JP2584928B2 - 粉体表面の改質装置 - Google Patents

粉体表面の改質装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】この発明は、粉体の表面改質装置
に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、無
機、有機、あるいは金属、合金等の各種の粉体の表面被
覆に有用な新しい粉体表面の改質用装置に関するもので
ある。
【従来の技術とその課題】従来より、様々な分野におい
て粉体の表面被覆が行われてきており、粉状物、ペレッ
ト、あるいは微細繊維の表面に化学的改変やその表面に
機能性被覆層や保護層等を形成することが種々の方法に
よって行われてきている。たとえば、攪拌羽根を有する
攪拌混合装置において粉体表面を被覆することや、ある
いは、粉体と被覆材とをジェット流によって噴出させて
粉体表面を被覆する方法などが知られている。しかしな
がら、これらの従来の方法においては、ミクロンあるい
はサブミクロンオーダーの粉体の表面に所定の被覆を行
うことは極めて難しく、微細粉体の凝集を抑え、しかも
これら粉体の形状、大きさを損うことなく、個々の粒子
表面に所定の被覆を行うこは困難であった。このような
問題は、微細粉体はその2次凝集によって凝集塊を生成
しやすく、また、機械的強制混合によって粉体が破壊さ
れやすいことに起因している。また一方、これまでのい
ずれの方法においても、粉体の表面被覆においては、粉
体と被覆材とが装置の壁面に付着しやすく、このことが
原因となって被覆粉体の生産性の向上にはおのずと限度
があった。このため、ミクロンあるいはサブミクロンオ
ーダーの微細粉体であっても、その凝集、あるいは破壊
を抑え、均一に高効率で粉体表面を被覆することのでき
る方法とそのための装置の実現が強く望まれていた。そ
こで、この発明の発明者らは、このような欠点を解消す
るものとして、コアンダフローによる粉体流露に、コア
ンダフロー部のコアンダスリットを通して拡散気体によ
って霧状とした液体被覆材を吹込むことを特徴とする粉
体の表面被覆方法とそのための装置を開発し、これを提
供してきた(特願平1−342347号)。この方法
は、コアンダフローによる流体現象を利用し、その特徴
を高度にプロセス化して完成させたものである。すなわ
ち、コアンダフロー、特にスパイラルフローは、流体の
流れる軸方向流とその周囲との速度差、密度差が大き
く、流路壁面近傍に動的境界域が形成されるという特徴
を有し、しかも軸方向ベクトルと半径方向ベクトルとの
合成によって特有のスパイラル流が形成されるという特
徴がある。添付図面の図1および図2は、この方法のた
めの装置の一例を示したものである。たとえば図1に示
したように、粉体の被覆装置は、ユニット(A)とユニ
ット(B)との連結複合構造を有している。もちろん、
このユニット(A)(B)は、構造的に一体であっても
よく、その機能としては連結されていると考えることが
できる。ユニット(A)はコアンダフローによる粉体導
入部であって、供給口(1)および吐出口(2)ととも
に、横方向からの気体導入のための環状スリット(3)
およびこの環状スリット(3)近傍の傾斜面(4)、さ
らに気体供給管(5)と分配部(6)を有している。処
理対象の粉体は供給口(1)より導入し、環状スリット
(3)から導入した加圧気体によって次のユニット
(B)へと粉体を搬送する。加圧気体は傾斜面(4)に
添ってコアンダ流を形成し、かつ、粉体の流れにスパイ
ラルモーションを生成させる。また、ユニット(B)に
おいては、拡散気体によって霧状した液体被覆材を吹込
むための環状スリット(7)、傾斜面(8)および分配
部(9)を有し、霧状液体被覆材を生成、供給するため
の加圧気体供給管(10)と液体供給管(11)とを備
えている。このユニット(B)では、加圧気体と液体被
覆材との混合による霧状被覆材を環状スリット(7)よ
り粉体の流路に対して吹込み、粉体の表面をこの被覆材
によって被覆し、吐出口(12)より吐出させる。傾斜
面(4)(8)の傾斜角は広く可変とすることができ、
コアンダフロー、特にこの例においてはコアンダスパイ
ラルフローが生成し、これが破壊されない状態として、
たとえば5〜70°程度の傾斜角とすることができる。
この装置においては、粉体の2次凝集を抑えて、その分
散を促進し、さらに短繊維等の粉体にとって特に重要な
配向を生成させるために、ユニット(A)は欠かせな
い。また、このように分散を良好とした粉体に被覆材を
高度分散・接触させて、均一および高効率での被覆を可
能とするためにはユニット(B)が欠かせないものとさ
れていた。被覆の効率向上、所定の物性付与のために、
さらには被覆した粉体の搬送のために、ユニット(B)
の吐出口(12)までの傾斜面(8)からの距離を適宜
に延長することができ、吐出口(12)に管路を接続す
こともできる。また、霧状の液体被覆材は、上記のよ
うに、分配部(9)において混合生成させてもよいし、
あらかじめ混合した気液混合体を環状スリット(7)か
ら吹出すようにしてもよ。図2は、別の例を示したも
のであり、ユニット(A)(B)は図1とは異なる連結
構造を示している。ユニット(A)の湾曲傾斜面(4)
が、ユニット(B)と連結した傾斜面を形成している。
また、ユニット(B)の吐出口(12)には、搬送管路
(13)を接続している。ただ、このすでに提案してい
る方法と装置は、これまでにない作用効果を示すものと
して有用なものであるが、その後の検討において、さら
に改善すべき点も明らかになってきた。それと言うの
も、この装置においては、比較的大量の粉体を効率的に
処理するにはやや難点があり、たとえば図1および図2
に示したユニット(B)の内壁面への被覆材の付着や、
被覆粉体の付着が生じやすくなり、どうしても大量処理
には不向きであることが明らかになってきたからであ
る。このため、以上の通りのコアンダフローによる粉体
の表面改質方法とそのための装置の長所を生かしつつ、
しかも大量処理、高効率処理にも適した改良された手段
の実現が望まれていた。この発明は、以上の通りの事情
に鑑みてなされたものであり、従来装置の欠点を克服
し、ミクロンオーダーの微細粉体であっても、粒子の凝
集、破壊を抑え、かつ装置壁面への付着もなく、大量の
粉体でも均一に高効率で表面改質することのできる新し
い装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の通り
の課題を解決するものとして、加圧気体の噴出によるコ
アンダフロー生成のための環状スリットとこのコアンダ
フローによる粉体の吐出手段とを有し、かつ吐出された
粉体に表面改質材を被覆または放射するための噴出手段
とを備えた改質部と、この改質部の周囲に配置した、改
質処理した粉体の搬送方向に対してその粉体流の周囲に
境界流としての気体を噴出する噴出手段を備えた境界流
生成部とを有する粉体表面の改質装置であって、前記境
界流生成部は、改質部に近い内側の境界流を生成させる
内側噴出手段と、その外側の境界流を生成させる外側噴
出手段とにより構成されており、内側噴出手段により生
成される境界流は、その風量が外側噴出手段により生成
される境界流よりも大きいことを特徴とする粉体表面の
改質装置を提供する。以下、図面に沿って、この発明の
装置について詳しく説明する。
【実施例】図3は、この発明の装置の基本について説明
するためのものである。また、図4は、この発明の装置
を例示したものである。たとえばこの図3および図4
例示したように、この発明に係わる粉体表面の改質装置
は、加圧気体(100)の噴出によるコアンダフロー生
成のための環状スリット(101)と、このコアンダフ
ローによる粉体(102)の吐出手段(103)とを有
し、しかも吐出された粉体(101)に表面改質材(1
04)を被覆、もしくは放射するための噴出手段(10
5)とを備えた改質部を配置している。同時に、この発
明の装置では、この改質部の周囲に、改質処理した粉体
(102)の搬送方向に対して、その粉体流の周囲に境
界流としての気体(106)を噴出する噴出手段(10
7)を備えた境界流生成部を配置してもいる。装置の基
本を示した図3では、この境界流生成部は一つの噴出手
段により構成されているが、図4のこの発明の例では、
境界流生成物は、二つの、つまり内側と外側の境界流を
生成させる二重の噴出手段により構成されている。改質
部においてはコアンダフローの生成とその利用を必須と
しており、図1および図2にも対応するように、図3に
示したとおりの分配室(108)から環状スリット(1
01)を介して湾曲もしくは傾斜面(109)に沿って
流れる加圧気体(100)はコアンダフロー、たとえば
コアンダスパイラルフローを生成し、粉体(102)の
供給口(110)には強い圧吸引を生じる。粉体(1
02)は、この生成されたコアンダフローによって吐出
手段(103)から吐出される。この時、粉体(10
2)の流れには、軸集中現象が見られる。そして、スパ
イラルフローの特徴のある流れが生じる。環状スリット
(101)の径よりも、吐出手段(103)としてのノ
ズル吐出口の内径を小さくする場合には、上記のコアン
ダスパイラルフローが生じる。吐出された粉体(10
2)に対しては、噴出手段(105)より表面改質材
(104)を噴出させて表面の被覆等の改質を行う。こ
の際に、噴出手段(105)は、粉体(102)の吐出
手段(103)に隣接して、もしくはある空隙を置い
て、粉体吐出流の周囲に複数個のノズルとして、あるい
は環状多孔管として、あるいは環状ノズル等として適宜
に配置することができる。この場合、改質材(104)
としては、気体状、液体状等の各種の状態であってよ
く、空気、不活性ガス等のキャリアガスとともに加圧状
態で噴出させることができる。改質材(104)は、粉
体(102)の表面を被覆するもの、表面反応によって
改質するものなどの適宜な種類のものとすることができ
る。たとえば、ガラス、セラミックス、その他の無機質
粉体の表面改質のためのシランカップリング剤等の有機
シラン改質材、UV硬化性あるいは熱硬化性樹脂、有機
ポリマー粉体の改質のための反応性ガス、反応性液体、
あるいは薬剤コーティングのための被覆材等が例示され
る。もちろん、この発明の方法が対象とする粉体(10
2)は、その種類、形状に特段の限定はなく、金属、無
機物、高分子等の適宜な種類の粒状、ペレット状、短繊
維状、あるいは不定形状等の任意のものでよく、その大
きさはミクロンまたはサブミクロンオーダーの微細粉体
までも対象として扱うことができる。特にこの発明は、
微細な短繊維状粉体の表面被覆法として有用なものでも
ある。これらの粉体(102)の吐出のための加圧気体
(100)の加圧度は、粉体の大きさ、処理量等によっ
ても相違するが、たとえば1〜10kg/cm2 程度と
することができる。改質材(104)の噴出についても
同程度とすることができ、液状改質材の場合には、空気
あるいは不活性ガスとの混合状態として霧状に噴出手段
(105)より噴出させてもよい。境界流としての気体
(106)を噴出させるための噴出手段(107)につ
いても適宜な形状、構造が可能である。図3および図4
に例示したように、環状スリット(111)状の形状と
してもよいし、複数のノズルからの噴出としてもよい。
そして、この境界流の生成については、より大量の粉体
(102)を高効率で処理するために、図4に例示した
ように、改質部に近い内側の境界流を生成させる内側噴
出手段と、その外側の境界流を生成させる外側噴出手段
とにより構成されるようにする。この場合、改質部に対
してより内の境界流(A)の単位時間当りの風量を外
の境界流(B)よりも大きくする装置の内壁面への
改質材や改質粉体の付着を抑止する上で有効である。図
4に示したように、この境界流(A)は、いわゆる強制
サイクロン流として導入されてもよい。改質例 実際、装置の内径600mmのものを、図4に示した構
成において使用した。粉体(102)としてはチタン酸
カリウム(K2 O.6TiO2 )繊維を用いた。平均長
10〜20μm、径0.2〜0.5μmのものとした。
この粉体を100〜200g/minの供給速度で導入
し、加圧気体(100)として、4kg/cm2 の圧力
の空気を用いた。5%シラン含有エチルアルコールから
なる有機シラン改質材を液流量100〜200g/mi
nとして、1kg/cm2 の加圧空気によって霧状とし
て噴出手段(105)より噴出させた。境界流(A)
(B)は、各々、約80−150℃の熱風を用い、全体
で15m3 /minで供給し、A/Bの流量配分は、
2:1または4:3とした。シラン剤で表面被覆された
チタン酸カリウム繊維を得た。チタン酸カリウムは親水
性で、通常はメタクリル酸メチル(溶剤)等には分散し
ないが、上記のシラン処理したものは、きれいに分散し
た。チタン酸カリウム繊維の凝集、破損はなく、また装
置壁面へのこの繊維やシラン被覆材の付着は認められな
かった。
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、粉体の2次凝集を抑え、粉体の破損をともなうこと
なく、装置内壁面への改質材や粉体の付着を抑え、均
一、かつ高効率での表面改質が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】すでに提案している従来装置の一例を示した断
面図である。
【図2】従来装置の他の例を示した断面図である。
【図3】この発明の装置の基本を示した断面図である。
【図4】この発明の装置の実施例を示した断面図であ
る。
【符号の説明】
1 供給口 2 吐出口 3 環状スリット 4 傾斜面 5 気体供給管 6 分配部 7 環状スリット 8 傾斜面 9 分配部 10 気体供給管 11 液体供給管 12 吐出口 13 搬送管路 100 加圧気体 101 環状スリット 102 粉体 103 吐出手段 104 表面改質材 105 噴出手段 106 気体 107 噴出手段 108 分配室 109 傾斜面 110 供給口 111 環状スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B22F 1/02 B22F 1/02 Z (56)参考文献 特開 平3−202137(JP,A) 特開 平3−42029(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧気体の噴出によるコアンダフロー生
    成のための環状スリットとこのコアンダフローによる粉
    体の吐出手段とを有し、かつ吐出された粉体に表面改質
    材を被覆または放射するための噴出手段とを備えた改質
    部と、この改質部の周囲に配置した、改質処理粉体の搬
    送方向に対してその粉体流の周囲に境界流としての気体
    を噴出する境界流噴出手段を備えた境界流生成部とを有
    する粉体表面の改質装置であって、前記境界流生成部
    は、改質部に近い内側の境界流を生成させる内側噴出手
    段と、その外側の境界流を生成させる外側噴出手段とに
    より構成されており、内側噴出手段により生成される境
    界流は、その風量が外側噴出手段により生成される境界
    流よりも大きいことを特徴とする粉体表面の改質装置。
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