粉体の固結の機構・因子・評価・対策

付着・凝集・固結は粉体を取扱う上で必ず問題となる。この中で付着・凝集は殆ど粉体特性によるものであり、根本的な対策を講じることは非常に困難である。これに対して固結は、多くの場合、粒子特性のほかに、温湿度などの要因が関係する。そこで、この要因だけでも取除ければ、固結を軽減できるはずである。 　粉体のトラブルを取扱う成書は、多く存在するが、固結に関する内容は機構や対策の簡単な解説のみであり、具体的な対策のための資料にはならないことが多い。そこで演者は数年にわたり固結に関する研究論文および特許などを調査し、具体的な対策のための資料づくりを進めてきた。本セミナではそれに基づき、固結の機構、因子、評価、対策について解説する。

1. なぜ粉体は固結するのか?
   1. 水による固結
      1. 凝縮/溶解/蒸発の繰返しによる固結
      2. ガラス転移による固結
      3. 水和反応による固結
   2. 熱による固結
      1. 溶融/固化による固結
      2. ガラス転移による固結
      3. 化学反応による固結
      4. 熱分解による固結
2. どのような因子が関係しているのか?
   1. 粉体特性の影響
      1. 形状の影響
      2. 充填率の影響
      3. 含水量の影響
      4. 大きさの影響
      5. 配合の影響
         • 高吸湿性粉体
         • 低融点物質
         • アモルファスなど
   2. 環境条件の影響
      1. 温度の影響
      2. 湿度の影響
      3. 粉体圧の影響
      4. 保存時間の影響
      5. 繰返しの影響
3. どのように固結性を評価するのか?
   1. 粉体特性の評価
      1. 平衡水分測定、水蒸気吸着等温線のモデル化
      2. 臨界相対湿度、エルダの仮説とは?
      3. ガラス転移温度の測定、アモルファス含有量の推定
      4. スティッキポイント温度とは?
   2. 固結度合の評価
      1. 固結体の調製
      2. 一軸圧縮強度の測定
      3. 解砕度の測定
      4. 貫入度の測定
4. どうすれば固結は防げるのか? 特許には?
   1. 原料の対策
      1. 粉体特性を改善する
         • 粒子形状
         • 粒子大きさ
         • 含水量
         • アモルファス量
         • 配合など
      2. 粒子特性を改善する
         • 被覆する
         • 予め固結させるなど
      3. 他の材料を添加する
         • 微粒子
         • 保水剤
         • 界面活性剤
         • 低平衡水分材料
         • 高ガラス転移温度材料など
   2. プロセスの変更および装置・構造の改善
      1. アモルファスを多く生成するプロセスを避ける
      2. 滞留しない構造とする
      3. 維持管理が容易な構造とする
      4. シール性のよい構造とする
   3. 運転・操作条件の改善
      1. 高温原料の貯蔵、包装は冷却後にする
      2. 反応原料の貯蔵、包装は反応完了後にする
      3. 温度差のある原料を混合しない
      4. 粒子が粉化するような過激な操作を避ける
   4. 保存条件の改善
      1. 適当な包装材で外気を遮断する
      2. 過剰な粉体圧を加えない
      3. 貯蔵粒子を定期的に再配列させる
      4. 貯蔵粒子に乾燥空気を送る
   5. 近年の特許で注目される内容とは?