集中混合
ナノ分散した粒状物は流動せず、互いに付着します。凝集する傾向があります。これは特にナノメートルやサブミクロンサイズの非常に小さな粒子において深刻です。この場合、粒子間の接着力が物質の挙動を支配します。粒径 r が小さいほど、接着力 Fadh が強くなります。球形の粒子の場合、重量力 F または Fgrav は次のように表されます：
Fgrav = g · m = ρ · 4/3 · π · r3 · g
m：重量力
g：重力加速度
ρ：固体の密度
r：理想化された粒子の半径
これらの接着力：これはファンデルワールス力、静電気的引力、または毛細管力です。これらは粒子の重力 Fgrav をしばしば数千倍も上回ります。この力比は、ボンド数「Bo」でわかりやすく表現することができます。
Bo = Fadh/Fgrav ∝ 1/r2
ここで、Fadh は粒子間の接着力、Fgrav はその重量力です。ナノ粒子については、粒子が真球形の場合、以下の式が成立します。
Fadh ∝ r Fgrav ∝ r3
その結果、流動性が大幅に制限されます。粒子は互いに付着し、マイクロアグリゲートを形成し、処理が困難になります。これらのアグリゲートを分離するには、高い剪断力が必要です。これには、エアジェットミル、剪断分散機、または高パフォーマンスミキサーなどが使用されます。
amixon®は2つのソリューションを提供しています：
- ハイシアーブレード
- ローター・スタターシステム
両システムは、衝突と摩擦の効果により局所的に非常に高いせん断勾配を生成します。これにより、凝集物が分解され、一次粒子が分離されます。重要な点は、粒子がすぐに再凝集しないことです。そのため、混合物の他の同様のサイズの粒子で迅速に被覆する必要があります。場合によっては、再凝集を防ぐために適切な液体添加物を導入することが推奨されます。これらも効率的に粉末に混合する必要があります。
このようなプロセスには、amixon®の精密ミキサーが特に適しています。なぜなら、2つの主要な要件を満たしているからです。
- 全体的な混合品質が、ミキサーの充填量が少ない（100リットル）場合でも、多い（数立方メートル）場合でも高い。
- 効率的なマイクロ分散：ミキサーは高いエネルギー密度により、最も細かい凝集物も確実に分離できます。
小粒子間の接着力の大きさに関する説明：
Fadh ≈ A·r/(6·D2)
A：ハマーカー定数（材料特性）
D：粒子間の距離
r：粒子半径
2つの粒子間の接着力は、粒子半径 r に比例して増加します。また、粒子表面間の距離 D の2乗に反比例して増加します：
Fadh ∝ r/D2
これは、粒子間の密度が高いほど、粒子同士の接着力が強くなることを意味します。圧縮された粉末床では、粒子間の距離 D が非常に小さくなります。これにより、接着力が大幅に増加します。これが、焼結金属や焼結エンジニアリングセラミックス製の部品の高い強度を説明する要因でもあります。