JPH0461929A - 超微粒子スラリーの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超微粒子スラリーを製造する方法及び装置に関
する。

〔従来の技術〕

一般に微粒子粉体を材質の観点から分類すると、シリカ
、アルミナ、ムライト、チタニア等に代表される酸化物
系粉体ど、窒化けい素、炭化けい素に代表される非酸化
物系粉体に大別できる。また、燃料としての微粉炭（石
炭粉砕物）あるいは粘土粉末あるいは炭酸カルシウム粉
末などがあげられる。

このように、多くの産業用−次原料は粉末微粒子として
供給されるのが一般的であり、粉末微粒子を使用する産
業は数多くあり、枚挙にいとまがないが、−例をあげる
とセラミックス製造、ペイント製造、インク製造、プラ
スチック製造あるいは化粧品製造などがあげられる。ま
た、利用例としては発電所における微粉炭燃焼などがあ
げられる。このように、産業において微粒子の利用は幅
広く行なわれている。

一方、このように幅広く利用されている微粒子は大体大
きさが０．１ミクロン以上の大きさで、かつ１００ミク
ロン以下程度の大きさをさしている場合が多く、その微
粒子製造方法の多くは粗原料をボールミルなどの粉砕媒
体を用いて粉砕したものが多い。

微粒子の一般的な製造方法は先にも述べたが、大きなも
のから小さなものへ順に小さく粉砕していく方法が一般
的であり、数ミリメートル以上のものはショークラッシ
ャーなどの破砕装置を用いて粗砕し数ミリメートル以下
とし、次にアトマイザ−、デイスクリングミルあるいは
ローラーミルのような粉砕装置を用いて数ミクロンある
いは数十ミクロンの大きさまで粉砕する。

次に、湿式のボールミル、アトライター　ビーズミルな
どにより微粉砕することにより０．１ミクロン以上、数
ミクロン以下の微粒子が得られる。比較的小さな原料を
出発原料を使用する場合には、この途中の工程から入れ
ば良い。

このようにして得られた微粒子は一般には乾燥粉末とし
て市販されている。一方、微粒子石炭のように流動性の
燃料化を目的とする場合には、重油あるいは水と界面活
性剤との混合により流動性燃料（ＣＯＭ、ＣＷＭ）とし
て使用される場合もある。また、新しい時代の技術的要
請により、更に小さい微粒子、すなわち、超微粒子（０
，０１〜０．１ミクロン）が必要となってきた。

超微粒子の用途としては、−例としてセラミックスでは
焼結温度の低温化、組織の微細化による高強度化、また
ペイントにおいては高光沢度化などがあげられる。

このような超微粒子は従来法のように原料を粉砕してい
く方法で製造することは不可能であり、通常はいわゆる
気相析出法により作られる。

気相析出法としては次の３つのタイプが主なものである
。

■　火炎温度数千塵という超高温中へ粒子を投入し、蒸
発させ、冷却時にできる超微粒子を捕集する方法。

■　真空あるいは極めて低い圧力中において、ターゲッ
トとなる基材に電子線等の高エネルギー密度の電磁波を
照射し、照射部分から発生する超微粒子を捕集する方法
。この場合には周囲のガスと反応し基材物質とは異なる
超微粒子が得られる場合もある。

■　比較的低い圧力のガス雰囲気中において、２種以上
のガスを供給し、所定の温度で反応させて得られる超微
粒子を捕集する方法。この場合、反応部をマイクロ波な
どにより励起した状態で反応を行なわせる場合もある。

超微粒子を大量に生産する場合には生産量の観点から、
上記■が最も好ましく、次に■、■の順である。

〔発明が解決しようとする課題〕

得られる超微粒子（粒子径０．０１〜０，１ミクロン）
は充填性が悪くいわゆる“ふわふわ”の状態であって、
嵩密度が非常に低く、−例として火炎法で得られたシリ
カ（粒子径０．０１２　ミクロン）は０．０５　ｇ　７
ｃｍ３である。また、このような超微粒子は比表面積が
非常に大きく、数十〜数百ｍ２／　ｇという値を示す。

従って、粒子の表面は非常に活性が高く、雰囲気ガスの
吸着あるいは雰囲気ガスとの反応により粒子そのものが
変質する場合がある。例えば金属超微粒子では空気中に
放置すると酸素との反応により、燃焼して酸化物となっ
たり、また、窒化物である窒化けい素でも空気中に放置
すると容易に酸化してしまうというトラブルが発生する
。

嵩密度が低いということは輸送の段階において空気を運
ぶようなものであり、輸送効率を非常に悪くする。また
、ガスとの接触による変質の防止については、不活性な
ガスを使用することでそれ自体のトラブルは防止可能で
あるが、ガス置換の手間及びコスト、更にはガス置換す
ることによる増体積を考えると先の嵩密度を更に下げる
こととなるので、使用する立場からは益々好ましくない
ものとなっている。

また実際に超微粒子をセラミックスあるいはペイントな
どにおいて使用する場合にはスラリー化して他原料との
混合、分散を行なうので、その工程においても雰囲気ガ
スと反応してしまう可能性もある。

〔課題を解決するた緬の手段〕

本発明者らは上記２問題点解決のため鋭意検討を行った
結果、固体超微粒子製造方法において調整された超微粒
子を水系分散媒又は非水系分散媒及び界面活性剤を用い
高濃度の固液スラリーとすることで固体超微粒子の変質
を防止し、かつ、減容効果によるハンドリング性の向上
を可能にすることができることを確認した。

本発明は上記知見に基いて完成されたものであって、本
発明は、 （１）０．００１〜０，１ミクロンに調整された固体超
微粒子に、水系分散媒または非水系分散媒と、界面活性
剤とを混合することを特徴とする超微粒子スラリーの製
造方法。

（２）　　スプレー室と、同スプレー室に固体超微粒子
を気体搬送する手段と、水系分散媒または非水系分散媒
および界面活性剤を上記スプレー室に噴霧する手段と、
上記スプレー室から取出される固体超微粒子と水系分散
媒または非水系分散媒および界面活性剤との混合物を混
練するニーダとを具備することを特徴とする超微粒子ス
ラリーの製造装置。

（３）攪拌タンクと、同攪拌タンクに固体超微粒子を気
体搬送する手段と、水系分散媒または非水系分散媒およ
び界面活性剤を上記攪拌タンクに供給する手段と、上記
攪拌タンクから取出される固体超微粒子と水系分散媒ま
たは非水系分散媒および界面活性剤との混合物を上記攪
拌タンクに循環返送するライン中に高速攪拌しながら混
合物中の固体超微粒子濃度を高給る手段とを具備するこ
とを特徴とする超微粒子スラリーの製造装置。

である。

先にも述べたように超微粒子自身、一部の例外を除き、
混合、分散などの工程において一度はスラリー化して使
用される。従って、超微粒子製造時に超微粒子とは反応
しない（変質させない）分散媒を用いてスラリー化する
ことにより変質を防止しかつ減容化が可能となる。

スラリー化する場合のキーポイントは超微粒子と反応し
ない分散媒を選定することは当然であるが、超微粒子を
使用する場合の分散媒と組み合せて使用することも可能
である。

また、界面活性剤も重要な役割を演じ、この良否により
得られるスラリー中の超微粒子固形分濃度は大きく異る
。

〔作用〕

本発明者らは分散のメカニズムについて検討を行ない、
次の事項を明らかにしている。

固体粒子の分散媒中への分散は、分散媒中の界面活性剤
が固体粒子の表面へ吸着し、粒子が分散媒と親和化する
ことにより分散する。すなわち、固体粒子を界面活性剤
を溶解した分散媒中へ投入した時、界面活性剤は固体粒
子表面へ吸着し、界面活性剤の吸着膜を形成することに
より分散の第一段階が始まる。この吸着膜が分散媒との
親和性が高いものであれば、粒子はよく分散し、親和性
が悪いと粒子の分散は悪い。

従って、界面活性剤の良否が分散の良否を決定する。

本発明者らは前出の粒子径０．０１２　ミクロンのシリ
カ超微粒子に対し、界面活性剤としてポリカルボン酸を
使用し超微粒子固形分濃度が８０重量％で粘度５００ｃ
ｐ程度と比較的低粘度のスラリーを調整した。この場合
のスラリーの比重は約１．９であり、約１７３６に減容
化されていることが判明した。このスラリーについては
１ケ月以上放置しても沈殿物の発生はなくスラリーの安
定性はよかった。また、セラミックス原料として使用す
る場合には、このスラリー〇所定量を他原料に加えれば
よい。通常超微粒子の分散が最も困難とされるが、この
場合にはスラリー中において分散しており、分散の工程
の短時間化も可能である。

以下、実施例において本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 比表面積１３０ｍ”／ｇ（粒子径的０．０２ミクロン）
の超微粒子シリカ（ＳｉＯ２）を火炎法で合成し分散試
験を行った。

試験は水９．５ｇに対し、０．５ｇの界面活性剤を溶解
し、この分散媒に超微粒子粉末を投入し、ミキサーで攪
拌して得られるスラリーが流動しなくなる点を流動停止
点として判断した。試験結果を第１図に示す。第１図に
おいて、横軸は界面活性剤量〔（界面活性剤／粉体）Ｘ
１００）縦軸は流動停止濃度〔（（粉体）／（水十界面
活性剤十粉体））Ｘ１００Ｉを示す。

流動停止濃度が高いほうが界面活性剤の効果が大きく、
粒子の分散性が高いと判断できる。

第１図では界面活性剤として分子量が１００から３０．
０００のポリカルボン酸を使用した例を示すが、シリカ
超微粒子の場合、分子量の最も小さい分子量１００のも
のを使用するのが最も分散性がよいと判断できる。

次に、固形分濃度８０重量％、界面活性剤として分子量
５００のポリカルボン酸を超微粒子に対し２重量％使用
し、ボールミルを用いて分散処理を行って得られたスラ
リーの粘度は３５０ｃｐでさらさらとしたものであり、
ポンプ輸送が可能である。また比重は約１．９である。

〔実施例２〕 超微粒子スラリーの製造方法を実施する装置の例を第２
Ｉｌ！Ｉに示す。

第２図において、１は超微粒子の貯蔵庫であり、超微粒
子製造装置から連続的に貯蔵されるようになっている。

２は界面活性剤と分散媒のタンクであり、所定濃度の界
面活性剤が保持されている。３はスプレー室であり、超
微粒子貯蔵庫１から気流により搬送された超微粒子と、
界面活性剤と分散媒タンク２から供給される分散媒が霧
状に放出され、超微粒子表面をぬらすと共に、粒子がく
っつきあい、ある程度の大きさに造粒される空間である
。造粒された超微粒子は下部の排出口からニーダー４へ
送られる。

ニーダ−４では超微粒子は分散媒と界面活性剤が均一に
混練され、超微粒子粉体のスラリーが得られる。スラリ
ーはニーダ−４排出口から排出され製品タンク５へ入れ
られる。製品タンク５にはスラリーの不均一化防止のた
約攪拌翼が設置され、攪拌が行なわれている。超微粒子
のスラリーは必要な時点でタンク５より抜き出して使用
すればよい。

〔実施例３〕 超微粒子スラリーの製造方法を実施する装置ヒして実施
例ゞと異る装置を第３図に示す。

第３図において、１′は超微粒子貯蔵ホッパーであり超
微粒製造装置（図示省略）から連続的に超微粒子が貯蔵
されるようになっており、２′は界面活性剤と分散媒の
タンクであり、所定濃度の界面活性剤が保持されている
。３′は攪拌羽根を備えた混合タンクであり、所定割合
の界面活性剤及び分散媒が上記タンク２′から、また超
微粒子粉体が上記ホッパー１′から供給されるようにな
っている。４′はスラリー供給のための循環ポンプ、５
′は分散機としてのラインミキサーである。６′は製品
タンクであり得られたスラリーを保管するためのもので
ある。

この内部にはスラリーの不均一化防止のため攪拌羽根が
設置しれており、スラリーの攪拌が行なわれるようにな
っている。７′及び８′はそれぞれスラリーの流れを決
めるためのバルブである。

スラリー濃度が低い時点ではバルブ８′は閉で、バルブ
７′が開となり、スラリーは混合タンク３′、循環ポン
プ４′、ラインミキサー５′を循環し、スラリー中の超
微粒子濃度は順次高くなっていく。スラリー中の超微粒
子濃度がある一定の濃度に到達した時点においてバルブ
７′は閉、バルブ８′は開となり超微粒子スラリーは製
品タンク６′へ送られる。系中のスラリーがなくなった
時点で、バルブ７′は開、バルブ８′は閉となり、再び
界面活性剤と分散媒がタンク２′から混合タンク３′へ
導入され、再び超微粒子スラリーの製造が始まる。この
工程の繰り返しにより大量の高濃度超微粒子スラリーを
連続的に製造することが可能である。

〔発明の効果〕

粒子径が０．００１〜０．１ミクロンの固体超微粒子ス
ラリーの製造において適切な界面活性剤及び分散媒を使
用し、固体超微粒子をスラＩＪ　−化することにより、
高固形分濃度とすることで、体積が数十分の−と減容化
し、更にスラリー化することにより流体輸送が可能とな
るため超微粒子のハンドリング性が格段によくなる。

また、超微粒子の固体表面は表面積が大きく活性が高い
ため変質しやすいが、本発明によれば、超微粒子に対し
適切な分散媒を選定することにより変質を防止して、長
期間安定に保存することができる。また、超微粒子スラ
リー中において、超微粒子は分散状態で存在しており、
超微粒子をスラリー化して使用する場合には容易に分散
し、その工程における分散時間の短縮などが可能である
。

スラリーによる減容化は超微粒子の輸送工程におけるコ
スト低下をもたらすものであり、その経済的意義は大き
い。また、スラリー化により超微粒子がパイプ輸送可能
になりその工学的利用価値は格段に大きくなったと考え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例の効果を示す図表、第２
図及び第３図は本発明装置の異なる実施例装置の概略図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）０．００１〜０．１ミクロンに調整された固体超
   微粒子に、水系分散媒または非水系分散媒と、界面活性
   剤とを混合することを特徴とする超微粒子スラリーの製
   造方法。
2. （２）スプレー室と、同スプレー室に固体超微粒子を気
   体搬送する手段と、水系分散媒または非水系分散媒およ
   び界面活性剤を上記スプレー室に噴霧する手段と、上記
   スプレー室から取出される固体超微粒子と水系分散媒ま
   たは非水系分散媒および界面活性剤との混合物を混練す
   るニーダとを具備することを特徴とする超微粒子スラリ
   ーの製造装置。
3. （３）攪拌タンクと、同攪拌タンクに固体超微粒子を気
   体搬送する手段と、水系分散媒または非水系分散媒およ
   び界面活性剤を上記撹拌タンクに供給する手段と、上記
   攪拌タンクから取出される固体超微粒子と水系分散媒ま
   たは非水系分散媒および界面活性剤との混合物を上記攪
   拌タンクに循環返送するライン中に高速攪拌しながら混
   合物中の固体超微粒子濃度を高める手段とを具備するこ
   とを特徴とする超微粒子スラリーの製造装置。