ビーズミルによるメカノケミカル
メカノケミカル現象
物質に機械的エネルギーを与えると、物質の結合状態が変化を起こして活性化されます。砕料粒子が粉砕操作によって微粒子化し、なお、衝撃、圧縮、せん断、ずり応力、摩擦などの機械的エネルギーを与え続けると、結晶構造が変化したり、粒子表面が活性化して周りの物質と化学的な反応を生じることがあります。この現象をメカノケミカル現象と言い、顔料、セラミックス、電子材料、磁性材料、医薬、農薬、食品などのいろいろな物質に見られます。
メカノケミカル現象は、メカノケミカル反応とメカニカル活性化に分けられます。メカノケミカル反応は機械的エネルギーによって周囲の物質との科学的相互作用や化学変化を起こすことを言います。メカニカル活性化は固体の破壊や微細化に伴う表面エネルギーの増大や、固体に動く機械的なエネルギーによって塑性変形を起こすことに起因しています。
ビーズミルでもよく経験しますが、砕料粒子がビーズミルの粉砕操作により微粒子化が進み、シングルミクロン以下になるとこの傾向が強くなります。
粉砕はRittingerの法則「粉砕に要する仕事量は被粉砕物の表面積増加に比例する」領域では、与えられたエネルギーが表面積増大に比例しますが、この法則に則さない領域になると、粉砕と凝集が繰り返され一時的に粒子径が平衡状態になり、さらにエネルギーを与え続けると比表面積は低下し、見かけの粒子径が大きくなり、以後は減少と増大を繰り返します。
しかし、この砕料を後工程で製品化した時、著しく特性が向上したり、逆に劣化していることがあり、これがメカノケミカル効果で、ビーズミルでもしばしば経験しています。
ビーズによるメカノケミカル反応の実施例
ビーズミルによる顔料のメカノケミカル反応をはじめ、いろいろな分野で具体的な生産や研究が行われています。以下にビーズミルによるメカノケミカル反応の実施例を示します。
メカノケミカル効果の工学的利用は材料合成、物質分離・資源処理などにも活用されていますが、ビーズミルは砕料の微粒子化だけではなく、近年はビーズミルにより顔料、塗料、磁性材料、電子材料、セラミックスその他でメカノケミカル効果を目的として、生産規模で積極的に採用されています。
＜引用・参考文献＞
中山勉：「超微粒子・ナノ粒子をつくる ビーズミル」,工業調査会
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