JP4228357B2

JP4228357B2 - 分散液の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP4228357B2
Application number: JP01228699A
Authority: JP
Inventors: 満雄上和野; 和彦仁志; 芳隆井上
Original assignee: Inoue Mfg Inc
Current assignee: Inoue Mfg Inc
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP2000210553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体粒子等の微粒子を分散溶媒に分散させて各種の分散液を得るようにした分散液の製造方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗料、インキ、化粧品、食品、医薬品その他の各種の製造工程において、固体粒子等の材料を微細化し、この微粒子を水、有機溶媒等の分散溶媒に分散させて分散液を作成する工程が含まれている。分散質となる固体粒子等の微粒子は、空気中、大気圧下では通常、複数の粒子が凝集した２次粒子の形で存在しているので、分散溶媒中に均質に分散させるためには、この２次粒子を解砕して１次粒子化しなければならない。また、微粒子化した粒子でも微粒子の凝集、２次粒子の生成という現象が生じる。したがって、従来の方法、装置では固体粒子等の微粒子を溶媒に分散するために長い時間と多くの動力を必要とした。
【０００３】
上記固体粒子等の分散質と超臨界状態の溶剤を混合して分散質の凝集を防止し、この混合物を媒体（溶媒）中へ導入して分散質を作る方法も提案されているが（特開平５−１８４８９６）、この方法では媒体が液状で供給され、この液中に混合物を直接混合させるから、分散の均一性という点では未だ充分とは思われない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、固体粒子等の分散質を迅速にかつ少ない動力で分散溶媒中に分散した分散液を得られるようにした分散液の製造方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、分散質と超臨界流体を攪拌混合して超臨界流体分散液とし、この超臨界流体分散液を分散溶媒をガス化した溶媒ガス中に放出して該溶媒ガスと接触させ、上記超臨界流体を気化させると共に上記溶媒ガスを冷却して液化し、この液化した分散溶媒中に上記分散質を分散させるようにしたことを特徴とする分散液の製造方法が提供され、上記課題が解決される。
【０００６】
また、本発明によれば、分散質と超臨界流体を攪拌混合して超臨界流体分散液とするための超臨界分散槽と分散溶媒をガス化するための分散溶媒ガス発生装置と、上記超臨界流体分散液を放出し上記分散溶媒ガス発生装置で発生した溶媒ガスと接触させると共に上記超臨界流体を気化させる溶媒ガス接触装置と、接触後の溶媒ガスを冷却する手段を具備する分散液の製造装置が提供され、上記課題が解決される。
【０００７】
なお、本発明において超臨界流体とは超臨界状態の物質を意味し、また超臨界状態とは臨界温度、臨界圧力を超えたいわゆる超臨界状態の他、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とほぼ同様の取り扱いができるような亜臨界状態を含み、超臨界流体には亜臨界状態の亜臨界流体も含むものとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示し、、超臨界分散槽（１）は、顔料その他の固体粒子の微粒子や超微粒子（以下微粒子という）等の分散質を仕込む材料仕込口（２）と超臨界流体を仕込む超臨界流体仕込口（３）を有し、各仕込口（２),（３）にはそれぞれバルブ(V1)，バルブ(V2)を介して材料仕込ライン（４）と超臨界流体ライン（５）が連結されている。また、該超臨界分散槽（１）には、調温ジャケット（６）が形成され、槽内の温度を計測する温度計（７）や圧力を計測する圧力計（８）が設けられ、バルブ(V3)を介して排出ライン（９）が底部に設けられ、下方の適宜位置にバルブ(V4)を介してヒ−タ−付の放出ライン(10)が接続されている。
【０００９】
上記超臨界分散槽（１）内に仕込む超臨界流体は、二酸化炭素、メタン、エチレン、代替フロン等を臨界温度、臨界圧力を超えて加熱加圧し、超臨界場を作成し超臨界流体として上記仕込口（３）から槽内に流入させているが、上記二酸化炭素等を槽内に流入した後、該槽内を超臨界場にして超臨界流体としてもよい。
【００１０】
上記超臨界分散槽（１）内において、微粒子等の分散質と上記超臨界流体を攪拌混合して超臨界流体分散液とするよう槽内に延出させた回転軸(11)の先端に攪拌翼(12)を設けてあるが、種々の攪拌手段を用いることができ、例えば図２に示すように槽内の超臨界流体と分散質の混合物をポンプ(13)で噴流攪拌ライン(14)に取り出し、ジェットノズル(15)から槽内に噴出させることにより該槽内に噴流を発生させ攪拌混合するようにしたり、外部に回転移動磁界を形成し、槽内に該回転移動磁界に応当して回転する回転体を設けて攪拌翼を駆動するようにしたり（図示略）、その他適宜の構成にすることができる。
【００１１】
溶媒ガス接触装置(16)は、上記放出ライン(10)に連絡する超臨界流体分散液放出口(17)を有し、かつ水、有機溶媒等の分散溶媒をガス化するための分散溶媒ガス発生装置(18)の溶媒ガスライン(19)とバルブ(V6)を介して連通する溶媒ガス供給口(20)を有している。該溶媒ガス接触装置(16)は、筒状に形成され、周囲に調温ジャケット(21)を有し、底部に分散質が分散溶媒に分散した分散液を取り出すための取出口(22)があり、該取出口(22)にはバルブ(V5)を介して取出ライン(23)が形成されている。また、上部には上記超臨界流体を気化して排出させるための排出口(24)があり、該排出口(24)には背圧弁(V7)を介して排出ライン(25)が接続されている。なお、該溶媒ガス接触装置(16)にも、温度計(26)と圧力計(27)が設けられている。
【００１２】
上記分散溶媒ガス発生装置(18)により得られる溶媒ガスは、分散溶媒が水のときはスチ−ムであり、有機溶媒のときは気化した有機溶媒であり、このような溶媒ガスを発生するためのヒ−タ−、超音波装置その他適宜の手段が具備されている。
【００１３】
上記溶媒ガス接触装置(16)内において、上記超臨界流体分散液と溶媒ガスを接触させるには、種々の形態で行うことができる。図３〜図６は、接触形態の一例を示し、上記放出口(17)と上記供給口(20)を対向して配置し、向流状態で接触させたり（図３）、放出口(17)と供給口(20)を装置内に設けた衝立板(28)の同一方向に並べて配置し、それぞれ該衝立板に衝突させて接触混合させたり（図４）、放出口(17)と供給口(20)の対向位置をずらして設け、これにより旋回流を発生させながら接触するようにしたり（図５）、上記放出口(17)から超臨界流体分散液が広い角度で拡散状態で噴出するようにし、これに供給口(20)から溶媒ガスを接触させるようにしたり（図６）することができ、これら種々の方法により上記超臨界流体分散液と溶媒ガスの接触、混合を促進することが望ましい。
【００１４】
上記溶媒ガスと超臨界流体分散液を接触、混合した後、上記溶媒ガスを冷却する手段が設けられている。該冷却手段としては、上記調温ジャケット(21)を用いてもよいし、特別の装置を設けずに上記超臨界流体が気化する際の気化熱を利用してこれを冷却手段としてもよい。また適宜の冷媒が循環する冷却コイル等（図示略）を形成し、これを適所に設けて冷却手段としてもよい。これらの冷却手段による冷却温度は、溶媒ガスがスチ−ムの場合には露点以下、気化した有機溶媒ガスの場合にはその沸点以下の温度とし、これにより上記溶媒ガスが液化される温度としてある。
【００１５】
而して、顔料等の微粒子は、バルブ(V1)を開くことにより材料仕込ライン（４）から超臨界分散槽（１）に供給される。この際、微粒子は乾燥した状態であってもよいし、水に分散する場合は水を含むスラリ−、有機溶媒の場合は同種の有機溶媒を含むスラリ−であってもよい。また、上記微粒子は固体粒子の他、液体粒子の微粒子を分散質としてもよい。なお、このとき、上記バルブ(V2)〜(V4)は閉じてある。
【００１６】
次に、バルブ(V2)を開き、超臨界流体ライン（５）から超臨界流体を超臨界分散槽（１）内に供給する。このとき、該槽内は調温ジャケット（６）により臨界温度若しくは臨界温度のわずか下の温度まで加熱され、かつ超臨界場を形成する圧力まで加圧されている。このとき、上記バルブ(V1)，(V3)，(V4)は閉じられている。
【００１７】
上記のようにして超臨界分散槽（１）内に微粒子と超臨界流体を仕込んだら、上記バルブ(V2)を閉じ、攪拌翼(12)等によって槽内を攪拌混合し、微粒子を超臨界流体に分散させて超臨界流体分散液を作る。このとき、微粒子は、該微粒子に対する濡れ性が優れている超臨界流体中に分散されるため、微粒子が相互に凝集した２次粒子等が迅速に解砕され、１次粒子化し極めて均一な分散状態となる。したがって、このような分散操作は、従来のように大気圧下で水や有機溶媒に微粒子を分散する場合に比べて、極めて短時間で行うことができる。
【００１８】
一方、上記溶媒ガス接触装置(16)内には、上記分散溶媒ガス発生装置(18)により溶媒ガスライン(19)、バルブ(V6)を介して供給される溶媒ガスが充満されている。このとき、バルブ(V4)，(V5)は閉じている。この溶媒ガスは、上記したようにスチ−ムや気化した有機溶媒ガスである。また、上記溶媒ガス接触装置(16)内は上記背圧弁(V7)を開放し若しくは適宜に調整することにより大気圧下の状態若しくは所定の圧力状態に保持されている。なお、この際上記調温ジャケット(21)は、溶媒ガス接触装置(16)内に供給された上記溶媒ガスがガス化状態を維持する所定の温度、すなわち溶媒ガスがスチ−ムの場合は露点、気化した有機溶媒ガスの場合にはその沸点以上、あるいはわずかに露点若しくは沸点を下回り、過飽和の状態となっている温度に保持されるようにしてある。
【００１９】
上述のように、超臨界分散槽（１）において所定時間、攪拌混合され微粒子が分散した超臨界流体分散液は、バルブ(V4)を介して放出ライン(10)から上記溶媒ガス接触装置(16)に、所定の流量で放出される。この放出の際、超臨界流体分散液中の微粒子は、微粒子間の間隙や微粒子自体に形成された細孔内に存在している超臨界流体が急激に体積膨張することにより、凝集体の解砕や１次粒子化が一層促進され、さらに微細化された上記微粒子が上記溶媒ガスと接触し十分に混合される。
【００２０】
上記のように１次粒子程度に微細化された微粒子と溶媒ガスが充分に接触、混合した流体は、冷却手段、すなわち超臨界流体が気化する際の気化熱や調温ジャケット(21)その他適宜の冷却装置等により、溶媒ガスがスチ−ムの場合は露点以下に、気化した有機溶媒ガスの場合にはその沸点以下に冷却されて液化し、微粒子が極めて均一に分散された分散液として溶媒ガス接触装置(16)の下方に溜り、バルブ(V5)を開けて取出口(22)、取出ライン(23)から回収される。
【００２１】
上記溶媒ガス接触装置(16)で上記超臨界流体は、気化して上記分散液から分離し、背圧弁(V7)、排出口(24)、排出ライン(25)を通して排出される。この排出された超臨界流体を回収し適宜精製等して上記超臨界分散槽（１）に再供給するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成され、超臨界分散槽内で微粒子（分散質）と超臨界流体を攪拌混合して微粒子が均一に分散する超臨界流体分散液を作成し、その後、この超臨界流体分散液を溶媒ガス接触装置内に放出し、分散溶媒がガス化した溶媒ガスと接触混合させた後、上記溶媒ガスを冷却し液化して目的とする分散液を作成するようにしたから、大気圧下で複数の粒子が凝集した２次粒子の形で存在する微粒子は、濡れ性に優れ、拡散係数の大きい超臨界流体中で攪拌されることにより凝集した粒子の間隙や粒子表面に存在する細孔内まで濡され、迅速に解砕され、微細化する。この微細化された微粒子は溶媒ガス接触装置内で上記超臨界流体が急激に体積膨張することによりさらに解砕され、ほぼ１次粒子といえる程度までに微細化され、この粒子が溶媒ガスと接触混合され、冷却されることで微粒子の１つ１つの表面を液化した分散溶媒で包み込んだ液が作成され、これにより１次粒子程度まで微細化された微粒子が極めて均一に分散された高度の分散液を短時間に少ない動力で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す説明図。
【図２】本発明の他の実施例を示す一部の説明図。
【図３】溶媒ガス接触装置の一実施例を示し、（Ａ）は側面、（Ｂ）は平面からみた各説明図。
【図４】溶媒ガス接触装置の他の実施例を示し、（Ａ）は側面、（Ｂ）は平面からみた各説明図。
【図５】溶媒ガス接触装置のさらに他の実施例を示し、（Ａ）は側面、（Ｂ）は平面からみた各説明図。
【図６】溶媒ガス接触装置のさらに他の実施例を示し、（Ａ）は側面、（Ｂ）は平面からみた各説明図。
【符号の説明】
１超臨界分散槽
２材料仕込口
３超臨界流体仕込口
10 放出ライン
16 溶媒ガス接触装置
17 超臨界流体分散液放出口
18 分散溶媒ガス発生装置
20 溶媒ガス供給口

Claims

分散質と超臨界流体を攪拌混合し超臨界流体分散液とし、この超臨界流体分散液を分散溶媒をガス化した溶媒ガス中に放出して該溶媒ガスと接触させ、上記超臨界流体を気化させると共に上記溶媒ガスを冷却して液化し、この液化した分散溶媒中に上記分散質を分散させるようにしたことを特徴とする分散液の製造方法。
分散質と超臨界流体を攪拌混合して超臨界流体分散液とするための超臨界分散槽と、分散溶媒をガス化するための分散溶媒ガス発生装置と、上記超臨界流体分散液を放出し上記分散溶媒ガス発生装置で発生した溶媒ガスと接触させると共に上記超臨界流体を気化させる溶媒ガス接触装置と、接触後の溶媒ガスを冷却する手段を具備する分散液の製造装置。