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利用超临界状态的分散方法与分散装置

阅读:729发布:2020-05-12

专利汇可以提供利用超临界状态的分散方法与分散装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且利用 超临界 流体 使固体与液体等的微粒均匀分散于 溶剂 中的分散方法与装置。将固体、液体等的分散介质与溶剂混合,将此混合物提供给超临界容器。向此超临界容器内提供超临界溶剂。将此超临界溶剂加热加压到临界压 力 之上而成为 超临界流体 。然后搅拌混合此混合物与超临界流体。使所得超临界混合物于爆碎槽中释放达到 大气压 。由此得以高效地将所述分散介质分散到溶剂中。,下面是利用超临界状态的分散方法与分散装置专利的具体信息内容。

1.利用超临界状态的分散方法,其特征在于:将分散介质与 溶剂混合成的混合物供给超临界容器,将超临界溶剂供给该超临 界容器内,加热加压使该超临界溶剂从气相状态变成为超临界流 体,将上述混合物与此超临界流体在超临界容器内混合得到超临 界混合物,将上述超临界混合物导入爆碎槽,在爆碎槽内释放达 到大气压,与碰撞部发生碰撞,分散上述分散介质。
2.如权利要求1所述利用超临界状态的分散方法,其特征在 于:在所述爆碎槽中使超临界溶剂与超临界混合物分离,回收此 分离出的超临界溶剂并将其供给超临界容器。
3.如权利要求1所述利用超临界状态的分散方法,其特征在 于:上述分散介质与溶剂的混合物乃是使固体系分散介质悬浮于 有机溶剂等溶剂中的料浆。
4.如权利要求1所述利用超临界状态的分散方法,其特征在 于:上述分散介质与溶剂的混合物乃是使液系分散溶质悬浮于有 机溶剂、水等溶剂中的乳化液。
5.如权利要求1所述利用超临界状态的分散方法,其特征在 于:上述分散介质与溶剂的混合物乃是使固体系与液系的分散介 质悬浮于液系的溶剂中的料浆。
6.利用超临界状态的分散方法,其特征在于:将超临界流体 导入分散介质与溶剂的混合物中来降低粘度,使此低粘度的混合 物从细孔在减压下喷出,给上述分散介质以体积膨胀、高剪切和 冲击作用来破碎、分散此分散介质。
7.分散装置,此分散装置包括:超临界容器,它具有充填分 散介质与溶剂的混合物的供给部和充填超临界溶剂的供给部,还 具有流出口;加热加压装置,用来将上述超临界容器内的超临界 溶剂加热、加压成超临界流体;搅拌装置,用来将上述混合物与 超临界流体的超临界混合物于超临界容器内搅拌;爆碎槽,它具 有喷出口,与前述超临界容器的流出口连接而将所述超临界混合 物释放达到大气压,以及用来贮存经此爆碎槽获得的分散液的贮 槽。
8.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:上述爆碎槽连 接有用来回收从其中分离出的超临界溶剂的缓冲槽,而此缓冲槽 则与所述超临界容器的超临界溶剂的供给部连接。
9.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:在所述超临界 容器的混合物供给部上连接有用来预混合前述分散介质和溶剂的 预混合装置。
10.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:所述加热加 压装置可用来使超临界溶剂从气相状态形成为超临界流体。
11.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:此搅拌装置 包括:对向前述超临界容器内设置的喷嘴,和使从超临界容器流 出的超临界混合物循环向此喷嘴的循环
12.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:所述搅拌装 置包括有设在超临界容器内用于向其中发射声波超声波发生 装置。
13.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:所述搅拌装 置包括:设在超临界容器外部的电磁线圈和通过此电磁线圈产生 的移动磁场可驱动地设在此超临界容器内的摆动板或回转翼。
14.如权利要求7所述分散装置,其特征在于:前述爆碎槽 中设有使超临界混合物碰撞的碰撞部。
15.如权利要求14所述分散装置,其特征在于:设在所述爆 碎槽中的超临界混合物的喷出口是爆碎喷嘴,而所述碰撞部相对 于此喷嘴垂直设置。
16.如权利要求14所述分散装置,其特征在于:设在爆碎槽 中的超临界混合物的喷出口是爆碎窗,而所述碰撞部则相对于此 爆碎窗按半球状设置。
17.如权利要求7所述的分散装置,其特征在于:设于爆碎 槽中的超临界混合物的喷出口是能使所述超临界混合物之间相互 碰撞的相对设置的喷嘴,而由此种喷嘴构成碰撞部。

说明书全文

发明涉及固体(微粒)和液体混合分散的固-液系分散、液体与 液体混合乳化之类的液-液系分散、或是固-液()-液(有机溶剂) 系分散的方法,具体涉及到使用超临界状态的超临界溶剂进行分散作为 分散手段为其特征的分散方法与分散装置。

为了分散用作涂料、油墨、陶瓷、化妆品、食品和其它原料的固系 分散介质,采用了捏和机、辊磨机、媒质分散机等;而为了乳化液系的 分散介质则采用了均化器等,这样的处理方法由于是用机械方法给分散 粒子以剪切使其微粒化,一般需用一定的时间,而在处理后还需进行 洗净装置等麻烦工作。

为了改进上述分散方法,已提出过这样的分散方法,即在超临界状 态下将溶剂与分散介质混合,通过使此溶剂急速膨胀让分散介质微粒化 后,喷吹到清漆甲苯等组成的媒质中,但在这种方法中,微粒在喷吹 入媒质中时会发生再凝聚而有可能使分散状态劣化。

本发明的目的在于提供利用超临界状态的这样的分散方法与分散 装置,它们利用超临界流体能在改变压力与温度等的条件下,使密度连 续而迅速地从气体状的密度变为液体状的密度的性质;本发明的目的还 在于能获得最好是能由计算机控制操作的利用超临界状态的分散方法 与分散装置。

为了实现上述目的,根据本发明,提供了具有下述特征的利用超临 界状态的分散方法及其装置:将混合分散介质与溶剂成的混合物供给于 超临界容器,向此超临界容器中供给超临界溶剂,加热加压此超临界溶 剂使其从气相状态变到超临界流体,在此超临界容器内混合前述混合物 与前述超临界流体,然后将上述混合物与超临界流体的超临界混合物导 入爆碎槽,在此爆碎槽内向大气压变化进行喷出并会发生碰撞,而使上 述分散介质在溶剂中分散。

在本发明中,所谓超临界溶剂是指为形成超临界状态所用的溶剂; 而所谓超临界状态、超临界流体,是指超过临界温度临界压力时的那 种超临界状态、超临界流体,此外还包括虽然是在稍低于那种临界温 度、临界压力,但由于相变的状态变化能在极短的时间内发生,因而能 同上述超临界状态、超临界流体按基本一致的方式处理的亚临界状态、 亚临界流体。

本发明中的所谓爆碎是指能产生下述效果的操作。

(1)当分散介质为多孔性粒子时,在它的细孔或微细间隙内,由 于超临界流体的浸入,在急速减压时急剧的体积膨胀作用下,会产生破 碎、分散的效果;

(2)从具有细孔或狭窄间隙的狭缝的喷头将超临界状态的分散 液,以音速至超音速的流速喷出,给分散介质以高的剪切变形作用而产 生破碎、分散效果;

(3)在对应于喷出液体微粒的质量惯性力作用下与壁面等碰 撞,由此而能给予分散介质以冲击作用,产生破碎、分散效果。

图1为本发明的固(微粒)-液系分散方法的说明图,其中(A) 为料浆的装入工序、(B)为超临界状态化工序、(C)为采用喷流搅 拌时的搅拌混合工序、(D)为采用爆碎喷嘴和垂直板状碰撞部时的爆 碎工序。

图2为搅拌装置的说明图,其中(A)表明喷流搅拌、(B)表明 声波搅拌、(C)表明由外部移动磁场驱动的振动板、(D)表明 由外部移动磁场驱动的回转翼。    

图3示明爆碎槽的碰撞部,(A)、(B)都是采用了带罩的碰撞 板时的说明图,(C)为对流碰撞情形的说明图。

图4表明在室温、常压下从气体超临界溶剂形成超临界状态的温度 与压力的操作过程,其中(A)为温度-压力操作过程、(B)为温度 -压力操作过程在密度-压力等温线中的表示、(C)为表明温度-压 力操作过程在密度-温度等压线图中表示形式的曲线图。

图5表明在室温、常压下从液体超临界溶剂形成超临界状态的温度 与压力的操作过程,其中(A)为温度-压力操作过程、(B)为温度 -压力操作过程在密度-压力等温线图中的表示、(C)为表明温度- 压力操作过程在密度-温度等压线图中表示形式的曲线图。

图6表明本发明的液-液系的分散方法,(A)说明装入乳化液工 序的说明图、(B)为超临界状态化工序的说明图、(C)为采用喷流 搅拌时的搅拌混合工序的说明图、(D)为采用了爆碎喷嘴和垂直板状 碰撞部时爆碎工序的说明图。

图7说明本发明分散装置一实施例

图8说明据本发明进行分散的实施例与比较例的分散状态。

图9是表明据本发明进行分散的实施例与比较例的粒径分布的曲线 图。

下面参照附图说明本发明分散方法的原理。图1表明的分散介质为 固体系微粒并把它分散到液体系溶剂中的情形。这里的固体系微粒例如 是颜料、陶瓷粉料、磁性粒子等的超微粒,有时也包括有几种微粒;而 液体系的溶剂则包括在分散液中形成连续相的水、有机溶剂等,把这两 者在悬浮状态(粗分散)下的混合物(以下称为料浆)从超临界容器6 的供给口30供给到此容器内(图1(A))。此时,最好预添加高分子界 面活性剂等分散剂和其它适当的试剂。在这一阶段,固体微粒a……一 般形成多数的微粒,甚至粒子的聚集体即所谓粒子的聚集态,它们在溶 剂中存在于悬浮态中。

根据分散剂的性质,也可将上述料浆经预分散装置预分散之后供给 于前述容器,或是不经预混合而直接供给于此容器。

将超临界溶剂从超临界容器6的供给口喷嘴8填装到此容器内。为 形成超临界流体,使上述超临界溶剂达到临界温度、临界压力之上,所 用上述容器上附设的、加热器等加热加压装置对此超临界溶剂加热、 加压(图1(B))。这样制得的超临界流体b……与水或乙醇等液体溶剂 相比,扩散系数加大而表面张力减小,因而容易濡湿微粒,能快速地渗 入微粒a…的聚集体内。由于微粒和超临界流体的相互作用(引力)大 于构成上述聚集体内各微粒子之间的相互作用(引力),于是微粒聚集 体便碎解成一个个的粒子,进行一次粒化,促进了微粒的分散。此时, 当上述微粒中存在有细孔c时,如上所述,由于此超临界流体具有大的 扩散系数和小的表面张力,就如图1中的放大图所示,超临界流体即浸 含于微粒a的细孔c内。

为进一步强化上述的一次粒化、或是微粒间或其细孔内对超临界流 体的浸含,可以用搅拌装置搅拌超临界容器内上述料浆和超临界流体的 超临界混合物(图1(c))。能够有多种多样的搅拌方法,但最好采用搅 拌轴等不贯穿超临界容器的密闭结构。如图1与图2所示,对向超临界 容器内设置喷嘴8,通过泵P4将超临界容器6中形成的循环口31与喷 嘴8连接,由此泵对前述超临界混合物循环加压,使其从喷嘴8喷出到 超临界容器内而在容器内产生循环流搅拌混合,促进均质化。

图2(B)所示的搅拌装置是把超声波发射到超临界容器6内,搅 拌容器内的混合物而使其均化,图中略去了与此容器上所设超声波射入 孔32相连接的超声波发生装置。

也可设置电磁线圈使在超临界容器6外产生移动磁场来搅拌容器内 的混合物。在图2(C)所示的实施例中,于容器内设有由外部移动磁 场而振动的带振动板33的振动发生体34,经由产生外部移动磁场的电 磁线圈35驱动振动发生体34,使振动板33振动而进行搅拌。

在图2(D)所示实施例中于超临界容器内设有转动体37,它有 可在外部的回转移动磁场作用下转动的回转翼36,经由产生回转移动 磁场的电磁线圈38驱动前述转动体37,使回转翼36转动进行搅拌。

如上所述,经种种搅拌装置搅拌混合的超临界混合物从超临界容器 6的流出口39排出,通过与此流出口39相接的管线9导入爆碎槽10, 在此爆碎槽10内经向大气压释放而喷出,以产生冲击作用促进分散的 形式冲击着碰撞部(图1(D))。此爆碎槽10的喷出口12可以是具有适 当内径的细孔或具有狭缝的爆碎喷嘴40(图3(A)),或是具有适当开 口面积的爆碎窗41(图3(B)),将此爆碎喷嘴等与超临界容器6的流 出口39相连接的管线9则最好由所设的加热器(未示明)加热。

作为前述的碰撞部,如图3(A)、3(B)所示,形成了围住上述喷嘴、 窗等前方而在下方开放的碰撞板13,这在喷嘴40的情形下,形成了相 对喷嘴40的喷出方向垂直的垂直板件13a;而在爆碎窗41的情形下, 则相对于该爆碎窗41形成半球形板件13b,使得由上述喷嘴等喷出的 分散液能大致垂直地碰撞壁面,给予有效的冲击力。

上述碰撞部也可以不采用板状件。此时,也可如图3(c)所示, 以对向爆碎槽10内的状态设置爆碎喷嘴40、40,从超临界容器6的 管线9分岔,分别连接爆碎嘴40、40,而将各喷嘴40、40的分散液 互相相对喷出,使这两股分散液互相碰撞,通过碰撞时的冲击促进分 散。此外,爆碎喷嘴40、40可以设置于爆碎槽10中的罩42内,使喷 嘴喷出的分散液经相互碰撞后不向周围飞散而流向下方。

如上所述,在爆碎槽10中,上述微粒聚集体内的超临界溶剂的体 积急剧膨胀,从而使此聚集体会进一步令其各个粒子成为一次粒化的状 态,此时,当微粒有细孔时,由于浸含于细孔内超临界溶剂的体积膨 胀,微粒本身将更进一步粉碎、飞散。

在上述工艺过程中,为使超临界溶剂形成超临界流体而进行的加 热、加压操作,最好能如以下所述,从气相状态相变为超临界状态。 图4示明了用于在室温、常压下使气体从超临界溶剂形成到超临界状 态时的温度与压力的操作变化过程,其中(A)表明温度-压力的操作 变化过程,(B)是温度-压力操作过程在密度-压力等温线图中的表 明;(C)为温度-压力操作过程在密度-温度等压线图中的表示,图 中的粗实线表示各个操作过程。

上图中,过程路径序号1→2→5表示的操作过程(1)中,路径 1→2表示从气体变成流体,路径2→5表示从液体变化为超临界流体。 在此观察相态与固体粒子分散的关系时,由于通过气液平衡区时的粒 子表面为液体濡湿,这以后,超临界流体就不易浸入细隙等之内。结 果,超临界溶剂浸含于固体粒子集合体的隙间或固体粒子的细孔中便 主要是靠料浆内有机溶剂等溶剂中的分子扩散进行,而且即使到达了 超临界状态,也成为超临界流体的影响难以波及到固体粒子聚集体的 隙间或固体粒子内细孔中的状态。于是,在如上所述的由超临界状态 中的分散或爆碎效应进行的一次粒化就成了不充分的状态。

操作过程(2)中所示路径1→3→5的操作中,在路径1→3上, 只将气体压缩;在路径3→5上,气体即连续地变成超临界流体。此时, 由于是从气体连续地变换为超临界流体,于是超临界流体能良好地浸 含于固体粒子聚集体的间隙、或固体粒子的细孔内。

在操作过程(3)所示的路径1→4→5的操作中,在路径1→4上, 只进行气体压缩;在路径4→5上,气体连续地成为超临界流体。此时, 与上述操作过程(2)相同,超临界流体的浸含良好,通过计算机有效 地控制压力、温度、密度等因素,能选择固体粒子分散中最良好的状 态,能于短时间内进行分散操作。对于固-液系中分散的控制,例如 可以在最初使超临界流体的密度低密度化而变得容易进行浸含,此后 加压,使其高密度化,提高濡湿性,然后在爆碎槽内释放达到大气压。

在常温、常压下使液体从超临界溶剂形成超临界状态的操作过程 如图5所示。与图4相同,图5中(A)为温度-压力操作,(B)温 度-压力操作过程在密度-压力等温线图中的表示,(C)为温度-压 力操作过程的密度-温度等压线图中的表示。此时的操作过程可以如路 径1→2→3或1→4→3所示,首先使温度升到临界温度以上,从液体相 变为气体,然后加压成为超临界流体。这时,上述的流体虽然通过了气 液相变,但此相变为密度小的相变,可以认为对进入固体粒子细孔内或 固体粒子聚集体间隙内的浸透性没有影响。

如上所述,使超临界溶剂成为超临界状态存在有种种操作过程,其 中,经过从气体到液体的相变的为密度变大的相变,经过从液体到气体 的相变的为密度变小的相变,在密度变小的相变中,不会妨碍超临界流 体浸含于固体粒子聚焦体的间隙或粒子的细孔中,在本发明中,为了经 过气相状态成为超临界流体,操作加热加压装置。

图6示明将液体系分散介质分散到溶液中的液滴分散方法。在此, 脂肪球等液体系的分散溶质,悬浮(粗分散)于水、有机溶剂等溶剂之 中,作为水-有机溶剂系、有机溶质-有机溶剂系等两种以至多种有机 溶质-有机溶剂系等等的种种液-液系混合物(以下称为乳化液),从 供给口30加入到超临界容器6内(图6(A))。这时最好预添加分散剂、 试剂等添加剂。

然后从超临界容器6的供给口8将超临界溶剂填充到该容器内,通 过泵、加热器等加压加热装置,使之达到预定的温度、压力,形成超临 界状态(图6(B))。根据上述操作获得的超临界流体,一般地说,与水 相比,同分散溶质的亲和性大,因而在上述的超临界容器内,如图6 (B)中的(1)图所示,超临界流体b…溶入到分散溶质d…中,成 为混合物的液滴,而这种液滴是在水、有机溶剂等溶剂中呈分散状态, 成为超临界状态的情形;以及如图6(B)中的(2)图所示,超临界 流体、分散溶质以及水等溶剂在均一状态下,成为超临界状态的情形。

然后由搅拌装置在超临界容器6内进行搅拌混合(图6(c))。在此 图中示明的是由泵P4将超临界混合物循环、加压,而从喷嘴8喷射到 上述容器内等的装置,但也可采用前面图2中所示的种种装置。根据这 种操作,在上述图6(B)中(1)图所示的状态下,液滴是从亚微米 到数微米级的滴径那样地进行微粒化,而在图6(B)中(2)图的情 形,则能进一步促进均一化,成为更佳的分散状态。    

上述经搅拌混合的超临界混合物,从超临界容器6的流出口39导 向爆碎槽10,从该爆碎槽10的爆碎喷嘴或爆碎窗等的喷出口12喷出 到该槽内(图6(D))。此时,如图6(B)中(1)图所示的状态,液 滴中超临界溶剂的体积急剧膨胀,液滴微细化,进行分散溶质的分散, 或是如图6(B)中(2)图所示,由于超临界溶剂急剧地蒸发、分散, 均匀状态的分散液便成为在液中以极微小分散溶质滴存在的状态良好 的分散液。再由于上述分散液对设在爆碎槽10内如图3所示的碰撞部 的急剧的冲击作用,就能进一步促进分散。上述各操作可由计算机控 制,这时的操作例如可以在最初使超临界流体处于高密度状态而在分 散溶质中充分溶解,然后在爆碎槽中释放达到大气压。

图7中概示实施上述分散方法的分散系统最佳装置一实施例。

图7中一作为根据要求进行预混合的实施例,设有辊磨机、捏和 机等捏和机1或是行星式混合机2等预混合装置,由此种预混合装置 将分散介质、溶剂、分散剂等混合,再把这种混合物由蛇形泵、螺旋 挤压机等的泵P1供给分散试样调节槽3。调节槽3中最好如图7中所 示设有用来防止微粒料沉淀、凝集以及使分散溶质和溶剂的分离等的 搅拌机4。

槽3通过V1、分散试样送液泵P2与媒质分散机5连接,媒质 分散机5通过可升压到约200大气压力的分散试样送液泵P3、流量计 M1、阀V2与超临界容器6的供给口30连接。

超临界容器6构造成由带温度控制的外罩7加热,从喷嘴8供给 超临界溶剂。超临界容器6中设有图1等所示的用作进行喷流搅拌的 实施例情形中的循环口31,循环口31通过阀V3、能耐压到约200大 气压力的循环泵P4、流量计M2与喷嘴8连接。此外,与超临界溶剂 供给源通连的管道则经由阀V4、过滤器F1、加压用压缩泵P5而连接 在前述阀V3与泵P4之间。

超临界容器6中设有压力计G、温度计T1,流出口39由外部加热 器加热,与设有防止过冷的加热器的管线9连接,管线9通过带致动 器的减压阀V6与流量剂M3和爆碎槽10连接。

爆碎槽10内在上方设有分隔板11,前述管线与爆碎喷嘴、爆碎 窗等的喷出口12连接,在喷出口12的前方则有带罩的碰撞板13。这 里的爆碎喷嘴采用如同由超临界流体制造微粒过程中所用带加热器的 喷嘴,以防冻结堵塞。

爆碎槽10通过用来回收从分散液分离出的超临界溶剂的过滤器 F2、加压用压缩泵P6与缓冲槽14连接,缓冲槽14经由阀V5与前述 的泵P5通连。所述的阀V1~V5可以采用带致动器球阀等闭路阀, 而前述的过滤器F1、F2则可用烧结的金属多孔体与陶瓷等制成。

爆碎槽10的下部通过排液泵P7、流量计M4与贮槽(脱泡槽)15 连接,贮槽15由带温度控制器的加热罩16加热,用搅拌机17搅拌混 合分散液。贮槽15中设有温度计T2,或者根据需要,也可在贮槽15 的上方设置与前述缓冲槽14连通的回收装置,用来回收从分散液分离 出但未回收的超临界溶剂。

前述的分散试样调节用槽3、媒质分散机5、超临界容器6、爆碎 槽10、贮槽15分别设有用于排出冼净液的带阀的排出口18、19、20、 21、22。由温度计T1、T2测得的温度、由压力计测得的压力、由流 量计M1~M4测得的流量数据,传送到计算机中进行运算处理,将信 号发送给泵P1~P7、阀V1~V5的致动器、加热外罩7、16的温度 控制器、管线9的加热器,以分别控制泵的排液量、阀的开/关、外罩与 加热器的加热量等。    

下面说明前述系统的操作顺序,将分散介质(在固-液系情形,例 如是含有颜料、陶瓷粉料、磁性粒子等超微粒,含有多种微粒的情形。 在液-液系情形,例如是脂肪、有机试剂、单体等疏水性的液体等的分 散溶质和水的液-液系,或是有机溶剂和不为其溶解的脂肪、有机试 剂、单体等分散溶质的液-液系)置于分散试剂调节槽3中,根据需要, 混合以试剂(促进微粒、分散溶质分散的分散剂,或使微粒表面具有种 种功能特性的表面改性剂、涂料剂等)或水、有机溶剂等溶剂,调合到 规定浓度,成为液状分散液(料浆、乳化液)。在此阶段中,关闭上述 的阀V1、V2、V4,打开上述的阀V3、V5、V6。

接着,打开阀V4(关闭阀V1、V2,打开阀V3、V5、V6), 将二、乙烯、代用氟隆和其它超临界溶剂送入超临界容器6、爆 碎槽10、缓冲槽14等之中,使这些溶剂置换它们内部的空气。

经置换处理后,关闭上述的阀V3~V6,打开阀V1、V2。用泵 P2将分散试样调节槽3中的分散试样送给媒质分散机5,将分散介质与 溶剂或是试剂等混合成更均匀的状态(当于分散试样调节用槽3中搅拌 成十分均匀的状态时,也可省除媒质分散机5以及附属于它的洗液排出 口19或阀1、泵2等),经由泵3将规定的量压入超临界容器6内。

再将上述阀V1、V2关闭,打开阀V4(阀V3、V5、V6处于关 闭状态),将超临界溶剂填充到超临界容器6内,为了形成预定的温度 (不损害分散介质性质与状态的温度且在临界温度以上)、压力(约为 临界压力的2倍),进行由外罩7的升温与由泵P5的加压而形成超临 界状态。以上操作是进行据图4、5所说明的以分散介质为对象的最优 操作。

至此,关闭阀V4,打开阀V3。此时,阀V1、V2、V5、V6 处于关闭状态,超临界容器6成为和外部隔绝的状态,随后将由泵P4 加压的分散试样从喷嘴8喷吹,由喷射流搅拌超临界容器的内部,促进 分散。

然后关闭阀V3,打开阀V6(阀V1、V2、V4、V5处于关闭状 态),将分散液经由爆碎喷嘴或爆碎窗等的喷出口12喷向爆碎槽10。 分散液由于超临界溶剂的膨胀的爆碎效应和对带罩的碰撞板的碰撞(也 可采用对流碰撞)而能进一步促进分散。此外,由于上述分散的促进效 果随超临界容器6的减压而变弱。监控超临界容器6内的压力,至其达 到临界压力程度进行分散液的喷出。    

在上述的爆碎槽10内,超临界溶剂从分散液中气化分离。借助分 隔板11部分,将分散液的飞沫捕集于爆碎槽10下部的超临界溶剂则经 由过滤器F2为压缩泵P6加压而升压,在缓冲槽14内以液体形式回收、 贮存,如后所述地循环。

上述分散液由泵P7输送到贮槽15。在贮槽15中由外罩16进行加 热,蒸发、分离未回收的超临界溶剂,将分散溶质浓缩至预定浓度。

关闭阀V3、V6,打开阀V1、V2,将料浆、乳化剂等分散液填 充到容器6内进行下一个循环。在填充上述超临界溶剂之时,阀V1、 V2、V3、V4、V6处于关闭状态,而阀V5则打开,开始使用缓冲槽 14内的超临界溶剂,然后关闭阀V5,打开阀V4来补充不充分的超临 界溶剂。

实施例

以二氧化碳为超临界溶剂,将碳黑(ケッチェソBlack International 公司制,碳ECP)置于纯水中进行分散试验,制成下述试样A-D。

试样A-在纯水中加入2%(重量)的上述碳黑,在进行了相当于 图4中操作过程(3)的以下操作之后,再进行爆碎:    

(20℃,1atm)~(5分)→(20℃,20atm)-(5分)

→(50℃,50atm)-(5分)→(60℃,100atm,5分)-

(爆碎)→(20℃,1atm)。

(上述工序简示出这样的操作:于20℃、1atm下保持5分钟,再 于20℃、20atm下保持5分钟,复于50℃、50atm下保持5分钟,继 在60℃、100atm下保持5分钟,爆碎后成为20℃、1atm。以下操作 工序的表示相同故省略)。    

试样B-在纯水中加入2%(重量)的上述碳,在进行了相当于图 4中操作过程(1)的下述操作后,再进行爆碎:    

(20℃,1atm)~(7分)→(20℃,100atm)-(8分)

→(60℃,100atm,5分)→(爆碎)

试样C-在纯水中加入2%(重量)的上述碳黑和3%(重量)的 分散剂,用4片推进刮板翼的搅拌机进行2小时的分散处理。

试样D-在纯水中加入2%(重量)的上述碳黑,用4片推进刮板 翼的搅拌机作2小时分散处理。

结果

将上述试样A~D于试管内静置100小时比较它们的不同,得知 有如图8说明图所表明的差异。

试样A经100小时后仍呈均匀分散,成为不再发生凝聚的良好分散 状态。

试样B,有少许的再凝聚(X),发生沉降(Y),有部分水(Z) 分离,与试样A相比,分散状态差。

试样C与试样D都从1小时以后发生水和碳黑的分离,分散状态 极差。

用0~50μm的粒径规(JIS-K5400)测定试样的大小时,在试 样A-B中未发现粒径小于5μm的粒子。另一方面,试样C中则存在 有粒径33μm的粒子,试样D中存在粒径40μm的粒子。

根据以上结果可知,采用本发明的利用超临界状态的分散方法与分 散装置,能够形成良好的分散状态。

此外,为了弄清本发明的爆碎效应,制备了试样E。

试样E-在纯水中加入2%(重量)的上述碳黑,在进行了相当于 图4中操作过程(3)的下述操作而形成了超临界状态后,进行了缓慢 的减压(也就是说,没有进行爆碎):

(20℃,1atm)-(5分)→(20℃,20atm)-(5分)

→(50C,50atm)-(5分)→(60℃,100atm,5分)- (60分)→(20℃,1atm)

结果

采用借助光散射法的粒径分布测定装置(株式会社セイツン企业 制,激光微型尺寸定径机,PRO-7000S型),测试了上述试样A- D与试样E的分散液中碳黑的粒径分布,获得了图9中所示结果,由此 结果可知,通过爆碎,试样A、B与试样E相比获得了均匀的粒径分 布,肯定了爆碎的效果。

在上述结构下,本发明使分散介质与溶剂混合,再将其在超临界容 器内与超临界流体混合,由爆碎槽喷出此超临界混合物,爆碎之后,于 固(微粒)-液系分散中,在低密度(扩散系数大,粘度小)状态下, 微粒的聚集体的间隙或微粒本身的细孔内能为超临界流体进入,而后升 高压力致高密度比(分子间的相互作用大,对微粒的濡湿性良好),能 促进微粒的一次粒化,进而急剧减压(释向大气压)使密度急剧减小(体 积加大),于是得以有效地进行分散并在分散后也不易再凝聚。另外, 在液(分散溶质)-液(水)系的分散中,利用在高密度状态下的溶解 度大,使超临界流体溶解于液(水)中的分散溶质的液滴中(在某种情 形下,成为水-分散溶质-超临界流体的均一状态),然后急剧减压(释 向大气压)使密度急剧减小(体积增大),促进分散,而能不易产生再 凝聚。即使是在高粘度料浆等的情形,也能导入上述超临界流体使粘度 显著降低,由此通过从喷嘴等喷出,便能容易地破碎、分散。

另外,为了促进上述由超临界溶剂对固体粒子表面或其细孔内的濡 湿、一次粒化的分散状态,可由计算机对相应操作进行控制来可靠地选 择温度与压力的最佳操作过程,并能在释向大气压时由爆碎槽的碰撞部 促进进一步的分散,加以还能循环地回收超临界溶剂,从而能获得省资 源型的分散系统。

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