JPH06505437A - 混合物を分散、混合もしくは均質化する方法とこの方法を実施する装置 - 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】 混Ａ物を　、混合もしくは−　とする１法とこの　法を　する装に関する。

オーストリア特許出願公開第２３８４／９０　（ＡＴ−ＰＳ、、、、、’Ｉに記 載の従来の提案にしたがって、特別な混合器具が不要で、少なくとも２つの成分 を混合、均質化又は変えるための装置が知られている。容器内に浸漬される公知 の攪拌装置とは異なり、この装置は混合される物質自体を互いに相対的に運動さ せて混合することによって、互いに隣接した部分領域で混合される物質量の強い 相対運動が生じるように構成されている。その際に、このように形成された混合 ゾーンによって、著しく均質な混合状態が混合ゾーンで生ずるようにされる。更 に混合結果を調整するために、回転容器の容積を変化させることにより、混合ゾ ーンに加圧することが提案され、その際、特に個々の成分相互の所望の化学的変 化を達成することを可能にするという観点から、上記のような圧縮圧を利用する ことが重要であった。この従前の提案では、混合物質を容器の軸線方向、すなわ ち回転軸の方向に留出することによって連続動作が可能であり、その場合に最も 強度な混合が行われる部分領域は、互いに対向する開放された円筒形容器の対向 する前面に限定されるものであった。

本発明の課題は、小さい構造寸法でも混合ゾーンを大幅に拡大することができ、 更に互いに混合することが困難な物質、特に固体／流体の混合物及び流体／流体 の混合物を使用した場合でも、分散もしくは乳化状態を達成するための均質化が 改善されるように冒頭の種類の装置を改良することにある。同時に上記のような 分散の際に生ずることのある塊状物質の生成を有効に防止し、大きさが最も小さ い集塊をも確実に粉砕できるようにすることも、本発明に従った方法の課題であ る。更に、確実な混合を達成すると共に、粘稠度が比較的高い流体を投入し、通 常の湿式粉砕方法では、粘稠度が高いことにより流体成分からの粉砕材の分離が 困難である場合でも、湿式粉砕と強度の分散を達成可能にすることも、本発明に 従った方法の課題である。同時に、本発明に従って、粘稠度が高い場合でも粉砕 材の確実で簡単な分離が可能であり、しかも、直径が著しく小さく、製造される 分散剤に対する濃度差が極めて小さい粉砕材を投入した場合も同様であることが 課題である。粘稠度が比較的高い原料を使用できることによって、集中処理が可 能となり、それによって例えば合成樹脂顔料をベースにした希釈可能な染料を製 造する場合に、流量を大幅に低減することが可能でなければならない。

上記の課題を解決するために、本発明の方法は基本的に、均質化されるべき分散 剤もしくは乳化剤を、少な（とも部分的に粉砕材を充填した、少なくとも２つの 回転可能な壁部材によって境界形成された回転式の粉砕室内に投入すると共に、 均質化されるべき分散剤もしくは乳化剤を壁部材の回転軸（単数又は圃に対して 横向きに環状室を通って移動せしめ、もしくは前記環状室内を通過せしめる方法 から成っている。均質化されるべき分散剤もしくは乳化剤を少なくとも部分的に 粉砕材を充填した、少なくとも２つの回転可能な壁部材によって境界が形成され た回転式粉砕室に投入することによって、混合ゾーンが回転式壁部材の間に形成 され、この壁部材によって全体としての装置の寸自声１＼さい場合でも、混合の 度合いが高い比較的大きい部分領域が確保される。同時に、粉砕室に少なくとも 部分的に粉砕材を充填することによって、強度の湿式粉砕が保証され、その場合 に粉砕室の回転領域相互間の境界面では粉砕材の強度な加速と高度の混合が行わ れる。回転式壁部材の回転によって、ひいては粉砕室の回転によって、更に粉砕 材に遠心力が加わり、それによって粉砕材は粉砕室の長径で大きい圧力を受けて 互いに運動し、従って粉砕室の上記の部分領域で高い圧縮圧が、ひいてはより良 好な湿式粉砕の結果が達成される。遠心力の方向に向かう粉砕材の上記の指向性 がある運動によって、同時に製造された乳化剤もしくは製造された分散剤からの 粉砕材の分離状態も改善され、従って詰まりを起こす危険がある。例えばフィこ とかできる。従って、本発明の方法による分散剤もしくは乳（ＩＪカらの粉砕材 の分離状態は大幅に改善される。その場合、この改善の理由は特に、混合物の留 出の際に濾過器やフィルタを使用しなくても済むことにあり、そのために本発明 の方法は、均質化されるべき分散剤もしくは乳化剤を壁部材の単数又は複数の回 転軸に対して横向きに環状室を通って移動せしめ、もしくは前記環状室内を通過 せしめるように実施される。

から形成されている。しかし、回転式の壁部材を対応して構成した場合は、仕切 り面、ひいては強度の混合ゾーンをも円錐体の表面と対応する表面内に配するこ とができる。混合もしくは乱流は混合室もしくは粉砕室の隣接する領域の間の相 対速度によって左右される。壁面が逆向きに回転した場合は、前記の相対速度、 ひいては分散作用は特に高く、その際に粉砕材を分離するための粉砕室内で生成 される遠心力をも全体的に考慮する必要がある。従って、混合プロセスは本発明 の方法によって好適に、異なる回転数及び（又は）回転方向で回転する壁部材の 相互間で実施される。

互いに相対的に回転可能である壁部材の回転軸は互いに異なることができ、互い にほぼ平行に延びていることによって、互いに回転する領域間の境界面に対する 回転運動の一定の偏心性が達成され、ひいては特に強度な混合作用が達成される 。

更に、回転軸が互いに傾いて延びている場合は、粉砕室の径方向の延長全体に亘 って混合を改善するための縮充作用を達成可能である。互いに傾いた回転軸を有 する壁部材を使用すると、壁部材を等しい速度と同じ回転方向で駆動することが でき、それによって円板もしくは壁部材と被粉砕物質との相対運動が比較的僅か であるにも関わらず、回転毎に被粉砕物質と粉砕材の混合物の全体的な運動が生 ずる。このことは、エネルギの導入を最適に行うことができ、粘稠度が高い物質 を処理する場合でも局部的に過熱する危険がない。双方の壁部材を同じ回転速度 で駆動することができ、それでも最適な粉砕／混合効果を達成できることは同時 に、装置の構造全体を大幅に簡略化でき、最終的には全ての粉砕材への遠心作用 が改善されることを意味している。

その場合、本発明の方法は好適に、混合物もしくは粉砕材と被粉砕物質との混合 物とを双方の壁部材と同じ回転速度で回転せしめると共に、混合物もしくは粉砕 材と被粉砕物質の混合物を回転毎に少なくとも一度だけ回転軸の方向に移動せし め、少なくとも一度だけ回転軸とは離れた方向に移動せしめられる。それによっ て全体として粉砕材／被粉砕物質の混合物と、駆動される円板もしくは壁部材と の間の回転方向での相対運動が実質的にゼロになり、引き続き混合物を径方向に 移動させることによる混合および粉砕効果が達成される。それによって引き続き 、前記円板の共通の回転速度に応じて圧縮力と分離作用が生じる。

シーリングを簡単にし、且つ対応する装置の構造を簡略化するために、回転軸も 簡単に互いに同軸にｍｔすることができる。更に、回転可能な壁部材によって境 界が形成された粉砕室の外側でも高いせん断心力の下で付加的に予備混合するこ とも可能である。この目的のため、本発明に従った方法＋ｔａｍに、均質化され れる。

コストが高い分離技術を利用せずに分散され、均質化される混合物から粉砕材を 良好に分離する作用は、均質化するべき分散材もしくは乳化材を遠心力に起因す る粉砕材の運動方向に抗して粉砕室の中を移動せしめることによって達成される 。

均質化され、もしくは分散されるべき物質を好適に外側から内側に径方向に移送 することができ、その場合にこの方法を均質化された混合物が軸方向の管路を経 て留出されるように特に簡単な態様で連続的に実施することができる。適宜の圧 力条件と流動状態を調節するために、軸方向の管路を経た排出を適宜に絞ること ができる。全体として互いに相対回転する壁部材の回転速度及び（又は）回転方 向を広範囲に亘って自由に選択できることによって、又、その都度の流速と圧力 状態を調整できることによって、多様な原料に適応化することができ、混合し０ ．５＋ｎｍ未満の、好ましくは０．１ｍ未満の、質量比が最大７５％、好ましく は６０％の粉砕材が充填される。

特に僅かなスペースしか必要とせず、少ない構造上の、又設置技術上のコストで 、均質化と混合状態を改善しつつ多様な原料への適合化を保証する前述の方法を 実施するための本発明の装置は、好適に粉砕室が回転駆動されることができる少 なくとも２つの壁部材によって境界が形成されたと共に、粉砕室が、単数又は１ Ｍ数の回転軸に向いた側と、回転軸とは逆向きの側に少なくとも一つの供給口及 び／又は排出口を設けて構成されている。その際に供給口は粉砕室の径方向外側 の前壁に接合することができ、排出口は軸の近傍領域で軸方向の管路内に接合す ることができる。前記の開口部は双方とも極めて簡単に粉砕室の周囲に延びるス リットによって形成され、その構造は好適にスリットが共通の、壁部材の単数又 は複数の回転軸とほぼ垂直である粉砕室の仕切り面上に位置するように構成され ている。このような構成では、回転部領域の間に形成される環状面の領域の寸法 を小さく抑えつつ、強力な混合が生ずる比較的大きいゾーンが得られる。排出口 として軸の近傍領域にスリットを形成する代わりに、勿論、壁部材の適宜の軸向 きの突起部を設けることによっても、υＦ出口を少なくとも一つの壁部材内に形 成された軸向きの管路によって直接形成することができ、その場合にこの管路内 に適宜のスロットル手段を設けることができる。粉砕室は→影こ円形の外部層周 囲面を有しており、軸の近傍領域にスリット上の開口部を形成する場合は、トー ラスもしくは環状室として構成される。

更に勿論、粉砕材が遠心力の方向に移動する際に、互いに密接して有効になる圧 縮力を高めつつ、この粉砕材を相互に特に高度に密接せしめることによって、圧 力状態の調整と湿式粉砕の強度の改善を達成することができる。これは好適に粉 砕室の壁部材によって仕切られた粉砕室を、少なくとも回転軸を含む横断面でこ の回転軸に対して横向きに先細に構成する構造によって達成される。遠心力に応 じて前記のような円錐体内の粉砕材が運動する際に、特に充分な混合が行われる 面の外側でも粉砕室の断面全体に亘って強力な混合が保証され、それによって最 も微細な集塊の均質化と微細化を更に良好に達成できる。

壁部材は好適に共通の軸を中心に回転自在に支承され、別個の駆動機構と連結さ れた半シャーレとして形成され、それによって簡単な軸受の簡単な構造になる。

混合室もしくは粉砕室の外側では好適に、スリットを形成しつつ壁部材を第２の 壁部材を覆う部分と回動不能に連結し、且つ該スリット内に供給管を接合する構 成によって高いせん断心力を利用した予備混合が可能である。

場合によってはせん断心力の必要をなくすることも可能な強力な混合は、壁部材 の回転軸を互いに傾けて設計し、鈍角を以て互いに接合する構成の装置によって 達成できる。このような装置が壁部材、特に同し回転速度及び同じ回転方向の円 板で駆動されると、壁部材の相対運動が周期的な圧搾へと変換され、それによっ て縮充作用力性し、回転速度もしくは回転方向の相違が生じた場合は勿論、前記 縮充作用に境界面でのせん断心力を重ねることができる。

種々の混合物の条件への調整と適応性を更に高めるために、壁部材の回転軸の相 互間の角度を無段階式に調整可能であるように構成されている。

次に本発明を図面に概略的に示した実施例を参照しつつ詳細に説明する。図中、 第１図は本発明に従った方法を実施するための本発明の装置の第１実施例の部分 断面図である。第２図は互いに傾斜した回転軸を有する壁部材を設けた本発明に 従った装置の別の実施例である。

装置は、参照符号１で全体を示したハウジングを備えており、このハウジング内 には半シャーレの形式の第１壁部材２が駆動機構（詳細には図示せ°ｎによって 回転軸３を中心に回転可能に支承されている。シャーレ状の壁部材２はこれも回 転自在に支承された第２の壁部材４によって環状室として形成された粉砕室５を 仕切っており、その際に粉砕室の対称構造を明示するために図面の第２の半部を 符号５′を付して点線で示しである。図示した実施例では、第２の壁部材４も軸 ３を中心に駆動機構（詳細には図示せ豹によって回転駆動される。ハウジングｌ 内への壁部材４の支承部は符号６で示しである。第１の回転壁部材２には第２壁 部材４の外側を覆う部分７が符号８で示すように回動不能に連結されており、そ の場合第１壁部材２ないし、この壁部材と連結された部分７用の支承部は符号９ 及びｌＯで示しである。

その際にシャーレ状の、粉砕室５を仕切る２つの壁部材２及び４は共通軸３を中 心にして異なる回転速度及び（又は）異なる回転方向で回転する。混合される物 質もしくは固体／流体及び（又は）流体／流体の混合物は供給口もしくは接続部 ！１を経て第２壁部材４の外壁１３と、第１壁部材２ど連結された部分７の内壁 １４との間のスリット１２内に到達し、その際にこのスリット１２内には異なる 速度及び（又は）異なる回転方向で回転する部材４及び７によって投入される物 質の強いせん断心力が生成される。そごで物質はスリットもしくは供給口１５を 経て粉砕室もしくは環状室５内に到達する。この環状室内には供給された物質る 、もしくは境界を形成する２つの壁部材２及び４が異なる回転速度及び（又は） 異なる回転方向で駆動されることによって、供給される物質にせん断心力、又は 混合応力が加えられ、それによって基本的に円形面から形成された混合面が生ず る。適宜に混合もしくは均質化された物質は回転壁部材の間の、回転軸３向きの スリット１６を経て留出され、軸方向管路１７を経て放出される。混合される、 もしくは均質化される物質用の供給口及び排出口を形成するスリット１５及び６ はその場合、回転軸３に垂直な共通な面に位置する。粉砕室５は排出口Ｉ６の軸 に近い領域から、供給口１５の軸とは離れた領域まで円錐形に先細の断面を有し ており、従って遠心力によって生成される粉砕室もしくは環状室５内の粉砕材の 運動方向に支持されて、粉砕室５内の入口の領域には高い粉砕材の密度が生ずる 。同時に、供給口及び排出口の図示した設計によって排出口１６の領域に粉砕材 を分離するためのフィルタ又は濾過器を設ける必要がない。何故ならば、粉砕材 は遠心力によって効果的に軸３の方向に移動するので、スリットもしくは排出口 １６の通過断面が粉砕材の粒子の大きさよりも大きい場合でも、回転速度と応力 が高いことによって混合される物質の粘稠度が高くても粉砕材が排出されること が確実に防止されるからである。所望の結果を達成するための流量の調整もしく は制御のために、軸方向の管路１７内にはスロットル装置（図示せ豹が設けられ ている。

２つの壁部材２及び４が互いに異なる、互いに平行な回転軸を有している場合は 、一方の壁部材の他方の壁部材に対する偏心運動が生ずるので、特に壁部材４の 外面と、回転部７の内面との間のスリブ１−１２の適宜の狭窄と拡張を達成する ことができる。

均質化され、もしくは分散される混合物の辻１力（粉砕材の比重よりも大きい場 合は、混合もしくは均質化のパラメタを適宜に選択することによって供給口及び 排出口１５もしくは１６の機能を逆にすることができる。

第２図に示した設計の場合も、シャーレ状の壁部材２は回転軸３を中心に駆動機 構（詳細には図示せず）によって回転駆動される。壁部材２には同様に第２壁部 材４を覆う部分７が回動不能に連結され、この場合、支承ｌＯだけを図示しであ る。第１図の実施例とは異なり、第２のシャーレ状の壁部材は第１の壁部材２の 回転軸３とは異なる回転軸１８を有しており、この回転軸は回転軸３との間に鈍 角を形成している。第１の回転式壁部材２に対して第２の壁部材４を傾けて配設 することによって粉砕室５が生じ、この粉砕室の断面も中央領域から始まって軸 とは離れた領域まで先細に構成されており、その場合、壁部材２に対して壁部材 ４が斜めの位置にあることによって、周囲に沿った異なる区間に異なる横断面が 生ずる。それによって、シャーレ状の壁部材２及び４が同じ方向に同じ回転速度 で駆動されると、均質化される物質全体は粉砕材１９と円板２ないし４の間にさ したる相対運動を生ずることなく、概略的に図示した粉砕球１９と共に同時に運 動させることができる。この実施例の場合は、混合と均質化は対応する縮充作用 によって行われ、この作用は特に壁部材２に対して壁部材４が斜めに位置してい るために粉砕室５の径方向外側の領域での横断面が異なることによって誘発され る。粉砕室５内で生ずるものと同類の縮充作用が壁部材４の外面１３と、壁部材 ４を覆う、第１壁部材ど回動不能に連結された部分７の内面１４との間のスリッ ト内に生じる。それによって、この実施例の場合も物質が第１図に示す実施例の 場合と同様にスリットないし間隙１５を経て粉砕室５にといる前に適宜の事前処 理が行われ、その場合、第２図に示した構成では混合される物質は軸方向管路１ ７を経て直接留出される。遠心力によって粉砕材は同様に粉砕室５の回転軸３も しくはＩ８とは離れた領域で移動し、その際に異なる程度に先細にされた横断面 によって同様に、混合され、もしくは均質化される物質が粉砕室５に入る際に直 ｊｔＲＪ’−１１こ粉砕材１９による特に強い応力が生ずる。

この実施例の場合は縮充作用を誘発することによって、混合及び粉砕作用は事実 上専ら混合物を径方向に移動させることによってのみ生成される。全体として、 壁部材２もしくは４と、混合される物質との間には相対運動は生じず、混合物は 壁部材が回転する毎に少なくとも一度は回転軸３及び１８の方向に、又、これら の軸から移動される。

混合もしくは均質化される異なる物質に適応させるため、回転軸３と１８との角 度は軸３と１８とが互いに同列である位置から、最大値の角度まで無段階的に調 整できる。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．固体／流体混合物及び（又は）流体／流体混合物を分散、混合もしくは均質 化する方法において、均質化されるべき分散剤もしくは乳化剤を、少なくとも部 分的に粉砕材（１９）を充填した、少なくとも２つの回転可能な壁部材（２、４ ）によって境界形成された回転式の粉砕室（５）内に投入すると共に、均質化さ れるべき分散剤もしくは乳化剤を壁部材（２、４）の回転軸（単数又は複数）（ ３、１８）に対して横向きに回転室（５）を通って移動せしめ、もしくは前記環 状室内を通過せしめることを特徴とする方法。
2. ２．混合物もしくは粉砕材と被粉砕物質との混合物とを双方の壁部材（２、４） と同じ回転速度で回転せしめると共に、混合物もしくは粉砕材と被粉砕物質の混 合物を回転毎に少なくとも一度だけ回転軸（３、１８）の方向に移動せしめ、少 なくとも一度だけ回転軸とは離れた方向に移動せしめられることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．均質化される分散剤もしくは乳化剤が粉砕室（５）に入る前に、粉砕室（５ ）の壁部材（２、４）の外側の回転面（１３、１４）の間での分散剤もしくは乳 化剤にせん断応力を加えることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載 の方法。
4. ４．均質化される混合物を軸方向の管路（１７）を経て留出したことを特徴とす る請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の方法。
5. ５．粉砕室（５）には実質直径が０．５ｍｍ未満の、好ましくは０．１ｍｍ未満 の、質量比が最大７５％、好ましくは６０％の粉砕材が充填されることを特徴と する請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の方法。
6. ６．混合プロセスが異なる回転速度及び（又は）回転方向で回転する壁部材（２ 、４）の相互間で実施されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項の いずれか１項に記載の方法。
7. ７．粉砕室（５）が回転駆動されることができる少なくとも２つの壁部材（２、 ４）によって境界が形成されたと共に、粉砕室（５）が回転軸（単数又は複数） （３、１８）向きの側と、回転軸とは逆向きの側に少なくとも一つの供給口及び （又は）排出口（５、１６、１７）を設けて構成されたことを特徴とする、粉砕 材（１９）が内部に充填された粉砕室（５）を有する請求の範囲第１項ないし第 ６項のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
8. ８．供給口と排出口（１５、１６）とを粉砕室（５）の周囲に延びるスリットに よって形成したことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．スリット（１５、１６）を共通の、壁部材（２、４）の回転軸（単数又は複 数）（３、１８）とほぼ垂直である粉砕室の仕切り面上に位置するように構成し たことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
10. １０．粉砕室（５）の壁部材（２、４）によって仕切られた粉砕室を、少なくと も回転軸（３、１８）を含む横断面でこの回転軸に対して横向きに先細に構成し たことを特徴とする請求の範囲第７項、第８項又は第９項に記載の装置。
11. １１．壁部材（２、４）を共通の軸（３）を中心に回動自在に支承され、別個の 駆動機構と連結された半シャーレとして形成したことを特徴とする請求の範囲第 ７項ないし第１０項のいずれか１項に記載の装置。
12. １２．壁部材（２、４）の回転軸（３、１８）を互いに傾けて設計し、鈍角を以 て互いに接合したことを特徴とする請求の範囲第７項ないし第１０項のいずれか １項に記載の装置。
13. １３．壁部材（２、４）の回転軸（３、１８）の相互間の角度を無段階式に調整 可能であることを特徴とする請求の範囲第７項ないし第１０項のいずれか１項に 記載の装置。
14. １４．壁部材（２）をスリット（１２）を形成しつつ第２の壁部材（４）を覆う 部分（７）と回動不能に連結したと共に、該スリット（１２）内に供給管（１１ ）を接合したことを特徴とする請求の範囲第７項ないし第１３項いずれか１項に 記載の装置。