JP2012518127A - 沈降シリカ含有断熱材料 - Google Patents

Abstract

７０ｇ／ｌ以下の修正タップ密度を有する、沈降シリカを含む断熱材料。

Description

本発明は、沈降シリカを含む断熱材料およびこの断熱材料を含む成形品に関する。

冷却構造、加熱構造および蓄熱構造用材料を含む絶縁材料の開発が広く行われている。多くの系が繊維製品および粉末製品またはフォームを用いて開発されてきた。

沈降シリカまたはヒュームドシリカのいずれかのシリカの使用について、いくつかの特許出願に記載されている。ヒュームドシリカによれば、通常、断熱用途において沈降シリカと比べてより良い結果がえられる。ヒュームドシリカは四塩化ケイ素などのシラン材料の火炎法（flame hydrolysis or flame oxidation）により、飛散性散剤として製造される。

沈降シリカは通常、当業者によく知られた手段によって、アルカリ性水ガラスと鉱酸との相互作用により形成される。沈降シリカはその後、噴霧乾燥や粉砕などによって機械処理されることもある。通常、沈降シリカはヒュームドシリカよりも低コストである。沈降シリカの断熱材料としての使用は、たとえば、ＵＳ４６３６４１５、ＥＰ３５５２９５、ＥＰ３９６９６１、ＥＰ４６３３１１に開示されている。しかし、断熱材料としての沈降シリカの性能は期待に適うものではなかった。

したがって、本発明の課題は、ヒュームドシリカを含むものに比肩しうる機能を有する、コスト効率の良い断熱材料を提供することにある。本発明の別の課題は、この断熱材料を含む成型品を提供することにある。

本発明は、７０ｇ／ｌ以下、好ましくは１乃至６０ｇ／ｌ、より好ましくは５乃至５５ｇ／ｌ、さらにより好ましくは１０乃至５０ｇ／ｌ、特に１０乃至３０ｇ／ｌの修正タップ密度を有する沈降シリカを含む断熱材料を提供する。

「修正タップ密度」は、ＤＩＮ ＥＰ ＩＳＯ ７８７−１１に従う一般的なタップ密度決定前の、シリカ構造の定義された弛緩（loosening）により得られるタップ密度を意味する。これは沈降シリカの予備的圧縮により生じる誤りを避けるために行われる。詳細については詳細な説明において後述される。

本発明の一実施形態では、断熱材料の沈降シリカは、
ａ）１５０乃至２０００ｎｍ、好ましくは２００乃至１５００ｎｍ、より好ましくは２５０乃至１２００ｎｍ、最も好ましくは３００乃至９００ｎｍ、特に好ましくは３５０乃至６００ｎｍのｄ_５０値、
ｂ）５００乃至７０００ｎｍ、好ましくは７００乃至６５００ｎｍ、より好ましくは８００乃至６０００ｎｍ、最も好ましくは９００乃至６０００ｎｍ、特に好ましくは１０００乃至５０００ｎｍのｄ_９０値、および
ｃ）２．５乃至８ＯＨ／ｎｍ^２、好ましくは２．６乃至７ＯＨ／ｎｍ^２、より好ましくは２．７乃至６ＯＨ／ｎｍ^２、最も好ましくは２．８乃至５．５ＯＨ／ｎｍ^２、特に好ましくは３．１乃至５ＯＨ／ｎｍ^２のシラノール基密度
を有する。

ｄ_５０値およびｄ_９０値は、レーザ回折法により決定される。シラノール基密度は、沈降シリカと水素化リチウムアルミニウムとの反応により決定される。各決定方法の詳細は、詳細な説明において後述される。

本発明の他の実施形態では、沈降シリカのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１００乃至３５０ｍ^２／ｇ、好ましくは１００乃至３５０ｍ^２／ｇ、より好ましくは１１０乃至３４０ｍ^２／ｇ、最も好ましくは１２０乃至３３０ｍ^２／ｇ、特に好ましくは１３０乃至３００ｍ^２／ｇ、さらに特に好ましくは１４５乃至２８０ｍ^２／ｇである。

本発明の他の実施形態では、沈降シリカの乾燥減量は、１．５乃至８重量％であり、かつ／または、沈降シリカの強熱減量は１．５乃至９重量％であり、そして、沈降シリカのｐＨ値は４乃至９である。

特別な実施形態において、本発明の断熱材料は、３０乃至１００重量％の沈降シリカを含む。したがって、沈降シリカは単独で断熱材料として機能しうる。好ましくは、断熱材料は、断熱材料に対して、３０乃至９５重量％、より好ましくは４０乃至８０重量％で含まれる。

本発明のシリカは、
−１０乃至３０ｍｌ／（５ｇ）、好ましくは１０乃至２５ｍｌ／（５ｇ）のシアーズ数、
−１００乃至３５０ｍ^２／ｇ、好ましくは１３０乃至３００ｍ^２／ｇのＢＥＴ比表面積、
−２乃至８重量％、好ましくは２乃至７重量％、より好ましくは２．５乃至６重量％の乾燥減量、
−２乃至９重量％、好ましくは２乃至７重量％、より好ましくは２．５乃至５重量％の強熱減量、
−４乃至９、好ましくは４乃至８、より好ましくは５乃至８のｐＨ値、
−２３０乃至４００ｇ／１００ｇ、好ましくは２５０乃至３５０ｇ／１００ｇのＤＢＰ値
を有する沈降シリカの、粉砕システム（粉砕装置）を用いた粉砕と分級により調製可能であり、
上記粉砕システムは特に好ましくはジェットミルを含む粉砕システムであり、これは、粉砕システムのミルがガスおよび／または蒸気好ましくはスチーム、および／またはスチームを含むガスからなる群から選択される媒体を用いた粉砕段階中で動作されることと、粉砕チャンバが加熱段階すなわち媒体を用いた実際の動作の前に加熱され、これにより、粉砕チャンバ内および／またはミルアウトレットにおける温度が蒸気および／または媒体の露点よりも高いことと、粉砕されたシリカが１５０乃至２０００ｎｍのｄ_５０値および５００乃至７０００ｎｍのｄ_９０値に分級されることと、を特徴とする。出発材料として適した市販のシリカは、Ｅｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ ＧｍｂＨ（ドイツ国）製Ｓｉｐｅｒｎａｔ（登録商標）１６０、Ｓｉｐｅｒｎａｔ（登録商標）２２Ｓ、Ｓｉｐｅｒｎａｔ（登録商標）２２ＬＳ、および、ＤＷＳ（中国）製シリカ（等級ＹＨ３５０）である。

粉砕は、ＷＯ２００８／０４６７２７に記載の方法に従った特定の選択でもって、これに記載された粉砕システム（ミル）を用いて、ここで、特別な選択では、用いられる媒体はスチームである。米国特許出願第１１／９４４，８５１号（２００７年１１月２６日出願）は本明細書中に参照により含まれる。

図１中、参照番号は以下を示す：ジェットミル（１）、シリンダ状ケーシング（２）、粉砕チャンバ（３）、粉砕原料の供給路（４）、粉砕ジェットインレット（５）、加熱開口またはノズル（５ａ）、生成物アウトレット（６）、空気分級器（７）、分級ホイール（８）、インレット開口またはインレットノズル（９）、粉砕ジェット気流（１０）、熱源（１１）、熱源（１２）、供給管（１３）、断熱ジャケット（１４）、インレット（１５）、アウトレット（１６）、粉砕チャンバの中心（１７）、溜めまたは生成手段（１８）、タンク（１８ａ）、管断熱（１９）。

図２中、参照番号は以下を示す：ジェットミル（１）、空気分級器（７）、分級器ギャップ（８ａ）、出口ポート（管）（２０）、分級器ケーシング（２１）、ケーシング頂部（２２）、ケーシング基部（２３）、外周フランジ（２４）、外周フランジ（２５）、継ぎ手（２６）、矢印（２７）、分級器チャンバケーシング（２８）、支持アーム（２８ａ）、吐出コーン（２９）、フランジ（３０）、フランジ（３１）、カバー板（３２）、カバー板（３３）、パドル（３４）、分級ホイールシャフト（３５）、ピボットベアリング（３５ａ）、シャフト貫通口（３５ｂ）、頂部切削板（３６）、基部切削板（３７）、ケーシング終端部（３８）、生成物供給ポート（３９）、回転軸（４０）、アウトレットチャンバ（４１）、上部カバー板（４２）、着脱可能蓋（４３）、支持アーム（４４）、円錐状環状ケーシング（４５）、取込フィルタ（４６）、有孔板（４７）、微粉吐出管（４８）、偏向コーン（４９）、分級空気エントリコイル（５０）、粗粉吐出部（５１）、フランジ（５２）、フランジ（５３）、分散領域（５４）、内側端部が切削（面取り）されたフランジおよびライニング（５５）、交換可能な保護管（５７）、微粉出口／アウトレット（５８）。

図３中、参照番号は以下を示す：分級器ギャップ（８ａ）、出口ポート（管）（２０）、カバー板（３２）、カバー板（３３）、パドル（３４）、シャフト貫通口（３５ｂ）、回転軸（４０）、パドルリング（５９）。

図４中、参照番号は以下を示す：ジェットミル（１）、空気分級器（７）、分級器ギャップ（８ａ）、出口ポート（管）（２０）、分級器ケーシング（２１）、ケーシング頂部（２２）、ケーシング基部（２３）、外周フランジ（２４）、外周フランジ（２５）、継ぎ手（２６）、矢印（２７）、分級器チャンバケーシング（２８）、支持アーム（２８ａ）、吐出コーン（２９）、フランジ（３０）、フランジ（３１）、カバー板（３２）、カバー板（３３）、パドル（３４）、分級ホイールシャフト（３５）、ピボットベアリング（３５ａ）、シャフト貫通口（３５ｂ）、頂部切削板（３６）、基部切削板（３７）、ケーシング終端部（３８）、生成物供給ポート（３９）、回転軸（４０）、アウトレットチャンバ（４１）、上部カバー板（４２）、着脱可能蓋（４３）、支持アーム（４４）、円錐状環状ケーシング（４５）、取込フィルタ（４６）、有孔板（４７）、微粉吐出管（４８）、偏向コーン（４９）、分級空気エントリコイル（５０）、粗粉吐出部（５１）、フランジ（５２）、フランジ（５３）、分散領域（５４）、内側端部が切削（面取り）されたフランジおよびライニング（５５）、交換可能な保護管（５７）、微粉出口／アウトレット（５８）。

図５中、参照番号は以下を示す：出口ポート（管）（２０）、カバー板（３２）、カバー板（３３）、パドル（３４）、回転軸（４０）、パドルリング（５９）。

特に好適な一実施形態では、過熱スチームを用いた実際の粉砕の準備において、図１に示されるような、図２および３に示される一体型ダイナミック空気分級器を備える流動層カウンタジェットミルが、２つの加熱開口またはノズル（５ａ）（そのうちの１つのみが図１に記載されている）を介してまず加熱される。加熱開口またはノズルには、好ましくは１０バール、１６０℃の加熱圧縮空気が、ミルの出口温度がスチームおよび／または媒体の露点好ましくは約１０５℃よりも高くなるまで供給される。

ミルの下流には、微粉（粉砕された材料）の分離のため、フィルタ系（図１中図示せず）が接続されている。フィルタ系のフィルタケーシングは、同様に凝縮を避けるために、下方１／３において取り付けられた加熱コイルにより、飽和スチーム（好ましくは６バールの飽和スチーム）により間接的に加熱される。ミル、分離フィルタおよびスチームおよび加熱圧縮空気の供給ラインの領域における装置表面全体には、特別な断熱が施されている。

所望の加熱温度に達した後、加熱圧縮ガスの加熱ノズルへの供給は停止され、好ましくは３８バール（絶対圧）および３２５℃の過熱スチームの、３つの粉砕ノズルへの供給が開始される。

分離フィルタ中に用いられているフィルタ媒体を保護し、微粉中の残留水分を定義されたレベル（好ましくは２乃至６％）に設定するため、開始段階および粉砕中に、ミルの出口温度に基づいて、圧縮空気で動作される２流体ノズルを介して、水がミルの粉砕チャンバ内に導入される。

供給量は分級器エンジンの電流に基づいて制御される。電流は公称電流の約７０％を超えることができないように供給量を調整する。

ここで機能する導入部材（４）は、溜め容器から、気圧終点（barometric endpoint）として働く周期的ロック（cyclical lock）によって、加圧された粉砕チャンバへの供給材料を計量して供給する速度制御バケットホイールである。

粗粉（粗い材料）は、膨張性スチームジェット気流（粉砕ガス）中で粉砕される。減圧された粉砕ガス中とともに、生成粒子はミル容器の中心を分級ホイールまで上昇する。設定された分級器速度および粉砕スチーム量に依存して、十分な細度の粒子が粉砕スチームとともに微粉出口に入り、そこから下流の分離系へと通される。一方、粗すぎる粒子は粉砕領域に戻され、再び粉砕される。分離フィルタから後段のサイロ溜めへの分離された微粉の取り出し、および、バギング作業は、バケットホイールロックを用いて行われる。

粉砕ノズルにおいて得られる粉砕ガスの粉砕圧力および粉砕ガスの得られる体積は、ダイナミックパドルホイール分級器とともに、粒径分布関数の細度および粒径の上限を決定する。

好ましい実施形態では、粉砕は以下のように行われる。本発明にかかるプロセスは、粉砕システム（粉砕装置）、好ましくはジェットミルを備える粉砕システム、特に好ましくはカウンタジェットミルを備える粉砕システムにおいて行われる。この目的のため、粉砕される供給材料は、高速の膨張性ガスジェット気流中で加速され、粒子間衝突により粉砕される。とりわけ好ましく用いられるジェットミルは流動層カウンタジェットミルまたは濃厚層ジェットミルまたはスパイラルミルである。とりわけ好ましい流動層カウンタジェットミルを用いる場合、好ましくは、複数の粉砕ジェットインレットが、好ましくは水平面内に設けられた粉砕ノズルの形態で、粉砕チャンバの下方１／３に設けられている。特に好ましくは、粉砕ジェット気流が全て粉砕容器の内部の１点で出会うように、粉砕ジェットインレットは好ましくは円形の粉砕容器の周りに設けられている。特に好ましくは、粉砕ジェットインレットは、粉砕容器の周囲に均一に分散されている。３つの粉砕ジェットインレットの場合、間隔はそれぞれについて１２０°となる。

本発明にかかるプロセスの特別な実施形態において、粉砕システム（粉砕装置）は、分級器、好ましくはダイナミック分級器、特に好ましくはダイナミックパドルホイール分級器、とりわけ好ましくは図４および５に記載の分級器を含む。

特に好ましい実施形態では、図２および３に記載のダイナミック空気分級器が用いられる。このダイナミック空気分級器は、分級ホイールと、分級ホイールシャフトと、分級器ケーシングとを備えている。分級ホイールと分級器ケーシングとの間には分級器ギャップが形成されており、分級ホイールシャフトと分級器ケーシングとの間にはシャフト貫通口が形成されている。ダイナミック空気分級器は、分級器ギャップおよび／またはシャフト貫通口の低エネルギーの圧縮ガスを用いたフラッシングが行われることを特徴とする。

本発明の条件のもとで分級器をジェットミルと組み合わせて用いるとき、大きすぎる粒子については制限が与えられる。膨張性ガス噴流とともに上昇する生成粒子は、粉砕容器の中心から分級器を通され、十分な細度を有する生成物が分級器そしてミルから吐出される。粗すぎる粒子は粉砕領域に戻り、さらに粉砕される。

粉砕システムにおいて、分級器はミルの下流で分離されたユニットとして接続可能であるが、一体型分級器が好ましく用いられる。

この本発明にかかる特に好ましい粉砕プロセスは、実際の粉砕ステップの上流に含まれる加熱段階を含む。この加熱段階では、粉砕チャンバ、特に好ましくは、水および／またはスチームが凝縮する可能性がある、ミルおよび／または粉砕システムの実体的構成要素の全てが、確実にその温度が蒸気の露点を超えるように加熱される。加熱は基本的にいかなる加熱方法により行われても良い。しかし、加熱は、好ましくは、ミルの出口におけるガスの温度が蒸気の露点よりも高いように、加熱ガスをミルおよび／または粉砕システム全体を通すことにより行われる。特に好ましくは、加熱ガスがスチームと接触するミルの全ての実体的構成要素および／または粉砕システム全体を確実に好ましく十分に加熱するものとされる。

用いられる加熱ガスは基本的に任意の所望のガスおよび／またはガス混合物であってよいが、加熱ガスおよび／または燃焼ガスおよび／または不活性ガスが好ましく用いられる。加熱ガスの温度はスチームの露点よりも高い。

加熱ガスは基本的に粉砕チャンバの任意の所望の位置で導入される。インレットまたはノズルがこの目的のために粉砕チャンバに好ましく設けられる。

これらのインレットまたはノズルは、粉砕段階で粉砕ジェット気流が同様に通されるインレットまたはノズル（粉砕ノズル）と同一であってよい。しかし、加熱ガスおよび／またはガス混合物が通過可能な別個のインレットまたはノズル（加熱ノズル）を粉砕チャンバ内に設けても良い。好ましい実施形態では、全てのジェット気流が粉砕容器内の一点で出会うように好ましくは円形の粉砕容器の周りに一平面上に配置された、少なくとも２つの、好ましくは３つ以上のインレットおよびノズルを通して、加熱ガスまたは加熱ガス混合物が導入される。特に好ましくは、インレットまたはノズルは粉砕容器の周囲に均一に分散される。

粉砕の間、ガスおよび／または蒸気、好ましくはスチームおよび／またはガス／スチーム混合物は、好ましくは粉砕ノズルの形態の粉砕ジェットインレットを通って、媒体として送られる。この媒体は、基本的に、大気の音速（３４３ｍ／ｓ）よりも実質的に高い、好ましくは少なくとも４５０ｍ／ｓの音速を有する。有利には、媒体はスチームおよび／または水素ガスおよび／またはアルゴンおよび／またはヘリウムを含む。媒体は特に好ましくは過熱スチームである。超微細粉砕のためには、媒体は１５乃至２５０バール、特に好ましくは２０乃至１５０バール、さらに特に好ましくは３０乃至７０バール、とりわけ好ましくは４０乃至６５バールでミルに供給する場合が特に有利であることがわかっている。また、媒体は、特に好ましくは２００乃至８００℃、特に好ましくは２５０乃至６００℃、特に３００乃至４００℃の温度を有する。圧力には全ての値が含まれ、副次的値としては、特に、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０および２４０バールが含まれる。媒体の温度には全ての値が含まれ、副次的な値として、特に、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５００℃が含まれる。

媒体としてスチームを用いる場合、すなわち、特に蒸気供給管が蒸気源に接続されている場合、粉砕ノズルまたは粉砕インレットが伸縮ベンドを備える蒸気供給管に接続されている場合が特に有利であることがわかっている。

さらに、ジェットミルの表面ができるだけ小さい値を有し、かつ／または、流路が少なくとも実質的に突起を有しない場合、および／または、ジェットミルの構成部品が堆積を避けるように設計されている場合が有利であることがわかっている。これらの設計により、粉砕される材料のミル内への堆積はさらに防ぐことができる。

本発明について、例示のみを目的として、本発明にかかるプロセスの後述の好ましく特別な実施形態およびジェットミルの好ましく特に適した形態および図面の説明を参照してより詳細に説明される。すなわち、本発明は、これらの実施例および使用例、または、各実施例の特徴のそれぞれの組み合わせに限定されるものではない。

特定の実施例に関連して記載されるそれぞれの特徴は、これらの実施例またはこれらの実施例の他の特徴との組み合わせに限定されず、技術的に可能な範囲で、本願書類中で個別に説明されていないとしても任意の変形物と組み合わせ可能である。

個々の図面および画像中の個々の参照番号は、同一のまたは同様の構成要素または同一のまたは同様の効果を有する構成要素を指す。図面中の図形は、参照番号とともに記載されていない特徴が以下に記載されているといないとにかかわらず、かかる特徴をも明らかとするものである。一方、本願の記載に含まれているが、図面には記載されていない特徴もまた、当業者には等しく理解されるところのものである。

上述したように、一体型分級器好ましくは一体型ダイナミック空気分級器を備えるジェットミル好ましくはカウンタジェットミルは、本発明にかかるプロセスにおける超微細粒子の生成に用いることができる。 特に好ましくは、空気分級器は、分級ホイール、分級ホイールシャフトおよび分級器ケーシングから構成されている。分級ホイールと分級器ケーシングとの間には分級ギャップが形成されており、分級ホイールシャフトと分級器ケーシングとの間にはシャフト貫通口が形成されている。空気分級器は分級器ギャップおよび／またはシャフト貫通口の低エネルギーの圧縮ガスによるフラッシングが影響されるように動作される。

好適には、フラッシング空気は、ミルの内圧より大きい、少なくとも約０．４バール未満、特に好ましくは少なくとも０．３バール未満、特に０．２バール未満の圧力で用いられる。ミルの内圧は、少なくともおおよそ、０．１乃至０．５バールの範囲であってよい。

また、フラッシング空気が約８０℃乃至約１２０℃の温度、特に約１００℃で用いられる場合、および／または、用いられるフラッシング空気が低エネルギーの圧縮ガスである場合、特に約０．３バール乃至約０．４バールが好ましい。

分級ホイールにつながる管またはアウトレットノズルにおける媒体（Ｂ）の円周速度が媒体の音速の０．８倍に達するように、空気分級器の分級ロータの速度および内部増幅比は選択、設定または調整可能である。

空気分級器の分級ロータの速度および内部増幅比が選択、設定または調整可能である場合、管またはアウトレットノズルにおける媒体（Ｂ）の円周速度が、媒体の音速の０．７倍、特に好ましくは０．６倍に達するように、これはさらに改善される。

特に、有利には、分級ロータが径の減少とともに増大する高さクリアランスを有し、その分級ロータの領域を通して少なくとも約一定のフローが確実に生じるようにさらにしてもよい。その代わりにまたはそれに加えて、分級ロータが交換可能な、共回転する管の場合にはそれは有利な場合がある。さらに別の変形例では、フロー方向に拡大する断面を有する微粉アウトレットチャンバを設けることが好ましい。

さらに、本発明にかかるジェットミルは、有利には特に、ＥＰ−Ａ−４７２９３０に記載の風力分級器の個々の特徴または特徴の組み合わせを有する空気分級器を備えてもよい。同一の対象を単純に用いることを避けるため、ＥＰ−Ａ−４７２９３０の全ての開示内容は参照により本明細書に含まれる。特に、空気分級器は、ＥＰ−Ａ−４７２９３０に記載のフローの円周方向成分を減少させる手段を有しても良い。空気分級器の分級ホイールにつながり、管の形態のアウトレットノズルが、渦形成を避けるために好適には環状に設計された、フロー方向において拡大する断面を確実に有するようにしてもよい。

本発明にかかるプロセスに用いることのできる粉砕システムまたはミルの好適なおよび／または有利な実施形態は、図１乃至５および関連する記載に明示されている。これらの実施形態は本発明を実施例によってより詳細に説明するのみであり、すなわち本発明はこれらの実施例および使用例に限定されず、また、個々の実施例の範囲内の特徴の組み合わせに限定されないことを再度強調しておく。

特定の実施例に関連して示される個々の特徴は、実施例またはこれらの実施例の他の特徴との組み合わせに限定されず、たとえ本願書類に個々議論されていなくとも、他の任意の変形例と技術的可能性の範囲内で組み合わせ可能である。

図面中の個々の図形および画像における同一の参照番号は、同一のまたは同様の構成要素および同一のまたは同様の効果を有する構成要素を示す。図面中の図形は、参照番号とともに示されていない特徴が以下に記載されているといないとのかかわらず、かかる特徴を明確にしている。一方、本願の記載に含まれているが、図面中に示されていない特徴もまた、当業者には容易に理解される。

本発明の一実施形態に係るジェットミルを示す。 本発明の一実施形態に係る流動層カウンタジェットミルを示す。 本発明の一実施形態に係る分級器を示す。 本発明の一実施形態に係る流動層カウンタジェットミルを示す。 本発明の一実施形態に係る分級器を示す。 断熱材料１乃至３の温度に対する熱伝導性を示すグラフである。

図１はジェットミル１の実施例を示す。ジェットミル１は、粉砕チャンバを囲むシリンダ状ケーシング２と、粉砕チャンバ３の中程の高さに設けられた粉砕原料の供給路４と、粉砕チャンバ３の下方領域に設けられた粉砕ジェットインレット５と、粉砕チャンバ３の上方領域に設けられた生成物アウトレット６と、を備える。回転可能な分級ホイール８を有する空気分級器が設けられている。分級ホイール８により粉砕された材料（微粉）（図示せず）が分級され、すなわち、生成物アウトレット６を通して粉砕チャンバ３から特定の粒径未満の粉砕された微粉のみが除かれ、選択された値より上の粒径を有する粉砕された材料（粗粉）がさらなる粉砕プロセスに供給される。

分級ホイール８は一般的な空気分級器であってよい。このような空気分級器のブレード（たとえば、図５に関連して下記を参照）は放射状のブレードチャネルに接続されており、その外側端部において分級空気が入り、比較的小さい粒径の粒子または塊が中心アウトレットにそして生成物アウトレット６に連行され、一方で、より大きな粒子またはより大きな塊の粒子は遠心力の作用によって拒まれる。特に好ましくは、空気分級器７および／または少なくともその分級ホイール８は、ＥＰ−Ａ−４７２９３０に記載された少なくとも１つの設計特徴を備える。

高エネルギーで、粉砕原料の供給口４から粉砕ジェット気流１０の領域に達する粉砕原料の粒子同士が高エネルギーで出会うように、および、粉砕原料の粒子を分級ホイール８に取り込まれるより小さい粒子に分割し、そして、適切な小径または塊に達した場合に生成物アウトレット６を通して外側に送られるように、たとえば、１つの円周方向に向けられたインレット開口またはインレットノズル９からなるただ１つの粉砕ジェットインレット５を設けても良い。しかし、径方向で互いに対向する組状のものであって、互いにぶつかる２つの粉砕ジェット気流１０を形成し、特に複数の粉砕ジェット気流の対が形成される場合に、１つの粉砕ジェット気流１０のみでもって可能なよりもより強い粒子分割が得られる、粉砕ジェットインレット５を用いてより良い効果が実現される。

好ましくは、複数の粉砕ジェットインレット、好ましくは粉砕ノズル特に、粉砕チャンバの好ましくはシリンダ状ケーシングの下方１／３に設けられた、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２個の粉砕ジェットインレットが用いられる。これらの粉砕ジェットインレットは、粉砕ジェット気流が粉砕容器の内側の一点で全て出会うように、理想的には一平面上に、粉砕容器の周縁にわたって均一に分散して配置されている。特に好ましくは、インレットまたはノズルは、粉砕容器の周縁にわたって均一に分散されている。３つの粉砕ジェット気流の場合、これは、各インレットまたはノズルの間が１２０°の角度である。一般に、粉砕チャンバが大きいほど、より多くのインレットまたは粉砕ノズルが用いられる。

本発明にかかるプロセスの好ましい実施形態では、粉砕チャンバは、粉砕ジェットインレットに加えて、加熱開口またはノズル５ａを、好ましくは、加熱ノズルの形態で含み、これを通じて、加熱ガスが加熱段階においてミルに通される。これらのノズルまたは開口は、上述のように、粉砕開口またはノズル５として同一平面上に配置可能である。１つの加熱開口またはノズル５ａを設けることができるが、好ましくは複数の加熱開口またはノズル５ａ、特に好ましくは、２、３、４、５、６、７または８個の加熱開口またはノズル５ａを設けてもよい。

非常に好ましい実施形態では、ミルは２つの加熱ノズルまたは開口を有し、３つの粉砕ノズルまたは開口を有する。

たとえば、粉砕原料の供給路４と粉砕ジェット気流１０の領域との間の内部加熱源１１または粉砕原料の供給路４の外側領域の対応する加熱源１２を用いることにより、あるいは、何らかの方法で既に加熱され、粉砕原料の供給路４に達するときの熱損失を避けている（この目的のために供給管１３は断熱ジャケット１４に覆われている）粉砕原料の粒子を処理することにより、プロセス温度はさらに調整可能である。加熱源１１または１２を使用する場合、これは、基本的に任意の所望の形態であってよく、したがって、特定の目的に使用可能であり、市場での可用性に従って選択可能であるので、この文脈においてさらなる説明は必要とされない。

特に、粉砕ジェット気流１０の温度は、温度に関連し、粉砕原料の温度は粉砕ジェット気流の温度に少なくともおおよそ対応するものでなければならない。

粉砕ジェットインレット５を通じて粉砕チャンバ３に導入される粉砕ジェット気流１０の形成のため、過熱スチームが本願の実施例において用いられる。各粉砕ジェットインレット５のインレットノズル９の後のスチームの熱容量は、このインレットノズル９の前段よりも実質的に低いものではないと仮定されるべきである。衝撃粉砕に必要なエネルギーはフローエネルギーとして本来利用可能であるべきであるので、インレットノズル９のインレット１５とそのアウトレット１６との間の圧力降下は、比較して少ないものではなく（圧力エネルギーはフローエネルギーにほぼ全て変換される。）、温度降下もまた少ないものではない。少なくとも２つの粉砕ジェット気流１０が互いに一致する場合または２つの粉砕ジェット気流１０の場合に、粉砕原料および粉砕ジェット気流１０が粉砕チャンバ３の中心領域１７において同一温度を有する程度まで、特に温度低下は粉砕原料の加熱により補償されるべきである。

特に閉鎖系の形態の、過熱スチームを含む粉砕ジェット気流１０を用意するための処理および設計に関して、ＤＥ１９８２４０６２Ａ１が参照され、その開示内容全体は、同一対象の単なる採用を避けるために参照により本明細書に含まれる。たとえば、粉砕材料としての加熱スラグの粉砕が、閉鎖系により最適な効率でもって可能である。

ジェットミル１に関する図１において、媒体Ｂの任意の供給は溜めまたは生成装置１８によって典型的に表されており、これはたとえばタンク１８ａを表し、タンク１８ａから媒体Ｂが管装置１９を通じて粉砕ジェットインレット５に通されて、粉砕ジェット気流１０を形成する。

特に、空気分級器７を有するジェットミル１を基本として（関連する実施例は例示に過ぎず、限定するものではないことは意図されかつ理解される）、超微細粒子の生成方法は、一体型ダイナミック空気分級器７を用いるこのジェットミル１でもって実施される。粉砕段階が、蒸気と接触する全ての部分が蒸気の露点よりも上の温度まで加熱される加熱段階よりも先であるという事実、および、好ましくは一体型分級器が用いられるという事実とは別に、従来のジェットミルと比較した革新的部分は、分級ホイール８とつながる管またはアウトレットノズル２０における媒体Ｂの周囲速度が、媒体Ｂの音速の０．８倍、好ましくは０．７倍、特に好ましくは０，６倍に達するように、分級器７の分級ロータまたは分級ホイール８の速度および内部増幅比が好ましく選択、設定または調整されることである。

媒体Ｂまたは代替として過熱スチームを用いる上述した変形例を参照して、媒体として、ガスの音速（３４３ｍ／ｓ）よりも高い特に実質的により高い音速を有するガスまたは蒸気Ｂを用いることが特に有利である。特に、少なくとも４５０ｍ／ｓの音速を有するガスまたは蒸気Ｂが媒体として用いられる。これは、実用的な知識に基づいて一般的に用いられる他の媒体を用いるプロセスと比較して超微細粒子の生成および収量を改善し、したがって、プロセスを全体的に最適化する。

流体、好ましくは上記スチーム、あるいは水素ガスまたはヘリウムガスが媒体Ｂとして用いられる。

好ましい実施形態では、ジェットミル１特に流動層ジェットミルまたは濃厚層ジェットミルまたはスパイラルジェットミルは、超微細粒子の生成のために一体型ダイナミック空気分級器７を有して形成または設計されあるいは適切な装置を有し、このため、分級器７の分級ロータまたは分級ホイール８の速度または内部増幅比は、管またはアウトレットノズル２０における媒体Ｂの周囲速度が、媒体Ｂの音速の０．８倍、好ましくは０．７倍、特に好ましくは０．６倍に達するように、選択、設定または調整される。

さらに、ジェットミル１は好ましくは媒体Ｂ用の供給源、たとえば、スチームまたは過熱スチーム用の溜めもしくは生成装置１８または別の適切な溜めまたは生成装置を備え、あるいは、そのような媒体源がつなげられている。動作のため、媒体源から、媒体Ｂが、ガスの音速（３４３ｍ／ｓ）より高くかつ特に実質的により高い音速、例えば好ましくは少なくとも４５０ｍ／ｓの音速で供給される。この媒体源、たとえば、スチームまたは過熱スチーム用の溜めまたは生成装置１８は、ジェットミル１の動作の間の使用のためのガスまたは蒸気Ｂ特に上述のスチームを含むが、水素ガスおよびヘリウムガスも好適な代替物である。

特に、媒体Ｂとしての加熱スチームの使用とともに、拡張ベンド（図示せず）を有する管装置１９（蒸気供給管としても示される）を、すなわち好ましくは蒸気供給管が溜めまたは生成装置１８としてのスチーム源に接続されている場合には、インレットまたは粉砕ノズル９に設けることが有利である。

媒体Ｂとしてのスチームの使用におけるさらに有利な態様は、ジェットミル１ができるだけ小さい表面を有するようにするか、または、言い換えれば、ジェットミル１をできるだけ小さい表面に関して最適化することである。特に、媒体Ｂとしてのスチームに関して、系における熱交換または熱損失すなわちエネルギー損失を避けることが特に有利である。この目的は、さらなる代替的なまたは付加的な設計尺度すなわち、これに関する構成要素の蓄積または最適化を避けるためのジェットミル１の構成要素の設計によっても役立つ。これは、たとえば、管装置１９および管装置１９の接続にできるだけ薄いフランジを用いることにより実現可能である。

エネルギー損失および他のフローに関連する悪影響は、ジェットミル１の構成要素が凝縮を防ぐために設計または最適化されている場合にさらに抑制または防がれる。凝縮を避けるための特別な装置（図示せず）さえ、この目的のために設けてもよい。さらに、流路が少なくとも実質的に突起を有さず、または、これに関して最適化されていれば、有利である。言い換えると、冷える可能性のあるものおよびしたがって凝縮が生じるところをできる限りまたは全て避けるという原則は、これらの設計変形例によって個別にまたは任意の所望の組み合わせにおいて実現される。

さらに、分級ロータが半径の減少につれて、すなわち軸方向で、増大する高さクリアランスを有する場合、特に分流ロータのその領域において少なくともほぼ一定のフローが生じる場合には、それが有利であり従って好ましい。第１にまたは代わりに、フロー方向において拡大する断面を有する微粉アウトレットチャンバを設けても良い。

ジェットミル１の場合における特に好ましい実施形態は、交換可能な共回転する管２０を有する分級ロータ８において構成される。

ジェットミル１およびその構成要素の好ましい設計のさらなる詳細および変形について、図４および５を参照して以下説明する。

ジェットミル１は好ましくは、図４の概略図に示すような、一体型空気分級器７を有し、これは、たとえば流動層ジェットミルとして、濃厚層ジェットミルとしてまたはスパイラルジェットミルとしてジェットミル１を設計する場合、ジェットミル１の粉砕チャンバ３の中心に配置されたダイナミック空気分級器７を有する。粉砕ガスの体積流量または分級器速度に依存して、粉砕原料の所望の細度が調整される。

図４にかかるジェットミル１の空気分級器７において、空気分級器７の垂直方向全体は、ケーシング上部２２とケーシング下部２３とを実質的に有する分級器ケーシング７に囲まれている。ケーシング上部２２とケーシング下部２３とは、それぞれの場合、外側に向く円周方向フランジ２４および２５をそれぞれ有して上下端に設けられている。２つの円周方向フランジ２４および２５は、空気分級器８の設置状態または動作状態において互いに重ねて設けられており、適切な手段により互いに固定されている。適切な固定手段は、たとえば、ネジ接続である（図示せず）。クランプ（図示せず）などもまた取り外し可能な固定手段として機能可能である。

フランジ周囲の仮想的な任意の所望位置において、２つの円周方向フランジ２４および２５が継ぎ手２６により互いに接続されており、フランジ接続手段が取り外された後、ケーシング上部２２は矢印２７の方向でケーシング下部２３に対して上側に移動可能であり、ケーシング上部２２は下方からアクセス可能であり、ケーシング下部２３は上方からアクセス可能である。ケーシング下部２３は一方で２つの部分から形成されており、円周方向フランジ２５をその上側開放端および下方に円錐状のテーパが形成されている吐出コーン２９を有するシリンダ状の分級器チャンバケーシング２８から実質的に構成されている。吐出コーン２９および分級器チャンバケーシング２８は上下端のフランジ３０、３１でもって互いに重ねられ、吐出コーン２９および分級器チャンバケーシング２８の２つのフランジ３０、３１は、円周方向フランジ２４、２５のような取り外し可能な固定手段（図示せず）により互いに接続されている。このように構成された分級器ケーシング２１は支持アーム２８ａにおいてまたはこれから懸架されている。複数の支持アーム２８ａはジェットミル１の空気分級器７の分級器またはコンプレッサのケーシングの周囲にわたってできる限り均一な距離で分散して設けられて、シリンダ状分級器チャンバケーシング２８を保持する。

空気分級器７のケーシング内部の実質的部分は、一方で、上部カバーディスク３２を有し、下部カバーディスク３３を軸方向に離れた流出側に有し、２つのカバーディスク３２、３３の外側端部の間に配置され、これらにしっかりと固定され、分級ホイール８の周囲にわたって均一に配置された、適切な形状を有するブレード３４を有する分級ホイール８である。この空気分級器７の場合、分級ホイール８は上部カバーディスク３２を介して駆動され、下部カバーディスク３３は流出側のカバーディスクである。分級ホイール８の設置は、適切なやり方で制御駆動される分級ホイールシャフト３５を有し、これは分級器ケーシング２１から上端において突出し、分級器ケーシング２１の内側で分級ホイール８をその下端において片持ベアリングにおいて非回転に支持する。分級ホイールシャフト３５は、一対の切削板３６、３７において分級ケーシング２１から導出され、切削板３６、３７は、頂部において先端を切ったコーンの形態のケーシング終端部３８の上端において分級器ケーシング２１を閉じ、分級ホイールシャフト３５をガイドし、このシャフト通路を分級ホイールシャフト３５の回転的な動きを妨げることなく封止する。適切には、上部板３６はフランジの形態で非回転的に分級ホイールシャフト３５につなげられ、下部板３７の回転ベアリング３５ａを介して非回転的に支持され、一方で、ケーシング終端部３８につなげられている。流出側のカバーディスク３３の下側は、円周方向フランジ２４、２５の間の共通平面にあり、このため分級ホイール８はケーシングの蝶番式に取り付けられた上部２２内に完全に配置される。円錐状のケーシング終端部３８の領域において、ケーシング上部２２は粉砕原料の供給路４の管状の生成物供給ノズル３９を有する。生成物供給ノズルは、分級ホイール８の回転軸４０およびその駆動または分級ホイールシャフト３５に平行であり、この生成物供給ノズルは、分級ホイール８の回転軸４０およびその駆動または分級ホイールシャフト３５からできるだけ遠くに、ケーシング上部２２の外側に放射状に配置されている。

図２および３に記載の特に好ましい実施形態では、一体型ダイナミック空気分級器１は、上述したように、分級ホイール８と分級ホイールシャフト３５と分級器ケーシングとを有する。分級器ギャップ８ａは分級ホイール８と分級器ケーシング２１との間で画定され、シャフト貫通口３５ｂは分級ホイールシャフトと分級器ケーシング２１との間に形成される（この文脈で図２および３を参照）。特に、このような空気分級器７を備えるジェットミル１に基づいて（関連する実施例は例示的なものに過ぎず、限定するものではないことは理解される）、超微細粒子の生成のためのプロセスが一体型ダイナミック空気分級器を有するこのジェットミル１を用いて行われる。粉砕チャンバが粉砕段階前に蒸気の露点を超える温度に加熱されるという事実に加え、従来のジェットミルと比較した革新的部分は、分級器ギャップ８ａおよび／またはシャフト貫通口３５ｂの低エネルギーの圧縮ガスを用いたフラッシングにある。この設計の特色は、正確には、これらの圧縮された低エネルギーガスの使用と高エネルギーの過熱ガスとの組み合わせであり、これをもって、ミルは粉砕ジェットインレット、特に粉砕ノズルまたはここに存在する粉砕ノズルを通じて供給される。したがって、高エネルギー媒体と低エネルギー媒体とが同時に用いられる。

図４および５ならびに図２および３の両方に記載される実施形態では、分級器ケーシング２１は、管状のアウトレットノズル２０を受け、これは分級ホイール８と軸方向に同じく配置され、分級ホイール８のカバーディスク３３の直下のその上端に存在し、このカバーディスク３３は流出側にあるがそれには接続されていない。アウトレットチャンバ４１が管の形態でアウトレットノズル２０の下端において同じく軸方向に取り付けられている。アウトレットチャンバ４１は同様に管状であり、その直径はアウトレットノズル２０の直径よりも実質的に大きく、本願の実施例では、アウトレットノズル２０の直径の少なくとも２倍である。直径の実質的な急変が、アウトレットノズル２０とアウトレットチャンバ４１との間の移行において存在する。アウトレットノズル２０は、アウトレットチャンバ４１の上部カバー板４２に挿入されている。底部において、アウトレットチャンバ４１は取り外し可能なカバー４３により閉じられている。アウトレットノズル２０とアウトレットチャンバ４１とを有する組み立て体は、複数の支持アーム４４において保持されており、この支持アームは組み立て体の周囲にスター状に均一に配置されており、アウトレットノズル２０の領域で内側端部でしっかりと組み立て体に接続され、分級器ケーシング２１にその外側端で固定されている。

アウトレットノズル２０は円錐状のケーシング４５により包囲され、その下方のより大きな外径はアウトレットチャンバ４１の直径に少なくともほぼ対応し、その上方のより小さい外径は分級ホイール８の直径に対して少なくともほぼ対応する。支持アーム４４は環状のケーシング４５の円錐状の壁において終端し、この壁にしっかりと固定されており、これは一方でアウトレットノズル３０とアウトレットチャンバ４１との組み立て体の一部である。

支持アーム４４および環状ケーシング４５はフラッシング空気装置（図示せず）の一部であり、フラッシング空気は、分級器ケーシング２１の内側から分級ホイール８、より正確にはその下部カバーディスク３３とアウトレットノズル２０との間のギャップへの材料の流入を妨げる。このフラッシング空気を環状ケーシング４５に届かせ、そこからギャップが無いようにするため、支持アーム４４は管形状を有し、その外側端部は分級器ケーシング２１の壁を通り、取込フィルタ４６を介してフラッシング空気源（図示せず）に接続されている。環状のケーシング４５は有孔板４７により頂部で閉じられ、ギャップは軸方向で調整可能な環状のディスクにより有孔板４７と分級ホイール８の下部カバーディスク３３との間の領域において調整可能である。

アウトレットチャンバ４１からのアウトレットは、外側から分級器ケーシング２１に導かれ、アウトレットチャンバ４１に接線的に接続された、微粉吐出管４８により形成される。微粉吐出管４８は生成物アウトレット６の一部である。反射コーン４９はアウトレットチャンバ４１における微粉吐出管４８の入口のクラッディングとして機能する。

円錐状のケーシング終端部３８の下端において、分級空気エントリスパイラル５０と、粗粉吐出部５１がケーシング終端部３８と平面状の配置でつながっている。分級空気エントリスパイラル５０の回転方向は、分級ホイール８の回転方向と反対である。粗粉吐出部５１は、ケーシング終端部３８と取り外し可能につながっており、フランジ５２はケーシング終端部３８の下端とつながっており、フランジ５３は粗粉吐出部５１の上端とつながっており、２つのフランジ５２および５３は一方で、空気分級器７の動作に際して、既知の手段により互いに取り外し可能に接続される。

設計される散乱領域は、５４により示されている。きれいなフローのために内側端が切削された（面取された）フランジ、および、シンプルなライニングは５５により示されている。

最後に、交換可能な保護管５６も、アウトレットノズル２０の内壁における閉鎖部分として設けられており、対応する交換可能な保護管５７はアウトレットチャンバ４１の内壁に設けてもよい。

示された動作状態における空気分級器７の動作の開始の際に、分級空気が分級空気エントリスパイラル５０を介して圧力勾配の下で目的に従って選択される導入速度で空気分級器７に導入される。特にケーシング終端部３８の円錐性と組み合わせて、スパイラルにより分級空気を導入する結果として、分級空気は分級ホイール８の領域の上方にスパイラルに上昇する。同時に、異なる塊の固体粒子を含む「生成物」は、生成物供給ノズル３９を介して分級器ケーシング２１に導入される。この生成物のうち、粗粉、すなわち、より大きい塊の粒子成分は分級空気とは反対の方向に、粗粉吐出部５１の領域に動き、さらなる処理に送られる。微粉、すなわちより小さい塊を有する粒子成分は分級空気と混ざり、分級ホイール８を通って外側から内側へ放射状にアウトレットノズル２０へ、アウトレットチャンバ４１へ、そして最終的に微粉アウトレット管４８を介して微粉アウトレット５８へ、そこからフィルタへと送られ、そこで、空気などの流体の形態の媒体と微粉とが互いに分離される。分級器ケーシング２１に粗粉を残し、分級空気とともに吐出されるような粒径を有する微粉となるまで分級器ケーシング２１内に循環させるため、微粉のうちのより粗い成分は分級ホイール８から遠心力により放射状に除かれ、粗粉と混合される。

アウトレットノズル２０からアウトレットチャンバ４１までの断面積の急激な拡大のため、微粉／ガス混合物の流速の実質的な減少が生じる。したがって、この混合物は、非常に低い流速でアウトレットチャンバ４１を通じて微粉アウトレット管４８を介して微粉アウトレット５８に送られ、アウトレットチャンバ４１の壁に少量のすり減らされた材料のみが生成される。このため、保護管５７もまた非常に予防的な処置に過ぎない。良好な分離技術に関連する理由のための分級ホイール８の高い流速は、しかしまた、吐出ノズルまたはアウトレットノズル２０において勝り、保護管５６はしたがって保護管５７よりもより重要である。特に好ましくは、直径の急激な変化はアウトレットノズル２０からアウトレットチャンバ４１への移行において増加する。

空気分級器７は、一方で、記載のような分級器ケーシング２１の区画化および分級器構成要素と個々のケーシング部分とのつながりによって容易にメンテナンス可能であり、損傷した構成要素は比較的簡単に、短いメンテナンス時間で交換可能である。

２つのカバーディスク３２および３３とこれらの間に配置されたブレードリング５９とを有し、ブレード３４を有する分級ホイール８が、図４および２の概略図中に、平行表面を有する平行なカバーディスク３２および３３を備えた既知の通常の形状において記載されており、分級ホイール８が有利な他の開発された空気分級器７の他の実施例について図５および３に示されている。

図５および３に記載の分級ホイール８は、ブレード３４を有するブレードリング５９に加え、上部カバーディスク３２およびそれから軸方向に離間して流出側に位置する下部カバーディスク３３を備え、回転軸４０すなわち分級器７の長手方向軸の周りに回転可能である。分級ホイール８の直径は、回転軸４０すなわち分級器７の長手方向軸が垂直か水平かにかかわらず、回転軸４０すなわち分級器７の長手方向軸に垂直である。流出側の下部カバーディスク３３はアウトレットノズル２０を同軸状に囲んでいる。ブレード３４は２つのカバーディスク３３および３２に接続されている。２つのカバーディスク３３および３２はここでは従来技術と比べて円錐状であり、好ましくは、上部カバーディスク３２の流出側におけるカバーディスク３３からの距離は、ブレード３４のリング５９から内側、すなわち回転軸４０に向かって増大し、好ましくは連続的に、たとえば、線形または非線型に増加し、より好ましくはこれにより、これを通じてフローが生じるシリンダジャケットの領域はブレードアウトレットエッジおよびアウトレットノズル２０の間のすべての半径についてほぼ一定である。既知の方法における半径の減少によって減少する流出速度は、この方法において少なくともほぼ一定に維持される。

上述のおよび図５および３で説明した上部カバーディスク３２および下部カバーディスク３３の設計の変形例の他に、これらの２つのうちの一方のカバーディスク３２または３３のみについて、上述のように円錐状にし、他方のカバーディスク３２または３３について平坦とし、両方のカバーディスク３２および３３は図４に記載の実施例に関連する場合のようにすることも可能である。特に、平坦面を有しないカバーディスクの形状は、これを通してフローが生じるシリンダジャケットの領域がブレードアウトレットエッジとアウトレットノズル２０との間のすべての半径について少なくともほぼ一定に維持されるようなものであってよい。

特に好ましくは、粉砕ノズルの直径は２乃至１１ｍｍであり、ノズルタイプはラバルであり、ノズルの数は３乃至５個であり、ミル内圧は０．８乃至１．５バール（絶対圧）であり、粉砕媒体のエントリ圧力は１２乃至３００バール（絶対圧）であり、粉砕媒体のエントリ温度は１９０℃乃至６００℃であり、粉砕媒体の出口温度は１０５乃至２５０℃であり、分級器速度は１００乃至６０００分^−１であり、アウトレットポート直径（管の直径）は１００乃至５００ｍｍである。

基本化合物としての沈降シリカの他に、断熱材料はオパシファイア材料をさらに含んでいても良い。オパシファイア材料は、カーボンブラック、酸化鉄、鉄チタン酸化物、チタン酸化物、チタン二酸化物、ジルコニウムケイ酸塩、ジルコニウム酸化物、炭化ケイ素およびこれらの混合物から選択可能である。カーボンブラックが選択可能であり、これには、ランプブラック、ファーネスブラック、ガスブラックおよび／またはサーマルブラックが含まれる。カーボンブラックのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１０乃至４００ｍ^２／ｇ、より好ましくは２０乃至２００ｍ^２／ｇである。

特別な実施形態では、本発明にかかる断熱材料は、７０重量％のオパシファイア材料を含んでよい。好ましくは、断熱材料は、断熱材料に対して５乃至７０重量％のオパシファイア材料を含む。

本発明の別の実施形態では、断熱材料は、７０ｇ／ｌ以下の修正タップ密度を有する沈降シリカ以外の粒子絶縁フィルタを含む。粒子絶縁フィルタ材料は、バーミキュライト、パーライト、フライアッシュ、揮発シリカ、ヒュームドシリカ、沈降シリカおよびこれらの混合物から選択可能である。粒子絶縁フィルタ材料の量は、断熱材料に対して０乃至５０重量％である。

本発明の他の実施形態では、断熱材料はバインダ材料を含む。これは、たとえばポリビニルアルコールまたはポリウレタンのいずれかの有機バインダであってよく、たとえばケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、オルトリン酸アルミニウムおよびこれらの混合物から選択される無機バインダであってよい。バインダ材料の量は、断熱材料に対して０乃至７０重量％である。

好ましくは、本発明にかかる断熱材料は、平均温度３００Ｋにおける０．０５Ｗ／ｍＫ未満、より好ましくは０．００１乃至０．０２Ｗ／ｍＫの熱伝導性を、減圧下すなわち、０．０１乃至１００ミリバールで示す。

本発明のさらなる目的は、緩く充填された（loose filled）断熱材、シート、またはブロック、たとえば、管毎の（pipe-in-pipe）断熱たとえば廃棄管システム、炉のキャビティ、ダブルスキンライニング、アーチルーフ上の領域、開放継ぎ手および炉底部および炉床のレベリングのための、真空分離系としての当該断熱材料の使用である。

本発明の断熱材料に用いられる沈降シリカの物理／化学的データを以下の方法で調べた。

ＢＥＴ比表面積は、以下のＩＳＯ９２７７に従って決定した。ＢＥＴ手順に従って、シリカおよびケイ酸塩の特定のＮ２比表面積を求めた。個々に記載する方法によって、十分に定義された分圧での窒素の低温吸収により測定値を求めた。分析は、複数点測定として行われ、線形のグラフにおいて５点を調べる０．０５乃至０．２の分圧範囲（ｐ／ｐ０）で示した。

乾燥減量（ＬＯＤ）は以下のＩＳＯ７８７−２に従って求めた：栓を外した秤量びんを炉中、１０５℃で少なくとも１時間加熱した。デシケータ中で冷却し、栓を入れた後、（少なくとも）０．０１ｇに近い精度バランスまで秤量した。１０＋１ｇのサンプルを秤量びんの底に均一な層で拡げた。栓を再び入れ、充填した秤量びんを０．０１ｇの精度で秤量した（ｍ_ｓｐ）。秤量びんを注意深く開け、（取り外した）栓とともに炉内で１０５＋２℃で２時間加熱した。その後、秤量びんをゆっくりと栓で閉じ、デシケータ中で冷却させた。秤量びんを０．０１ｇの精度で秤量した（ｍ_ＬＯＤ）。試験結果は小数点以下１桁で求めた。０．１％未満の値は、「＜０．１」とした。
ＬＯＤ［重量％］＝（ｍ_ｓｐ−ｍ_ＬＯＤ）×１０／ｍ_ｓｐ。ｍ_ｓｐ＝オリジナルのサンプル重量［ｇ］、ｍ_ＬＯＤ＝乾燥減量後の残渣の重量［ｇ］。

強熱減量（ＬＯＩ）の決定：シリカのオリジナルサンプル材料１ｇを、秤量した白金るつぼ中で正確に秤量し、１０００℃で２時間加熱した。デシケータ中、Ｐ_２Ｏ_５の存在下で冷却後、るつぼを再び秤量した。強熱減量後の重量（ｍ_ＬＯＩ）を計算した。強熱減量（ＬＯＩ）は、以下の式で与えられる：ＬＯＩ［重量％］＝［（ｍ_ｓｐ−ｍ_ＬＯＩ）／ｍ_ｓｐ］×１００。ｍ_ｓｐ＝オリジナルのサンプル重量［ｇ］、ｍ_ＬＯＩ＝強熱減量後のサンプル重量［ｇ］。

修正タップ密度の決定
ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ７８７−１１の「従来の」タップ密度の決定でもって、シリカが既にたとえばパッキングの過程で予備的な圧縮が行われているという事実により、結果は妥当なものではない可能性がある。これを排除するため、本発明のシリカについて「修正タップ密度」を求めた。環状フィルタ（たとえば、タイプ５９８、Ｓｃｈｌｅｉｃｈｅｒ＆Ｓｃｈｕｌｌ）に合った陶器の吸込フィルタ（通常サイズ１１０、直径１２ｃｍ、高さ５．５ｃｍ）にシリカを上端から１ｃｍほどまでに緩く充填し、可塑性フィルム（Ｐａｒａｆｉｌｍ（登録商標））で覆った。可塑性フィルムの形状およびサイズは、陶器吸引フィルタユニットの端部でもってフラッシングがほとんどまたは完全に終わるように選択した。このユニットは吸込びんに取り付けられ、−０．７バールの減圧を５分間かけた。この操作の過程で、シリカは吸い込みの下、フィルムによって均一に圧縮された。その後、再び空気を注意深く入れ、フィルタユニットを強く傾けて陶器皿に得られたシリカプラックを取り出した。

わずかに予備的に粉砕された材料を、内部回収皿を有する遠心ミル（ＺＭ１、Ｒｅｔｓｃｈ、０．５ｍｍスクリーンインサート、速度設定１、サイクロン無し、内部漏斗挿入無し）により均一に（シリカ／空気エアロゾルのやり方で）再分散させた（シリカ（出発材料）を（一へらずつ）ゆっくりとミルの供給路に導入した。内部の生成物回収皿が決して満杯にならないようにした）。この操作の間、ミルの電力消費は３アンペアをこえないようにした。この操作は（たとえば、空気ジェットミルで粉砕されたシリカの）シリカ構造の定義された弛緩化（loosening）よりも従来的な粉砕とより異なるものであった。というのも、ここでのエネルギー入力はジェットミルを用いる場合よりも実質的に低いものだったからである。得られた材料５ｇを０．１ｇの精度で振とう容積計（Ｅｎｇｅｌｓｍａｎｎ製ＳＴＡＶ２００３）の２５０ｍｌ体積シリンダに量り出した。ＤＩＮ ＩＳＯ７８７−１１に基づく方法で、１２５０回振とうさせた後、シリカの最終的な体積を目盛りでｍｌの単位で読み取った。

シラノール基密度の決定：最初にシリカサンプルの含水率を「含水率または乾燥減量の決定」の項に従って決定した。その後、２乃至４ｇのサンプル（１ｍｇ精度）を圧力測定手段を取り付けた気密ガラス装置（滴下漏斗付きガラスフラスコ）に移した。この装置中で、サンプルを減圧下（＜１ｈＰａ）、１２０℃で１時間乾燥させた。その後、室温で、約４０ｍｌのＬｉＡｌＨ_４の脱気２％強度ジグリム溶液を滴下漏斗から滴下した。適切であれば、圧力上昇が見られなくなるまでさらに溶液を滴下した。ＬｉＡｌＨ_４がシリカのシラノール基と反応した水素発生の結果としての圧力上昇を、（測定前の装置の較正の結果として得られた体積とともに）圧力測定によって１ｈＰａ以下の精度まで求めた。圧力の上昇から、気体の一般式を用いた計算によって、シリカの含水率を考慮して、シリカのシラノール基濃度を得る作業が可能であった。溶媒の蒸気圧の影響を対応して修正する必要がある。シラノール基密度は以下のように計算した：
シラノール基密度＝シラノール基濃度／ＢＥＴ比表面積

シアーズ数の決定：
修正シアーズ数（以下ではシアーズ数Ｖ２）はフリーなシラノール基の数の測定であり、ｐＨ６乃至９の水酸化カリウム溶液でのシリカの滴定によって求めることができる。決定方法は、以下の化学反応に基づいた。ここで、≡ＳｉＯＨはシリカのシラノール基を示す。
≡ＳｉＯＨ ＋ ＮａＣｌ −＞ ≡ＳｉＯＮａ ＋ ＨＣｌ
ＨＣｌ ＋ ＫＯＨ −＞ ＫＣｌ ＋ Ｈ_２Ｏ

方法
水分レベルが５±１％の、微粉、球状または粒状のシリカ１０．００ｇを、ＩＫＡ（登録商標） Ｍ２０汎用ミル（５５０Ｗ、２００００ｒｐｍ）を用いて６０秒間均一に粉砕した。適切であれば、出発物質の含水率は乾燥棚における１０５℃での乾燥または均一な含水処理によって調整する必要があり、粉砕プロセスは繰り返した。得られた処理シリカ２．５０ｇを室温で２５０ｍｌ滴下容器に量り出し、メタノール（分析等級）６０．０ｍｌと混合した。試料を完全に濡らした後、脱イオン水４０．０ｍｌを加え、Ｕｌｔｒａ−Ｔｕｒｒａｘ Ｔ２５撹拌機（ＫＶ−１８Ｇ攪拌シャフト、直径１８ｍｍ）を用いて１８０００ｒｐｍの回転速度で３０秒間分散させた。脱イオン水１００ｍｌを、容器の端および攪拌機に付着した試料粒子のフラッシングに用いて懸濁させ、混合物の温度はサーモスタット付きの水浴中で２５℃に制御した。

ｐＨ測定装置（Ｋｎｉｃｋ製７６６ Ｃａｌｉｍａｔｉｃ ｐＨメータ（温度センサ付））およびｐＨ電極（Ｓｃｈｏｔｔ（登録商標）Ｎ７６８０コンビネーション電極）を、バッファ溶液（ｐＨ７．００および９．００）を用いて室温で較正した。ｐＨメータは２５℃での懸濁液の開始ｐＨ値の測定にまず用いた。次いで、結果に基づいて、水酸化カリウム溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）または塩酸溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を用いてｐＨ値を６．００に調整した。動的滴定法を以下のパラメタともに選択した：逐次滴下量Ｖｍｉｎ＝０．０５ｍｌ乃至Ｖｍａｘ＝１．０ｍｌ；滴下の間の待機時間ｔｍｉｎ＝２．０秒乃至ｔｍａｘ＝２０．０秒。ｐＨ６．００までのＫＯＨ溶液またはＨＣｌ溶液の消費量（ｍｌ）はＶ１’であった。塩化ナトリウム溶液２０．０ｍｌ（ＮａＣｌ（分析等級）２５０．０ｇを脱イオン水で１ｌとしたもの）をその後添加した。次いで、０．１ｍｏｌ／ｌのＫＯＨを用いてｐＨ９．００まで滴定した。ＫＯＨ溶液の消費量（ｍｌ）をＶ２’とした。体積Ｖ１’と体積Ｖ２’をまず、理論的な開始重量１ｇに標準化し、５倍して、単位ｍｌ／（５ｇ）のＶ１およびシアーズ数Ｖ２を得た。

ｐＨの決定：沈降シリカのｐＨを、５重量％の水性懸濁液として、室温でＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ７８７−９に基づく方法で求めた。上述の標準の詳細と比して、初期量を変えた（脱イオン水１００ｍｌにシリカ５．００ｇ）。

レーザ回折による粒径分布の決定：粒径分布をレーザ回折装置（堀場製作所、ＬＡ−９２０）でレーザ回折の原理に従って求めた。最初に、１５０ｍｌのガラスビーカ（直径６ｍｍ）において分散添加剤を加えずに、シリカサンプルを１００ｍｌの水に分散させて、１重量％の重量分のＳｉＯ_２を有する分散液を得た。この分散液を超音波プローブ（Ｈｉｅｌｓｈｃｅｒ博士、ＵＰ４００ｓ、Ｓｏｎｏｔｒｏｂｅ Ｈ７）を用いて、継続時間５分で強く（３００Ｗ、パルス無し）分散させた。この目的のため、超音波プローブは、その下端がガラスビーカの底面の上約１ｃｍで浸漬されるように取り付けた。分散操作の直後に、レーザ回折メータ（ＬＡ−９２０）を用いて、超音波をかけた分散液のサンプルの粒径分布を求めた。評価のため、堀場製作所製ＬＡ−９２０に添付の標準ソフトウェアを用いて、屈折率１．０９を選択した。全ての測定は室温で行った。粒径分布および粒径ｄ_５０やｄ_９０などの関連する計量値は装置によって自動的に計算されてグラフの形で表示された。操作マニュアルの記載に注意が必要である。

実施例１：
市販の沈降シリカＳｉｐｅｒｎａｔ（登録商標）１６０（Ｅｖｏｎｉｋ ＤｅｇｕｓｓａＧｍｂＨ製、物理化学的データは表１参照。）について、スチーム作動型の流動層カウンタジェットミルでの、加圧下の超微細粉砕を行った。粉砕システム（ミル）の詳細および用いた粉砕方法の詳細は上記の詳細な説明において示している。

過熱スチームを用いる実際の粉砕のための準備では、図２および３に記載の一体型ダイナミック空気分級器を有する図１に記載の流動層カウンタジェットミルを、２つの加熱開口またはノズル５ａ（そのうちの１つを図１に示す）を介してまず加熱し、これらは、ミルの出口温度が約１０５℃となるまで、１０バール、１６０℃の加熱圧縮空気を供給した。

微粉の分離のため、フィルタシステムはミルの下流と接続され（図１には示されていないが）、そのフィルタケーシングは下方１／３に、取り付けられた加熱コイルを介して、６バールの飽和スチームにより、同様に凝縮を防ぐために間接的に加熱する。ミルの領域、分離フィルタ並びにスチームおよび加熱圧縮空気の供給ラインの全ての装置表面は、特別な断熱を有している。

加熱温度に達した後、加熱圧縮ガスの加熱ノズルへの供給は停止され、３つの粉砕ノズルの、過熱スチームからなる粉砕媒体での供給が開始される。

分離フィルタに用いられるフィルタ手段を保護するため、そして、粉砕材料中の残留水分の定義されたレベルへの設定のために（表１参照）、水が開始段階および粉砕中において、ミルの粉砕チャンバに、圧縮ガスで動作される２流体ノズルを介して、ミルの出口温度に基づいて、導入される。粉砕の構成の詳細を、表２に示す。

生成物の供給は、上述の動作パラメタが一定のときに開始される。供給量は、分級器エンジンの電流に基づいて制御される。電流は、公称電流の約７０％を超えることができないように供給量を調整する。

ここで機能する導入手段（４）は、溜め容器から、気圧終点として機能する周期的ロックを用いて、加圧された粉砕チャンバへの供給材料を計量して供給する速度調整型バケットホイールである。

粗粉は膨張性スチームジェット気流（粉砕ガス）において粉砕される。減圧粉砕ガスとともに、生成物粒子は、ミル容器の中心において分級ホイールへと上昇する。設定された分級器速度および粉砕スチーム量に基づいて、その細度が十分な粒子が粉砕スチームとともに微粉出口へと至り、そこから下流の分離系へ通され、一方で、粗すぎる粒子は粉砕領域へと戻され、繰り返して粉砕される。分離された微粉の分離フィルタからそれに続くサイロ溜めへの吐出およびバギング動作は、バケットホイールロックによって行われる。

粉砕ノズルで得られる粉砕ガスの粉砕圧力および、粉砕ガスの得られる量は、ダイナミックパドルホイール分級器の速度とともに、粒径分布関数の細度および粒径の上限を決定する。

材料は表３のｄ_５０値およびｄ_９０値に定義される粒径まで粉砕される。

表１：Ｓｉｐｅｒｎａｔ（登録商標）１６０の物理化学的データ

表２：動作パラメタ

表３：沈降シリカの物理化学的データ（実施例１）

実施例２：
断熱材料１：実施例１の沈降シリカ９０重量部を、カーボンブラックＦ１０１（Ｅｖｏｎｉｌ Ｄｅｇｕｓｓａ製）１０重量部と混合した。断熱材料１の密度は１４６．２（ｋｇ／ｍ^２）である。

断熱材料２：実施例１の沈降シリカ８０重量部を、カーボンブラックＦ１０１（Ｅｖｏｎｉｌ Ｄｅｇｕｓｓａ製）２０重量部と混合した。断熱材料２の密度は１５８（ｋｇ／ｍ^２）である。

断熱材料３（比較例）：ヒュームドシリカＡｅｒｏｓｉｌ（登録商標）３００（Ｅｖｏｎｉｌ Ｄｅｇｕｓｓａ製）９０重量部を、カーボンブラックＦ１０１（Ｅｖｏｎｉｌ Ｄｅｇｕｓｓａ製）１０重量部と混合した。断熱材料３の密度は１２６（ｋｇ／ｍ^２）である。

図６は、外部圧１０４７ミリバールでの減圧下（ｐ_ガス＜１０^−３ｈＰａ）における、断熱材料１乃至３の温度（Ｋ）に対する熱伝導性（Ｗ／ｍＫ）を示す。沈降シリカを有する断熱材料１（黒四角）および２（白四角）の熱伝導性が、断熱材料３を有する断熱材料３（黒丸）により得られるものに比肩しうることが明らかである。沈降シリカの価格がより低いことを考慮すれば、本発明の断熱材料は、ヒュームドシリカに基づく断熱材料の代替となる。

１ ジェットミル、 ２ シリンダ状ケーシング、 ３ 粉砕チャンバ、 ４ 粉砕原料の供給路、 ５ 粉砕ジェットインレット、 ５ａ 加熱開口またはノズル、 ６ 生成物アウトレット、 ７ 空気分級器、 ８ 分級ホイール、 ９ インレット開口またはインレットノズル、 １０ 粉砕ジェット気流、 １１、１２ 熱源、 １３ 供給管、 １４ 断熱ジャケット、 １５ インレット、 １６ アウトレット、 １８ 溜めまたは生成手段

Claims (14)

1. ７０ｇ／ｌ以下の修正タップ密度を有する、ことを特徴とする沈降シリカを含む断熱材料。
2. 前記沈降シリカは、
   ａ）１５０乃至２０００ｎｍのｄ_５０値、
   ｂ）５００乃至７０００ｎｍのｄ_９０値、および
   ｃ）２．５乃至８ＯＨ／ｎｍ^２のシラノール基密度
   を有する、請求項１記載の断熱材料。
3. 前記沈降シリカのＢＥＴ比表面積は、１００乃至３５０ｍ^２／ｇである、請求項１または２記載の断熱材料。
4. 前記沈降シリカの乾燥減量は１．５乃至８重量％であり、および／または、前記沈降シリカの強熱減量は１．５乃至９重量％である、請求項１乃至３のいずれか１項記載の断熱材料。
5. 前記沈降シリカのｐＨ値は４乃至９である、請求項１乃至４のいずれか１項記載の断熱材料。
6. 前記断熱材料に対して３０乃至１００重量％の前記沈降シリカを含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱材料。
7. オパシファイア材料をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項記載の断熱材料。
8. 前記オパシファイア材料の量は、前記断熱材料に対して０乃至７０重量％である、請求項７記載の断熱材料。
9. 粒子絶縁フィルタ材料をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか１項記載の断熱材料。
10. 前記粒子絶縁フィルタ材料の量は、前記断熱材料に対して０乃至７０重量％である、請求項９記載の断熱材料。
11. バインダ材料をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の断熱材料。
12. 前記バインダ材料の量は、前記断熱材料に対して０乃至７０重量％である、請求項１１記載の断熱材料。
13. 平均温度３００Ｋにおける熱伝導性は、減圧下において０．０５Ｗ／ｍＫである、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の断熱材料。
14. 吹き込み断熱材、シートもしくはブロックとしての、または、真空断熱系における請求項１乃至１３のいずれか１項記載の断熱材料の使用。

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