(57)【要約】【課題】混練材料に十分大きなせん断力を加えることができ、かつ均一な混練物を得ることができる混練方法を提供することを目的とする。【解決手段】混練材料を収容する混練槽と、該混練槽に収容された混練材料を混練する並列した１対の軸を有するブレードと、を備えた混練装置を用いる混練方法であって、前記混練材料は、粉末、樹脂、溶媒を含み、前記混練方法は、粉末を溶媒で濡らす湿潤工程を含み、しかる後に粉末を樹脂および溶媒で練り合わせる混練工程をふくみ、前記湿潤工程から前記混練工程にかけて前記混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように行うことを特徴とする。【選択図】図２
2012106380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練材料を収容する混練槽と、該混練槽に収容された混練材料を混練する並列した１対の軸を有するブレードと、を備えた混練装置を用いる混練方法であって、
前記混練材料は、粉末、樹脂、溶媒を含み、
前記混練方法は、粉末を溶媒で濡らす湿潤工程を含み、
しかる後に粉末を樹脂および溶媒で練り合わせる混練工程を含み、
前記湿潤工程から前記混練工程にかけて前記混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように行うことを特徴とする混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体を樹脂および溶媒で混練する混練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体、樹脂、溶媒を混練して混練物を得る、また、この混練物を溶媒でさらに希釈し、分散して塗料化して、支持体上に塗布することにより様々な用途の製品が製造される。例えば、粉体にカーボンブラック、樹脂にゴムを用いると様々なゴム加工製品が得られる。粉体に磁性粉末、顔料、透明性粉末、導電性粉末を用いることにより、磁気記録媒体、塗料、インク、反射防止フィルム、導電性フィルムなどを製造することができる。これらの製品の製造の前工程として、混練工程は製品の品質を決定する重要な工程である。
粉体、樹脂、溶媒を含む混練材料を中、高粘度から超高粘度の状態で、混練、捏和処理を行うには、混練槽（ステータ）内に混練材料を入れ、混練槽内に並列に設置され、強力に反対方向に回転するブレ−ド（ロータ）を備えた混練装置で行われる。通常、混練装置では粉体に大きなせん断力を加えるため、混練材料は高温になるために、混練槽およびブレードは、冷却水等を通して冷却可能に設計されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献２では、連続式２軸混練機を用いて磁性塗料を混練する混練工程を含む磁性塗料の製造方法において、上記混練機の混練部に加熱・冷却可能な装置を装備し、該混練部の温度を２０〜５０℃に制御することが開示されている。
【０００４】
特許文献３では、混練工程の一連の温度変化に対応するように設定温度を決定した後、混練物の温度を前記設定温度に追従させるように、該混練物の物性に直接関係する制御要素を制御しながら混練することを特徴とする密閉型混練装置の混練制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６２５３２号公報
【特許文献２】特開平９−１２９３２号公報
【特許文献３】特開平１１−５７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に紹介されているような混練装置を用いて、特許文献２に開示されている条件で混練を行い、必要に応じて、特許文献３にあるような、制御方法を用いて混練工程の一連の温度変化に対応することは可能である。
【０００７】
しかし、これらの従来技術は、混練工程における過大な発熱の制御に主眼が置かれ、必ずしも積極的に、十分良好な混練条件を提供しているは言えなかった。
【０００８】
本発明は、混練材料に十分大きなせん断力を加えることができ、かつ均一な混練物を得ることができる混練方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、混練方法について鋭意検討した結果、混練方法を下記の構成にすれば、上記目的を達成できることを見出し本発明をなすに到った。
すなわち、混練材料を収容する混練槽と、該混練槽に収容された混練材料を混練する並列した１対の軸を有するブレードと、を備えた混練装置を用いる混練方法であって、前記混練材料は、粉末、樹脂、溶媒を含み、前記混練方法は、粉末を溶媒で濡らす湿潤工程を含み、しかる後に粉末を樹脂および溶媒で練り合わせる混練工程をふくみ、前記湿潤工程から前記混練工程にかけて前記混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、湿潤工程を行って粉末表面を良好に溶媒で湿潤させた後、湿潤工程から前記混練工程にかけて混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように行っているので、樹脂液の粘度が高くなり、粉体に大きな剪断力を加えて混練することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】混練強度を変えた場合の混練時の負荷電流の変化を示すチャート図である。
【図２】本発明の混練方法を行った時の混練時の負荷電流の変化を示すチャート図である。
【図３（ａ）】実施例１より得られた磁気シートの磁性層の表面写真である。
【図３（ｂ）】比較例１より得られた磁気シートの磁性層の表面写真である。
【図３（ｃ）】比較例３より得られた磁気シートの磁性層の表面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明によれば、粉末、樹脂、溶媒を含む混練材料に大きなせん断力を加えて粉末を樹脂液中に均一に分散することができる。また、得られた高粘度の混練物を効率よく希釈して低粘度の希釈物に希釈することができる。
【００１３】
ここでいう粉末とは、有機、無機、金属などから構成させる粉末状の材料で、溶剤に不溶のものをいう。
【００１４】
本発明の混練方法を実施するための混練装置には特に制限なく、従来公知の混練装置を使用することができる。例えば、特許文献１に開示されている混練装置を使用することができる。
【００１５】
本発明の混練方法は、湿潤工程と混練工程とを含む。湿潤工程とは、粉末材料を溶媒または樹脂溶液で粉末材料の表面を濡らす工程をいう。湿潤工程において、粉末材料の表面は、空気から溶媒または樹脂溶液に置換される。
【００１６】
湿潤工程においては、粉末材料と、溶媒または樹脂液が混練槽内で回転するブレード混合される。湿潤工程においては、上記材料が一体にならず、さらさらとした粉末状態で混合されることが必要である。それ故に、湿潤工程においては、混練装置のブレードの負荷電流値は通常低く保たれている。
【００１７】
湿潤工程は５〜１２０分間行うことが好ましい。この範囲が好ましいのは、５分未満では、粉末材料の表面が十分に濡れない場合があり、１２０分を超えると、濡れ状態が飽和に達している場合があるからである。
【００１８】
湿潤工程における混練材料の温度は２０〜６０℃が好ましい。この範囲が好ましいのは、２０℃未満では、粉末材料の表面が十分に濡れない場合があり、６０℃を超えると、溶媒が蒸発し易くなったり、樹脂が熱劣化する場合があるからである。
【００１９】
湿潤工程における混練材料の温度制御に当たっては、混練槽やブレードに設けられた、ジャケットに流す水の温度、流量を制御して行うことができる。
【００２０】
湿潤工程における、溶媒の添加量（樹脂液の場合は、樹脂液に含まれる溶媒量）は、粉末材料の種類により異なるが、通常粉末材料１００質量部に対して、３〜３０質量部であることが好ましい。
【００２１】
所定の時間、湿潤工程を行った後、混練工程を行う。混練工程においては、混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように制御することが好ましい。温度範囲の下限は特に限定されないが、−１０℃未満にしようとすると冷却用チラーや冷却媒体の選定が困難になったり、冷却効果も飽和に達するので、実用的には−１０℃以上が好ましい。また、１５℃を超えると、混練槽内の樹脂液の粘度が高くならずに混練材料に大きなせん断力を加えることができなくなる場合があるからである。
【００２２】
混練工程は、１０〜２４０分間行うことが好ましい。この範囲が好ましいのは、１０分未満では、粉末材料が十分混練できない場合があり、２４０分を超えると、混練状態が飽和に達している場合があるからである。
【００２３】
湿潤工程において、樹脂液を用いなかった場合は、混練工程において樹脂液を配合することができる。また、混練工程に入る前に、溶媒、樹脂液を追加配合することができる。混練工程においては、混練材料中の樹脂により粉末材料に大きなせん断力が加わり、樹脂中に粉末材料が分散される。
【００２４】
混練工程における、溶媒の添加量（樹脂液の場合は、樹脂液に含まれる溶媒量）は、粉末材料の種類により異なるが、通常粉末材料１００質量部に対して、１５〜６０質量部であることが好ましい。
【００２５】
湿潤工程から混練工程に入る過程においては、混練材料がさらさらした状態から一体の混練物に変化する。この際、さらさらした状態から少しずつ小さな固まりができ始め、ブレード負荷電流が急速に上昇し混練材料に大きな負荷が掛る。その後、小さな固まりが、大きな固まりに変化しやがて一体化した混練物に変化する。こうなると、ブレードの負荷電流はピークを経て少し下がるが湿潤時よりは大きな値で推移する。
【００２６】
一般的に、混練材料を混練装置にて混練する場合には樹脂中に粉末材料を均一に分散させるために、大きなせん断力を加えることが要求される。そのために、ブレードに大きなトルク（負荷電流）を掛けることが要求される。
【００２７】
混練時におけるブレードの負荷電流（トルク）の大きさは、粉体と樹脂液の配合割合により決定される。樹脂液中の樹脂の配合量は製品の仕様で決められているので、実際には溶媒の配合量（固形分濃度）で制御される。図１に、溶媒の配合量を変化させて混練強度（負荷電流）を変えた場合の混練時の負荷電流の変化を示す。図から分かるように、溶媒の配合量が多いと混練時の負荷電流は小さくなって混練材料に大きな負荷を掛けることができなくなる。逆に、溶媒量が少ないと混練時の負荷電流は大きくなるが、少なすぎると、湿潤工程から混練工程に移行できなかったり、移行時の負荷電流が大きくなりすぎで、ブレードがロックする場合があるので、混練時の溶媒の配合量（固形分濃度）をうまく制御する必要がある。また、高固形分濃度で混練した場合には、混練物が固すぎて、混練工程後、さらに溶媒を配合してスラリー化する希釈工程において、均一なスラリーを得るのが困難になる場合がある。
【００２８】
本発明の混練方法では、混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように制御して、樹脂液の粘度を高くして混練するので、固形分濃度は従来の好ましい範囲より少し高い値に設定することができる。また樹脂液の粘度が高いので混練物自身が固くなり、混練物に高い剪断力を掛けることができるので、樹脂と粉末の吸着を促進することができ、その後の分散などの工程で分散を容易にすることができる。
【００２９】
更に、温度制御により負荷電流を制御することが可能となるので、混練の途中であっても固形分濃度を変えずに負荷電流を制御することができる。
また、希釈工程時には温度を室温に戻すことにより混練物の粘度を下げることができるので、スムーズに均一な希釈が可能となる。
【００３０】
図２に一例の本発明の混練方法を行った場合の、混練時の負荷電流の変化を示す。図から分かるように、本発明の混練方法では、湿潤工程から混練工程への移行により、冷却と共に負荷電流が上がり混練材料が好ましい温度範囲に達すると大きなせん断力が掛ってくることが分かる。また、希釈工程では冷却を弱くすることにより、混練物の粘度が下がるので、均一な希釈が可能となる。
【００３１】
なお、上記のように、バッチ式の混練装置の場合について本発明の混練方法を説明したが、本発明の混練方法は、連続式の混練装置にも適用することができる。連続式の混練装置では、材料の投入口から取り出し口までブレードの軸方向に湿潤工程部分、混練工程部分、希釈工程部分と各工程部分を設定することができるので、この各部分の温度を制御することにより、本発明の混練方法を実施することができる。
【００３２】
混練材料の温度範囲が−１０℃〜１５℃になるように制御するためには、ジャケットに流す冷却媒体の温度、量を制御する必要があるが、特に０℃以下に制御する場合には、０℃以下でも凍らない、エチレングリコール、プロピレングリコールやシリコンオイルなどの冷却媒体を必要に応じて使用することが好ましい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。文中の「部」は、特に断りのない限り質量基準である。また、実施例および比較例中の平均粒子径は、数平均粒子径である。
【００３４】
実施例１
（１）湿潤工程成分
・バリウムフェライト磁性粉末  （平均粒子径２０ｎｍ）            １００．０部
・塩化ビニル系共重合体                            ２５．６部
（日本ゼオン社製ＭＲ−５５５）
・ポリエステルポリウレタン樹脂                                      ７．７部
（含有−ＳＯ３Ｎａ基：１．０×１０−４当量／ｇ）
・フェニルホスホン酸                                                ４．６部
・トルエン                                                              ６部
・シクロヘキサノン                                                      ６部
（２）混練工程成分
・トルエン                                                            １２部
・シクロヘキサノン                                                    １２部
（３）希釈工程成分
・トルエン                                                          １２９部
・シクロヘキサノン                                                  １２９部
【００３５】
（１）の湿潤工程成分を混練槽内に温度センサーを有するバッチ式混練装置（混練容量５Ｌ）にて３０分湿潤した。この時は、特に混練槽の冷却は行わず、槽内の混練材料の温度は３０℃であった。その後、（２）の混練成分を加え、混練時の固形分濃度を７９．２質量％として、チラーにより−１０℃に冷却した冷却媒体（エチレングリコール）にて混練槽およびブレードを冷却して、槽内の混練材料の温度は０℃に保持した。これにより、混練材料は、湿潤工程から混練工程に入った。混練工程を６０分行った後、さらに希釈工程成分（３）を３回に分けて加えて希釈をして磁性塗料を得た。この磁性塗料をＰＥＴフイルム上に簡易アプリケータで塗布し、乾燥するまで異極対向磁石で塗布面に垂直な４００ＫＡ／ｍの磁場を印加して評価用磁気シートを作製した。
【００３６】
実施例２
冷却媒体の温度を−２０℃にして、混練材料の温度を−１０℃に保持した以外は、実施例１と同様にして、評価用磁気シートを作製した。
【００３７】
実施例３
冷却媒体を水に変更し、水の温度を５℃にして、混練材料の温度を１５℃に保持した以外は、実施例１と同様にして、評価用磁気シートを作製した。
【００３８】
比較例１
水の温度を５℃にして、混練材料の温度を２０℃に保持した以外は、実施例３と同様にして、評価用磁気シートを作製した。
【００３９】
比較例２
冷却媒体の流量を制御して混練材料の温度を４０℃に保持した以外は、比較例２と同様にして評価用磁気シートを作製した。
【００４０】
比較例３
（２）の混練工程成分のトルエンを４．５部、シクロヘキサノンを４．５部に変更し、混練時の固形分濃度を８６．８質量％として混練工程を行い、（３）の希釈工程成分をトルエンを１３６．５部、シクロヘキサノンを１３６．５部に変更した以外は、比較例２と同様にして評価用磁気シートを作製した。
【００４１】
得られた磁気シートは下記の方法で評価し、その結果を表１に示した。
〈磁性層の表面写真〉
偏光顕微鏡を用いて、倍率２００倍で撮影した。
【００４２】
〈磁気層の表面粗さRa〉
評価用磁気シートの磁性層をZYGO社製汎用三次元表面構造解析装置ＮｅｗＶｉｅｗ５０００による走査型白色光干渉法にてＳｃａｎ  Ｌｅｎｇｔｈを５μｍで測定した。測定視野は、３５０μｍ×２６０μｍである。磁性層の中心線平均表面粗さをＲａとして求めた。
【００４３】
〈磁気特性〉
評価用の磁気シートに、外部磁場０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）をかけ、常法に従って、塗布面に垂直な方向の磁気特性（角型比（Ｂｒ／Ｂｍ））を測定した。測定には、東英工業製の試料振動型磁束計ＶＳＭ−Ｐ７を用いた。
【００４４】
【表１】
2012106380.tif 000003
【００４５】
表及び図３から明らかなように、実施例では混練材料の温度を−１０度から１５度の範囲に保持したため、高い磁気特性（角形比）と平滑な表面粗さＲａを示すことが分かる。また実施例１で作製した磁気シートの磁性層表面写真は、図３（ａ）に示すように凝集物が少なくなっている。
【００４６】
一方混練材料の温度が−１０度から１５度の範囲から外れた比較例では、磁気特性（角形比）は低く表面粗さＲａは低い結果となった。また比較例１、比較例３で作製した磁気シートの磁性層表面写真は各々図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、全面に渡って凝集物が存在した。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、混練工程における温度を低く調節することで、混練物に高い剪断力を掛ける混練方法を提供できる。その結果表面粗さや磁気特性に優れた磁気シートを提供することができる。
【図１】
2012106380.tif 000004
【図２】
2012106380.tif 000005
【図３（ａ）】
2012106380.tif 000006
【図３（ｂ）】
2012106380.tif 000007
【図３（ｃ）】
2012106380.tif 000008