(57)【要約】【課題】無機粒子に良好な表面処理を施すことができる有機修飾無機粒子の製造装置および有機修飾無機粒子の製造方法を提供すること。【解決手段】製造装置１００は、加熱および加圧された水を含む第１の液体Ｌ１が流下する第１の流路１０と、第１の流路１０の途中に合流し、有機化合物を含む第２の液体Ｌ２が流下する第２の流路２０と、第１の流路１０に前記第２の流路２０よりも下流側で合流し、分散媒と、該分散媒中に分散された無機粒子を含む第３の液体Ｌ３が流下する第３の流路３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱および加圧された水を含む第１の液体が流下する第１の流路と、
前記第１の流路の途中に合流し、有機化合物を含む第２の液体が流下する第２の流路と、
前記第１の流路に前記第２の流路よりも下流側で合流し、分散媒と、該分散媒中に分散された無機粒子を含む第３の液体が流下する第３の流路と、を備えることを特徴とする有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項２】
前記第３の流路に設けられ、前記第３の液体を加熱する加熱部を有する請求項１に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項３】
前記第３の流路は、前記第３の液体が貯留された貯留部と、該貯留部に貯留された前記第３の液体が流下し、前記第１の流路に合流する配管とを有し、
前記加熱部は、前記配管に設けられている請求項２に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記配管の外側に設けられた発熱部で構成され、前記配管を加熱することにより、加熱された前記配管内の前記第３の液体を加熱する請求項３に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項５】
前記加熱部によって加熱された前記第３の液体の温度は、１００〜３８０℃である請求項２または３に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項６】
前記第１の液体の、前記第２の液体と合流する際の温度は、１５０〜４００℃であり、
前記第２の液体の、前記第１の液体と合流する際の温度が、２０〜２００℃である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項７】
前記有機化合物は、脂肪酸である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項８】
前記無機粒子は、アルミナ、シリカおよび窒化ホウ素のいずれかである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項９】
前記第１の流路の、前記第３の流路が合流する合流部よりも下流側に設けられ、前記第１の液体、前記第２の液体および前記第３の液体の混合液を冷却する冷却部を有している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【請求項１０】
加熱および加圧された水を含む第１の液体と、有機化合物を含む第２の液体と、分散媒と該分散媒中に分散された無機粒子とを含む第３の液体と、を混合することにより前記無機粒子に表面処理を施して有機修飾無機粒子を製造する製造方法であって、
前記第１の液体に前記第２の液体を混合して第１の混合液を得る第１の工程と、
前記第１の混合液に前記第３の液体を混合して第２の混合液を得る第２の工程と、を有することを特徴とする有機修飾無機粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の工程の後に、前記第２の混合液を冷却する第３の工程を有し、
前記第３の工程は、前記第２の混合液を得た後、１０〜６０秒以内に行われる請求項１０に記載の有機修飾無機粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機修飾無機粒子の製造装置および有機修飾無機粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、タルク、酸化チタン等の無機粒子に表面処理を施す装置として、例えば、特許文献１に記載されているような製造装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された製造装置は、超臨界または亜臨界状態の高温高圧水と、水の存在下で表面に水酸基を有する無機粒子とを混合し、この混合液に、水酸基と化学結合する官能基を有する有機化合物を合流させ、有機化合物を無機粒子の水酸基と化学結合させて有機修飾無機粒子を製造する装置である。
【０００４】
また、特許文献１に記載された製造装置は、無機粒子と高温高圧水を合流させた時から所定時間が経過した後に、有機化合物を無機粒子と高温高圧水との混合液に連続的に流動させるものである。
【０００５】
しかしながら、無機粒子と高温高圧水とを合流させてから所定時間以上経過すると、無機粒子の表面に酸化膜等の変質層が形成されたり、無機粒子の結晶構造に変化が生じたりすることがある。さらに、無機粒子と高温高圧水との混合液に有機化合物を合流させると、無機粒子と有機化合物とが接触した部分から反応が始まって、無機粒子の表面に均一に有機化合物が接触することができない場合がある。
【０００６】
このように、特許文献１に記載された製造装置では、無機粒子の表面処理が必ずしも十分ではない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０３４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、無機粒子に良好な表面処理を施すことができる有機修飾無機粒子の製造装置および有機修飾無機粒子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記（１）〜（１１）の本発明により達成される。
（１）  加熱および加圧された水を含む第１の液体が流下する第１の流路と、
前記第１の流路の途中に合流し、有機化合物を含む第２の液体が流下する第２の流路と、
前記第１の流路に前記第２の流路よりも下流側で合流し、分散媒と、該分散媒中に分散された無機粒子を含む第３の液体が流下する第３の流路と、を備えることを特徴とする有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１０】
（２）  前記第３の流路に設けられ、前記第３の液体を加熱する加熱部を有する上記（１）に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１１】
（３）  前記第３の流路は、前記第３の液体が貯留された貯留部と、該貯留部に貯留された前記第３の液体が流下し、前記第１の流路に合流する配管とを有し、
前記加熱部は、前記配管に設けられている上記（２）に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１２】
（４）  前記加熱部は、前記配管の外側に設けられた発熱部で構成され、前記配管を加熱することにより、加熱された前記配管内の前記第３の液体を加熱する上記（３）に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１３】
（５）  前記加熱部によって加熱された前記第３の液体の温度は、１００〜３８０℃である上記（２）または（３）に記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１４】
（６）  前記第１の液体の、前記第２の液体と合流する際の温度は、１５０〜４００℃であり、
前記第２の液体の、前記第１の液体と合流する際の温度が、２０〜２００℃である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１５】
（７）  前記有機化合物は、脂肪酸である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１６】
（８）  前記無機粒子は、アルミナ、シリカおよび窒化ホウ素のいずれかである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１７】
（９）  前記第１の流路の、前記第３の流路が合流する合流部よりも下流側に設けられ、前記第１の液体、前記第２の液体および前記第３の液体の混合液を冷却する冷却部を有している上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の有機修飾無機粒子の製造装置。
【００１８】
（１０）  加熱および加圧された水を含む第１の液体と、有機化合物を含む第２の液体と、分散媒と該分散媒中に分散された無機粒子とを含む第３の液体と、を混合することにより前記無機粒子に表面処理を施して有機修飾無機粒子を製造する製造方法であって、
前記第１の液体に前記第２の液体を混合して第１の混合液を得る第１の工程と、
前記第１の混合液に前記第３の液体を混合して第２の混合液を得る第２の工程と、を有することを特徴とする有機修飾無機粒子の製造方法。
【００１９】
（１１）  前記第２の工程の後に、前記第２の混合液を冷却する第３の工程を有し、
前記第３の工程は、前記第２の混合液を得た後、１０〜６０秒以内に行われる上記（１０）に記載の有機修飾無機粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、第１の液体を加熱および加圧することにより、第２の液体が第１の液体に十分に溶解する状態とし、その状態で、第１の液体と第２の液体とを混合させる。これにより、第１の液体と第２の液体とが均一に混合された混合液を得ることができる。そして、この均一な混合液に、無機粒子を含む第３の液体を合流させることにより、無機粒子に接触する有機化合物の濃度を均一にすることができる。よって、無機粒子の表面に均一に有機化合物が接触し、良好な有機修飾無機粒子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の有機修飾無機粒子の製造装置（第１実施形態）を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す合流部の拡大断面図である。
【図３】図１に示すジョイントに各配管を接続した形態の一例を示す図である。
【図４】図１に示すジョイントに各配管を接続した形態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の有機修飾無機粒子の製造装置および有機修飾無機粒子の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の有機修飾無機粒子の製造装置（第１実施形態）を示す概略構成図である。図２は、図１に示す合流部の拡大断面図である。図３は、図１に示すジョイントに各配管を接続した形態の一例を示す図である。図４は、図１に示すジョイントに各配管を接続した形態の一例を示す図である。
【００２４】
なお、図１〜図４では、液体の流れを矢印で図示しており、その矢印が指している方向、すなわち、液体が流れていく方向を「上流」または「上流側」と言い、その反対側を「下流」または「下流側」と言う。
【００２５】
図１に示す有機修飾無機粒子の製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」と言う）は、本発明の有機修飾無機粒子の製造方法を実行するものであり、無機粒子に表面処理を施して、有機修飾無機粒子を製造する装置である。この製造装置１００は、第１の液体Ｌ１が流下する第１の流路１０を有する第１の液体供給ライン１と、第２の液体Ｌ２が流下する第２の流路２０を有する第２の液体供給ライン２と、第３の液体Ｌ３が流下する第３の流路３０を有する第３の液体供給ライン３と、を有している。
【００２６】
製造装置１００では、第１の流路１０が主流路となっており、第２の流路２０と第３の流路３０とが副流路となっている。また、製造装置１００では、第１の液体供給ライン１に、第２の液体供給ライン２と第３の液体供給ライン３とがそれぞれ異なる位置で接続されている。そして、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが混合されて混合液Ｍ１（第１の混合液）が生成され（第１の工程）、この混合液Ｍ１に第３の液体Ｌ３が混合されて混合液Ｍ２（第２の混合液）が生成されることにより無機粒子に表面処理が施される（第２の工程）。以下、製造装置１００の各部について説明する。
【００２７】
図１に示すように、第１の液体供給ライン１は、第１の液体Ｌ１が貯留された第１の液体貯留部１１と、配管１２と、ポンプ１３と、圧力計１４と、圧力計１５と、配管１２の途中にそれぞれ設けられた手動弁１７ａ、１７ｂとを有している。
【００２８】
第１の液体貯留部１１には、第１の液体Ｌ１が貯留されている。また、第１の液体貯留部１１は、貯留された第１の液体Ｌ１を排出する排出口１１１を有している。この排出口１１１には、配管１２が接続されている。
【００２９】
配管１２の内側は、第１の流路１０として機能する。また、配管１２の内径は、第１の液体の流量や粘性等の物性を考慮して決定される。
【００３０】
第１の液体Ｌ１は、水（好ましくは純水）であり、第１の液体貯留部１１に貯留されている状態では、常温か、または、必要に応じて、例えば５０℃以上１００℃以下に予備加熱されている。第１の液体Ｌ１は、ポンプ１３によって加圧され、後述する合流部１６において加熱され、合流部１６において高温高圧状態となる。
【００３１】
なお、高温高圧状態とは、常温常圧よりも高い状態のことを言う。本実施形態では、第１の液体Ｌ１は、合流部１６において、超臨界状態または亜臨界状態となった水、いわゆる超臨界水または亜臨界水であるのが好ましい。「超臨界状態」とは、物質固有の臨界点の温度および圧力を超えた状態のことを言う。また、「亜臨界状態」とは、温度および圧力が臨界点を超えてはいないが、その付近の状態のことを言う。
【００３２】
また、本実施形態では、第１の液体Ｌ１は、合流部１６において加熱されるが、合流部１６よりも下流側で、かつ、後述する冷却部１８よりも上流側において加熱部を設けて加熱してもよく、合流部１６よりも上流側に加熱部を設けて加熱してもよい。
【００３３】
また、配管１２は、第２の液体供給ライン２と第３の液体供給ライン３とがそれぞれ合流する合流部１６と、合流部１６よりも下流側に設けられた冷却部１８を有している。
【００３４】
さらに、図１には示していないが、合流部１６を電気ヒータ等の加熱部により加熱することで、第１の流路１０内を流れる第１の液体Ｌ１を適切な温度に加熱し、第２の液体Ｌ２および第３の液体Ｌ３との混合や反応に適した温度に制御することができる、すなわち、第１の液体Ｌ１を、本発明の加熱および加圧された水に制御することができる。
【００３５】
また、合流部１６の適切な位置に温度計を設け、配管内温度を測定することができる。また、冷却部１８よりもさらに下流側には、圧力調整装置や、混合液の回収装置、分離装置等の装置を設置することができる。
【００３６】
なお、合流部１６での第１の液体Ｌ１の温度は、１５０〜４００℃であるのが好ましく、１７０〜３８０℃であるのがより好ましい。また、合流部１６での第１の液体Ｌ１の温度は、２５〜２００℃であるのが好ましく、３０〜１９５℃であるのがより好ましい。このような温度で第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とを混合することにより、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが均一に混合された混合液Ｍ１を得ることができる。
【００３７】
また、合流部１６は、配管１２が多数回屈曲を繰り返して、全体として蛇行した形状をなしているか、または螺旋状の形状をしていることが好ましい。これにより、前記電気ヒータ等による加熱を行なう場合、加熱に十分な流通時間を得るためには配管長さを長くする必要があるが、長い配管を小さな体積内に収めることを可能とし、装置を小型化することができる。
【００３８】
そして、図１および図２に示すように、合流部１６の途中には、ジョイント６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈが設けられている。ジョイント６ａ〜６ｈは、上流側からこの順に配置されている。これらジョイント６ａ〜６ｈは、それぞれ、第２の液体供給ライン２と第３の液体供給ライン３とが接続可能になっている。ジョイントの数や位置は限定するものではなく、適切な数や位置に変更可能なものである。
【００３９】
冷却部１８は、圧力計１５よりも下流側に設けられている。この冷却部１８は、冷却水が貯留された冷却水貯留部５１の冷水に浸されており、冷却部１８を通過する混合液Ｍ２が冷却される。また、この冷却部１８は、合流部１６と同様に多数回屈曲を繰り返して全体として蛇行した形状をなしているか、または、螺旋状の形状をしていることが好ましい。これにより、冷却部１８を通過する混合液Ｍ２を小さな体積内で効率よく冷却することができる。
【００４０】
なお、合流部１６、冷却部１８は、水平な面内で蛇行していてもよく、垂直な面内で蛇行していてもよいが、特に、合流部１６は、螺旋状で上流側を上方（鉛直上方）、下流側を下方（鉛直下方）としているのが好ましい。さらに、合流部１６内で上方への折り返しが無い形状とするのが、特に好ましい。これは、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２に比重差がある場合や、第３の液体Ｌ３が無機粒子を含むスラリー液の場合には、重力の影響を受け、分離や沈降が発生する不具合を防ぐ効果がある。
【００４１】
配管１２の途中で、かつ、合流部１６の上流側には、ポンプ１３が設けられている。
このポンプ１３は、第１の液体貯留部１１に貯留されている第１の液体Ｌ１を下流側に送液するとともに、第１の液体Ｌ１を加圧するものである。なお、第１の液体Ｌ１が加圧された状態は、冷却部１８の下流側まで維持され、冷却部１８の下流側に設けられた圧力調整装置によって、常圧に戻される。
【００４２】
ポンプ１３としては、特に限定されず、例えば、ギアポンプ、ローラーポンプ、ピストンポンプ、ダイアフラムポンプ、遠心ポンプ、チューブポンプ、シリンジポンプ等が挙げられる。ポンプ１３の下流に設けられた圧力計１４としては、特に限定されず、例えば、ブルドン管圧力計やベローズ式圧力計、ダイアフラム式等の圧力センサや圧力伝送器等が挙げられる。また、液体や蒸気による圧力計の破損や腐食がある場合には、隔膜付き圧力計を用いることが好ましい。
【００４３】
合流部１６の下流側で、かつ、冷却部１８の上流側には、圧力計１５が設けられている。圧力計１５は、圧力計１４と同様の構成であり、合流部１６から流下して冷却部１８に流下する以前の液体（混合液Ｍ２）の圧力を計測するものである。これにより、合流部１６で第１の液体Ｌ１、第２の液体Ｌ２および第３の液体Ｌ３が正常に合流しているか否かを知ることができる。これは、圧力計１４と圧力計１５の圧力差を監視することで、合流部１６における配管１２の閉塞を推測することが可能となるためである。特に、各液体の混合により凝集物が発生する場合には、凝集物が配管１２内に付着することや、配管１２内で凝集物が沈降し堆積することで、配管１２内の有効流路面積が減少し、最終的には配管１２が閉塞するという問題がある。このような問題により有効流路面積が減少した場合、圧力計１４と圧力計１５の圧力差が大きくなるため、合流部１６で正常に合流しているかを判断することが可能となる。圧力計１５は、合流部１６の途中にも設置し、より細かく各位置の監視をすることも可能である。また、冷却部１８の下流側にも圧力計を設け、冷却部１８内の状態を監視することも可能である。
【００４４】
ポンプ１３の下流側でかつ合流部１６の上流側には、圧力計１４が設けられている。この圧力計１４は、配管１２内の圧力を計測するものである。これにより、ポンプ１３から送り出された第１の液体Ｌ１が合流部１６を流下する以前の第１の液体Ｌ１の圧力を知ることができる。よって、例えば、第１の液体Ｌ１の圧力が所望の範囲から外れていた場合、ポンプ１３の作動を調節するか、冷却部１８よりさらに下流に設置した圧力制御装置を調整することができる。合流部１６を加熱し、かつ配管１２内の液体は液相を保つように条件を設定する場合、配管１２内の圧力は飽和蒸気圧よりも大きな圧力に保つ必要がある。従って、配管１２内の圧力が飽和蒸気圧よりも低下する可能性がある場合、配管１２内の圧力を上げる方向へ装置を調整することで、所望の状態を保つことが可能となる。
【００４５】
手動弁１７ａは、第１の液体貯留部１１の下流側の直近に設けられている。この手動弁１７ａは、手動で開閉操作を行うことができ、「開」状態では、第１の液体貯留部１１から第１の液体Ｌ１を配管１２内に流下させることができる。
【００４６】
手動弁１７ｂは、好ましくは、手動弁１７ａと同様の構成となっている。手動弁１７ｂは、ポンプ１３と圧力計１４との間に設けられている。例えば、ポンプ１３で不具合が生じた場合、手動弁１７ａ、１７ｂを「閉」状態とすることにより、ポンプ１３での第１の液体Ｌ１の流れを停止させることができ、ポンプ１３のメンテナンスを行うことができる。
【００４７】
なお、混合液Ｍ２を生成する際には、これら手動弁１７ａ、１７ｂは、「開」状態となっている。
【００４８】
図１に示すように、第２の液体供給ライン２は、第２の液体Ｌ２が貯留された第２の液体貯留部２１と、配管２２と、ポンプ２３と、圧力計２４と、配管２２の途中に設けられた手動弁２７ａ、２７ｂとを有している。
【００４９】
第２の液体貯留部２１には、第２の液体Ｌ２が貯留されている。この第２の液体Ｌ２は、液状の添加剤または、溶媒と該溶媒中に溶解した添加剤である。この添加剤（有機化合物）としては、第３の液体Ｌ３中の無機粒子の表面に反応し、親水性を高めることで無機粒子の分散性を向上させるものや、逆に疎水性を高めることで無機粒子の凝集力を高める等の表面処理（表面修飾）を行い、表面修飾無機粒子を得ることを目的とした成分を用いることができる。
【００５０】
第２の液体Ｌ２としては、例えば、疎水性を高める場合には、カルボキシ基を含む脂肪酸が挙げられる。具体的には、短鎖脂肪酸としてギ酸や酢酸、プロピオン酸、酪酸、中鎖脂肪酸としてヘプタン酸やヘキサン酸、アジピン酸、長鎖脂肪酸としてオレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、ベヘン酸、エルカ酸等が挙げられる。その他、ジカルボン酸やアミノ酸を用いることもできる。
【００５１】
また、第２の液体貯留部２１は、貯留された第２の液体Ｌ２を排出する排出口２１１を有している。この排出口２１１には、配管２２が接続されている。
【００５２】
配管２２の内側は、第２の流路２０として機能する。また、配管２２は、ジョイント６ａ〜６ｈに選択的に接続することができる。
【００５３】
配管２２の途中で、かつ、配管２２ａに接続する以前の部分には、ポンプ２３が設けられている。このポンプ２３は、好ましくはポンプ１３と同様の構成であり、第２の液体貯留部２１に貯留されている第２の液体Ｌ２を下流側に送液するものである。
【００５４】
ポンプ２３の下流側で、かつ、手動弁２７ｂの上流側には、圧力計２４が設けられている。この圧力計２４は、好ましくは圧力計１４と同様の構成であり、配管２２内の圧力を計測するものである。
【００５５】
手動弁２７ａ、２７ｂは、好ましくは、手動弁１７ａ、１７ｂと同様の構成である。手動弁２７ａは、第２の液体貯留部２１の下流側で、かつ、ポンプ２３の上流側に設けられている。また、手動弁２７ｂは、配管２２ａの途中に設けられている。
【００５６】
なお、混合液Ｍ２を生成する際には、これら手動弁２７ａ、２７ｂは、「開」状態となっている。
【００５７】
図１に示すように、第３の液体供給ライン３は、第３の液体Ｌ３が貯留された第３の液体貯留部３１と、配管３２と、ポンプ３３と、圧力計３４と、温度計３５と、配管３２の途中に設けられた手動弁３７ａ、３７ｂとを有している。
【００５８】
第３の液体貯留部３１には、第３の液体Ｌ３が貯留されている。この第３の液体Ｌ３は、本実施形態では、分散媒としての溶媒（水系溶媒または非水系溶媒）中に無機粒子が分散された分散液である。この無機粒子としては、特に限定されないが、例えば、アルミナや酸化チタン等の金属酸化物や、シリカ、炭酸カルシウム、タルク、窒化ホウ素等の非金属酸化物が挙げられる。
【００５９】
特に、無機粒子がアルミナ、シリカおよび窒化ホウ素のいずれかであった場合、本発明の表面処理が施された無機粒子は、半導体封止材料等の成形材や、積層板や、注型用樹脂組成物等の充填材として極めて有用なものとなる。
【００６０】
また、第３の液体貯留部３１は、貯留された第３の液体Ｌ３を排出する排出口３１１を有している。この排出口３１１には、配管３２が接続されている。
【００６１】
配管３２の内側は、第３の流路３０として機能する。また、配管３２の下流側の端部は、合流部１６のジョイント６ａ〜６ｈに選択的に接続可能になっている。
【００６２】
また、図１に示すように、配管３２は、予備加熱部３２１を有している。この予備加熱部３２１は、合流部１６や冷却部１８と同様に、全体として蛇行した形状をなしているか、または螺旋状の形状をしている。これにより、後述する加熱部１９による加熱を行なう場合、加熱に十分な流通時間を得るためには配管長さを長くする必要があるが、長い配管を小さな体積内に収めることを可能とし、装置の小型化を図ることができる。
【００６３】
また、図１に示すように、予備加熱部３２１の外側には、加熱部１９が設けられている。この加熱部１９は、例えば、電気ヒーター等の発熱体で構成されている。加熱部１９は、発熱することにより、内側を通過する第３の液体Ｌ３を加熱する。
【００６４】
予備加熱部３２１の上流側には、ポンプ３３が設けられている。ポンプ３３は、ポンプ１３、２３と好ましくは同様の構成となっている。
【００６５】
ポンプ３３の下流側で、かつ、手動弁３７ｂの上流側には、圧力計３４が設けられている。この圧力計３４は、好ましくは圧力計１４、２４と同様の構成であり、配管３２内の圧力を計測するものである。
【００６６】
また、予備加熱部３２１の下流側には、温度計３５が設けられている。この温度計３５は、配管３２内の第３の液体Ｌ３の温度を計測するものである。これにより、合流前の第３の液体Ｌ３の温度に影響する加熱部１９の加熱状態を監視することができる。よって、加熱部１９の加熱状態を監視しつつ加熱部１９の加熱温度を調節することにより、第３の液体Ｌ３の温度を最適な温度に保つことができる。
【００６７】
手動弁３７ａ、３７ｂは、手動弁１７ａ、１７ｂおよび手動弁２７ａ、２７ｂと好ましくは同様の構成とされる。手動弁３７ａは、第３の液体貯留部３１の下流側の直近に設けられている。手動弁３７ｂは、圧力計３４と予備加熱部３２１との間に設けられている。混合液Ｍ２を生成する際には、これら手動弁３７ａ、３７ｂは、「開」状態となっている。
【００６８】
なお、手動弁１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ、３７ｂは、自動制御弁に置き替えることが可能である。この場合、図示しない制御部と電気的に接続されており、その作動が制御される。これにより、各流路内の液体の圧力や温度が所望の範囲から外れた時に自動で弁の開閉や開度を制御することができる。上記自動制御弁としては、電磁弁、電動弁、エアー駆動弁等を用いることができる。
【００６９】
このような製造装置１００では、合流部１６のジョイント６ｃが設けられている部分において、第１の液体Ｌ１に第２の液体Ｌ２が合流して混合液Ｍ１となる。この混合液Ｍ１がさらに合流部１６内を流下し、ジョイント６ｃよりも下流側のジョイント６ｄが設けられている部分で第３の液体Ｌ３と合流して混合液Ｍ２となる。この混合液Ｍ２は、さらに合流部１６から下流側に流下し、冷却部１８で冷却される。このように、製造装置１００では、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とを混合して混合液Ｍ１が得られ、混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３を混合して混合液Ｍ２が得られる。
【００７０】
ここで、液体同士の混合し易さの指標の一つとして「比誘電率」が挙げられる。この比誘電率とは、分子の誘電分極のし易さを表した値であり、比誘電率の値が近い液体同士を混合する場合、それらの親和性が高まり、均一に混合することができる。一方、比誘電率の値が大きく異なる液体同士を混合する場合、均一に混合するのは困難になる。この場合、混合する液体中に固形成分が分散されていた場合、この固形成分の分子結合により凝集し、いわゆる「だま」となることもある。
【００７１】
本実施形態では、第１の液体Ｌ１は、超臨界水等の加熱および加圧された水の状態であるため、第１の液体Ｌ１の比誘電率は、メタノール、エタノール等のアルコールやアセトン等のケトン類など、一般的な有機溶媒の常温常圧の値と近い領域となっている。このため、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２との親和性を高めることができる。その結果、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが均一に混合された混合液Ｍ１を得ることができる。
【００７２】
以上のようにして、均一に混合された混合液Ｍ１は、合流部１６内を流下していき、ジョイント６ｃよりも下流側のジョイント６ｄ内において第３の液体Ｌ３と合流する。この際、前述したように、混合液Ｍ１では、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが均一に混合された状態となっている。このため、混合液Ｍ１中の第２の液体Ｌ２の成分は、第３の液体Ｌ３中の無機粒子に、ムラなく接触して、第３の液体Ｌ３の無機粒子の表面との反応を均一に行うことができる。
【００７３】
このように、製造装置１００では、この均一に混合された混合液Ｍ１に、第３の液体Ｌ３を混合して混合液Ｍ２を生成する構成となっている。これにより、第３の液体Ｌ３中の無機粒子に接触する添加剤の濃度を均一にすることができる。よって、無機粒子の表面処理を均一に行うことができ、良好な有機修飾無機粒子を得ることができる。
【００７４】
さらに、前述したようにして生成された有機修飾無機粒子を含む樹脂材料は、熱伝導率が高く、かつ、流動性に優れる。特に、第２の液体Ｌ２をオレイン酸を含むものとし、第３の液体Ｌ３をアルミナを含むものとしたとき、得られる有機修飾無機粒子を含む樹脂材料において、その効果が顕著になる。
【００７５】
また、第３の液体Ｌ３は、好ましくは高温とすることができる。これは、超臨界水等の加熱および加圧された水を含む第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが混合された後、第３の液体Ｌ３が混合液Ｍ１よりも大幅に温度が低いと、第３の液体Ｌ３と合流した際、急峻に温度が低下し、混合液Ｍ１中の第２の液体Ｌ２が分離（析出）し、混合液Ｍ１が第３の液体Ｌ３中の無機粒子に均一に接触することが困難になるおそれがあるためである。
【００７６】
これらの問題を鑑みて、本発明では、前述したように、第３の液体Ｌ３が流下する配管３２に加熱部１９を設け、第３の液体Ｌ３を加熱することができる。これにより、混合液Ｍ１が第３の液体Ｌ３と合流する際、混合液Ｍ１の温度が急峻に低下するのを防止または抑制することができる。よって、第３の液体Ｌ３との合流により、混合液Ｍ１中の第２の液体Ｌ２が分離するのを防止することができる。
【００７７】
なお、第３の液体Ｌ３中の無機粒子の種類にもよるが、加熱部１９によって加熱された第３の液体Ｌ３は、混合液Ｍ１よりも温度が高い場合には、混合液Ｍ１との温度差が５０℃以下であり、混合液Ｍ１よりも温度が低い場合には、混合液Ｍ１との温度差が１００℃以下であるのが好ましい。また、第３の液体Ｌ３は、混合液Ｍ１よりも温度が高い場合には、混合液Ｍ１との温度差が１０℃以下であり、混合液Ｍ１よりも温度が低い場合には、混合液Ｍ１との温度差が５０℃以下であるのがより好ましい。これにより、上記効果が顕著になる。なお、第３の液体Ｌ３の温度は、混合液Ｍ１の流量と液体Ｌ３の流量によって適宜調節される。
【００７８】
加熱温度が低すぎると、混合液Ｍ１中の第２の液体Ｌ２が分離（析出）する可能性がある。一方、加熱温度が高すぎると、例えば、無機粒子がアルミナであった場合、ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）に変質する傾向を示す。
【００７９】
また、図１に示すように、加熱部１９は、配管３２のうち、第３の液体貯留部３１よりも、合流部１６側に偏在している。すなわち、加熱部１９は、合流部１６の直近に設けられている。これにより、配管３２のうち、加熱された第３の液体Ｌ３が合流部１６までに通過する部分の長さを短くすることができる。よって、加熱された第３の液体Ｌ３の温度が、合流部１６までに低下してしまうのを防止または抑制することができる。その結果、確実に混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とを均一に混合することができる。
【００８０】
このようにして、製造装置１００によれば、良好な混合液Ｍ２を得ることができる。この混合液Ｍ２は、高温の混合液Ｍ１と高温の第３の液体Ｌ３が混合されて得られるため、高温の状態となっている。この高温の混合液Ｍ２は、合流部１６からさらに流下して、図１に示す冷却部１８で冷却される（第３の工程）。
【００８１】
混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とが混合されてから冷却部１８にて冷却されるまでの時間は、特に限定されないが、速やかに冷却されるのが好ましく、例えば、６０秒以内であるのが好ましく、３０秒以内であるのがより好ましく、１５秒以内であるのがさらに好ましい。
【００８２】
冷却されるまでの時間が長いと、例えば、前述したように、第３の液体Ｌ３中に含まれる無機粒子がアルミナであった場合、高温の状態が比較的長くなると、ベーマイトに変質するおそれがある。このため、上記のように速やかに冷却することにより、アルミナがベーマイトに変質するのを防止することができる。
【００８３】
この冷却するまでの時間は、例えば、合流部１６を流下する混合液Ｍ２の流速や、合流部１６から冷却部１８までの配管１２の長さ等を適宜設定することにより調節することができる。
【００８４】
なお、混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とが混合されてから冷却部１８にて冷却されるまでの時間が、１０秒よりも短かった場合、反応時間が短すぎるため、表面処理が不十分になる可能性がある。
【００８５】
ところで、前述したように、ジョイント６ａ〜６ｈには、配管２２ａおよび配管３２がそれぞれ選択的に接続可能になっている。配管２２ａが配管３２よりも上流側に位置するように、ジョイントに接続しさえすれば、本発明の効果を奏することができるが、以下のようにして用いることもできる。
【００８６】
例えば、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが比較的均一に混合しにくい条件（流量、流速、組成等）の場合には、図３に示すような構成が有効である。
【００８７】
図３では、合流部１６の外周から電気ヒータにより加熱しているものとする。第２の液体が流下する配管２２ａは、ジョイント６ｃに接続されている。第１の液体Ｌ１は合流部１６内の第１の流路１０を流れながら加熱されることで、ジョイント６ｃまでに第２の液体Ｌ２との混合に適した温度になる。また、第３の液体Ｌ３が流下する配管３２は、ジョイント６ｆに接続されている。
【００８８】
このような構成によれば、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とを、混合に適した温度、かつ、できるだけ上流側で混合することができる。そして、その混合液Ｍ１は、合流部１６において、第３の液体Ｌ３が合流するまでにできるだけ長い距離を通過することとなり、下流に流れて行く最中に流れの乱れによる混合や、拡散による混合が進む。以上より、図３に示す構成は、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが比較的均一に混合しにくい条件の場合に有効である。
【００８９】
一方、図４に示す構成は、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とは比較的混合し易い条件ではあるが、混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とは比較的混合しにくい条件の場合に有効である。
【００９０】
図４では、合流部１６の外周から電気ヒータにより加熱しているものとする。第２の液体Ｌ２が流下する配管２２ａは、ジョイント６ａに接続されている。また、第３の液体Ｌ３が流下する配管３２は、ジョイント６ａの直近のジョイント６ｂに接続されている。
【００９１】
このように、図４の構成では、混合液Ｍ２ができるだけ上流側で生成される。よって、混合液Ｍ２となってからできるだけ長い距離を通過することとなる。その結果、混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とを、より確実に混合することができる。以上より、図４に示す構成は、混合液Ｍ１と第３の液体Ｌ３とが比較的混合しにくい条件の場合に有効である。
【００９２】
このように、本発明の好ましい形態によれば、第１の流路１０に第２の流路２０を接続するという簡単な構成で、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とを均一に混合することができる。よって、第１の液体供給ライン１の合流部１６よりも下流側に別途、撹拌装置を設けるのを省略することができる。さらに、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２とが均一に混合されることにより、第３の液体Ｌ３中の無機粒子に均一に表面処理を施すことができる。
【００９３】
以上、本発明の有機修飾無機粒子の製造装置および有機修飾無機粒子の製造方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、有機修飾無機粒子の製造装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【００９４】
なお、前記実施形態では、第１の液体は、超臨界水であるが、本発明ではこれに限定されず、例えば、亜臨界水や、それよりも低温低圧の、加熱および加圧された水であってもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１００      製造装置
１          第１の液体供給ライン
１０        第１の流路
１１        第１の体貯留部
１１１      排出口
１２        配管
１３        ポンプ
１４        圧力計
１５        圧力計
１６        合流部
１７ａ、１７ｂ  手動弁
１８        冷却部
１９        加熱部
２          第２の液体供給ライン
２０        第２の流路
２１        第２の液体貯留部
２１１      排出口
２２、２２ａ  配管
２３        ポンプ
２４        圧力計
２７ａ、２７ｂ  手動弁
３          第３の液体供給ライン
３０        第３の流路
３１        第３の液体貯留部
３１１      排出口
３２        配管
３２１      予備加熱部
３３        ポンプ
３４        圧力計
３５        温度計
３７ａ、３７ｂ  手動弁
５１        冷却水貯留部
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ  ジョイント
Ｌ１        第１の液体
Ｌ２        第２の液体
Ｌ３        第３の液体
Ｍ１        混合液（第１の液体）
Ｍ２        混合液（第２の液体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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