JP4484563B2 - 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中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６参照）。
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

しかしながら、ビーズミル内では分散媒体とローターやベッセルとの摩擦及び分散媒体同士の摩擦によって生じる熱量が、ビーズミルのベッセルでの冷却量に比較して大きいため、顔料ペーストの温度が上昇する。顔料ペーストは、温度上昇により変質を生じることがあり、顔料ペーストが発生する熱量は、粘度が高くなるにつれて顕著となる。

そこで、本発明は、本願発明者等により提案された上記改良型攪拌装置について、平パドル翼及び攪拌槽に更なる改良を加え、主として冷却効率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であって、前記回転軸及び前記平パドル翼の内部に冷媒を通すための流路を形成したことを特徴とする。

前記攪拌槽は、その周囲にジャケット型冷却器を更に備えることが好ましい。

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及び図２を参照しつつ説明する。図１は、攪拌装置の内部構造を示す縦断面図であり、図２は、図１の平パドル翼部の内部構造を一部省略して示す縦断面図である。

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を備えるとともに、周側面は円筒状であって、周囲にジャケット型冷却器２ａを備えている。ジャケット型冷却器は、公知の構成を採用することができ、内部に冷却水等の冷媒を循環させることができるようになっている。攪拌槽２の底部形状は、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、７が設けられている。

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によってプーリ９、プーリベルト１０、プーリ１１を介して回転駆動し、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。

回転軸３及び平パドル翼４には、回転軸３を通って平パドル翼４の内部に冷媒を通すための流路１２が形成されている。平パドル翼４に形成されている流路１２は、底部平パドル翼部４ａ及び上部平パドル翼部４ｂに形成することが好ましい。

図示例では、回転軸３の内部が二重管構造となっており、冷媒は、図２に流れを矢印で示すように、内側の管３ａによって形成される流路１２を通って平パドル翼４の内部に形成された流路１２を流れた後、前記二重管の外側の管３ｂによって形成される流路１２を通って、排出される。回転軸３の上端には、二重管に対応した複式のロータリージョイント１３が取り付けられていて、回転軸３の回転中においても、回転軸の上端から冷媒を供給し排出することができるようになっている。

底部平パドル翼部４ａは、図３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。

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好ましく、洗浄性の面からは、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４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システム例を示しており、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１４及び分散装置１５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１６ａ、第１のポンプ１４、配管１６ｂ、第１の方向切換弁１７，配管１６ｃ、分散装置１５，配管１６ｄ、第２の方向切換弁１８、配管１６ｅ、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１４は、図示例において分散装置１５と処理液取出口６との間に設置されている。

配管１６ｄと配管１６ｅとの間に設けられた第２の方向切換弁１８は、循環分散ラインから製品タンク１９に接続された排出用配管１９ａ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１５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。

上記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１５に供給し、分散装置１５から分散された顔料ペーストを処理液供給口５を通じて再び攪拌槽２内に戻すというサイクルを繰り返すことにより、顔料ペーストの循環分散処理を行う。

攪拌装置１では、混合攪拌中にジャケット型冷却器２ａに冷却水が循環供給されるとともに、回転軸３を通じて平パドル翼４の内部にも冷却水が循環供給される。冷媒としての冷却水は、図外のクーラーによって−１０°〜１０°に冷却された水を使用することができる。

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１５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１６ａ、第１のポンプ１４，配管１６ｂ、第１の方向切換弁１７，配管２２ａ、第３の方向切換弁２３、配管２２ｂ、２２ｃ、第２のポンプ２４、配管２２ｄ等と、で構成されている。

配管１６ｂと配管２２ａとの間に設けられた第１の方向切換弁１７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るきようになっており、各ラインの循環用ポンプとして第１のポンプ１４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１８を介して製品タンク１９に排出してから、攪拌槽２内や分散装置１５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１９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１４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１７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１４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。

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。

上記のような構成を有する攪拌装置によれば、ＴＩ値が高い顔料ペーストや粘度の高い顔料ペースト等で、ジャケット型冷却器のみでは伝熱速度（冷却速度）が十分でない場合であっても、伝熱面積が大きく、処理液との接触頻度の高い平パドル翼によって冷却できるので、冷却効率が改善され、攪拌槽２内での滞留時間に対して短時間で混合することができる。そのため、上記システムに採用した場合には、分散性能を向上させることができる。

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の攪拌装置の構成要素である平パドル翼の内部構造を一部省略して示す縦断面図である。 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。

符号の説明

１ 攪拌装置
２ 攪拌槽
２ａ ジャケット型冷却器
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
１２ 流路

Claims (1)

1. 顔料を分散する分散装置に接続され、当該分散装置から供給される顔料ペーストを攪拌する攪拌装置であって、
   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であって、前記回転軸及び前記平パドル翼の内部に冷媒を通すための流路を形成し、
   前記攪拌槽の周囲にジャケット型冷却器を更に備え、
   前記攪拌槽の底部形状は、底方が狭い円錐台形状をなしており、
   前記底部平パドル翼部は、その底辺形状が前記攪拌槽の底部円錐面と平行な傾斜辺によって形成され、前記攪拌槽の底面との間に所定の間隙を有していることを特徴とする攪拌装置。

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