粉砕とは

はじめに

粉砕とは、粒子に機械的(力学的)エネルギーを加えて固体粒子を細かくする操作です。
粉砕には、外力による衝撃力、せん断力、摩擦力、圧縮力や、粒子自体の運動による衝突や摩擦などの単独作用および複合作用が必要であり、処理物の性質に応じて、どの作用を優先させるかは、エネルギー効率や粉砕効率を考える上で極めて重要なファクターになります。

粉砕エネルギーの種類

衝撃 せん断 圧縮 衝突 粒子自体の衝突 摩擦 衝撃 せん断 圧縮 衝突 粒子自体の衝突 摩擦

一般的に、体積粉砕が起きる粒子に対しては衝撃力や圧縮力を大きく与える条件を選定します。
また表面粉砕が起きる粒子には、せん断力や摩擦力を大きく働かすような条件を選定します。
当社ではこれらの作用を適切に選定するためのノウハウを持っていますので、処理でお困りの際はお問い合わせください。

体積粉砕 表面粉砕 体積粉砕 表面粉砕

粉砕の種類

乾式粉砕

乾式粉砕とは、大気中あるいは不活性ガス雰囲気で乾燥した粉体を粉砕する方式です。乾燥粉体は細かくなればなるほど比表面積が大きくなり、付着凝集性が増大し、一定の粒子径になると付着と解砕を繰り返して粉砕が進まなくなります。そのため、一般的にシングルミクロンまでの粉砕が限界と言われています。
また、付着凝集を防止するために粉砕助剤を用いる場合も多いです。但し、粉体と助剤には相性があるので、粉体に合わせた助剤を採用することが必要です。
乾式粉砕は、湿式粉砕と比較すると、粒子に対して直接エネルギーを加えることが出来るので、効率の良い粉砕が可能です。
また、湿式粉砕に比べ、スラリー化処理、乾燥、媒液処理などの工程が不要になるので、プロセスが簡略化しやすいという利点があります。
さらに粉砕面が活性化し周囲の物質と相互作用を起こすため、メカノケミカル反応やメカニカルアロイング効果が発現しやすいとされています。

湿式粉砕

湿式粉砕とは、粉体を溶媒と混合した状態、すなわちスラリー化された状態で粉砕する方式です。乾式粉砕では難しいナノ粉砕も可能で、ナノ~ミクロンの幅広い粉砕粒径に対応できます。粉体に合った処理条件を選定することで再凝集を抑制し、分散状態を保つことができます。さらに、スラリーに粘性があるので、流体せん断の効果も加わり効率よく粉砕できます。
乾式粉砕では到達できないような超微粒化処理には湿式粉砕が向くので、ナノ~ミクロンの超微粒子を作製するのであれば湿式粉砕で処理することが一般的です。
しかし乾式粉砕と比較すると、目的の粉体に溶媒が加わるため処理しなければならない量が増えます。またほとんどの場合、スラリー化、乾燥、媒液処理の工程が必要となる為、設備コストが嵩み、乾式粉砕で可能な粉体であれば乾式で処理することが望ましいとされています。

乾式粉砕と湿式粉砕の違い

乾式粉砕と湿式粉砕の違いを下記にまとめました。粉砕の目的、目標粒径、製造工程などを考慮し検討していく必要があります。メリットとデメリットを理解して適切な粉砕方式を選定しましょう。

乾式粉砕 湿式粉砕
メリット
  • スラリー化、乾燥、媒液処理が不要
  • メカノケミカル処理が発現
  • メカニカルアロイング処理が発現
  • 超微粉砕からナノ粉砕に有利
  • 再凝集を抑制し、分散状態を保つことができる。
  • 粘性があるので、効率よく粉砕できる。
デメリット
  • 数ミクロンから付着・凝集性が大きい
  • 超微粉砕からナノ粉砕に不利
  • 溶媒分だけ処理量が増える
  • スラリー化、乾燥、媒液処理が必要
  • 設備大によるコスト高
  • 粉砕エネルギー大

粉砕の種類~大きさ編~

粉砕によって得られた処理品の大きさによって、粉砕の名称が変わります。
~1mmまでを粗粉砕、1mm~100µmまでを中粉砕、100~10µmまでを微粉砕、10µm~1µmまでを超微粉砕、
1µm~0.1µmまでをサブミクロン粉砕、0.1µm以下をナノ粉砕と呼びます。当社は中粉砕~ナノ粉砕までの粉砕機を販売しています。

代表的な粉砕機

一般的な粉砕機 粉砕・分散粒子径の対応図
当社粉砕機 粉砕・分散粒子径の対応図

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