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JP6494983B2 - Dispersing apparatus and dispersing method - Google Patents

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JP6494983B2
JP6494983B2 JP2014236361A JP2014236361A JP6494983B2 JP 6494983 B2 JP6494983 B2 JP 6494983B2 JP 2014236361 A JP2014236361 A JP 2014236361A JP 2014236361 A JP2014236361 A JP 2014236361A JP 6494983 B2 JP6494983 B2 JP 6494983B2
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Description

本発明は、分散装置及び分散方法に関する。   The present invention relates to a dispersion apparatus and a dispersion method.

固形物を細かく分散する装置として、固形物を含有した処理液にせん断応力を与え、当該せん断応力により固形物を細かく分散する分散装置が知られている(例えば、特許文献1)。上記特許文献1の分散装置は、150MPaの圧力を印加した状態でスラリーをノズルに通過させることにより、スラリーにせん断応力を与えて、スラリー中の固形物を細かく分散させる。   As a device for finely dispersing a solid material, there is known a dispersion device that applies a shear stress to a treatment liquid containing a solid material and finely disperses the solid material by the shear stress (for example, Patent Document 1). The dispersing device of Patent Document 1 applies a shear stress to the slurry by passing the slurry through a nozzle in a state where a pressure of 150 MPa is applied, and finely disperses the solid matter in the slurry.

特開2007−224997号公報JP 2007-224997 A

上記分散装置は、固形物として例えば、束状のカーボンナノチューブ(以下、「CNT」という)を分散し得る。   The dispersing device can disperse, for example, a bundle of carbon nanotubes (hereinafter referred to as “CNT”) as a solid.

ノズルにおいてCNTに大きなせん断応力を与えるには、CNTを含有した粘度の高い処理液を用いることや、小さいノズル径を有するノズルを用いることが有効である。ところが、粘度の高い処理液や、小さいノズル径を有するノズルを用いた場合、CNTがノズルに詰まってしまうという問題があった。   In order to give a large shear stress to the CNT in the nozzle, it is effective to use a treatment liquid containing CNT and having a high viscosity or a nozzle having a small nozzle diameter. However, when a treatment liquid having a high viscosity or a nozzle having a small nozzle diameter is used, there is a problem that the CNT is clogged.

また、ノズル径を段階的に小さくした複数のノズルに、多段的に処理液を通すことにより、CNTを徐々に分散させる方法も考えられる。ところが、多段的に処理液をノズルに通すことにより、CNTの短尺化が進んでしまう、という問題があった。   Another possible method is to gradually disperse CNTs by passing the treatment liquid in multiple stages through a plurality of nozzles whose nozzle diameters are reduced stepwise. However, there has been a problem that the length of the CNT is shortened by passing the treatment liquid through the nozzles in multiple stages.

そこで本発明は、固形物をより細かく分散することができる分散装置及び分散方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the dispersion apparatus and dispersion method which can disperse | distribute a solid substance more finely.

本発明に係る分散装置は、加圧された処理液がノズルを通過することによって、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散装置において、前記ノズルは、前記処理液の進行方向に直交する第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸において、前記ノズルの中央がより流速が速いことを特徴とする。   The dispersing apparatus according to the present invention is a dispersing apparatus that disperses the solid matter contained in the processing liquid by passing the pressurized processing liquid through the nozzle, and the nozzle is orthogonal to the traveling direction of the processing liquid. In the first axis, the flow velocity of the entire nozzle is substantially constant, and in the second axis perpendicular to the traveling direction and the first axis, the center of the nozzle has a higher flow velocity.

本発明に係る分散方法は、加圧された処理液がノズルを通過する工程を備え、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散方法において、前記処理液の進行方向に直交する第1軸において前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸において前記ノズルの中央がより流速が速いノズルに、前記処理液を通過させることを特徴とする。   The dispersion method according to the present invention includes a step in which a pressurized treatment liquid passes through a nozzle, and in the dispersion method for dispersing solid matter contained in the treatment liquid, a first axis orthogonal to the traveling direction of the treatment liquid. The flow rate of the entire nozzle is substantially constant, and the processing liquid is passed through a nozzle having a higher flow rate at the center of the nozzle in the traveling direction and the second axis orthogonal to the first axis. To do.

本発明によれば、第2軸及び進行方向を含む平面と平行な面近傍において処理液に大きいせん断応力を与えながら、第1軸及び進行方向を含む平面と平行な面近傍においては処理液が受けるせん断応力を小さくすることにより、スムーズに処理液を通過させる。これにより、ノズル全体として、処理液に含まれる固形物が流路に詰まるのを防止しながら、固形物をより細かく分散することができる。   According to the present invention, the processing liquid is applied in the vicinity of the plane parallel to the plane including the first axis and the traveling direction, while applying a large shear stress to the processing liquid in the vicinity of the plane parallel to the plane including the second axis and the traveling direction. By reducing the shear stress to be received, the treatment liquid is passed smoothly. Thereby, the solid matter can be more finely dispersed while preventing the solid matter contained in the processing liquid from clogging the flow path as the whole nozzle.

本実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the dispersion apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るノズルの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the nozzle which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るノズルの構成を示す図であり、図3Aは横断面図、図3Bは縦断面図である。It is a figure which shows the structure of the nozzle which concerns on this embodiment, FIG. 3A is a cross-sectional view, FIG. 3B is a longitudinal cross-sectional view. 変形例(1)に係るノズルの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the nozzle which concerns on a modification (1). 変形例(2)に係るノズルの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the nozzle which concerns on a modification (2). 変形例(3)に係るノズルの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the nozzle which concerns on a modification (3). シミュレーションに用いたノズルのモデルを示し、図7Aは正面図、図7Bは斜視図である。The model of the nozzle used for simulation is shown, FIG. 7A is a front view, FIG. 7B is a perspective view. 実施例に係る流速分布のシミュレーション結果を示す分布図であり、図8Aは実施例1、図8Bは実施例2、図8Cは実施例3の結果である。FIG. 8A is a distribution diagram showing a simulation result of a flow velocity distribution according to an example. FIG. 8A shows the result of Example 1, FIG. 8B shows the result of Example 2, and FIG. 実施例に係る流速分布のシミュレーション結果を示すグラフであり、図9AはX軸、図9BはY軸の結果である。It is a graph which shows the simulation result of the flow-velocity distribution which concerns on an Example, FIG. 9A is a X-axis result, FIG. 9B is a Y-axis result. 比較例に係る流速分布のシミュレーション結果を示す分布図であり、図10Aは比較例1、図10Bは比較例2の結果である。FIG. 10A is a distribution diagram showing a simulation result of a flow velocity distribution according to a comparative example. FIG. 10A shows a result of Comparative Example 1 and FIG. 10B shows a result of Comparative Example 2. 比較例に係る流速分布のシミュレーション結果を示すグラフであり、図11AはX軸、図11BはY軸の結果である。It is a graph which shows the simulation result of the flow-velocity distribution which concerns on a comparative example, FIG. 11A is a result of an X-axis, FIG. 11B is a result of a Y-axis. 実施例1に係る速度ベクトルのシミュレーション結果を示す図であり、図12AはFX断面、図12BはYF断面の結果である。It is a figure which shows the simulation result of the velocity vector based on Example 1, FIG. 12A is a FX cross section, FIG. 12B is a result of a YF cross section. 比較例に係る速度ベクトルのシミュレーション結果を示す図であり、図13Aは比較例1のFX断面、図13Bは比較例1のYF断面、図13Cは比較例2のFX断面、図13Dは比較例2のYF断面の結果である。FIG. 13A is a view showing a simulation result of a velocity vector according to a comparative example, FIG. 13A is an FX cross section of Comparative Example 1, FIG. 13B is a YF cross section of Comparative Example 1, FIG. 13C is an FX cross section of Comparative Example 2, and FIG. It is a result of 2 YF cross sections. 実施例に係るせん断速度分布のシミュレーション結果を示す分布図であり、図14Aは実施例1、図14Bは実施例2、図14Cは実施例3の結果である。FIG. 14A is a distribution diagram showing a simulation result of a shear rate distribution according to an example. FIG. 14A shows the result of Example 1, FIG. 14B shows the result of Example 2, and FIG. 実施例に係るせん断速度分布のシミュレーション結果を示すグラフであり、図15AはX軸、図15BはY軸の結果である。It is a graph which shows the simulation result of the shear rate distribution which concerns on an Example, FIG. 15A is a X-axis result, FIG. 15B is a Y-axis result. 比較例に係るせん断速度分布のシミュレーション結果を示す分布図であり、図16Aは比較例1、図16Bは比較例2の結果である。FIG. 16A is a distribution diagram showing a simulation result of a shear rate distribution according to a comparative example. FIG. 16A is a result of Comparative Example 1, and FIG. 比較例に係るせん断速度分布のシミュレーション結果を示すグラフであり、図17AはX軸、図17BはY軸の結果である。It is a graph which shows the simulation result of the shear rate distribution which concerns on a comparative example, FIG. 17A is a X-axis result, FIG. 17B is a Y-axis result. 高せん断速度領域の面積率を計算した結果を示す図であり、図18Aは実施例1、図18Bは実施例2、図18Cは実施例3、図18Dは比較例1、図18Eは比較例2の結果である。FIG. 18A is a diagram showing the results of calculating the area ratio of the high shear rate region, FIG. 18A is Example 1, FIG. 18B is Example 2, FIG. 18C is Example 3, FIG. 18D is Comparative Example 1, and FIG. The result of 2.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(全体構成)
図1に示す分散装置10は、圧縮機12、処理液供給部14、ノズル部16A、及び冷却部18を備える。圧縮機12には、逆止弁22を介して処理液供給部14が接続されている。圧縮機12は、動力20に接続されており、吐出口が圧縮配管21の一側に接続されている。圧縮配管21の他側は、ノズル部16Aの入り口に接続されている。ノズル部16Aの出口は、排出配管23の一側に接続されている。排出配管23の他側は、冷却部18に接続されている。分散装置10は、処理液供給部14から供給された処理液が、ノズル部16Aを通過することにより、前記処理液に含まれる固形物を分散し得るように形成されている。
(overall structure)
The dispersion apparatus 10 illustrated in FIG. 1 includes a compressor 12, a processing liquid supply unit 14, a nozzle unit 16A, and a cooling unit 18. A processing liquid supply unit 14 is connected to the compressor 12 via a check valve 22. The compressor 12 is connected to the power 20, and the discharge port is connected to one side of the compression pipe 21. The other side of the compression pipe 21 is connected to the entrance of the nozzle portion 16A. The outlet of the nozzle portion 16 </ b> A is connected to one side of the discharge pipe 23. The other side of the discharge pipe 23 is connected to the cooling unit 18. The dispersion device 10 is formed so that the treatment liquid supplied from the treatment liquid supply unit 14 can disperse solid matter contained in the treatment liquid by passing through the nozzle portion 16A.

ノズル部16Aは、図2に示すように、円柱状の部材で形成され、処理液が通過するノズル24を有する。ノズル24は、圧縮配管21の内径に比べ、流路が微細に形成されている。ノズル24は、処理液の進行方向Fに平行に開口しており、進行方向Fに直交する第1軸Xと、前記進行方向F及び前記第1軸Xに直交する第2軸Yとにおいて、流速分布が異なるように形成されている。すなわち、ノズル24は、前記第1軸Xにおいて前記ノズル24の全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸Yにおいて前記ノズル24の中央がより流速が速くなるように形成されている。なお説明の便宜上、進行方向Fは、ノズル24の中心を通るものとする。   As shown in FIG. 2, the nozzle portion 16 </ b> A is formed of a cylindrical member and has a nozzle 24 through which the processing liquid passes. The nozzle 24 has a finer flow path than the inner diameter of the compression pipe 21. The nozzle 24 opens in parallel with the traveling direction F of the processing liquid, and in the first axis X orthogonal to the traveling direction F and the second axis Y orthogonal to the traveling direction F and the first axis X, The flow velocity distribution is different. That is, the nozzle 24 is formed so that the flow velocity of the entire nozzle 24 is substantially constant on the first axis X, and the center of the nozzle 24 is faster on the second axis Y. For convenience of explanation, it is assumed that the traveling direction F passes through the center of the nozzle 24.

本実施形態の場合、ノズル24は、長円形状を有する。これによりノズル24は、第1軸X側内面間の距離Dが、第2軸Y側内面間の距離Hより、長く形成されている。第1軸X側内面間の距離Dは、例えば、50〜300μm、好ましくは50〜200μmとすることができる。第2軸Y側内面間の距離をHとすると、第1軸X側内面間の距離Dとの比D/Hは、1.5〜16、好ましくは2〜8、さらに好ましくは2〜4とすることができる。   In the present embodiment, the nozzle 24 has an oval shape. Accordingly, the nozzle 24 is formed such that the distance D between the first axis X side inner surfaces is longer than the distance H between the second axis Y side inner surfaces. The distance D between the first axis X-side inner surfaces can be, for example, 50 to 300 μm, preferably 50 to 200 μm. If the distance between the inner surfaces of the second axis Y side is H, the ratio D / H to the distance D between the inner surfaces of the first axis X side is 1.5 to 16, preferably 2 to 8, more preferably 2 to 4. It can be.

(動作及び効果)
次に上記のように構成された分散装置10の動作及び効果を説明する。まず、処理液供給部14に処理液を投入する。処理液は、分散媒と、固形物とを含む。処理液は、大きいせん断応力を得る観点から、1(mPa・s)を超える粘度を有するのが好ましく、100(mPa・s)を超えるのがより好ましい。
(Operation and effect)
Next, the operation and effect of the dispersion apparatus 10 configured as described above will be described. First, the processing liquid is charged into the processing liquid supply unit 14. The treatment liquid includes a dispersion medium and a solid material. From the viewpoint of obtaining a large shear stress, the treatment liquid preferably has a viscosity exceeding 1 (mPa · s), and more preferably exceeds 100 (mPa · s).

分散媒としては、例えば塗膜形成物としての樹脂と、溶媒とを含む。例えば、分散媒は、樹脂としてのポリイミド(PI)と、溶媒としてのNMP(N−メチル−2−ピロリドン)とで作製してもよい。また分散媒は、樹脂としてのポリビニルピロリドン(PVP)と、溶媒としての水とで作製してもよい。さらに分散媒は、樹脂としてのポリアミドイミド(PAI)と、溶媒としてのNMPとで作製してもよい。   Examples of the dispersion medium include a resin as a coating film formed product and a solvent. For example, the dispersion medium may be made of polyimide (PI) as a resin and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent. The dispersion medium may be made of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a resin and water as a solvent. Further, the dispersion medium may be made of polyamideimide (PAI) as a resin and NMP as a solvent.

固形物は、アスペクト比が10を超える部材、例えば、CNTやカーボンナノファイバ、銀ナノワイヤ、無機ナノチューブ、セルロースナノファイバー、炭素繊維等を用いることができる。またアスペクト比が50を超える固形物を用いるのが好ましい。この場合、固形物は、例えば直径10nm×長さ0.5μmである。   As the solid material, a member having an aspect ratio exceeding 10 such as CNT, carbon nanofiber, silver nanowire, inorganic nanotube, cellulose nanofiber, and carbon fiber can be used. Further, it is preferable to use a solid having an aspect ratio exceeding 50. In this case, the solid is, for example, 10 nm in diameter × 0.5 μm in length.

圧縮機12は接続された動力20によって駆動し、処理液供給部14から供給された上記処理液を押し出す。押し出された処理液は、圧縮配管21を通じてノズル部16Aへ到達する。ノズル24は、圧縮配管21に比べ流路が微細に形成されていることにより、処理液の圧力は、ノズル24直前で10〜200MPaになる。   The compressor 12 is driven by the connected power 20 to push out the processing liquid supplied from the processing liquid supply unit 14. The extruded processing liquid reaches the nozzle portion 16 </ b> A through the compression pipe 21. The nozzle 24 has a finer flow path than the compression pipe 21, so that the pressure of the processing liquid is 10 to 200 MPa immediately before the nozzle 24.

処理液は、ノズル24を通過する際、高速流となる。ノズル24を通過することにより、処理液は大きいせん断応力を受ける。前記せん断応力によって処理液に含まれる固形物がより細かく分散する。このようにして固形物がより細かく分散した分散液が作製される。ノズル24を通過した直後の分散液は、高温である。分散装置は、排出配管23を通じて冷却部18に分散液を供給し、分散液を所定温度に冷却してから、排出し得る。   When the processing liquid passes through the nozzle 24, it becomes a high-speed flow. By passing through the nozzle 24, the treatment liquid is subjected to a large shear stress. The solid contained in the treatment liquid is more finely dispersed by the shear stress. In this way, a dispersion in which the solid matter is more finely dispersed is produced. The dispersion immediately after passing through the nozzle 24 is at a high temperature. The dispersion apparatus can supply the dispersion liquid to the cooling unit 18 through the discharge pipe 23, cool the dispersion liquid to a predetermined temperature, and then discharge the dispersion liquid.

本実施形態の場合、ノズル24は長円形状に形成されていることにより、図3に示すように、第1軸Xと第2軸Yとで流速分布が異なる。すなわち、第1軸Xにおいて、流速は、ノズル24の全体で流速がほぼ一定となる(図3A)。したがって、処理液は、第1軸X近傍においてせん断速度(速度勾配ともいう。)が小さい。これにより処理液は、せん断速度が小さい領域、すなわち第1軸X及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍において、受けるせん断応力が小さい。したがって処理液に含まれる固形物は、第1軸X及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍において、詰まることなくスムーズにノズル24内を通過する。   In the present embodiment, the nozzle 24 is formed in an oval shape, so that the flow velocity distribution differs between the first axis X and the second axis Y as shown in FIG. That is, on the first axis X, the flow velocity is substantially constant throughout the nozzle 24 (FIG. 3A). Therefore, the treatment liquid has a low shear rate (also referred to as a velocity gradient) in the vicinity of the first axis X. As a result, the treatment liquid receives a small shear stress in a region where the shear rate is low, that is, in the vicinity of a plane parallel to the plane including the first axis X and the traveling direction F. Therefore, the solid matter contained in the treatment liquid smoothly passes through the nozzle 24 without clogging in the vicinity of a plane parallel to the plane including the first axis X and the traveling direction F.

一方、第2軸Yにおいて、流速は、ノズル24の中央がより速い(図3B)。すなわち処理液は、第2軸Y近傍においてせん断速度が大きい。これにより処理液及び処理液に含まれる固形物は、大きなせん断速度が生じる領域(高せん断速度領域)、すなわち第2軸Y及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍において大きいせん断応力を受ける。このせん断応力によって固形物は、より細かく分散する。   On the other hand, on the second axis Y, the flow velocity is faster at the center of the nozzle 24 (FIG. 3B). That is, the treatment liquid has a high shear rate in the vicinity of the second axis Y. As a result, the treatment liquid and the solid contained in the treatment liquid are subjected to a large shear stress in a region where a high shear rate is generated (high shear rate region), that is, in the vicinity of a plane parallel to the plane including the second axis Y and the traveling direction F. . The solid matter is more finely dispersed by this shear stress.

上記のように本実施形態の場合、ノズル24入口に到達した固形物は、第2軸Y及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍において、大きいせん断応力を受けることにより、より細かく分散する。固形物は、大きいせん断応力を受けることによって、仮にノズル24の流路に詰まったとしても、第1軸Xに平行な方向に向きを変えることによって、スムーズにノズル24内を通過することができる。   As described above, in the case of the present embodiment, the solid matter that has reached the inlet of the nozzle 24 is more finely dispersed by receiving a large shear stress in the vicinity of the plane parallel to the plane including the second axis Y and the traveling direction F. . Even if the solid matter is clogged in the flow path of the nozzle 24 by receiving a large shear stress, it can smoothly pass through the nozzle 24 by changing the direction in a direction parallel to the first axis X. .

このようにノズル24は、第2軸Y及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍において処理液に大きいせん断応力を与えながら、第1軸X及び進行方向Fを含む平面と平行な面近傍においては処理液が受けるせん断応力が小さいので、スムーズに処理液を通過させる。   As described above, the nozzle 24 applies a large shear stress to the treatment liquid in the vicinity of the plane parallel to the plane including the second axis Y and the traveling direction F, and near the plane parallel to the plane including the first axis X and the traveling direction F. Since the shear stress that the treatment liquid receives is small, the treatment liquid is passed smoothly.

したがって分散装置10は、ノズル24全体として、処理液に含まれる固形物が流路に詰まるのを防止しながら、固形物をより細かく分散させることができる。   Therefore, the dispersion apparatus 10 can disperse the solid matter more finely while preventing the solid matter contained in the processing liquid from clogging the flow path as the entire nozzle 24.

(変形例)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態の場合、ノズル24は長円形状を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第1軸Xに平行な方向に長い横長の六角形状のノズル30(図4)や、横長の四角形状のノズル32(図5)でもよい。上記図4及び図5に示すノズル部16B、16Cは、前記第1軸Xにおいて前記ノズル30、32の全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸Yにおいて前記ノズル30、32の中央がより流速が速くなるように形成されているので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   For example, in the above embodiment, the case where the nozzle 24 has an oval shape has been described. However, the present invention is not limited to this, and the horizontally long hexagonal nozzle 30 that is long in the direction parallel to the first axis X (FIG. 4). Or a horizontally long rectangular nozzle 32 (FIG. 5). The nozzle portions 16B and 16C shown in FIGS. 4 and 5 have a substantially constant flow rate across the nozzles 30 and 32 on the first axis X, and the center of the nozzles 30 and 32 on the second axis Y is centered. Since it is formed so that the flow velocity becomes faster, the same effect as the above embodiment can be obtained.

また、図6に示すように円形状のノズル34を用いてもよい。この場合、ノズルは、第1軸X側内面36が、第2軸Y側内面38より、処理液との間の摩擦力が小さくなるように形成されている。例えば、ノズル34は、第1軸X側内面36を、第2軸Y側内面38より、高温に保持することとしてもよい。また、ノズル34は、第1軸X側内面36を、第2軸Y側内面38より、粗さが小さくなるように形成してもよい。さらにノズル34は、第1軸X側内面36を、処理液に対し非親和性を有するように形成してもよい。   Alternatively, a circular nozzle 34 may be used as shown in FIG. In this case, the nozzle is formed so that the friction force between the first axis X-side inner surface 36 and the treatment liquid is smaller than that of the second axis Y-side inner surface 38. For example, the nozzle 34 may hold the first axis X-side inner surface 36 at a higher temperature than the second axis Y-side inner surface 38. Further, the nozzle 34 may be formed such that the first axis X-side inner surface 36 has a smaller roughness than the second axis Y-side inner surface 38. Further, the nozzle 34 may form the first axis X-side inner surface 36 so as to have no affinity for the processing liquid.

このように形成されたノズル34を備えることにより、ノズル部16Dは、前記第1軸Xにおいて前記ノズル34の全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸Yにおいて前記ノズル34の中央がより流速が速くなるように形成されるので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   By providing the nozzle 34 formed in this way, the nozzle portion 16D has a substantially constant flow velocity across the nozzle 34 in the first axis X, and the center of the nozzle 34 in the second axis Y is more central. Since it is formed so as to increase the flow velocity, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

(シミュレーション)
ノズル内の流体の流れをシミュレーションにより求めた。レイノルズ数(Re)は、下記式(1)で求めることができる。
Re=(ρ・u・D)/μ・・・(1)
(simulation)
The fluid flow in the nozzle was determined by simulation. The Reynolds number (Re) can be obtained by the following formula (1).
Re = (ρ · u · D) / μ (1)

但し、ρ:密度(kg/m)、u:平均流速(m/s)、D:円管直径(mm)、μ:粘度(Pa・s)である。Re<2000のとき、流体の流れは層流とみなすことができる。 However, ρ: density (kg / m 3 ), u: average flow velocity (m / s), D: circular tube diameter (mm), μ: viscosity (Pa · s). When Re <2000, the fluid flow can be regarded as a laminar flow.

ここで平均流速uは、m:重量流量(kg/s)、A:断面積(m)とすると、下記式(2)で求めることができる。
u=m/(ρA)・・・(2)
Here, the average flow velocity u can be obtained by the following equation (2) where m: weight flow rate (kg / s) and A: cross-sectional area (m 2 ).
u = m / (ρA) (2)

半径Rの円管に流れる流体の半径方向の位置rにおける流速u(r)は、下記式(3)で求めることができる。
u(r)=2u{1−(r/R)}・・・(3)
The flow velocity u (r) at the position r in the radial direction of the fluid flowing through the circular pipe having the radius R can be obtained by the following equation (3).
u (r) = 2u {1- (r / R) 2 } (3)

半径方向の位置rにおけるせん断速度γ(r)は、下記式(4)で求めることができる。
γ(r)=|du/dr|=4ur/R・・・(4)
The shear rate γ (r) at the position r in the radial direction can be obtained by the following equation (4).
γ (r) = | du / dr | = 4 ur / R 2 (4)

また、せん断応力τは、τ=μ・(du/dr)=μγ(r)の関係にある。   Further, the shear stress τ has a relationship of τ = μ · (du / dr) = μγ (r).

(モデル)
流体は、非圧縮ニュートン流体とし、NMP(N‐メチル‐2‐ピロリドン)に対しPI(ポリイミド)を8.5wt%含む溶液(密度ρ:1052kg/m)、粘度μ:0.26Pa・s)を想定して計算した。ノズル形状は、図7に示すように、正面形状が長円形状であるノズルとした。各部の寸法を表1に示す。比較例として、真円形状であって直径が異なる2種のノズルについて計算した。
(model)
The fluid is an incompressible Newtonian fluid, a solution containing 8.5 wt% of PI (polyimide) with respect to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) (density ρ: 1052 kg / m 3 ), viscosity μ: 0.26 Pa · s ). As shown in FIG. 7, the nozzle shape was a nozzle whose front shape was an oval shape. Table 1 shows the dimensions of each part. As a comparative example, calculation was performed for two types of nozzles having a perfect circle shape and different diameters.

Figure 0006494983
Figure 0006494983

(計算結果)
図8及び図9に実施例1〜3に係るノズルの速度分布のシミュレーション結果を示す。図9は、縦軸が最大の流速を100とした場合の流速到達率(%)、横軸がX軸又はY軸方向の位置を示す。図10及び図11は比較例1及び2のシミュレーション結果である。本図から、実施例1〜3に係るノズルは、X軸とY軸において流速分布が異なり、X軸において速度が一定の領域があることが確認された。一方、比較例1及び2に係るノズルは、X軸とY軸において、流速分布が同じである。
(Calculation result)
8 and 9 show the simulation results of the velocity distribution of the nozzles according to the first to third embodiments. In FIG. 9, the vertical axis indicates the flow rate arrival rate (%) when the maximum flow rate is 100, and the horizontal axis indicates the position in the X-axis or Y-axis direction. 10 and 11 show the simulation results of Comparative Examples 1 and 2. FIG. From this figure, it was confirmed that the nozzles according to Examples 1 to 3 have different flow velocity distributions on the X axis and the Y axis, and there is a region where the velocity is constant on the X axis. On the other hand, the nozzles according to Comparative Examples 1 and 2 have the same flow velocity distribution on the X axis and the Y axis.

図12に実施例1に係るノズルの、ノズル入口から0.5mmまでの速度ベクトルを示す。図13は、比較例1及び2の速度ベクトルである。   FIG. 12 shows the velocity vector of the nozzle according to Example 1 from the nozzle inlet to 0.5 mm. FIG. 13 shows velocity vectors of Comparative Examples 1 and 2.

図14及び図15に実施例1〜3に係るノズルのせん断速度分布のシミュレーション結果を示す。図15は、縦軸がせん断速度(1/s)、横軸がX軸又はY軸方向の位置を示す。図16及び図17は比較例1及び2のシミュレーション結果である。本図から、実施例1〜3に係るノズルは、X軸とY軸においてせん断速度の分布状態が異なり、X軸においてせん断速度が一定の領域があることが確認された。一方、比較例1及び2に係るノズルは、X軸とY軸において、せん断速度の分布が同じである。   14 and 15 show the simulation results of the shear rate distribution of the nozzles according to Examples 1 to 3. FIG. In FIG. 15, the vertical axis represents the shear rate (1 / s), and the horizontal axis represents the position in the X-axis or Y-axis direction. 16 and 17 are simulation results of Comparative Examples 1 and 2. FIG. From this figure, it was confirmed that the nozzles according to Examples 1 to 3 have different shear rate distribution states on the X-axis and the Y-axis, and there is a region where the shear rate is constant on the X-axis. On the other hand, the nozzles according to Comparative Examples 1 and 2 have the same shear rate distribution on the X axis and the Y axis.

高せん断速度領域の面積率を計算した結果を表2に示す。またせん断速度が1×10(1/s)のときの高せん断領域を図18に示す。本図から、実施例1〜3に係るノズルは、高せん断速度領域(本図中黒色部分)の面積が広く、さらにせん断速度が小さい領域(本図中白色部分)も広く形成されていることから、ノズル全体として、処理液に含まれる固形物が流路に詰まるのを防止しながら、固形物をより細かく分散することができるといえる。 Table 2 shows the result of calculating the area ratio in the high shear rate region. FIG. 18 shows a high shear region when the shear rate is 1 × 10 7 (1 / s). From this figure, the nozzles according to Examples 1 to 3 have a large area of a high shear rate region (black part in the figure) and a wide area with a low shear rate (white part in the figure). Therefore, it can be said that the solid matter can be dispersed more finely while preventing the solid matter contained in the treatment liquid from clogging the flow path as the whole nozzle.

Figure 0006494983
Figure 0006494983

一方、比較例1は、ノズル内径が大きいことから、高せん断速度領域の面積が狭くほぼせん断速度が小さい領域で占められているので、固形物を効率的に分散させるのが困難といえる。また比較例2は、高せん断領域の面積は広いものの、せん断速度が小さい領域が狭いので、固形物が流路に詰まりやすいといえる。   On the other hand, in Comparative Example 1, since the nozzle inner diameter is large, the area of the high shear rate region is small and is occupied by the region where the shear rate is almost small. Therefore, it can be said that it is difficult to efficiently disperse the solid matter. In Comparative Example 2, although the area of the high shear region is large, the region where the shear rate is low is narrow, so it can be said that the solid matter is easily clogged in the flow path.

10 分散装置
16A〜16D ノズル部
24,30,32,34 ノズル
36 第1軸側内面
38 第2軸側内面
D 第1軸側内面間の距離
F 進行方向
H 第2軸側内面間の距離
X 第1軸
Y 第2軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Dispersing device 16A-16D Nozzle part 24, 30, 32, 34 Nozzle 36 1st axis | shaft side inner surface 38 2nd axis | shaft side inner surface D Distance between 1st axis | shaft side inner surfaces F Traveling direction H Distance X between 2nd axis | shaft side inner surfaces 1st axis Y 2nd axis

Claims (5)

加圧された処理液がノズルを通過することによって、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散装置において、
前記ノズルは、
円柱状の部材に、前記処理液の進行方向に平行に開口しており、
前記進行方向に直交する第1軸の側の内面間の距離Dが、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸の側の内面間の距離Hより、長く形成されており、前記距離Dは50〜300μmであり、前記距離Dと前記距離Hとの比D/Hは1.5〜16であり、
記第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸において、前記ノズルの中央がより流速が速い
ことを特徴とする分散装置。
In a dispersing apparatus that disperses solid matter contained in the processing liquid by passing the pressurized processing liquid through the nozzle,
The nozzle is
The cylindrical member has an opening parallel to the traveling direction of the treatment liquid,
The distance D between the inner surfaces on the first axis side orthogonal to the traveling direction is formed longer than the distance H between the inner surfaces on the second axis side orthogonal to the traveling direction and the first axis, The distance D is 50 to 300 μm, the ratio D / H between the distance D and the distance H is 1.5 to 16,
Prior Symbol first axis, a total flow rate substantially constant the nozzle, before Symbol second axis, the dispersion apparatus center of the nozzle is characterized more flow velocity is high.
加圧された処理液がノズルを通過することによって、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散装置において、
前記ノズルは、
前記処理液の進行方向に直交する第1軸内面が、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸内面より、高温に保持されており、
前記第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸において、前記ノズルの中央がより流速が速い
ことを特徴とする分散装置。
In a dispersing apparatus that disperses solid matter contained in the processing liquid by passing the pressurized processing liquid through the nozzle,
The nozzle is
Side of the inner surface of the first axis orthogonal to the traveling direction of the treatment liquid, from the side of the inner surface of the second axis orthogonal to the traveling direction and the first axis, which is maintained at a high temperature,
Wherein the first axis, a total flow rate substantially constant the nozzle, it said the second axis, the central feature and to that distributed system more flow speed is fast <br/> that of the nozzle.
加圧された処理液がノズルを通過することによって、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散装置において、
前記ノズルは、
前記処理液の進行方向に直交する第1軸内面が、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸内面より、粗さが小さく、
前記第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸において、前記ノズルの中央がより流速が速い
ことを特徴とする分散装置。
In a dispersing apparatus that disperses solid matter contained in the processing liquid by passing the pressurized processing liquid through the nozzle,
The nozzle is
The inner surface side of the first axis orthogonal to the traveling direction of the treatment liquid, from the side of the inner surface of the second axis orthogonal to the traveling direction and the first axis, roughness rather small,
Wherein the first axis, a total flow rate substantially constant the nozzle, it said the second axis, the central feature and to that distributed system more flow speed is fast <br/> that of the nozzle.
加圧された処理液がノズルを通過することによって、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散装置において、
前記ノズルは、
前記処理液の進行方向に直交する第1軸内面が、前記処理液に対し非親和性を有し、
前記第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸において、前記ノズルの中央がより流速が速い
ことを特徴とする分散装置。
In a dispersing apparatus that disperses solid matter contained in the processing liquid by passing the pressurized processing liquid through the nozzle,
The nozzle is
The inner surface side of the first axis orthogonal to the traveling direction of the treatment liquid, possess no affinity to the treatment liquid,
Wherein the first axis, a total flow rate substantially constant the nozzle, it said the second axis, the central feature and to that distributed system more flow speed is fast <br/> that of the nozzle.
加圧された処理液がノズルを通過する工程を備え、前記処理液に含まれる固形物を分散させる分散方法において、
円柱状の部材に、前記処理液の進行方向に平行に開口しており、前記進行方向に直交する第1軸の側の内面間の距離Dが、前記進行方向及び前記第1軸に直交する第2軸の側の内面間の距離Hより、長く形成されており、前記距離Dは50〜300μmであり、前記距離Dと前記距離Hとの比D/Hは1.5〜16である前記ノズルに、
記第1軸において、前記ノズルの全体で流速がほぼ一定であり、前記第2軸において前記ノズルの中央がより流速が速くなるように、前記処理液を通過させることを特徴とする分散方法。
In a dispersion method comprising a step of passing a pressurized treatment liquid through a nozzle, and dispersing solids contained in the treatment liquid,
A cylindrical member is opened parallel to the traveling direction of the processing liquid, and a distance D between the inner surfaces on the first axis side perpendicular to the traveling direction is perpendicular to the traveling direction and the first axis. The distance D is longer than the distance H between the inner surfaces on the second axis side, the distance D is 50 to 300 μm, and the ratio D / H between the distance D and the distance H is 1.5 to 16. In the nozzle,
Prior Symbol first axis, total flow rate of the nozzle is substantially constant, before Symbol second center of the nozzle in an axial more flow rate fast Kunar so, and wherein the passing the processing solution Distribution method.
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