バインダーとは
バインダーに興味のある方へ。日本コークス工業株式会社 化工機事業部は、半世紀以上の経験と実績からモノづくりの明日を拓いていきます。私たちはこれからも粉粒体機器のパイオニアとして最先端技術の開発・生産を支えていきます。バインダーに興味のある方は、以下もご参照下さい。
■表面処理とは
近年、粒子設計では粒子に表面処理を施すことにより、粒子に付加価値や新たな機能を付加できるようになりました。表面処理について詳しくご説明します。
＜表面処理＞
表面処理とは粒子表面に物理的、化学的処理を施すことです。表面処理をすることにより粒子単体では得られない性質や特性を付加させることを、特に「表面改質」と呼びます。表面改質を行えば、親油性、親水性、伝導性、流動性など、さまざまな機能を粒子に付加することができます。また表面改質は、「コーティング」、「カップリング処理」、「複合化」、「球形化」などに分類することができます。
＜コーティング＞
コーティングとは、粒子表面に薄い膜を形成させることです。当社の「FMミキサ」はこのコーティング操作を得意としています。混合槽内で粉体の循環流を形成し、液状のコーティング剤を添加することで、粒子表面に均一にムラなくコーティングすることが出来ます。高速攪拌により、他機構のミキサよりも効率よく、ムラのないコーティングをすることが出来ます。以下のように、ステアリン酸やマレイン酸などの脂肪酸やワックスなどの常温で固形状のものと材料を一緒に仕込み、加熱混合することでのコーティングも可能です。また一般的に粉体表面は、0.2～0.3%の吸着水で覆われています。コーティング前に粉体を加熱し、吸着水を飛ばすことで、コーティング効率を上げることもできます。
＜カップリング処理＞
カップリング処理とは、極性の異なる無機物（親水性）と有機物（疎水性）を繋ぐ働きを持つ官能基を粒子表面に結合させる処理です。耐水性、親油性、分散性、ぬれ性など機能を付加することが出来ます。乾式処理法でのカップリング処理では、「FMミキサ」が活躍しています。主な乾式処理法の工程は以下の通りです。湿式処理法に比べ、乾式処理法は生産性が高いメリットがあります。コーティング同様、粉体表面の吸着水を事前に乾燥させることによって、カップリング効率を上げることが出来ます。
＜複合化＞
複合化とは、母粒子に子粒子を固定化させる処理です。粒子にせん断エネルギーや衝突エネルギーを与えることで、母粒子と子粒子が複合化します。一般的に子粒子は母粒子の1/10～1/20以下の大きさが好ましいとされています。また複合化の効率を上げるため、バインダーを加えることもあります。複合化の仕組みは下図の通りです。母粒子表面に子粒子が付着、固定化、打ち込み・カプセル化の順に進み、バインダーを用いた場合にはバインダーを熱分解させることで焼結体が生成されます。
＜球形化＞
球形化とは、粒子表面に生じた凸部を打ち込ませるあるいは磨砕させることにより、粒子表面を滑らかにする処理のことです。球形化により、流動性、充填率の向上や粒子を基盤に塗布した際の膜厚の均一化が見込まれます。球形化処理は磁性トナーが有名です。以下、磁性トナーの球形化処理例です。処理前は、粒子表面に磁粉が突き出た状態となっていますが、処理を施すことで粒子中に磁粉が打ち込まれ、表面が滑らかになっていることが見て取れます。なお、材料をガラス転移点付近の温度に調節することで、球形化を促進させています。
＜処理例＞
処理例として以下の実績をご紹介します。その他実績多数ございますので、粉体の表面処理をご検討されている方はお気軽にご相談頂ければと思います。
・電池材料の表面処理
リン酸鉄リチウム、鉄系合金、水酸化アルミニウム、水酸化ニッケル、カーボンブラック、CNTなど
・無機物のシランカップリング
酸化チタン、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、鉄粉など
・化粧品材料の表面処理
酸化チタン、マイカ、タルクなど
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■コンポジ/特殊な羽根と混合槽で複合化・球形化について
＜高速回転時の粉の流動を制御 最適なエネルギを粉に与えて効率的に複合化・球形化＞
超高速回転する羽根により混合・分散しながら粉体にエネルギを加えることで、異なる粒子の複合化や粒子の表面改質、カプセル化、球形化などの粒子設計を実現します。230Ｌサイズの大型機の納入実績もあり、スケールアップも確実に行えます。強固な複合化が可能です。
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バインダーとは
■メディアの選定方法について
ビーズミルでは、粉砕媒体としてボールやビーズを使用します。一概にボールやビーズといっても、大きさ、材質など様々です。
＜メディア径＞
～エネルギー～
メディア径については、原料の最大粒子径の10倍を目安とすることが一般的です。目的が粉砕であれば、衝撃エネルギーを大きく与える為、メディア径を目安よりも大きくします。目的が解砕や分散であればメディア径を目安よりも小さくし、原料とメディアの接触回数を多くなるようにします。また粒子や分散剤が大きなエネルギーを受け再凝集するような場合には、メディア径を目安よりも小さくし、再凝集を防ぐこともあります。
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■このような方はご相談下さい
・カーボン（コーティング）やカップリング処理、コーティング、シランカップリング、バインダーに興味のある方
・ビーズミル（アジテータ、ビーズ・サイズ、ビーズ種類、ビーズ充填率、凝集、高粘度、高濃度、材質、連続式）やビーズミルとボールミルの違い、ビーズ径（選定方法）、ボールミル（高濃度）に興味のある方
・乾式コーティングや乾式ビーズミル、球形化（効果、仕組み、金属）に興味のある方
・高粘度スラリー（処理、粉砕）、湿式ビーズミル（メーカー）、湿式粉砕、湿式粉砕機、複合化、粉砕（高粘度、循環式）に興味のある方
■粉砕機（ビーズミル）に使われる材質について
＜ビーズミルを選ぶとき、粉砕室の材質を選定する必要があります＞
・摩耗性/コンタミを嫌う場合、耐摩耗性の高い材質を選びます。
材質が硬ければ単純にコンタミ量が減るわけではありませんので処理物に応じた材質を選定します。
・耐食性/溶媒によって材質の向き、不向きがあります。必要であればテストピースで浸漬テストを実施し材質を検討する必要があります。
・処理物との相性/熱の発生しやすい処理であれば熱伝導性の高い材質、処理物が白色で色付きが気になるなら、ジルコニアなど処理物との相性で材質を選定する必要があります。
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■ビーズミルの歴史を日本コークス工業の粉砕機を使って紹介します
・ビーズミルが開発されるまでは、ボールミルやアトライタが粉砕の中心機器でした
粉砕粒子径の微細化から「ボールの小径化/循環流量の増加」によって、多種多様のビーズミルが開発されました。
・その後、当社では大量循環処理が可能な「SCミル」を開発し、今まで不可能であった大量にスラリを流す循環運転を可能にした。その結果、複数回パスを行わなくても、均一性の高い粒度分布がシャープな粒子を循環運転で作ることが可能になりました。
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■ビーズミルとは
ビーズミルとは、粉砕媒体としてビーズを使用した粉砕機で、粉砕室にビーズを攪拌するアーム（ロータ）を設置し、それを高速回転させることでビーズにエネルギー（粉砕力）を与える構造となっています。
＜循環式＞
粉砕室にスラリーを複数回通過させながら粒子を粉砕する方式である。現在、一般的に使用される方法。
ビーズの接触時間（滞留時間）は粉砕室へのパス回数で決まるので、連続式のミルと比べ粉砕室はコンパクト設計となっています。それにより、ビーズの動き（エネルギー）のムラ、ビーズの偏り、偏りによる偏摩耗を抑制できる。またスラリーを複数循環させることにより、シャープな粒度分布を持ったサンプルが得られます。
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■ビーズミルの撹拌アームとスクリーンについて
ビーズミル選定時、適正なアームとビーズ分離構造を選定しないと
「粉砕が進まない」「異常摩耗」「詰まり」などの問題が起きてしまいます
＜撹拌アームの特長＞
・ディスク型/安価、低粘度処理が得意、スラリの影響（流量や粘度変化）でビーズの偏りが発生しやすい
・ピン型/ディスク型に比べ、粉砕室に占めるアジテータの体積が多い、高粘度処理が得意、ディスク型に比べビーズの偏りが発生しにくい、主軸に冷却水を流すことが可能
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■ビーズミルを使った粉砕・分散のワンポイント
＜適切なビーズ径とは＞
ビーズ径は一般的に目標粒子径と原料粒子径で決定します。ビーズ充填量が同じでも、水と粘度が高いグリセリンでは、ビーズ層に違いが出ます。ビーズ間の距離が広がっており、これではビーズの力は処理物に伝わりにくくなります。
＜粒度分布をシャープにするには＞
粒度分布をシャープにするには、衝突エネルギーよりせん断エネルギーで分散する方が良いとされています。当社のビーズミルはビーズを高充填すると、せん断エネルギーの割合が高くなります。
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■MSCミル/マイクロビーズ対応ビーズミル（ビーズ径：0.015～0.8mm）について
＜新素材開発から大量生産設備まで省エネルギーで実現します＞
「MSCミル」は粉砕ロータ内側に遠心分離ロータを取り付けた当社独自技術の遠心分離機構を有し、確実にスラリーとマイクロビーズを分離します。
＜処理例＞
・二酸化チタン/「MSCミル」により、ナノサイズまで安定した分散処理が行えます。分散後の二酸化チタンスラリーは再凝集しにくく、透明性があります。
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■ダイナミックミル/連続型乾式ボールミル（ボール径：3～10mm）について
＜連続型乾式ボールミルのパイオニア＞
～30年以上の実績と経験で、トラブルレスのスケールアップを提案します～
連続型の乾式ボールミルで様々な材料を粉砕して30年以上、380Lの大型機の実績も多く、スケールアップの難しさも経験しています。この経験と実績、そして適切なスケールアップ計算で、生産機への展開もスムーズにご提案出来ます。バッチ式のボールミルの10～20倍の粉砕能力で乾式連続粉砕が出来るので、少ない設置面積で大量粉砕することが可能です。このシステムに必要なのは、供給装置のみ。気流式粉砕機やジェットミルに比べ、付帯設備が大幅に少ないのでコストや設置スペースの削減だけで無く、整備や洗浄にかかる時間も大幅に削減できます。
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■湿式粉砕・分散について
湿式粉砕・分散プロセスには用途にあった粉砕機・分散機を選定することが成功につながります。日本コークス工業ではΦ10mm～Φ15μmのメディアが使える粉砕機・分散機や高速回転型のメディアレス分散機をラインアップしております。
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■ハイビスミルを用いた高濃度・高粘度スラリーの高効率粉砕について
近年、湿式粉砕の需要の高まりから、様々な性状のスラリーに適用できる粉砕機が求められています。特に、固形分の多い高濃度スラリーや、高粘度スラリーの処理ニーズが非常に高くなっています。今回は、高濃度・高粘度スラリー処理に適している当社新製品の「ハイビスミル」をご紹介します。
＜高濃度・高粘度スラリーの処理における課題＞
スラリー中の固形分が高濃度の場合、粒子間の相互作用により粘度が高くなります。また、粉砕が進みスラリー中に微粒子が増加することでも粒子間の相互作用による影響が大きくなりスラリーは増粘します。これら現象は、ボールミルの粉砕効率低下につながります。これは、スラリーが高粘度になることで、粉砕媒体であるボール同士の間隔が広がり、衝突がしづらくなることによります。そのため、高粘度スラリーの処理では粉砕効率が落ちないように濃度を下げる、あるいは分散剤を添加して粒子間の相互作用を低減させることで増粘を防ぐ等の対策をする他、必要以上に大きな攪拌エネルギーを加えて処理（効率の悪い処理）をする必要があります。当社では「ハイビスミル」を開発し、大きなエネルギーを効率よく粉砕媒体に付与することによって、高濃度や高粘度スラリーの効率のよい処理を実現しました。
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バインダーに興味のある方も、まずはご相談下さい。
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日本コークス工業株式会社 化工機事業部
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