明した本実施例の分散質の均質化装置の作用に
ついて、塗料の顔料を均質化する場合を例に挙げて説明
する。

分散系としての塗料原液は分散質、即ち、炭酸カルシ
ウム，チタン白，硫酸バリウム等の顔料とワニス，トル
エン，キシレン等の液状分散媒体とを混合して製造され
る。この顔料の一次粒子径はもともと非常に小さく、例
えば、１μｍ以下であるが、塗料原液中には二次凝集し
た顔料の凝集体が存在し、その粒子径は、例えば、100
μｍを越えるものもあり、これを分散して均質化し製品
品質を保持する必要がある。

従って、第１図に示すように、まず、粗混合された塗
料原液を供給管３からを耐圧容器１内に供給する。次
に、不活性加圧ガスボンベ４から窒素ガスを不活性加圧
ガス導入管５を介して耐圧容器１内に供給し、先端の吹
き込みノズル６から耐圧容器１の塗料原液内に噴射す
る。噴射された窒素ガスは塗料原液中にて溶解、一部は
気泡となって分散される。そして、この一部未溶解の窒
素ガスはガス抜き出し用排出管９から外部に排出され
る。このように、塗料原液中に窒素ガスを連続的に噴射
することで、塗料原液が攪拌されて溶解速度の上昇が図
れる。

なお、不活性加圧ガスボンベ４から供給される窒素ガ
スの圧力は減圧弁７によって調整され、この圧力が高い
ほど塗料原液の分散効果が向上する。ところが、必要以
上の圧力上昇は窒素の消費量増大や耐圧容器１等の耐圧
設備の重装備化を招くものであって、通常、25〜200kg/
cm²が適当であるが、これに限定されるものではない。

また、不活性加圧ガスとして窒素ガスを使用したが、
窒素ガスに限らずワニス，トルエン，キシレン等の液状
分散媒体に反応しない不活性ガスであればよい。

このように窒素ガスによって攪拌された耐圧容器１内
の塗料原液は開閉弁11を操作することで、排出管10を介
して噴出分散促進装置12における混合タンク１内よりも
低圧の空間内に噴出供給される。第２図に示すように、
噴出分散促進装置12に供給された塗料原液はオリフィス
板14によってその流速が増してノズル17を通過し、被衝
突部材15の上部に衝突する。この衝突力によって原液中
の二次凝集した凝集体が破壊されて均質化される。

また、このとき、塗料原液中には高圧で窒素ガスが溶
解あるいは気泡として分散されているため、この塗料原
液が本体13内に噴射された際に大気に開放されることで
瞬時に液中の窒素ガスが膨張、放散して塗料原液に衝撃
を与える。この衝撃力によって二次凝集した凝集体に効
果的に剪断力を与えることで、原液中の凝集体の破壊に
よる分散が促進される。

そして、均質化された塗料原液は、その後、噴射孔16
から噴射ノズル19に供給されこの噴射ノズル19の先端部
から容器20に排出される。

第３図によって本実施例の均質化装置による塗料原液
の均質化結果について説明する。顔料としての炭酸カル
シウム，チタン白，硫酸バリウムと液状媒体としてのワ
ニスの混合溶液である白色塗料の原液はその液中に最大
直径が100μｍ以上の二次凝集体が含まれている。そし
て、この塗料原液を上述した本実施例の均質化装置によ
って５回連続して分散処理を行った。なお、この場合、
耐圧容器１内へ供給される窒素ガスの圧力を100kg/cm²
とし、オリフィス板14のノズル17の直径を0.65mmとし
た。

第３図に示すように、処理前に最大直径が100μｍ以
上であった二次凝集体は１回の処理でその直径が35μｍ
なり、処理回数を増やすことで更に低減して５回の処理
後には15μｍにまで低減された。

また、前述との実施例と同じ装置を使用し、吹き込み
ノズル６を短くして耐圧容器１に充填された塗料原液の
上部に窒素ガスを供給した比較例の均質化の処理結果を
第３図に示す。この場合、実測によれば、塗料原液中に
溶解した窒素ガスは前述した実施例の1/10であり、二次
凝集体は１回の処理でその直径が50μｍ、５回の処理後
には30μｍまでしか低減しなかった。これは前述の実施
例と比べると二次凝集体の低減効率が減少している。こ
のことによって、窒素ガスを塗料原液中に溶解、気泡と
して分散させることが均質化により有効的であることが
わかる。

なお、上述した実施例において、耐圧容器１の底部に
取付けられる噴出分散促進装置12のオリフィス板14には
ノズル17を１つだけ設けたが、複数設けて処理の迅速化
を図ってもよい。

第４図は本発明の他の実施例に係る分散質の均質化装
置の概要図、第５図は第４図のＶ部拡大断面図、第６図
は本発明の均質化装置による均質化状態を表すグラフで
ある。なお、前述の実施例と同一部材には同一の符号を
付して重複する説明は省略する。

第４図に示すように、耐圧容器１の底部には排出管10
の基端が接続され、その先端は開閉弁11を介して耐圧容
器１内の分散系を外部に噴射して分散する噴出分散促進
装置30が接続されている。

この噴出分散促進装置30は、第５図に詳細に示すよう
に、ノズル31と、円筒状の本体32と、ニードル弁33を有
している。ノズル31は排出管10の先端に螺合している。
本体32は側部に噴射孔34を有し、その上部内周がノズル
31の下部に螺合している。ニードル弁33はその先端部が
テーパ状をなしてノズル31の排出口に挿入され、下部が
本体32の下部に螺合している。そして、このニードル弁
33の下部には操作部35が取付けられ、この操作部35を回
動してニードル弁33を上下移動させることで、このニー
ドル弁33とノズル31の排出口との隙間36を調整できるよ
うになっている。

次に、上述した本実施例の分散質の均質化装置の作用
について説明する。

第４図に示すように、まず、前述した実施例と同様
に、塗料原液を供給管３から耐圧容器１内に供給し、不
活性加圧ガスボンベ４から窒素ガスを不活性加圧ガス導
入管５を介して耐圧容器１内に供給して先端の吹き込み
ノズル６から塗料原液内に噴射する。噴射された窒素ガ
スは塗料原液中にて溶解、一部は気泡となって分散され
る。そして、このように、塗料原液中に窒素ガスを連続
的に噴射することで、塗料原液が攪拌されて溶解速度の
上昇が図れる。

次に、窒素ガスによって攪拌された耐圧容器１内の塗
料原液は排出管10を介して噴出分散促進装置30における
混合タンク１内よりも低圧の空間内に噴出供給される。
第５図に示すように、噴出分散促進装置30に供給された
塗料原液はノズル31の排出口とニードル弁33の隙間36か
ら本体32内に噴射される。このとき、隙間36を通過する
塗料原液の流速が増してノズル31から噴射されること
で、この粒子剪断力によって原液中の二次凝集した凝集
体が破壊されて均質化される。

また、塗料原液中に溶解あるいは気泡として分散され
ている窒素ガスが噴射時に大気開放されることで、瞬時
に液中の窒素ガスが膨張，放散して塗料原液に衝撃を与
え、この衝撃力によって二次凝集した凝集体に効果的に
剪断力を与えることで、原液中の凝集体の分散が促進さ
れる。

なお、ノズル31の排出口とニードル弁33の隙間36は大
きいほどその処理量が増大するが、大粒径の凝集体もこ
の隙間36を通過してしまい、均質化することができな
い。従って、この隙間36は小さいほど、即ち、顔料の一
次粒子径に近いほどスクリーニング効果が増して良好な
均質処理を行うことができ、実際には５〜50μｍ程度が
有効である。ところが、塗料原液がこの隙間36を通過す
る際に、従来は隙間36よりも大きい凝集体は通過できず
にここを閉塞してしまうことがある。しかし、本実施例
では、前述したように、塗料原液中に溶解あるいは気泡
として分散されている窒素ガスが大気開放されることで
瞬時に膨脹，放散して塗料原液に衝撃を与え、この凝集
体を分散させる。従って、隙間36を閉塞している大径の
凝集体は破壊されて通過し、隙間36の閉塞は解除され
る。

そして、均質化された塗料原液は噴射ノズル19によっ
て容器20に排出される。

第６図によって本実施例の均質化装置による塗料原液
の均質化結果について説明する。なお、耐圧容器１内へ
供給される窒素ガスの圧力を50kg/cm²とし、隙間36を36
μｍとした。

第６図に示すように、処理前に最大直径が100μｍ以
上であった二次凝集体は１回の処理でその直径が30μｍ
となり、処理回数を増やすことで更に低減して３回の処
理後には20μｍにまで低減された。なお、この処理中に
凝集体が隙間36を閉塞することはなく、連続的な処理を
行うことができた。

また、前述との実施例と同じ装置を使用し、吹き込み
ノズル６を短くして耐圧容器１に充填された塗料原液の
上部に窒素ガスを供給するようにした場合では、処理開
始直後に凝集体が隙間36を閉塞してしまい、塗料原液の
均質化はできなかった。このことによって、窒素ガスを
塗料原液中に溶解，気泡として分散させることが均質化
により有効的であることがわかる。

なお、上述した実施例において、耐圧容器１の底部に
取付けられる噴出分散促進装置30を１つ設けたが、複数
設けて処理の迅速化を図ってもよい。

＜発明の効果＞以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明の
分散質の均質化装置によれば、分散質と液状の分散媒体
とを混合液として収容して内部を加圧可能な混合タンク
１を設け、この混合タンク１に先端部が混合液内に突出
開口した不活性加圧ガス導入管５を接続し、また、混合
タンク１に混合液をノズル17または隙間36を通してこの
混合タンク１内よりも低圧の空間内に噴出する噴出分散
促進装置12,30を接続し、液状の分散媒体と凝集状態に
ある分散質との混合液の内部に不活性加圧ガスを溶解あ
るいは気泡として分散させた状態で噴出分散促進装置に
よって低圧空間内に噴射するようにしたので、混合液の
低圧空間内への噴射時に溶解あるいは気泡として存在し
ていた不活性加圧ガスが膨張することで分散質の凝集粒
子を破砕し、これによって均質処理速度が速くなって分
散質の均質化作業の迅速化を図ることができる。

また、この結果、装置が極めて簡単で小型化され、そ
の洗浄が容易となり、異種の塗料による装置の供用化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る分散質の均質化装置の
概要図、第２図は第１図のII部拡大断面図、第３図は本
発明の均質化装置による均質化状態を表すグラフ、第４
図は本発明の他の実施例に係る分散質の均質化装置の概
要図、第５図は第４図のＶ部拡大断面図、第６図は本発
明の均質化装置による均質化状態を表すグラフである。図面中、１は耐圧容器（混合タンク）、４は不活性加圧ガスボンベ、５は不活性加圧ガス導入管、６は吹き込みノズル、 12,30は噴出分散促進装置である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩木貫広島県広島市西区観音新町４丁目６番22 号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者垣内良商東京都千代田区丸の内２丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者松原恒東京都千代田区丸の内２丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者佐藤博愛知県岩倉市中央町３―38 (72)発明者田原幸夫大阪府高槻市緑ケ丘１―13―３―301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分散質と液状の分散媒体とを混合液として
収容して内部を加圧可能な混合タンク（１）と、該混合
タンク（１）に接続され先端部が前記混合液内に突出開
口した不活性加圧ガス導入管（５）と、前記混合タンク
（１）に連絡し前記混合液をノズル（17）または隙間
（36）を通して前記混合タンク（１）内よりも低圧の空
間内に噴出する噴出分散促進装置（12,30）とを備えた
ことを特徴とする分散質の均質化装置。