高品質のためのミキシング戦略

Aug 30, 2023

2019年1月24日

固体を液体に分散または溶解する場合、各相の相対量が必然的にミキサーの選択における重要な要素となります。 実際には、粘度はさらに重要なパラメータです。 この記事での議論の目的として、固形分パーセントを配合物中に存在する固形分質量の比率として定義しましょう。「固形分」は不揮発性物質または混合物の無機成分に関係します。

「ハイソリッド」という用語は、接着剤、シーラント、塗料、コーティングなどのさまざまな市場で一般的に使用されていますが、一般にハイソリッド配合物の最小または平均の固形分含有量を定義する基準はありません。

固形分パーセント vs. 粘度原料の化学的性質に応じて、ハイソリッド組成物は広範囲の粘度をとります。 たとえば、スプレー可能なハイソリッドコーティングで低粘度および許容可能な流れを得るには、良好な溶解力を持つ溶媒と低分子量ポリマーが使用されます。 一部の 100% 固体ホットメルト接着剤であっても、適切な温度での加工中は粘度がほぼ水に近くなります。 逆に、固形分が 5% しか含まれていないゲル製剤は注入できず、半固体のように動作する可能性があります。

したがって、ミキサーの選択は一般に固形分パーセントではなく粘度によって決まります。 溶媒または液体ベースの開始粘度、処理中に混合物が到達する最大粘度、および最終製品の最終粘度 (最大粘度と異なる場合) はすべて重要な考慮事項であり、ミキサーのメーカーと共有する必要があります。

一軸ミキサープロペラやタービンなどの従来の一軸ミキサーは、低粘度範囲で高固形分の配合物を調製できます。 これらは、穏やかな撹拌または撹拌動作だけで容易に液体に混入する固体に適した経済的な機械です。 ただし、水に添加された疎水性粉末など、濡れに強い固体の場合、低速撹拌機は非常に非効率的になります。 このような固体の分散または溶解を促進するために、鋸歯式分散機やローター/ステーターミキサーなどの高エネルギー装置を使用すると、リードタイムを短縮できます。

約 5000 フィート/分の先端速度で動作する、適切に設計された鋸歯状のディスク型分散機が、混合容器内に激しい流れを生み出します。 渦を生成し、そこに固形物を加えてバッチに素早く組み込むことができます。 分散剤は通常、粘度が約 50,000 cP までの用途に使用されます。

比較すると、ローター/ステーター ミキサーは通常、公差が狭い固定ステーター内で 3000 ～ 4000 フィート/分の範囲の先端速度で動作する 4 ブレード ローターを備えています。 このタイプの装置は、製品をローター内に連続的に引き込み、ステーターの開口部を通して半径方向に排出することにより、機械的および油圧せん断を生成します。 ステーターによる制限により、このミキサーはオープンディスク鋸歯式分散ブレードよりも高いせん断力を発揮しますが、ポンピング能力は低くなります。 同じ理由で、粘度限界も低くなり、約 10,000 ～ 20,000 cP になります。 ローター/ステーター ミキサーは、バッチ設計とインライン設計の両方で利用できます。粉体誘導システム大量の粉末を一括で添加する必要がある場合、または分散が難しい固体を高速ブレードを使用しても完全に湿らせるのに時間がかかりすぎる場合は、粉末射出機能を内蔵したミキサーを検討する価値があります。

以前の粉末射出システムでは、ポンプが液体の流れをエダクターに送り込み、真空を作り出していました。 オーバーヘッドチューブを通して供給された粉末は、この真空によってエダクターに引き込まれ、そこで液体の流れに加わります。 得られた「プレミックス」はローター/ステーターミキサーに移動し、剪断と混合作用が加えられ、凝集物が破壊され、混合物が下流に輸送されます。 当時、このシステムは粉体誘導に便利なツールでした。 インライン システムにより、バッチ システムの浮遊固体の問題が解消され、混合プロセスをより正確に制御できるようになりました。 しかし、この設定には重大な制限もいくつかありました。 3 つの個別のデバイスが直列に接続されているため、労力、必要な専門知識、スペアパーツの点でメンテナンスが集中していました。 ポンプ、エデュケーター、ミキサーのパフォーマンスのバランスをとることは多くの場合困難であり、多くのアプリケーションではダウンタイムが非常に長くなっていました。