工業的に粉砕は、粗粉砕、中粉砕、微粉砕、超微粉砕に区分類されています。諸説ありますが、アイメックスではそれぞれの分類を以下のように考えています。粗粉砕は1m以上を10cm程度へ、中粉砕では10cm程度を1mm程度へ、微粉砕では1mm程度を10μm程度へ、超微粉砕は10μm程度からサブマイクロからナノメートルオーダーへ粉砕することを目安としています。※２



主に微粉砕、超微粉砕の処理を行うのが、弊社アイメックスが販売している湿式粉砕の媒体攪拌ミル（ビーズミル）です。湿式ビーズミルは、数十μmのものを数μmへ、数μmのものをnmオーダーへの粉砕を行うことが可能です。イージーナノやNeo-アルファミルという機種は、ナノオーダーへの粉砕にも対応しています。

また、粉砕と似たことばに「解砕」があります。解砕は、「解す（ほぐす）」という字の通り、集まって固まっている凝集粒子を機械的なエネルギーでほぐすことを言います。粉砕・解砕を「ビーズミルとは」ページでアニメーションで解説していますので、合わせてご覧ください。

 

 

粉砕して微粒子化する目的

粉砕の目的を大別すると、下記の１）～３）が代表的ですが、近年では4)～8) も加わり、粉砕は単に粒子径の減少だけではなく新しい材料開発の一操作としても使われるようになっています。※３ 

１）有効成分分離のための前処理
２）目的にあった粒子径の粉体の製造
３）表面積を増大し活性にする
４）粒子の表面改質
５）粒子の複合化
６）メカニカルアロイング、アモルファス化
７）粒子の形状調整
８）材料合成のための前処理

例えば「5)粒子の複合化」においては、比重の異なる複数の粒子を粉砕混合することで均一な複合粒子ができ、「7)粒子の形状調整」では球状の粒子を扁平させるなどができます。

 

 

粉砕の種類：体積粉砕と表面粉砕

粉砕には体積粉砕と表面粉砕の２つの現象があります。 粉砕が衝撃力や圧縮力によって行われる場合は体積粉砕といい、固体に機械エネルギーを与えると全体がばらばらに壊れる現象をいいます。 これに対して粉砕が摩擦力やせん断力などによって行われる場合は表面粉砕といわれ、固体に機械的エネルギーを与えると固体の表面からばらばらと砕ける現象をいいます。

 

＜体積粉砕＞

＜表面粉砕＞

 

粉砕の種類：乾式、湿式、低温

粉砕には乾式粉砕、湿式粉砕、低温粉砕があります。

乾式粉砕は、砕料を空気中や非活性ガス中で粉砕する方式で、破砕から微粒子化まで幅広い範囲で処理ができます。固体に対して直に粉砕の力を加えることができることから、粉砕コストはほかの方式より安価です。
一方で、微粒子は凝集しやすく、”３μmの壁”があり、１次粒子が小さくても粉体粒子は３μｍ以下になり難いです。

湿式粉砕は、水やその他の液体（溶媒）中で砕料を粉砕する方式で超微粉砕が可能です。
湿式粉砕には、粉砕媒体によるせん断力や摩擦力などで粉砕する方法と、砕料同士の摩擦力で粉砕する方法、高圧流体を衝突させて粉砕する方法、狭い隙間を通過させて粉砕する方法などがあります。到達粒子径は乾式粉砕と比較して、湿式粉砕の方が小さいと言われています。

低温粉砕は、砕料を冷却して低温度で粉砕する方法で、プラスチックのように常温で熱可塑性がある強靭な材料や、常温では弾性体のゴムなどを低温にして脆性域とすることで容易に粉砕を可能にします。

 

 

粉砕機構の種類

粉砕の力は圧縮力、衝撃力、せん断力、摩擦力などでそれぞれが複合しながら砕料を粉砕します。粉砕方法は力学的な性質である硬さ、強度、延性、弾性などや粒径、温度、荷重速度などの依存性を利用します。

粉砕機について

粉砕したい粒子の大きさにより使用する粉砕機は変わります。例えば微粉砕～超微粉砕機といえば、メディアを使用する媒体攪拌ミル（ビーズミル・ボールミル）をはじめ高速回転衝撃式ミル、ジェットミル、圧縮せん断砕型ミルなど多岐に渡ります。ではどのように粉砕機を選択すればよいでしょうか。

まずは粉砕前粒子径、目標粒子径から考えるとよいでしょう。目標粒子径がミクロンサイズ～ナノサイズであれば先述したようにビーズミルやボールミル等が適していますが、処理前の粒子がmmサイズの場合ですとビーズミル処理前にもう一段階別の粉砕機で処理する必要があります。このように、粉砕前粒子径と粉砕後の目標粒子径が粉砕機を決める第一の鍵となります。

その他先述したように粉砕方法には力学的な性質である硬さ、強度、延性、弾性などや粒径、温度、荷重速度などの依存性を利用するなど様々な要因があるため、粉砕したい物質の性質をよく理解して選択する必要があります。

アイメックスでは、湿式ビーズミルを販売しています。湿式ビーズミルは微粉砕～超微粉砕がターゲット範囲で、数十μmのものを数μmへ、数μmのものをnmオーダーへの粉砕・分散・解砕を得意としています。多種多様な特徴をもつ機種をラインナップしており、とにかく細かくナノ分散まで出来る機種、高粘度の処理を得意とする機種など、様々なニーズに対応することができます。

引用文献

1.超微粒子・ナノ粒子をつくるビーズミル,p40

2.「先端粉砕技術と応用」p111~116.2005
　「粉体工学便覧　第２版」p301~303.1998.3

3.粉砕の研究と技術史に関する調査,素材物性学雑誌 第9巻 第2号87～110(1996)

 

 

資料ダウンロード

技術資料