JP2000314576A - W/o型エマルション及びサスペンションの製造方法 - Google Patents

W/o型エマルション及びサスペンションの製造方法

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JP2000314576A
JP2000314576A JP11125523A JP12552399A JP2000314576A JP 2000314576 A JP2000314576 A JP 2000314576A JP 11125523 A JP11125523 A JP 11125523A JP 12552399 A JP12552399 A JP 12552399A JP 2000314576 A JP2000314576 A JP 2000314576A
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oil
emulsion
water
tank
water particles
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Tetsuo Kawagoe
哲男 川越
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 氷蓄熱システムなどに利用される、氷結のな
い含水率50%以上のW/O型エマルション、サスペン
ションの製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコーン油、鉱油または植物油と水と
の混合液(1) を攪拌(3) して、流動帯電により油が容器
(2) 表面に吸着するよう静電気を発生させ、この静電気
による水粒子同士の反発、水粒子と油との吸引及び油の
槽表面(金属、ガラス、プラスチック)への吸着を利用
するとともに、シラン系、アルミニウム系若しくはジル
コアルミネート系のカップリング剤、アルコキシシラン
またはエステル型界面活性剤を添加して、水粒子表面に
油膜を形成することによりエマルションを造り、該エマ
ルションを冷却(2a)して水粒子を固化させ氷粒子が分散
した油とするW/O型エマルション及びサスペンション
の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力負荷の平準化
を図るために、深夜電力を用いて電気エネルギーを冷熱
として蓄熱し、この冷熱を生鮮食料、花卉類の保存或い
は冷房負荷に利用するなど、流動性のある氷の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、油(O)に水(W)を分散させ
たW/O型エマルションを造るには、乳化剤として界面
活性剤が添加されるが、この方法によりエマルションを
造り、これを冷却してサスペンションを造る方法には、
次のような問題がある。
【0003】 含水率が50%以上のエマルション、
サスペンションは造れなかった。
【0004】 水が冷却壁面に吸着し、氷結を起こし
やすい。
【0005】 エマルションを攪拌槽、冷却槽又は槽
間接続パイプに循環させるなどの動的状態では、複雑な
現象が起こり、安定してサスペンションを造ることが困
難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高絶縁性
油、乳化剤、容器表面の材質の組合せを検討し、油に水
を混合攪拌したときの油膜と水滴の動的挙動を解析し
て、安定性のある含水率50%以上のエマルション、サ
スペンションの製造方法を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコーン油
と水の混合液を攪拌して、流動帯電により油が攪拌槽及
び冷却槽の容器の表面に吸着するよう静電気を発生さ
せ、この静電気による水粒子同士の反発、水粒子と油と
の吸引及び油の槽表面への吸着を利用するとともに、シ
ラン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング
剤、ジルコアルミネートカップリング剤またはエステル
型界面活性剤の添加剤を添加して、水粒子の表面に油膜
を形成することによりW/O型エマルションを造るこ
と、並びに該W/O型エマルションを冷却して水粒子を
固化させ氷粒子が分散した油とすることを特徴とするW
/O型エマルション及びサスペンションの製造方法であ
って、特に攪拌槽の容器、冷却槽の容器又は槽間接続パ
イプの表面材料が、プラスチック又はガラスであるもの
である。さらにまた、表面材料がプラスチック又はガラ
スの低表面エネルギーの表面材料と組み合わせて、添加
剤がシラン系などカップリング剤である場合が好まし
い。
【0008】また、別の本発明は、高絶縁性油として鉱
油または植物油を、添加剤としてシラン系カップリング
剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カッ
プリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤または
エステル型界面活性剤を組み合わせたものであり、特に
装置の表面材料としてプラスチック又はガラスを組み合
わせたものである。さらにまた、高絶縁性油が鉱油であ
り、表面材料がプラスチック又はガラスの低表面エネル
ギーの表面材料と組み合わせて、添加剤がシラン系など
カップリング剤、アルコキシシラン、エステル系界面活
性剤である場合が好ましい。
【0009】以下に詳細に本発明を説明する。
【0010】絶縁性の高い油を容器内で攪拌流動させる
と静電気が発生することが知られている。この油に水を
混在させると微細な水滴の分散ができる。この分散水滴
と油の間に相対運動が起こり、その界面において正、負
イオンの解離が起き、結果的に油中の解離イオンが多く
なる。これらの解離イオンは容器壁や攪拌翼に接近した
ときに選択的に吸着されるために、分散水粒子の量が多
いと極めて多量の静電気が発生し、分散水粒子は(+)
に油は(−)に帯電する。なお、槽間接続パイプは、攪
拌槽や熱交換器などを接続し、エマルジョン、サスペン
ションが流動するパイプである。
【0011】また、容器表面でも、解離イオンの吸着現
象が主要因の電荷移動による静電気の発生があるが、前
述のものに比べると遥かに少ない。
【0012】以上のように、油と水の混合液を攪拌する
と静電気が発生し、油とその中に分散する水滴とは静電
気的な吸引、水滴相互は静電気的反発作用を起こすこと
になる。この作用は油中に分散する水滴の会合を阻止
し、乳化状態を造りだすのでエマルションを造るのに利
用できる。
【0013】高絶縁油として、シリコーン油、灯油など
の鉱油およびひまし油などの植物油が好適である。他
に、アルキルベンゼン、ポリブテンなどの炭化水素系
油、フロン113などのフッ化炭化水素や塩化フッ化炭
化水素、四塩化エチレン、ポリ塩化ビフェニルなどの塩
素化炭化水素、ベンジルネオカプレート、フタル酸エス
テルなどのエステル系油、エーテル系油、スルホン系油
などが利用できる。また、それらの混合油、例えば鉱油
/アルキルベンゼン、鉱油/ポリブテン/ロジン、アル
キルベンゼン/ポリブテン、リン酸エステル/芳香族油
などの混合油も利用できる。
【0014】しかし、水の割合が50%以上の場合、上
記の方法だけでは油が連続相となるW/O型エマルショ
ンを造ることは困難である。ここで添加剤として、同一
分子内に加水分解基と親油性基を併せ持つ添加剤を用い
ると水の割合が50%以上の場合にも、油が連続相とな
るW/O型エマルションを造れる。このような添加剤と
してまず、シランカップリング剤がある。この添加剤
は、水と反応してシラノール基(Si−OH)を生成す
る。生成されたシラノール基は攪拌によって帯電状態に
ある水粒子と水素結合する。一方、親油性基が油と結合
する。その結果、水と油の表面張力の差異から、分散水
粒子の表面が油で濡れるので、水の割合が50%以上の
場合でも、油が連続相になったW/O型エマルションが
造れる。シランカップリング剤と同様な作用を持つもの
に、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カッ
プリング剤、ジルコアルミネート系カップリング剤、ア
ルコキシシラン、エステル型界面活性剤またはエーテル
型界面活性剤があり、いずれもW/O型エマルションを
形成することができる。
【0015】シラン系カップリング剤には、γ−アミノ
プロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチ
ル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどがあ
る。チタネート系カップリング剤には、KR−TTS、
KR−44(味の素ファインテクノ社製、商品名)など
がある。アルミニウム系カップリング剤には、アセトア
ルコキシ−アルミニウム−ジイソプロピレート(味の素
ファインテクノ社製、商品名)などがある。ジルコアル
ミネート系カップリング剤には、楠本化成(株)の商品
に、A、C、F、Mのタイプがある。また、アルコキシ
シランには、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエ
トキシシランなどがあり、エステル型界面活性剤には、
ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、脂肪酸モノグ
リセリドなどがあり、エーテル型界面活性剤には、ポリ
オキシエチレン−グリセリン脂肪酸エステルなどがあ
る。
【0016】エマルションを冷却してサスペンションを
造る際に、冷却容器の壁面に氷結を起こして十分に流動
性のあるサスペンションが得られない場合がある。この
氷結現象は、容器の材料の表面エネルギーに深く関係が
ある。高いエネルギーを持つ金属の場合は氷結が起こり
やすい。低いエネルギーのプラスチックの場合は氷結が
起こりにくい。
【0017】容器の表面材料として、ポリ4フッ化エチ
レン、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(P
P)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(P
S)、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー
(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアミド6
(PA6)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ス
チレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NB
R)などのプラスチックが利用できる。その他、ケイ酸
塩ガラス、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料、アルミ
ニウム合金、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、銅、銅合
金などの金属材料が利用できる。表面張力は、プラスチ
ックで18〜42dyne/cm程度、ガラスで150
dyne/cm程度、金属で917〜1160dyne
/cm程度である。
【0018】他方、前述の添加剤のシラノール基は、容
器の表面に形成されている活性基と結合し油膜にとって
の接着層を形成するので、氷結を抑制する効果がある。
その効果は、添加剤の種類、材料の表面エネルギー(濡
れ性)の大きさ並びに油の吸湿性により変動する。
【0019】前述のカップリング剤の氷結防止効果は、
その組成の加水分解基数、親油性基数により差異があ
る。シラン系としてのγ−アミノプロピルトリエトキシ
シランとチタネート系のKR−TTS、KR−44の一
般的特徴を比較すると表1のとおりである。加水分解基
の数が多いシラン系カップリング剤はそれの少ないチタ
ネート系のものより氷結防止効果が大きい。
【0020】
【表1】 氷結現象は、油の種類によっても差異が生じる。この差
異は油に含まれる水分量に関係する。一般に、合成油は
鉱油に比べて親水性が強く、溶解水分量も多い。シリコ
ーン油と鉱油の飽和水分量を比較すると、シリコーン油
に含まれる水分量は鉱油に比べ大きく、このため、シリ
コーン油を用いた場合は、鉱油の場合よりも氷結が起こ
り易い。
【0021】
【発明の実施の形態】図1はバッチ式のシステムの例で
ある。同図において、1は油15重量%と水80重量%
とカップリング剤5重量%の混合液、2はステンレス、
ガラスライニング、ポリカーボネートライニングまたは
ポリプロピレンライニングの蓄熱貯槽を兼ねる攪拌槽、
2aは熱交換器(攪拌槽2と同電位にある)、3は攪拌
機である。
【0022】油としてシリコーン油、灯油または植物油
を用い、カップリング剤としてシラン系(γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン)、チタネート系(KR−T
TS、前出)またはアルミニウム系(アセトアルコキシ
−アルミニウム−ジイソプロピレート)を用いて混合液
を攪拌槽2に入れ、撹拌機3により混合液1を攪拌して
エマルションとし、次いで周りの熱交換器2aから冷凍
し、サスペンションの成長状態、攪拌槽2内壁の氷結状
態を観察した。その結果を表2に示す。
【0023】
【表2】 表2における氷結状態を示す符号は次のとおりである。
○:氷結なし、△:軽度の氷結あり、●:氷結あり。
【0024】本発明は、表2に示されるように、容器の
材料で氷結のない場合及び軽度の氷結が許容される場合
の油とカップリング剤の2要件組合せにかかるものであ
り、特に油、カップリング剤および容器表面材料の3要
件組合せにかかるものである。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、下記の効果が得られ
る。
【0026】 攪拌による流体帯電現象を利用してい
るので、エマルション、サスペンションの製造が安価に
できる。
【0027】 エマルション、サスペンションの水の
割合を、50%以上に高めることができる。
【0028】 サスペンション製造の過程で、熱交換
器の壁面に発生する氷結を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のためのシステム構成の一例を示す模
式図である。
【符号の説明】
1 混合液 2 攪拌槽 2a 冷却ジャケット 3 撹拌機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3L054 BG04 BH03 4G065 AA01 AA06 AB03Y AB28Y AB32X AB38Y BA01 BA07 BB06 CA04 CA11 DA01 DA03 EA10 FA01 4H011 BB18 CA04 CB10 CD06 DA15 DA16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコーン油と水の混合液を攪拌して、
    流動帯電により油が攪拌槽及び冷却槽の容器の表面に吸
    着するよう静電気を発生させ、この静電気による水粒子
    同士の反発、水粒子と油との吸引及び油の槽表面への吸
    着を利用するとともに、シラン系カップリング剤、アル
    ミニウム系カップリング剤、ジルコアルミネートカップ
    リング剤またはエステル型界面活性剤を添加して、水粒
    子の表面に油膜を形成することによりW/O型エマルシ
    ョンを造ること、並びに該W/O型エマルションを冷却
    して水粒子を固化させ氷粒子が分散した油とすることを
    特徴とするW/O型エマルション及びサスペンションの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 攪拌槽の容器、冷却槽の容器又は槽間接
    続パイプの表面材料が、プラスチック又はガラスである
    ものである、請求項1記載のW/O型エマルション及び
    サスペンションの製造方法。
  3. 【請求項3】 鉱油と水の混合液を攪拌して、流動帯電
    により油が攪拌槽及び冷却槽の容器の表面に吸着するよ
    う静電気を発生させ、この静電気による水粒子同士の反
    発、水粒子と油との吸引及び油の槽表面への吸着を利用
    するとともに、シラン系カップリング剤、チタネート系
    カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジル
    コアルミネートカップリング剤、アルコキシシランまた
    はエステル型界面活性剤を添加して、水粒子の表面に油
    膜を形成することによりW/O型エマルションを造るこ
    と、並びに該W/O型エマルションを冷却して水粒子を
    固化させ氷粒子が分散した油とすることを特徴とするW
    /O型エマルション及びサスペンションの製造方法。
  4. 【請求項4】 攪拌槽の容器、冷却槽の容器又は槽間接
    続パイプの材料が、プラスチック又はガラスでライニン
    グされたものである、請求項3記載のW/O型エマルシ
    ョン及びサスペンションの製造方法。
  5. 【請求項5】 植物油と水の混合液を攪拌して、流動帯
    電により油が攪拌槽及び冷却槽の容器の表面に吸着する
    よう静電気を発生させ、この静電気による水粒子同士の
    反発、水粒子と油との吸引及び油の槽表面への吸着を利
    用するとともに、シラン系カップリング剤、チタネート
    系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジ
    ルコアルミネートカップリング剤またはエステル型界面
    活性剤を添加して、水粒子の表面に油膜を形成すること
    によりW/O型エマルションを造ること、並びに該W/
    O型エマルションを冷却して水粒子を固化させ氷粒子が
    分散した油とすることを特徴とするW/O型エマルショ
    ン及びサスペンションの製造方法。
  6. 【請求項6】 攪拌槽の容器、冷却槽の容器又は槽間接
    続パイプの材料が、プラスチック又はガラスでライニン
    グされたものである、請求項5記載のW/O型エマルシ
    ョン及びサスペンションの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6849197B2 (en) 2000-12-06 2005-02-01 Tokyo Institute Of Technology Ice thermal storage medium
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