粉体工学の全体像と粒子・粉体の特性・挙動の体系的理解

粉体工学に関する入門書や教科書はこれまでも少なからず出版されてきたが、それらのほとんどの本は、粉砕や分級などの粉体操作ごとに章立てられている。粉体の特性や挙動については、それぞれの章で主題となっている粉体操作を理解するのに必要な項目だけが説明されている。また章ごとに執筆者が異なることがほとんどなので、粉体の特性や挙動を系統的に理解し粉体工学の全体像を描くことは難しい状況であった。 　この状況をもたらしたことには、1960年〜2000年の頃に粉体技術が公害処理やファインセラミックスなどの無機材料開発の分野に活躍の場を広げ、得られた新たな技術を工学として体系化するの時間がかかったことが、大きく関係していると思われる。 　また、粉体は「固体粒子の集まり」と定義されているが、実際には粒子、粒体、粉、粉体、粉粒体など類似の用語が厳密な定義なしに使用されていていることも、粉体工学の全体像を描くことを難しくしている一因と思われる。 　本セミナーでは、粒子の「集まり」を「懸濁集合」と「堆積集合」に具体的に規定して、粒子、粉、粉体を厳密に定義することにより粉体の特性と挙動を体系的に解説する。これにより、粉体に関する用語・定義・分類が明確になり、粒子・粉体の特性や現象を横断的に理解できるようになる。また、従来は個別の粉体操作ごとに理解されがちであったスラリー技術やバルク粉体技術についても、「懸濁集合」「堆積集合」という集合形態の視点から整理することで、個別現象の寄せ集めではなく、粉体工学全体を一本の軸で捉えられるようになる。さらに、分散・凝集・沈降・流動・充填といった現象について、現場における設計・改良やトラブル対応に活かせる考察・判断の指針を得ることができる。

• 第0章 粉体の全体像
  • 粒子の定義と粒子径範囲
  • 粒子挙動の概観
  • 粒子集合形態の分類と用語

1. 第1章 粒子の特性
   1. 大きさ
      1. 粒子径の定義
      2. 粒子径分布の測定
      3. 粒子径分布の表示
      4. 分布を代表する粒子径
      5. 平均粒子径
   2. 形状
      1. 形状係数
      2. 形状指数
   3. 密度
   4. 比表面積
   5. 破壊強度と硬さ
      1. 破壊強度
      2. 粒子の硬さ (硬度)
   6. 粒子の表面
      1. 表面張力、表面エネルギー
      2. 表面曲率が表面エネルギーに及ぼす影響
      3. 粉砕時の活性化
   7. 光学的特性
      1. 光の吸収・散乱
      2. 多数粒子による光の減衰
   8. 電・磁気的特性
      1. 電気的特性
      2. 磁気的特性
   9. バルク粒子とナノ粒子
   10. 特性評価用試料の採取
2. 第2章 空気・水中の粒子表面
   1. 空気中の粒子表面
      1. 分子の吸着
      2. 帯電
   2. 水中の粒子表面
      1. 粒子の濡れ
      2. 粒子への吸着
      3. 粒子の帯電
3. 第3章 粒子に働く力
   1. 単一粒子に働く力
   2. 粒子間に働く力
      1. 空気中で働く力
      2. 水中で働く力
4. 第4章 懸濁集合
   1. 単一粒子の運動
      1. 沈降
      2. 拡散と泳動
      3. 電場、磁場中の運動
   2. 粒子の衝突
      1. 静止流体中での衝突
      2. 流れの中での衝突
   3. 粒子の凝集
      1. 急速凝集
      2. 緩慢凝集
   4. 懸濁粒子の沈降・堆積
      1. 均一分散粒子の沈降・懸濁
      2. 不均一分散粒子の沈降
   5. スラリーの流動
      1. 流動性の表し方
      2. 粒子間引力がない場合の流動
      3. 粒子間引力がある場合の流動
5. 第5章 堆積集合
   1. 水と粉
   2. 粉層の構造
      1. 充填率、空間率、空隙率、空間比
      2. 粒子接触点
      3. 偏析
   3. 粉層の静力学
      1. 粉層の崩壊
      2. 粉の力学特性の測定
      3. 応力と接触点の力
      4. 容器内の粉圧
   4. 粉の流動
   5. 粒子充填層の流体透過
      1. 粒子充填層の流体透過
      2. 流動層、噴流層
   6. 粉の固結
   7. 練粉
      1. 固・気・液3相構造
      2. 練粉の例
• 質疑応答