049_093-091DP-TW

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049_093-091DP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書


※申請案號：093129517	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法(全文下載)

二、

中文發明摘要：

本發明係關於一種以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，特別是指一種將經一次離心所得漿料，置於震動環境中，由於水分含量會影響運送成本、包裝、儲存和後續的製程，利用震動破壞漿料中的粉體架橋，再以二次離心等能量使固液分離，而不需要加熱，故不會劣化漿料，如此，可大幅增加離心效率，且有助於得到更高固體含量的漿料者，加上震動使粉體分佈均勻化，有利於減少後續製程缺陷，具有快速、簡單和高附加價值的優點。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第（　　）圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[n]	本發明係關於一種以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，特別是指一種將經一次離心所得漿料，置於震動環境中，利用震動破壞漿料中的粉體架橋，再以二次離心等能量使固液進一步分離，增加離心效率，有助於得到更高固體含量的漿料者，且震動可使粉體分佈均勻化，有利於減少後續製程缺陷，具有快速、簡單和高附加價值的優點。
	【先前技術】
[n]	奈米級材料具有高活性、大表面積、自我組裝、超晶格特性及特殊光電效應等功能，未來五年我國將投入200多億元研發，至2010年奈米產值將達一千億美元的規模。透過奈米特性的發揮，帶來科技與產品新突破，使未來的民生生活方式產生改變。如新世代儲能產品，提供高儲能密度電池及高效率環保能源，加速低污染、高效能之能源的開發腳步，減少空氣汙染與石化能源的消耗。
[n]	奈米層次所製造的奈米電子元件，在元件密度、速度、耗能及成本上的效益，將遠遠超過現有的半導體技術。奈米科技的家電產品如奈米電風扇、除濕機、空氣清淨機、冷氣空調等；還有清潔衛浴設備等奈米科技應用，主要著重除臭、殺菌功能。奈米材料與加工可應用在食衣住行各方面，例如藥品，可加速人體吸收；建築物的玻璃、衣服材料具有防火、殺菌的功能；以及汽車上的擋風玻璃、後視鏡不容易起霧、明亮等。
[n]	奈米級具有智慧型、舒適性、保健性及機能性等之紡織品等。纖維本身或其表面上利用奈米相關技術加以處理，產生保暖、防水透氣、防污、除臭、殺菌、改變光澤等效果。這些林林總總奈米科技的應用已漸漸進入市場，成為民生必然的需要。
[n]	另一方面，粉體漿料的應用日廣，以微粒α-Al²O₃為例，其潛力無窮。1994年以來非冶金鋁用氧化鋁的需求平均年成長約達2.4%，至2006年會達4.4百萬公噸。但據了解其成長方向也隨時代改變與以往略異，最明顯的是以往使用量少的反而增加，同時有新用途的出現；耐火物的用量僅少量成長，而在合成沸石(Zeolite，作清潔劑)及其他鋁矽酸鹽，以及煉油催化材上的用量則增加，其成長率已超過2.4%/年。另外以精密陶瓷製品及研磨劑型態用於電子工業的氧化鋁也顯著增加，其成長率更達16~30% /年。值得注意的是在合成礦物及研磨作業上所使用的氧化鋁粉末又以微粒粉末為主。由於化學合成的產率與成本均與合成所使用原料的反應活性有關，而粒徑又為其主要因素，因此如有易獲得的細粒原料將有助於產品成本的降低，而造成大量的採用。這點對奈米α-Al₂O₃微粉的進入合成用氧化鋁的前途大有幫助。而在研磨作業上所使用的氧化鋁粉末，除仍發揮傳統的研磨功能外，目前對金屬及金屬氧化物的拋光作業，微粒氧化鋁成為最熱門的耗材對象。
[n]	然而，關於如前述之粉體漿料隨著需求的增加，由於粉體含量會影響運送成本和後續的製程已經成為問題，低粉體含量使運送和儲存的成本大幅提高，而且後續配合的擠出製程等通常需要高粉體含量。
[n]	迄今為止，可以用離心沉降的方法來強化顆粒沉降，加速顆粒的沉降過程。在離心力場中，人工造成的離心加速度可比自然界中固有的重力加速度，大幾十倍甚至幾百倍，因此細粒和密度小的物料在離心力場中沉降比在重力場中有效得多。離心沉降是一種高效的沉降方法，已經被採用為粉體漿料之濃縮處理方法，它是利用固態兩相的密度差，將分散在懸浮液中的固相顆粒在離心立場中快速沉降分離的過程，離心沉降可根據不同的分離要求而分別完成濃縮、澄清和分級等作業。在工作方式上有間歇排料和連續排料兩種。但面對高固體含量的要求，其處理效果仍是不足。
[n]	針對上述高固體含量問題，對於濃縮的奈米槳料相當重要，因為濃縮槳料要有類似電腦檔案之壓縮及解壓縮過程，便於傳送，運輸及應用的便利性；加上濃縮過程必須避免破壞粉粒的分散性，避免凝聚，在解濃縮時只要簡易處理(例如：加水)即能恢復原有槳料性能；濃縮槳料經長時間存放也不會改變性質。過去添加凝絮劑、再壓濾和乾燥製程都不適用。
[n]	然而，過去文獻所記載的處理方法並無提及破壞一次離心漿料後的粉體架橋製程，由於離心製程可提高漿料的固體含量，但是離心過程使粗粉體或粗凝團因受力大而快速沈降，細粉體或細凝團則留在漿料上層，如此現象，即使加大離心轉速和加長工作時間，分離液體後所得漿料固體含量提高有限。
[n]	破壞粉體架橋技術已應用在食品、製藥、陶瓷、化工的粉體傳送，但目前並無針對濃縮漿料而設計的離心後破壞粉體架橋的製程，特別是利用其非添加和非加熱特性，達到提高固體含量的效果，加上殘餘水分大都留在粉體層層相疊的顆粒接觸面間，震動造成粉體重排，粗細粉體有效的堆積，使堆積更緻密，一如級配處理可使密度增加，再續以二次離心，在離心管中，離心力作用在粉體上，因為粉體密度大於液體，水分沿此粒間間隙上移，將粒間水排出，同時，此法對奈米粉體或一般粉體都可以處理，其製程方式迥異於傳統，不僅是提高固體含量，也產生提高漿料的價值，加上震動使粉體分佈均勻化，減少後續製程缺陷，這是過去文獻未提及的新用途，特別適用於奈米粉體的特殊要求，此為本案之新穎性。
	【發明內容】
[n]	本發明係有鑑於前述情況而創作一種以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，特別是指一種將經一次離心所得漿料置於震動環境中，利用震動破壞漿料中的粉體架橋，再以二次離心能量使固液分離，如此，可大幅增加離心效率，且有助於得到更高固體含量的漿料者，例如，將45%固體含量的奈米氧化鋁，提高至 55%以上。本發明可以快速的沈降粉體，有利於量產,具有快速、簡單和低成本的優點。
	【實施方式】
[n]	接著，茲列舉一些具體實施例，詳細介紹本發明之內容及其所能達成之功效：以粒徑小於100nm的奈米氧化鋁漿料，其為溶液化學反應法所得，固體含量小於 19vol%，第一圖為在酸鹼值11.4，轉速6000rpm，時間2~10分鐘內的固含量變化，達5分鐘後，固含量幾達定值，證實延長工作時間，包括再次離心，對固體含量幫助不大。
[n]	若以離心條件為轉速10000rpm，時間10分鐘。漿料先經一次離心，經移除上層澄清水，超音波震動20分鐘後，再進行第二次離心。
[n]	第二圖為在不同酸鹼值下，一次離心及二次離心後，氧化鋁之固含量比較。由表可知，一次離心後固含量介於35.8~48.9vol%，而二次離心後固含量介於39.6~53.7vol%，所以超音波後續二次離心的方式能有效的提高氧化鋁之固含量。
[n]	另外，不論一次或二次離心，在酸性的狀態下均能獲得較高的固含量，因為酸的分子量比鹼來的小的原因。50vol%固含量是奈米氧化鋁直接適用於陶瓷擠出成型的下限，因為過多水分會導致擠出生坯過軟而變形，加上震動使粉體分佈均勻化，粗細粒徑粉體能緻密化堆積，大幅減少應用離心粉體所產生的成型和燒結缺陷，例如收縮不均所致裂紋，這是單獨使用離心所無法解決的問題，加上震動環境中完全不需加溫和添加藥劑，並保留溶液原始物性以供高價值之利用，此製程改良的實用性和關鍵性亦由此可知。
[n]	如此，若使用前述方法，配合一次離心濃縮程序、震動程序後，可續採沈澱、過濾和二次離心至少一種方法作用。其中過濾可為壓濾或真空過濾之集合。
[n]	而於上述之震動程序中，係將待處理之一次離心濃縮漿料放置於震動環境中，調整功率和時間，在震動作用過程中，可以使用機械偏心震動、超音波震動、往復式震動和衝擊式震動之集合達成混合漿料中粉體之目的。
[n]	另外，各類漿料因材質、來源、製作參數和品管等差異，需要濃縮製程部分，如污泥脫水、藥物萃取、粉體合成後去除溶液和礦物分選等，而有進一步固液分離或乾燥步驟，經過一次離心之半成品，係可再施予震動後的二次離心，以進一步徹底固液分離，即本案之方法所欲得的產品可包括粉體和澄清液兩部份。
[n]	前述之粉體漿料材質可包括金屬、陶瓷、高分子和複合材料之集合等。由於這幾類粉體，皆具有固液混合態，所遭遇的濃縮問題皆相同，因此適用於本法。
[n]	此外，上述離心時，可同時設計離心機外加震動裝置，一次離心後，在原位處理震動混合，復以二次離心處理，如此可節省製程的時間與能源，有利於自動化。
[n]	本發明提供之提高粉體漿料固體含量之離心方式，適用於污泥脫水、藥物萃取、粉體合成後去除溶液和礦物分選等，減少運送成本、包裝、儲存和後續的製程問題，因不需要加熱和添加劑，故不劣化漿料，如此，可大幅增加分離效率，且有助於得到更高固體含量的漿料和更高純度澄清液者，加上震動使粉體均勻化，有利於減少後續製程缺陷，具有快速、簡單和高附加價值的優點。
	【圖式簡單說明】
[n]	第一圖係本發明之離心時間對固體含量的影響
[n]	第二圖係本發明與傳統一次離心方式所得微粒子粉末固體含量比較表。
	【主要元件符號說明】

七、

申請專利範圍：

1.一種以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其方法係將經過離心作用後之高粉體含量之漿料置於震動環境中，利用震動破壞漿料中的粉體架橋後，復進行二次離心作用使固體、液體分離，以提高粉體固含量者。
2.如申請專利範圍第1項所述之以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其中，該震動環境可以使用機械偏心震動、往復式震動和衝擊式震動之集合者。
3.如申請專利範圍第1項所述之以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其中，該二次固體、液體分離程序，係採沈澱和過濾至少一種方法者。
4.如申請專利範圍第3項所述之以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其中，該過濾可為壓濾、真空過濾之集合者。
5.如申請專利範圍第1項所述之以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其中，該高粉體含量之漿料材質係包括金屬、陶瓷、高分子和複合材料之集合者。
6.如申請專利範圍第1項所述之以震動輔助製造具有高粉體含量之漿料之方法，其中，該漿料離心時，可同時在離心機外加震動裝置，在原位處理時震動混合者。

八、	圖式：
	第一圖第二圖

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