粉体の付着性が高まると、流動性は著しく低下します。その根本的なメカニズムは、粒子間力のバランスの崩れ、微細構造の再編成、そしてマクロ的な機械的応答の変化です。多分野にわたる研究データに基づくと、付着性が流動性に与える影響は以下のように要約できます。
I. 接着性の増加による破壊メカニズム
1. 粒子間力の不均衡
接着性の向上により、粒子間のファンデルワールス力、静電気力、液体ブリッジ力が増加し、安定した凝集体の形成につながります。
例えば、ナノジルコニア粉末の付着力が 30% 増加すると、安息角は 35° から 45° に上昇し、流動時間は 50% 増加します。
接着力が 1 mN/m 増加するごとに、圧縮率は 8–12% 増加します。
PVC-CPE システムでは、炭酸カルシウムの含有量が 5% 増加すると、粒子間多孔度が 20% 低下し、流動時間が 40% 増加します。
微細構造の固定効果
接着性が高くなると、粒子がネットワークまたは鎖状の構造を形成し、粒子の滑りが妨げられます。
例えば、酸化マグネシウム粉末の接着性を高めると、凝集力は 0.8 kPa から 1.5 kPa に増加し、流動関数 (FF) は 4.5 から 2.8 に低下します。
II. 接着力の向上による目に見える効果
III. ケーススタディ：典型的な材料における接着性と流動性
1. ナノジルコニアパウダー
粒子径が50 nm未満、比表面積が30 m²/g超、付着力が1.2 mN/m超の場合、流動指数（FI）は30未満です。0.5%の微粒子シリカを添加すると、付着力が40%減少し、FIは45に増加します。
2. 医薬品粉末（パラセタモール）
元々の接着性では安息角は 52° ですが、1% ステアリン酸マグネシウムを添加すると 38° に低下し、流動性が「非常に悪い」から「良い」に改善されます。
3. PVCドライブレンド
CaCO₃含有量が15%を超えると、粒子間空隙率は0.35を下回り、ホッパーアーチング確率は60%を超えます。
接着性の向上に対処するための産業戦略
1. 表面改質技術
機械研磨：ハニカムミルを使用して架橋ポリエチレン（XLPE）粉末の表面を研磨すると、表面粗さ（Ra）が 1.2 μm から 0.8 μm に減少し、接着力が 30% 低下します。
化学コーティング：酸化マグネシウム粉末をステアリン酸で処理すると、接触角が 30° から 110° に増加し、凝集力が 45% 減少します。
2. 添加剤制御
3. プロセスパラメータの最適化
2 段階造粒: 微細な接着剤粉末を 1 ～ 2 mm の顆粒に予備圧縮し、その後 3 ～ 5 mm の粒子に再造粒して、接触点を 80% 削減します。
段階乾燥：水分に敏感な粉末の場合、40℃ → 60℃ → 80℃の段階乾燥を実施します。水分含有量は3%から0.5%に低下し、接着力は70%低下します。
V. 接着性の監視と早期警告方法
1. オンライン検出技術
レーザー粒子サイズ・接着分析装置: 粒子サイズの分布と接着の変化をリアルタイムで監視し、流動補助剤の投与量を動的に調整します。
熱重量分析-FTIR（TG-FTIR）：接着性の向上が表面に吸着した不純物（例：PVC システム内の CPE 熱分解生成物）によるものかどうかを分析します。
2. 流動性警告インジケーター
臨界接着閾値: 接着力が 1.5 mN/m を超えるとアラームがトリガーされます (ナノパウダーの場合)。
動的嵩密度 (Dρb): Dρb < 1.6 g/cm³ の場合、流動性リスクがあると判断されます。
結論
付着性が高まると、粒子間の力のバランスと微細構造が変化し、粉体の流動性が大幅に低下します。産業界では、表面改質、添加剤の調整、プロセス最適化といった対策に加え、オンラインモニタリング技術を活用した動的付着性管理が不可欠です。