日本增幸社长增田幸也接受日本媒体"化学装置"专访,大谈超微粉碎机 SUPERMASSCOLLOIDER

 日期:2016年06月02日 点击次数:2073

 

在CNF之类的新型原材料开发中,正活跃的超微粒磨碎机“SUPER MASSCOLLOIDER”

现在,在新型原材料开发领域中有一个备受瞩目,那就是纤维素纳米纤维(CNF)。CNF是将木材纤维(纸浆)高度细微化成纳米等级的最先进的生物原材料,具备环保、重量轻、高强度的特性,首先被用于汽车、飞机的纳米复合材料部品,在电子设备、食品、医药、化妆品、卫生用品之类的领域的应用也备受期待。所开发的这种制造CNF的设备“SUPER MASSCOLLOIDER”,这个月为止已经出口到世界40个国家,并且得到了高度好评,增幸产业株式会社的增田幸也先生谈到了下届量产型的CNF制造设备开发的近况。

 

---编辑部---

用SUPER MASSCOLLOIDER处理的CNF原料(超微粉体、凝胶状)以及CNF成形品样品

---CNF作为最先进原材料的前景---

---最近,经常听到纤维素纳米纤维之类的新型原材料开发的新闻。这种CNF的制造,贵公司的“SUPER MASSCOLLOIDER”,当然不止在国内,在世界各国的原材料开发领域也经常被广泛应用。从很早就开始挑战制造CNF的设备,从取得实际业绩的经验开始,这种新型原材料CNF的发展前景、市场的开拓方面,请谈谈您的看法。

 

增田:说到CNF,这5年左右超微粒磨碎机所出口到的国家,半年前左右已经达到36个国家。这之后,也接收了相当多的订单,到目前为止应该有超过40个国家了。但是,这些几乎都是用来研究用的桌上型和小规模生产用的超微粒磨碎机“SUPER MASSCOLLOIDER”,每小时超过1吨的大型的实用机、生产机也并不多。

     原材料产业界,很多的企业都处于增长的状态,但生产量却是天壤之别。到目前为止相关连程度比较深的食品业,既有人提到“我们公司不需要这么大型的机械,每小时最大1吨的处理能力已经足够了”,同时在原材料产业中,针对即使是我们公司所拥有的最大的处理能力机型“MKB20-100J”(100马力),也有人提出“难道只有这些像玩具一样的机器吗?”、“难道不能配上3千马力或者5千马力的马达吗?”

     根据实际的生产规模,每小时达到最大1吨的处理能力的机器不摆上几十台,就无法赶上那样的生产量,这就是我们公司的现状。这也就意味着,在现在这样非常大规模的市场,达到这样的生产规模,机器是否能够跟得上,这是现在当下的“疑问”。

 

---CNF的市场,有人预测2030年规模会超过1万亿日元。用途可用在飞机或者汽车之类的新型原材料,高功能轮胎、各种的复合材料、食品、化妆品、尿布之类的卫生用品等各种各样的市场。国土的70%是森林,从某种意义上而言,日本也可以成为资源大国。这样一来,与这些相关连的CNF的制造方面,在量产技术上就显得很重要。针对最大的量产化技术问题,以及机械的大型化、效率化、性能之类的课题,请谈谈您的看法。

 

增田:如果想在处理能力上进行提高 ,根据我们现在的情况,最终也只有加大砥石的直径和提升转数这2种方法。这些也都是有限度的,需要进行高额的设备投资。到目前为止,从像这样的物理及机械上的想法进行设备开发,这样经过稍微改变,不仅仅是对砥石的直径进行加大,即使直径小也能够提高效率,提升转数也不会使砥石损坏,进而开发磨碎效率高的砥石,会按照这个方向进行摸索。

      接受了国家的“制造援助金认定”,用小型的CNF制造机试作高速旋转机,现在处于反复测试中。很幸运的是,和原来的机器相比,预期会达到5-10倍的能力。现在是桌上型的小型机,下个年度将作为生产机型,更容易进行实际验证试验,正考虑开发接近量产型、更加高一个级别的机器。

 

 

---在CNF量产化方面,对超微粒磨碎机的期待

---CNF因为是纳米等级,就机械性而言,物理上磨碎到纳米等级需要相当的的能量,而且在制造成本上,达到实用化所要走的路程也很严峻。但是,大学的研究室或各研究机关,正在利用例如,TEMPO催化剂氧化处理法或磷酸脂化法、水热机械化学处理、氧和湿式粉碎机共用方法等面向实用化的研究也正在开展中。在这些当中,平成26年3月的TOCLAS(株)所出具的“未利用来自生物的纳米纤维和FRP废料的复合材料、以及小批量生产系统的开发相关的实际验证试验”的报告书里,在“量产基础的实际验证”中出具了使用“SUPER MASSCOLLOIDER”的实验报告书。

   以我作为一个外行的判断,从这份报告书中,我认为“SUPER MASSCOLLOIDER”作为CNF的量产机,相当有发展前景,您是怎么看的?

 

增田:是的。木材的纤维素经过化学上的处理,物理上经过磨碎机之类进行纳米化,效率非常高。但是,经过化学处理的产品和经过物理处理的CNF,在功能上是否处于同一个级别,另外,通过使用化学物质,能够对环境不造成负担吗?这些也都是现在开始研究的课题。

     只用超微粒磨碎机制作 CNF,我专门针对这个进行研究开发。使用酵素进行纳米化,像这种都是很早以前的技术。

     “从机械厂的立场对CNF今后的预期”,关于这个,去年经济产业省的人员也过来询问过。那个时候,说实话觉得很不可思议,为何现在来询问这样的话题。30年以前就已进行很多研究,在国际学会上也已发表过,难道是时间过得太快了吗。

 

---“SUPER MASSCOLLOIDER”称为磨碎机的完成品

--- SUPER MASSCOLLOIDER的原理或构造、性能之类,能简单进行说明吗?

 

增田:在型录中也有,去年开发并得到好评的第四代“SUPER MASSCOLLOIDERⅣ”(照片2)的心脏部位的内部构造和砥石的照片,在原理上,基本与以前并无多大改变。在安全性和使用便利上都有很大进步。增加了符合CE标记、KCS标记、UL之类的世界基准的安全性,彻底追求使用便利和功能性,被外界评价为“磨碎机的完成形”。

      在构造上,磨碎部分是由上部的固定砥石和下部的旋转砥石(石臼)构成的。配合CNF之类的用途,大约有200个种类的砥石可供选择。砥石的沟槽的形状或材质之类可以选用最合适的型号。另外,轴承构造上,有润滑油注入式、油循环式、油喷雾式3种类型。还有,我们公司也供应多功能研磨机α系列,可以配备砂轮、切刀、粉碎、敲击锤、绞碎刀之类14种类的核心部件。

首先从上部投入的原料通过离心力被挤压到沟槽里,慢慢磨碎的同时会接近到出口的“扁平面”再进行最终的磨碎。这个扁平面的圆周部是这个机械最重要的部位。

通过对照片中央的间隔调整手柄来调整粒度。当然,也有由电脑进行控制的全自动调整装置。通过这个设定间隔,进行超微粉碎(磨碎)到希望的粒径。因为是连续式,从上部的供给口放入原料,被纳米化的CNF就会连续变成凝胶状并吐出。

 

 

---关于今后的SUPER MASSCOLLOIDER的技术开发,请说说您的看法

 

增田:我现在说的可能是多余的话,在去年早春时候,欧洲最大的废纸处理、回收企业研究所长,以他为首的多个人都已见过。那个时候对方这样说到: “不生产更大型的机器吗?我们会承担全部费用,希望能够买断,不卖给其他公司”。这终究还是处理量的问题。

说到面向大型化的步骤,就像刚才说过的,桌上型高效率化、高速旋转的磨碎机几乎已经完成,测试也在反复进行中。从结果来讲,如果顺利的话,性能会达到10倍左右,至少也能达到5倍。但是我们的目标是能力能提升到20-30倍,距离这个程度还相当远。但是,从原理原则上来讲,最终是用石臼来进行磨碎,能使面积、旋转速度达到均衡,是有个限度的。如果要说这个限度在哪里,只有一边更改砥石的大小、沟槽的形状、材质或供给方法,一边进行摸索寻求最合适的产品,这是需要相应的时间。

     但是,现在能够看到性能提升到5-10倍,在4月这个月开始,计划对高速实用型的小型生产机进行组装。从明年到后年,下一个步骤的计划,是使大型机级别达到高速、高效率化。    刚才说过的,现在我们公司最大的机械,每小时可以生产1吨左右的CNF。但是,原材料厂家客户的希望,最低也要每小时生产30-40吨。像这种情况,眼下正是面向高速、高效率设备,进行专心研究开发的时候。

 

---对大量生产的系统的挑战

---面向大量生产,或者把SUPER MASSCOLLOIDER几台并排组成一个系统,或者把中、细、微、超微粉碎串联起来并排成高效率粉碎机,我认为以“SUPER MASSCOLLOIDER”为核心的各种各样的生产形态也都是可考虑的。

 

增田:作为面向大量生产的探讨课题,确实这些生产系统的研究开发也从现场被提上了议程。所谓的纤维素进行机械性的纳米化,并不只是急速纳米变细,而是按照顺序,从粗粉碎、中粉碎、微粉碎这样的形式进行纳米化,螺栓颈是最终的超微粉碎的阶段。在前段的粗粉碎或中粉碎中,这机械的能力应该还未充分发挥。在第1段的粗粉碎时1台就可以,第2段时2台,在微粉碎需要3台这样,根据生产量就可以进行这样的组合。不管怎么样,在提升最终纳米化阶段的能力水平方面,都想竭尽全力。

     使照片4的超精密切削成为可能的超高速旋转精密粉碎机“MICRO MEISTER”之类的关连机,也是大量生产系统所不可缺的一部分。

 

--- 我认为SUPER MASSCOLLOIDER的心脏部是“石臼”砥石。以前,听到上代的社长说过“石臼就是技术的魂魄”,现在在这一领域的研究状况进展得如何?

 

增田:工业用砥石有“转速的限制”,超过一定的转速后就会导致破裂。这要如何使之不容易破裂,在这方面的技术开发还未结束。

 

---在制造石臼的技术方面,材质或沟槽的切法等方面,请在可能的范围内谈谈您的看法。

 

增田:是啊,就像刚才所说的一样,使长年积累的技术得到活用,现在约200种类的石臼可供选择。如何选择最适合的石臼,刚开始会以某种程度的经验,觉得“如果是这种应该可行”,然后会出现重复试运行的错误,直到找到最有效率的、可以粉碎的那种,这就是选择石臼的方法。为此,要完善测试场,提供给各行业的客户。

 最近,拿CNF或锂离子电池等的新型原材料进行测试的客户比较多,1天内都会测试好几次。

 

---“SUPER MASSCOLLOIDER”一年内会有多少台的订单呢?在记忆中,以前食品业相关比较多,而在新型原材料相关、CNF的利用状况方面的动向是怎么样呢?

 

增田:“SUPER MASSCOLLOIDER”,从大型的生产用,到研究用有很多种,平均每年约200台的订单。这种机械,以前开始在食品制造方面会用得比较多。多的时候占7成,少时也会占到6成。到目前为止,与食品相关的出货台数与以前相同,CNF之类的新型原材料领域快速增长,这个比率现在正不断上升。目前为止,我认为食品相关的有6成。在新的CNF之类的原材料领域的利用也急速变多。

 

---在很多的产业领域被期待的新型原材料CNF的魅力---

---CNF的研究开发,发展势头非常强劲,请谈谈关于对这个领域的热点话题的看法。

 

增田:在前些天的电视节目中播放的在轮胎方面的应用是相当有趣的,我对华丽的轮胎很感兴趣。

在汽车方面,对丰田的4轮驱动的轮胎罩中所含有30%CNF的产品做了介绍。虽然不是具有划时代意义的产品,但作为环保的产品,也是值得提倡的一个例子。

另外,像保鲜膜一样的CNF透明薄膜或不会漏液的墨水、除臭纸尿布这方面的利用,或者在有机显示屏之类的CNF利用的可能性也会不断扩大。

 

---造纸公司,在CNF的表面涂上高密度的金属离子、金属纳粒子,使纸尿布之类的卫生用品,能够利用CNF开发出高除臭效果的产品。在这个领域里,有新闻报道以后生产据点会回归到国内,将来将会是一个很有前景的市场。

   电视节目应该是在鸟取大学取材的,用“SUPER MASSCOLLOIDER”从蟹的甲壳中抽取甲壳质纳米纤维。

 

增田:是的。鸟取大学有使用“SUPER MASSCOLLOIDER”。从以前开始,就被用在手术时需要用的纱线或人工皮肤中。最近作为减肥食品的添加剂也是很有前景的。

    在雷曼事件之前,美国的某家造纸公司提出“要订购20台左右的SUPER MASSCOLLOIDER”。砥石之类的供应等也都在准备中,觉得订单马上就会到,结果受到雷曼事件的影响就中断了。这是一家纸板箱的造纸公司。纸板箱的表面涂上凝胶状的CNF,就能够使厚度减少3成,作为我们公司而言这是一个很大的期待,现在感到很遗憾。

    像我们一样的企业 ,只拥有食品行业的技术,要进入到此类的行业中还是有点困难。

终究还是要由该行业自身向前迈进。

另外一方面,在医药品行业,有“能帮我把一杯挖耳勺的原料进行超微粉碎吗?”这样的请求。于是我们希望“请提供最少要1公斤左右的原料”,然而这就是“单原料就值3亿日元”这样的行业。对方就说“如果能有仅一杯挖耳勺的量就能够测试的装置,多贵都要买”。

如何回应像这样两个极端的要求,是一个非常困难的课题。

 

---在最后,是关于国外的CNF的研究开发的动向。

 

增田:国外的动作还是很快的。总的来说,与日本相比,国外的CNF已走在前面。国外只要觉得好,就会立即开始研究,研究后觉得可行,就会立即转移到实际生产中去。这种速度与日本有点不同。听说很多企业会毫不犹豫地就进行相当大规模的投资。总之,动作是相当快。对我们公司的“SUPER MASSCOLLOIDER”的需求反应也很快。

 

---百忙之中能抽出这么长时间,实在很感谢。

 

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