(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界場を作成できる超臨界槽内に分散媒体を充填し該分散媒体が流出しないようスクリーンを設けた分散空間を形成し、該槽内に分散すべき被処理物と超臨界流体を供給し、該被処理物と超臨界流体を混合しその混合物を上記分散空間に流入、流出させて上記分散媒体により分散処理し、該混合物を上記超臨界槽から取り出し、該混合物から上記超臨界流体を分離し、分散された被処理物を得ることを特徴とする超臨界場を用いた媒体分散方法。
【請求項２】
超臨界場を作成できる超臨界槽を有し、該槽内に分散空間を形成しかつ分散媒体が流出しないようスクリーンを有するステーターを設け、該分散空間内に分散媒体と該分散媒体に運動を与える回転体を設け、上記ステーター及び回転体に冷媒を流通させ、上記分散空間の下方に回転体と共に回転する軸流型の攪拌翼を設け、該槽内に分散すべき被処理物を供給する供給口と超臨界流体を供給する供給口を形成し、かつ上記分散媒体により分散処理された上記被処理物と超臨界流体の混合物を槽内から取り出す吐出口を形成した超臨界場を用いる媒体分散装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散媒体を用いて被処理物を微粒子化し、液体中に分散するようにした媒体分散方法及び媒体分散装置に関し、特に高粘度の被処理物を媒体分散できるようにした媒体分散方法及び媒体分散装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗料、インキ、接着剤、磁気材料等の製造に際し、媒体分散装置が用いられているが、高濃度に微粒子や超微粒子を含むスラリ−、すなわち高粘度スラリ−等の被処理物を分散媒体間に生じる粉砕、せん断、摩砕作用により微粒子化して分散する場合、種々の問題が発生し、効率的な分散が困難となる場合があった。
【０００３】
例えば、分散に要する時間を短縮させるために高速回転で攪拌翼等を回転させた状態で分散装置を運転すると、大きなせん断発熱が生じる。この発生した熱を除去するため、ジャケット等で冷却しているが、被処理物が高粘度であるので、伝熱効率が小さく、充分な除熱が行えなくなり、その結果分散室内の液温が上昇し、所定の温度範囲を超えて熱的劣化を来し、所望の製品を得られなくなる。
【０００４】
また、高粘度スラリ−中の固体粒子の粉砕や固体粒子の凝集体の解砕は、強力なせん断力を必要とし、そのための大動力を長時間与えなければならず、それに応じて高回転、高トルクのモ−タ−を必要とするから、装置全体のコストも大きくなった。
【０００５】
そこで、従来上記の如き高粘度スラリ−の分散を行うには、例えばスラリ−の粘度を低減させるために、水、有機溶媒等の希釈液で希釈した状態で分散を行ったのち、得られたスラリ−を加熱濃縮し、所望の濃度の分散液とする方法が採られていた。しかし、この方法では分散液の加熱濃縮過程で大きなエネルギ−を要し、効率的なプロセスとはいえないし、加熱濃縮の過程で分散粒子の再凝集が起こるため、製品性状の劣化につながるおそれがあった。また、分散剤等を添加して粘度を下げる方法も行われているが、分散剤により生産コストが上昇し、分散剤を添加することによる劣化も生じていた。
【０００６】
また、上記のような方法によらないで、分散媒体の充填率を小さくし、攪拌翼の回転数を少なくする等分散効率を低下させるような運転条件で分散すれば、上述の如き大きな発熱を抑制することができるが、そのようにすると分散に要する時間が長くなり、単位時間当りの処理量が著しく少なくなって、実用的とは言えない。
【０００７】
【発明の解決課題】
本発明の解決課題は、上記の如き高粘度スラリ−等の被処理物を媒体分散する際、特に分散剤等を用いなくても、分散室内では粘度を低減させて低トルク、低せん断発熱で処理でき、処理後所望の濃度に調整された分散された被処理物を得られるようにした媒体分散方法及び媒体分散装置を提供することである。
【０００８】
【課題解決の手段】
本発明は、圧力や温度を変化させることにより気体のような密度から液体のような密度まで密度を連続的に速やかに変えることができる超臨界流体の性質を利用し、超臨界場を作成できる超臨界槽内において高粘度スラリ−等の被処理物に超臨界流体を混合し、被処理物の粘度を分散剤等の薬剤を用いることなく低減させた状態でその混合物を槽内に設けた分散媒体が運動する分散空間に流入させ、媒体により粉砕、分散を行い、分散処理後上記混合物から超臨界流体を分離し、分散された被処理物を得ることを特徴とする超臨界場を用いた媒体分散方法が提供され、上記課題が解決される。
【０００９】
なお、本発明において、超臨界溶媒とは、超臨界状態を作るための溶媒を意味し、また超臨界状態、超臨界流体とは臨界温度、臨界圧力を超えたいわゆる超臨界状態、超臨界流体の他、そのような臨界温度、臨界圧力をわずかに下回るような状態ではあるが相転移の状態変化が極めて短時間に起こるため上記超臨界状態、超臨界流体とほぼ同様の取り扱いができるような亜臨界状態、亜臨界流体を含むものとする。
また、本発明において爆砕とは下記の効果を生ずる操作をいう。
（１）  分散質が多孔性粒子である場合、その細孔や細隙間内に超臨界流体が浸入し急速に減圧する際の急激な体積膨張作用により破砕、分散する効果、
（２）  細孔や狭い間隙のスリットを有するノズルから超臨界状態の分散液を音速ないしそれを超える流速をもって噴出させることにより分散質に高剪断変形作用を与えて破砕、分散する効果、
（３）  噴出流体の微粒子の質量に対応する慣性力によって壁面等に衝突させ、これにより分散質に衝撃作用を与えて破砕、分散する効果。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による媒体分散方法及び媒体分散装置の構成を示す説明図であり、超臨界槽（１）は、二酸化炭素、メタン、エチレン、代替フロン等の超臨界溶媒を臨界温度、臨界圧力を超えて加熱加圧し超臨界流体にする超臨界場を作成することができるよう臨界圧力の２倍程度、例えば２００気圧程度まで耐圧性を有する構造に形成され、周囲に調温媒体を流通させて槽内の温度を分散質の性状を損なわないで超臨界場にできるようにコントロ−ルするためのジャケット（２）が形成されている。
【００１１】
上記超臨界槽（１）には、高濃度スラリ−等の分散すべき被処理物を槽内に供する供給口（３）と、超臨界流体（超臨界溶媒）を供給する供給口（４）が形成され、かつ分散処理された被処理物と超臨界流体の混合物を槽内から取り出す吐出口（５）が形成されている。
【００１２】
上記槽内には、分散媒体により被処理物と超臨界流体の混合物を分散処理するための分散空間（６）が形成され、該分散空間内には分散媒体（７）と該分散媒体に運動を与える回転体（８）が設けられている。図において、上記分散空間は筒状のステ−タ−（９）の上下に分散媒体が流出しないよう網目、孔、スリット等を形成したスクリ−ン(10)，(11)を設けてあるが、全体をスクリ−ンで囲むようにしてもよい。
【００１３】
上記回転体（８）としては、種々の構成を採用することができるが、図においてはアニュラ−型の回転体（８）を用いている。該回転体（８）は、図に示すように筒体の周面に特公平４−７００５０号公報に示す如きスパイク(12)・・・を突設した回転体（８）や、特公平３−６２４４９号に示すように分散媒体を筒状の回転体の内外面にわたって循環させるよう突条を形成した回転体（図示略）、ピン等を突設し若しくは突設していない回転体（図示略）その他適宜のアニュラ−型回転体を用いることができる。また、アニュラ−型に代えてディスク型、ピン型その他の回転体を用いることもできる。なお、上記分散空間への混合物の流入、流出を促進するよう上記分散空間の下方には回転体と共に回転する軸流型の攪拌翼(13)を設けてある。
【００１４】
上記回転体（８）の駆動軸(14)は、高圧軸受(15)を介して槽外に延出し、モ−タ−(16)により駆動するようにしてあるが、該駆動軸を槽内に保持して槽外から回転移動磁界等を用いて駆動するようにしてもよい。
【００１５】
而して、上記分散空間（６）内にガラスビ−ズ、セラミックス、スチ−ルその他の分散媒体を充填し、バルブ(V2)を開口して供給口（３）から分散すべき高濃度スラリ−等の被処理物を所定量、超臨界槽（１）内に仕込む。一方、バルブ(V3)を開口して供給口（４）から超臨界場を形成するための超臨界流体を槽内に圧入し、所定の温度圧力に調整して槽内を超臨界状態とする。この超臨界流体は、槽内に超臨界溶媒を圧入してから該溶媒を臨界温度、臨界圧力以上に加熱加圧して超臨界流体としてもよいし、槽外で予め超臨界流体としてから槽内に圧入するようにしてもよい。なお、超臨界溶媒としては、好ましくは二酸化炭素が用いられるが、その他メタン、エチレン、代替フロン等常温、常圧で気体の物質を用いるとよい。
【００１６】
上記モーター(16)により回転体（８）を回転し、分散空間（６）内の分散媒体（７）に運動を与え、該分散空間に流入、流出する上記被処理物と超臨界流体の混合物を分散する。この際、槽内の除熱を行うため、ジャケット及びステーター、さらに回転体内に冷却水等の冷媒を流通させるが、この除熱は槽内の超臨界状態を消失させない程度とする。
【００１７】
上記分散空間（６）内で分散された混合物（分散液）は、下方のスクリ−ン( 11 )を通って該分散空間（６）から排出され、この混合物は槽壁近傍を上昇しながらジャケット（２）により除熱され、その後上方のスクリ−ン(10)を通って再び分散空間（６）に入り、分散される。この操作は、循環して繰り返され、混合物全体の分散が進行する。
【００１８】
所定の時間分散を行った後、分散された混合物はバルブ(V6)を開口して吐出口（５）から槽外に取り出され、常温、常圧に解放することにより混合物中から超臨界流体（超臨界溶媒）が気体となって蒸散し被処理物が分離され、分散された被処理物、例えば高濃度分散スラリ−を得ることができる。上記取り出しの際、後記するように爆砕槽に導いて衝撃作用を与え、分散を促進させてもよいし、上記取り出された被処理物を再び上記超臨界槽（１）の供給口（３）に循環させて上記操作を繰り返すようにしてもよい。
【００１９】
上記分散方法を実施する分散システムの一実施例が、図２に示されている。
図において、所望により予備混合を行うことができるようロ−ルミル、ニ−ダ−等の捏和機(17)やプラネタリ−ミキサ−(18)等の予備混合装置が設けられ、該予備混合装置により微粒子、超微粒子等の分散質、溶媒、分散剤等を混合し、この混合物をスネ−クポンプ、スクリュ−押出機等のポンプ(P1)により分散試料調整タンク(19)に供給するようにしてある。該調整タンク(19)では、必要な砕料、薬剤、溶媒等が混合され、好ましくは図に示すように粒子の沈澱、凝集や分散溶質と溶媒の分離を防ぐよう攪拌機(20)が設けられている。この場合、分散剤等の薬剤は必ずしも必要でないが、特に望まれるときに用いればよい。
【００２０】
上記タンク(20)は、バルブ(V1)、分散試料送液ポンプ(P2)、バルブ(V2)を介し超臨界槽（１）の供給口（３）に連結し、該超臨界槽（１）は温度コントロ−ル付のジャケット（２）により調温され、他方の供給口（４）からは超臨界流体を供給するよう構成されており、超臨界流体（超臨界溶媒）の供給源に通じるラインがバルブ(V4)、フィルタ−(F1)、超臨界場を作るための加圧用コンプレッサ−ポンプ(P5)を介して上記バルブ(V3)に接続されている。
【００２１】
上記超臨界槽（１）には圧力計（Ｇ）、温度計(T1)が設けられ、吐出口（５）には外部ヒ−タ−により加熱し、過冷却を防止するようにしたヒ−タ−付ライン(21)が接続され、該ライン(21)はアクチュエ−タ−付減圧バルブ(V6)を介し爆砕槽(22)に連結している。
【００２２】
上記爆砕槽(22)内には、上方に仕切板(23)が設けられ、上記ラインは爆砕ノズル、爆砕窓等の噴出口(24)に接続しており、該爆砕ノズル、爆砕窓等の噴出口(24)の前方には囲い付衝突板(25)を形成して衝撃作用を与えるようにしてあるが、噴出口を対向させて向流衝突させるようにしてもよい。なお、上記爆砕ノズル等は、超臨界流体を用いた微粒子製造プロセスに用いる如きヒ−タ−付ノズルを使用し、凍結による詰まりを防止するようにしてあり、また上記ライン(21)に適宜な管径の毛細管を用いたり、途中に適宜の間隙の平行板状の流路を設けることにより、せん断作用による分散を促進させることもできる。
【００２３】
上記爆砕槽(22)には、分散液から分離した超臨界溶媒を回収するようフィルタ−(F2)、加圧用コンプレッサ−ポンプ(P4)を介し緩衝槽(26)が接続され、該緩衝槽(26)はバルブ(V5)を介し上記ポンプ(P5)に接続されている。なお、上記バルブ(V1)〜(V5)は、アクチュエ−タ−付ボ−ルバルブ等のストップバルブを用いるとよく、また上記フィルタ−(F1)，(F2)等は金属焼結多孔体、セラミック等が用いられる。
【００２４】
上記爆砕槽(22)の下部には送液ポンプ(P3)、流量計(M4)を介して貯槽（脱泡槽）(27)が接続され、該貯槽(27)は温度コントロ−ル付加熱ジャケット(28)で加熱され、攪拌機(29)で分散液を攪拌混合するようにしてある。該貯槽(27)には温度計(T2)を設けてあり、また所望により該貯槽(27)の上方に分散液から分離した未回収の超臨界溶媒を回収するよう上記緩衝槽(26)に連通する回収装置を設けてもよい。
【００２５】
なお、上記分散試料調整用タンク(19)、超臨界槽（１）、爆砕槽(22)、貯槽(27)にはそれぞれ洗浄液を排出するためのバルブ付排出口(30),(31),(32),(33) が設けられている。また、上記温度計(T1)，(T2)から得られる温度、圧力計（Ｇ) から得られる圧力、流量計から得られる流量デ−タ等は、コンピュ−タ−に送られ、演算処理され、上記ポンプ、バルブのアクチュエ−タ−、加熱ジャケットの温度コントロ−ラ−、ラインのヒ−タ−等に信号が送られ、それぞれポンプの送液量、バルブの開閉、ジャケットおよびヒ−タ−の加熱量等を制御する。
【００２６】
また、上記超臨界槽（１）から取り出した分散液（被処理物）を該超臨界槽（１）に循環させる場合は、上記爆砕槽(22)と上記供給口（３）を連絡する循環ライン(34)を形成し、該ラインにバルブ(V7)、ポンプ(P6)を設けて上記超臨界場における分散、爆砕槽による爆砕等の操作を繰り返すようにすればよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成され、高濃度の高粘性スラリ−等の被処理物を超臨界槽内において超臨界流体と混合し、その混合物を該槽内に形成した分散空間に流通させ、該分散空間内で運動する分散媒体により分散処理するようにしたので、高粘性の被処理物であっても超臨界流体と混合することにより粘度が低減され、分散媒体に運動を与える回転体を低トルクの駆動力で回転させることができ、分散剤を用いなくても充分分散することが可能であり、分散処理後上記混合物を槽から取り出し、大気圧に解放すると、上記超臨界流体は気体となって蒸散して被処理物から分離し、濃度が高められた高濃度分散スラリ−等の製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成の一実施例を示す説明図。
【図２】本発明の分散システムの一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１  超臨界槽内
２  ジャケット
３  供給口
４  供給口
５  吐出口
６  分散空間
７  分散媒体
８  回転体
19  分散試料調整タンク
22  爆砕槽
26  緩衝槽
27  貯槽
【図１】
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【図２】
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