專利名稱：攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及備有旋轉(zhuǎn)式葉輪和防止渦流發(fā)生的多級(jí)網(wǎng)篩部件的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置在分散劑中分散分散質(zhì)而生成分散系的均化器等分散裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知有如下的分散裝置，即，使用旋轉(zhuǎn)式攪拌裝置，對(duì)包含液體或者固體分散質(zhì)和液體分散劑的混合物(以下稱為“分散系原料混合物”)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌，利用剪切力使分散質(zhì)在分散劑中分散，生成乳化液(emulsion)或者懸浮液(homogenizer)等分散系的分散裝置(以下稱為“高速旋轉(zhuǎn)分散裝置”)。而且，在該分散系的生成工序中，為了促進(jìn)分散質(zhì)在分散劑中的分散或者使分散系更加穩(wěn)定，一般要添加表面活性劑。
另外，在該分散系的生成工序中，分散質(zhì)在分散劑中的分散度(分散性)，隨表面活性劑的添加量越多則越好，且從攪拌裝置向分散系原料混合物施加的剪切力越強(qiáng)越好。因而，在要實(shí)現(xiàn)規(guī)定分散度的情況下，表面活性劑添加量越大，則剪切力較弱即可，而表面活性劑添加量越小，則需要適當(dāng)加強(qiáng)剪切力。
然而，對(duì)于一般的分散系，考慮到其品質(zhì)，最好少含有表面活性劑。另外，在分散系生成工序中使用表面活性劑，則在該生成工序中排出的廢水等中必然含有表面活性劑，而這樣的含有表面活性劑的廢水很難用例如活性污泥法等普通廢水處理方法凈化。因此在分散系的生成工序中，最好盡量減小表面活性劑的添加量。
作為對(duì)應(yīng)的方法，可以考慮通過(guò)大幅提高攪拌裝置的葉輪旋轉(zhuǎn)速度，加強(qiáng)施加到分散系原料混合物的剪切力，從而減小表面活性劑添加量。然而該方法存在以下問(wèn)題，即，雖然隨著葉輪旋轉(zhuǎn)速度上升到一定程度，剪切力強(qiáng)度也會(huì)上升，但是一旦超過(guò)該程度，即使葉輪旋轉(zhuǎn)速度上升，剪切力強(qiáng)度也會(huì)不怎么上升。究其原因，推測(cè)為如果葉輪旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)一定限度，則容器內(nèi)的分散系原料混合物作為整體與葉輪進(jìn)行一體式旋轉(zhuǎn)，很難引起分散系原料混合物和容器內(nèi)壁間的沖突所致。
本申請(qǐng)的發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)，即，在高速旋轉(zhuǎn)分散裝置為大氣開(kāi)放型裝置(特別是間歇式裝置)的情況下，如果葉輪旋轉(zhuǎn)速度上升，則分散系原料混合物中產(chǎn)生渦流，通過(guò)該渦流，大氣中的空氣被卷入分散系原料混合物內(nèi)，產(chǎn)生比較大的氣泡(以下稱為“大型泡”)，并由該大型泡，分散質(zhì)在分散劑中的分散度變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述以往的問(wèn)題和上述試驗(yàn)結(jié)果而提出的，其目的在于提供一種在將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系時(shí)，能向分散系原料混合物施加充分強(qiáng)的剪切力的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置的分散裝置。另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在大氣開(kāi)放系中生成分散系時(shí)，能有效防止分散系原料混合物內(nèi)產(chǎn)生大型泡的攪拌裝置、和使用該攪拌裝置的分散裝置。
為解決上述問(wèn)題而制成的本發(fā)明的攪拌裝置，備有以下的部件。
(I)具備液體流入孔的第一蓋板。
(II)在與板的延伸面正交的方向(板的厚度方向)，相對(duì)于第一蓋板間隔配置的第二蓋板。
(III)在形成于第一蓋板和第二蓋板之間的板間空間內(nèi)，在與液體流入孔對(duì)應(yīng)的位置(例如配置成使液體流入孔的中心和葉輪旋轉(zhuǎn)軸一致)配置的旋轉(zhuǎn)式葉輪。
(IV)在板間空間部?jī)?nèi)，以包圍葉輪的方式配置，且周壁形成有多個(gè)(多數(shù))液體流通孔的大致筒狀或者大致桶狀的內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件。
(V)在板間空間部?jī)?nèi)，以包圍內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的方式配置，且周壁形成有多個(gè)(多數(shù))液體流通孔的一個(gè)或者多個(gè)大致筒狀外側(cè)網(wǎng)篩部件。
在這里，內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件和外側(cè)網(wǎng)篩部件的側(cè)壁優(yōu)選圓筒形。
該攪拌裝置以配置于液體中的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)葉輪，則液體經(jīng)由液體流入孔向與板延伸面幾乎正交的方向流動(dòng)，進(jìn)入到板間空間部之后，經(jīng)由內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的液體流通孔、和外側(cè)網(wǎng)篩部件的液體流通孔，沿著與板延伸面幾乎正交的方向(向外)流動(dòng)，從板間空間部流出。而且，在液體從葉輪向外流動(dòng)而從板間空間部流出的過(guò)程中，在穿過(guò)內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的液體流通孔和外側(cè)網(wǎng)篩部件的液體流通孔之際，液體的流動(dòng)矢量中，多半的其周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。即，液體從板間空間部以放射狀大致徑向向外流出。
因此，液體沒(méi)有產(chǎn)生渦流。從而，即使提高葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，液體也能與液體的容器內(nèi)面產(chǎn)生激烈的沖突，給液體施加強(qiáng)的剪切力。由此，將該攪拌裝置適用于高速旋轉(zhuǎn)分散裝置的情況下，可以向分散系原料混合物施加充分強(qiáng)的剪切力，提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度(可以減小分散質(zhì)粒子的直徑)。
另外，由于使用該攪拌裝置時(shí)不產(chǎn)生渦流，因此在將該攪拌裝置配置于大氣開(kāi)放型容器內(nèi)的時(shí)候，空氣不會(huì)卷入到液體中，不產(chǎn)生大型泡。從而，在將該攪拌裝置適用于大氣開(kāi)放型的高速旋轉(zhuǎn)分散裝置的情況下，可以防止分散系原料混合物內(nèi)產(chǎn)生大型泡，提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
本發(fā)明的間歇式分散裝置使用上述攪拌裝置。在該分散裝置中，攪拌裝置配置于大氣開(kāi)放型的間歇式容器內(nèi)。而且，分散裝置通過(guò)用攪拌裝置攪拌裝入到間歇式容器內(nèi)的且包含有分散質(zhì)和分散劑的混合物，將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系。
在該間歇式分散裝置中，由于在攪拌時(shí)分散系原料混合物中不產(chǎn)生渦流，因此越提高攪拌裝置的葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，向分散系原料混合物施加的剪切力就越強(qiáng)，從而提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。另外，由于攪拌時(shí)分散系原料混合物中不產(chǎn)生渦流，因此空氣不會(huì)卷入到分散系原料混合物內(nèi)，且分散系原料混合物內(nèi)也不產(chǎn)生大型泡。從而可提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
本發(fā)明的連續(xù)式分散裝置也使用上述攪拌裝置。在該分散裝置中，攪拌裝置配置于密閉型的流通式容器內(nèi)。而且，分散裝置通過(guò)用攪拌裝置攪拌裝入到流通式容器內(nèi)的且包含有分散質(zhì)和分散劑的混合物，將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系。
在該連續(xù)式分散裝置中，由于在攪拌時(shí)分散系原料混合物中不產(chǎn)生渦流，因此越提高攪拌裝置的葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，向分散系原料混合物施加的剪切力也就越強(qiáng)，從而提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
在上述間歇式或者連續(xù)式分散裝置中，分散劑是液體時(shí)，如果分散質(zhì)是不溶于分散劑的液體，則該分散裝置就稱為生成乳化液(emulsion)的均化器(乳化機(jī))。另外，如果分散質(zhì)是不溶于分散劑的固體或粉體，則該分散裝置就稱為生成懸浮液(suspension)的裝置。
作為使用本發(fā)明的攪拌裝置的分散裝置和均化器的用途，可以舉出以下幾種。
(1)可用于乳制品的均勻化、抗氧化、穩(wěn)定性維持等。另外，作為乳制品，可舉出鮮乳、牛乳、特制牛乳、殺菌山羊乳、新式羊乳、部分脫脂乳、脫脂乳、加工乳等。
(2)可用于卵磷脂的均勻化、抗氧化、穩(wěn)定性維持、表面活性化、賦予載體功能等。
(3)可用于卵的均勻化、抗氧化、穩(wěn)定性維持、表面活性化等。
(4)可用于植物油的均勻化、抗氧化、穩(wěn)定性維持、表面活性化等。
另外，該分散裝置和均化器可以對(duì)液狀脂肪質(zhì)、和多糖類和蛋白質(zhì)等進(jìn)行乳狀化，賦予新的功能。這些功能可以是例如脂肪質(zhì)的抗氧化功能、乳化液的穩(wěn)定性維持功能、可食性表面活性劑的合成功能、載體功能等。
另外，該分散裝置和均化器可用于顏料、乳液、洗液、藥劑、樹(shù)脂溶劑、添加劑、微粒分散系制劑(跟蹤載體)、汁液、調(diào)味料、食用乳化劑、乳化食品、COM(Coal Oil Mixture)、CWM(Coal Water Mixture)、蠟、存儲(chǔ)材料(磁性涂料、磁記錄介質(zhì))、潤(rùn)滑劑、凝聚劑、潤(rùn)滑脂、墨水、涂料、石堿、洗滌劑等的制造。


通過(guò)后述的詳細(xì)說(shuō)明以及附圖，可以進(jìn)一步充分理解本發(fā)明。另外，在附圖中，對(duì)于共通的構(gòu)成要件，附加了同樣的標(biāo)記。
圖1A是表示在間歇式容器內(nèi)配置有攪拌裝置的本發(fā)明的間歇式均化器的立面截面圖，圖1B是表示在密封流通式容器內(nèi)配置有攪拌裝置的本發(fā)明的連續(xù)式均化器的立面截面圖。
圖2A和圖2B分別是表示本發(fā)明的攪拌裝置的俯視圖和立面截面圖。
圖3A和圖3B分別是表示構(gòu)成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖4A和圖4B分別是表示構(gòu)成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的第一外側(cè)網(wǎng)篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖5A和圖5B分別是表示構(gòu)成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的第二外側(cè)網(wǎng)篩部件的俯視截面圖和局部截面立面圖。
圖6A和圖6B分別是表示構(gòu)成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的葉輪的俯視圖和局部截面立面圖。
圖7A和圖7B分別是表示構(gòu)成圖2A和圖2B所示的攪拌裝置的上蓋板和底蓋板的立面截面圖。
圖8A和圖8B分別是表示備有內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件和外側(cè)網(wǎng)篩部件的攪拌裝置以及僅備有內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的攪拌裝置的原料混合液的流動(dòng)矢量的圖。
圖9是表示使用高速旋轉(zhuǎn)乳化裝置調(diào)制的乳化液的分散質(zhì)粒度分布的曲線圖。
圖10是表示使用高速旋轉(zhuǎn)乳化裝置以及高壓乳化裝置調(diào)制的乳化液的分散質(zhì)粒度分布的曲線圖。
圖11是表示使用高速旋轉(zhuǎn)乳化裝置調(diào)制的乳化液的分散質(zhì)粒度分布的曲線圖。
圖12A和圖12B分別是圖9中的曲線G1表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖13A和圖13B分別是圖9中的曲線G2表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖14A和圖14B分別是圖9中的曲線G4表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖15A和圖15B分別是圖9中的曲線G5表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖16A和圖16B分別是圖10中的曲線G6表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖17A和圖17B分別是圖10中的曲線G8表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖18A和圖18B分別是圖11中的曲線G9表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖19A和圖19B分別是圖11中的曲線G10表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖20A和圖20B分別是圖11中的曲線G11表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
圖21A和圖21B分別是圖11中的曲線G12表示的乳化液的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
具體實(shí)施例方式
下面具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
如圖1A所示，間歇式均化器1(高速旋轉(zhuǎn)分散裝置)實(shí)質(zhì)上由大氣開(kāi)放型的間歇式容器2和配置于該間歇式容器2內(nèi)(底部附近)的攪拌裝置3構(gòu)成。關(guān)于攪拌裝置3的具體結(jié)構(gòu)和功能，以后再說(shuō)明。均化器1，通過(guò)利用攪拌裝置3對(duì)裝入到間歇式容器2內(nèi)的包含互不相溶的液體分散質(zhì)和液體分散劑的原料混合液(分散系原料混合物)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌，生成在分散劑中分散分散質(zhì)而獲得的乳化液(分散系)。圖1A中的各箭頭表示原料混合液的大致流動(dòng)方向。
如圖1B所示，在使用密閉連續(xù)式(inline式)的均化器1’時(shí)，攪拌裝置3配置于密閉型流通式容器4內(nèi)。此時(shí)，均化器1’通過(guò)用攪拌裝置3對(duì)流通于流通式容器4內(nèi)的原料混合液進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌，生成在分散劑中分散分散質(zhì)而獲得的乳化液(分散系)。圖1B中的各箭頭表示原料混合液的大致流動(dòng)方向。
下面，說(shuō)明攪拌裝置3的具體結(jié)構(gòu)和功能。
如圖2A、B～圖7A、B所示，攪拌裝置3備有上蓋板5(第一蓋板)、底蓋板6(第二蓋板)、葉輪7、內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8、第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9、第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10。
上蓋板5是圓板形，中心部附近設(shè)置有稍大(其直徑比葉輪7的直徑稍大)的圓形液體流入孔11，且周緣部附近設(shè)置有3個(gè)螺栓孔12。底蓋板6是外徑與上蓋板5的外徑相等的圓板形部件，中心部設(shè)置有用于通過(guò)葉輪7的旋轉(zhuǎn)軸13的軸孔14，且周緣部附近設(shè)置有3個(gè)螺栓孔15。而且，上蓋板和底蓋板6由與各螺栓孔12、15嵌合或者螺合的3根螺栓16，在與板的延伸面正交的方向上間隔規(guī)定距離而連結(jié)。就這樣，上蓋板5和底蓋板6之間，就形成了板間空間部17。
葉輪7是備有固定在旋轉(zhuǎn)軸13的4個(gè)葉片18(攪拌翼)的高速旋轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)，且該旋轉(zhuǎn)軸13可與圖中未示出的馬達(dá)連結(jié)，以所需的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在這里，以液體流入孔11的中心軸11和旋轉(zhuǎn)軸13的軸線一致的方式，配置葉輪7。
內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8是具備比葉輪7的直徑大一些的內(nèi)徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內(nèi)包圍葉輪7的方式配置。而且，在內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的圓筒形的周壁8a上，形成有多個(gè)液體流通孔19。內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的底部8b嵌入到形成于底蓋板6的圓柱形凹部20，且該圓筒部8a嵌入到上蓋板5的液體流入孔11，并由此固定內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的位置。另外，在內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的底部8b，形成有用于通過(guò)葉輪7的旋轉(zhuǎn)軸13的軸孔21。
第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9是具備比內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的外徑大一些的內(nèi)徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內(nèi)包圍內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的方式配置。而且，在第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的圓筒形的周壁上，形成有多個(gè)液體流通孔22。第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的上端部嵌入到形成于上蓋板5的環(huán)形槽部23，且下端部嵌入到形成于底蓋板6環(huán)形槽部24，并由此固定第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的位置。
第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10是具備比第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的外徑大一些的內(nèi)徑的大致圓筒形的部件，且以在板間空間部17內(nèi)包圍第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的方式配置。而且，在第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10的圓筒形的周壁上，形成有多個(gè)液體流通孔25。第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10的上端部嵌入到形成于上蓋板5的環(huán)形槽部26，且下端部嵌入到形成于底蓋板6的環(huán)形槽部27，并由此固定第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10的位置。
下面，對(duì)配置于間歇式容器2內(nèi)的攪拌裝置3和均化器1的功能和作用，進(jìn)行說(shuō)明。
以在間歇式容器2內(nèi)裝入包含液體分散質(zhì)和液體分散劑的原料混合液的狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)攪拌裝置3的葉輪7，則液體流入孔11上方的原料混合液經(jīng)由液體流入孔11向下(與板延伸面幾乎正交的方向)流動(dòng)，流入到板間空間部17。另一方面，內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8內(nèi)側(cè)的原料混合液通過(guò)葉輪7，沿水平方向(與板延伸面平行的方向)向外噴出，依次經(jīng)由內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的液體流通孔19、第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的液體流通孔22、第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10的液體流通孔25，從板間空間部17流出。
而且，在原料混合液從葉輪7向外流動(dòng)而從板間空間部17流出的過(guò)程中，在穿過(guò)內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的液體流通孔19和兩外側(cè)網(wǎng)篩部件9、10的液體流通孔22、25之際，原料混合液的流動(dòng)矢量中，其多半的周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。
圖8A表示從內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8的液體流通孔19向外流出的原料混合液流動(dòng)的矢量V1、從第一外側(cè)網(wǎng)篩部件9的液體流通孔22向外流出的原料混合液流動(dòng)的矢量V2、從第二外側(cè)網(wǎng)篩部件10的液體流通孔25向外流出的原料混合液流動(dòng)的矢量V3。從圖8A中可以清楚地看到，矢量V1多少含有一些圓周方向成分，矢量V2僅含有一點(diǎn)圓周方向成分，而矢量V3則完全不含圓周方向成分。
就這樣，由于最終從攪拌裝置3向外流出的原料混合液不含有圓周方向的流動(dòng)成分，因此能夠沿徑向向外放射狀流出，與間歇式容器2的內(nèi)壁面發(fā)生沖突。從而不會(huì)產(chǎn)生原料混合液的渦流(vortex)現(xiàn)象。
另外，如圖8B所示，僅設(shè)置內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件8，而沒(méi)有設(shè)置外側(cè)網(wǎng)篩部件9、10的時(shí)候，最終從攪拌裝置3向外流出的混合液包含圓周方向的流動(dòng)成分，因此產(chǎn)生渦流。
從而，越提高葉輪7的旋轉(zhuǎn)速度，就能由原料混合液施加越強(qiáng)的剪切力。由此，可以向原料混合液施加充分強(qiáng)的剪切力，提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度(可減小分散質(zhì)的粒子直徑)。另外，由于在攪拌原料混合液時(shí)不產(chǎn)生渦流，因此不會(huì)有空氣卷入到原料混合液中，也不產(chǎn)生大型泡。因此，可以進(jìn)一步提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
下面，以與以往例比較的方式，說(shuō)明本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1(分散裝置)、和使用它進(jìn)行調(diào)制的乳化液的特征等。首先，以與以往例比較的方式，說(shuō)明本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1的特征。
本發(fā)明的攪拌裝置和大氣開(kāi)放型間歇式均化器1的特征在于，能防止產(chǎn)生渦流、加強(qiáng)施加到原料混合液的剪切力的同時(shí)，還可以防止原料混合液中產(chǎn)生大型泡，從而提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
一般，均化器中產(chǎn)生的泡(空泡)有以下三種。
(1)大型泡(Vortex bubble)由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪形成的渦流連續(xù)引入與流體接觸的氣相而產(chǎn)生的大的泡。
(2)微型泡(Turbulence bubble)伴隨高速旋轉(zhuǎn)體或者在一個(gè)路徑中流動(dòng)的高速流體通過(guò)狹窄空間時(shí)產(chǎn)生的泡。需要形成紊流的力。使用高速攪拌機(jī)時(shí)，依賴于間隙、會(huì)聚、動(dòng)粘度系數(shù)。在圓周速度為10m/see以上時(shí)產(chǎn)生。
(3)沖擊波泡(Shock wave bubble)在極度加速的流體(數(shù)百m/sec)中，在1/1000到1/1000000秒間產(chǎn)生并消失，產(chǎn)生沖擊波的超微細(xì)的泡。
在使用高速旋轉(zhuǎn)均化器的情況下，由于不產(chǎn)生沖擊波的泡，因此大型泡和微型泡成為對(duì)象。另外如前所述，在以往的攪拌裝置中，原料混合液伴隨著攪拌翼，其流動(dòng)方向朝向旋轉(zhuǎn)方向。因此，如果提高轉(zhuǎn)速，則必然會(huì)生成渦流，產(chǎn)生大型泡。與此相對(duì)，在本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1中，由于網(wǎng)篩部件8～10以多級(jí)的形式構(gòu)成，因此原料混合液的噴出方向以放射狀擴(kuò)大，不產(chǎn)生渦流。因此，在發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1中，以不形成渦流的方式設(shè)定網(wǎng)篩部件8～10的液體流通孔19、22、25(開(kāi)口部)，且可以控制原料混合液的噴出方向。
另外，一般從攪拌裝置噴出的原料混合物出現(xiàn)紊流狀態(tài)，則必然會(huì)產(chǎn)生大型泡，因此在本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1中，也必然會(huì)產(chǎn)生。因而，為消去微型泡，只能采用以密閉式形成均化器并提高壓力(背壓)的方法。
如前所述，在乳化工序中，為實(shí)現(xiàn)規(guī)定的分散度，由于表面活性劑的添加量和剪切力表示出一定的相關(guān)關(guān)系，因此如果減少表面活性劑的添加量，則需要施加更強(qiáng)的剪切力。但是，如果加強(qiáng)剪切力，則出現(xiàn)有關(guān)泡的問(wèn)題。因此在以往，綜合考慮表面活性劑添加量、剪切力、泡的問(wèn)題，摸索了各種適合于生成乳化液的條件。
在本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1中，通過(guò)調(diào)整多級(jí)網(wǎng)篩部件8～10的形狀和個(gè)數(shù)、葉輪7的形狀、間隙等，即使在使用相同能量的情況下，也能夠在分別的網(wǎng)篩部件8～10間消耗原料混合液的能量，從而不使從攪拌裝置3噴出到間歇式容器2內(nèi)的原料混合液成為紊流。但是在這種情況下，對(duì)間歇式容器2內(nèi)進(jìn)行均勻化的整體的原料混合液流動(dòng)有可能會(huì)變沒(méi)有。另外，能以何種程度抑制微型泡，還被處理和最終制劑的品質(zhì)所特定。
一般，在高壓乳化裝置中，由于容器是密閉系，因此不會(huì)產(chǎn)生空氣從大氣向原料混合液卷入的情況，從而也不產(chǎn)生大型泡。因而，分散質(zhì)在分散劑中的分散度依賴于微型泡和沖擊波的泡。因此僅通過(guò)抑制(控制住)微型泡，也可以有效提高分散質(zhì)的分散度。
與此相對(duì)，一般在高速攪拌乳化裝置中，由于大型泡的影響更大，因此微型泡的影響并不顯著。因此，本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1，通過(guò)多級(jí)網(wǎng)篩部件8～10，防止產(chǎn)生渦流并防止產(chǎn)生大型泡，提高分散質(zhì)的分散度。
根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人的經(jīng)驗(yàn)性見(jiàn)解可知，大型泡對(duì)粒子直徑為10微米以上的分散質(zhì)粒子的分散帶來(lái)壞的影響、微型泡對(duì)粒子直徑為1～10微米的分散質(zhì)粒子的分散帶來(lái)壞的影響、沖擊波泡對(duì)粒子直徑為0.5～1微米的分散質(zhì)粒子的分散帶來(lái)壞的影響。因此如果去除這些泡，則可以促進(jìn)與各自對(duì)應(yīng)的粒子直徑的分散質(zhì)粒子的分散。由此，使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1，特別是可以促進(jìn)粒子直徑10微米以上的分散質(zhì)粒子的分散。
下面，以與使用以往的攪拌裝置和均化器的情況進(jìn)行比較的方式，說(shuō)明實(shí)際使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1調(diào)制乳化液的樣品，測(cè)定該分散質(zhì)的粒度分布(分散度)，并且，用顯微鏡觀測(cè)該樣品的分散質(zhì)的分散狀態(tài)的結(jié)果。
用作為分散劑而使用蒸餾水，作為分散質(zhì)而含有流動(dòng)石蠟10wt％，并含有作為表面活性劑的甘油—月桂酸聚氧乙烯山梨聚糖醇酯(Tween系)1.2％的原料混合液(蒸餾水是余值)，調(diào)制了以下的8種乳化液樣品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)條件都是在600g、50℃下開(kāi)始乳化。處理時(shí)間是5分鐘或者10分鐘。使用能夠測(cè)定1微米以上的異物的專用粒度測(cè)定器(アキユサイザ一780)測(cè)定了分散質(zhì)的粒度分布。
另外，樣品1～5是僅通過(guò)高速攪拌式攪拌裝置和均化器進(jìn)行乳化處理獲得的樣品，樣品6～8是進(jìn)行上述乳化處理后，再使用1000bar的高壓乳化裝置進(jìn)行1次(pass)乳化處理而獲得的樣品。
另外，樣品3、4是為了進(jìn)行比較，使用在以往評(píng)價(jià)高的網(wǎng)篩型攪拌機(jī)上安裝有本發(fā)明的攪拌裝置3的葉輪7和多級(jí)網(wǎng)篩部件8～10的均化器進(jìn)行調(diào)制的樣品。樣品5是為了進(jìn)行比較，使用以往的攪拌裝置調(diào)制的樣品。
(1)樣品1樣品1是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值(100％)處理時(shí)間5分鐘圖9中的曲線G1表示樣品1的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品1中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡，但產(chǎn)生了微型泡。
圖12A和圖12B分別是樣品1的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(2)樣品2樣品2是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘圖9中的曲線G2表示樣品2的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品2中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡，但產(chǎn)生了微型泡。
圖13A和圖13B分別是樣品2的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(3)樣品3樣品3是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置在以往的攪拌機(jī)的葉片上安裝多級(jí)網(wǎng)篩攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的60％處理時(shí)間10分鐘圖9中的曲線G3表示樣品3的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品3中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡和微型泡。
(4)樣品4樣品4是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置在以往的攪拌機(jī)的葉片上安裝多級(jí)網(wǎng)篩攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的60％處理時(shí)間5分鐘圖9中的曲線G4表示樣品4的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品4中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡和微型泡。
圖14A和圖14B分別是樣品4的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(5)樣品5樣品5是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘圖9中的曲線G5表示樣品5的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品5中，產(chǎn)生了大型泡和微型泡。
圖15A和圖15B分別是樣品5的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(6)樣品6
樣品6是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值(100％)處理時(shí)間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G6表示樣品6的分散質(zhì)粒子的粒度分布。
圖16A和圖16B分別是樣品6的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(7)樣品7樣品7是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G7表示樣品7的分散質(zhì)粒子的粒度分布。
(8)樣品8樣品8是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘高壓乳化1000bar、1pass圖10中的曲線G8表示樣品8的分散質(zhì)粒子的粒度分布。
圖17A和圖17B分別是樣品8的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
另外，在除含有甘油—月桂酸聚氧乙烯山梨聚糖醇酯(Tween系)3.6％以外，其他條件都與樣品1～8相同的條件下，調(diào)制了以下的4種乳化液樣品9～12。這四種樣品都是通過(guò)僅用高速攪拌式攪拌裝置和均化器進(jìn)行乳化處理而獲得的樣品。另外，樣品11是為了進(jìn)行比較，使用在以往評(píng)價(jià)高的網(wǎng)篩型攪拌機(jī)上安裝有本發(fā)明的攪拌裝置3的葉輪7和多級(jí)網(wǎng)篩部件8～10的均化器進(jìn)行調(diào)制的樣品。樣品12是為了進(jìn)行比較，使用以往的攪拌裝置調(diào)制的樣品。
(9)樣品9樣品9是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值(100％)處理時(shí)間5分鐘圖11中的曲線G9表示樣品9的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品9中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡，但產(chǎn)生了微型泡。
圖18A、18B分別是表示樣品9的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(10)樣品10樣品10是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置本發(fā)明的攪拌裝置攪拌速度7000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘圖11中的曲線G10表示樣品10的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品10中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡，但產(chǎn)生了微型泡。
圖19A、19B分別是表示樣品10的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(11)樣品11樣品11是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置在以往的攪拌機(jī)葉片上安裝多級(jí)網(wǎng)篩攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的60％處理時(shí)間5分鐘圖11中的曲線G11表示樣品11的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品11中，沒(méi)有產(chǎn)生大型泡和微型泡。
圖20A和圖20B分別是樣品11的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
(12)樣品12樣品12是在以下的條件下調(diào)制的。
攪拌裝置以往的攪拌裝置攪拌速度10000rpm負(fù)載額定值的70％處理時(shí)間5分鐘圖11中的曲線G12表示樣品12的分散質(zhì)粒子的粒度分布。在樣品12中，產(chǎn)生了大型泡和微型泡。圖21A和圖21B分別是樣品12的100倍以及400倍放大率下的摹寫圖。
根據(jù)圖9和圖11所示的粒度分布的測(cè)定結(jié)果可知，在使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1而生成的乳化液樣品1、2(參照?qǐng)D9中的曲線G1、G2)以及樣品9、10(參照?qǐng)D11中的曲線G9、G10)中，粒子直徑為10微米以上的粒子幾乎是0。這表明防止了向10微米以上的粒子的分散起壞影響的大型泡的發(fā)生。與此相對(duì)，在使用以往的攪拌裝置而生成的乳化液樣品5(參照?qǐng)D9中的曲線G5)以及樣品12(參照?qǐng)D11中的曲線G12)中，在粒子直徑是10微米前后形成了分布比率的峰值。由此可知，通過(guò)使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1，可以幾乎完全防止大型泡的發(fā)生，且與以往的攪拌裝置和均化器相比，可以大幅提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
另外，在使用將多級(jí)網(wǎng)篩部件安裝在以往的攪拌機(jī)葉片上的攪拌裝置而調(diào)制成的乳化液樣品3、4(參照?qǐng)D9中的曲線G3、G4)以及樣品11(參照?qǐng)D11中的曲線G11)中，粒子直徑在10微米前后形成的分布比率與使用以往的攪拌裝置時(shí)相比低。由此可知，多級(jí)網(wǎng)篩部件非常有助于防止大型泡的發(fā)生。
另外，如圖10所示，通過(guò)高速攪拌進(jìn)行乳化后，再用高壓乳化機(jī)進(jìn)行乳化的情況下，使用本發(fā)明的攪拌裝置3生成的樣品6、7(參照曲線G6、7)，與使用以往的攪拌裝置生成的樣品8(參照曲線8)相比，其分散質(zhì)的分散度也提高了。從而，在同時(shí)使用高壓乳化機(jī)的情況下，本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1也有效。
另外，如圖12A、12B～圖21A、21B中可以清楚地看到，與使用以往的攪拌裝置和均化器調(diào)制的乳化液5、8、12的分散質(zhì)粒子相比，使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1調(diào)制的乳化液1、2、6、7、9、10的分散質(zhì)粒子更小。從而，根據(jù)這些顯微鏡觀察結(jié)果也可以知道，使用本發(fā)明的攪拌裝置3和均化器1，幾乎可以完全防止大型泡的產(chǎn)生，而且與使用以往的攪拌裝置和均化器時(shí)相比，可以大幅提高分散質(zhì)在分散劑中的分散度。
通過(guò)以上敘述可知，使用本發(fā)明的攪拌裝置和分散裝置，在將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系時(shí)，能向分散系原料混合物施加充分強(qiáng)的剪切力，且在大氣開(kāi)放系中生成分散系時(shí)，能有效防止分散系原料混合物內(nèi)產(chǎn)生大型泡。
本發(fā)明通過(guò)與其特定實(shí)施方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)而進(jìn)行了說(shuō)明，而本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然也可以采用除此之外的各種變形例和修正例。因此，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式，而是由所附的權(quán)利要求所限定。
如上所述，本發(fā)明的攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置，特別適用于生成乳化液或者懸浮液等的分散系，并適合于作為生成乳化液或者懸浮液等的均化器等而使用。
權(quán)利要求
1.一種攪拌裝置，其特征是，備有具備液體流入孔的第一蓋板；在與板的延伸面正交的方向上離開(kāi)第一蓋板而配置的第二蓋板；在形成于第一蓋板和第二蓋板之間的板間空間部?jī)?nèi)，在與液體流入孔對(duì)應(yīng)的位置配置的旋轉(zhuǎn)式葉輪；在板間空間部?jī)?nèi)，以包圍葉輪的方式配置，且周壁形成有多個(gè)液體流通孔的大致筒狀或者大致桶狀的內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件；在板間空間部?jī)?nèi)，以包圍內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件的方式配置，且周壁形成有多個(gè)液體流通孔的一個(gè)或者多個(gè)大致筒狀的外側(cè)網(wǎng)篩部件。
2.如權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征是內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件和外側(cè)網(wǎng)篩部件的側(cè)壁是圓筒形。
3.一種間歇式分散裝置，使用權(quán)利要求1或者2所述的攪拌裝置，其特征是攪拌裝置配置于大氣開(kāi)放型的間歇式容器內(nèi)，通過(guò)用攪拌裝置攪拌裝入到間歇式容器內(nèi)的、包含有分散質(zhì)和分散劑的混合物，將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系。
4.一種連續(xù)式分散裝置，使用權(quán)利要求1或者2所述的攪拌裝置，其特征是攪拌裝置配置于密閉型的流通式容器內(nèi)，通過(guò)用攪拌裝置攪拌在流通式容器內(nèi)流通的、包含有分散質(zhì)和分散劑的混合物，將分散質(zhì)分散于分散劑而生成分散系。
5.如權(quán)利要求3或者4所述的分散裝置，其特征是分散劑是液體，分散質(zhì)是不溶于分散劑的液體或者固體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攪拌裝置和使用該攪拌裝置的分散裝置。配置于間歇式容器內(nèi)的攪拌裝置(3)備有上蓋板(5)、底蓋板(6)、葉輪(7)、內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件(8)、第一和第二外側(cè)網(wǎng)篩部件(9、10)。在混合液從葉輪(7)向外流動(dòng)而從板間空間部流出的過(guò)程中，在穿過(guò)內(nèi)側(cè)網(wǎng)篩部件(8)的液體流通孔(19)和兩外側(cè)網(wǎng)篩部件(9、10)的液體流通孔(22、25)之際，混合液的流動(dòng)矢量中，其多半的周向成分都被去除，僅剩下大致徑向成分。由此，可以防止渦流的產(chǎn)生、且能向混合液施加充分強(qiáng)的剪切力、并有效防止混合液內(nèi)產(chǎn)生大型泡。從而，能向含有分散質(zhì)和分散劑的混合液中施加強(qiáng)的剪切力，防止混合液內(nèi)產(chǎn)生泡。
文檔編號(hào)B01F7/16GK1649663SQ03809498
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者中野滿, 福島昭二, 木村壽志 申請(qǐng)人:中野滿