JP4368121B2

JP4368121B2 - 液体と粉体の混合方法及び混合装置

Info

Publication number: JP4368121B2
Application number: JP2003079415A
Authority: JP
Inventors: 忠史矢野; 公彦阿部
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004283732A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体と粉体の混合方法及び混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリウレタン原料の配合等の際には、ドラム缶等からなる混合槽に液体原料を投入しさらに粉体原料を投入して各種原料の混合を行うことがある。前記ポリウレタン原料の配合等に多用されている簡易な混合方法として、従来、図２に示すような混合槽（ドラム缶で代用されることも多い）５１内に液体５２と粉体５３を投入し、前記液体５２内に挿入したプロペラミキサー５４の攪拌羽根５５を回転させることにより行うものが知られている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−７５６９８号公報（段落００２、図１０参照。）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の混合方法によると、前記液体５２に粉体５３を投入して攪拌すると、前記粉体５３の表面が前記液体５２によって濡れることなく液面５６に前記粉体５３が堆積した状態になり、前記粉体５３が前記液体５２内に沈降することなく前記液面５６で回転していることが多く、混合効率の悪い場合がある。特にポリウレタン原料のように、液体のポリオールがフィラーの粉体の比重よりも高く、しかもフィラーの粉体が液体のポリオールに対して濡れ性の低い場合には、前記粉体と前記液体の十分な混合が一層難しくなる。
【０００５】
また、前記液面５６の近くで前記攪拌羽根５５を回転させることによって、前記粉体５３を前記液体５２内に沈めながら攪拌することも考えられるが、その場合には前記液面５６付近のみが攪拌されて、前記液体５２全体を効率的に攪拌混合できない問題がある。しかも、ポリウレタンの製造にあっては、前記混合不良の原料を用いると、反応しない場合や、反応しても得られる製品が物性の低いものになり易い。
【０００６】
本発明は前記の点に鑑みなされたもので、液体と粉体の混合攪拌を効率よく行うことのできる混合方法及び混合装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、混合槽に液体と粉体を投入し、前記混合槽内の前記液体中に挿入したプロペラミキサーの撹拌羽根を回転させて前記液体と前記粉体とを混合する方法において、前記液体の主成分がポリオールからなり、前記粉体の投入とは別個に前記液体内に気泡を放出しながら前記撹拌羽根の回転を行い、前記液体内への気泡の放出位置と前記プロペラミキサーの回転軸の中心との距離が、前記プロペラミキサーの回転軸の中心と前記攪拌羽根先端間の距離より小であり、気泡吹き出口の内径が２０〜５０ｍｍであることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記液体内への気泡の放出位置が、前記プロペラミキサーの攪拌羽根の高さ位置と前記液体の液面位置との間にあって、前記液体の液面と気泡吹出口の距離が１０〜５０ｃｍであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、ポリオールを主成分とする液体及び粉体を収容可能な混合槽と、前記液体及び粉体が前記混合槽内に投入された際に前記液体内となる位置に攪拌羽根が配置されたプロペラミキサーと、前記液体が前記混合槽内に投入された際に前記液体内となる位置に配置された気泡のみを吹き出す気泡吹き出し口を備え、前記プロペラミキサーの回転軸の中心と前記気泡吹き出し口の距離が、前記プロペラミキサーの回転軸の中心と前記攪拌羽根先端間の距離より小であり、前記気泡吹き出口の内径が２０〜５０ｍｍであることを特徴とする混合装置に係る。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３において、前記気泡吹き出し口が、前記プロペラミキサーの攪拌羽根の高さ位置と前記液体の液面位置との間にあって、前記液体の液面と気泡吹出口の距離が１０〜５０ｃｍであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係る混合装置の断面図である。図１に示す混合装置１０は、混合槽１１、プロペラミキサー２１、気泡吹き出しノズル３１を備える。なお、図中の符号Ｂは気泡である。
【００１２】
混合槽１１はドラムタンク等の容器でも代用可能であるが、この実施例では金属製の槽からなり、下側の本体１１Ａと上側の蓋体１１Ｂとで構成され、内部に液体と粉体を所要量収容可能な収容空間１２を有する。
【００１３】
プロペラミキサー２１は、駆動モータ２２で回転する回転軸２３の先端に攪拌羽根２４が取り付けられ、前記駆動モータ２２の作動で前記攪拌羽根２４が回転可能とされた公知のものである。この実施例では、前記プロペラミキサー２１は、前記駆動モータ２２が前記混合槽１１の上方外部に配置され、前記駆動モータ２２から前記回転軸２３が下向きに前記混合槽１１内に挿入されて、前記回転軸２３の下端の攪拌羽根２４が前記混合槽１１の本体１１Ａ内の下部に配置される。前記攪拌羽根２４は、液体Ｌ及び粉体Ｐが前記混合槽１１に投入された際に前記液体Ｌ内となるように配置される。
【００１４】
気泡吹き出しノズル３１は、先端が気泡吹き出し口３２となったもので、後端がゴムホース等の屈曲可能な連結管３３に接続されている。前記連結管３３における前記気泡吹き出しノズル３１とは反対側の端部に、気泡吹き出し装置（図示せず）との連結口３４が設けられ、前記混合槽１１の蓋体１１Ｂを貫通して混合槽１１の外部に突出している。前記気泡吹き出し装置は、気泡を供給できるものであればよく、公知のエアーポンプ等を使用することができる。
【００１５】
前記気泡吹き出し口３２の垂直方向（高さ方向）の位置、すなわち前記液体Ｌ内への気泡の放出位置は、前記液体Ｌ及び粉体Ｐが前記混合槽１１内に投入された際に前記液体内となる位置にされる。さらに、前記気泡吹き出し口３２の垂直方向（高さ方向）の位置、すなわち前記液体Ｌ内への気泡の放出位置は、前記混合槽１１内に混合用の液体Ｌ及び粉体Ｐが投入された際に、前記プロペラミキサーの攪拌羽根２４の高さ位置と前記液体の液面Ｌ１位置との間ｋとされるのが好ましい。この範囲に気泡の放出位置を設定すれば、前記気泡吹き出し口３２から放出された気泡が、前記撹拌羽根２４の回転により生ずる渦内に分散して上昇し、効率よく液体と粉体の混合を行うことができる。さらに、液面Ｌ１から前記気泡吹き出し口３２の距離ｄ３は、１０〜５０ｃｍとするのが、気泡による攪拌向上性がより良好となるために特に好ましい。１０ｃｍより短いと前記粉体Ｐが前記プロペラミキサー２１の撹拌羽根２４の回転によって、前記液体Ｌの上方に舞い上がり易くなって液体Ｌとの混合性が低下し、それに対して５０ｃｍより長いと液体中に気泡が巻き込まれてしまって、気泡による混合効率上昇効果が十分に得られなくなる。特に前記液体Ｌの主要成分がポリオール等の粘性の高いものである場合には、前記気泡の巻き込みが顕著になりやすい。また、前記気泡吹き出し口３２から放出される気泡はサイズが大きすぎると潰れやすくなり、また小さすぎると気泡による混合効果が十分に得られなくなる。そのため、前記気泡吹き出し口３２の内径は２０〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００１６】
この実施例では、前記混合槽１１の蓋体１１Ｂから前記混合槽１１内に向けて設けられた支持棒部材４１に上下スライド可能に、かつ所望高さで位置固定可能にブロック状の保持部材４３が取り付けられ、前記保持部材４３に前記気泡吹き出しノズル３１が保持されている。そのため、前記液体Ｌ等の量によって変化する液面Ｌ１の位置に応じて、前記保持部材４３の高さを調節することにより、前記気泡吹き出しノズル３１の気泡吹き出し口３２の高さを、液体Ｌ内の所望位置にすることができる。
【００１７】
また、前記気泡吹き出し口３２の水平方向の位置、すなわち前記液体Ｌ内への気泡の放出位置は、前記プロペラミキサー２１の回転軸２３の中心と前記気泡吹き出し口（すなわち気泡の放出位置）３２の距離ｄ１が、前記プロペラミキサーの回転軸２３の中心と前記攪拌羽根先端間の距離ｄ２より小であるのが好ましい。このように気泡の放出位置を設定すれば、前記攪拌羽根２４の回転によって生じる液体Ｌの渦に前記気泡が分散し、効率よく液体と粉体の混合を行うことができる。
【００１８】
前記混合装置１０を用いて液体と粉体を混合する方法は、前記混合槽１１内に液体Ｌを所要量投入し、次に所要量の粉体Ｐを前記混合槽１１内に投入して、前記液体Ｌ内の気泡吹き出し口３２から気泡を吹き出しながら、前記液体Ｌ内で前記プロペラミキサー２１の攪拌羽根２４を回転させることにより行われる。その際の混合メカニズムは次のように推測される。まず、前記プロペラミキサー２１の回転軸２３付近では前記攪拌羽根２４の回転によって前記液体Ｌの渦が発生し、前記液体Ｌ内に放出された気泡が前記渦内を回転しながら上昇することで前記液面Ｌが波立つ。前記液面Ｌに堆積している前記粉体Ｐは、前記液面Ｌの波立ちによって液体Ｌに対する濡れを生じ、前記渦の流れにしたがって前記液体Ｌ内に引きずり込まれ、それによって前記液体Ｌ内に効率良く拡散する。なお、本発明を、液体Ｌの主成分がポリオールとされるポリウレタン原料の混合に適用する場合、混合に好ましい粉体Ｐとして、一般的に嵩比重が０．３〜１．０で真比重が１．２〜２．８のものを挙げることができる。
【００１９】
【実施例】
容量１トンの混合槽内に、ポリオール（品番：ＧＰ３０００，三洋化成工業製，比重１．０１２）、触媒１（品番：ＬＶ３３，中央油脂製）、触媒２（品番：ＭＲＨ１１０，城北化学製）、水、シリコン界面活性剤（品番：Ｂ８１１０，ゴールドシュミット製）を表１の配合割合にして合計５７６．５ｋｇを投入し、次に粉体の膨張性黒鉛（中央化成製，嵩比重０．６、真比重１．６）を５０ｋｇ投入した。その後、混合槽の液体内にプロペラミキサーの攪拌羽根（羽根の直径７００ｍｍ）を挿入し、また、気泡吹き出し口の内径が３０ｍｍの気泡吹き出しノズルを混合槽の液体内に挿入し、気泡吹き出し口から液体内に気泡を吹き出しながら、プロペラミキサーを回転速度６０ｒｐｍで１時間回転させて混合を行い、実施例の混合方法によるポリオール混合物（以下実施例のポリオール混合物）を得た。なお、エアー圧力０．６ＭＰａ、エアー流量１００Ｌ／ｍｉｎで気泡吹き出し口へエアーを供給することにより、気泡吹き出し口から気泡を液体内に吹き出させた。プロペラミキサーの攪拌羽根と液面間の距離は１１００ｍｍ、気泡吹き出し口と液面の距離は３０ｍｍ、プロペラミキサーの回転軸の中心と気泡吹き出し口の距離は４０ｍｍである。
【００２０】
また、液体内に気泡を吹き出さないことを除き、他の条件を前記と同様にして比較例の混合方法によるポリオール混合物（以下比較例のポリオール混合物）を得た。
【００２１】
【表１】

【００２２】
前記実施例のポリオール混合物及び比較例のポリオール混合物をそれぞれ前記攪拌混合後に混合槽の表面と混合槽の底部から採取して比重を測定した。測定結果は、実施例のポリオール混合物では表面での採取サンプルの比重が１．０２２、底部での採取サンプルの比重が１．０２１であったのに対し、比較例のポリオール混合物では表面での採取サンプルの比重が１．０６２、底部での採取サンプルの比重が１．０１５であった。このことにより、実施例のポリオール混合物では粉体が液体内に満遍なく拡散混合しているのに対し、比較例のポリオール混合物では粉体が液体の表面付近に偏っていて混合が不十分であることがわかる。
【００２３】
また、前記のようにして得られた実施例及び比較例のポリオール混合物に対して、イソシアネートとしてトルエンジイソシアネート（Ｔ−８０、日本ポリウレタン製）を表１の割合で用い、それぞれ低圧ポリウレタン発泡機によりポリウレタンフォームの発泡を行った。
【００２４】
実施例のポリオール混合物を用いて得られたポリウレタンフォーム（以下実施例のポリウレタンフォーム）と、比較例のポリオール混合物を用いて得られたポリウレタンフォーム（以下比較例のポリウレタンフォーム）に対して、ＪＩＳＫ６４００にしたがい密度（ｋｇ／ｍ^３）と硬さ（Ｎ）を測定し、またＦＭＶＳＳ３０２にしたがい燃焼性試験を行った。測定結果を表１の下部に示す。
【００２５】
実施例のポリウレタンフォームと比べると比較例のポリウレタンフォームは、密度及び硬さが低かった。また、実施例のポリウレタンフォームは燃焼試験で合格したが、比較例のポリウレタンフォームは燃焼試験で不合格となった。これらの原因は、ポリオール混合物中に粉体の膨張性黒鉛が良好に混合されているか否かによると考えられる。すなわち、実施例のポリオール混合物においては、粉体の膨張性黒鉛が良好に分散することによってポリオール混合物が増粘し、ポリオールとイソシアネートの反応熱により発泡成長するはずの気泡の成長が抑制され、低発泡倍率、高硬度になったと考えられる。また、燃焼性については、難燃剤として作用する粉体の膨張性黒鉛が、実施例のポリオール混合物に良好に混合された結果、実施例のポリウレタンフォーム中に膨張性黒鉛が良好に分散し、燃焼性が良好になったと考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、本発明によれば、液体と粉体を良好に混合することができ、ポリウレタンフォーム原料の混合に適用すれば、物性や難燃性の良好なポリウレタンフォームを得ることが可能になる。しかも、複雑な設備を必要とせず、混合効率を安価に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る混合装置の断面図である。
【図２】従来の混合装置の断面図である。
【符号の説明】
１０混合装置
１１混合槽
２１プロペラミキサー
２３回転軸
２４攪拌羽根
３１気泡吹き出しノズル
３２気泡吹き出し口
Ｂ気泡
Ｌ液体
Ｌ１液面
Ｐ粉体

Claims

混合槽（１１）に液体（Ｌ）と粉体（Ｐ）を投入し、前記混合槽内の前記液体中に挿入したプロペラミキサー（２１）の撹拌羽根（２４）を回転させて前記液体と前記粉体とを混合する方法において、
前記液体の主成分がポリオールからなり、
前記粉体の投入とは別個に前記液体内に気泡を放出しながら前記撹拌羽根（２４）の回転を行い、
前記液体内への気泡の放出位置と前記プロペラミキサーの回転軸の中心との距離（ｄ１）が、前記プロペラミキサーの回転軸の中心と前記攪拌羽根先端間の距離（ｄ２）より小であり、
気泡吹き出口（３２）の内径が２０〜５０ｍｍであることを特徴とする液体と粉体の混合方法。
前記液体内への気泡の放出位置が、前記プロペラミキサーの攪拌羽根（２４）の高さ位置と前記液体の液面（Ｌ１）位置との間ｋにあって、前記液体の液面（Ｌ１）と気泡吹出口（３２）の距離ｄ３が１０〜５０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の液体と粉体の混合方法。
ポリオールを主成分とする液体及び粉体を収容可能な混合槽（１１）と、前記液体及び粉体が前記混合槽（１１）内に投入された際に前記液体内となる位置に攪拌羽根（２４）が配置されたプロペラミキサー（２１）と、前記液体が前記混合槽内に投入された際に前記液体内となる位置に配置された気泡のみを吹き出す気泡吹き出し口（３２）を備え、
前記プロペラミキサーの回転軸（２３）の中心と前記気泡吹き出し口（３２）の距離（ｄ１）が、前記プロペラミキサーの回転軸（２３）の中心と前記攪拌羽根先端間の距離（ｄ２）より小であり、
前記気泡吹き出口（３２）の内径が２０〜５０ｍｍであることを特徴とする混合装置。
前記気泡吹き出し口（３２）が、前記プロペラミキサーの攪拌羽根（２４）の高さ位置と前記液体の液面（Ｌ１）位置との間ｋにあって、前記液体の液面（Ｌ１）と気泡吹出口（３２）の距離ｄ３が１０〜５０ｃｍであることを特徴とする請求項３に記載の混合装置。