JP4217901B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に塗料、インキ等に配合される顔料ペーストの製造に使用される攪拌装置に係り、２次粒子からなる顔料の凝集体を一次粒子にして顔料ペーストに分散させるための分散装置に供給する顔料ペーストを混合攪拌するための攪拌装置に関する。

従来、塗料、インキ等の着色液は、クリヤーワニスに顔料ペーストを配合したものが一般的に使用されている。顔料ペーストは、一般には、顔料、樹脂、有機溶剤等の原料を配合し、攪拌装置において混合してミルベースとし、このミルベースをビーズミル分散装置等の連続式分散装置に数回パスして顔料分散させる工程を経て製造されている。

具体的には、供給槽に貯蔵された未処理の顔料ペーストを分散装置に供給し、分散装置で分散し得られた顔料ペーストを一旦受槽に貯蔵して、１回目の顔料分散処理が終わった後に、今度は逆に受槽に貯蔵された顔料ペーストを分散装置に戻して分散し、２回目の顔料分散処理した顔料ペーストを元の供給槽に戻して貯蔵し、そしてこれらの処理を複数回繰り返すことにより顔料分散する工程が一般的に採用されていた。しかしながら、上記の製造工程では、供給槽と受槽との２つの槽が必要であること及びこれらの槽との切替操作が必要であること等の問題があった。

そのため、攪拌装置と分散装置とを循環ラインで接続し、両装置間に顔料ペーストを循環させることにより、供給槽と受槽を一つにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ローター回転によって生じる遠心力の作用によって顔料ペーストと分散媒体とを分離する機構を有する従来のビーズミル装置（特許文献１〜３参照）は、処理能力（流量）が大きいこと、循環分散が可能なことから槽が一個で済むこと、槽が一個で済むので供給槽と受槽の切替操作が必要でなくなるといった利点がある。しかしながら、上記したビーズミル装置を使用して顔料分散混合処理したとしても、攪拌装置での攪拌混合が十分でない場合にはミルベースが攪拌装置（例えば、アンカー型、プロペラ型）を通して流入及び流出する際に短絡する可能性があること、また槽内に流れの悪い滞留部があると顔料分散の効率が低下するといった欠点があった。

そのため、攪拌装置内の攪拌混合を効率良くするために高速攪拌機と槽壁に滞留したミルベースを掻きとる低速のアンカー型攪拌翼とを備えた二軸ミキサーが開発されている。しかしながら、該二軸ミキサーは設備コストが高いこと、及び槽璧とアンカー型攪拌翼との間隔が狭いので洗浄溶剤噴射によるミルベースの洗浄が困難となるため頻繁に品種替する塗料製造に適用した際には洗浄性に問題が残されている。

また、上記した攪拌装置以外に、例えば、一軸ミキサーが従来から公知であるが（例えば、特許文献４，５参照）、これらの攪拌装置は、単に槽内の処理液を均一に混合するものには適しているが、処理液を該槽上部に設けられたリターン配管から槽内部に送り込みそして槽下部から取出し、そして取出された処理液は分散装置を通して該リターン配管に戻すような循環分散システムとして使用した場合には、槽内の処理液の循環流が早くなるにつれて、リターン配管から供給された処理液は槽下部から瞬時に取出されるために槽内で混合されずに短絡がおこるといった欠点があった。更に、攪拌装置の槽内壁面部の処理液を掻き取り混合循環する効果がアンカー型攪拌翼と比較して弱いため、構造粘性が高い顔料ペーストでは槽内の壁面に滞留し易くなるため混合攪拌が劣るといった欠点があった。

上記諸問題を解消すべく、本発明者等は、パドル翼の構成に改良を加えて、大流量速循環システムに適用可能で、処理液の多品種、液量の変動、低粘度から高粘度までの粘度の異なった処理液の混合分散性や洗浄性等に優れた攪拌装置を提案した（特許文献６）。
特開平８−２６６８８０号公報 特公平６−２８７４５号公報 特開２００２−２０４９６９号公報 特許第３２２４４９８号公報 特公平１−３７１７３号公報 特許第３１８９０４７号公報

本願発明者等により提案された上記改良型攪拌装置は、洗浄液を循環させることにより平パドル翼及び攪拌槽内壁を洗浄することができ、また、平パドル翼を採用しているため上記従来の二軸ミキサーに比べて洗浄性は格段に優れているけれども、平パドル翼周縁の周端面（平坦面）に付着した顔料ペーストや、攪拌槽の底部に付着した顔料ペーストがやや落ちにくいことがあった。

上記改良型攪拌装置を洗浄する場合、例えば、攪拌槽内に洗浄液を溜め、平パドル翼を正逆回転させることにより、平パドル翼及び攪拌槽内壁を洗浄する。なお、この際、洗浄液は、ビーズミル装置と攪拌装置を接続する循環経路を循環させることにより、ビーズミル装置内部も同時に洗浄する。

本発明者等は、鋭意研究の結果、従来の改良型攪拌装置を含め従来技術においては、攪拌翼の周端縁が図８に断面で示すように平坦面であるため、循環分散時において、攪拌翼の周囲の平坦面に付着した顔料ペーストが滞留しやすく、分散性能が低下すること、また、攪拌翼の平坦面に付着した顔料ペーストは固着しやすく、洗浄ノズルより噴射した洗浄液によっても十分に洗浄できないことを見出した。

また、本発明者等は、攪拌槽の上部に設けられた処理液供給口から供給され底部に設けられた処理液取出口から排出され、ビーズミル装置との循環経路を通って攪拌装置とビーズミル装置とを循環する洗浄液の流れが、攪拌槽の底部においても滞留することがあることを見出した。

そこで、本発明は、パドル翼及び攪拌槽の洗浄性を向上させた攪拌装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る攪拌装置は、上部に処理液供給口を備え底部に処理液取出口を備え周囲が円筒状をした攪拌槽と、攪拌槽の内部に垂設された回転軸と、該回転軸に取り付けられた平パドル翼と、を有し、前記平パドル翼は、前記回転軸の底部から側方に延在する底部平パドル翼部と、該底部平パドル翼部の両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部とを有し、前記平パドル翼の周縁部が、表裏両面に形成された傾斜面によって先細状とされていることを特徴とする。

前記平パドル翼の周縁部が前記傾斜面の対によってＶ字状端面形状を有し、該傾斜面の各々は、平パドル翼の平坦面とのなす角（θ１）が１００°〜１４０°の範囲内に形成されていることが好ましい。

前記攪拌槽の底部形状は、底方が狭い円錐形状若しくは円錐台形状であり、前記底部平パドル翼部の底辺形状が所定間隙を介して前記攪拌槽の底面と平行に形成されていることが好ましい。

前記攪拌槽の底部円錐面は、水平面とのなす角度（θ２）が５°〜３０°の傾斜を有することが好ましい。

前記攪拌槽の内径（ａ）と前記底部平パドル翼部の翼径（ｂ）との寸法比（ｂ／ａ）が０．６〜０．９であり、前記底部平パドル翼部の高さ（ｃ）と前記上部平パドル翼部の高さ（ｄ）との寸法比（ｄ／ｃ）が１〜４であることが好ましい。

前記底部平パドル翼部の翼径（ｂ）と上部平パドル翼部の幅（ｅ）との寸法比（ｅ／ｂ）は、０．０５〜０．２であることが好ましい。

前記底部平パドル翼部は、翼径（ｂ）と高さ（ｃ）の寸法比（ｃ／ｂ）が０．４〜１．０であることが好ましい。

本発明に係る攪拌装置の好適な実施形態について、以下に図１〜７を参照しつつ説明する。

攪拌装置１は、攪拌槽２と、攪拌槽２の槽内中心部に垂設された回転軸３と、回転軸３に取り付けられた平パドル翼４と、を有している。

攪拌槽２は、上部に処理液供給口５を備え、底部に処理液取出口６を備えており、周側面は円筒状であって、底部形状は、底方が狭い円錐台形状をなしている。また、攪拌槽２は、上部に洗浄液供給口７を別途設けることができる。

平パドル翼４は、回転軸３の底部から側方に延在する底部平パドル翼部４ａと、底部平パドル翼部４ａの両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部４ｂとを有している。

底部平パドル翼部４ａは、その底辺形状が攪拌槽２の底部円錐面と平行な傾斜辺によって形成され、攪拌槽２の底面との間に所定の間隙を有している。

上部平パドル翼部４ｂは、回転軸３に対して左右対称に配設されている。回転軸３は、槽外に配置された駆動装置８によって回転駆動し、回転軸３が回転駆動することにより、平パドル翼４が攪拌槽２の円筒状をした内周壁面近傍を円周方向に回転しながら通過する。

平パドル翼４は、図２及び図３に断面形状を示したように、その全周縁部が、表裏両面に形成された傾斜面４ｃ、４ｃによって先細状に形成され、Ｖ字状断面形状を有している。傾斜面４ｃ、４ｃは、図２及び図３に示す例では平坦面であるが、図４に断面図で示すような湾曲面によって形成することもできる。また、傾斜面４ｃ、４ｃによる先細状の先端は、図２及び図３に示す例では尖っているように記載されているが、例えば、図４に示すような丸みを帯びたＵ字状断面形状とすることもできる。なお、図２〜図４において上部平パドル翼部４ｂの断面形状のみ示したが、底部平パドル翼部４ａにおいても同様である。

底部平パドル翼部４ａは、図５に示すように、攪拌槽２の内径ａと翼径ｂとの寸法比（ｂ／ａ）が０．６〜０．９、好ましくは０．６〜０．８の範囲内となるように設計されている。寸法比（ｂ／ａ）が０．６未満になると、攪拌槽２の内径に比して翼径が小さくなりすぎるために槽壁面に滞留する顔料ペーストが多くなり、一方、寸法比（ｂ／ａ）が０．９を超えると、攪拌槽２の内径に比して翼径が大きくなり過ぎるために顔料ペーストの短絡が生じ易くなるからである。

また、平パドル翼４は、底部平パドル翼部４ａの高さｃと上部平パドル翼部４ｂの高さｄとの寸法比（ｄ／ｃ）が１〜４、好ましくは１〜３の範囲内に設計されている。この高さの寸法比（ｄ／ｃ）が、１未満、つまり上部平パドル翼部４ｂの高さｄが底部平パドル翼部４ａの高さｃに比して低くなり過ぎると、攪拌時の所要動力が大きくなるため、製品のコストが高くなったり、機械に負担がかかるため老朽を早めたり、また顔料ペーストの短絡も起こり易くなるといった欠点があり、一方、寸法比（ｄ／ｃ）が４を超えると、つまり上部平パドル翼部４ｂの高さｄが底部平パドル翼部４ａの高さｃに比して高くなり過ぎると槽内で顔料ペーストが均一に混合できないといった欠点があるからである。

さらに、平パドル翼４は、平パドル翼４の全高ｈ（ｄ＋ｃ）と、攪拌槽２の内径ａとの寸法比（ｈ／ａ）が０．８〜１．５、好ましくは１．０〜１．３の範囲内となるよう設計されている。この高さの寸法比（ｈ／ａ）が０．８未満、つまり平パドル翼４の全高ｈが攪拌槽２の内径ａに比して短くなり過ぎると、顔料ペーストの短絡が起こり易くなるといった欠点があり、一方、寸法比（ｈ／ａ）が１．５を超えると、つまり平パドル翼４の全高ｈが攪拌槽２の内径ａに比して長くなり過ぎると槽内で顔料ペーストが均一に混合できないといった欠点があるからである。

矩形状をした上部平パドル翼部４ｂは、高さ方向に長い矩形状の翼であり、その幅ｅは、底部平パドル翼部４ａの翼径との長さｂとの寸法比（ｅ／ｂ）が０．０５〜０．２、好ましくは０．０６〜０．１５の範囲内になるように設計することが好ましい。寸法比（ｅ／ｂ）が０．０５未満になると槽内面近傍にある顔料ペーストを掻きとる効果が少なくなり、一方０．２を超えると顔料ペーストの短絡が起こりやすくなるからである。

また、底部平パドル翼部４ａの高さｃと翼径ｂとの寸法比（ｃ／ｂ）は、０．４〜１．０が好ましく、より好ましくは、０．５〜０．７である。寸法比（ｃ／ｂ）が０．４未満になると攪拌効果が低下し、一方、寸法比（ｃ／ｂ）が１．０を越えると装置にかかる負担が大きくなり老朽化を速めるからである。

平パドル翼４は、１枚で構成されていることが好ましい。また、平パドル翼４を構成する材質は、制限されず従来から攪拌翼で使用されている材質を使用することができるが、特に耐久性、強度の面からステンレスを使用することが好ましく、洗浄性を向上させるために、表面を鏡面仕上げとするか、表面にフッ素樹脂コーティング又はグラスライニングを施すことが好ましい。なお、攪拌槽２の容量が５００リットルの場合、平パドル翼４の厚みは、１０〜３０ｍｍである。

攪拌槽２の容量は、特に制限されないが一般的には約２リットル〜約１００００リットルの範囲内である。

上記構成を有する攪拌装置は、主として分散装置と接続された循環分散ラインに組み込まれて使用される。図６に、循環分散ラインの一例を図示し、以下、その説明をする。図示例では、循環分散ラインに加えて循環洗浄ラインを備える例を示しており、これについても併せて説明する。

攪拌槽２に設けられた処理液供給口５と処理液取出口６とは、第１のポンプ１０及び分散装置１１を通して配管接続され、循環分散ラインが構成されている。 図示例では、処理液取出口６，配管１２ａ、第１のポンプ１０、配管１２ｂ、第１の方向切換弁１３，配管１２ｃ、分散装置１１，配管１２ｄ、第２の方向切換弁１４、配管１２ｅ、処理液供給口５の順に接続されて、循環分散ラインが構成されている。

第１のポンプ１０は、図示例において分散装置１１と処理液取出口６との間に設置されている。

配管１２ｄと配管１２ｅとの間に設けられた第２の方向切換弁１４は、循環分散ラインから製品タンク１５に接続された排出用配管１５ａに切り換えることができるようになっている。

なお、分散装置１１は、特に制限されず従来から公知の顔料分散装置を使用することができるが、特に処理流量が大きくとれるビーズミル分散装置等を使用することが好ましい。

循環分散ラインでは、攪拌装置１の平パドル翼４を回転駆動させることにより混合攪拌された顔料ペーストを、処理液取出口６を通じて攪拌槽２から取出し、分散装置１１に供給し、分散装置１１において分散された顔料ペーストを、処理液供給口５を通じて攪拌槽２内に戻すというサイクルを繰り返すことで循環分散を行う。

次に上記循環洗浄ラインについて説明する。循環洗浄ラインは、攪拌槽２内及び分散装置１１内を溶剤や水等の洗浄液によって洗浄するのに使用されるものである。

循環洗浄ラインは、洗浄液タンク２０と、洗浄液供給口７に接続された洗浄ノズル２１と、洗浄液を輸送するための輸送路、即ち、配管１２ａ、第１のポンプ１０，配管１２ｂ、第１の方向切換弁１３、配管２２ａ、第３の方向切換弁２３、配管２２ｂ、２２ｃ、及び第２のポンプ２４、配管２２ｄ等と、で構成される。

配管１２ｂと配管２２ａとの間に設けられた第１の方向切換弁１３は、循環分散ラインと循環洗浄ラインとを切り換えることができるようになっており、各ラインの循環用ポンプとして第１のポンプ１０を共用できるようになっている。また、洗浄液タンク２０と洗浄ノズル２１とを接続する配管２２ｃと配管２２ｄとの間に設けた第２のポンプ２４は、後述するように、洗浄液タンク２０の洗浄液を、攪拌槽２に供給する。洗浄液は、洗浄ノズル２１からシャワー状に攪拌槽２内に噴射されることが好ましい。

循環分散ラインでの顔料分散を終了した後、顔料ペーストを第２の方向切換弁１４を介して製品タンク１５に排出してから、攪拌槽２内や分散装置１１内に残存している顔料ペーストを洗浄して除去する。

具体的には、循環分散ラインから顔料ペーストを製品タンク１５に排出した後、第２のポンプ２４を駆動して、洗浄液タンク２０から攪拌槽２に洗浄液を供給する。この際、洗浄ノズル２１から洗浄液をシャワー状に噴射することにより、初期洗浄がなされる。攪拌槽２に洗浄液が或る程度溜まったところで、第２のポンプ２４を停止し、第１のポンプ１０を駆動して循環分散ラインに洗浄液を循環させる。その際、平パドル翼４を正逆回転させることにより、平パドル翼４と攪拌槽２内壁が同時に洗浄される。洗浄液が循環分散ラインを循環している間に、分散装置も駆動させておくことで、分散装置の洗浄も効率よく行われる。

循環分散ラインの洗浄を終えた後、第１の方向切換弁１３を循環洗浄ラインに切り換え、循環洗浄ラインに洗浄液を循環させて、攪拌槽２及び平パドル翼４を洗浄する。

なお、この際、洗浄液タンク２０の液面を検知し、その検知信号に基づいて、洗浄液タンク２０内の洗浄液が溢れないように、第１のポンプ１０と第２のポンプ２４の双方を駆動制御しつつ、洗浄液を循環洗浄ラインで循環させても良い。この場合、洗浄液の循環は、連続的でなく、間欠的であっても良い。

循環洗浄ラインでの循環洗浄を終えると、第３の切換弁２３を廃液タンク２５の側に切り換えて、洗浄液の廃液を配管２５ａから廃液タンク２５に排出する。

上記した方向切換弁の切り換え、及びポンプの駆動・停止は、シーケンス制御により自動制御することができ、それにより、洗浄時間を短縮でき、洗浄用溶剤又は洗浄用水の使用量を削減することができる。

平パドル翼４は、上記したように、その周縁部が、表裏両面に形成された傾斜面４ｃ、４ｃによって先細状に形成されているため、図７に洗浄液の流れ（破線矢印）とともに断面図で示すように、平パドル翼４が正回転及び逆回転する際（図７では、一方向のみ図示）に、それぞれの傾斜面に付着している顔料ペーストが、洗浄液の流れに押されて効率良く除去される。
斯かる効率の観点から、平パドル翼４の周縁部が傾斜面４ｃ，４ｃによってＶ字状端面形状とされている場合は、傾斜面４ｃの各々は、平パドル翼４の平坦面（正面又は裏面）とのなす角θ１（図２参照）が１００°〜１４０°の範囲内に形成されていることが好ましい。この傾斜角度θ１が１００°未満であると、平坦面に顔料ペーストが付着し易くなるからであり、傾斜角度θ１が１４０°を越えると、平パドル翼４の強度が低下するとともに、フッ素樹脂コーティングやグラスライニングを施した場合にライニングに収縮応力が残留し剥離しやすくなるからである。

また、攪拌槽２は、上記したように、底部形状は、底方が狭い円錐台形状となっているので、洗浄液が分散ラインを循環する際に、底部の傾斜面に沿う層流を形成し、その結果、攪拌槽２の底部に付着した顔料ペーストが効率よく除去される。

斯かる効率の観点から、攪拌槽２の底部円錐面は、水平面とのなす角度θ２（図１参照）が５°〜３０°の傾斜を有することが好ましい。傾斜角度θ２が５°未満であると、タンクの胴部と底部との接合部周辺に顔料ペーストが滞留しやすくなって、循環洗浄時に顔料ペーストが処理液取出口６へ流れにくくなるからであり、傾斜角度θ１が３０°を越えると、顔料ペーストの短絡が起こりやすくなるからである。

なお、顔料ペーストは、粘度０．０１Ｐａ・ｓｅｃ〜１００Ｐａ・ｓｅｃ、特に０．１Ｐａ・ｓｅｃ〜１０Ｐａ・ｓｅｃの範囲内、 Ｔｉ値１〜１０、特に１〜５の範囲内のものを処理することが好ましい。該Ｔｉ値はチクソトロピックインデックスの略であり、ＪＩＳ Ｋ５１０１−６−２に記載の回転粘度法で測定（温度２０℃、ロ−タ−回転数６及び６０ｒｐｍ）した数値をｍＰａ・ｓに換算し、６ｒｐｍにおける見掛け粘度ｍＰａ・ｓ／６０ｒｐｍにおける見掛け粘度ｍＰａ・ｓで算出した値である。

本発明に係る攪拌装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る攪拌装置の構成要素である平パドル翼の他の形態を示し、図１のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。 図１の攪拌装置を示す縦断面図である。 図１の攪拌装置を適用したシステムを示すシステム系統図である。 図１の攪拌装置の構成要素である平パドル翼の作用を示す説明図である。 従来の平パドル翼の使用状態を示す水平断面図である。

符号の説明

１ 攪拌装置
２ 攪拌槽
３ 回転軸
４ 平パドル翼
４ａ 底部平パドル翼部
４ｂ 上部平パドル翼部
５ 処理液供給口
６ 処理液取出口

Claims (7)

1. 上部に処理液供給口を備え底部に処理液取出口を備え周囲が円筒状をした攪拌槽と、攪拌槽の内部に垂設された回転軸と、該回転軸に取り付けられた平パドル翼と、を有し、
   前記平パドル翼は、前記回転軸の底部から側方に延在する底部平パドル翼部と、該底部平パドル翼部の両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部とを有し、前記平パドル翼の周縁部が、表裏両面に形成された傾斜面によって先細状とされていることを特徴とする攪拌装置。
2. 前記平パドル翼の周縁部が前記傾斜面によってＶ字状端面形状を有し、該傾斜面の各々は、平パドル翼の平坦面とのなす角（θ１）が１００°〜１４０°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
3. 前記攪拌槽の底部形状が、底方が狭い円錐形状若しくは円錐台形状であり、前記底部平パドル翼部の底辺形状が所定間隙を介して前記攪拌槽の底面と平行に形成されていることを特徴とする請求項２記載の攪拌装置。
4. 前記攪拌槽の底部円錐面は、水平面とのなす角度（θ２）が５°〜３０°の傾斜を有することを特徴とする請求項３記載の攪拌装置。
5. 前記攪拌槽の内径（ａ）と前記底部平パドル翼部の翼径（ｂ）との寸法比（ｂ／ａ）が０．６〜０．９であり、前記底部平パドル翼部の高さ（ｃ）と前記上部平パドル翼部の高さ（ｄ）との寸法比（ｄ／ｃ）が１〜４であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の攪拌装置。
6. 前記底部平パドル翼部の翼径（ｂ）と上部平パドル翼部の幅（ｅ）との寸法比（ｅ／ｂ）が、０．０５〜０．２であることを特徴とする請求項５記載の攪拌装置。
7. 前記底部平パドル翼部は、翼径（ｂ）と高さ（ｃ）の寸法比（ｃ／ｂ）が０．４〜１．０であることを特徴とする請求項５又は６に記載の攪拌装置。

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