攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置的製作方法
2023-08-10 11:25:21
專利名稱：攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及備有旋轉式葉輪和防止渦流發生的多級網篩部件的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置在分散劑中分散分散質而生成分散系的均化器等分散裝置。
背景技術：
眾所周知有如下的分散裝置，即，使用旋轉式攪拌裝置，對包含液體或者固體分散質和液體分散劑的混合物(以下稱為「分散系原料混合物」)進行高速旋轉攪拌，利用剪切力使分散質在分散劑中分散，生成乳化液(emulsion)或者懸浮液(homogenizer)等分散系的分散裝置(以下稱為「高速旋轉分散裝置」)。而且，在該分散系的生成工序中，為了促進分散質在分散劑中的分散或者使分散系更加穩定，一般要添加表面活性劑。
另外，在該分散系的生成工序中，分散質在分散劑中的分散度(分散性)，隨表面活性劑的添加量越多則越好，且從攪拌裝置向分散系原料混合物施加的剪切力越強越好。因而，在要實現規定分散度的情況下，表面活性劑添加量越大，則剪切力較弱即可，而表面活性劑添加量越小，則需要適當加強剪切力。
然而，對於一般的分散系，考慮到其品質，最好少含有表面活性劑。另外，在分散系生成工序中使用表面活性劑，則在該生成工序中排出的廢水等中必然含有表面活性劑，而這樣的含有表面活性劑的廢水很難用例如活性汙泥法等普通廢水處理方法淨化。因此在分散系的生成工序中，最好儘量減小表面活性劑的添加量。
作為對應的方法，可以考慮通過大幅提高攪拌裝置的葉輪旋轉速度，加強施加到分散系原料混合物的剪切力，從而減小表面活性劑添加量。然而該方法存在以下問題，即，雖然隨著葉輪旋轉速度上升到一定程度，剪切力強度也會上升，但是一旦超過該程度，即使葉輪旋轉速度上升，剪切力強度也會不怎麼上升。究其原因，推測為如果葉輪旋轉速度超過一定限度，則容器內的分散系原料混合物作為整體與葉輪進行一體式旋轉，很難引起分散系原料混合物和容器內壁間的衝突所致。
本申請的發明人通過實驗還發現了以下事實，即，在高速旋轉分散裝置為大氣開放型裝置(特別是間歇式裝置)的情況下，如果葉輪旋轉速度上升，則分散系原料混合物中產生渦流，通過該渦流，大氣中的空氣被捲入分散系原料混合物內，產生比較大的氣泡(以下稱為「大型泡」)，並由該大型泡，分散質在分散劑中的分散度變差。
發明內容
本發明是鑑於上述以往的問題和上述試驗結果而提出的，其目的在於提供一種在將分散質分散於分散劑而生成分散系時，能向分散系原料混合物施加充分強的剪切力的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置的分散裝置。另外，本發明的另一個目的是提供一種在大氣開放系中生成分散系時，能有效防止分散系原料混合物內產生大型泡的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置的分散裝置。
為解決上述問題而製成的本發明的攪拌裝置，備有以下的部件。
(I)具備液體流入孔的第一蓋板。
(II)在與板的延伸面正交的方向(板的厚度方向)，相對於第一蓋板間隔配置的第二蓋板。
(III)在形成於第一蓋板和第二蓋板之間的板間空間內，在與液體流入孔對應的位置(例如配置成使液體流入孔的中心和葉輪旋轉軸一致)配置的旋轉式葉輪。
(IV)在板間空間部內，以包圍葉輪的方式配置，且周壁形成有多個(多數)液體流通孔的大致筒狀或者大致桶狀的內側網篩部件。
(V)在板間空間部內，以包圍內側網篩部件的方式配置，且周壁形成有多個(多數)液體流通孔的一個或者多個大致筒狀外側網篩部件。
在這裡，內側網篩部件和外側網篩部件的側壁優選圓筒形。
該攪拌裝置以配置於液體中的狀態旋轉葉輪，則液體經由液體流入孔向與板延伸面幾乎正交的方向流動，進入到板間空間部之後，經由內側網篩部件的液體流通孔、和外側網篩部件的液體流通孔，沿著與板延伸面幾乎正交的方向(向外)流動，從板間空間部流出。而且，在液體從葉輪向外流動而從板間空間部流出的過程中，在穿過內側網篩部件的液體流通孔和外側網篩部件的液體流通孔之際，液體的流動矢量中，多半的其周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。即，液體從板間空間部以放射狀大致徑向向外流出。
因此，液體沒有產生渦流。從而，即使提高葉輪的旋轉速度，液體也能與液體的容器內面產生激烈的衝突，給液體施加強的剪切力。由此，將該攪拌裝置適用於高速旋轉分散裝置的情況下，可以向分散系原料混合物施加充分強的剪切力，提高分散質在分散劑中的分散度(可以減小分散質粒子的直徑)。
另外，由於使用該攪拌裝置時不產生渦流，因此在將該攪拌裝置配置於大氣開放型容器內的時候，空氣不會捲入到液體中，不產生大型泡。從而，在將該攪拌裝置適用於大氣開放型的高速旋轉分散裝置的情況下，可以防止分散系原料混合物內產生大型泡，提高分散質在分散劑中的分散度。
本發明的間歇式分散裝置使用上述攪拌裝置。在該分散裝置中，攪拌裝置配置於大氣開放型的間歇式容器內。而且，分散裝置通過用攪拌裝置攪拌裝入到間歇式容器內的且包含有分散質和分散劑的混合物，將分散質分散於分散劑而生成分散系。
在該間歇式分散裝置中，由於在攪拌時分散系原料混合物中不產生渦流，因此越提高攪拌裝置的葉輪的旋轉速度，向分散系原料混合物施加的剪切力就越強，從而提高分散質在分散劑中的分散度。另外，由於攪拌時分散系原料混合物中不產生渦流，因此空氣不會捲入到分散系原料混合物內，且分散系原料混合物內也不產生大型泡。從而可提高分散質在分散劑中的分散度。
本發明的連續式分散裝置也使用上述攪拌裝置。在該分散裝置中，攪拌裝置配置於密閉型的流通式容器內。而且，分散裝置通過用攪拌裝置攪拌裝入到流通式容器內的且包含有分散質和分散劑的混合物，將分散質分散於分散劑而生成分散系。
在該連續式分散裝置中，由於在攪拌時分散系原料混合物中不產生渦流，因此越提高攪拌裝置的葉輪的旋轉速度，向分散系原料混合物施加的剪切力也就越強，從而提高分散質在分散劑中的分散度。
在上述間歇式或者連續式分散裝置中，分散劑是液體時，如果分散質是不溶於分散劑的液體，則該分散裝置就稱為生成乳化液(emulsion)的均化器(乳化機)。另外，如果分散質是不溶於分散劑的固體或粉體，則該分散裝置就稱為生成懸浮液(suspension)的裝置。
作為使用本發明的攪拌裝置的分散裝置和均化器的用途，可以舉出以下幾種。
(1)可用於乳製品的均勻化、抗氧化、穩定性維持等。另外，作為乳製品，可舉出鮮乳、牛乳、特製牛乳、殺菌山羊乳、新式羊乳、部分脫脂乳、脫脂乳、加工乳等。
(2)可用於卵磷脂的均勻化、抗氧化、穩定性維持、表面活性化、賦予載體功能等。
(3)可用於卵的均勻化、抗氧化、穩定性維持、表面活性化等。
(4)可用於植物油的均勻化、抗氧化、穩定性維持、表面活性化等。
另外，該分散裝置和均化器可以對液狀脂肪質、和多糖類和蛋白質等進行乳狀化，賦予新的功能。這些功能可以是例如脂肪質的抗氧化功能、乳化液的穩定性維持功能、可食性表面活性劑的合成功能、載體功能等。
另外，該分散裝置和均化器可用於顏料、乳液、洗液、藥劑、樹脂溶劑、添加劑、微粒分散系製劑(跟蹤載體)、汁液、調味料、食用乳化劑、乳化食品、COM(Coal Oil Mixture)、CWM(Coal Water Mixture)、蠟、存儲材料(磁性塗料、磁記錄介質)、潤滑劑、凝聚劑、潤滑脂、墨水、塗料、石鹼、洗滌劑等的製造。
通過後述的詳細說明以及附圖，可以進一步充分理解本發明。另外，在附圖中，對於共通的構成要件，附加了同樣的標記。
圖1A是表示在間歇式容器內配置有攪拌裝置的本發明的間歇式均化器的立面截面圖，圖1B是表示在密封流通式容器內配置有攪拌裝置的本發明的連續式均化器的立面截面圖。
圖2A和圖2B分別是表示本發明的攪拌裝置的俯視圖和立面截面圖。
圖3A和圖3B分別是表示構成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的內側網篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖4A和圖4B分別是表示構成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的第一外側網篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖5A和圖5B分別是表示構成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的第二外側網篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖6A和圖6B分別是表示構成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的葉輪的俯視圖和局部截面立面圖。
圖7A和圖7B分別是表示構成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的上蓋板和底蓋板的立面截面圖。
圖8A和圖8B分別是表示備有內側網篩部件和外側網篩部件的攪拌裝置以及僅備有內側網篩部件的攪拌裝置的原料混合液的流動矢量的圖。
圖9是表示使用高速旋轉乳化裝置調製的乳化液的分散質粒度分布的曲線圖。
圖10是表示使用高速旋轉乳化裝置以及高壓乳化裝置調製的乳化液的分散質粒度分布的曲線圖。
圖11是表示使用高速旋轉乳化裝置調製的乳化液的分散質粒度分布的曲線圖。
圖12A和圖12B分別是圖9中的曲線G1表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖13A和圖13B分別是圖9中的曲線G2表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖14A和圖14B分別是圖9中的曲線G4表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖15A和圖15B分別是圖9中的曲線G5表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖16A和圖16B分別是圖10中的曲線G6表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖17A和圖17B分別是圖10中的曲線G8表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖18A和圖18B分別是圖11中的曲線G9表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖19A和圖19B分別是圖11中的曲線G10表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖20A和圖20B分別是圖11中的曲線G11表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖21A和圖21B分別是圖11中的曲線G12表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
具體實施例方式
下面具體說明本發明的實施方式。
如圖1A所示，間歇式均化器1(高速旋轉分散裝置)實質上由大氣開放型的間歇式容器2和配置於該間歇式容器2內(底部附近)的攪拌裝置3構成。關於攪拌裝置3的具體結構和功能，以後再說明。均化器1，通過利用攪拌裝置3對裝入到間歇式容器2內的包含互不相溶的液體分散質和液體分散劑的原料混合液(分散系原料混合物)進行高速旋轉攪拌，生成在分散劑中分散分散質而獲得的乳化液(分散系)。圖1A中的各箭頭表示原料混合液的大致流動方向。
如圖1B所示，在使用密閉連續式(inline式)的均化器1』時，攪拌裝置3配置於密閉型流通式容器4內。此時，均化器1』通過用攪拌裝置3對流通於流通式容器4內的原料混合液進行高速旋轉攪拌，生成在分散劑中分散分散質而獲得的乳化液(分散系)。圖1B中的各箭頭表示原料混合液的大致流動方向。
下面，說明攪拌裝置3的具體結構和功能。
如圖2A、B～圖7A、B所示，攪拌裝置3備有上蓋板5(第一蓋板)、底蓋板6(第二蓋板)、葉輪7、內側網篩部件8、第一外側網篩部件9、第二外側網篩部件10。
上蓋板5是圓板形，中心部附近設置有稍大(其直徑比葉輪7的直徑稍大)的圓形液體流入孔11，且周緣部附近設置有3個螺栓孔12。底蓋板6是外徑與上蓋板5的外徑相等的圓板形部件，中心部設置有用於通過葉輪7的旋轉軸13的軸孔14，且周緣部附近設置有3個螺栓孔15。而且，上蓋板和底蓋板6由與各螺栓孔12、15嵌合或者螺合的3根螺栓16，在與板的延伸面正交的方向上間隔規定距離而連結。就這樣，上蓋板5和底蓋板6之間，就形成了板間空間部17。
葉輪7是備有固定在旋轉軸13的4個葉片18(攪拌翼)的高速旋轉式攪拌機，且該旋轉軸13可與圖中未示出的馬達連結，以所需的旋轉速度旋轉。在這裡，以液體流入孔11的中心軸11和旋轉軸13的軸線一致的方式，配置葉輪7。
內側網篩部件8是具備比葉輪7的直徑大一些的內徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內包圍葉輪7的方式配置。而且，在內側網篩部件8的圓筒形的周壁8a上，形成有多個液體流通孔19。內側網篩部件8的底部8b嵌入到形成於底蓋板6的圓柱形凹部20，且該圓筒部8a嵌入到上蓋板5的液體流入孔11，並由此固定內側網篩部件8的位置。另外，在內側網篩部件8的底部8b，形成有用於通過葉輪7的旋轉軸13的軸孔21。
第一外側網篩部件9是具備比內側網篩部件8的外徑大一些的內徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內包圍內側網篩部件8的方式配置。而且，在第一外側網篩部件9的圓筒形的周壁上，形成有多個液體流通孔22。第一外側網篩部件9的上端部嵌入到形成於上蓋板5的環形槽部23，且下端部嵌入到形成於底蓋板6環形槽部24，並由此固定第一外側網篩部件9的位置。
第二外側網篩部件10是具備比第一外側網篩部件9的外徑大一些的內徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內包圍第一外側網篩部件9的方式配置。而且，在第二外側網篩部件10的圓筒形的周壁上，形成有多個液體流通孔25。第二外側網篩部件10的上端部嵌入到形成於上蓋板5的環形槽部26，且下端部嵌入到形成於底蓋板6的環形槽部27，並由此固定第二外側網篩部件10的位置。
下面，對配置於間歇式容器2內的攪拌裝置3和均化器1的功能和作用，進行說明。
以在間歇式容器2內裝入包含液體分散質和液體分散劑的原料混合液的狀態，旋轉攪拌裝置3的葉輪7，則液體流入孔11上方的原料混合液經由液體流入孔11向下(與板延伸面幾乎正交的方向)流動，流入到板間空間部17。另一方面，內側網篩部件8內側的原料混合液通過葉輪7，沿水平方向(與板延伸面平行的方向)向外噴出，依次經由內側網篩部件8的液體流通孔19、第一外側網篩部件9的液體流通孔22、第二外側網篩部件10的液體流通孔25，從板間空間部17流出。
而且，在原料混合液從葉輪7向外流動而從板間空間部17流出的過程中，在穿過內側網篩部件8的液體流通孔19和兩外側網篩部件9、10的液體流通孔22、25之際，原料混合液的流動矢量中，其多半的周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。
圖8A表示從內側網篩部件8的液體流通孔19向外流出的原料混合液流動的矢量V1、從第一外側網篩部件9的液體流通孔22向外流出的原料混合液流動的矢量V2、從第二外側網篩部件10的液體流通孔25向外流出的原料混合液流動的矢量V3。從圖8A中可以清楚地看到，矢量V1多少含有一些圓周方向成分，矢量V2僅含有一點圓周方向成分，而矢量V3則完全不含圓周方向成分。
就這樣，由於最終從攪拌裝置3向外流出的原料混合液不含有圓周方向的流動成分，因此能夠沿徑向向外放射狀流出，與間歇式容器2的內壁面發生衝突。從而不會產生原料混合液的渦流(vortex)現象。
另外，如圖8B所示，僅設置內側網篩部件8，而沒有設置外側網篩部件9、10的時候，最終從攪拌裝置3向外流出的混合液包含圓周方向的流動成分，因此產生渦流。
從而，越提高葉輪7的旋轉速度，就能由原料混合液施加越強的剪切力。由此，可以向原料混合液施加充分強的剪切力，提高分散質在分散劑中的分散度(可減小分散質的粒子直徑)。另外，由於在攪拌原料混合液時不產生渦流，因此不會有空氣捲入到原料混合液中，也不產生大型泡。因此，可以進一步提高分散質在分散劑中的分散度。
下面，以與以往例比較的方式，說明本發明的攪拌裝置3和均化器1(分散裝置)、和使用它進行調製的乳化液的特徵等。首先，以與以往例比較的方式，說明本發明的攪拌裝置3和均化器1的特徵。
本發明的攪拌裝置和大氣開放型間歇式均化器1的特徵在於，能防止產生渦流、加強施加到原料混合液的剪切力的同時，還可以防止原料混合液中產生大型泡，從而提高分散質在分散劑中的分散度。
一般，均化器中產生的泡(空泡)有以下三種。
(1)大型泡(Vortex bubble)由高速旋轉的葉輪形成的渦流連續引入與流體接觸的氣相而產生的大的泡。
(2)微型泡(Turbulence bubble)伴隨高速旋轉體或者在一個路徑中流動的高速流體通過狹窄空間時產生的泡。需要形成紊流的力。使用高速攪拌機時，依賴於間隙、會聚、動粘度係數。在圓周速度為10m/see以上時產生。
(3)衝擊波泡(Shock wave bubble)在極度加速的流體(數百m/sec)中，在1/1000到1/1000000秒間產生並消失，產生衝擊波的超微細的泡。
在使用高速旋轉均化器的情況下，由於不產生衝擊波的泡，因此大型泡和微型泡成為對象。另外如前所述，在以往的攪拌裝置中，原料混合液伴隨著攪拌翼，其流動方向朝向旋轉方向。因此，如果提高轉速，則必然會生成渦流，產生大型泡。與此相對，在本發明的攪拌裝置3和均化器1中，由於網篩部件8～10以多級的形式構成，因此原料混合液的噴出方向以放射狀擴大，不產生渦流。因此，在發明的攪拌裝置3和均化器1中，以不形成渦流的方式設定網篩部件8～10的液體流通孔19、22、25(開口部)，且可以控制原料混合液的噴出方向。
另外，一般從攪拌裝置噴出的原料混合物出現紊流狀態，則必然會產生大型泡，因此在本發明的攪拌裝置3和均化器1中，也必然會產生。因而，為消去微型泡，只能採用以密閉式形成均化器並提高壓力(背壓)的方法。
如前所述，在乳化工序中，為實現規定的分散度，由於表面活性劑的添加量和剪切力表示出一定的相關關係，因此如果減少表面活性劑的添加量，則需要施加更強的剪切力。但是，如果加強剪切力，則出現有關泡的問題。因此在以往，綜合考慮表面活性劑添加量、剪切力、泡的問題，摸索了各種適合於生成乳化液的條件。
在本發明的攪拌裝置3和均化器1中，通過調整多級網篩部件8～10的形狀和個數、葉輪7的形狀、間隙等，即使在使用相同能量的情況下，也能夠在分別的網篩部件8～10間消耗原料混合液的能量，從而不使從攪拌裝置3噴出到間歇式容器2內的原料混合液成為紊流。但是在這種情況下，對間歇式容器2內進行均勻化的整體的原料混合液流動有可能會變沒有。另外，能以何種程度抑制微型泡，還被處理和最終製劑的品質所特定。
一般，在高壓乳化裝置中，由於容器是密閉系，因此不會產生空氣從大氣向原料混合液捲入的情況，從而也不產生大型泡。因而，分散質在分散劑中的分散度依賴於微型泡和衝擊波的泡。因此僅通過抑制(控制住)微型泡，也可以有效提高分散質的分散度。
與此相對，一般在高速攪拌乳化裝置中，由於大型泡的影響更大，因此微型泡的影響並不顯著。因此，本發明的攪拌裝置3和均化器1，通過多級網篩部件8～10，防止產生渦流並防止產生大型泡，提高分散質的分散度。
根據本申請發明人的經驗性見解可知，大型泡對粒子直徑為10微米以上的分散質粒子的分散帶來壞的影響、微型泡對粒子直徑為1～10微米的分散質粒子的分散帶來壞的影響、衝擊波泡對粒子直徑為0.5～1微米的分散質粒子的分散帶來壞的影響。因此如果去除這些泡，則可以促進與各自對應的粒子直徑的分散質粒子的分散。由此，使用本發明的攪拌裝置3和均化器1，特別是可以促進粒子直徑10微米以上的分散質粒子的分散。
下面，以與使用以往的攪拌裝置和均化器的情況進行比較的方式，說明實際使用本發明的攪拌裝置3和均化器1調製乳化液的樣品，測定該分散質的粒度分布(分散度)，並且，用顯微鏡觀測該樣品的分散質的分散狀態的結果。
用作為分散劑而使用蒸餾水，作為分散質而含有流動石蠟10wt％，並含有作為表面活性劑的甘油—月桂酸聚氧乙烯山梨聚糖醇酯(Tween系)1.2％的原料混合液(蒸餾水是餘值)，調製了以下的8種乳化液樣品。實驗數據條件都是在600g、50℃下開始乳化。處理時間是5分鐘或者10分鐘。使用能夠測定1微米以上的異物的專用粒度測定器(アキユサイザ一780)測定了分散質的粒度分布。
另外，樣品1～5是僅通過高速攪拌式攪拌裝置和均化器進行乳化處理獲得的樣品，樣品6～8是進行上述乳化處理後，再使用1000bar的高壓乳化裝置進行1次(pass)乳化處理而獲得的樣品。
另外，樣品3、4是為了進行比較，使用在以往評價高的網篩型攪拌機上安裝有本發明的攪拌裝置3的葉輪7和多級網篩部件8～10的均化器進行調製的樣品。樣品5是為了進行比較，使用以往的攪拌裝置調製的樣品。
(1)樣品1樣品1是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值(100％)處理時間5分鐘圖9中的曲線G1表示樣品1的分散質粒子的粒度分布。在樣品1中，沒有產生大型泡，但產生了微型泡。
圖12A和圖12B分別是樣品1的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(2)樣品2樣品2是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘圖9中的曲線G2表示樣品2的分散質粒子的粒度分布。在樣品2中，沒有產生大型泡，但產生了微型泡。
圖13A和圖13B分別是樣品2的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(3)樣品3樣品3是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置在以往的攪拌機的葉片上安裝多級網篩攪拌速度10000rpm負載額定值的60％處理時間10分鐘圖9中的曲線G3表示樣品3的分散質粒子的粒度分布。在樣品3中，沒有產生大型泡和微型泡。
(4)樣品4樣品4是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置在以往的攪拌機的葉片上安裝多級網篩攪拌速度10000rpm負載額定值的60％處理時間5分鐘圖9中的曲線G4表示樣品4的分散質粒子的粒度分布。在樣品4中，沒有產生大型泡和微型泡。
圖14A和圖14B分別是樣品4的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(5)樣品5樣品5是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘圖9中的曲線G5表示樣品5的分散質粒子的粒度分布。在樣品5中，產生了大型泡和微型泡。
圖15A和圖15B分別是樣品5的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(6)樣品6
樣品6是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值(100％)處理時間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G6表示樣品6的分散質粒子的粒度分布。
圖16A和圖16B分別是樣品6的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(7)樣品7樣品7是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G7表示樣品7的分散質粒子的粒度分布。
(8)樣品8樣品8是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G8表示樣品8的分散質粒子的粒度分布。
圖17A和圖17B分別是樣品8的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
另外，在除含有甘油—月桂酸聚氧乙烯山梨聚糖醇酯(Tween系)3.6％以外，其他條件都與樣品1～8相同的條件下，調製了以下的4種乳化液樣品9～12。這四種樣品都是通過僅用高速攪拌式攪拌裝置和均化器進行乳化處理而獲得的樣品。另外，樣品11是為了進行比較，使用在以往評價高的網篩型攪拌機上安裝有本發明的攪拌裝置3的葉輪7和多級網篩部件8～10的均化器進行調製的樣品。樣品12是為了進行比較，使用以往的攪拌裝置調製的樣品。
(9)樣品9樣品9是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值(100％)處理時間5分鐘圖11中的曲線G9表示樣品9的分散質粒子的粒度分布。在樣品9中，沒有產生大型泡，但產生了微型泡。
圖18A、18B分別是表示樣品9的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(10)樣品10樣品10是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置本發明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘圖11中的曲線G10表示樣品10的分散質粒子的粒度分布。在樣品10中，沒有產生大型泡，但產生了微型泡。
圖19A、19B分別是表示樣品10的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(11)樣品11樣品11是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置在以往的攪拌機葉片上安裝多級網篩攪拌速度10000rpm負載額定值的60％處理時間5分鐘圖11中的曲線G11表示樣品11的分散質粒子的粒度分布。在樣品11中，沒有產生大型泡和微型泡。
圖20A和圖20B分別是樣品11的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(12)樣品12樣品12是在以下的條件下調製的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負載額定值的70％處理時間5分鐘圖11中的曲線G12表示樣品12的分散質粒子的粒度分布。在樣品12中，產生了大型泡和微型泡。圖21A和圖21B分別是樣品12的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
根據圖9和圖11所示的粒度分布的測定結果可知，在使用本發明的攪拌裝置3和均化器1而生成的乳化液樣品1、2(參照圖9中的曲線G1、G2)以及樣品9、10(參照圖11中的曲線G9、G10)中，粒子直徑為10微米以上的粒子幾乎是0。這表明防止了向10微米以上的粒子的分散起壞影響的大型泡的發生。與此相對，在使用以往的攪拌裝置而生成的乳化液樣品5(參照圖9中的曲線G5)以及樣品12(參照圖11中的曲線G12)中，在粒子直徑是10微米前後形成了分布比率的峰值。由此可知，通過使用本發明的攪拌裝置3和均化器1，可以幾乎完全防止大型泡的發生，且與以往的攪拌裝置和均化器相比，可以大幅提高分散質在分散劑中的分散度。
另外，在使用將多級網篩部件安裝在以往的攪拌機葉片上的攪拌裝置而調製成的乳化液樣品3、4(參照圖9中的曲線G3、G4)以及樣品11(參照圖11中的曲線G11)中，粒子直徑在10微米前後形成的分布比率與使用以往的攪拌裝置時相比低。由此可知，多級網篩部件非常有助於防止大型泡的發生。
另外，如圖10所示，通過高速攪拌進行乳化後，再用高壓乳化機進行乳化的情況下，使用本發明的攪拌裝置3生成的樣品6、7(參照曲線G6、7)，與使用以往的攪拌裝置生成的樣品8(參照曲線8)相比，其分散質的分散度也提高了。從而，在同時使用高壓乳化機的情況下，本發明的攪拌裝置3和均化器1也有效。
另外，如圖12A、12B～圖21A、21B中可以清楚地看到，與使用以往的攪拌裝置和均化器調製的乳化液5、8、12的分散質粒子相比，使用本發明的攪拌裝置3和均化器1調製的乳化液1、2、6、7、9、10的分散質粒子更小。從而，根據這些顯微鏡觀察結果也可以知道，使用本發明的攪拌裝置3和均化器1，幾乎可以完全防止大型泡的產生，而且與使用以往的攪拌裝置和均化器時相比，可以大幅提高分散質在分散劑中的分散度。
通過以上敘述可知，使用本發明的攪拌裝置和分散裝置，在將分散質分散於分散劑而生成分散系時，能向分散系原料混合物施加充分強的剪切力，且在大氣開放系中生成分散系時，能有效防止分散系原料混合物內產生大型泡。
本發明通過與其特定實施方式進行關聯而進行了說明，而本領域技術人員當然也可以採用除此之外的各種變形例和修正例。因此，本發明並不僅限於上述實施方式，而是由所附的權利要求所限定。
如上所述，本發明的攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置，特別適用於生成乳化液或者懸浮液等的分散系，並適合於作為生成乳化液或者懸浮液等的均化器等而使用。
權利要求
1.一種攪拌裝置，其特徵是，備有具備液體流入孔的第一蓋板；在與板的延伸面正交的方向上離開第一蓋板而配置的第二蓋板；在形成於第一蓋板和第二蓋板之間的板間空間部內，在與液體流入孔對應的位置配置的旋轉式葉輪；在板間空間部內，以包圍葉輪的方式配置，且周壁形成有多個液體流通孔的大致筒狀或者大致桶狀的內側網篩部件；在板間空間部內，以包圍內側網篩部件的方式配置，且周壁形成有多個液體流通孔的一個或者多個大致筒狀的外側網篩部件。
2.如權利要求1所述的攪拌裝置，其特徵是內側網篩部件和外側網篩部件的側壁是圓筒形。
3.一種間歇式分散裝置，使用權利要求1或者2所述的攪拌裝置，其特徵是攪拌裝置配置於大氣開放型的間歇式容器內，通過用攪拌裝置攪拌裝入到間歇式容器內的、包含有分散質和分散劑的混合物，將分散質分散於分散劑而生成分散系。
4.一種連續式分散裝置，使用權利要求1或者2所述的攪拌裝置，其特徵是攪拌裝置配置於密閉型的流通式容器內，通過用攪拌裝置攪拌在流通式容器內流通的、包含有分散質和分散劑的混合物，將分散質分散於分散劑而生成分散系。
5.如權利要求3或者4所述的分散裝置，其特徵是分散劑是液體，分散質是不溶於分散劑的液體或者固體。
全文摘要
本發明提供一種攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置。配置於間歇式容器內的攪拌裝置(3)備有上蓋板(5)、底蓋板(6)、葉輪(7)、內側網篩部件(8)、第一和第二外側網篩部件(9、10)。在混合液從葉輪(7)向外流動而從板間空間部流出的過程中，在穿過內側網篩部件(8)的液體流通孔(19)和兩外側網篩部件(9、10)的液體流通孔(22、25)之際，混合液的流動矢量中，其多半的周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。由此，可以防止渦流的產生、且能向混合液施加充分強的剪切力、並有效防止混合液內產生大型泡。從而，能向含有分散質和分散劑的混合液中施加強的剪切力，防止混合液內產生泡。
文檔編號B01F7/16GK1649663SQ03809498
公開日2005年8月3日 申請日期2003年6月5日 優先權日2002年6月5日
發明者中野滿, 福島昭二, 木村壽志 申請人:中野滿