【誤訳訂正書】
【提出日】平成20年6月4日(2008.6.4)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】化学反応を光学的に向上させるための方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応を生じさせる方法であって、
（ａ）反応槽内の少なくとも１つの化学反応物のかたまりを少なくとも１つの光抽出器に接触させる段階であって、前記光抽出器が、少なくとも１つの方向へ且つこの方向における前記かたまり及び前記反応槽の実質的に全体の長さに亘って延びている放出面を有しており、且つ前記化学反応を促進するための唯一の手段として前記少なくとも１つの化学反応物の励起電位へ光を調整することによって前記化学反応を光学的に促進するために前記方向における前記かたまり及び前記反応槽の前記長さに対応する前記光抽出器の長さに亘って光を放出できる、前記段階と、
（ｂ）前記反応槽の外側の位置で光を発生させ且つ前記化学反応物に関係する前記化学反応を促進できる少なくとも１つの光周波数の光を含む段階と、
（ｃ）前記光周波数の前記光を前記光抽出器へ送達するために、前記発生させた光を変更する段階と、
（ｄ）前記放出面に沿う光抽出域を備える段階であって、前記光抽出域の長さに沿う前記化学反応に必要な前記光周波数の前記光の予想照射量に前記光抽出域が整合されている、前記段階と
を備える、方法。
【請求項２】
前記光周波数の光によって促進される化学反応で前記反応槽内において２つの化学反応物が反応させられ、前記化学反応物のうちの少なくとも１つを前記放出面に沿って通過させることを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応槽から離隔している位置において前記光が段階（ｂ）で発生させられ、前記光を前記位置から前記反応槽へ少なくとも一部は光導波路を通して送る段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光導波路を通して前記光を送る前にこの光を集める段階を更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複数の前記光抽出器が前記反応槽内に配置され、前記光抽出器へ送達される前記光が夫々の光導波路によってこれらの光抽出器へ供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光抽出域の前記長さに沿って光が均一に抽出される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
化合物がグラフト化されることになっているポリマーが前記化学反応物であり、更に、前記光抽出器から放出される前記光周波数の光に前記ポリマーを曝してこのポリマーを活性化させ、この活性化されたポリマーに前記化合物を被覆する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
長鎖ポリマーの細分化が前記化学反応である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
化学反応を生じさせる反応器であって、
少なくとも１つの化学反応物のかたまりを収容する反応槽と、
この反応槽における少なくとも１つの光抽出器であって、少なくとも１つの方向へ且つこの方向における前記かたまり及び前記反応槽の実質的に全体の長さに亘って延びている放出面を有しており、且つ前記方向における前記かたまり及び前記反応槽の前記長さに対応する前記光抽出器の長さに亘って光を放出できる、前記光抽出器であり、前記化学反応物の前記かたまりが前記放出面と接触し、前記化学反応を促進するための唯一の手段として前記少なくとも１つの化学反応物の励起電位へ光を調整することによって前記化学反応を光学的に促進するための手段を前記少なくとも１つの光抽出器が提供する、前記少なくとも１つの光抽出器と、
光を発生させ且つ前記化学反応物に関係する前記化学反応を促進できる少なくとも１つの光周波数の光を含む、前記反応槽の外側の発光手段と、
前記光周波数の前記光を前記光抽出器へ送達するために、前記発生させた光を変更する、前記発光手段と前記光抽出器との間の変更手段と、
前記化学反応に必要な光照射量に厳密に整合されている光を出力する、前記光抽出器の前記長さに沿う光抽出域と
を備える反応器。
【請求項１０】
光抽出域を備えるコアと、このコアの屈折率よりも小さな屈折率を有するクラッドとを、前記光抽出器が備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項１１】
１．５よりも大きな屈折率を前記コアが有する、請求項１０に記載の反応器。
【請求項１２】
石英、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート及びポリスチレンからなる群から選択された材料から前記コアがなっている、請求項１０に記載の反応器。
【請求項１３】
珪素を主成分とするポリマー又は弗化炭素を主成分とするポリマーが前記クラッドである、請求項１０に記載の反応器。
【請求項１４】
平行なストリップからなる少なくとも１つの同一平面上の配列の形態である複数の前記抽光出器を前記反応器が備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項１５】
互いに平行な板の形態である複数の前記光抽出器を前記反応器が備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項１６】
前記光抽出器に沿って前記化学反応物を通過させる手段を更に備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項１７】
前記発光手段と前記光抽出器との間に少なくとも１つの光導波路を更に備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項１８】
前記発光手段と前記光導波路との間に少なくとも１つの集光器を更に備える、請求項１７に記載の反応器。
【請求項１９】
複数の前記光抽出器が前記反応槽内に備えられており、前記光抽出器の各々を前記発光手段に接続する夫々の光導波路を前記反応器が更に備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項２０】
前記光抽出器を形成している光導波路内における室として前記反応槽が形成されている、請求項９に記載の反応器。
【請求項２１】
前記反応槽が管状構造物から形成されており、この管状構造物の壁が、光導波路であって、この管状構造物の中空内へ光を抽出する光抽出域を有している、請求項２０に記載の反応器。
【請求項２２】
前記反応槽に複数の反応物を供給するマニホールドを更に備える、請求項９に記載の反応器。
【請求項２３】
前記変更手段が少なくとも１つのフィルタを含んでいる、請求項９に記載の反応器。
【請求項２４】
前記変更手段が少なくとも１つの二色ミラーを含んでいる、請求項９に記載の反応器。
【請求項２５】
ポリマー上への化合物のグラフト化が前記化学反応であり、前記ポリマーに前記反応槽中を通過させる手段と前記ポリマー上に前記化合物を被覆する手段とを前記反応器が備えており、それによって、前記光抽出器から放出される光に前記ポリマーを曝してこのポリマーを活性化させる、請求項９に記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学反応を促進または向上させる方法と、このような光促進または光向上された反応を達成するための反応器または装置とに、関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学反応を促進するための光の使用が長い間知られており、写真化学の分野では、例えば重合反応を促進するために化学線放射を利用することが知られている。また、化学分解或は化学交換反応もしくは化学置換反応を誘導するために、選択された周波数の光を用いることも知られている。
【０００３】
本出願の場合には、『促進』、『触媒活性化』及び『向上』のような用語は、化学反応を誘導、維持又は助長するために化学種の活性化を内包することを意図されている限り、等価であって、供給される光エネルギの光子によって反応が部分的に又は完全に開始されるかもしれないということ、光触媒又は別の方法によって反応が開始された後に光子がその反応を維持するということ、或は化学反応が進むことを可能にする幾つかの他の効果を光子が提供するということを意味すると、意図されている。
【０００４】
過去においては、新しい化合物への一つ以上の分子の再結合を可能にするためにはこのような分子における所定の化学結合の特定の『開放』を多くの化学反応が伴うと、認識されていた。しばしば、このような反応は、触媒基質、代表的には遷移金属又はこれらの酸化物および特に白金族の金属、上で反応を実行することによって助長される。これらの基質の仲介作用は、この基質が実際には反応に関与することなくその反応を可能にするための標的電子軌道の活性化を生じさせることであると思われている。このような触媒反応は、基質上の活性部位が『中毒』種に永久に結合されるかさもなければ影響されるという点で、不純物による中毒をしばしば受け易い。光学的に向上された化学反応は、軌道電子の中間活性化又は分子種の完全イオン化によって触媒された反応であるとみなすことができる。化学反応速度を向上させるための光放射は産業界では普及していないが、光学的に向上された触媒過程として多くの重合過程を分類することができる。それ故、化学反応の向上における光の使用はよく知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
化学反応の向上のための光の適用で遭遇する問題の１つは、もしその光源が所定の反応に非常に有益な波長を含んでいれば、この有益なことは、これらの波長の光が、軌道電子との相互作用、或は分子のイオン化、或は種々のホスト化合物もしくはポリマー主鎖に付加されている遊離基同士の間の化学結合の選択的破壊によって、反応物によって吸収されるためである、という事実による。このことがこのような光活性化型過程の使用を比較的薄い膜に制限し、このような光学的に活性化される化学反応或は光学的に向上される触媒反応をバルク中で実行することが今日まで不可能であった。
【０００６】
それ故、本発明の主要な目的は、化学反応を光学的に向上させる改善された方法を提供することである。
【０００７】
他の目的は、化学反応を向上させることができる反応器を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、従来の光化学反応システムの欠点と、特に、光触媒的に促進又は向上される反応を専ら反応物の薄膜内ではなくこの反応物のかたまり内で生じさせることができるように薄膜への応用への制限とを、克服することである。
【０００９】
この発明の更に他の目的は、先行技術の反応システム及び方法の欠点を克服することである。
【００１０】
１９９６年９月３０日に出願され『高効率複合放物面集光器及び光学繊維によって光を供給されるスポット照明器具』という名称の本発明者による共同出願中の米国特許出願第０８／７２４，０６９号中と『光導波路及び光学繊維からの制御された光抽出』という名称の本発明者による最近の米国特許第５，２２２，７９５号中とで開発された幾つかの原理が、化学反応の促進及び向上にかなり好都合に使用することができて、従来技術の欠点を克服することが、見出された。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
もっと詳細に述べると、本発明の方法は、
（ａ）反応槽内の少なくとも１つの化学反応物のかたまりを少なくとも１つの光抽出器に接触させる段階であって、前記光抽出器が、少なくとも１つの方向へ延びている放出面を有しており、且つ前記光抽出器の長さに亘って光を放出できる、前記段階と、
（ｂ）前記槽の外側の位置で光を発生させ且つ前記反応物との化学反応を促進できる少なくとも１つの光周波数の光を含む段階と、
（ｃ）前記光周波数の前記光を前記光抽出器へ送達するために、前記発生させた光を変更する段階とを備えている。
【００１２】
本発明の装置は、化学反応を生じさせる反応器であることができ、
少なくとも１つの化学反応物のかたまりを収容する槽と、
この槽における少なくとも１つの光抽出器であって、少なくとも１つの方向へ延びている放出面を有しており、且つ前記光抽出器の長さに亘って光を放出することができ、前記化学反応物のかたまりが前記面と接触している、前記少なくとも１つの光抽出器と、
光を発生させ且つ前記反応物との化学反応を促進できる少なくとも１つの光周波数の光を含む、前記槽の外側の手段と、
前記周波数の前記光を前記光抽出器へ送達するために、前記発生させた光を変更する、前記発生手段と前記光抽出器との間の手段とを備えている。
【００１３】
本発明によれば、反応物と共存でき且つそこから光がその長さに亘って抽出される光抽出器は、米国特許第５，２２２，７９５号に記述されている構成を有することができる。光抽出器同士の間隔は、光子束利用を最適化するために選択され、光抽出器の意匠及びそこから放出される光の周波数と上記間隔とは、反応物の吸収スペクトルに基づいて最適化される。
【００１４】
先行技術においては幾つかの光学的に活性化された反応、特に種々のポリマーのＵＶ支援重合が教示されたが、これらの光学的に支援された反応は、活性化放射によって且つ光資源の大きな損失を伴って容易に浸透できる比較的薄い層に制限されていた、ということが言及されるべきである。光資源の損失は、大きな面積の一定の光束を点光源から提供することが極端に困難であるという事実による。
【００１５】
さらに、活性化放射資源を反応物へ効率的に且つ制御された方法で送達することにおける困難さの故に、関係する特定分子の励起電位或は反応物の特定の化学結合に活性化放射又は光を調整することによって反応物の化学反応速度を光学的に制御する技術は、我々の知る限り実現されていなかった。さらに、反応種の選択的な励起を用いることは、これまで実行することが困難であったか又は従来技術にとっては全く到達できなかった反応を可能にし、本質的に、いかなる触媒基質も使用しない触媒反応用の手段を提供する。
【００１６】
本発明の好ましい実施例においては、米国特許第５，２２２，７９５号に記述されているような抽出繊維又は抽出光導波路が用いられるが、同程度に効率的ではなくても他の光抽出器の使用も可能であることは明白である。このような他の光抽出器は、Ｍｏｒｉ氏の米国特許第４，４６０，９４０号、第４，４７１，４１２号及び第４，８２２，１２３号および、Ｃｈｅｓｌａｋ氏の米国特許第４，７６５，７０１号に記述されている。
【００１７】
本発明の特徴によれば、発生された光の変更から生じる光周波数の光によって可能にされる化学反応中で２つの化学反応物が反応させられる時には、それらの反応物のうちの少なくとも１つ好ましくは両方が光放出面に沿って従って１つ又は複数の光抽出器に沿って通過させられる。光発生器及び光変更器からの光は、少なくとも一部は光導波路を通して光抽出器へ送達されてもよく、発生された光の変更は、光を光導波路に通す前に集光器によって集光する段階を含んでいてもよい。また、発生された光の変更は、光のスペクトル特性を変化させるか又は制御する狭帯域通過光学フィルタ、二色性フィルタ又は活性光学手段の使用を含むこともできる。通常、複数のこのような抽出器が槽内に配置されており、抽出器へ送達される光は夫々の光導波路によってこれらの抽出器へ供給される。
【００１８】
本発明によれば及び下記に詳細に記述されるように、抽出器は放出面を備えるコアを有することができ、これらの放出面はそのコアの限定された部分のみに亘る抽出域であることができる。コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドが、そのコアの非放出部を覆うことができる。クラッドは、コアからの光抽出を改善するように選択されており、化学反応物とコアとの間の化学障壁の役目を果たすこともできる。
【００１９】
１つの有利な構成においては、抽出器は、各々がストリップ形状であって少なくとも１つの同一平面上の配列になっているか、或いは互いに平行な複数の板の形態になっている。他の構成においては、光抽出器は管状であることができ、管状構造物内を流れる反応物に関係する反応を生じさせるために管の中空方向へ光が抽出される。
【００２０】
上記及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照する以下の説明からもっと容易に明白になる。
【００２１】
【実施例】
図１は、本発明の光化学反応器で使用し得る代表的な照明システム１０のブロック図を示している。照明システム１０は、反応器内で使用される光源１１と、光調整システム１２と、光伝達手段１３と、光抽出器１４とを含んでいる。
【００２２】
光源１１は、所望の反応において有効である波長を有するように選択されており、例えば、２つの化合物が反応することを所望されているが、この反応が進行するためには、幾つかの現存する結合が破壊即ち開放される必要があるか、又は結合に関与している特定の電子が活性化される必要があれば、このような結合又は電子のための活性化エネルギは入射光の波長に対応するエネルギである。幾つかの場合には、広スペクトル光源を（特に重合反応において）利用することができ、他の場合には、非常に狭いスペクトル分布が（例えば他の種を活性化又はイオン化することなく、ある分子の活性種又はイオン化状態を得ることが所望されている時に）所望されるかもしれない。
【００２３】
光源は、前者の場合には高輝度放電光源であることができ、後者の場合には適切な波長で放射するレーザであることができる。白色光源（広スペクトル）から狭スペクトル分布を得るために、回折格子又は種々のプリズムのようなフィルタ又は分散手段も使用できることが、明白である。後者の素子は、光調整ユニット１２の一部或は特定の応用に依存する光源自体であることができる。
【００２４】
光はその後に調整されて光学繊維の束又はその他の光伝達手段に向けられる。光の調整は、光源と光伝達システムとの間にフィルタ又は二色ミラーを挿入することを伴うことができる。この光調整システムは、もっと小さな断面の光伝達システムを使用できるように、光束の断面を減少させるための集光器を含むこともできる。この集光器は、適切なレンズか或は上記に引用された開示の教示による複合放物面集光器かのいずれかであることができる。光調整機能の一部は、例えば（特に点光源のために）適切な反射器を含むことによって光源素子中で達成することができる。
【００２５】
光伝達システム１３は、任意であり、光源と光化学反応器との間に距離がある場合に使用される。幾つかの実施例においては、調整後の光は光抽出器１４に直接に結合することができる。
【００２６】
代表的な照明システム１０が図２に示されている。理解できるように、１つ以上の光源１８及び１９が、後に種々の照明器具つまり光抽出器１５、１６及び１７に光を供給する光学繊維の束２０に結合されている。
【００２７】
光抽出器即ち照明器具と本明細書中で呼ばれているものは、米国特許第５，２２２，９７５号及び他の係属中の特許出願中の教示に従って作られている。光抽出器は、中実管状形態１７に、ストリップ１５として、或はその長さに沿って均一に発光する全面板つまり１６のような平面照明器具として作ることができる。このような照明器具は、（例えば抽出器が管状である場合には）比較的狭い放出角度で発光し、或は図５に記述されているように照明器具を形成している光導波路の一方側のみからランバート分布で発光し、或は光導波路が平らで光抽出域がこの光導波路内で単にエッチングされている場合には光が光導波路面の両側で放出されるように、製造することができる。幾つかの珍しい応用においては、以下にもっと詳細に記述されるように照明器具中空を有してこの中空内へ光を放出することが望ましいかもしれず、このような光抽出器はその中空内で材料の流れを光学的に処理する時に使用することができる。
【００２８】
光抽出器は、一般に、３つの主要な素子即ちコア、少なくとも１つの光抽出域及びクラッドを備えている。代表的なコア材料は約１．５よりも高い屈折率を有しており、このような材料の例は石英、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートポリマー、ポリスチレン及び他の光学的に透明な材料である。非常に珍しい応用の場合には、薄い平面シースとして入手できるサファイアのような単結晶シートを用いることさえできる。光抽出器のコア材料は、関心のあるスペクトル範囲で低い光伝達損失を有していることが好ましい。
【００２９】
多くの応用例の場合には、光抽出器のコアを覆うクラッドがある。このようなクラッドは、照明器具のコアの屈折率よりも小さい屈折率を有している。クラッド材料はしばしば珪素を主成分とするポリマー或はときどき弗化炭素を主成分とするポリマーであり、石英及びＰＭＭＡの場合の１．５並びにポリカーボネート及びポリスチレンの場合の約１．６という代表的な屈折率に対して、上記のポリマーは一般に約１．４という屈折率を有している。幾つかの応用ではクラッドなしの光抽出器が使用されてもよい。光抽出器又は反応物及びこれらの反応生成物と接触する光抽出器の少なくとも一部は、一般にこれらが作動する環境に耐えられる材料で作られている。従ってクラッドなしの光抽出器の場合には石英が良好なコア材料であると分かり、クラッドが使用される場合には、（デュポン社からの）Ｖｉｔｏｎ又はＴＨＶ（３Ｍ社からのＴＥＥ／ＨＰＦ／ＶＤＦ三元共重合体）を含む種々の形態のフルオロポリマーを使用することができる。
【００３０】
格納装置２１内には夫々の光源１８、１９を備えることができ、これらの光源は光収集器２２を照明することができ、これら光収集器は光導波路すなわち光学繊維の入力端２３中へ入る集光器であることができ、これらの光学繊維は光伝達束を形成しており、この光伝達束から光学繊維２４、２５、２６が夫々の照明器具へ分岐されている。
【００３１】
光学的に向上される触媒反応を達成することのできる代表的な連続光化学反応器３０が図３に示されている。容器３１内に、複数の平面照明器具３２が、隣接照明器具間に自由空間を有して配置されている。図４及び５は、照明器具の断面を示している。この描写では、照明器具は単一方向であり、光学繊維が上部で各照明器具に光を供給している。一般に、反応物は、（下向きの矢印に続いている）マニホールド３３を経て２つの照明器具間へ導入され、照明器具の反対側を上方へ戻り、マニホールド３４を経て回収される。供給マニホールドは、反応器の上流或は反応器内で反応物を混合するために、複数の反応物マニホールドを備えることができる。
【００３２】
この実施例では、光抽出器３２は、光コネクタ３５として配置されている光学繊維の束の助けによって適切な光源から光を供給される。光抽出板は単一方向又は双方向であることができる。図５に記述されている前者の場合には、例えば、米国特許第５，２２２，７９５号の教示に従って、或は光導波路の長さに沿ってこのような光導波路から光を抽出する他の適切な方法によって、光抽出ストリップつまり光抽出域３６が設計されている。光抽出域は光導波路コア上に直接に付けられており、その後にクラッドが付けられている。光抽出器の裏側は、クラッドの外面に付けられている背面白色ランバート反射器を有している。
【００３３】
双方向性の光抽出器が所望されれば、クラッディング前における光抽出器のコアのエッチング又は摩耗が抽出域３６として用いられ、従って光は光抽出器の両面から抽出される。２つの単一方向光抽出板を背中合わせに用いて、１つの波長の光を上流面に供給し、別の波長又は１組の別の波長群の光を下流光抽出器に供給できることは、自明である。
【００３４】
作動中は、反応器３０に供給マニホールド３３を通して適切な反応物が供給され、光抽出素子３２から放出される光による電磁励起の影響下で、この反応物から所望生成物を生成するためにこの反応物が化合する。本質的に、励起放射は、反応分子内の特定の軌道又は遊離結合に選択的に作用して、光学的に誘発された触媒反応を提供する。この反応の生成物は、マニホールド３４を通して直ちに集められて、（未反応反応物からの生成物の分離のような）追加過程或いは本発明の追加の光化学反応器内でのカスケード様式の追加反応を含むことができる次の処理段階を受ける。
【００３５】
本発明の利点の１つは、活性化放射の制御された付与と広い表面上へその放射を送達する能力とである。一般に、光学的に活性化される反応に関係する反応物は関心のスペクトル範囲に強力な吸収を有する（それ以外の範囲では、電磁放射と反応物との間の相互作用は最小である）ので、このような吸収に関係する指数関数的減衰のために点光源からバルク材料へ光学活性を付与することが困難である。しかし本発明では、このような指数関数的減衰の大部分を回避しつつ光が反応物内に十分に分配されるように光スクリーンを配置することができる。さらに、米国特許第５，２２２，７９５号に記述されている光抽出技術を用いれば、光抽出器に沿う光の抽出率を制御し、反応種の経路に沿う予想照射量要求に整合させて、光学活性過程の使用効率をさらに増加させることができる。
【００３６】
カスケード反応が所望されており、例えば、最初の組の反応物が１点（図３中におけるように、反応器３０の上部）で導入され、別の組の反応物が過程中で後に、例えば循環の上流部分へ戻る前に反応器の底で導入される、図３中に記述されているような光学反応器を考えることもできる。さらに上述のように、二重の照明器具は、２部分のカスケード反応器へ異なるスペクトル成分の活性化放射を提供することができる。
【００３７】
図５中に繊維束が３６で示されており、この束の繊維は光源３７及び複合放物面集光器３８から適切な周波数の光を受け取り、白色反射背面３１′を背景にして配置されている光抽出ストリップ３６へ繊維束３６の繊維３９が延びている。
【００３８】
図３〜５中では反応器が平面光源を有しているが、流動反応物（液体又は気体）が管の中空を貫通し、光が一点で入射され上記のような光抽出手段の助けで反応域に沿って抽出される光学材料から管自身が作られている、管状構造物が明白である。このような反応器の例が図６に示されている。具体的に述べると、カスケード光反応器４０は、光学的に透明な材料で作られている２つの管状構造物４１及び４２からなっている。
【００３９】
管状構造物の壁は、光が抽出される光導波路であり、その基部端における光の入射を可能にするために十分に厚く形成されている。管状反応器４１の基部端における断面は、光学的伝達コア４３が示されている図７中に示されており、このコアは既述のように活性化光放射のための光導波路の役目を果たす。末梢端で中実の抽出域に合体し且つクラッド４４で被覆されている光抽出域が、コアの外面に付けられている。内側クラッド４５は、上記のようにコアの屈折率よりも小さい屈折率を有しており、管状反応器の中空４８中を流れる反応物に耐性を有する材料から形成されている。
【００４０】
透明又は半透明のフルオロポリマーをこの目的のために使用することができる。光学繊維４６は、適切なコネクタを介して、且つ、コアの屈折率と整合する屈折率を有する光学接着剤によって、管状反応器の基部端に接続されている。光学繊維のコアは、管状構造物のコア４３の屈折率に近い屈折率を有していることが好ましい。
【００４１】
光反応器に幾つかの反応物を供給するために、管状反応器４１の内側にマニホールド５０が接続されている。２つの入力しか示されていないが、図示されていない個々の適切な流量制御装置を各々が有する幾つかの独立した供給部を供給ライン５０が有し得ることは明白である。反応器４１からの出力は供給ライン５１を通して集められ、この出力は、最終所望生成物、又は、供給ライン５２を介する第２反応器４２への更に他の反応物供給による光学的に活性化される追加の反応物のような追加の製造段階を必要としてもよい生成物であることができる。
【００４２】
作動中は、最初の反応物は、管状反応器の内壁から発する活性化放射の助けで反応させられ、光学的に触媒された反応を本質的に提供する。二次反応が所望される限り、反応器４２内で過程がカスケードで繰り返され、追加反応物の追加を達成することができる。カスケードにおける反応器用の各光供給源の波長は、所望されている特定反応を向上させるために非類似であることができる。
【００４３】
上記の光学的に補助される触媒反応器群中では連続流動過程が予想されるが、本発明の本質から実質的に逸脱することなくバッチ過程も実行可能であることは明白である。例えば、複数の管状光抽出器１７が図２に記述されたように提供されている反応槽を用いることができる。このような光抽出器は、反応物含有槽内へ光を放射状に放出してバッチで反応を実行するように設計することができる。もちろん図３〜５に記述されている反応器もバッチ様式で使用することができる。
【００４４】
本発明の光化学反応器内で種々の光抽出器に供給される光は、独立の繊維を通してコアへ伝達されるので、所望の反応を同時に触媒するか或いは幾つかの逐次反応を時間的に順次に触媒するように作用するための複数の調整された光源を提供することができる。
【００４５】
本発明の光触媒化学反応器を用いることによって可能にされる珍しい反応の幾つかの例は、標的オキシダントを含む流動気体を１．２５ミクロンよりも幾分長い波長で照射することによって分子酸素がデルタ一重項酸素へ部分的に変換されてデルタ一重項酸素の励起状態が分子酸素よりも高い標準の加速酸化から、水素分子と窒素分子との光学的に活性化された混合物からのアンモニアの合成まで、様々である。本発明の光学的に向上される触媒方法及び触媒反応器を用いて進めることのできる他の反応は、炭化水素の光細分化に関係する。他の反応は、流動バルク内か或は現存する表面に珍しい特性を付与するためにこの表面上かのいずれかにおける他の有機化合物への、種々の選択された遊離基のグラフト化に関係する。
【００４６】
他の応用は、（分子水素、水蒸気又は低分子量炭化水素のような）重水素を含む分子のイオン化ポテンシャルがより重い水素種の分子含量（又はその不足）に従って僅かに異なるという事実を用いる、同位体の分離例えば水素含有種からの重水素の分離に関係する。活性化波長を調整することによって、重水素含有化合物の（通常はより軽い同位体よりも僅かに高い）イオン化ポテンシャルに整合させることができる。このような方法の１つは、標的同位体含有分子（このような分子のみ）のイオン化と、そのイオン化された種と優先的に反応すると共に流動混合物から容易に分離し得る二次種を混合物内に有することとに、関係することができる。例として、同位体含有種がまだ気体（例えば重水素含有メタン）である低温で反応を進め、イオン化された種を触媒的に（本発明の光触媒を含む）酸素と化合させ、結果の水を富重水素氷として析出させ、担体のメタン及び二酸化炭素を気相中で回収することを可能にすることができる。このような過程は、幾つかの原子炉で使用される重水の費用を大いに減少させる。
【００４７】
同位体分離用の類似の技術は、反応器の温度において気体又は液体の状態であることが好ましい同位体用の比較的簡単な化合物を用いる元素用に使用することができる。このような他の同位体は、気体分子がＵＦ6であるウラン、ＴｉＣｌ4を用いるチタン、及び揮発性分子化合物又は液体分子化合物を容易に得ることができる他の多くの元素の同位体を含むことができる。本発明では、反応温度で固体であるイオン化された種の酸化によっても分離を実行することができる。
【００４８】
実施例１
光学的に向上される化学グラフト化
【００４９】
最近の２０年間に、構造部材としての複合材料の使用が増加した。エンジニアリング熱可塑性複合品が特に有利であるが、強化繊維と共有結合を形成する反応性化学基をこれらの複合品が含んでいないので、上記の複合材料内におけるこれらの複合品の使用が制限されている。強化繊維がケブラー（商標）のようなポリアラミドである場合に、このことは特に重要である。
【００５０】
図８は、ポリアラミド繊維を熱可塑性材料で被覆し、アラミドと熱可塑性マトリックスの第１層との間にグラフト化化学結合を形成するための、システムを示している。この例では、繊維はケブラー（商標）４９（デュポン社）であり、熱可塑性物質はＬｅｘａｎ（商標）１２１ポリカーボネート（ゼネラルエレクトリック社、ペレット形態）である。反応器６０は、ケブラー（商標）繊維７０が巻回されている取出しスプール６１が管状光励起反応器６２の上方に配置されている、室好ましくは真空室である。繊維は、テフロン（商標）で被覆されているはとめ６３によって管状反応器の上方でその正しい位置に保持される。管状光反応器６２は、ＵＶ光源６４から石英繊維６５の束を通して光を供給される。
【００５１】
ポリアラミド繊維は加熱されている容器６７内に含まれている熱可塑性材料（繊維強化最終製品中のマトリックスの役割を果たす同じ型の材料）の溶融質量６６中を通過し、容器６７は底穿孔７１を有しており、被覆されたばかりの繊維７２が底穿孔７１を介して被覆システムを出る。被覆されたポリアラミド繊維は、収集スプール６８に直ちに収集される。
【００５２】
作動中は、容器６０が排気ポートを通して約０．０１トルにまず排気され、その後に、容器６０内の雰囲気を約０．１トルの動的酸素レベルにするために真空を維持しつつ他の抜き取りポート７３を通して酸素が抜き取られる。通常は非活性のアラミド表面における不飽和酸素とひょっとすると他の結合との形成をＵＶ反応器が向上させるらしく、活性化されたポリアラミド繊維が溶融ポリカーボネート熱可塑性物質中を通過する時に、共有結合が確立され、従って、最終製品マトリックスからポリアラミド繊維への負荷移転を向上させて、本質的に、ポリアラミド繊維上における熱可塑性マトリックスの化学グラフト化を可能にする。
【００５３】
実施例２
長鎖ポリマーの細分化
【００５４】
この実施例の場合には、図３及び４に記述されているような反応器が石英光抽出板（ドイツ国Ｈｅｒａｕｓからの約２ｍｍ厚）と共に使用される。抽出域は、シルクスクリーンされた蝋型を通して弗化水素酸によってエッチングされる。蝋型は、その後にベンゼン中で溶解されて、イソプロピルアルコールで洗浄される。その後に光抽出器は、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）中に溶解されている（３Ｍ株式会社からの）ＴＥＥ／ＨＰＦ／ＶＤＦ三元共重合体であるＴＨＶ−２００Ｐのクラッドで被覆される。使われる光源は、４００ナノメータ未満及び４５０ナノメータ超を阻止する４００〜４５０ナノメータの範囲の可変くさび形フィルタ（１ナノメータ帯域幅）を有する（ＩＬＣ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社からの）Ｃｅｒｍａｘキセノン照明装置である。また、図３及び４に記述されているシステムには、水素がゆっくりと反応室内へ浸透される浸透開口も容器の底に装備されている。未使用の水素は、容器の上部で集められて、これらの図面に示されていないシステムを通して再循環させられる。
【００５５】
ポリマーの主鎖に沿う結合エネルギは、結合の特徴とその結合に関与している種との関数だけではなく、ポリマーの『頭』及び『尾』からの結合の距離の減少関数でもあることが、見出された。従って、ポリマーの頭及び尾での結合強度よりも幾分低い光子エネルギへの光源の調整は、光子エネルギが中間ポリマー結合と等しいか又はそれよりも僅かに大きい結合においてポリマーを選択的に細分化するが、ポリマーの頭及び尾に近い結合においてはポリマーを細分化しない。
【００５６】
供給ポリマーは、長鎖パラフィンであって、本実施例ではデカン（ＣＨ3（ＣＨ2）8ＣＨ3）である。もし、主鎖に沿う炭素原子間の結合を第１炭素についてのＣ1や第ｎ炭素についてのＣnのように鎖の各端からの炭素原子の位置によって識別すれば、最強の結合が鎖中の第２炭素原子と第３炭素原子との間に存在しており（具体的に述べるとデカンについては３．００６９ｅｖ）、この結合（Ｃ2−Ｃ3結合）が鎖中で最も強い、ということが分かる。Ｃ3−Ｃ4結合強度はＣ2−Ｃ3結合よりも０．２０７４％弱く、Ｃ4−Ｃ5結合はＣ3−Ｃ4結合よりも０．２８９７％弱い。次の結合は、Ｃ5−Ｃ5結合であり、Ｃ4−Ｃ5結合よりも０．３７０５％弱い。
【００５７】
本実施例においては、回転くさび形フィルタによって４１５．８ナノメータの波長に光源が調整されている。Ｃ4−Ｃ5結合強度は４１４．３９ナノメータ（２．９９２ｅｖ）の波長に相当し、Ｃ5−Ｃ5は４１５．９２ナノメータ（２．９８１ｅｖ）の波長に相当する。抽出板から発している光に曝露されたデカン分子は、大部分が２つのペンタン分子と少しのメタンとに開裂される（２．９４７ｅｖのＣ1−Ｃ2結合はＣ5−Ｃ5結合よりも弱く、末端炭素原子の少しの開裂が発生する）。
【００５８】
一般に、デカンがまだ液相であるがペンタン及びメタンが気体である約５０℃で送出流が存在し、未開裂デカンをペンタンとメタンとの気体混合物から容易に分離することを可能にする。未開裂デカンは反応器内での二次過程のために再循環させられ、気体流は、水系熱交換器内で、ペンタンが液化するがメタンが気体形態で回収される約２０℃に冷却される。
【００５９】
光源が適切な波長に調整され、ポリマーの主鎖に沿う結合位置によってポリマーが類似の変化を示せば、任意の種類の長鎖ポリマーの同じ原理の選択的細分化を同様に期待できることが理解される。同様に、化学反応器に光を供給している光源の波長を調整して、もっと複雑な構造物内の特定の不飽和遊離基を開裂させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理を説明しているブロック図である。
【図２】
各反応器毎に異なる型の照明器具又は独立している照明器具を備えることのできる１つ以上の光反応器用の照明システムの図である。
【図３】
本発明による反応器を示す一部破断斜視図である。
【図４】
図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】
図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】
２つの管状化学反応器のカスケード接続の斜視図である。
【図７】
図６の反応器の１つの断面図である。
【図８】
本発明による撚り糸又は単糸被覆反応器の概略垂直断面図である。
【符号の説明】
１０  照明システム
１１  光源
１２  光調整システム
１３  光伝達手段
１４  光抽出器
３０  反応器（反応槽）
３１  コンテナ
３２  照明器具