Aparato de dispersión y molido y procedimiento de dispersión o molido que utiliza el mismo.

Aparato de dispersión y molido que comprende: un recipiente (2,

15) que recibe elementos de molido y un material a tratar que contiene partículas sólidas en un líquido; dispositivos para agitar el material juntamente con elementos de molido en el recipiente para el molido y dispersión de las partículas sólidas en el líquido; caracterizado porque un generador de ultrasonidos (13, 22, 24) es dispuesto en el recipiente (2, 15), generando dicho generador de ultrasonidos (13, 22, 24) ondas de ultrasonidos en el líquido para ayudar al molido y la dispersión de las partículas sólidas en el líquido

Aparato de dispersión y molido y procedimiento de dispersión o molido que utiliza el mismo Sector de la invención La presente invención se refiere a un aparato y procedimiento para la dispersión y molido de partículas sólidas contenidas en un líquido para obtener partículas sólidas de tamaño de nanómetros mezcladas con el líquido.

Información de antecedentes Se han dado a conocer aparatos para el molido fino de partículas sólidas en un material a tratar (base de molido) mediante la utilización de elementos de molido (bolas) y dispersión o molido de las partículas en el líquido. Se han utilizado ampliamente como aparatos de este tipo, molinos de bolas (aparatos de dispersión en húmedo, molinos con elementos de molido, etc.) utilizando bolas del orden de un milímetro (mm) de tamaño como elemento de molido. En aparatos utilizados para una producción práctica, el material a tratar, que es típicamente una emulsión de partículas sólidas en un líquido, es agitado juntamente con las bolas, y las partículas sólidas son molidas por la acción de cizalladura de las bolas y son dispersadas en el líquido para obtener partículas finamente divididas en tamaños submicrónicos.

No obstante, con molinos de bolas que utilizan bolas con tamaño de milímetros, es difícil obtener nanopartículas extremadamente finas con un tamaño de partículas de como máximo 100 nanómetros, tal como se ha requerido en estos últimos años. La razón es que es difícil aplicar de manera uniforme fuerzas de cizalladura a nanopartículas. De acuerdo con ello, se han desarrollado recientemente, a escala de laboratorio, molinos de bolas que utilizan bolas de unas pocas decenas de m, para conseguir la aplicación más uniforme de fuerzas de cizalladura a nanopartículas, de manera que resulta posible llevar a cabo el molido y la dispersión para obtener, aproximadamente, un tamaño primario de partículas del orden de nanómetros en un laboratorio.

Por otra parte, se conocen aparatos ultrasónicos de dispersión que se utilizan para la dispersión en un líquido/sistema de líquido, por ejemplo, para la producción de una emulsión o para el molido y la dispersión de partículas sólidas en un sistema sólido/líquido. Mediante este procedimiento, es posible impartir una colisión más uniforme de las partículas entre sí, de manera que para una cierta concentración baja de partículas o en aplicaciones de laboratorio, es posible llevar a cabo el molido y la dispersión a un nivel en el que se obtiene prácticamente un tamaño de partículas primarias, del orden de nanómetros. En los aparatos de dispersión ultrasónica, la colisión de partículas entre sí puede ser ayudada por ondas de choque generadas durante la bajada de la cavitación, por lo que resulta posible llevar a cabo el molido y la dispersión.

El documento JP-A-2000-351916 describe un aparato para la dispersión de pigmentos aplicable a nivel de producción, que combina el molino de bolas antes mencionado, que utiliza bolas con tamaño de mm y radiación ultrasónica. De manera más específica, un molino con elemento de molido y un recipiente están conectados por una tubería y se hace circular por la misma una mezcla de un producto líquido y pigmentos sólidos que se desea dispersar de manera uniforme. La presión en el recipiente se reduce durante el tratamiento de dispersión, y se dispone un mecanismo generador de ultrasonidos en una parte del recipiente. No obstante, en el mecanismo generador de ultrasonidos utilizado en este aparato o procedimiento, se lleva a cabo la radiación de la mezcla con ondas de ultrasonidos con el objetivo de impedir la sedimentación de una dispersión que tiene el contenido dispersado con el molino dotado de elementos de molido y no para obtener nanopartículas molidas y dispersadas de manera uniforme.

Tal como se ha mencionado en lo anterior, con un molino de bolas que utiliza bolas muy finas con dimensiones de unas pocas decenas de m, resulta posible llevar a cabo el molido y la dispersión a un tamaño de partículas primarias de casi nanómetros en condiciones de laboratorio, pero existe el problema de que es difícil separar nanopartículas y bolas de unas pocas decenas de m dispersadas en un líquido, y este aparato no puede ser utilizado a nivel práctico de producción. Además, cuando se utilizan bolas con tamaño de mm, por ejemplo, bolas de 0, 5 mm (500

m) , se ha observado que, si bien es posible la separación de las bolas, es imposible llevar a cabo el molido y dispersión a tamaños de las partículas primarias que casi llegan a dimensiones de nanómetros.

Por otra parte, se ha dado a conocer un procedimiento en el que el molido y la dispersión a nivel de tamaño primario se pueden realizar solamente por radiación con ondas de ultrasonidos. No obstante, en este procedimiento, las condiciones para generar de modo suficiente la colisión de partículas entre sí son extremadamente estrechas y el rango en el que se puede ejercer la energía propagada por ondas es extremadamente estrecho, de manera que se puede tratar solamente una pequeña cantidad de material. De acuerdo con ello, desde el punto de vista de rendimiento, este procedimiento es difícilmente utilizado para una producción práctica.

Además, se ha dado a conocer un procedimiento que combina radiación con ondas de ultrasonidos y un molino de bolas, tal como se ha mencionado en el documento citado JP-A-2000-351916, pero la radiación con ondas de ultrasonidos es llevada a cabo en un depósito de gran capacidad a nivel de producción práctica, y el depósito no

contiene elementos de molido (bolas o gránulos) y, por lo tanto, la colisión de partículas entre sí por radiación con ondas de ultrasonidos es insuficiente para obtener partículas sólidas molidas de modo fino. Para moler partículas sólidas y dispersarlas en un líquido por el único efecto de radiación con ondas de ultrasonidos, no hay otra forma que hacer el depósito extremadamente reducido, y este procedimiento no puede ser utilizado para una producción práctica debido a su baja eficiencia.

Se han intentado, tal como se ha indicado anteriormente, diferentes procedimientos, pero existe todavía el problema de que en la aplicación con el objetivo del molido y la dispersión de nanopartículas, estos procedimientos no han alcanzado el nivel de producción práctica utilizando bolas de tamaños de mm.

El documento JP 2000 351916A da a conocer un aparato de dispersión y molido que comprende un recipiente que recibe elementos de molido y un material a tratar que contiene partículas sólidas en un líquido, dispositivos para agitar el material junto con los elementos de molido en el recipiente, para moler y dispersar las partículas sólidas en el líquido, así como un generador de ultrasonidos que impide la sedimentación de la dispersión.

El documento WO 2004/055250A da a conocer un aparato de dispersión y molido que comprende un mezclador que tiene un depósito que recibe elementos de molido y material a tratar que contenga partículas sólidas en un líquido.

Resumen de la invención Un objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un aparato y un procedimiento para la dispersión y el molido de un material que contiene un líquido y partículas sólidas, para obtener partículas molidas de modo fino con dimensiones de nanómetros.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un aparato y un procedimiento para dispersar y moler un material que contiene un líquido y partículas sólidas para obtener partículas molidas de tipo fino con dimensiones de nanómetros y que puede ser utilizado de manera económica a escala comercial, y que supera los problemas antes mencionados de los aparatos y procedimientos conocidos.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un aparato y un procedimiento para la dispersión y molido de un material que contiene un líquido y partículas sólidas para obtener partículas finamente molidas con dimensiones de nanómetros y que utiliza ondas de choque generadas por ondas de ultrasonidos para acelerar el movimiento de los elementos de molido a efectos de mejorar la eficiencia de la dispersión y el molido.

Estos objetivos se consiguen con el aparato, según la reivindicación 1, y el procedimiento, según la reivindicación 12.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, un aparato de dispersión o molido se caracteriza porque un material a tratar, que contiene un líquido y partículas sólidas mezcladas con el mismo, es agitado... [Seguir leyendo]

1. Aparato de dispersión y molido que comprende: un recipiente (2, 15) que recibe elementos de molido y un material a tratar que contiene partículas sólidas en un líquido; dispositivos para agitar el material juntamente con elementos de molido en el recipiente para el molido y dispersión de las partículas sólidas en el líquido; caracterizado porque un generador de ultrasonidos (13, 22, 24) es dispuesto en el recipiente (2, 15) , generando dicho generador de ultrasonidos (13, 22, 24) ondas de ultrasonidos en el líquido para ayudar al molido y la dispersión de las partículas sólidas en el líquido.

2. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 1, en el que el recipiente (2) tiene una pared saliente (12) que sobresale hacia afuera del recipiente, y que define un espacio que se abre al interior del recipiente, estando dispuesto el generador de ultrasonidos (13) en el espacio definido por la parte de pared saliente.

3. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 1, en el que el recipiente (15) tiene una parte de pared rebajada que se abre al interior del recipiente, estando dispuesto el generador de ultrasonidos (22) en el espacio

(21) definido por la parte de pared rebajada.

4. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 1, en el que el recipiente (2) tiene un estator tubular (8) dispuesto en el mismo, teniendo el estator una abertura de entrada en un extremo y una abertura de descarga en el otro extremo, y en el que los medios de agitación comprenden un rotor tubular accionado en rotación (4) dispuesto en el recipiente (2) y que rodea el estator (8) , estando separado el rotor del recipiente y del estator, de manera que se forma una trayectoria de flujo para el material y elementos de molido entre el recipiente (2) y una superficie externa del rotor (4) y entre el estator (8) y la superficie interna del rotor (4) , de manera que la rotación del rotor afecta a la agitación del material junto con los elementos de molido y el avance del material a lo largo de la trayectoria de flujo hacia dentro de la abertura de entrada del estator.

5. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 4, en el que el generador de ultrasonidos (24) está dispuesto dentro del estator (8) .

6. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 4, en el que el dispositivo (9) separador de productos está dispuesto más arriba en el sentido de la corriente de la abertura de entrada del estator para separar los elementos de molido con respecto al material tratado para impedir la entrada de elementos de molido en la abertura de entrada.

7. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 4, en el que el recipiente (2) tiene una parte (12) de pared saliente que sobresale hacia fuera del recipiente y define un espacio que se abre a la trayectoria de flujo, estando dispuesto el generador de ultrasonidos (13) en el espacio definido por la parte de pared saliente.

8. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 1, en el que el generador de ultrasonidos (13, 22, 24) genera ondas de ultrasonidos que tienen una frecuencia aproximada de 15 KHz a 30 KHz y una amplitud aproximada de 5 m a 50 m.

9. Aparato de dispersión y molido, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el generador de ultrasonidos (30) está dispuesto en un depósito (29) de un mezclador (35) y en el que un molino de bolas (28) está conectado al mezclador (35) para recibir del mismo partículas sólidas fundidas dispersadas en el líquido y que, adicionalmente, efectúa el molido y dispersión de las partículas de sólido en el líquido.

10. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 9, en el que el depósito mezclador (29) tiene una abertura de salida (27) conectada a la abertura de suministro (26) del molino de bolas, y una abertura de entrada de flujo conectada a la abertura de descarga del molino de bolas.

11. Aparato de dispersión y molido, según la reivindicación 9, en el que el generador de ultrasonidos (30) genera ondas de ultrasonidos que tienen una frecuencia aproximada de 15 KHz a 30 KHz y una amplitud aproximada de 5

m a 50 m.

12. Procedimiento de dispersión y molido, que comprende las siguientes etapas:

agitar elementos de molido junto con un material a tratar que contiene partículas sólidas en un líquido para moler y dispersar las partículas sólidas en el líquido; y propagar ondas de ultrasonidos en el líquido para ayudar al molido de las partículas sólidas y en la dispersión de las partículas sólidas en el líquido. caracterizado porque las etapas de agitación y propagación son llevadas a cabo en el mismo recipiente (2, 15, 29) .

13. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que las etapas de agitación y propagación son llevadas a cabo simultáneamente en el material.

14. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que las etapas de agitación y propagación son llevadas a cabo de manera secuencial en el material.

15. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que las ondas de ultrasonidos tienen una 5 frecuencia aproximada de 15 KHz a 30 KHz y una amplitud aproximada de 5

m a 50 m.

16. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que las ondas de ultrasonidos tienen una frecuencia de 15 KHz a 20 KHz y una amplitud aproximada de 20 m a 50 m.

17. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que los elementos de molido comprenden bolas, o similares, que tienen dimensiones en un rango de 15

m a 1, 0 mm.

18. Procedimiento de dispersión y molido, según la reivindicación 12, en el que el tamaño promedio de partículas de las partículas sólidas molidas después de completar las etapas de agitación y de propagación, es, como máximo, de 15 100 nm.