專利名稱：利用超臨界狀態的分散方法與分散裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體(微粒)和液體混合分散的固-液系分散、液體與液體混合乳化之類的液-液系分散、或是固-液(水)-液(有機溶劑)系分散的方法，具體涉及到使用超臨界狀態的超臨界溶劑進行分散作為分散手段為其特征的分散方法與分散裝置。
為了分散用作涂料、油墨、陶瓷、化妝品、食品和其它原料的固系分散介質，采用了捏和機、輥磨機、媒質分散機等；而為了乳化液系的分散介質則采用了均化器等，這樣的處理方法由于是用機械方法給分散粒子以剪切力使其微粒化，一般需用一定的時間，而在處理后還需進行洗凈裝置等麻煩工作。
為了改進上述分散方法，已提出過這樣的分散方法，即在超臨界狀態下將溶劑與分散介質混合，通過使此溶劑急速膨脹讓分散介質微粒化后，噴吹到清漆、甲苯等組成的媒質中，但在這種方法中，微粒在噴吹入媒質中時會發生再凝聚而有可能使分散狀態劣化。
本發明的目的在于提供利用超臨界狀態的這樣的分散方法與分散裝置，它們利用超臨界流體能在改變壓力與溫度等的條件下，使密度連續而迅速地從氣體狀的密度變為液體狀的密度的性質；本發明的目的還在于能獲得最好是能由計算機控制操作的利用超臨界狀態的分散方法與分散裝置。
為了實現上述目的，根據本發明，提供了具有下述特征的利用超臨界狀態的分散方法及其裝置將混合分散介質與溶劑成的混合物供給于超臨界容器，向此超臨界容器中供給超臨界溶劑，加熱加壓此超臨界溶劑使其從氣相狀態變到超臨界流體，在此超臨界容器內混合前述混合物與前述超臨界流體，然后將上述混合物與超臨界流體的超臨界混合物導入爆碎槽，在此爆碎槽內向大氣壓變化進行噴出并會發生碰撞，而使上述分散介質在溶劑中分散。
在本發明中，所謂超臨界溶劑是指為形成超臨界狀態所用的溶劑；而所謂超臨界狀態、超臨界流體，是指超過臨界溫度、臨界壓力時的那種超臨界狀態、超臨界流體，此外還包括雖然是在稍低于那種臨界溫度、臨界壓力，但由于相變的狀態變化能在極短的時間內發生，因而能同上述超臨界狀態、超臨界流體按基本一致的方式處理的亞臨界狀態、亞臨界流體。
本發明中的所謂爆碎是指能產生下述效果的操作。
(1)當分散介質為多孔性粒子時，在它的細孔或微細間隙內，由于超臨界流體的浸入，在急速減壓時急劇的體積膨脹作用下，會產生破碎、分散的效果；(2)從具有細孔或狹窄間隙的狹縫的噴頭將超臨界狀態的分散液，以音速至超音速的流速噴出，給分散介質以高的剪切變形作用而產生破碎、分散效果；(3)在對應于噴出液體微粒的質量的慣性力作用下與壁面等碰撞，由此而能給予分散介質以沖擊作用，產生破碎、分散效果。
圖1為本發明的固(微粒)-液系分散方法的說明圖，其中(A)為料漿的裝入工序、(B)為超臨界狀態化工序、(C)為采用噴流攪拌時的攪拌混合工序、(D)為采用爆碎噴嘴和垂直板狀碰撞部時的爆碎工序。
圖2為攪拌裝置的說明圖，其中(A)表明噴流攪拌、(B)表明超聲波攪拌、(C)表明由外部移動磁場驅動的振動板、(D)表明由外部移動磁場驅動的回轉翼。
圖3示明爆碎槽的碰撞部，(A)、(B)都是采用了帶罩的碰撞板時的說明圖，(C)為對流碰撞情形的說明圖。
圖4表明在室溫、常壓下從氣體超臨界溶劑形成超臨界狀態的溫度與壓力的操作過程，其中(A)為溫度-壓力操作過程、(B)為溫度-壓力操作過程在密度-壓力等溫線中的表示、(C)為表明溫度-壓力操作過程在密度-溫度等壓線圖中表示形式的曲線圖。
圖5表明在室溫、常壓下從液體超臨界溶劑形成超臨界狀態的溫度與壓力的操作過程，其中(A)為溫度-壓力操作過程、(B)為溫度-壓力操作過程在密度-壓力等溫線圖中的表示、(C)為表明溫度-壓力操作過程在密度-溫度等壓線圖中表示形式的曲線圖。
圖6表明本發明的液-液系的分散方法，(A)說明裝入乳化液工序的說明圖、(B)為超臨界狀態化工序的說明圖、(C)為采用噴流攪拌時的攪拌混合工序的說明圖、(D)為采用了爆碎噴嘴和垂直板狀碰撞部時爆碎工序的說明圖。
圖7說明本發明分散裝置一實施例。
圖8說明據本發明進行分散的實施例與比較例的分散狀態。
圖9是表明據本發明進行分散的實施例與比較例的粒徑分布的曲線圖。
下面參照
本發明分散方法的原理。圖1表明的分散介質為固體系微粒并把它分散到液體系溶劑中的情形。這里的固體系微粒例如是顏料、陶瓷粉料、磁性粒子等的超微粒，有時也包括有幾種微粒；而液體系的溶劑則包括在分散液中形成連續相的水、有機溶劑等，把這兩者在懸浮狀態(粗分散)下的混合物(以下稱為料漿)從超臨界容器6的供給口30供給到此容器內(圖1(A))。此時，最好預添加高分子界面活性劑等分散劑和其它適當的試劑。在這一階段，固體微粒a……一般形成多數的微粒，甚至粒子的聚集體即所謂粒子的聚集態，它們在溶劑中存在于懸浮態中。
根據分散劑的性質，也可將上述料漿經預分散裝置預分散之后供給于前述容器，或是不經預混合而直接供給于此容器。
將超臨界溶劑從超臨界容器6的供給口噴嘴8填裝到此容器內。為形成超臨界流體，使上述超臨界溶劑達到臨界溫度、臨界壓力之上，所用上述容器上附設的泵、加熱器等加熱加壓裝置對此超臨界溶劑加熱、加壓(圖1(B))。這樣制得的超臨界流體b……與水或乙醇等液體溶劑相比，擴散系數加大而表面張力減小，因而容易濡濕微粒，能快速地滲入微粒a…的聚集體內。由于微粒和超臨界流體的相互作用(引力)大于構成上述聚集體內各微粒子之間的相互作用(引力)，于是微粒聚集體便碎解成一個個的粒子，進行一次粒化，促進了微粒的分散。此時，當上述微粒中存在有細孔c時，如上所述，由于此超臨界流體具有大的擴散系數和小的表面張力，就如圖1中的放大圖所示，超臨界流體即浸含于微粒a的細孔c內。
為進一步強化上述的一次粒化、或是微粒間或其細孔內對超臨界流體的浸含，可以用攪拌裝置攪拌超臨界容器內上述料漿和超臨界流體的超臨界混合物(圖1(c))。能夠有多種多樣的攪拌方法，但最好采用攪拌軸等不貫穿超臨界容器的密閉結構。如圖1與圖2所示，對向超臨界容器內設置噴嘴8，通過泵P4將超臨界容器6中形成的循環口31與噴嘴8連接，由此泵對前述超臨界混合物循環加壓，使其從噴嘴8噴出到超臨界容器內而在容器內產生循環流攪拌混合，促進均質化。
圖2(B)所示的攪拌裝置是把超聲波發射到超臨界容器6內，攪拌容器內的混合物而使其均化，圖中略去了與此容器上所設超聲波射入孔32相連接的超聲波發生裝置。
也可設置電磁線圈使在超臨界容器6外產生移動磁場來攪拌容器內的混合物。在圖2(C)所示的實施例中，于容器內設有由外部移動磁場而振動的帶振動板33的振動發生體34，經由產生外部移動磁場的電磁線圈35驅動振動發生體34，使振動板33振動而進行攪拌。
在圖2(D)所示實施例中于超臨界容器內設有轉動體37，它有可在外部的回轉移動磁場作用下轉動的回轉翼36，經由產生回轉移動磁場的電磁線圈38驅動前述轉動體37，使回轉翼36轉動進行攪拌。
如上所述，經種種攪拌裝置攪拌混合的超臨界混合物從超臨界容器6的流出口39排出，通過與此流出口39相接的管線9導入爆碎槽10，在此爆碎槽10內經向大氣壓釋放而噴出，以產生沖擊作用促進分散的形式沖擊著碰撞部(圖1(D))。此爆碎槽10的噴出口12可以是具有適當內徑的細孔或具有狹縫的爆碎噴嘴40(圖3(A))，或是具有適當開口面積的爆碎窗41(圖3(B))，將此爆碎噴嘴等與超臨界容器6的流出口39相連接的管線9則最好由所設的加熱器(未示明)加熱。
作為前述的碰撞部，如圖3(A)、3(B)所示，形成了圍住上述噴嘴、窗等前方而在下方開放的碰撞板13，這在噴嘴40的情形下，形成了相對噴嘴40的噴出方向垂直的垂直板件13a；而在爆碎窗41的情形下，則相對于該爆碎窗41形成半球形板件13b，使得由上述噴嘴等噴出的分散液能大致垂直地碰撞壁面，給予有效的沖擊力。
上述碰撞部也可以不采用板狀件。此時，也可如圖3(c)所示，以對向爆碎槽10內的狀態設置爆碎噴嘴40、40，從超臨界容器6的管線9分岔，分別連接爆碎嘴40、40，而將各噴嘴40、40的分散液互相相對噴出，使這兩股分散液互相碰撞，通過碰撞時的沖擊促進分散。此外，爆碎噴嘴40、40可以設置于爆碎槽10中的罩42內，使噴嘴噴出的分散液經相互碰撞后不向周圍飛散而流向下方。
如上所述，在爆碎槽10中，上述微粒聚集體內的超臨界溶劑的體積急劇膨脹，從而使此聚集體會進一步令其各個粒子成為一次粒化的狀態，此時，當微粒有細孔時，由于浸含于細孔內超臨界溶劑的體積膨脹，微粒本身將更進一步粉碎、飛散。
在上述工藝過程中，為使超臨界溶劑形成超臨界流體而進行的加熱、加壓操作，最好能如以下所述，從氣相狀態相變為超臨界狀態。圖4示明了用于在室溫、常壓下使氣體從超臨界溶劑形成到超臨界狀態時的溫度與壓力的操作變化過程，其中(A)表明溫度-壓力的操作變化過程，(B)是溫度-壓力操作過程在密度-壓力等溫線圖中的表明；(C)為溫度-壓力操作過程在密度-溫度等壓線圖中的表示，圖中的粗實線表示各個操作過程。
上圖中，過程路徑序號1→2→5表示的操作過程(1)中，路徑1→2表示從氣體變成流體，路徑2→5表示從液體變化為超臨界流體。在此觀察相態與固體粒子分散的關系時，由于通過氣液平衡區時的粒子表面為液體濡濕，這以后，超臨界流體就不易浸入細隙等之內。結果，超臨界溶劑浸含于固體粒子集合體的隙間或固體粒子的細孔中便主要是靠料漿內有機溶劑等溶劑中的分子擴散進行，而且即使到達了超臨界狀態，也成為超臨界流體的影響難以波及到固體粒子聚集體的隙間或固體粒子內細孔中的狀態。于是，在如上所述的由超臨界狀態中的分散或爆碎效應進行的一次粒化就成了不充分的狀態。
操作過程(2)中所示路徑1→3→5的操作中，在路徑1→3上，只將氣體壓縮；在路徑3→5上，氣體即連續地變成超臨界流體。此時，由于是從氣體連續地變換為超臨界流體，于是超臨界流體能良好地浸含于固體粒子聚集體的間隙、或固體粒子的細孔內。
在操作過程(3)所示的路徑1→4→5的操作中，在路徑1→4上，只進行氣體壓縮；在路徑4→5上，氣體連續地成為超臨界流體。此時，與上述操作過程(2)相同，超臨界流體的浸含良好，通過計算機有效地控制壓力、溫度、密度等因素，能選擇固體粒子分散中最良好的狀態，能于短時間內進行分散操作。對于固-液系中分散的控制，例如可以在最初使超臨界流體的密度低密度化而變得容易進行浸含，此后加壓，使其高密度化，提高濡濕性，然后在爆碎槽內釋向大氣壓。
在常溫、常壓下使液體從超臨界溶劑形成超臨界狀態的操作過程如圖5所示。與圖4相同，圖5中(A)為溫度-壓力操作，(B)溫度-壓力操作過程在密度-壓力等溫線圖中的表示，(C)為溫度-壓力操作過程的密度-溫度等壓線圖中的表示。此時的操作過程可以如路徑1→2→3或1→4→3所示，首先使溫度升到臨界溫度以上，從液體相變為氣體，然后加壓成為超臨界流體。這時，上述的流體雖然通過了氣液相變，但此相變為密度小的相變，可以認為對進入固體粒子細孔內或固體粒子聚集體間隙內的浸透性沒有影響。
如上所述，使超臨界溶劑成為超臨界狀態存在有種種操作過程，其中，經過從氣體到液體的相變的為密度變大的相變，經過從液體到氣體的相變的為密度變小的相變，在密度變小的相變中，不會妨礙超臨界流體浸含于固體粒子聚焦體的間隙或粒子的細孔中，在本發明中，為了經過氣相狀態成為超臨界流體，操作加熱加壓裝置。
圖6示明將液體系分散介質分散到溶液中的液滴分散方法。在此，脂肪球等液體系的分散溶質，懸浮(粗分散)于水、有機溶劑等溶劑之中，作為水-有機溶劑系、有機溶質-有機溶劑系等兩種以至多種有機溶質-有機溶劑系等等的種種液-液系混合物(以下稱為乳化液)，從供給口30加入到超臨界容器6內(圖6(A))。這時最好預添加分散劑、試劑等添加劑。
然后從超臨界容器6的供給口8將超臨界溶劑填充到該容器內，通過泵、加熱器等加壓加熱裝置，使之達到預定的溫度、壓力，形成超臨界狀態(圖6(B))。根據上述操作獲得的超臨界流體，一般地說，與水相比，同分散溶質的親和性大，因而在上述的超臨界容器內，如圖6(B)中的(1)圖所示，超臨界流體b…溶入到分散溶質d…中，成為混合物的液滴，而這種液滴是在水、有機溶劑等溶劑中呈分散狀態，成為超臨界狀態的情形；以及如圖6(B)中的(2)圖所示，超臨界流體、分散溶質以及水等溶劑在均一狀態下，成為超臨界狀態的情形。
然后由攪拌裝置在超臨界容器6內進行攪拌混合(圖6(c))。在此圖中示明的是由泵P4將超臨界混合物循環、加壓，而從噴嘴8噴射到上述容器內等的裝置，但也可采用前面圖2中所示的種種裝置。根據這種操作，在上述圖6(B)中(1)圖所示的狀態下，液滴是從亞微米到數微米級的滴徑那樣地進行微粒化，而在圖6(B)中(2)圖的情形，則能進一步促進均一化，成為更佳的分散狀態。
上述經攪拌混合的超臨界混合物，從超臨界容器6的流出口39導向爆碎槽10，從該爆碎槽10的爆碎噴嘴或爆碎窗等的噴出口12噴出到該槽內(圖6(D))。此時，如圖6(B)中(1)圖所示的狀態，液滴中超臨界溶劑的體積急劇膨脹，液滴微細化，進行分散溶質的分散，或是如圖6(B)中(2)圖所示，由于超臨界溶劑急劇地蒸發、分散，均勻狀態的分散液便成為在液中以極微小分散溶質滴存在的狀態良好的分散液。再由于上述分散液對設在爆碎槽10內如圖3所示的碰撞部的急劇的沖擊作用，就能進一步促進分散。上述各操作可由計算機控制，這時的操作例如可以在最初使超臨界流體處于高密度狀態而在分散溶質中充分溶解，然后在爆碎槽中釋向大氣壓。
圖7中概示實施上述分散方法的分散系統最佳裝置一實施例。
圖7中一作為根據要求進行預混合的實施例，設有輥磨機、捏和機等捏和機1或是行星式混合機2等預混合裝置，由此種預混合裝置將分散介質、溶劑、分散劑等混合，再把這種混合物由蛇形泵、螺旋擠壓機等的泵P1供給分散試樣調節槽3。調節槽3中最好如圖7中所示設有用來防止微粒料沉淀、凝集以及使分散溶質和溶劑的分離等的攪拌機4。
槽3通過閥V1、分散試樣送液泵P2與媒質分散機5連接，媒質分散機5通過可升壓到約200大氣壓力的分散試樣送液泵P3、流量計M1、閥V2與超臨界容器6的供給口30連接。
超臨界容器6構造成由帶溫度控制的外罩7加熱，從噴嘴8供給超臨界溶劑。超臨界容器6中設有圖1等所示的用作進行噴流攪拌的實施例情形中的循環口31，循環口31通過閥V3、能耐壓到約200大氣壓力的循環泵P4、流量計M2與噴嘴8連接。此外，與超臨界溶劑供給源通連的管道則經由閥V4、過濾器F1、加壓用壓縮泵P5而連接在前述閥V3與泵P4之間。
超臨界容器6中設有壓力計G、溫度計T1，流出口39由外部加熱器加熱，與設有防止過冷的加熱器的管線9連接，管線9通過帶致動器的減壓閥V6與流量劑M3和爆碎槽10連接。
爆碎槽10內在上方設有分隔板11，前述管線與爆碎噴嘴、爆碎窗等的噴出口12連接，在噴出口12的前方則有帶罩的碰撞板13。這里的爆碎噴嘴采用如同由超臨界流體制造微粒過程中所用帶加熱器的噴嘴，以防凍結堵塞。
爆碎槽10通過用來回收從分散液分離出的超臨界溶劑的過濾器F2、加壓用壓縮泵P6與緩沖槽14連接，緩沖槽14經由閥V5與前述的泵P5通連。所述的閥V1～V5可以采用帶致動器的球閥等閉路閥，而前述的過濾器F1、F2則可用燒結的金屬多孔體與陶瓷等制成。
爆碎槽10的下部通過排液泵P7、流量計M4與貯槽(脫泡槽)15連接，貯槽15由帶溫度控制器的加熱罩16加熱，用攪拌機17攪拌混合分散液。貯槽15中設有溫度計T2，或者根據需要，也可在貯槽15的上方設置與前述緩沖槽14連通的回收裝置，用來回收從分散液分離出但未回收的超臨界溶劑。
前述的分散試樣調節用槽3、媒質分散機5、超臨界容器6、爆碎槽10、貯槽15分別設有用于排出洗凈液的帶閥的排出口18、19、20、21、22。由溫度計T1、T2測得的溫度、由壓力計測得的壓力、由流量計M1～M4測得的流量數據，傳送到計算機中進行運算處理，將信號發送給泵P1～P7、閥V1～V5的致動器、加熱外罩7、16的溫度控制器、管線9的加熱器，以分別控制泵的排液量、閥的開/關、外罩與加熱器的加熱量等。
下面說明前述系統的操作順序，將分散介質(在固-液系情形，例如是含有顏料、陶瓷粉料、磁性粒子等超微粒，含有多種微粒的情形。在液-液系情形，例如是脂肪、有機試劑、單體等疏水性的液體等的分散溶質和水的液-液系，或是有機溶劑和不為其溶解的脂肪、有機試劑、單體等分散溶質的液-液系)置于分散試劑調節槽3中，根據需要，混合以試劑(促進微粒、分散溶質分散的分散劑，或使微粒表面具有種種功能特性的表面改性劑、涂料劑等)或水、有機溶劑等溶劑，調合到規定濃度，成為液狀分散液(料漿、乳化液)。在此階段中，關閉上述的閥V1、V2、V4，打開上述的閥V3、V5、V6。
接著，打開閥V4(關閉閥V1、V2，打開閥V3、V5、V6)，將二氧化碳、乙烯、代用氟隆和其它超臨界溶劑送入超臨界容器6、爆碎槽10、緩沖槽14等之中，使這些溶劑置換它們內部的空氣。
經置換處理后，關閉上述的閥V3～V6，打開閥V1、V2。用泵P2將分散試樣調節槽3中的分散試樣送給媒質分散機5，將分散介質與溶劑或是試劑等混合成更均勻的狀態(當于分散試樣調節用槽3中攪拌成十分均勻的狀態時，也可省除媒質分散機5以及附屬于它的洗液排出口19或閥1、泵2等)，經由泵3將規定的量壓入超臨界容器6內。
再將上述閥V1、V2關閉，打開閥V4(閥V3、V5、V6處于關閉狀態)，將超臨界溶劑填充到超臨界容器6內，為了形成預定的溫度(不損害分散介質性質與狀態的溫度且在臨界溫度以上)、壓力(約為臨界壓力的2倍)，進行由外罩7的升溫與由泵P5的加壓而形成超臨界狀態。以上操作是進行據圖4、5所說明的以分散介質為對象的最優操作。
至此，關閉閥V4，打開閥V3。此時，閥V1、V2、V5、V6處于關閉狀態，超臨界容器6成為和外部隔絕的狀態，隨后將由泵P4加壓的分散試樣從噴嘴8噴吹，由噴射流攪拌超臨界容器的內部，促進分散。
然后關閉閥V3，打開閥V6(閥V1、V2、V4、V5處于關閉狀態)，將分散液經由爆碎噴嘴或爆碎窗等的噴出口12噴向爆碎槽10。分散液由于超臨界溶劑的膨脹的爆碎效應和對帶罩的碰撞板的碰撞(也可采用對流碰撞)而能進一步促進分散。此外，由于上述分散的促進效果隨超臨界容器6的減壓而變弱。監控超臨界容器6內的壓力，至其達到臨界壓力程度進行分散液的噴出。
在上述的爆碎槽10內，超臨界溶劑從分散液中氣化分離。借助分隔板11部分，將分散液的飛沫捕集于爆碎槽10下部的超臨界溶劑則經由過濾器F2為壓縮泵P6加壓而升壓，在緩沖槽14內以液體形式回收、貯存，如后所述地循環。
上述分散液由泵P7輸送到貯槽15。在貯槽15中由外罩16進行加熱，蒸發、分離未回收的超臨界溶劑，將分散溶質濃縮至預定濃度。
關閉閥V3、V6，打開閥V1、V2，將料漿、乳化劑等分散液填充到容器6內進行下一個循環。在填充上述超臨界溶劑之時，閥V1、V2、V3、V4、V6處于關閉狀態，而閥V5則打開，開始使用緩沖槽14內的超臨界溶劑，然后關閉閥V5，打開閥V4來補充不充分的超臨界溶劑。
實施例以二氧化碳為超臨界溶劑，將碳黑(ケツチェン Black International公司制，碳ECP)置于純水中進行分散試驗，制成下述試樣A-D。
試樣A-在純水中加入2％(重量)的上述碳黑，在進行了相當于圖4中操作過程(3)的以下操作之后，再進行爆碎
(20℃，1atm)-(5分)→(20℃，20atm)-(5分)→(50℃，50atm)-(5分)→(60℃，100atm，5分)-(爆碎)→(20℃，1atm)。
(上述工序簡示出這樣的操作于20℃、1atm下保持5分鐘，再于20℃、20atm下保持5分鐘，復于50℃、50atm下保持5分鐘，繼在60℃、100atm下保持5分鐘，爆碎后成為20℃、1atm。以下操作工序的表示相同故省略)。
試樣B-在純水中加入2％(重量)的上述碳，在進行了相當于圖4中操作過程(1)的下述操作后，再進行爆碎(20℃，1atm)-(7分)→(20℃，100atm)-(8分)→(60℃，100atm，5分)→(爆碎)試樣C-在純水中加入2％(重量)的上述碳黑和3％(重量)的分散劑，用4片推進刮板翼的攪拌機進行2小時的分散處理。
試樣D-在純水中加入2％(重量)的上述碳黑，用4片推進刮板翼的攪拌機作2小時分散處理。
結果將上述試樣A～D于試管內靜置100小時比較它們的不同，得知有如圖8說明圖所表明的差異。
試樣A經100小時后仍呈均勻分散，成為不再發生凝聚的良好分散狀態。
試樣B，有少許的再凝聚(X)，發生沉降(Y)，有部分水(Z)分離，與試樣A相比，分散狀態差。
試樣C與試樣D都從1小時以后發生水和碳黑的分離，分散狀態極差。
用0～50μm的粒徑規(JIS-K5400)測定試樣的大小時，在試樣A-B中未發現粒徑小于5μm的粒子。另一方面，試樣C中則存在有粒徑33μm的粒子，試樣D中存在粒徑40μm的粒子。
根據以上結果可知，采用本發明的利用超臨界狀態的分散方法與分散裝置，能夠形成良好的分散狀態。
此外，為了弄清本發明的爆碎效應，制備了試樣E。
試樣E-在純水中加入2％(重量)的上述碳黑，在進行了相當于圖4中操作過程(3)的下述操作而形成了超臨界狀態后，進行了緩慢的減壓(也就是說，沒有進行爆碎)(20℃，1atm)-(5分)→(20℃，20atm)-(5分)→(50C，50atm)-(5分)→(60℃，100atm，5分)(60分)→(20℃，1atm)結果采用借助光散射法的粒徑分布測定裝置(株式會社セイシン企業制，激光微型尺寸定徑機，PRO-7000S型)，測試了上述試樣A-D與試樣E的分散液中碳黑的粒徑分布，獲得了圖9中所示結果，由此結果可知，通過爆碎，試樣A、B與試樣E相比獲得了均勻的粒徑分布，肯定了爆碎的效果。
在上述結構下，本發明使分散介質與溶劑混合，再將其在超臨界容器內與超臨界流體混合，由爆碎槽噴出此超臨界混合物，爆碎之后，于固(微粒)-液系分散中，在低密度(擴散系數大，粘度小)狀態下，微粒的聚集體的間隙或微粒本身的細孔內能為超臨界流體進入，而后升高壓力致高密度比(分子間的相互作用大，對微粒的濡濕性良好)，能促進微粒的一次粒化，進而急劇減壓(釋向大氣壓)使密度急劇減小(體積加大)，于是得以有效地進行分散并在分散后也不易再凝聚。另外，在液(分散溶質)-液(水)系的分散中，利用在高密度狀態下的溶解度大，使超臨界流體溶解于液(水)中的分散溶質的液滴中(在某種情形下，成為水-分散溶質-超臨界流體的均一狀態)，然后急劇減壓(釋向大氣壓)使密度急劇減小(體積增大)，促進分散，而能不易產生再凝聚。即使是在高粘度料漿等的情形，也能導入上述超臨界流體使粘度顯著降低，由此通過從噴嘴等噴出，便能容易地破碎、分散。
另外，為了促進上述由超臨界溶劑對固體粒子表面或其細孔內的濡濕、一次粒化的分散狀態，可由計算機對相應操作進行控制來可靠地選擇溫度與壓力的最佳操作過程，并能在釋向大氣壓時由爆碎槽的碰撞部促進進一步的分散，加以還能循環地回收超臨界溶劑，從而能獲得省資源型的分散系統。
權利要求
1.利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于將分散介質與溶劑混合成的混合物供給超臨界容器，將超臨界溶劑供給該超臨界容器內，加熱加壓使該超臨界溶劑從氣相狀態變成為超臨界流體，但上述混合物與此超臨界流體在超臨界容器內混合，然后將上述混合物與超臨界流體的超臨界混合物導入爆碎槽，在爆碎槽內釋向大氣壓，與碰撞部發生碰撞，分散上述分散介質。
2.如權利要求1所述利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于在所述爆碎槽中使超臨界溶劑與超臨界混合物分離，回收此分離出的超臨界溶劑并將其供給超臨界容器。
3.如權利要求1所述利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于上述分散介質與溶劑的混合物乃是使固體系分散介質懸浮于有機溶劑、水等溶劑中的料漿。
4.如權利要求1所述利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于上述分散介質與溶劑的混合物乃是使液系分散溶質懸浮于有機溶劑、水等溶劑中的乳化液。
5.如權利要求1所述利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于上述分散介質與溶劑的混合物乃是使固體系與液系的分散介質懸浮于液系的溶劑中的料漿。
6.利用超臨界狀態的分散方法，其特征在于將超臨界流體導入分散介質與溶劑的混合物中來降低粘度，使此低粘度的混合物從細孔在減壓下噴出，給上述分散介質以體積膨脹、高剪切和沖擊作用來破碎、分散此分散介質。
7.分散裝置，此分散裝置包括超臨界容器，它具有充填分散介質與溶劑的混合物的供給部和充填超臨界溶劑的供給部，還具有流出口；加熱加壓裝置，用來將上述超臨界容器內的超臨界溶劑加熱、加壓成超臨界流體；攪拌裝置，用來將上述混合物與超臨界流體的超臨界混合物于超臨界容器內攪拌；爆碎槽，它具有噴出口，與前述超臨界容器的流出口連接而將所述超臨界混合物釋向大氣壓，以及用來貯存經此爆碎槽獲得的分散液的貯槽。
8.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于上述爆碎槽連接有用來回收從其中分離出的超臨界溶劑的緩沖槽，而此緩沖槽則與所述超臨界容器的超臨界溶劑的供給部連接。
9.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于在所述超臨界容器的混合物供給部上連接有用來預混合前述分散介質和溶劑的預混合裝置。
10.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于所述加熱加壓裝置可用來使超臨界溶劑從氣相狀態形成為超臨界流體。
11.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于此攪拌裝置包括對向前述超臨界容器內設置的噴嘴，和使從超臨界容器流出的超臨界混合物循環向此噴嘴的循環泵。
12.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于所述攪拌裝置包括有設在超臨界容器內用于向其中發射超聲波的超聲波發生裝置。
13.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于所述攪拌裝置包括設在超臨界容器外部的電磁線圈和通過此電磁線圈產生的移動磁場可驅動地設在此超臨界容器內的擺動板或回轉翼。
14.如權利要求7所述分散裝置，其特征在于前述爆碎槽中設有使超臨界混合物碰撞的碰撞部。
15.如權利要求14所述分散裝置，其特征在于設在所述爆碎槽中的超臨界混合物的噴出口是爆碎噴嘴，而所述碰撞部相對于此噴嘴垂直設置。
16.如權利要求14所述分散裝置，其特征在于設在爆碎槽中的超臨界混合物的噴出口是爆碎窗，而所述碰撞部則相對于此爆碎窗按半球狀設置。
17.如權利要求7所述的分散裝置，其特征在于設于爆碎槽中的超臨界混合物的噴出口是能使所述超臨界混合物之間相互碰撞的相對設置的噴嘴，而由此種噴嘴構成碰撞部。
18.分散裝置，此分散裝置包括具有使超臨界流體導入而降低了粘度的分散介質和溶劑的混合物在減壓下噴出的細孔的噴出口，以及設有給予此噴出口所噴出的分散介質以沖擊的碰撞部。
19.如權利要求18所述分散裝置，其特征在于所述碰撞部是與噴出口相對設置的碰撞板。
20.如權利要求18所述分散裝置，其特征在于所述碰撞部是使分散介質以相對狀態噴出而使其碰撞的對流碰撞部。
全文摘要
利用超臨界流體使固體與液體等的微粒均勻分散于溶劑中的分散方法與裝置。將固體、液體等的分散介質與溶劑混合,將此混合物提供給超臨界容器。向此超臨界容器內提供超臨界溶劑。將此超臨界溶劑加熱加壓到臨界壓力之上而成為超臨界流體。然后攪拌混合此混合物與超臨界流體。使所得超臨界混合物于爆碎槽中釋向大氣壓。由此得以高效地將所述分散介質分散到溶劑中。
文檔編號B01F3/08GK1185990SQ97113670
公開日1998年7月1日 申請日期1997年6月24日 優先權日1996年12月27日
發明者上和野滿雄, 仁志和彥, 井上芳隆 申請人:株式會社井上制作所