(57)【要約】【課題】微粉体又は微小繊維を含有する溶液を複数のノズルから噴射された高圧噴射流を衝突合流させて、微粉体又は微小繊維を微細化する際に、微粉体又は微小繊維の種類を変更する銘柄変更等を容易に行うことができるように、チャンバ内の清掃を容易に行うことができる微粉体又は微小繊維の微細化方法を提供する。【解決手段】微粉体又は微小繊維を含む溶液を一対のノズル２４ａ，２４ａからチャンバ２８内に噴射した高圧噴射流を一点で衝突合流させて、前記微粉体又は微小繊維を微細化する際に、該チャンバ２８内に貯留した溶液の液面を一定に保持しつつ、前記微粉体又は微小繊維を含む溶液を一対のノズル２４ａ，２４ａの各々からチャンバ２８内の溶液３０の溶液面と交差する方向に高圧噴射流として噴射し、前記高圧噴射流の各々を前記液面よりも上方の一点で衝突合流させることを特徴とする。【選択図】        図２
2007069123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルからチャンバ内に噴射した複数本の高圧噴射流を一点で衝突合流させて、前記微粉体又は微小繊維を微細化する際に、
該チャンバ内に貯留した溶液の液面を一定に保持しつつ、前記微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルの各々から前記チャンバ内の溶液の液面と交差する方向に高圧噴射流として噴射し、
前記高圧噴射流の各々を前記液面よりも上方の一点で衝突合流させることを特徴とする微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項２】
高圧噴射流の各々をチャンバ内に貯留した溶液の液面よりも上方の一点で衝突合流させた溶液を、再度、前記ノズルの各々から噴射する請求項１記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項３】
ノズルからの高圧噴射流の噴射方向を、前記高圧噴射流の噴射軌跡と前記高圧噴射流の衝突合流点からチャンバ内に貯留した溶液の液面に下ろした垂線との成す液面方向の噴射角度が鈍角となるように調整する請求項１又は請求項２記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項４】
複数のノズルの各噴射角度を同一とする請求項３記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項５】
チャンバの内壁面を平滑面に形成する請求項１〜４のいずれか一項記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項６】
複数のノズルからの高圧噴射流の噴射圧力を１００ＭＰａ以上とし、前記高圧噴射流の衝突合流を２０回以上繰り返す請求項１〜５のいずれか一項記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項７】
微粉体又は微小繊維を含む溶液として、水に微粉体又は微小繊維を添加して得た溶液を用いる請求項１〜６のいずれか一項記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【請求項８】
微小繊維として、カーボンナノチューブを用いる請求項１〜７のいずれか一項記載の微粉体又は微小繊維の微細化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微粉体又は微小繊維の微細化方法に関し、更に詳細には微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルからチャンバ内に噴射した複数本の高圧噴射流を一点で衝突合流させて、前記微粉体又は微小繊維を微細化する微粉体又は微小繊維の微細化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小繊維としてのカーボンナノチューブは、未精製状態では不純物で覆われていると共に、不純部を介して凝集している。このため、不純物を除去することによって、カーボンナノチューブの分散性を向上でき、微細化が可能である。
かかる未精製状態のカーボンナノチューブを精製する際には、下記特許文献１で提案されている様に、酸を添加してカーボンナノチューブ中の不純物を除去することが行われている。
しかし、酸を用いる酸処理方法では、人体等への危険性が存在すると共に、処理時間がかかり且つ処理量にも限界がある。
更に、カーボンナノチューブの凝集体を、遊星ミル等のメディアを用いて粉砕することを試みたが、メディアやメディアと接触する容器内壁の摩耗粉が問題となり、カーボンナノチューブの凝集体の粉砕効果も少ない。
また、カーボンナノチューブを更に短繊維化についても、酸処理や機械的処理が検討されているが、同様に、人体等への危険性、処理時間、処理量等について問題がある。
【特許文献１】特開２００４−５９３２６号公報
【０００３】
かかる酸処理や機械的処理に対して、下記特許文献２には、図７に示す噴射衝合装置を用いて粒子の粉砕等を施すことが提案されている。
図７に示す噴射衝合装置では、本体部１００の供給口１０２に供給された粒子を含む高圧流体を、本体部に設けられた流路１０４，１０４を経由して一対のノズル１０８，１０８に供給する。このノズル１０８，１０８から噴射された高圧噴射流は、ノズル１０８，１０８とチャンバ１０６の内壁面との間に設けられた噴射孔１１０，１１０に導かれてチャンバ１０６内に噴射し、チャンバ１０６内の一点で衝突合流する。この高圧噴射流の衝突合流による衝撃によって高圧噴射流に含まれている粒子は粉砕等されて微細化され、流体と共に排出口１１２から排出される。
かかる図７に示す噴射衝合装置には、チャンバ１０６の内壁面に開口する切欠部１１４，１１４の各々にセラミックボール１１６が挿入されている。このセラミックボール１１６，１１６は、噴射孔１１０，１１０から噴射された高圧噴射流の一部が、衝突合流せずにチャンバ１０６の内壁方向に噴射されても、セラミックボール１１６に衝突した高圧噴射流の流体エネルギーは、セラミックボール１１６を回転することによって分散して、チャンバ１０６の内壁面等に損傷を与えることを防止するものである。
【特許文献１】特開平１０−３３７４５７号公報（[００２８]〜[００３４]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７に示す噴射衝合装置を用いて微粉体又は微小繊維の微細化処理を行うことによって、酸等の危険な薬品を用いることなく微粉体又は微小繊維の微細化処理を行うことができる。また、遊星ミル等のメディアを用いて粉砕する場合の如く、メディアやメディアと接触する容器内壁の摩耗粉も可及的に少なくできる。
しかしながら、図７に示す噴射衝合装置では、チャンバ１０６の内壁面に開口する切欠部１１４，１１４の各々にセラミックボール１１６が挿入されているため、その構造が複雑化されている。
また、図７の噴射衝合装置を用いて微粉体又は微小繊維の微細化処理する際に、微粉体又は微小繊維の種類を変更する、いわゆる銘柄変更のときには、噴射衝合装置のチャンバ１０６内を清掃することが必要である。その際に、図７に示す噴射衝合装置では、セラミックボール１１６，１１６等を取り外して清掃することを必要とするため、微粉体又は微小繊維の銘柄変更には時間を要する。
そこで、本発明の課題は、微粉体又は微小繊維を含有する溶液を複数のノズルから噴射された高圧噴射流を衝突合流させて、微粉体又は微小繊維を微細化する際に、微粉体又は微小繊維の種類を変更する銘柄変更を容易に行うことができるように、チャンバ内の清掃を容易に行うことのできる微粉体又は微小繊維の微細化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、前記課題を解決すべく検討した結果、ノズルから噴射した高圧噴射流を噴射衝合装置のチャンバ内に貯留した水の水面に向けて噴射したとき、水面に衝突した高圧噴射流は、その有する流体エネルギーを急激に喪失し、チャンバの内壁面に損傷を与えなくなり、図７に示す噴射衝合装置のセラミックボール１１６，１１６を不要にできることを知り、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルからチャンバ内に噴射した複数本の高圧噴射流を一点で衝突合流させて、前記微粉体又は微小繊維を微細化する際に、該チャンバ内に貯留した溶液の液面を一定に保持しつつ、前記微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルの各々から前記チャンバ内の溶液の液面と交差する方向に高圧噴射流として噴射し、前記高圧噴射流の各々を前記液面よりも上方の一点で衝突合流させることを特徴とする微粉体又は微小繊維の微細化方法にある。
【０００６】
かかる本発明において、高圧噴射流の各々をチャンバ内に貯留した溶液の液面よりも上方の一点で衝突合流させた溶液を、再度、前記ノズルの各々から噴射することによって、溶液中の微粉体又は微小繊維に対し繰り返して高圧噴射流の衝突合流の衝撃を与えることができ、更に微細化を図ることができる。
このノズルからの高圧噴射流の噴射方向を、前記高圧噴射流の噴射軌跡と前記高圧噴射流の衝突合流点からチャンバ内に貯留した溶液の液面に下ろした垂線との成す液面方向の噴射角度が鈍角となるように調整することによって、複数のノズルの各々からチャンバ内の溶液の液面と交差する方向に高圧噴射流を確実に噴射でき、チャンバの他の部分を高圧噴射流によって損傷させることを回避できると共に、高圧噴射流の衝突合流点をチャンバ内に貯留した溶液の液面よりも上方とすることができる。この際に、複数のノズルの各噴射角度を同一とすることによって、その調整を容易とすることができる。
また、チャンバの内壁面を平滑面に形成することによって、チャンバの内壁面の構造を簡素化でき、微粉体又は微小繊維の銘柄変更等を行う際に、チャンバ内を更に容易に清掃できる。
更に、複数のノズルからの高圧噴射流の噴射圧力を１００ＭＰａ以上とし、前記高圧噴射流の衝突合流を２０回以上繰り返すことによって、微粉体又は微小繊維の更に一層の微細化ができる。
かかる微粉体又は微小繊維を含む溶液としては、水に微粉体又は微小繊維を添加した溶液を用いることによって、微細化処理した溶液の処理を容易とすることができる。
本発明で微細化処理を施す微小繊維としては、カーボンナノチューブを好適に用いることができる。
尚、本発明において言う「微粉体又は微小繊維の微細化」とは、微粉体自体又は微小繊維自体を粉砕して微細化することは勿論のこと、微粉体又は微小繊維から成る凝集体を解砕して微細化することも含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、チャンバ内に貯留した溶液の液面を一定に保持しつつ、微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルの各々から前記チャンバ内の溶液の液面と交差する方向に高圧噴射流として噴射し、高圧噴射流の各々をチャンバ内に貯留した溶液の液面よりも上方の一点で衝突合流させる。
この様に、微粉体又は微小繊維を含む溶液を複数のノズルの各々から高圧噴射流をチャンバ内に噴射し、各高圧噴射流をチャンバに貯留した溶液の液面よりも上方の一点で衝突合流させるため、その衝撃によって溶液中の微粉体又は微小繊維を微細化できる。
しかも、各ノズルから噴射される高圧噴射流は、チャンバ内に貯留した溶液の液面と交差する方向に噴射される。このため、一のノズルから噴射された高圧噴射流が、他のノズルから噴射された高圧噴射流と衝突合流しなかったとしても、チャンバ内に貯留した溶液の液面に衝突し、その流体エネルギーを急激に喪失して、チャンバの内壁面等の構造物を損傷することを防止できる。
したがって、図７に示す噴射衝合装置のセラミックボール１１６，１１６を不要にでき、チャンバ内の清掃を容易に施すことができる。このため、噴射衝合装置を用いた微粉体又は微小繊維の微細化方法では、微細化対象の微粉体又は微小繊維の銘柄変更を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る微細化方法の一例を、図１に示す概略図を用いて説明する。図１において、供給タンク１０に貯留された微粉体又は微小繊維を含む溶液３０ａを、ポンプ１２によって噴射衝合装置１４に供給する。噴射衝合装置１４によって微細化処理された微粉体又は微小繊維を含む溶液３０は、配管１５を経由して処理済タンク１６に送られる。
かかる噴射衝合装置１４では、図２に示す様に、ポンプ１２によって本体部２０の入口２２に供給された微粉体又は微小繊維を含む溶液流は、本体部２０内に形成された流路２４ａ，２４ａを経由してノズル２６ａ，２６ａから高圧噴射流としてチャンバ２８内に噴射される。
このノズル２６ａ，２６ａからの高圧噴射流の各々は、チャンバ２８内に貯留された溶液の液面と交差する方向に噴射され、この液面よりも上方の一点で衝突合流する。かかるチャンバ２８内に貯留された溶液は、ノズル２６ａ，２６ａからの高圧噴射流の衝突合流によって含有する微粉体又は微小繊維に微細化処理が施された溶液３０である。
衝突合流した溶液３０はチャンバ２８内に一時的に貯留された後、配管１５を経由して処理済タンク１６に収容される。
ここで、チャンバ２８に貯留される溶液３０の液面をセンサで検出し、ポンプ１２による溶液３０ａの供給量を調整することによって、チャンバ２８内の溶液３０の液面を一定に保持できる。
尚、噴射衝合装置１４による微細化処理を開始する際には、供給タンク１０に貯留された溶液３０ａに用いた溶媒の所定量をチャンバ２８に貯留した後、供給タンク１０の溶液３０ａをポンプ１２により噴射衝合装置１４に供給を開始することによって、供給タンク１０の溶液３０ａに含まれている全ての微粉体又は微小繊維に噴射衝合装置１４による微細化処理を施すことができる。
【０００９】
かかるノズル２６ａ，２６ａから噴射された高圧噴射流の衝突合流の際に、その衝突による衝撃によって高圧噴射流中に含まれている微粉体自体又は微小繊維自体が微細化され、或いは微粉体又は微小繊維から成る凝集粒子が解砕されて微細化される。
このノズル２６ａ，２６ａから噴射された高圧噴射流の噴射軌跡は、チャンバ２８内に貯留された溶液３０の液面と交差する方向である。このため、ノズル２６ａ，２６ａの一方から噴射された高圧噴射流が、他方のノズルから噴射された高圧噴射流と衝突合流しなかったとしても、チャンバ２８内に貯留した溶液３０の液面に衝突し、その流体エネルギーを急激に喪失して、チャンバ２８の内壁面を損失することを防止できる。
この様に、ノズル２６ａ，２６ａから高圧噴射流を噴射するには、ノズル２６ａ，２６ａからの高圧噴射流の噴射方向を、高圧噴射流の噴射軌跡と高圧噴射流の衝突合流点からチャンバ２８内に貯留した溶液３０の液面に下ろした垂線との成す液面方向の噴射角度θ1，θ2が鈍角となるように調整することが好ましい。かかる噴射角度θ1，θ2を同一とすることによって、ノズル２６ａ，２６ａの噴射方向の調整を容易に行うことができる。
【００１０】
図１に示す供給タンク１０に貯留された微粉体又は微小繊維を含む溶液の全量を噴射衝合装置１４に供給し終わったとき、チャンバ２８に貯留されている溶液３０及び処理済タンク１６内の溶液３０を供給タンク１０に戻し、供給タンク１０から溶液３０ａとして、再度、ノズル２６ａ，２６ａの各々から噴射することによって、溶液中の微粉体又は微小繊維に対し繰り返して高圧噴射流の衝突合流の衝撃を与えることができ、溶液中の微粉体又は微小繊維を更に微細化を図ることができる。
特に、ノズル２６ａ，２６ａからの高圧噴射流の噴射圧力を１００ＭＰａ以上とし、この高圧噴射流の衝突合流を２０回以上繰り返すことによって、溶液中の微粉体又は微小繊維を更に一層微細化できる。
ここで、図１では、溶液中の微粉体又は微小繊維に対し繰り返して高圧噴射流の衝突合流の衝撃を与えるべく、処理済タンク１６内の溶液３０を供給タンク１０に戻しているが、図１に点線で示す様に、噴射衝合装置１４から供給タンク１０に戻す循環配管１５′を設けてもよい。
この場合、溶液中の微粉体又は微小繊維に対する高圧噴射流の衝突合流の回数は、供給タンク１０に貯留されている溶液量を一回処理する処理時間（滞留時間）を求めることによって、全処理時間から求めることができる。
【００１１】
この様にして微細化された溶液中の微粉体又は微小繊維は、溶液状態で後工程に供給してもよく、溶媒を蒸発等させて微細化された微粉体又は微小繊維を乾燥した後、再度別の溶媒等に添加してもよく、乾燥状態で樹脂や金属等の添加剤として用いることができる。
かかる微粉体又は微小繊維を含む溶液としては、溶媒としての水やアルコール等の有機溶媒に微粉体又は微小繊維を添加した溶液を用いることができるが、溶媒として水を用いた溶液を用いることによって、微細化処理後の溶液の取り扱いを容易とすることができる。この微粉体又は微小繊維を含む溶液中に、その微粉体又は微小繊維の分散性を向上すべく、分散剤を添加してもよい。
また、噴射衝合装置１４としては、図２に示す様に、チャンバ２８の内壁面を平滑面に形成することによって、チャンバ２８の内壁面の構造を簡素化でき、微粉体又は微小繊維の銘柄変更等を行う際に、チャンバ２８内を容易に清掃できる。
尚、微小繊維として、カーボンナノチューブを好適に用いることができる。
【実施例１】
【００１２】
溶媒としての水に、微細繊維としての単層カーボンナノチューブを１ｇ／リットルを添加した溶液を、図１に示す供給タンク１０に供給し、噴射衝合装置１４として図２に示す噴射衝合装置を用いてノズル２６ａ，２６ａから高圧噴射流を噴射圧力２２０ＭＰａで噴射した。ノズル２６ａ，２６ａから噴射された高圧噴射流の噴射方向は、内壁面が平滑面に形成されたチャンバ２８に貯留された溶液の液面に交差する方向とし、両高圧噴射流がチャンバ２８に貯留された溶液の液面上で衝突合流するように、ノズル２６ａ，２６ａの向きを調整した。このチャンバ２８に貯留された溶液は、ノズル２６ａ，２６ａからの高圧噴射流の衝突合流によって含有する微粉体又は微小繊維に微細化処理が施された溶液３０である。
更に、チャンバ２８からの溶液３０の排出量を調整して、チャンバ２８内に溶液３０を貯留した。
ここで、噴射衝合装置１４による微細化処理を開始する際には、供給タンク１０に貯留された溶液３０ａに溶媒として用いた水の所定量をチャンバ２８に貯留した後、供給タンク１０の溶液３０ａをポンプ１２により噴射衝合装置１４に供給を開始した。
本実施例では、供給タンク１０に貯留された溶液３０ａを噴射衝合装置１４に供給し終わったとき、チャンバ２８の溶液３０及び処理済タンク１６内の溶液３０を供給タンク１０に戻し、供給タンク１０から溶液３０ａとして、再度、ノズル２６ａ，２６ａの各々から噴射することによって、溶液中の単層カーボンナノチューブに対し繰り返して高圧噴射流の衝突合流の衝撃を与えた。かかる高圧噴射流の衝突合流の衝撃を、単層カーボンナノチューブに対して５０回与えた。
【００１３】
この高圧噴射流の衝突合流の衝撃回数と単層カーボンナノチューブの微細化程度とを、図３及び図４に示す。
図３（ａ）は、微細化処理前の単層カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真である。単層カーボンナノチューブは不純物で覆われており、単層カーボンナノチューブを確認できない状態である。この状態では、単層カーボンナノチューブは不純物を介して大きな凝集体を形成している。
かかる図３（ａ）に示す微細化処理前の単層カーボンナノチューブの状態に対し、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５回繰り返したときの電子顕微鏡写真を図３（ｂ）に示す。単層カーボンナノチューブを覆っていた不純物が破壊され、単層カーボンナノチューブが存在することを確認できる。
更に、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を２０回繰り返したときの電子顕微鏡写真を図４（ａ）に示す。独立した繊維状の単層カーボンナノチューブを確認できる。高圧噴射流の衝突合流の衝撃を２０回繰り返したとき、溶液の粘度が急激に増加してきた。粉砕された不純物が溶液粘度を高めたものと考えられる。
かかる図４（ａ）に示す単層カーボンナノチューブの状態に対し、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返したときの電子顕微鏡写真を図４（ｂ）に示す。不純物が略破壊されて除去されていることを確認できる。この状態では、単層カーボンナノチューブを覆う不純物を介して形成されていた凝集体は略解砕されて微細化されている。
この様に、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返しても、図４（ｂ）に示す電子顕微鏡写真からも明らかな様に、高圧噴射流との衝突によってチャンバ２８の内壁面の一部が損傷されたことによる破片の混入は認められなかった。
また、チャンバ２８内の清掃は容易であり、単層カーボンナノチューブの銘柄変更を容易に行うことができた。
【実施例２】
【００１４】
実施例１において、微細繊維としての単層カーボンナノチューブに代えて、カップスタック状の多層カーボンナノチューブを用いた他は、実施例１と同様にして高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返した。
この高圧噴射流の衝突合流の衝撃回数と多層カーボンナノチューブの微細化程度とを、図５及び図６に示す。
図５（ａ）は、微細化処理前の多層カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真である。数十μｍ程度の長さの多層カーボンナノチューブを確認できる。
かかる図５（ａ）に示す微細化処理前の多層カーボンナノチューブに対し、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を２５回繰り返したときの電子顕微鏡写真を図５（ｂ）に示す。多層カーボンナノチューブの長さを、５〜１０μｍ程度とすることができた。
更に、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返したときの電子顕微鏡写真を図６に示す。多層カーボンナノチューブの長さを、５μｍ以下とすることができた。
この様に、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返しても、図６に示す電子顕微鏡写真からも明らかな様に、高圧噴射流との衝突によってチャンバ２８の内壁面の一部が損傷されたことによる破片の混入は認められなかった。
また、チャンバ２８内の清掃は容易であり、多層カーボンナノチューブの銘柄変更を容易に行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る微粉体又は微小繊維の微細化方法で用いる処理装置の概要を説明する概略図である。
【図２】図１で用いる噴射衝合装置１４の概要を説明するための概略図である。
【図３】微細化処理前の単層カーボンナノチューブの状態と、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５回繰り返したときの単層カーボンナノチューブの状態とを示す電子顕微鏡写真である。
【図４】高圧噴射流の衝突合流の衝撃を２０回繰り返したときの単層カーボンナノチューブの状態と、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返したときの単層カーボンナノチューブの状態とを示す電子顕微鏡写真
【図５】微細化処理前の多層層カーボンナノチューブの状態と、高圧噴射流の衝突合流の衝撃を２５回繰り返したときの多層カーボンナノチューブの状態とを示す電子顕微鏡写真である。
【図６】高圧噴射流の衝突合流の衝撃を５０回繰り返したときの多層カーボンナノチューブの状態とを示す電子顕微鏡写真である。
【図７】従来の噴射衝合装置を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  供給タンク
１２  ポンプ
１４  噴射衝合装置
１６  処理済タンク
２０  本体部
２２  入口
２４ａ，２４ａ  流路
２６ａ，２６ａ  ノズル
２８  チャンバ
３０  溶液
θ1，θ2  噴射角度
【図１】
2007069123.tif 000003
【図２】
2007069123.tif 000004
【図７】
2007069123.tif 000005
【図３】
2007069123.tif 000006
【図４】
2007069123.tif 000007
【図５】
2007069123.tif 000008
【図６】
2007069123.tif 000009