KR20140007897A - 연속 혼련 장치 - Google Patents

Abstract

정량된 분체가 공급되는 분체 공급통 (3) 이 접속되고 또한 분체가 액체와 혼합되는 상부 동체 (1) 와, 상부 동체 (1) 의 하측에 동심상으로 접속된 하부 동체 (2) 를 구비한다. 상부 동체 (1) 내에 내장된 제 1 회전 혼련반 (10) 과 하부 동체 (2) 내에 내장된 제 2 회전 혼련반 (11) 에 의해, 분체와 액체를 연속 혼련하는 연속 혼련 장치로서, 제 1 및 제 2 회전 혼련반 (10·11) 은, 기재의 표면에 분체와 액체의 혼련시에 마찰을 저감시키는 코팅재 (50) 가 피복되어 있다.

Description

연속 혼련 장치{CONTINUOUS KNEADING DEVICE}

본 발명은, 석영 분말 등의 분체와 액체를 연속적으로 혼합하여 혼련하기 위한 연속 혼련 장치에 관한 것으로, 서브 미크론 오더의 미세 입자와 액체 물질을 효율적으로 연속적으로 혼합 가능한 연속 혼련 장치에 관한 것이다.

본원은, 2011년 3월 23일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2011－064663호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터, 특허문헌 1 및 2 에 나타내는 바와 같은, 석영 분말 등의 분체와 액체를 연속적으로 혼련하는 연속 혼련 장치가 알려져 있다.

특허문헌 1 의 연속 혼련 장치는, 회전 혼련반을 각각 수납 배치한 혼련실을 상하 다단으로 형성하고, 상단의 혼련실에 분체와 액체를 동시에 공급하여 혼련을 실시하도록 한 구성에 있어서, 상단의 혼련실 내의 회전 혼련반을 경소 (徑小) 로 설정함과 함께, 하단의 혼련실 내의 회전 혼련반을 경대 (徑大) 로 설정하고, 상기 상단의 회전 혼련반에 있어서 원심 방향으로 이동하면서 액체와 혼련되는 분체를, 상기 상단의 회전 혼련반의 외주 가장자리부로부터, 하단의 혼련실 내의 회전 혼련반 상의 혼련 영역에 직접 도입하도록 한 것이다.

특허문헌 2 의 연속 혼합 장치는, 회전 혼합반을 구비한 혼합실 내에 분체와 액체를 연속적으로 공급하고, 상기 회전 혼합반에 의해 분체와 액체의 균일한 혼합 유체를 얻도록 한 구성에 있어서, 상기 혼합실의 내면부에 마찰에 대한 발열성이 낮은 열가소성 수지로 이루어지는 비금속제 슬리브를 교환 가능하게 장착한 것이다.

일본 공개특허공보 2002-191953호 일본 공개특허공보 2004-290908호

그런데, 상기와 같이 구성된 연속 혼련/혼합 장치에서는, 분체와 액체의 혼련물 (슬러리) 에 접촉시키고 또한 혼합시키는 부재인 회전 혼합반 등의 기재로서 스테인리스재가 사용되고 있지만, 슬러리와 스테인리스재의 표면의 젖음성이 양호하기 때문에, 슬러리가 스테인리스재에 부착되고, 특히 혼련의 대상이 서브 미크론 오더 이하의 미세 입자인 경우에서는 양호한 혼련을 실시할 수 없어, 슬러리의 점도가 높아지고, 결과적으로 슬러리의 장치로부터의 배출성이 나빠지거나, 또 슬러리의 온도가 상승하여 제품으로서의 특성이 변화하거나 하는 문제가 발생하였다.

특히, 장치의 구성 부재인 회전 혼련반은, 베어링을 통하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있기 때문에, 다른 부재와의 접촉 면적이 좁으므로 마찰열이 잘 빠지지 않아, 다른 부재에 비해 보다 높은 온도가 되었다.

본 발명은, 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 회전 혼련시에 있어서 슬러리에 대한 양호한 혼련성이 얻어져 슬러리의 점도를 낮추는 것에 수반하여 장치로부터의 양호한 배출성을 확보하고, 게다가 슬러리의 온도를 낮추는 것도 가능한 연속 혼련 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 일반적으로, 동마찰 계수가 작은 재료는 젖음성이 낮다고 여겨지고 있는 점에서, 재질의 동마찰 계수에 대해 주목하였다. 그래서, 장치 내부를 구성하는 각 부재, 구체적으로는 혼련 대상물에 직접 접촉하는 구성 부재의 재질을 바꾸어 여러 가지 시험을 실시한 결과, 장치 내부의 구성 부재를 동마찰 계수가 작은 재질로 구성한 경우, 혼련이 양호하게 진행되는 것에 수반하여 슬러리의 점도가 낮아지고, 또한 슬러리의 온도도 낮아지는 것을 알아내어, 본원 발명을 이루기에 이르렀다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치는, 정량된 분체가 공급되는 분체 공급통이 접속되고 또한 그 분체가 액체와 혼합되는 상부 동체와, 그 상부 동체의 하측에 그 상부 동체에 대해 동심상으로 접속된 하부 동체를 구비하고, 상기 상부 동체 내에 내장된 제 1 회전 혼련반과 상기 하부 동체 내에 내장된 제 2 회전 혼련반에 의해, 상기 분체와 액체를 연속 혼련하는 연속 혼련 장치로서, 상기 제 1 및 상기 제 2 회전 혼련반의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 작은 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 금속으로는, 예를 들어 스테인리스 (JIS SUS304) 를 들 수 있다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 상기 제 1 및 상기 제 2 회전 혼련반은 기재의 표면이 코팅재에 의해 피복되고, 상기 코팅재는, 다이아몬드 라이크 카본 (비정질 탄소, 아르모퍼스 카본으로도 불리고 있다. DLC 라고 칭한다), 폴리에테르에테르케톤 (이하, PEEK 라고 칭한다), 폴리테트라플루오로에틸렌 (이하, PTFE 라고 칭한다), 질화티탄 (이하, TiN 이라고 칭한다), 탄질화티탄 (이하, TiCN 이라고 칭한다) 중 어느 재료가 사용되고 있어도 된다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 상기 상부 동체 및 상기 하부 동체의 내면은, 금속보다 동마찰 계수가 작은 코팅재에 의해 피복되어 있어도 된다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 상기 상부 동체 및 상기 하부 동체의 내면에 피복되는 상기 코팅재는 PEEK 재여도 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 상부 동체 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반과 하부 동체 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 작은 재료에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, 상부 동체 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반과 하부 동체 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반의 기재의 표면에 DLC 코팅, PEEK 코팅, PTFE 코팅, TiN 코팅, TiCN 코팅이 실시되어 있기 때문에, 그 코팅재에 의해 슬러리의 양호한 혼련성이 얻어지고, 슬러리의 점도를 내릴 수 있다. 이에 수반하여, 장치로부터의 양호한 배출성을 확보할 수 있고, 게다가 슬러리의 온도 및 제 1, 제 2 회전 혼련반의 온도를 낮추는 것도 가능해진다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 제 1 회전 혼련반과 제 2 회전 혼련반을 금속보다 동마찰 계수가 낮은 수지재에 의해 구성해도 되는데, 이 경우도 상기와 동일하다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 상기 상부 동체의 하단이 그 상부 동체의 반경 방향 안쪽으로 돌출되는 내플랜지부의 하면과 상기 하부 동체 내의 제 2 회전 혼련반의 상면 사이에는 전단 혼련부가 형성되고, 그 전단 혼련부는, 상기 내플랜지부의 하면에 고정된 고정판과, 상기 제 2 회전 혼련반의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반과 함께 회전하는 회전판을 갖고, 상기 회전판이 상기 고정판의 상면과 대향한 상태에서 회전함으로써, 이들 고정판과 회전판 사이에서 상기 분체와 액체의 혼련물에 전단력을 부여하고, 상기 전단 혼련부의 회전판과 상기 고정판의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 낮은 재료에 의해 구성되어 있어도 된다.

또한, 상기 전단 혼련부의 회전판과 상기 고정판의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 낮은 재료에 의해 구성되어 있다는 것은, 상기 전단 혼련부의 회전판과 상기 고정판이 각각 기재의 표면에 금속보다 동마찰 계수가 낮은 재료에 의해 코팅되어 있는 경우와, 상기 전단 혼련부의 회전판과 상기 고정판이 금속보다 동마찰 계수가 낮은 재료 그 자체에 의해 구성되어 있는 경우를 포함하는 의미이다.

또, 본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에서는, 상기 전단 혼련부의 고정판 및 회전판의 대향면에는 요철부가 형성되어 있어도 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 상부 동체의 내플랜지부의 하면에 고정된 고정판과, 제 2 회전 혼련반의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반과 함께 회전하는 회전판으로 전단 혼련부를 구성하고, 그 전단 혼련부의 회전판이 고정판에 대해 회전함으로써, 이들 회전판과 고정판 사이에서 분체와 액체의 혼련물 (슬러리) 에 전단력을 부여할 수 있다. 그리고, 이 때, 전단 혼련부의 고정판 및 회전판의 대향면에 너얼링상의 절삭 가공 또는 오목상 홈에 의한 요철부 형성에 의해, 분체와 액체의 혼련물 (슬러리) 에 큰 전단력을 부여할 수 있다.

본 발명에 관련된 발명에서는, 상기 금속보다 동마찰 계수가 낮은 수지재는 PEEK 또는 PTFE 여도 된다.

본 발명에 의하면, 상부 동체 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반과, 하부 동체 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 작은 재료에 의해 구성되어 있다. 예를 들어, 상부 동체 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반과 하부 동체 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반의 기재의 표면에 DLC 코팅, PEEK 코팅, PTFE 코팅, TiN 코팅, TiCN 코팅이 실시되어 있으면, 그것들 코팅재의 젖음성이 낮은 점에서, 그 코팅재에 의해 슬러리의 양호한 혼련성이 얻어져 슬러리의 점도를 낮출 수 있다. 이에 수반하여, 장치로부터의 양호한 배출성을 확보할 수 있고, 게다가 슬러리의 온도를 낮추는 것도 가능해진다.

또한, 본 발명에 의하면, 상부 동체의 돌출 지점의 하면에 고정된 고정판과, 제 2 회전 혼련반의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반과 함께 회전하는 회전판으로 전단 혼련부를 구성하고, 그 전단 혼련부의 회전판이 고정판에 대해 회전함으로써, 이들 회전판과 고정판 사이에서 분체와 액체의 혼련물에 전단력을 부여할 수 있다. 그리고, 이 때, 전단 혼련부의 고정판 및 회전판의 대향면에 너얼링상의 절삭 가공 또는 오목상 홈에 의한 요철부 형성에 의해, 분체와 액체의 혼련물에 더욱 큰 전단력을 부여할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 연속 혼련 장치 (100) 의 정단면도이다.
도 2 는, 너얼링 가공을 한 제 2 회전 혼련반 (11) 의 회전판 (22) 을 나타내는 도면으로서, (A) 는 평면도, (B) 는 직경 방향의 정단면도이다.
도 3 은, 너얼링 가공을 한 상부 동체 (1) 측의 고정판 (21) 을 나타내는 도면으로서, (A) 는 하면도, (B) 는 직경 방향의 정단면도이다.
도 4 는, 오목상 홈을 형성한 제 2 회전 혼련반 (11) 의 회전판 (22) 을 나타내는 도면으로서, (A) 는 평면도, (B) 는 직경 방향의 정단면도이다.
도 5 는, 오목상 홈을 형성한 상부 동체 (1) 측의 고정판 (21) 을 나타내는 도면으로서, (A) 는 하면도, (B) 는 직경 방향의 정단면도이다.
도 6 은, 상이한 금속 재료로 이루어지는 기재와, 그것들의 표면이 여러 가지 코팅재에 의해 피복된 경우의 동마찰 계수의 차이를 나타내는 표이다.
도 7 은, 본 발명에 관련된 연속 혼련 장치 (100) 와, 비교예에 관련된 연속 혼련 장치로 혼련한 경우의 슬러리의 점도, 슬러리의 온도를 나타내는 실시예를 나타내는 표이다.

본 발명에 관련된 연속 혼련 장치에 대해, 도 1 ∼ 도 5 를 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 연속 혼련 장치 (100) 의 정단면도로서, 이 도면에 있어서 부호 1 로 나타내는 것은 상부 동체, 부호 2 로 나타내는 것은 상부 동체 (1) 의 하측에 동심상으로 고정된 하부 동체이다.

상기 상부 동체 (1) 는, 상부 동체 본체 (1A) 의 내부가 제 1 혼련실 (1B) 로 되어 있고, 그 제 1 혼련실 (1B) 의 상부에는, 분체를 연속적으로 정량 공급하는 분체 공급 장치 (도시 생략) 에 접속된 분체 공급통 (3) 과, 그 분체와 혼합되는 액체를 공급하는 액체 공급 장치 (도시 생략) 에 접속된 액체 공급관 (4) 이 배치되어 있다.

또, 상기 상부 동체 (1) 의 상부 동체 본체 (1A) 의 상측 가장자리부와 하측 가장자리부에는 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 플랜지부 (1C·1D) 가 일체로 형성되어 있고, 상기 플랜지부 (1C) 에는 상기 분체 공급통 (3) 이 고정되어 있고, 상기 플랜지부 (1D) 에는 하부 동체 (2) 가 고정되어 있다.

상기 하부 동체 (2) 는 그 하부 동체 본체 (2A) 의 내부가 제 2 혼련실 (2B) 로 되어 있다.

또, 상기 하부 동체 (2) 의 하부 동체 본체 (2A) 의 상측 가장자리부에는 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 플랜지부 (2C) 가 일체로 형성되어 있고, 그 플랜지부 (2C) 에는 상기 상부 동체 (1) 의 하측의 플랜지부 (1D) 가 접촉 및 고정되어 있다.

또, 상기 하부 동체 (2) 의 하부 동체 본체 (2A) 의 하측 가장자리부에는 수평으로 배치된 바닥판 (2D) 이 일체로 형성되어 있고, 그 바닥판 (2D) 과 하부 동체 본체 (2A) 사이에는, 분체와 액체의 혼련물인 슬러리를 배출하기 위한 배출구 (5) 가 형성되어 있다.

상기 하부 동체 (2) 의 제 2 혼련실 (2B) 의 내경은, 상기 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 의 내경보다 크게 형성되어 있고, 또한 이들 제 1 혼련실 (1B) 과 제 2 혼련실 (2B) 은 서로 연통된 상태로 형성되어 있다.

상기 제 1 혼련실 (1B) 과 제 2 혼련실 (2B) 에는, 제 1 회전 혼련반 (10) 과 제 2 회전 혼련반 (11) 이 각각 배치되어 있고, 이들 제 1 회전 혼련반 (10) 과 제 2 회전 혼련반 (11) 은 공통의 회전 구동축 (12) 에 의해 구동된다.

이 회전 구동축 (12) 은, 상기 바닥판 (2D) 의 중심부를 관통하도록 베어링 (13) 에 지지되어 있고, 그 하단부에 배치된 외부 구동원 (도시 생략) 에 급합 (給合) 되고 또한 회전 구동된다. 또, 상기 제 1 회전 혼련반 (10) 의 하면에는 혼련 핀 (10A) 이 복수 형성되어 있다.

상기 하부 동체 (2) 의 제 2 혼련실 (2B) 의 내경은, 상기 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 의 내경보다 크게 형성되어 있으므로, 상기 상부 동체 (1) 의 하부는 안쪽 (회전 구동축 (12) 측) 으로 돌출되는 형상으로 되어 있다. 여기서, 상기 상부 동체 (1) 의 플랜지부 (1D) 의 내측은, 혼련실 (1B·2B) 측으로 돌출되어 내플랜지부 (1DD) 가 형성되어 있고, 이들 (외) 플랜지부 (1D) 와 내플랜지부 (1DD) 의 하면과 상기 하부 동체 (2) 내의 제 2 회전 혼련반 (11) 의 상면 사이에는 전단 혼련부 (20) 가 형성되어 있다.

전단 혼련부 (20) 는, 상기 상부 동체 (1) 의 플랜지부 (1D) 와 내플랜지부 (1DD) 의 하면에 고정된 고정판 (21) 과, 상기 제 2 회전 혼련반 (11) 의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반 (11) 과 함께 회전하는 회전판 (22) 을 갖고, 그리고 상기 제 2 회전 혼련반 (11) 의 회전에 수반하여 회전판 (22) 이 회전함으로써, 이들 고정판 (21) 과의 사이에서 상기 분체와 액체의 혼련물인 슬러리에 전단력을 부여한다.

또, 상기 제 2 회전 혼련반 (11) 의 주연부와 하면측은, 상기 슬러리를 상기 하부 동체 본체 (2A) 의 내면부로부터 긁어내고, 또 배출구 (5) 에 안내하기 위한 측면 스크레이퍼 (30) 와 소출 (搔出) 날개 (31) 가 각각 방사상으로 구성 배치되어 있다.

또한, 전 (前) 혼련실 (1B·2B) 에 대한 액체의 공급을, 분체 공급통 (3) 을 통하여 실시하는 것에 한정되지 않고, 분체 공급통 (3) 을 위요 (圍繞) 하도록 오버플로우 콘을 형성하여, 이 오버플로우 콘에 의한 고리형 일류막 (溢流膜) 으로서 액체를 유하시키도록 구성한 것을 추가로 부설해도 된다.

또, 상기 전단 혼련부 (20) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 2 회전 혼련반 (11) 의 회전판 (22) 의 상면에 있어서, 소정 폭으로 그 상면을 둘레 방향과 경사지는 일정 방향으로 너얼링상의 절삭 가공 (부호 22a 로 나타낸다) 이 실시된다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 그 회전판 (22) 에 대해 상대 회전하는 상부 동체 (1) 측의 고정판 (21) 의 하면에 있어서, 상기 회전판 (22) 의 너얼링과 교차하는 방향으로 너얼링상의 절삭 가공 (부호 21a 로 나타낸다) 이 실시되어 있다. 그리고, 이들 회전판 (22) 과 고정판 (21) 상의 절삭 가공 (21a·22a) 에 의한 요철부 형성에 의해, 분체와 액체의 혼련물인 슬러리에 대해 적정한 전단 작용이 부여되어, 균질의 슬러리를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 도 2 에 부호 40 으로 나타내는 것은, 회전판 (22) 을 제 2 회전 혼련반 (11) 에 고정시키기 위한 장착 나사이고, 도 3 에 부호 41 로 나타내는 것은, 고정판 (21) 을 상부 동체 (1) 에 고정시키기 위한 장착 나사이다.

상기 제 1 회전 혼련반 (10), 제 2 회전 혼련반 (11), 상기 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 및 상기 하부 동체 (2) 의 제 2 혼련실 (2B) 에는, 기재의 표면에 상기 분체와 액체의 혼련시에 그것들 분체 및 액체의 혼련물인 슬러리와의 마찰을 저감시키는 코팅재 (50 (50A·50B)) 가 피복되어 있다. 또한, 이 코팅재 (50 (50A·50B)) 는, 상기 회전판 (22) 과 고정판 (21) 에 형성된 너얼링상의 절삭 가공 (21a·22a) 를 포함하는 전체면을 피복하도록 형성된다. 이들 기재로는 예를 들어 스테인리스가 사용되고, 또 그 기재에 피복되는 코팅재로서, 예를 들어, DLC, PEEK, PTFE, TiN, TiCN 등의 재료가 사용된다.

구체적으로는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 회전 혼련반 (10), 제 2 회전 혼련반 (11), 고정판 (21) 및 소출 날개 (31) 의 표면을 각각 덮는 각 코팅재 (50 (50A)) 로서, 예를 들어 DLC 코팅 (재) 이 사용되고, 또 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 고정판 (21) 의 DLC 코팅 혹은 PTFE 의 무구재의 표면을 제외한 제 2 혼련실 (2B) 의 내면을 각각 덮는 코팅재 (50 (50B)) 로서, 예를 들어 PEEK 코팅 (재) 가 사용된다.

상기 서술한 바와 같이, 제 2 회전 혼련반 (11) 및 고정판 (21) 이나 제 1 회전 혼련반 (10) 및 소출 날개 (31) 의 각 코팅재 (50 (50A)) 로서 DLC 코팅을 사용한 이유는 이하와 같다. 즉, 회전판 (22) 및 고정판 (21) 의 서로의 대향면에는 너얼링상의 절삭 가공이 실시되어 미세한 홈이 형성되어 있고, 통상적인 코팅법을 채용하는 경우, 그것들 미세한 홈을 메워, 미세한 홈이 갖는 본래의 기능, 요컨대 높은 전단 작용을 미치는 기능을 저해할 우려가 있는데, DLC 를 사용하여 예를 들어 스퍼터링법에 의해 코팅한 경우, 미세한 홈은 그대로 유지되고, 미세한 홈이 갖는 본래의 기능, 요컨대 높은 전단 작용을 미치는 기능을 충분히 발휘할 수 있기 때문이다. 또, DLC 에 의한 코팅이면, 막두께가 1 ㎛ 정도로 얇고 또한 균등하기 때문에, 강한 전단 하중이 가해지는 경우에도 코팅층이 기재로부터 잘 벗겨지지 않기 때문이다.

또, 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 및 하부 동체 (2) 내의 제 2 혼련실 (2B) 의 각 내면의 코팅재 (50B) 로서 PEEK 재를 사용한 이유는, 예를 들어 PTFE 계의 수지를 사용한 경우와 비교하여, 내약품성, 발수발유성, 비점착성은 동등한 성능을 갖지만, 내마모성에 있어서는 불소 수지의 10 배의 내구성을 갖기 때문이다. 또, 동마찰 계수도 불소 수지와 동등한 것이 얻어지고, 온도 변화에 대해서도 안정적인 성질을 갖기 때문이다.

이와 같이 구성된 실시형태의 연속 혼련 장치 (100) 에서는, 제 1 혼련실 (1B) 의 제 1 회전 혼련반 (10) 의 상면 중심부에 분체가 분체 공급통 (3) 내에 연속적으로 공급됨과 함께, 도시 생략한 액체 공급 수단에 의해 액체 공급관 (4) 으로부터 액체가 공급되어, 제 1 회전 혼련반 (10) 의 회전 구동에 의해 분체와 액체가 혼련되고, 이어서 이 분체와 액체의 혼련물인 슬러리가 제 1 회전 혼련실과 (1B) 제 2 혼련실 (2B) 의 경계부에 있어서 형성된 상기 전단 혼련부의 회전판 (22) 과 고정판 (21) 사이를 통과함으로써, 슬러리에 대해 적정한 전단 작용이 부여되어 균질의 슬러리를 용이하게 얻을 수 있다.

또, 상기 연속 혼련 장치 (100) 에서는, 상부 동체 (1) 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반 (10) 과 하부 동체 (2) 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반 (11) 의 기재의 표면에 상기 분체 및 액체의 혼련시의 슬러리와의 마찰을 저감시키는 코팅재 (50 (50A)) 를 피복하고 있다. 예를 들어, 상부 동체 (1) 내에 위치하는 제 1 회전 혼련반 (10) 과 하부 동체 (2) 내에 위치하는 제 2 회전 혼련반 (11) 의 기재의 표면에 DLC 코팅을 실시하였기 때문에, 그 코팅재에 의해 동마찰 계수를 낮춤에 수반하여 슬러리의 양호한 혼련성이 얻어지고, 분체끼리의 큰 집합체가 없어지기 때문에 슬러리의 점도를 낮출 수 있다. 이에 수반하여, 당해 장치로부터의 슬러리의 양호한 배출성을 확보할 수 있고, 게다가 슬러리의 온도를 낮추는 것도 가능해진다.

또한, 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 의 내면에 상기 분체와 액체의 혼련시의 슬러리와의 마찰을 저감시키는 PEEK 코팅이 피복됨으로써, 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 의 내면과의 접촉 부분에 있어서도 슬러리의 양호한 혼련성이 얻어지고, 여기서도 슬러리의 점도를 낮출 수 있다.

또, 본 실시형태에 나타내는 연속 혼련 장치 (100) 에서는, 전술한 바와 같이, 상부 동체 (1) 의 플랜지부 (1D) 의 하면에 고정된 고정판 (21) 과, 제 2 회전 혼련반 (11) 의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반 (11) 과 함께 회전하는 회전판 (22) 으로 전단 혼련부 (20) 를 구성하고, 그 전단 혼련부 (20) 의 회전판 (22) 이 고정판 (21) 에 대해 회전함으로써, 이들 회전판 (22) 과 고정판 (21) 사이에서 분체와 액체의 혼련물인 슬러리에 전단력을 부여하도록 하고 있고, 여기서도 그것들 회전판 (22) 및 고정판 (21) 의 표면에 DLC 코팅을 실시하고 있으므로, 여기서도 슬러리의 양호한 혼련성이 얻어진다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경을 가할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시형태의 전단 혼련부 (20) 에서는, 제 2 회전 혼련반 (11) 의 회전판 (22) 의 상면, 및 그 회전판 (22) 에 대해 상대 회전하는 고정판 (21) 의 하면에 너얼링상의 절삭 가공 (부호 21a, 22a 로 나타낸다) 을 각각 실시하였지만, 이에 한정되지 않고, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 회전판 (22) 의 회전 방향인 둘레 방향을 따르도록 또한 반경 방향으로 일정 간격으로 오목상 홈 (21b, 22b) 을 형성하고, 이들 오목상 홈 (21b, 22b) 에 의한 요철부에 의해 슬러리에 전단력을 부여하도록 해도 된다.

이 경우, 혼합시의 마찰에 의해 발생하는 슬러리의 온도 상승을 방지하여 그 슬러리의 점도의 상승을 억제하고, 또한 장치로부터의 배출성을 개선하기 위해, 이들 오목상의 홈 (21b, 22b) 을 포함하는 회전판 (22) 의 상면 및 고정판 (21) 의 하면의 전체면에 코팅재 (50 (50A)) 에 의한 피복을 실시한다.

또, 본 실시형태에서는, 상부 동체 (1) 에 연결된 분체 공급통 (3) 을 통하여 분체와 함께 유체를 공급하도록 하였지만, 이에 한정되지 않고, 유체를, 상부 동체 (1) 의 하측의 플랜지부 (1D) 에 액체 분사 노즐을 형성하고, 상기 전단 혼련부 (20) 의 고정판 (21) 과 회전판 (22) 이 대향하는 지점 (즉, 슬러리에 전단력이 부여되는 지점) 에 직접 액체를 공급하도록 해도 된다.

또, 상기 전단 혼련부 (20) 의 고정판 (21) 을 상기 상부 동체 (1) 의 하측의 플랜지부 (1D) 에 고정시키도록 하였지만, 이에 한정되지 않고, 그 고정판 (21) 을 회전판 (22) 과 역방향으로 회전 구동시키도록 하여, 슬러리에 더욱 큰 전단력을 부여해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 하부 동체 (2) 를 상부 동체 (1) 보다 대경으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 하부 동체 (2) 와 상부 동체 (1) 를 동일한 정도의 직경으로 설정할 수도 있다. 이 경우, 고정판 (21) 은 상부 동체 (1) 에 형성한 내플랜지부 (1DD) 의 하면에 고정시키면 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 상기 제 1 회전 혼련반 (10), 제 2 회전 혼련반 (11), 상기 상부 동체 (1) 내의 제 1 혼련실 (1B) 및 상기 하부 동체 (2) 의 제 2 혼련실 (2B) 에 있어서, 기재의 표면에 상기 분체와 액체의 혼련시에 슬러리와의 마찰을 저감시키는 코팅재 (50) 를 입혔다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 회전 혼련반 (10) 이나 제 2 회전 혼련반 (11) 의 전부 혹은 그 일부 예를 들어 측면 스크레이퍼 (30) 이나 소출 날개 (31) 를, 금속보다 동마찰 계수가 낮은 예를 들어 PEEK 나 PTFE 등의 수지재 그 자체로 구성해도 된다. 또, 고정판 (21) 과 회전판 (22) 도 동일하게 금속보다 동마찰 계수가 낮은 예를 들어 PEEK 나 PTFE 등의 수지재 그 자체로 구성해도 된다.

실시예

먼저, 처음에 기재로서 알루미늄 (JIS A2014) 과 스테인리스 (JIS SUS304) 를 준비하고, 코팅을 실시하지 않고 기재 그 자체, 기재의 표면에 TiN 코팅을 실시한 것, 기재의 표면에 TiCN 코팅을 실시한 것, 기재의 표면에 DLC 코팅을 실시한 것, 기재의 표면에 PEEK 코팅을 실시한 것, 기재의 표면에 PTFE 코팅을 실시한 것을 각각 준비하고, 그것들의 동마찰 계수를 측정하였다.

또한, 동마찰 계수는 CSEM 사 제조의 트라이보미터에 의한 볼·온·디스크 마찰 시험에 있어서, 실온에서 직경 6 ㎜ 의 초경합금 볼에 5 ∼ 20 N 의 하중을 가하는 조건하에서 측정하였다.

그 결과를 도 6 에 나타낸다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄의 동마찰 계수는 0.6, 스테인리스의 동마찰 계수는 0.5 인 반면, 그것들 기재에 코팅을 실시한 경우, TiN 코팅에서는 0.4, TiCN 코팅에서는 0.3, DLC 코팅 또는 PEEK 코팅에서는 0.1, PTFE 코팅에서는 0.05 의 동마찰 계수였다.

이들 결과를 기초로, 전술한 도 1 ∼ 도 3 에서 나타낸 본 발명의 실시형태에 관련된 연속 혼련 장치 (100) 와 동일한 구조의 것을 사용하여, 실시예를 12 예 준비함과 함께, 비교예를 3 예 준비하고, 그것들에 대해 실제로 분체와 액체를 혼련한 경우의 슬러리의 점도, 슬러리의 온도 등에 대해 조사하였다.

구체적으로는, 분체 공급통 (3) 으로부터 50 ㎏/h 의 석영 분말 또는 식품용 믹스 분말을 공급하고, 또한 액체 공급관 (4) 으로부터 34 리터/h 의 이온 교환수 또는 식염수를 연속적으로 공급하면서, 2 단의 회전 혼련반 (10·11) 을 4000 rpm 으로 회전시키면서 슬러리를 제조하였다. 그것들 결과를 도 7 에 나타낸다.

여기서, 실시예 1 은, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 DLC 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 식품용 믹스 분말 (멥쌀, 전분, 소맥 단백, 트레할로오스, 증점 다당질) 과 액체 원료인 10 wt％ 식염수를 혼련한 예이다. 또한, 그것들 부재의 기재로는 스테인리스를 사용하였다. 이하의 실시예 2 ∼ 9 에 대해서도 회전 혼련반 (10) 등의 기재로는 스테인리스를 사용하였다.

실시예 2 는, 실시예 1 과 동일한 장치 구성의 것을 사용하여, 분말 원료인 체적 기준의 평균 입경 0.8 ㎛ 의 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 3 은, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 PTFE 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 4 는, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 PEEK 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 5 는, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 TiCN 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 6 은, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 TiN 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다.

실시예 7 은, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면을 각각 DLC 코팅 (재) 으로 덮고, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 PEEK 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 8 은, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면을 각각 TiCN 코팅 (재) 으로 덮고, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 PEEK 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 9 는, 회전 혼련반 (10, 11) 의 표면, 소출 날개 (31) 의 표면을 각각 TiN 코팅 (재) 으로 덮고, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면을 각각 PEEK 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다.

실시예 10 은, 회전 혼련반 (10, 11), 소출 날개 (31), 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 를 각각 PTFE 재에 의해 제조한 것을 사용하여, 분말 원료인 식품용 믹스 분말과 액체 원료인 식염수를 혼련한 예이다. 실시예 11 은, 회전 혼련반 (10, 11), 소출 날개 (31) 를 각각 PEEK 재에 의해 제조한 것을 사용함과 함께, 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 를 각각 PTFE 재에 의해 제조한 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 실시예 12 는, 회전 혼련반 (10, 11), 소출 날개 (31), 상부 동체 및 하부 동체 (2) 를 각각 PEEK 재에 의해 제조하고, 상부 동체 (1) 의 내면 및 하부 동체 (2) 의 내면만을 각각 PEEK 코팅 (재) 으로 덮은 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다.

또, 비교예 1 은, 회전 혼련반 (10, 11), 소출 날개 (31), 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 를 각각 스테인리스에 의해 제조한 것을 시용하여, 분말 원료인 식품용 믹스 분말과 액체 원료인 식염수를 혼련한 예이다. 비교예 2 는, 비교예 1 과 동일한 장치 구성의 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다. 비교예 3 은, 회전 혼련반 (10, 11), 소출 날개 (31), 상부 동체 (1) 및 하부 동체 (2) 에 각각 알루미늄제의 것을 사용하여, 분말 원료인 석영 분말과 액체 원료인 이온 교환수를 혼련한 예이다.

또, 실시예 1 ∼ 12, 비교예 1 에 있어서, 슬러리의 고형분 농도는, 액체를 포함하여 슬러리 전체의 중량에 대한 고형분 (분체) 의 중량 퍼센트를 60 퍼센트로 공통으로 하였다. 비교예 2 에 있어서, 슬러리의 고형분 농도는, 액체를 포함하여 슬러리 전체의 중량에 대한 고형분 (분체) 의 중량 퍼센트를 59 퍼센트, 비교예 3 에 있어서, 슬러리의 고형분 농도는, 액체를 포함하여 슬러리 전체의 중량에 대한 고형분 (분체) 의 중량 퍼센트를 63 퍼센트로 하였다. 또, 시험시의 분위기 온도 및 분말 원료, 액체 원료의 온도는 각각 20 ℃ 이다.

또한, 점도는 토키 산업 주식회사 제조의 B 형 점도계 BMII 형으로 측정하였다.

도 7 로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 ∼ 3 에서는, 혼련에 관여하는 장치 구성 부재의 내면이 코팅 등으로 덮여 있지 않아, 기재인 동마찰 계수가 0.6 혹은 0.5 인 알루미늄 혹은 스테인리스의 금속이 그대로 노출되어 있고, 이 경우, 슬러리의 점도가 420 m㎩·S ∼ 640 m㎩·S 로서 혼련이 양호하게 진행되지 않은 것을 알 수 있다. 이 영향으로, 혼련시의 슬러리 온도는 56 ℃ ∼ 60 ℃ 로 비교적 높아져 있고, 또 슬러리의 배출 비율도 100 ％ 에는 달하지 못하고, 85 ％ 혹은 95 ％ 에 그쳤다.

이에 반해, 본 발명 (실시예 1 ∼ 12) 과 같이, 혼련에 관여하는 장치 구성 부재의 내면이 동마찰 계수가 작은 코팅재로 덮여 있거나, 동마찰 계수가 작은 재료로 직접 제조되거나 하고 있는 경우의 대부분은, 슬러리의 점도가 160 m㎩·S ∼ 435 m㎩·S 로 혼련이 양호하게 진행된 것을 알 수 있다. 이 영향으로, 혼련시의 슬러리 온도는 50 ℃ 로 비교적 낮게 억제되어 있고, 또 슬러리의 배출 비율도 거의 100 ％ 에 달하여, 슬러리의 배출성도 양호한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 5, 6 은, 코팅재로서 TiCN 이나 TiN 을 사용하고 있기 때문에, 슬러리의 점도가 높고, 슬러리 배출 비율도 100 ％ 에는 도달하지 못했지만, 혼련시의 슬러리 온도는 50 ℃ 이하로 억제되어, 양호한 결과가 얻어진 것을 확인할 수 있었다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 석영 분말 등의 분체와 액체를 연속적으로 혼련하기 위한 연속 혼련 장치에 관한 것이다.

1 … 상부 동체, 1DD … 내플랜지부, 1B … 제 1 혼련실, 2 … 하부 동체, 2B … 제 2 혼련실, 3 … 분체 공급통, 10 … 제 1 회전 혼련반, 11 … 제 2 회전 혼련반, 20 … 전단 혼련부, 21 … 고정판, 21a … 절삭 가공 (요철부), 21b … 절삭 가공 (요철부), 22 … 회전판, 50 (50A·50B) … 코팅재

Claims (8)

1. 정량된 분체가 공급되는 분체 공급통이 접속되고 또한 그 분체가 액체와 혼합되는 상부 동체와, 그 상부 동체의 하측에 그 상부 동체에 대해 동심상으로 접속된 하부 동체를 구비하고, 상기 상부 동체 내에 내장된 제 1 회전 혼련반과 상기 하부 동체 내에 내장된 제 2 회전 혼련반에 의해, 상기 분체와 액체를 연속 혼련하는 연속 혼련 장치로서,
   상기 제 1 및 제 2 회전 혼련반의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 작은 재료에 의해 구성되어 있는 연속 혼련 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 및 상기 제 2 회전 혼련반은 기재의 표면이 코팅재에 의해 피복되고,
   상기 코팅재는, DLC, PEEK, PTFE, TiN, TiCN 중 어느 재료가 사용되고 있는 연속 혼련 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 상부 동체 및 상기 하부 동체의 내면은, 금속보다 동마찰 계수가 작은 코팅재에 의해 피복되어 있는 연속 혼련 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 상부 동체 및 상기 하부 동체의 내면에 피복되는 상기 코팅재는 PEEK 인 연속 혼련 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 및 상기 제 2 회전 혼련반은, 금속보다 동마찰 계수가 작은 수지재에 의해 구성되어 있는 연속 혼련 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상부 동체의 하단이 그 상부 동체의 반경 방향 안쪽으로 돌출되는 내플랜지부의 하면과 상기 하부 동체 내의 제 2 회전 혼련반의 상면 사이에는 전단 혼련부가 형성되고,
   그 전단 혼련부는, 상기 내플랜지부의 하면에 고정된 고정판과, 상기 제 2 회전 혼련반의 상면에 고정되어 그 제 2 회전 혼련반과 함께 회전하는 회전판을 갖고,
   상기 회전판이 상기 고정판의 상면과 대향한 상태에서 회전함으로써, 이들 고정판과 회전판 사이에서 상기 분체와 액체의 혼련물에 전단력을 부여하고,
   상기 전단 혼련부의 회전판과 상기 고정판의 적어도 표면이 금속보다 동마찰 계수가 낮은 재료에 의해 구성되어 있는 연속 혼련 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전단 혼련부의 고정판 및 회전판의 대향면에는 요철부가 형성되어 있는 연속 혼련 장치.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 금속보다 동마찰 계수가 낮은 수지재는 PEEK 또는 PTFE 인 연속 혼련 장치.

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