JPH10192670A - 超臨界状態を用いた分散方法及び分散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超臨界流体を用いて効率よく分散を行う。 【解決手段】 分散質と溶媒の混合物を超臨界容器
（６）に供給する。この超臨界容器（６）に超臨界溶媒
を供給する。この超臨界溶媒を臨界温度、臨界圧力以上
に加熱加圧し、超臨界流体とする。その後上記混合物と
超臨界流体を攪拌混合する。得られた超臨界混合物を爆
砕槽(10)において大気圧に解放する。これにより上記分
散質は溶媒中に効率よく分散する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体（微粒子）と液
体を混合分散する固−液系の分散及び液体と液体を混合
浮化したりする液−液系の分散や固−液（水）−液（溶
媒）系の分散方法に関し、特に分散手段として超臨界状
態の超臨界溶媒を用いて分散することを特徴とする分散
方法及び分散装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】塗料、インキ、セラミックス、化粧品、
食料品その他の原料として用いられる固系の分散質を分
散するためにニ−ダ−、ロ−ルミル、媒体分散機等を用
いたり、また液系の分散質を乳化するためホモジナイザ
−等を用いたりしているが、これらの処理は、一般に分
散粒子にせん断力等を機械的に与えることによって微粒
子化するものであるから、処理時間がかかったり、処理
後の装置の洗浄等が面倒であったりするものがある。

【０００３】また、上述のような分散方法を改良するよ
う超臨界状態にした溶剤と分散質を混合し、該分散質の
一次粒子間の濡れを促進し、これを減圧弁により急激に
減圧して分散質を微粒化した後ワニス、トルエン等から
なる媒体中に吹き込むようにした分散方法も提案されて
いるが、そのような方法では微粒子を媒体中に吹き込む
ときに再凝集が起こり、分散状態が劣化するおそれがあ
った。

【０００４】

【発明の解決課題】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、上記の如き欠点を生ぜずに固系や液系
の分散質を効率よく分散できるようにした分散方法及び
分散装置を提供することを目的とし、好ましくはコンピ
ュ−タ−制御により操作できるようにした超臨界状態を
用いた分散方法及び分散装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題解決の手段】本発明によれば、分散質と溶媒を混
合した混合物を超臨界容器に供給し、該超臨界容器に超
臨界溶媒を供給し、該超臨界溶媒を気相状態から超臨界
流体にするよう加熱加圧し、該超臨界容器内で上記混合
物と上記超臨界流体を混合し、その後上記混合物と超臨
界流体との超臨界混合物を爆砕槽へ導き、該爆砕槽で大
気圧に噴出すると共に衝突させ、上記分散質を溶媒中に
分散することを特徴とする超臨界状態を用いた分散方法
及びその装置が提供され、上記目的が達成される。

【０００６】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） 噴出液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。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明による分散方法の原理を、
図面を参照して説明する。図１は、分散質が固系の微粒
子であり、これを液系の溶媒中に分散する場合を示して
いる。ここで、固系の微粒子とは、例えば顔料、セラミ
ックス材料粉、磁性粒子などの超微粒子を含み、数種類
の微粒子を含んでいる場合もあり、液系の溶媒とは分散
液中で連続相を形成する水、有機溶媒等を含み、これら
を懸濁（粗分散）した状態の混合物（以下スラリ−とい
う。）を超臨界容器（６）の供給口(30)から該容器内に
仕込む（図１（Ａ））。この際、高分子界面活性剤等の
分散剤その他の適宜の薬剤を予め添加しておいてもよ
い。この段階では、固体微粒子（ａ）・・・は、一般に
複数ないし粒子の集合体を形成している、いわゆる粒子
が凝集した状態となっており、それらが溶媒中に懸濁し
た状態にあると考えられる。なお、分散質の性状に応じ
て上記スラリ−は予備分散装置で予備分散してから上記
容器に供給するようにしてもよいし、予備混合を行わず
に直接上記容器に供給させてもよい。

【０００８】次に、上記超臨界容器（６）の供給口（ノ
ズル）（８）から超臨界溶媒を該容器内に充填し、該超
臨界溶媒の臨界温度、臨界圧力以上にして超臨界流体に
すべく上記容器に付設したポンプ、ヒ−タ−等の加熱加
圧手段により上記超臨界溶媒を加熱、加圧する（図１
（Ｂ））。このようにして得られた超臨界流体（ｂ）・
・・は、水やアルコ−ルなどの液体溶媒に比べて拡散係
数が大きく、表面張力が小さいため微粒子に濡れやす
く、微粒子（ａ）・・・の集合体内に速やかに入り込
む。さらに該集合体を作る個々の微粒子同志の相互作用
（引力）よりも微粒子と超臨界流体の相互作用（引力）
の方が大きいため、微粒子の集合体は個々の粒子に解砕
され、一次粒子化が進行し、微粒子の分散が促進され
る。この際、上記微粒子が細孔（ｃ）を有する場合に
は、上記したように上記超臨界流体が大きな拡散係数、
小さな表面張力を有することにより、拡大図に示すよう
に、微粒子（ａ）の細孔（ｃ）・・・内まで超臨界流体
が含浸する。

【０００９】次に、上記一次粒子化や微粒子間やその細
孔内への含浸を一層進行させるよう上記超臨界容器内の
上記スラリ−と超臨界流体の超臨界混合物を攪拌手段に
より攪拌する（図１（Ｃ））。該攪拌手段としては種々
の方法を採ることができるが、好ましくは上記超臨界容
器を攪拌軸等が貫通しないような密閉構造とする。図１
及び図２（Ａ）に示すものは超臨界容器内に向けてジェ
ットノズル（８）を設け、超臨界容器（６）に形成した
循環口(31)と該ノズル（８）をポンプ(P4)を介して連結
し、該ポンプにより上記超臨界混合物を循環加圧し、上
記ジェットノズル（８）から超臨界容器内に噴出し、容
器内に循環流を発生させ、攪拌混合し、均質化を促進す
るようにしている。

【００１０】図２（Ｂ）に示す攪拌手段は、上記超臨界
容器（６）内に超音波を照射し容器内の混合物を攪拌
し、均一化を行うようにしたもので、図を省略した超音
波発生手段に連結した超音波照射孔(32)を該容器に設け
てある。

【００１１】また、上記超臨界容器（６）の外部に移動
磁界を発生する電磁コイルを設けて容器内の混合物を攪
拌するようにしてもよい。図２（Ｃ）に示す実施例は、
容器内に外部移動磁界により振動するよう振動板(33)を
有する振動発生体(34)を設け、該振動発生体(34)を電磁
コイル(35)により駆動して振動板(33)を振動させて攪拌
を行うようにしてある。

【００１２】図２（Ｄ）に示す実施例は、超臨界容器内
に外部の回転移動磁界により回転するよう回転翼(36)を
有するロ−タ−(37)を設け、該ロ−タ−(37)を電磁コイ
ル(38)で駆動することにより回転翼(36)を回転して攪拌
を行うようにしたものである。

【００１３】上記のように、種々の攪拌手段により攪拌
混合された超臨界混合物は、超臨界容器（６）の流出口
(39)から排出され、該流出口(39)に接続したライン
（９）を通って爆砕槽(10)に導かれ、該爆砕槽(10)内で
大気圧に解放されて噴出し、衝撃作用を与えて分散を促
進するよう衝突部に衝突される（図１（Ｄ））。該爆砕
槽(10)の噴出口(12)は、適宜の内径の細孔やスリットを
有する爆砕ノズル(40)（図３（Ａ））や適宜の開口面積
を有する爆砕窓(41)（図３（Ｂ））とすることができ、
該爆砕ノズル等と上記超臨界容器（６）の流出口(39)を
結ぶ上記ライン（９）はヒ−タ−（図示略）を設けて加
熱することが好ましい。

【００１４】衝突部として、図３（Ａ），（Ｂ）に示す
ものでは、上記ノズル、窓等の前方を囲むよう下方が開
放した衝突板(13)を形成してあり、上記ノズル(40)の場
合には該ノズル(40)の噴出方向に対して垂直となるよう
垂直板状(13a）に形成し、爆砕窓(41)の場合は該爆砕窓
(41)に対して半球板状(13b）に形成し、上記ノズル等か
ら噴き出した分散液が壁面にほぼ垂直に衝突するように
し、効果的に衝撃力を作用するようにしてある。

【００１５】上記衝突部として板状体を用いないように
することもできる。この場合には、図３（Ｃ）に示すよ
うに、爆砕槽(10)内に対向状態に爆砕ノズル(40)，(40)
を設け、該爆砕ノズル(40)，(40)へ上記超臨界容器
（６）からのライン（９）を２分してそれぞれ接続し、
該ノズル(40)，(40)からそれぞれの分散液を向いあわせ
に噴出し、液どうしを衝突させ、衝突時の衝撃により分
散を促進させるようにすればよい。なお、上記爆砕ノズ
ル(40)，(40)は、爆砕槽(10)内のフ−ド(42)内に設けら
れており、該ノズルから噴出した分散液は互いに衝突し
た後、周囲に飛散することなく下方に流下する。

【００１６】上記のように爆砕槽(10)において、上記微
粒子の集合体内の超臨界溶媒の体積が急激に膨張するた
め、微粒子はさらに個々の粒子に一次粒子化の状態にな
り、この際微粒子が細孔を有する場合には細孔内に含浸
した超臨界溶媒の体積膨張により、微粒子そのものがさ
らに粉砕、分散される。

【００１７】上記工程中、超臨界溶媒を超臨界流体にす
る加熱、加圧操作は、下記するように気相状態から超臨
界状態に相転移させることが好ましい。図４は、室温、
常圧で気体の超臨界溶媒から超臨界状態を作成するため
の温度と圧力の操作経路を示し、（Ａ）は温度−圧力操
作の過程、（Ｂ）は温度−圧力操作過程の密度−圧力等
温線図における表示、（Ｃ）は温度−圧力操作過程の密
度−温度等圧線図における表示を表わしており、図中の
太い実線は種々の操作過程を示している。

【００１８】上記図中、経路番号１→２→５で示す操作
過程（１）は、経路１→２で気体から流体に変化し、経
路２→５で液体から超臨界流体になる変化である。この
場合の相の状態と固体粒子分散の関係をみると、気液平
衡領域を通過するとき粒子の表面が液体に濡れるため、
その後に超臨界流体が細隙等に浸入しにくくなる。その
結果固体粒子の集合体の隙間や固体粒子の細孔への超臨
界溶媒の含浸は、主としてスラリ−中の有機溶媒等の溶
媒における分子拡散によってのみ行われることになり、
超臨界状態に到達しても固体粒子の集合体の隙間や固体
粒子内の細孔へは超臨界流体の影響が及び難い状態とな
る。従って、上述したように超臨界状態における分散や
爆砕効果による一次粒子化が不充分な状態となる。

【００１９】操作過程（２）で示す経路１→３→５の操
作は、経路１→３で気体のまま圧縮され、経路３→５で
連続的に超臨界流体となる。この場合は、気体から超臨
界流体へ連続的に移行するため、固体粒子の集合体の間
隙、固体粒子の細孔内への超臨界流体の含浸が良好であ
る。

【００２０】操作過程（３）で示す経路１→４→５の操
作は、経路１→４で気体のまま圧縮され、経路４→５で
連続的に超臨界流体となる。この場合は、上記操作過程
（２）と同様に超臨界流体の含浸が良好であり、圧力、
温度、密度の因子を効果的にコンピュ−タ−でコントロ
−ルし、固体粒子の分散に最も良好な状態を選択して短
時間で分散操作を行うことができる。固−液系の分散の
コントロ−ルとしては、例えば、最初に超臨界流体の密
度を低密度にして容易に含浸するようにし、その後圧力
をあげて高密度にし、濡れ性を高め、その後に爆砕槽で
大気圧に解放するようにすればよい。

【００２１】常温、常圧で液体の超臨界溶媒から超臨界
状態を作成するための操作経路が図５に示されている。
図５は、図４と同様に（Ａ）は温度−圧力操作の過程、
（Ｂ）は温度−圧力操作過程の密度−圧力等温線図にお
ける表示、（Ｃ）は温度−圧力操作過程の密度−温度等
圧線図における表示を表わしている。この場合の操作過
程としては、経路１→２→３、または１→４→３に示す
ように、先ず臨界温度以上に温度を上げて液体から気体
に相転移させ、その後に加圧して超臨界流体となるよう
な操作をすればよい。このとき、上記流体は気液相転移
を通ることになるが、この相転移は密度が小さくなる相
転移であり、固体粒子の細孔内や固体粒子の集合体間隙
内への浸透性には影響がないと考えられる。

【００２２】上述したように、超臨界溶媒を超臨界状態
にするには種々の操作過程があり、気体から液体になる
相転移を経るものは密度が大きくなる相転移となり、液
体から気体になる相転移を経るものは密度が小さくなる
相転移であり、密度が小さくなる相転移は超臨界流体の
固体粒子の集合体の間隙や粒子の細孔への含浸を妨げな
いから、本発明においては気相状態を経て超臨界流体に
するよう加熱加圧手段を操作している。

【００２３】図６には、液系の分散質を溶媒中に分散す
る液滴の分散方法が示されている。ここで、脂肪球等の
液系の分散溶質は、水、有機溶媒等の溶媒中に懸濁（粗
分散）され、水−有機溶媒系、有機溶質−有機溶媒系、
２種ないし多種の有機溶質−有機溶媒系などの種々の液
−液系の混合物（以下エマルジョンという。）として供
給口(30)から超臨界容器（６）内に仕込まれる（図６
（Ａ））。このとき、分散剤、薬剤等の添付物を予め添
加しておいてもよい。

【００２４】次に、上記超臨界容器（６）の供給口
（８）から超臨界溶媒を該容器内に充填し、ポンプ、ヒ
−タ−等の加熱加圧手段により所定の温度、圧力にし、
超臨界状態を作り出す（図６（Ｂ））。この操作により
得られた超臨界流体は、一般に水に比べて分散溶質との
親和性が大きいため、上記超臨界容器内においては、図
（Ｂ）中の図に示すように超臨界流体（ｂ）・・・が
分散溶質（ｄ）・・・に溶け込むように混合物の滴がで
き、同液滴が、水、有機溶媒等の溶媒中に分散した状態
であって滴が超臨界状態となっている場合と、図（Ｂ）
中の図に示すように超臨界流体、分散溶質および水等
の溶媒が均一の状態で超臨界状態となっている場合が考
えられる。

【００２５】その後、攪拌手段により上記超臨界容器
（６）内の攪拌混合を行う（図６（Ｃ））。図において
は、ポンプ(P4)により超臨界混合物を循環、加圧しジェ
ットノズル（８）から該容器内に噴出する手段が示され
ているが、上記図２に示すような種々の手段を用いるこ
とができる。この操作により、上記図（Ｂ）中の図に
示す状態のものでは、滴がサブミクロンから数マイクロ
ンメ−トルオ−ダ−の滴径となるような微粒子化が行わ
れ、上記図（Ｂ）中の図の場合には均一化が一層促進
され、よりよい分散状態となる。

【００２６】上記攪拌混合された超臨界混合物は、超臨
界容器（６）の流出口(39)から爆砕槽(10)へ導かれ、該
爆砕槽(10)の爆砕ノズルや爆砕窓等の噴出口(12)から該
槽内に噴出される（図６（Ｄ））。このとき、上記図
（Ｂ）中の図に示す状態のものでは、液滴中の超臨界
溶媒の体積が急激に膨張し、液滴を微小化し、分散溶質
の分散が進行され、また上記図（Ｂ）中の図に示す状
態のものでは、均一状態の分散液は超臨界溶媒が急激に
蒸発、分散することにより液中に極めて微小な分散溶質
の滴が存在する状態の良好な分散液とる。なお、爆砕槽
(10)内に設けた図３に示す如き衝突部に上記分散液が激
突する衝撃作用により、上記分散は一層促進される。上
述の各操作は、コンピュ−タ−により制御することがで
き、この場合の操作としては、例えば超臨界流体を最初
から高密度状態にして分散溶質に充分溶解させるように
し、その後に爆砕槽で大気圧に解放するようにすればよ
い。

【００２７】上述した分散方法を実施する分散システム
の好適な装置の一実施例の概要が図７に示されている。
図において、所望により予備混合を行う場合の実施例と
して、ロ−ルミル，ニ−ダ−等の捏和機（１）やプラネ
タリ−ミキサ−（２）等の予備混合装置が設けられ、該
予備混合装置により分散質、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（３）に供給するよ
うにしてある。該調整タンク（３）には、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（４）が設けられている。

【００２８】上記タンク（３）にはバルブ(V1)、分散試
料送液ポンプ(P2)を介して媒体分散機（５）が接続さ
れ、該媒体分散機（５）は、２００気圧程度まで昇圧可
能な分散試料送液ポンプ(P3)、流量計(M1)、バルブ(V2)
を介し超臨界容器（６）の供給口(30)に接続されてい
る。

【００２９】上記超臨界容器（６）は温度コントロ−ル
付のジャケット（７）により加熱され、ジェットノズル
（８）から超臨界溶媒を供給するよう構成されている。
上記超臨界容器（６）には、上記図１等に示すような噴
流攪拌を行う実施例の場合として循環口(31)が設けら
れ、該循環口(31)はバルブ(V3)、２００気圧程度まで耐
圧性のある循環ポンプ(P4)、流量計(M2)を介し上記ノズ
ル（８）に接続されている。また、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)，加圧
用コンプレッサ−ポンプ(P5)を介して上記バルブ(V3)と
ポンプ(P4)の間に接続されている。

【００３０】上記超臨界容器（６）には圧力計（Ｇ），
温度計(T1)が設けられ、流出口(39)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（９）が接続され、該ライン（９）はアクチュエ−
タ−付減圧バルブ(V6)，流量計(M3)を介し爆砕槽(10)に
連結している。

【００３１】上記爆砕槽(10)内には、上方に仕切板(11)
が設けられ、上記ラインは爆砕ノズル，爆砕窓等の噴出
口(12)に接続しており、該爆砕ノズル，爆砕窓等の噴出
口(12)の前方には囲い付衝突板(13)が形成されている。
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る。

【００３２】上記爆砕槽(10)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(P6)を介し緩衝槽(14)が接続され、該
緩衝槽(14)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。

【００３３】上記爆砕槽(10)の下部には送液ポンプ(P
7)，流量計(M4)を介して貯槽（脱泡槽）(15)が接続さ
れ、該貯槽(15)は温度コントロ−ル付加熱ジャケット(1
6)で加熱され、攪拌機(17)で分散液を攪拌混合するよう
にしてある。該貯槽(15)には温度計(T2)を設けてあり、
また所望により該貯槽(15)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(14)に連
通する回収装置を設けてもよい。

【００３４】なお、上記分散試料調整用タンク（３）、
媒体分散機（５）、超臨界容器（６）、爆砕槽(10)、貯
槽(15)にはそれぞれ洗浄液を排出するためのバルブ付排
出口(18),(19),(20),(21),(22)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(M1)〜(M4)から得られ
る流量デ−タは、コンピュ−タ−に送られ、演算処理さ
れ、ポンプ(P1)〜(P7)、バルブ(V1)〜(V5)のアクチュエ
−タ−、加熱ジャケット（７），(16)の温度コントロ−
ラ−、ライン（９）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。

【００３５】而して、上記システムの操作手順を説明す
ると、分散質（固−液系の場合には顔料、セラミック材
料粉、磁性粒子など超微粒子を含み、数種類の微粒子を
含んでいる場合もある。また、液−液系の場合には脂
肪、有機薬剤、モノマ−など疎水性の液体などの分散溶
質と水の液−液系、あるいは有機溶媒とそれに不溶な脂
肪、有機薬剤、モノマ−などの分散溶質の液−液系の場
合がある）は分散試料調整用タンク（３）内で必要に応
じて薬剤（微粒子、分散溶質の分散を促進する分散剤、
あるいは微粒子の表面に種々の機能性を持たせるための
表面改質剤、コ−ティング剤等）や水、有機溶媒等の溶
媒と混合され、所定の濃度となるよう調合され、液状の
分散液（スラリ−、エマルジョン）となる。なお、この
段階では上記バルブ(V1)，(V2)，(V4)は閉じており、上
記バルブ(V3)，(V5)，(V6)は開いている。

【００３６】次に、上記バルブ(V4)を開き、（上記バル
ブ(V1)，(V2)は閉じ、バルブ(V3)，(V5)，(V6)は開いて
いる。）、二酸化炭素、エチレン、代替フロンその他の
超臨界溶媒を超臨界容器（６）、爆砕槽(10)、緩衝槽(1
4)等に送り込み、各内部の空気を該溶媒と置換する。

【００３７】置換処理の後、上記バルブ(V3)〜(V6)を閉
じ、バルブ(V1)，(V2)を開く。分散試料調整用タンク
（３）内の分散試料はポンプ(P2)により媒体分散機
（５）に送られ、分散質と溶媒や薬剤をより均一な状態
に混合し（分散試料調整用タンク（３）内における攪拌
で十分均一な状態となっている場合には媒体分散機
（５）およびそれに付随する洗浄液排出口(19)やバルブ
（１）、ポンプ（２）は省いてもよい）、ポンプ（３）
により超臨界容器（６）内に所定量を圧入する。

【００３８】次に、上記バルブ(V1)，(V2)を閉じ、バル
ブ(V4)を開き（バルブ(V3)，(V5)，(V6)は閉じた状
態）、超臨界容器（６）内に超臨界溶媒を充填し、所定
の温度（分散質の性状を損なわない温度でかつ臨界温度
以上）、圧力（臨界圧力の２倍程度）にするため、ジャ
ケット（７）による昇温、ポンプ(P5)による加圧を行い
超臨界状態を作り出す。上記の操作は、上述した図４，
図５で説明したように対象とする分散質に最適の操作を
行う。

【００３９】そして、上記バルブ(V4)を閉じ、バルブ(V
3)を開ける。このとき、上記バルブ(V1)，(V2)，(V5)，
(V6)は閉じた状態にあり、超臨界容器（６）は外部と遮
断された状態となっている。つぎにポンプ(P4)により加
圧された分散試料をジェットノズル（８）から吹き出
し、超臨界容器（６）内を噴流により攪拌し、分散を促
進する。

【００４０】その後、上記バルブ(V3)を閉じ、バルブ(V
6)を開け（バルブ(V1)，(V2)，(V4)，(V5)は閉じた状
態）、爆砕ノズルあるいは爆砕窓等の噴出口(12)を経て
分散液を爆砕槽(10)に噴出する。分散液は超臨界溶媒の
膨張による爆砕効果および囲い付衝突板(13)に衝突する
ことで（向流衝突を用いてもよい）、分散がより一層進
行する。なお、上記した分散の促進効果は、超臨界容器
（６）内が減圧するに従って弱くなるので、分散液の噴
出は超臨界容器（６）内の圧力をモニタ−し、同容器内
の圧力が臨界圧程度になるまで行う。

【００４１】上記爆砕槽(10)内において、超臨界溶媒は
分散液から気化分離する。仕切板(11)部で分散液の飛沫
を爆砕槽(10)下部に捕集した超臨界溶媒は、フィルタ−
(F2)を経てコンプレッサ−ポンプ(P6)により昇圧され、
緩衝槽(14)内で液体状体で回収、貯蔵され後述するよう
に、リサイクルされる。

【００４２】上記分散液はポンプ(P7)により貯槽(15)に
送られる。貯槽(15)においては、ジャケット(16)による
加熱を行い、未回収の超臨界溶媒を蒸発、分離し、分散
溶質を所定の濃度に濃縮する。

【００４３】上記バルブ(V3)，(V6)を閉じ、バルブ(V
1)，(V2)を開きスラリ−、エマルジョン等の分散液を容
器（６）内に充填して次のサイクルを行う。なお、この
場合、上述した超臨界溶媒の充填を行う際には、バルブ
(V1)，(V2)，(V3)，(V4)，(V6)を閉じた状態でバルブ(V
5)を開け、緩衝槽(14)内の超臨界溶媒をはじめに用い、
その後バルブ(V5)を閉じ、バルブ(V4)を開け不足分の超
臨界溶媒を補う。

【００４４】

【実施例】超臨界溶媒として二酸化炭素を用い、カ−ボ
ンブラック（ケッチェン・ブラック・インタ−ナショナ
ル株式会社製カ−ボンＥＣＰ）を純水中に分散する実験
を行い、次の試料Ａ〜Ｄを作成した。 試料Ａ……純水中に２wt％の上記カ−ボンブラックを仕
込み、図４中の操作過程（３）に相当する以下の操作を
行ったのち、爆砕を行った。（２０℃、１atm ）−（５
分）→（２０℃、２０atm ） −（５分）→（５０℃、５０atm ）−（５分） →（６０℃、１００atm 、５分）−（爆砕）→（２０
℃、１atm ） 試料Ｂ……純水中に２wt％の上記カ−ボンを仕込み、図
４中の操作過程（１）に相当する以下の操作を行ったの
ち、爆砕を行った。 （２０℃、１atm ）−（７分）→（２０℃、１００atm
） −（８分）→（６０℃、１００atm 、５分）→（爆砕） 試料Ｃ……純水中に２wt％の上記カ−ボンブラックと３
wt％の分散剤を仕込み、４枚プロペラ翼の攪拌機を用い
て２時間分散を行った。 試料Ｄ……純水中に２wt％の上記カ−ボンブラックを仕
込み、４枚プロペラ翼の攪拌機を用いて２時間分散を行
った。 （結果）上記試料Ａ〜Ｄを、試験管内で１００時間静置
してその相違を比較したところ、図８の説明図に示す如
き差異が確認された。試料Ａは１００時間後でも均一に
分散しており再凝集も起こらず良好に分散している。試
料Ｂは、わずかに再凝集（α）、沈降（β）が起こって
おり、一部に水（γ）が分離し、試料Ａに比べて分散状
態が悪い。試料Ｃ、試料Ｄは１時間後から水とカ−ボン
ブラックの分離が起こり、分散状態がきわめて悪い。ま
た、０μm 〜５０μm の粒ゲ−ジ（ＪＩＳ−Ｋ５４０
０）を用いて試料の粗さを測定したところ、試料Ａ、試
料Ｂについては粒径が５μm 以下の粒子の存在は見られ
なかった。一方、試料Ｃについては粒径３３μm の粒子
の存在が確認され、試料Ｄでは粒径４０μm の粒子が存
在した。以上の結果により、本発明の超臨界状態を用い
る分散方法及び装置により良好な分散状態を作り出すこ
とができた。

【００４５】また、本発明による爆砕効果を確認するた
め、試料Ｅを作成した。 試料Ｅ……純水中に２wt％の上記カ−ボンブラックを仕
込み、図４中の操作過程（３）に相当する以下の操作を
行い超臨界状態にした後、穏和に減圧を行った（すなわ
ち、爆砕を行わなかった）。 （２０℃、１atm ）−（５分）→（２０℃、２０atm ） −（５分）→（５０℃、５０atm ）−（５分）→（６０
℃、１００atm 、５分）−（６０分）→（２０℃、１at
m ） （結果）光散乱法を用いた粒径分布測定装置（株式会社
セイシン企業製、レ−ザ−マイクロンサイザ−型式ＰＲ
Ｏ−７０００Ｓ）を用い、上記試料Ａ〜Ｄ及び試料Ｅの
分散液中のカ−ボンブラックの粒径分布を測定したとこ
ろ、図９の如き結果が得られた。この測定結果から明ら
かなように、爆砕することにより上記試料Ａ、Ｂは試料
Ｅに比べて均一な粒径分布が得られ、爆砕の効果が確認
された。

【００４６】

【発明の効果】本発明は上記のように構成され、分散質
と溶媒を混合し、これを超臨界容器内で超臨界流体と混
合し、この超臨界混合物を爆砕槽で噴出し爆砕するよう
にしたから、固（微粒子）−液系分散においては低密度
（拡散係数が大きく、粘度が小さい）の状態で微粒子の
集合体の間隙や微粒子自体の細孔内に超臨界流体を入り
込ませ、その後圧力をあげ、高密度（分子間相互作用が
大きく、微粒子に対する濡れ性がよい）にすることで微
粒子の一次粒子化を促進させ、さらに急激な減圧（大気
圧解放）を行うことにより密度を急激に小さく（体積を
大きく）することにより効果的な分散を行うことがで
き、分散後に再凝集も起こりにくくできる。また、液
（分散溶質）−液（水）系分散においては、高密度の状
態での大きな溶解度を利用し、液（水）中に存在する分
散溶質の滴に超臨界流体を溶解させ（場合によっては水
−分散溶質−超臨界流体の均一状態となる）、その後急
激な減圧（大気圧に解放）を行い、密度を急激に小さく
（体積を大きく）することで、分散を促進させ、再凝集
も生じにくいようにできる。粘度の大きいスラリ−等の
場合でも、上記超臨界流体を導入して粘度を著しく低減
させることができ、これによりノズル等から噴出させる
ことにより容易に破砕、分散することができる。

【００４７】また、上記のように超臨界溶媒による固体
粒子の表面や細孔内部への濡れを促進し、一次粒子化し
た分散状態とするための操作はコンピュ−タ−制御によ
り温度と圧力の最適な操作経路を選択して的確に行うこ
とができ、大気圧に解放する際に爆砕槽の衝突部により
一層の分散を図ることができ、その上超臨界溶媒を回収
してリサイクルできるから、省資源タイプの分散システ
ムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固（微粒子）−液系の分散方法を
示し、（Ａ）はスラリ−仕込み工程、（Ｂ）は超臨界状
態化工程、（Ｃ）は噴流攪拌を用いた場合の攪拌混合工
程、（Ｄ）は爆砕ノズルと垂直板状衝突部を用いた場合
の爆砕工程を示す説明図。

【図２】攪拌手段を示し、（Ａ）は噴流攪拌、（Ｂ）は
超音波攪拌、（Ｃ）は外部移動磁界により駆動する振動
板、（Ｄ）は外部移動磁界により駆動する回転翼を示す
説明図。

【図３】爆砕槽の衝突部を示し、（Ａ），（Ｂ）はいず
れも囲い付衝突板を用いた説明図、（Ｃ）は向流衝突に
よる場合の説明図。

【図４】室温、常圧で気体である超臨界溶媒から超臨界
状態を作成するための温度と圧力の操作経路を示し、
（Ａ）は温度−圧力操作の過程、（Ｂ）は温度−圧力操
作過程の密度−圧力等温線図における表示、（Ｃ）は温
度−圧力操作過程の密度−温度等圧線図における表示を
示す線図。

【図５】室温、常圧で液体である超臨界溶媒から超臨界
状態を作成するための温度と圧力の操作経路を示し、
（Ａ）は温度−圧力操作の過程、（Ｂ）は温度−圧力操
作過程の密度−圧力等温線図における表示、（Ｃ）は温
度−圧力操作過程の密度−温度等圧線図における表示を
示す線図。

【図６】本発明による液−液系の分散方法を示し、
（Ａ）はエマルジョン仕込み工程、（Ｂ）は超臨界状態
化工程、（Ｃ）は噴流攪拌を用いた場合の攪拌混合工
程、（Ｄ）は爆砕ノズルと垂直板状衝突部を用いた場合
の爆砕工程を示す説明図。

【図７】本発明による分散装置の一実施例を示す説明
図。

【図８】本発明により分散された実施例と比較例の分散
状態を示す説明図。

【図９】本発明により分散された実施例と比較例の粒径
分布を示す線図。

【符号の説明】

６ 超臨界容器 10 爆砕槽 12 噴出口 13 衝突板 14 緩衝槽 15 貯槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 13/00 Ｂ０１Ｊ 13/00 Ｂ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散質と溶媒を混合した混合物を超臨界
   容器に供給し、該超臨界容器に超臨界溶媒を供給し、該
   超臨界溶媒を気相状態から超臨界流体にするよう加熱加
   圧し、該超臨界容器内で上記混合物と上記超臨界流体を
   混合し、その後上記混合物と超臨界流体との超臨界混合
   物を爆砕槽へ導き、該爆砕槽内で大気圧に解放し、衝突
   部に衝突させ、上記分散質を分散することを特徴とする
   超臨界状態を用いた分散方法。
2. 【請求項２】 上記爆砕槽で分離した超臨界溶媒を回収
   し、上記超臨界容器へ供給するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の超臨界状態を用いた分散方法。
3. 【請求項３】 上記分散質と溶媒の混合物は、固系の分
   散質を有機溶媒、水等の溶媒に懸濁したスラリ−である
   請求項１または２に記載の超臨界状態を用いた分散方
   法。
4. 【請求項４】 上記分散質と溶媒の混合物は、液系の分
   散溶質を有機溶媒、水等の溶媒に懸濁したエマルジョン
   である請求項１または２に記載の超臨界状態を用いた分
   散方法。
5. 【請求項５】 上記分散質と溶媒の混合物は、固系およ
   び液系の分散質を液系の溶媒に懸濁したスラリ−である
   請求項１または２に記載の超臨界状態を用いた分散方
   法。
6. 【請求項６】 分散質と溶媒の混合物に超臨界流体を導
   入して粘度を低減させ、この低粘度の混合物を細孔より
   減圧下に噴出し、上記分散質に体積膨張作用、高剪断作
   用および衝撃作用を付与し、上記分散質を破砕、分散す
   ることを特徴とする超臨界状態を用いた分散方法。
7. 【請求項７】 分散質と溶媒の混合物及び超臨界溶媒が
   充填される超臨界容器と、上記超臨界容器内の超臨界溶
   媒を超臨界流体にするよう加熱、加圧する加熱加圧手段
   と、上記混合物と上記超臨界流体との超臨界混合物を超
   臨界容器内で攪拌する攪拌手段と、上記超臨界容器に接
   続され上記超臨界混合物を大気圧に解放する噴出口を有
   する爆砕槽と、該爆砕槽で得られた分散液を貯蔵する貯
   槽を具備する分散装置。
8. 【請求項８】 上記爆砕槽において分離した超臨界溶媒
   を回収するよう緩衝槽を上記爆砕槽に接続し、該緩衝槽
   を上記超臨界容器の超臨界溶媒供給部に接続した請求項
   ７に記載の分散装置。
9. 【請求項９】 上記超臨界容器の上記混合物供給部に
   は、上記分散質と溶媒を予備混合するよう予備混合装置
   が接続されている請求項７または８に記載の分散装置。
10. 【請求項10】 上記加熱加圧手段は、超臨界溶媒を気相
    状態から超臨界流体にするよう操作される請求項７また
    は８に記載の分散装置。
11. 【請求項11】 上記攪拌手段は、上記超臨界容器内に向
    けて設けたノズルと該超臨界容器から流出した超臨界混
    合物を上記ノズルへ循環させる循環ポンプを具備する請
    求項７または８に記載の分散装置。
12. 【請求項12】 上記攪拌手段は、上記超臨界容器内に超
    音波を照射するよう該超臨界容器に設けた超音波発生手
    段を含む請求項７または８に記載の分散装置。
13. 【請求項13】 上記攪拌手段は、超臨界容器の外部に設
    けた電磁コイルと、該電磁コイルから発生する移動磁界
    により駆動されるよう上記超臨界容器に設けた揺動板若
    しくは回転翼である請求項７または８に記載の分散装
    置。
14. 【請求項14】 上記爆砕槽には、超臨界混合物を衝突さ
    せる衝突部が設けられている請求項７または８に記載の
    分散装置。
15. 【請求項15】 上記爆砕槽に設けた超臨界混合物の噴出
    口は爆砕ノズルであり、上記衝突部は該ノズルに対して
    垂直に設けられている請求項14に記載の分散装置。
16. 【請求項16】 上記爆砕槽に設けた超臨界混合物の噴出
    口は爆砕窓であり、上記衝突部は該爆砕窓に対して半球
    状に設けられている請求項14に記載の分散装置。
17. 【請求項17】 上記爆砕槽に設けた超臨界混合物の噴出
    口は、該超臨界混合物どうしを衝突させるよう対向して
    向けられているノズルであり、該ノズルにより衝突部を
    構成している請求項７または８に記載の分散装置。
18. 【請求項18】 超臨界流体を導入して粘度を低減させた
    分散質と溶媒の混合物を減圧下で噴出する細孔を有する
    噴出口と、該噴出口から噴出した分散質に衝撃を与える
    衝突部を設けた爆砕槽を具備する分散装置。
19. 【請求項19】 上記衝突部は噴出口に対向して設けた衝
    突板である請求項18に記載の分散装置。
20. 【請求項20】 上記衝突部は分散質を対向状態に噴出さ
    せて衝突させる向流衝突部である請求項18に記載の分散
    装置。