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攪拌(かくはん)

2018/12/19

用語集

攪拌(かくはん)

攪拌とは?

攪拌の定義と目的

攪拌というと真っ先に「混合【mix】」を思い浮かべるかもしれませんが、広義では「かき混ぜる、かき回す」操作のことであり、必ずしも混ぜ合わせることとは限りません。

コンクリートミキサー車(アジテータートラック)を思い浮かべてみてください。
コンクリートミキサー車のドラム部分は【混合】目的ではなく、専用工場で混合された生コンクリートを工事現場に運搬する際【分離と固化を防止】するために回転させています。

コンクリートミキサー車
※【分離と固化の防止】を目的とした攪拌。ドラム内で混ぜ合せているわけではない

【混合】の他には、【均一化】(乳濁液・懸濁液・分散液を作る)、【物質移動】(反応や溶解の促進)を目的に攪拌することも多いでしょう。

日常生活の中で、料理の時にホイッパーや電動ミキサーを使い分けることがありますが、産業分野でも目的に応じて実に様々な撹拌機を選定・使い分けしています。
以下は、撹拌の目的、結果と代表的な撹拌機の例をまとめたものです。

攪拌の目的、結果と代表的な攪拌機の例

攪拌にまつわる用語説明

・攪拌 :かき混ぜること。かき回すこと。
・均質(化) :ある物質のどの部分をとってもむらがなく、性質・状態が同じであること。
・分散(系) :一つの物質が他の物質、または異なった状態にある同一物質の中に、微粒子となって散在している混合系。散在している粒子を分散質、溶質を分散媒という。懸濁液・乳濁液・コロイド溶液・真の溶液など。インキ業界では連肉【mill】とも呼ぶ。
・混合・混和 :性質の違うものがまざりあうこと。まぜあわせること。
・捏和(ねっか)・混和 :粘性の強い液体や粘土状の材料を、強いせん断力を加えて練ること。
・物質移動 :固体中あるいは流体中を物質が主として拡散の作用によって移動する現象。
・乳濁液 :固体の微粒子が液体中に分散している混合物
・スラリー :どろどろした粥状のもの。液体と固体粒子との懸濁液。
・ペースト :糊状のもの。練りもの。(粘度なら スラリー<ペースト 業界により違うので注意)
・固形物 :固形の物体。固形のもの。⇔流動物

自転・公転ミキサーの原理と特徴

プロペラがないのにどうして攪拌できるの?

自転・公転ミキサーで攪拌を行うと、高粘度材料も短時間で均一に攪拌できると言われます。
この攪拌を実現するのに重要な3つの要素があります。
自転・公転ミキサーの装置の中で、容器が「1.公転」しています。そして公転している容器そのものが「2.自転」しています。さらに「3.容器の自転軸が45度に傾斜」しています。

1. 公転:「公転の遠心力」で材料を遠心させます。
2 .自転:「容器の自転」が材料に流れ(回転とせん断)を生じさせます。
3. 45度:「自転軸が45度傾斜」しているので、内部の材料の流れは3次元の速度場になります。

さらに液面と容器壁の間で、流速(向き)が急に変わり、複雑な流れと強いせん断が生じます。このせん断が液滴や粉粒体を細かくし、分散しやすくします。(気泡も細かく分散します。)

この結果、プロペラを使用しなくても、短時間で均一な攪拌が実現します。

自転・公転ミキサーの原理

大気圧タイプと真空タイプの違いはなに?

シンキーの自転・公転ミキサーには、大気圧タイプと真空タイプがあります。攪拌のプロセスにおいて、泡が問題となるケースも多く、目的や用途に応じた使い分けをすることができます。
大気圧タイプは、目視レベルでの気泡の除去をすることが可能です。
また、真空タイプは目に見えないミクロンサイズの気泡の除去もしたい場合に使用します。これまで攪拌はミキサーで行い、そのあとにデシケーターなどで時間をかけて脱泡していた方にとっては、噴きこぼれの心配なく攪拌しながら脱泡できるので、大幅な時間短縮が可能です。

それぞれの脱泡がどのようにして行われるのかを見てみましょう。

大気圧タイプの脱泡(粘度が比較的低い材料に向いています)

大気圧タイプのほとんどの機種には「攪拌モード」と「脱泡モード」がついています。(ARE-400TWINは自公転独立可変機構を搭載しているため、モードでの切り替えがありません)
それぞれに公転速度や自転速度のバランスに違いがあります。

粘度が比較的低い材料は、以下のような原理で脱泡されます。

1.「公転の遠心力」によって、軽い気泡が上昇します。
2. 泡を巻き込まない程度に弱い自転をする(=脱泡モード)ことで、液面まで上昇した気泡は、せん断によって破泡します。

大気圧タイプの脱泡

 

真空タイプの脱泡(粘度が比較的高い材料に向いています)

粘度が比較的高い材料は、以下のような原理で脱泡されます。

1. 粘度が高い場合、気泡の上昇速度が遅くなります。
2. 減圧により材料内の気泡が膨張し破泡します。また気泡化する溶剤ガスも現れます。
3. 液面に運ばれた小さな気泡も、「自転」のせん断によって破泡します。

つまり、大きな泡は真空減圧による作用で、小さな泡は自転のせん断による作用で破泡するのです。

真空タイプの脱泡

※どちらのタイプが適しているのか判断にお困りの場合には、比較デモをお試しいただけます。お気軽にお問い合わせください。
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