JP2016079085A - ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置を用いて有機系爆薬から、比較的多くの親水性、疎水性官能基を表面に有するダイヤモンドを、簡便に、効率よく、かつ高い生産性で合成する方法を提供する。
【解決手段】大気中に開放した容器中に水を満たし、ガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることを特徴とするダイヤモンド製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な装置を用いて、大気中に開放された容器に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることによって、爆薬中の炭素原子から直接ダイヤモンドを容易に効率よく製造することができるダイヤモンドの製造方法に関する。特に満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることによって、生成したダイヤモンド表面にガス種に起因する官能基が形成されることを特徴とする。

従来から、爆薬の爆発により、３０００〜５０００Ｋの温度及び数十万気圧程度の高温高圧状態を発生させ、爆発によって得られた生成物を、回収して、異物を分離し、硝酸や硫酸等で化学的に処理し精製することにより、爆薬由来の炭素からダイヤモンドの微粒子を合成する方法が知られている。このダイヤモンドの一次粒子の大きさはナノメータサイズであり、精密研磨剤、減摩剤、潤滑剤、増強剤、コーティング剤等に利用されている。

前記ナノサイズダイヤモンドの合成方法としては、（ａ）閉鎖された圧力容器内を爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たし、その中で爆薬を爆発させる合成方法（空冷式爆射法）と、（ｂ）閉鎖された圧力容器内を水又は氷で満たし、爆薬を爆発させる合成方法（水冷式爆射法）とがある（例えば、非特許文献１の３４２頁右欄５〜９行及びＴａｂｌｅ３を参照）。

閉鎖系の空冷式爆射法で得られたダイヤモンドは、閉鎖系の水冷式爆射法で得られたものに比べて、一次粒子が小さい（すなわち、粒子の比表面積が大きい）、親水性官能基（−ＣＯＯＨ基、−ＯＨ基、−ＮＨ_２基、−ＮＨ基等）が多いといった特徴を有している（非特許文献２の１３頁を参照）。閉鎖系の空冷式爆射法で得られたダイヤモンドは、前述のように、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ等の親水性官能基が多いため、その表面を様々な分子及び原子（例えば、フッ素原子、フッ素原子含有化合物、ケイ素化合物）で修飾することが可能となる。

しかしながら、不活性ガスを用いた空冷式爆射法の場合、爆薬の爆発生成物を冷却するために冷却効果を有する不活性ガスを多く用いる必要があることから、必然的に圧力容器を大型にするか、又は爆発時に圧力容器内を高圧にする必要がある。閉鎖系の爆射法では、通常耐圧容器内での爆発を連続して繰り返すことによってダイヤモンドの収率を高めることが行われる。

閉鎖系での空冷式爆射法の場合、爆発前に耐圧容器内を不活性ガスで満たした状態とする必要があるため、容器を大型にしたり圧力容器内を高圧にしたりする必要があり、また閉鎖系での水冷式爆射法の場合は、爆発時、毎回耐圧容器内を水や氷で満たした状態とする必要があるため、作業効率が大きく低下してしまう。

従って、閉鎖系での空冷式爆射法、および水冷式爆射法で得られるダイヤモンド以上に、ダイヤモンド表面に意図的に欲しい官能基を多く持ったダイヤモンドを簡便な方法で効率よく、かつ高い収率、生産効率で製造するダイヤモンド製造方法の開発が望まれている。

Ｖ Ｙｕ Ｄｏｌｍａｔｏｖ，"Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｓ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，"Ｒｕｓｓｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ７６（４），ｐｐ．３３９−３６０（２００７） Ｖａｌｅｒｙ Ｄｏｌｍａｔｏｖ，"Ａｂｏｕｔ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｍｏｄｅｒｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｎａｎｏｄａｉｍｏｎｄｓ，"Ｒｕｓｎａｎｏｔｈｅｃｈ，２０１０

従って、本発明の目的は、簡易な装置を用いて有機系爆薬から、意図的に欲しい官能基を比較的多く持つ表面を有するダイヤモンドを、簡便に、効率よく、かつ高い生産性で合成する方法を提供することにある。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、ダイヤモンドを合成するための水冷式爆射法において、大気中に開放された容器中に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることによって、ダイヤモンド表面に意図的に欲しい官能基を多く導入したダイヤモンドを簡便な方法で合成することができることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明のダイヤモンドの製造法は、大気中に開放された容器中に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることによって、生成したダイヤモンド表面にガス種に起因する官能基が形成されることを特徴とする。

前記水を満たした容器を水中に浮かべ、容器を外部より固定するのが好ましい。

前記水を満たした容器中の爆薬を、爆発させる工程を連続して２回以上繰り返すことが好ましい。

前記爆薬を爆発させた後、前記水に満たされた容器の下部に沈殿した合成されたダイヤモンドを回収する工程を有するのが好ましい。

前記容器中に満たした水に、流すガス又は飽和させるガスが、要求される用途の必要とされる官能基によって異なるが、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、亜硫酸、亜硝酸等のガスであることが好ましい。二酸化炭素、一酸化炭素ガスはカルボキシル基、カルボニル基を、アンモニアガスはアミノ基を、亜硫酸ガスはスルフォン酸基を、亜硝酸ガスはニトロ基を、生成されたダイヤモンド表面に意図して多数形成することが出来るからである。

前記爆薬がトリニトロトルエンとシクロトリメチレントリニトロアミンとの混合物、又はトリニトロトルエンとテトラメチレンテトラニトラミンとの混合物であるのが好ましい。

前記容器が鉄等の金属、ステンレス等の合金又はゴムであるのが好ましい。

前記容器が、前記爆薬１ｋｇに対して２５〜５００ｍ^３の容積を有し、水の量は１２ｔ〜２５０ｔで有るのが好ましい。

本発明の方法は、大気中に開放された容器に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることによって、ダイヤモンド表面に意図的に欲しい官能基を多く導入したダイヤモンドを簡便な方法で合成することを特徴とする。本発明の方法により、閉鎖系の耐圧容器内を不活性ガスや、または氷や水で置換する作業を省略することが可能となり、爆発を開放系で連続して繰り返し行うことが出来、高い作業効率で、ダイヤモンドを合成することができる。

本発明のダイヤモンドの製造方法で用いる装置の一例を示す模式断面図である。 本発明のダイヤモンドを連続的に製造する方法で用いる装置の他の一例を示す模式断面図である。 本発明のダイヤモンドの製造方法で用いる火薬を納める容器の例を示す模式図である。

［１］ダイヤモンドの製造方法
本発明のダイヤモンドの製造方法の好ましい実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（１）ダイヤモンドの合成
本発明のダイヤモンド製造方法は、大気中に開放された容器に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させ、設置した爆薬を爆発させて、ダイヤモンド表面に意図的に欲しい官能基を多く導入したダイヤモンドを簡便に合成する方法である。爆薬を設置した容器を、水を張ったプールに浸して爆発させることが好ましい。閉鎖系の水冷式爆射法との最大の違いは、容器が大気中に開放された開放系で、有機系爆薬を爆発させる大気圧下での水冷式爆射法である。

図１に示すように、爆薬３は、水で満たした開放系容器１中の爆薬収納箱２に収納した状態で、上部より容器１の内部に吊材４で吊設して設置する。容器構造は例えば、垂直シリンダー型炉で、ガスの投入は、外部よりガス導入官５を炉中の水の下方に直接導入しても良いし、水で満たされた炉壁の下方に導入孔を設けても良いが、前者の方が好ましい。ガス導入管５はガスボンベ６に繋いで、ガスを水中に放出しながら、又は飽和させるのが好ましい。炉の大きさは、合成するダイヤモンドの量に応じて爆薬の量が異なるので、径及び高さは適宜決定すれば良い。垂直シリンダー型炉の径は３〜１０ｍ、壁厚５０〜１００ｃｍ、底は円錐型、炉の高さは３〜１０ｍで、下部から６０％程度のところまで水で満たし、上部４０％は爆破時水が飛び出るのを防ぐ壁として用いる。爆薬を吊設する位置は、得られるダイヤモンドの収率ができるだけ高くなるように、容器の形状、爆薬の種類・量等によって、適宜調節する。図１に示すような水で満たした開放系爆射法の場合、爆薬は容器中に張った水の水位のほぼ中央、容器壁の真ん中になるように設置するのが好ましい。設置する位置は中心から少々ずれても問題ないが、容器壁や、水面近辺、容器底面近辺は避けたほうが良い。前記吊材４として、銅線等の金属線を使用することにより、爆薬に取り付けた電気雷管への電流を供給するための導線として使用することができる。

前記有機系爆薬由来の炭素から生成されるダイヤモンドは、爆発後の高温の状態から室温に冷却される過程で、１２００℃付近から室温に冷却されるスピードが遅いと生成されたダイヤモンドが容易にグラファイトへ層転換する。爆薬３を、爆薬収納箱２に充填して爆発させることによって、爆発時に発生する圧力を効果的に高めることができると共に、水で爆薬３の周囲が満たされているため、生成するダイヤモンドが急速に冷却されて、生成されたＳＰ３ダイヤモンドのＳＰ２グラファイトへの変換が効率的に抑止される。従って、生成された初期のクルードダイヤモンド（粗ダイヤモンド）は、閉鎖系水冷爆射法で得られるクルードダイヤモンドよりＳＰ３ダイヤモンドの収率が大きく、かつ一次粒子径も大きいと言う特徴を有する。

爆薬３を充填するための容器２は、材質としては、樹脂、金属、ガラス、セラミック等が挙げられるが、生成したダイヤモンドを回収する際に分離が容易であるという観点から、樹脂又は金属が好ましい。樹脂としては、特に限定されず、広くどのようなものでも使用することができるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＴ等が好ましい。金属としては、アルミニウム、ステンレス、銅、金等のものが使用できる。構造としては、容易に破壊される程度の壁厚及び／又は形状を有しているのが好ましい。例えば図３に示すように、箱状等が好ましい。容器の大きさは、作業時にハンドリングしやすい大きさであれば特に限定されない。

容器１は、水を満たし大気中に開放されているとは言え、水中の火薬爆発時に瞬間的に大きな力が容器内壁に作用する。従って、容器１は、その圧力に十分耐えうるだけの強度を有していることが好ましい。鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン等の金属、ステンレス鋼、クルップ鋼、クロムモリブデン鋼、マンガンモリブデン鋼、マルエージング鋼、ハステロイ、インコネル等の合金、およびポリイソプレンを主成分とする天然ゴム、およびイソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴム等が用いられる。ゴムは火薬の爆発に伴って、伸びはするが元に戻るので問題はない。

このとき水を満たし、満たした水中に爆薬を設置した容器１を水中に浮かべ、この容器１を爆発の衝撃で移動しないように外部より固定しておくと良い。容器１を、例えばプールや池に浮かべ、その容器１の水位と外部の池、プール等の水位がほぼ同じであることが良い。

図２は複数の爆発炉に爆薬を設置した例を示す。図１と同様の爆薬を設置した爆発炉を複数、同時に又は連続的に爆発させる例を示したものである。

前記水を満たした容器中の爆薬を、爆発させる工程を連続して２回以上繰り返して、爆発を実施する場合、容器２に充填した爆薬３を爆発の回数分だけあらかじめ準備しておき、１回目の爆発後、多数の吊材４に火薬を吊設してあるケーブルを素早く移動させて、次の爆薬３を新たに容器１中の水中に設置し、２回目以降の爆発を実施する。複数回の爆発で、ダイヤモンド濃度を濃くして容器１の下方に沈殿した粗ダイヤモンドを吸引などの手段を用いて回収することで、作業性が向上すると共に、ダイヤモンドの収率が向上し、高い生産性を確保することが出来る。

容器１中に満たす水は、井戸水、清冽な川水、水道水等特に限定されないが、蒸留水、イオン交換水、超純水でも良い。発火しないものであれば、有機溶剤であっても良い。容器１を浮かべるプール、池などの水の種類は特に限定されない。

容器１中に満たした水中に、流すか、又は飽和させるガスとして、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、亜硫酸ガスであることが良い。これらのガスを水中に流すか、飽和した状態で爆薬を爆発させると、得られるダイヤモンドは、ダイヤモンド表面に官能基として水酸基、カルボキシル基、スルフォン酸基を多く有する水に良く分散するダイヤモンドが得られる。

前記耐圧性容器は、前記爆薬１ｋｇに対して２５〜５００ｍ^３の容積を有するのが好ましい。２５ｍ^３より小さい場合、爆発力が大きすぎるため、生産が難しく、５００ｍ^３より大きくなると爆発による生成物を回収するのに手間がかかり収率が低下する。

本発明には、高性能爆薬として知られている公知の有機系爆薬を用いることができる。有機系爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、トリニトロベンゼン（ＴＮＢ）、トリメチレントリニトラミン（ＲＤＸ）、テトラメチレンテトラニトラミン（ＨＭＸ）、テトラニトロメチルアニリン（テトリル）、トリアミノトリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、ジアミノトリニトロベンゼン（ＤＡＴＢ）、ヘキサニトロスチルベン（ＨＮＳ）、ヘキサニトロアゾベンゼン（ＨＮＡＢ）、ヘキサニトロジフェニルアミン（ＨＮＤＰ）、ピクリン酸、ピクリン酸アンモニウム、ベンゾトリアゾール（ＴＡＣＯＴ）、エチレンジニトラミン（ＥＤＮＡ）、ニトログアニジン（ＮＱ）、ペンタエリスリトールテトラナイトレート（ペンスリット）、ベンゾトリフルオキサン（ＢＴＦ）等が挙げられ、これらを単独又は混合して使用する。特に、ＲＤＸ（６０％）とＴＮＴ（４０％）との混合爆薬であるコンポジションＢ、ＨＭＸ（７５％）とＴＮＴ（２５％）との混合爆薬であるオクトール等を使用するのが好ましい。

これらの有機系爆薬は、炭素原子含有率が１５質量％以上、好ましくは２０〜３５質量％、密度が１．５ｇ／ｃｃ以上、好ましくは１．６ｇ／ｃｃ以上、爆速は７０００ｍ／ｓ以上、好ましくは７５００ｍ／ｓ以上であり、酸素バランスが負、好ましくは−０．２〜−０．６であり、爆轟圧が１８ＧＰａ以上、好ましくは２０〜３０ＧＰａ、爆轟温度が３０００Ｋ以上、好ましくは３０００〜４０００Ｋである。そのため、爆薬中の炭素原子を効率よくダイヤモンドに転換することができる。
また水で爆薬の周囲が満たされているため、生成するダイヤモンドが急速に冷却されて、生成されたＳＰ３ダイヤモンドのＳＰ２グラファイトへの変換が効率的に抑止される。従って、ＳＰ３ダイヤモンドの収率を低下させることがなく、かつ一次粒子径も大きいという特徴を有する。

（２）爆発生成物の精製
回収した爆発生成物は、ナノオーダーサイズのダイヤモンドの表面をグラファイト系炭素が覆ったコア／シェル構造を有しており、黒く着色している。この未精製のナノダイヤモンドは、２．４〜２．６ｇ／ｃｍ^３程度の密度を有し、メジアン径（動的光散乱法）は５０〜５００ｎｍ程度である。この未精製のダイヤモンドを後述の方法で酸化処理することにより、グラファイト系炭素のシェル層を除去し、ナノダイヤモンドの粒子を得ることができる。酸化処理により精製したダイヤモンド粒子は、４〜１８ｎｍ程度の一次粒子からなるメジアン径８〜２５０ｎｍ程度の二次粒子である。このように開放系の水冷式爆射法で得られるダイヤモンドは、閉鎖系の水冷式爆射法で得られる２〜１０ｎｍ程度の一次粒子よりも大きい一次粒子が得られる。

未精製のナノダイヤモンド（粗ダイヤモンド）の酸化処理方法としては、（ａ）硝酸等の共存下で高温高圧処理する方法（酸化処理Ａ）、（ｂ）水及び／又はアルコールからなる超臨界流体中で処理する方法（酸化処理Ｂ）、（ｃ）水及び／又はアルコールからなる溶媒に酸素を共存させて、前記溶媒の標準沸点以上の温度及び０．１ＭＰａ（ゲージ圧）以上の圧力で処理する方法（酸化処理Ｃ）、又は（ｄ）３８０〜４５０℃で酸素を含む気体により処理する方法（酸化処理Ｄ）が挙げられる。これらの酸化処理は、単独で行ってもよいし、組合せて行っても良い。酸化処理を組合せる場合は、開放系で、爆射法で得られた未精製のナノダイヤモンドにまず酸化処理Ａを施し、さらに酸化処理Ｂ〜Ｃのいずれかを施すのが好ましい。

爆射法で得られた未精製のダイヤモンドに酸化処理Ａを施すことによりグラファイト層の一部が除去されたダイヤモンド粒子（グラファイト−ダイヤモンド粒子）が得られ、このグラファイト−ダイヤモンド粒子に酸化処理Ｂ〜Ｃのいずれかの処理を施すことにより前記グラファイト層をさらに除去することができる。

酸化処理したダイヤモンドの密度は、ダイヤモンド粒子中のダイヤモンドとグラファイトとの量によって決まる。すなわち、未精製のナノダイヤモンドに施す酸化処理の程度によって、ダイヤモンド粒子中のダイヤモンドとグラファイトとの量を変え、ダイヤモンド粒子の密度を調節することができる。グラファイト系炭素（グラファイトの密度：２．２５ｇ／ｃｍ^３）の残存量が少なくなればなるほどダイヤモンドの密度（３．５０ｇ／ｃｍ^３）に近づく。従って、精製度が高くグラファイト系炭素の残存量が少ないほど密度が高くなる。

二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、亜硫酸ガス等のガスを水中に流すか、飽和した状態で爆薬を爆発させて得られたダイヤモンドは、ガスを水中に流さず生成したダイヤモンドとの比較で、同一条件で酸化処理し、精製後の水分散性を比較したところ、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、亜硫酸ガス等のガスを水中に流すか、飽和した状態で爆薬を爆発させて得たダイヤモンドは水に良く分散するものが得られた。この理由は明らかでないが、この未精製のダイヤモンドを上述の方法で酸化処理する際、ナノオーダーサイズのＳＰ３ダイヤモンドの表面を、ＳＰ２グラファイト系炭素が覆ったコア／シェル構造を有しており、ガスを水中に流しながら爆薬を爆発させて得られたダイヤモンドは、カルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基等の親水性官能基をグラファイト系炭素のシェル層のダングリングボンドを開いて、共有結合であるσ結合をしてＳＰ３混成軌道を形成し、ダイヤモンドのＳＰ３混成軌道と一体構成して、しっかり結合しているのに対し、官能基のつかないグラファイト系炭素のシェル層は、σ結合とπ結合からなるＳＰ２混成軌道を形成していて、その結合エネルギーは、σ結合１個のＳＰ３混成軌道を上回るとしても、ＳＰ３ダイヤモンドとＳＰ２グラファイト間に物理的総合力が働かず、上述の酸化処理でグラファイト系炭素のシェル層が先に除去され、親水性官能基が残ったのではないかと推測される。

本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

実施例１
（１）爆薬の準備
図３に示すように、ＴＮＴ（トリニトロトルエン）とＲＤＸ（シクロトリメチレントリニトロアミン）を６０／４０の比で含む１．０ｋｇの爆薬３を、上下蓋からなる直方体のＰＥＴ製の容器２に充填し密閉した。なお爆薬３には、起爆用爆薬及び電気雷管を取り付けた。

（２）爆薬の設置
図１に示す底面が５ｍ径、高さ６ｍの垂直型垂直シリンダー型炉に７０ｍ^３の蒸留水を満たし、水位のほぼ中央部分にこの爆薬３を充填した容器２を、吊材４で吊り下げた。この吊材４として銅線を使用し、爆薬３を起爆するための電気雷管への電流はこの銅線を通して供給した。

（３）ガス導入管の設置とガスの放出
容器１の壁沿いにガス導入管５を引き込み、水を満たした容器１の最下部の中心部辺りにガスボンベ６より送り込んだガスを放出する。ガスの放出量は水への溶解度を考慮して適宜決めればよいが、水温２０℃の井戸水７０ｍ^３に１００％炭酸ガスを毎分２００ｋｇを３０分間、合計６ｔを放出した。

（４）爆発
容器１の水中に、爆薬３を収納した爆薬収納箱２を銅線の吊材４で吊り下げ、電流を流して爆薬３を爆発させた。

（５）爆発生成物の回収
爆発後５分間静置し、沈殿した黒色液状の爆発生成物（未精製のダイヤモンド）を底部から吸引して回収した。この未精製のダイヤモンドの収率は使用した爆薬量に対して１０．８質量％であり、密度は２．６９ｇ／ｃｍ^３、メジアン径（動的光散乱法）は１１０ｎｍであった。この未精製のダイヤモンドは、密度から計算して、６５体積％のグラファイト系炭素と３５体積％のダイヤモンドからなっていると推定された。この時、閉鎖系の水冷爆射法で作製する粗ナノダイヤモンドに占めるダイヤモンド体積が１０〜２５体積％を占める事と比較すると、本発明の開放系での水冷爆射法は、ダイヤモンドの収率が大きいことが理解される。

（６）ダイヤモンドの精製
この未精製のダイヤモンドを６０質量％硝酸水溶液と混合し、１６０℃、１４気圧、２０分の条件で酸化性分解処理を行った後、１３０℃、１３気圧、１時間で酸化性エッチング処理を行った。酸化性エッチング処理により、グラファイトが一部除去された粒子が得られた。この粒子を、アンモニアを用いて、２１０℃、２０気圧、２０分還流し中和処理した後、自然沈降させデカンテーションにより３５質量％硝酸での洗浄を行い、さらにデカンテーションにより３回水洗し、遠心分離により脱水し、１２０℃で加熱乾燥し、ダイヤモンドの粉末を得た。このダイヤモンド粉末の収率は使用した爆薬量に対して８．１質量％であり、密度は３．４０ｇ／ｃｍ^３、メジアン径は３０ｎｍ（動的光散乱法）であった。密度から計算して、９２体積％のダイヤモンドと８体積％のグラファイト系炭素からなっていると推定された。

実施例２
実施例１と同様にして、（１）爆薬の準備、（２）爆薬の設置、（３）ガス導入管の設置とガスの放出、及び（４）爆発の操作を行った後、さらに、（１）爆薬の準備、（２）爆薬の設置、（３）ガス導入管の設置とガスの放出（水温２０℃の井戸水７０ｍ^３に１００％亜硫酸ガスを毎分５０ｋｇを３０分間、合計１．５ｔを放出）、及び（４）爆発の（１）から（４）の操作を４回繰り返し、続けて合計で５回の爆発を行った。５回目の爆発後、実施例１と同様にして、（５）爆発生成物の回収作業、及び（６）ダイヤモンドの精製を行った。得られたダイヤモンド粉末の収率は使用した爆薬量に対して８．５質量％であり、密度は３．４２ｇ／ｃｍ^３、メジアン径は２５ｎｍ（動的光散乱法）であった。密度から計算して、９４体積％のダイヤモンドと６体積％のグラファイト系炭素からなっていると推定された。

比較例１
実施例１及び実施例２の中の、（３）のガス導入管の設置とガスの放出のみはせずに、同様に（１）爆薬の準備、（２）爆薬の設置、及び（３）爆発の操作を行った後、さらに、（１）爆薬の準備、（２）爆薬の設置、及び（３）爆発の操作を４回繰り返し、続けて合計で５回の爆発を行った。５回目の爆発後、実施例１及び実施例２と同様にして、（４）爆発生成物の回収作業、及び（５）ダイヤモンドの精製を行った。得られたダイヤモンド粉末の収率は使用した爆薬量に対して８．０質量％であり、密度は３．４０ｇ／ｃｍ^３、メジアン径は２５ｎｍ（動的光散乱法）であった。密度から計算して、９２体積％のダイヤモンドと８体積％のグラファイト系炭素からなっていると推定された。

実施例１、２及び比較例１で得られたダイヤモンドの表面に存在する親水性官能基（−ＣＯＯＨ基、−ＯＨ基、−ＮＨ_２基及び−ＮＨ基）を気相化学修飾法によるＸＰＳ分析によって定量した。−ＣＯＯＨ基の定量は、Ｙ．Ｎａｋａｙａｍａ，Ｔ．Ｔａｋａｈａｇｉ ａｎｄ Ｆ．Ｓｏｅｄａ，Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．：Ｐａｒｔ Ａ，２６，５５９（１９８８）を参考にして行い、−ＯＨ基、−ＮＨ_２基及び−ＮＨ基の定量は、トリフルオロ無水酢酸（ＴＦＡＡ）を定量的に反応させた後、ＸＰＳ測定を行い、検出されたＦ濃度からダイヤモンド表面に存在する−ＯＨ基、−ＮＨ_２基及び−ＮＨ基の合計量を求める方法によって行った。なお結果は、−ＣＯＯＨ基、−ＯＨ基、−ＮＨ_２基及び−ＮＨ基の合計量を、実施例１を１００とした相対値で示した。

表１から明らかなように、本発明の大気中に開放された容器に水を満たし、満たした水中に二酸化炭素、一酸化炭素、亜硫酸等のガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させて製造されたダイヤモンドは、前述のガスを放出させないで水中に設置した爆薬を爆発させて製造されたダイヤモンドに較べ、親水性官能基量が多いことが理解される。親水性官能基量が多い理由は、親水性官能基のもとになる二酸化炭素、一酸化炭素、亜硫酸等のガスを放出しながら、又は飽和した状態で大量の水で冷却されながら爆射を受け、これらガスが親水性官能基としてダイヤモンド表面に取り込まれるためであろう。事実、実施例１及び実施例２で精製したダイヤモンドは、常温２０℃で蒸留水へ１２重量％まで特に沈殿することはなかったが、比較例１で精製のダイヤモンドは、同じ条件で７重量％が限度であった。

１・・・容器
２・・・爆薬収納箱
３・・・爆薬
４・・・吊材
５・・・ガス導入管
６・・・ガスボンベ

Claims (8)

1. 大気中に開放された容器に水を満たし、満たした水中にガスを放出しながら、又は飽和させて、水中に設置した爆薬を爆発させることを特徴とするダイヤモンド製造方法。
2. 請求項１に記載のダイヤモンド製造方法において、前記水を満たした容器を水中に浮かべ、容器を外部より固定することを特徴とするダイヤモンド製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のダイヤモンド製造方法において、前記水を満たした容器中の爆薬を、爆発させる工程を連続して２回以上繰り返すことを特徴とするダイヤモンド製造方法。
4. 請求項１〜３に記載のダイヤモンド製造方法において、前記爆薬を爆発させた後、前記水に満たされた容器の下方に沈殿した合成されたダイヤモンドを回収する工程を有することを特徴とするダイヤモンド製造方法。
5. 請求項１〜４に記載のダイヤモンド製造方法において、前記ガスが二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、亜硫酸ガスであることを特徴とするダイヤモンド製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンド製造方法において、前記爆薬がトリニトロトルエンとシクロトリメチレントリニトロアミンとの混合物、又はトリニトロトルエンとテトラメチレンテトラニトラミンとの混合物であることを特徴とするダイヤモンド製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のダイヤモンド製造方法において、前記容器が鉄等の金属、ステンレス等の合金又はゴムであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のダイヤモンド製造方法において、前記容器が、前記爆薬１ｋｇに対して２５〜５００ｍ^３の容積を有し、水の量は１２ｔ〜２５０ｔで有ることを特徴とするダイヤモンド製造方法。

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