JPS62250942A - 固体粒子表面への金属の延展固定方法 - 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】 本発明は、核となる粒子（以下母粒子という）の表面に
あらかじめ金属微粒子（以下子粒子という）を付着させ
ておくか、又は付着させずにおき、゛該金属子粒子を母
粒子の表面に固着し、さらに該金属子粒子全部あるいは
一部を衝撃式打撃手段で延展させて、母粒子の表面へ金
属を延展固定する方法に関する。

従来、一般に固体粒子の固結防止、変色変質防止９分散
性の向上５流動性の改善、触媒効果の向上、消化・吸収
の制御、！ｆ１気特性の向上１色調の改善、耐光性の向
上、有用（高価）物質の古漬化などを目的として各種の
表面改質が、電気化学的方法、物理吸着法、化学吸着法
、真空蒸着法５静電付着法、溶解物質゛の被覆法、特殊
スプレードライング法などの方法で行なわれて来た。こ
れらのうち、特に固体粒子の表面を金属固体粒子で、即
ち、粉体の表面を金属粉体で表面改質する場合は、公知
の各種ミキサー型やボールミル型の攪拌機を使って長時
間（数時間〜数十時間）撹拌し、撹拌に伴なって生ずる
静電現象やメカノケミカル現象を応用して改質を行なっ
て来たが、母粒子の囲りに金属子粒子が付着するだけで
母粒子に対する子粒子の密着性が十分でなく、そのため
改質後の粉体を次工程で混合、混練９分散、ペースト化
等の加工をする場合、子粒子が簡単に脱落したり、成分
偏析を生じたりしてその操作条件を著しく制限するばか
りでなく、加工後の生産品の品質にバラツキが生じる最
大の原因となっていた。

さらにまた、上記の各種ミキサー、ボールミル等を使用
した粉体−金属粉体系の表面改質にあっては、一般に母
粒子表面に対する子粒子の定着力が弱いため、所望の表
面改質を得るためには数時間乃至数十時間を要し、その
ため装置が大型となり、加工効率が決めて悪いなどの問
題があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、従来技術の
問題点を解消し、第１図に示す如く、母粒子の表面の一
部または全域にわたって金属子粒子を機械的手段により
、必要に応じて補助的手段として熱的手段を用いて強制
的に金属子粒子の全部あるいは一部を延展させて固定化
し、極めて短時間（数秒〜数分間）のうちに均一な安定
した粉体粒子の表面改質を行ない、それによって機能性
複合材料（ハイブリッドパウダー）を得ることができる
方法を提供するもので、その要旨は、衝撃式打撃手段を
用いて、母粒子の表面に金属子粒子を延展して固着、固
定化させることを特徴とする粉体粒子の表面への金属の
延展固定方法にある。

本発明の方法で表面処理できる代表的母粒子粉体として
は、一般にその粒径が０．１　μａ〜１００μ偏程度で
ある炭酸カルシウム、カオリン、アルミナ。

けい砂、ガラスピーズ、二酸化チタン等の無機物及び銅
、鉛、亜鉛、スズ、鉄などの金属並びに金属化合物及び
エポキシパウダー、ナイロンパウダー、ポリエチレンパ
ウダー、ポリスチレンパウダーなどのを機動合成高分子
材料、及びデンプン。

セルロース、シルクパウダーなどの有機物天然材料であ
り、また、代表的金属子粒子粉体（針状や糸状の場合も
ある）としては、一般に粒径が０．０１μ１）〜１０μ
曙程度であるところの金、銀、１Ｉｉｌ、亜鉛、スズ、
鉄、鉛、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン
、カドミウムなどの微粉体及びこれらの酸化物粉体なら
びに化合物粉体などである。しかし、これらの粉体は、
以上の材料のみに限定されることなく、各種化学工業、
電気、磁気材料工業、化粧品、塗料、印刷インキ、及び
トナー、色材、繊維、医薬１食品、ゴム、プラスチック
ス１窯業などの工業界で使用されている各種材料の各組
合わせ成分に適用することができる。

なお、−ＪＧに母粒子として大粒径のもの、子粒子とし
て小粒径のものを用いるが、材料粒子の大きさの組合わ
せによっては、母粒子と子粒子が逆になることもある。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第２図及び第３図は衝撃式打撃手段として衝撃式粉砕機
を用いた例を示す、仝図において、１は本発明方法を実
施するために使用する粉体衝撃装置（代表的な衝撃式粉
砕機）のケーシング、２はその後カバー、３はその前カ
バー、４はケーシングｌ内にあって高速回転する回転盤
、５は回転盤４の外周に所定間隔を置いて放射状に周設
された複数の衝撃ビンであり、これは一般にハンマー型
またはプレート型のものである。６は回転盤４をケーシ
ングｌ内に回転可能に軸支持する回転軸、８は衝撃ビン
５の最外周軌道面に沿い、かつそれに対して一定の空間
を置いて周設された衝突リングであり、これは、各種形
状の凹凸型または円周平板型のものを用いる。９は衝突
リングの一部を切欠いて設けた改質粉体排出用の開閉弁
で、これは場合によっては前カバーや後カバーの粉砕室
に面した一部を切欠いて設けてもよい。１０は開閉弁９
の弁軸、１）は弁軸１０を介して開閉弁９を操作するア
クチェエータ−１）３は一端が衝突リング８の内壁の一
部に開口し、他端が回転盤４の中心部付近に開口して閉
回路を形成する循環回路、１４は原料ホッパー、１５は
原料ホンパー１４と循環回路１３とを連結する原料供給
用のシュート、１６は原料計量フィーダー、１７は原料
貯槽である。１８は回転盤４の外周と衝突リング８との
間に設けられた衝撃室、ｌ９は循環回路１３への循環口
を夫々示す。２０は改質粉体排出シュート、２１はサイ
クロン、２２はロータリーバルブ、２３ハバツグフイル
ター、２４はロータリーバルブ、２５は排風機、３１は
この装置の運転を制御する時限制御装置、３２はあらか
じめ母粒子の表面に子粒子を付着させる必要のある場合
に使用する各種ミキサー、電動乳鉢等公知のプレプロセ
ッサ−を夫々示す。

上記装置を用いて、本発明の方法を実施する場合、次の
要領で操作する。

まず、改質粉体排出用の開閉弁９を閉鎖した状態として
おき、空気または必要に応じて不活性ガスを装置内に導
入しながら、駆動手段（図示せず）によって回転軸６を
駆動し、改質処理すべき物質の性質により５ｍ／ｓｅｃ
　−１６０ｓ＋／ｓｅｃの周速度で回転盤４を回転させ
る。この際、回転盤４外周の衝撃ビン５の回転に伴って
急激な空気・不活性ガスの気流が生じ、この気流の遠心
力に基づくファン効果によって衝撃室１８に開口する循
環回路１３の循環口１９から循環回路１３を巡って回転
盤４の中心部に戻る気流の循環流れ、即ち完全な自己循
環の流れが形成される。しかもこの際発生する華位時間
当りの循環風量は、衝撃室と循環系の全容積に較べて著
しく多量であるため、短時間のうちに真人な回数の気流
循環サイクルが形成されることになる。

次に、一定量の母粒子の表面に例えば静電現象を利用し
て子粒子を付着させた被処理粉体または、若干の水また
は各種の有機溶剤などのバインダーとなる物性を介在さ
せて母粒子の表面に子粒子を付着させた被処理粉体を、
計量フィーダー１６より原料ホッパー１４に短時間で投
入する。プレプロセンサー３２を使用する必要のない場
合は、母粒子。

子粒子並びに若干のバインダーを夫々別々に計量して原
料ホッパー１４に投入する。被処理粉体は原料ホンパー
１４からシュート１５を通り衝撃室１８に入る。衝撃室
１８へ送入された粉体粒子群は、ここで高速回転する回
転盤４の多数の衝撃ビン５によって瞬間的な打撃作用を
受け、さらに周辺の衝突リング８に衝突して母粒子表面
の金属子粒子が選択的に強度の圧縮作用を受ける。そし
て同時に前記循環ガスの流れに同伴して被処理粉体は循
環回路１３を循環して再び衝撃室１８へ戻り、再度打撃
作用を受ける。

この様な衝撃作業が短時間のうちに連続して何回も繰り
返され、金属子粒子は母粒子の表面に強力に延展され、
さらに、衝撃、打撃作用による（熱）エネルギーを受け
ることにより、該金属子粒子は短時間のうちに母粒子表
面へ強固に固着される。そしてこの一連の衝撃作業、即
ち母粒子表面に対する金属子粒子の延展固定化作業は、
母粒子の全表面が局所的あるいは全面的に所望の延展固
定化状態になるまで′ｍＶｔさせるが、衝撃室と循環系
の全容積に較べて多量のガス　（空気及び不活性ガス）
が系内をｖ６環　するため、ガスと同伴して循環する被
処理粉体（母粒子と金属子粒子）は極めて短時間のうち
に真人な衝撃回数を受けることになる。−回分の処理量
にもよるが、この延展固定化に要する時間は被処理粉体
の供給時間を含めても一般に数秒乃至数分の極めて短時
間内で終了する。

第１図にモデル図を示す０図において母粒子、金属子粒
子は球状に限定されない、仝図ｔｌ）、　＋２１は母粒
子（ａ、ａ’　）に金属子粒子（ｂ、ｂ’　）を予め静
電気または極微量のバインダーにより付着させた状態を
示すが、これらの母粒子、金属子粒子は上記衝撃、打撃
作用により同図（３）〜（５）に示すように金属子粒子
の表面が延展され、金属子粒子同志の接着あるいは重な
り合いが一部あるいは全面に生じ、固定化される。また
金属子粒子の多種組合せや、供給順序によっては同図（
６）〜（８）に示す様に、母粒子ａに互いに異なる金属
子粒子（ｂ。

Ｃ）を単層や多層に延展固定化することができる。

以上の延展固定化作業が終了した後は、処理粉体排出用
の開閉弁９を鎖線で示す位置に移動させて開き、処理さ
れた粉体を排出する。この延展固定化処理された粉体は
、それ自身に作用している遠心力（処理粉体に遠心力が
作用しているところであれば排出弁９の位置は別のとこ
ろでも良い、）と、排風機２５の吸引力によって短時間
（数秒間）で衝撃室１８及び循環回路１３から排出され
、シュート２０を通ってサイクロン２１及び循環回路１
３から排出され、シュート２０を通ってサイクロン２１
及びバッグフィルター２３などの粉末捕集装置に誘導さ
れた後捕集され、ロータリーバルブ２２．２４を介して
系外に排出される。

延展固定化処理された粉体を排出後、開閉弁９は直ちに
閉鎖され、再び計量フィダー１６から、次回以降の一定
量の被処理粉体が衝撃室に供給されて同様な工程を経て
処理された粉体が次々と生産される。なお、これら一連
の回分固定化処理操作は、関連機器の動作時間に関連し
て、予め時限設定された時限制御装置３１によって制御
され継続される。

母粒子表面への金属子粒子の延展固定化が部分的局部的
固定化処理でよい場合は、第２図の粉体衝撃装置をワン
パス式の連続処理システムとして使用することも出来る
。その場合は第２図における循環口１９を閉塞し、開閉
弁９を開とした状態で被処理粉体を原料ホンパー１５か
ら連続的に供給すれば良い。

また、延展固定化処理操作中、熱的処理を補助的に併用
する必要のある場合（例えば母粒子と金属子粒子の密着
の度合いをより大きくする必要のある場合など）は、衝
突リング８や循環回路１３をジャケット構造とし、各種
の熱媒や冷媒を通して被処理粉体の延展固定化処理に都
合のよい温度条件を設定することができる。

また、本発明に用いる粉体衝撃装置においては、前記回
転盤４に補助羽根を装着し、あるいは循環回路１３の途
中に、たとえば遠心力型プレートファンなどを配置して
循環流に更に強制力を与えることもできる。すなわち、
循環風量を増大させれば単位時間内の循環回数が増加し
、従って粉体粒子の衝突回数も増加するので、延展固定
化処理時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明に用いる粉体衝撃装置は、上述した
循環回路を備えたもののみでなく、第２図および第３図
の装置において循環回路を取除いた構造のものも、これ
を使用することができる。

次に本発明に用いる粉体術ｗ１装置において行なう粉体
作業においては、被処理粉体の延展固定化中における酸
化劣化を防止したり、発火や爆発を防止する目的で窒素
ガスなどの各種の不活性ガスを使用する場合を説明する
。

第４図は本発明に用いる粉体衝撃装置において、この不
活性ガスを使用する実施例を示す、なおこの実施例の説
明に際し、前記実施例と同一部材については同一符号を
付し、説明を省略する。第４図において、２６は原料ホ
ッパー１４の下部に設けた原料供給弁、２７は原料供給
用のシュー）１５に開口する不活性ガスの供給弁、２８
は不活性ガス供給源、２９は不活性ガスの供給路を示す
、尚、この実施例では循環回路１３をケーシング１内に
収納したＢ様を示す。

運転開始に際して、まず、原料供給弁２６を閉じ、開閉
弁９を開いたあと、不活性ガスの供給弁２７を開き衝撃
室１８及び循環回路１３内に不活性ガスを充満させてお
く。この固定化作業開始に先立って行なう衝撃室及び循
環回路内への不活性ガスのｒ！１換は、通常数分以内で
終了する。

次に開閉弁９と供給弁２７とを同時に閉じたあと、直ち
に原料供給弁２６を開いて、予め計量された被処理粉体
をシュー）１５を通じて衝撃室１８に供給する。なお供
給後、供給弁２６は直ちに閉の状態に戻し、その信号を
受けて計量フィーダー１６は原料ホッパー１４に次回の
被処理粉体を計量し供給しておく。

以後は、不活性ガスと共に前記実施例の場合と同様に被
処理粉体の衝撃を行ない、被処理粉体は循環回路１３内
を循環しながら不活性ガスとの十分な接触を保ちつつ延
展固定化処理される０次に開閉弁９と供給弁２７とを開
くと延展固定化処理された粉体は、衝撃室１８及び循環
回路１３からシェード２０へ排出され、同時に衝撃室１
８及び循環回路１３は新らしい不活性ガスで置換される
。排出された延展固定化粉体は前記実施例と同様に処理
される。

以後は開閉弁９及び供給弁２７を閉じて原料供給弁２６
を開とすれば、次回分の延展固定化処理操作が進行する
。なお、不活性ガスの供給、停止を含むこれら一連の回
分固定化操作は、前記実施例と同様に時限制御装置３１
によって制御され継続される。

なお母粒子表面への金属子粒子固定化が局所的部分の延
展固定化処理でよい場合は、第４図の粉体衝撃装置をワ
ンパス式の連続処理システムとして使用することができ
る。その場合は第４図における循環回路１３を閉塞し、
原料供給弁２６及び不活性ガスの供給弁２７並び開閉弁
９を開とした状態で被処理粉体を原料ホンパー１４から
連続的に一定量の割合で供給すればよい、この際、排風
機（第２図の２５）出口の不活性ガスを原料供給シュー
ト１５へ戻す方式を採れば不活性ガスの使用量を節減す
ることになり経済的である。

上述の如く、本願発明に係る固体（粉体）粒子表面への
金属の延展固定方法の特長は、衝撃式打撃手段としての
衝撃式粉砕機構の微小粉体粒子に対する強力な衝撃力を
利用することによって、微小粉体粒子を装置系内の気相
中に完全に分散させた状態で、かつ一定の形状を有する
母粒子の全表面に付着させた金属子粒子に対する衝撃力
付与のだめの衝撃力の大きさそれ自体及び衝撃回数を任
意に調節できることにある。従って、凝集しやすいミク
ロンオーダーの各種微小粉体相互の付着を完全に防止し
つつ、同時に微小粉体の１個、１個に対して過不足のな
い打撃力を付与することができるため一様な品質の、し
かも金属特有の色、輝きなど発色性のよい改質粉体を短
時間のうちに生産することができる。

また、第１図に示す如く本発明の方法によれば、各種材
料の母粒子に対する金属子粒子の延展固定化は単なる一
成分金属子粒子による単粒子層の延展固定化処理にどど
まらす、母粒子を膜状に被服するマイクロカプセル化、
二成分以上の金属子粒子の延展固定化、さらには−成分
以上の金属子粒子による複数層に延展固定化処理するこ
とができる。また金属子粒子の形状も球状、不定形、繊
維状などその形状はとわない。

また、本発明の方法によれば、各母粒子に対する延展固
定化金属子粒子の割合（比率）がそれ程厳密でなくとも
よい場合（即ち、全体としての成分比率が一定であれば
よい場合）は、各種ミキサー、電動乳鉢などのプレプロ
セッサ−を使用せず、別々に計量された母粒子粉体と金
属子粒子粉体を直接衝撃室に供給して母粒子表面に対す
る金属子粒子の延展固定化処理を行なうことができる。

以上のように、本願発明に係る方法によれば、各種粉体
材料の組合わせから成る母粒子に対して金属子粒子を延
展固定化させる表面の改質処理を行ない、均一で安定し
た特性を有する機能性複合・混成粉体材料（コンポジッ
トまたはハイブリッドパウダー）を極めて短時間で効率
よく生産することができる。

実施例１ 回転盤に周設された８枚のプレート型衝撃ビンの外径が
２３５鶴、循環回路の直径が５４゜９ｍｓである第２図
の粉体衝撃装置を使用した。母粒子として平均粒径ｄｐ
５０　＝　１５μｍの球状ナイロン１２の表面に平均粒
径ｄｐ５０　＝　０．５〜３μｍの導電塗料用銀粉子粒
子をあらかじめミキサーで付着させたオーダードミクス
チャーを夫々下表に示す処理条件で延展固定化処理した
結果、何れも導電塗料用銀粉（金属子粒子）がナイロン
１２（母粒子、核粒子）の表面に延展固着し、均一安定
したナイロン１２の導電塗料用銀粉による表面改質粉体
を得た。

ナイロン１２σ求伏）を核とする導電塗料用銀粉の延展
固定化処理条件

【図面の簡単な説明】

第１図ｆｌｌ〜（８）は本発明に係る方法による処理部
粉体と延展固定化後の粉体の各種態様を示す概念的な説
明図、第２図は、本発明に用いる粉体衝撃装置の一例を
、その前後装置とともに系統的に示した概念的な説明図
、第３図は第２図の側断面説明図、第４図は同じく不活
性ガスを用いる場合の他の装置の説明図を示す。 ａ・・・母粒子、　　　　　ｂ、ｃ・・・子粒子、ｌ・
・・衝撃式粉砕機。 特許出願人　　株式会社　奈良機械製作所−一′１ （ほか２名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体粒子の表面に、衝撃式打撃手段を用いて他の
   金属固体粒子を固着延展させて固定化することを特徴と
   する固体粒子表面への金属の延展固定方法。
2. （２）予め固体粒子の表面に他の金属固体粒子を付着さ
   せておくことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
   記載の固体粒子表面への金属の延展固定方法。
3. （３）補助手段として加熱して、前記固体粒子と前記延
   展粒子相互を密着強化させることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の固体粒子表面
   への金属の延展固定方法。
4. （４）不活性ガスふん囲気下で上記延展固着工程を行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項〜第（３
   ）項のいずれかに記載の固体粒子表面への金属の延展固
   定方法。