極低温粉砕は、一般的に液体窒素を使用し、極低温で粉砕することで材料を小さくする特殊な技術です。
このプロセスは、低温で脆くなる材料に特に効果的で、発熱、応力の導入、化学反応など、従来の粉砕に関連する問題なしに粉砕しやすくなります。
低温粉砕は、製薬、材料科学、バイオテクノロジーなど、材料の完全性を維持することが重要な様々な産業で広く利用されています。
極低温粉砕のプロセスとは？7つのポイント
1.極低温粉砕の定義と違い
極低温粉砕:このプロセスでは、粉砕ボールと極低温液体（通常は液体窒素）で形成されたスラリー中で粉体を粉砕する。
粉体チャージは極低温液体と密接に接触するため、粉砕容器が外部から冷却されるプロセスとは異なります。
区別:極低温粉砕は、粉砕容器を外側から冷却する他の方法と区別することが重要である。
クライオミリング "という用語は、両方の方法に対して互換的に使用されていますが、その違いは、粉体が極低温液体に直接接触することにあります。
2.極低温粉砕のメカニズム
冷却と脆性破壊:主なメカニズムは、材料が脆くなる温度まで冷却することである。
これは多くの場合、材料のガラス転移温度（Tg）以下である。
この脆性により、高エネルギーを投入することなく、効率的なサイズダウンが可能になる。
弾性特性の低下:極低温では、材料の弾性特性が低下するため、粉砕が容易になります。
特に、室温で弾性のある材料は、塊状になりやすく、スクリーンを詰まらせる傾向があるため、これは有益である。
3.極低温粉砕の利点
エネルギー効率:低温では材料が脆くなるため、ミリングに必要な比エネルギーが減少し、より効率的なプロセスが可能になります。
熱損傷の防止:材料を冷却することで、従来の粉砕にありがちな熱損傷や好ましくない化学反応を防ぎます。
粒子凝集の低減:低温のため、粒子の凝集が抑制され、粒度分布がより均一になります。
4.低温粉砕の用途
医薬品:低温粉砕は薬剤の非晶質状態を調製するために使用され、室温で粉砕するよりも効率的である。
しかし、低温粉砕された医薬品は物理的安定性が低下する可能性がある。
材料科学:ピロキシカムやインドメタシンのようなガラス形成能の高い物質に適用し、その特性や挙動を研究する。
バイオテクノロジー:極低温粉砕は、DNA抽出、植物研究、およびサンプルの完全性を維持することが重要なその他の生物学的用途に使用されます。
5.極低温粉砕の種類
極低温粉砕:試料と粉砕室を-30℃以下に冷却し、試料を壊れにくくする。
低温により製品の弾力性が低下し、粉砕しやすくなる。
冷凍粉砕:凍結粉砕は、ソレノイドを使って粉砕メディアをバイアル内で往復させ、試料を分析適性まで粉砕します。
特に温度に敏感な試料の粉砕に有効です。
6.極低温粉砕の工程
冷却:液体窒素または他の極低温流体を使用して、まず材料を冷却します。
材料が脆くなるため、このステップは非常に重要です。
粉砕:冷却された材料は、次に機械的粉砕にかけられます。
使用する粉砕機の種類は、高速ローターミル、衝撃式ボールミル、遊星ボールミルなどさまざまです。
圧密:粉末冶金では、粉砕後に圧密工程が必要です。
この工程は、材料の最終的な微細構造と特性を決定する重要な工程である。
7.課題と考察
物理的安定性:極低温粉砕は、粉砕効率を高めることができる反面、医薬品など特定の材料の物理的安定性を低下させる可能性がある。
設備要件:このプロセスには、極低温に対応し、粉砕中の材料の完全性を維持できる特殊な装置が必要です。
エネルギー消費:極低温粉砕は従来の粉砕よりも効率的ですが、冷却と粉砕に多大なエネルギーを必要とします。
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