JP2018058047A - Wet type atomization method for raw material and wet type atomization device therefor - Google Patents

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誠悟 村山
Seigo Murayama
誠悟 村山
謙一 原島
Kenichi Harashima
謙一 原島
世一 徳道
Yoichi Tokumichi
世一 徳道
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wet type atomization method and a wet type atomization device capable of surface modification and atomization more efficient than the conventional one and capable of performing surface modification and atomization suitable for dispersion per material.SOLUTION: Provided is a wet type pulverization method having a constitution in which a high pressure jet treatment apparatus 152 performing high pressure jet from a high pressure nozzle 41 provided at the inside of a chamber 40 and an in-liquid plasma generation apparatus 160 are combined, and the electrodes 31, 32 of the in-liquid plasma generation apparatus 160 are oppositely arranged in the chamber 40, where, by applying pulse voltage to the electrodes 31, 32 and/or by jetting a raw material solution 10 from the high pressure nozzle 41 of the high pressure jet treatment apparatus 152 to increase the temperature of the raw material solution 10, then applying pulse voltage to the electrodes 31, 32 to generate in-liquid plasma, and, by applying cavitation by the high pressure jet to a plasma generation region, the in-liquid plasma treatment of the raw material solution 10 is performed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、原料の湿式微粒化方法及び湿式微粒化装置に関する。   The present invention relates to a raw material wet atomization method and a wet atomization apparatus.

微粒子、特にナノ粒子は、そのサイズがナノメートル(nm)オーダーであることで比表面積が極めて大きくなり、量子サイズ効果によって特有の物性を示すことなどから、様々な分野で研究され利用が進められている。近年、ナノ粒子は電子部品、顔料、化粧品、医薬品、食品、農薬等、各種材料分野で広範囲に利用されつつある。その一方で、ナノ粒子は凝集し易いことからナノ粒子の特性を有効活用するためには、ナノ粒子の性質に合った適切な分散処理が必要となる。
その一方で、化学物質の安全性が議論になっている。特に化粧品、医薬品、食品の場合、微粒子が人体に直接触れ、又は人体内に直接投与されることから、微粒子の微粒化に際して不純物が微粒子に付着し、また不純物が混入すると、安全性が保障されず大きな問題となる。また、電子材料においては、微粒子への不純物混入は電気特性や磁気特性に少なからず悪影響を及ぼすこととなる。
Fine particles, especially nanoparticles, have a very large specific surface area due to their nanometer (nm) order size and exhibit specific physical properties due to the quantum size effect, and are being studied and used in various fields. ing. In recent years, nanoparticles have been widely used in various material fields such as electronic parts, pigments, cosmetics, pharmaceuticals, foods, and agricultural chemicals. On the other hand, since nanoparticles easily aggregate, in order to effectively utilize the properties of the nanoparticles, an appropriate dispersion treatment that matches the properties of the nanoparticles is required.
On the other hand, the safety of chemical substances is debated. In particular, in the case of cosmetics, pharmaceuticals, and foods, the fine particles directly touch the human body or are directly administered to the human body. Therefore, when the fine particles are atomized, the impurities adhere to the fine particles, and if impurities are mixed, safety is guaranteed. It becomes a big problem. Further, in electronic materials, mixing of impurities into fine particles has a considerable adverse effect on electrical characteristics and magnetic characteristics.

粒子を微粒化させる方法としては、超音波振動による分散、ビーズミルなどの粉砕用媒体を使用した湿式の機械的接触式粉砕や同体摩擦粉砕による方法(機械的接触式粉砕法)が一般に知られている。しかし、ビーズミルなどを用いた機械的接触式粉砕では、粉砕用媒体と粒子とが点接触するため粉砕のためのエネルギー密度が高くなりすぎて、粒子の構造自体が壊れ易く、粉砕用媒体と粒子との点接触箇所における過剰な温度上昇(発熱)によって、粒子の所望の機能性が劣化してしまう不具合が生じる。さらにビーズミルなどの粉砕用媒体から発生するcontaminant(汚染物質:コンタミとも呼ばれる)が混入する不具合がある。
これに対して、ウォータージェット技術を用いた湿式ジェットミルは、原料溶液を高圧ノズルから高圧噴射することで粒子自体を壊さずコンタミの混入がない微粒化工法として開発されたものであり、粒子の湿式微粒化工法として有望視され実用化が進んでいる。しかし、高圧湿式噴射型微粒化装置による微粒化、すなわち噴射や衝突のような物理的作用による分散のみでは、電気的凝集を分散するには限界があり、ナノサイズの粒子を得ることが難しい。上記のような電気的凝集体を分散させるため、無機酸・無機塩基あるいは有機酸・有機塩基を原料液に添加することにより凝集体の表面電荷を調整し、高圧湿式噴射型微粒化装置により分散する方法がある。この方法を用いればナノサイズの粒子を得ることが出来るが、前述した酸・塩基の添加が必要なため、全体的な原料の純度低下が問題となる場合がある。
そして、最近では、各種プラズマ処理によって微粒子を水中に分散させる方法が検討されている。従来の高圧湿式噴射型微粒化装置で行う凝集体の微粒化は、凝集体が含有された原料液をチャンバーノズルから所定圧力で高圧噴射することで微粒化を行っているが、液中プラズマでは、この微粒子の凝集体が含有された原料液中でプラズマを発生させることで凝集体の表面改質を行い、凝集体が分散しやすい環境を作っている。本願出願人は、これら高圧湿式噴射型微粒化装置および液中プラズマ発生装置を1つの装置に複合させた微粒化装置を特許文献1として提供している。
As a method for atomizing particles, generally known are a dispersion by ultrasonic vibration, a wet mechanical contact grinding using a grinding medium such as a bead mill, and a method by simultaneous friction grinding (mechanical contact grinding). Yes. However, in mechanical contact type pulverization using a bead mill or the like, the energy density for pulverization becomes too high due to point contact between the pulverizing medium and the particles, and the particle structure itself is easily broken. As a result of excessive temperature rise (heat generation) at the point contact point, the desired functionality of the particles deteriorates. Furthermore, there is a problem that contaminants (also called contaminants) generated from a grinding medium such as a bead mill are mixed.
On the other hand, the wet jet mill using water jet technology was developed as a atomization method that does not break the particles themselves by mixing the raw material solution from the high pressure nozzle and does not contaminate the particles. It is considered promising as a wet atomization method and is being put to practical use. However, only by atomization by a high-pressure wet injection type atomizer, that is, dispersion by a physical action such as injection or collision, there is a limit to disperse electrical aggregation, and it is difficult to obtain nano-sized particles. In order to disperse the electrical aggregate as described above, the surface charge of the aggregate is adjusted by adding an inorganic acid / inorganic base or organic acid / organic base to the raw material liquid, and dispersed by a high-pressure wet-jet atomizer There is a way to do it. By using this method, nano-sized particles can be obtained. However, since the above-described addition of the acid / base is necessary, there may be a problem that the purity of the entire raw material is lowered.
Recently, methods for dispersing fine particles in water by various plasma treatments have been studied. Agglomeration atomization performed by a conventional high-pressure wet-jet atomization apparatus is performed by atomizing a raw material liquid containing aggregates at a predetermined pressure from a chamber nozzle. The surface of the aggregate is modified by generating plasma in the raw material liquid containing the fine particle aggregate, thereby creating an environment in which the aggregate is easily dispersed. The applicant of the present application provides, as Patent Document 1, a atomization apparatus in which these high-pressure wet-jet atomization apparatus and in-liquid plasma generation apparatus are combined in one apparatus.

特許文献1には「チャンバー40内に設けられた高圧ノズル41から高圧噴射する高圧噴射処理装置152とプラズマ発生装置とを組み合わせ、前記チャンバー40内に前記プラズマ発生装置の電極31,32を対向配置した構成であり、微粒子の凝集体が含有された原料溶液10を高圧ノズル41から所定圧力で高圧噴射し前記チャンバー40内で直ちに液中プラズマ処理を行う湿式微粒化装置100(図1)。」が記載されている。   Patent Document 1 states that “a high-pressure injection processing device 152 that injects high-pressure from a high-pressure nozzle 41 provided in a chamber 40 and a plasma generator are combined, and the electrodes 31 and 32 of the plasma generator are arranged oppositely in the chamber 40. The wet atomization apparatus 100 (FIG. 1) which is the structure which carried out the plasma processing in the liquid liquid immediately in the said chamber 40 by carrying out the high pressure injection of the raw material solution 10 containing the aggregate of fine particles from the high pressure nozzle 41 by the predetermined pressure. Is described.

特許文献2には「液体中でプラズマを発生させる液中プラズマ用電極であって、導電線12と、導電線12の外周を覆う絶縁部材14とを備え、前記絶縁部材14は、該絶縁部材14の先端面14aが前記導電線12の先端面12aよりも先端側に突出するように形成されており、前記絶縁部材14の内周面14bと前記導電線12の外周面12bとの間には、前記導電線12が摺動可能な間隔dが設けられている、液中プラズマ用電極10A(図2)。」が記載され、「液中プラズマ用電極10Aの導電線12の先端面12aと、対向電極10Bの導電線12の先端面12aとは、所定の間隔L3を開けて配置されている。この間隔L3を電極間距離L3とする。電極間距離L3は例えば0.5mm〜3mmであることが好ましい。」との記述がある(0026段落を参照)。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 includes a submerged plasma electrode that generates plasma in a liquid, and includes a conductive wire 12 and an insulating member 14 that covers an outer periphery of the conductive wire 12, and the insulating member 14 includes the insulating member 14. 14 is formed so that the front end surface 14a of the conductive wire 12 protrudes further to the front end side than the front end surface 12a of the conductive wire 12, and between the inner peripheral surface 14b of the insulating member 14 and the outer peripheral surface 12b of the conductive wire 12. Describes a submerged plasma electrode 10 </ b> A (FIG. 2) provided with a gap d in which the conductive wire 12 can slide, and “a front end surface 12 a of the conductive wire 12 of the submerged plasma electrode 10 </ b> A”. And the front end surface 12a of the conductive wire 12 of the counter electrode 10B are arranged with a predetermined distance L3, which is defined as an interelectrode distance L3, which is, for example, 0.5 mm to 3 mm. Is preferable. " There is a predicate (see the 0026 paragraph).

非特許文献1には、液中プラズマに関し「電極間距離0.5mm(図1(a))でHラジカルが多く生成し、電極間距離1.5cm(図1(b))でOHラジカルが多く生成することが分かっている。」とされている。また、液中プラズマに関し「電極間距離が2mm未満の場合はHラジカルが、電極間距離が2mm以上の場合はOHラジカルが優先的に生成する。」との報告もある(非特許文献2)。
非特許文献3には、液中プラズマで生成されるラジカルに関し「材料表面に対して、Hラジカルは強力な還元作用を、OHラジカルは強力な酸化作用をもたらす。」との記述がある(20頁を参照)。またセルロースはグルコースのみからなる多糖類であり、分子間および分子内の強い水素結合により高分子鎖を形成しているが、非特許文献3は、「セルロースは液中プラズマ単体の処理によってグルコース構造をもったまま低分子化する。」との記述がある(16頁を参照)。
非特許文献4にはカーボンナノチューブ(CNT)表面の親水性に関し、「これまでに液中パルスストリーマ放電や気液界面におけるOプラズマから生成したO ラジカルやOHラジカルによって、CNT表面が親水化を行った報告例がある。」との記述がある(939頁を参照)。
Non-Patent Document 1 discloses that “a lot of H radicals are generated at an interelectrode distance of 0.5 mm (FIG. 1A), and OH radicals are generated at an interelectrode distance of 1.5 cm (FIG. 1B). It is known to produce a lot. " There is also a report regarding plasma in liquid that “H radicals are preferentially generated when the distance between the electrodes is less than 2 mm, and OH radicals are preferentially generated when the distance between the electrodes is 2 mm or more” (Non-patent Document 2). .
Non-Patent Document 3 describes a radical generated by in-liquid plasma: “H radicals have a strong reducing action and OH radicals have a strong oxidizing action on the material surface” (20 Page). Cellulose is a polysaccharide consisting only of glucose, and forms a polymer chain by strong hydrogen bonds between and within the molecule. Non-patent document 3 states that “cellulose has a glucose structure by treatment with a single plasma in liquid. The molecular weight is reduced while holding the “.” (See page 16).
Non-patent document 4 relates to a hydrophilic carbon nanotubes (CNT) surface, "so far submerged pulse streamer discharge and the gas-liquid O generated from O 2 plasma at the interface 2 - by radicals or OH radicals, the CNT surface hydrophilic There is a report example that has been converted to "" (see page 939).

特開2016−107196号公報JP, 2006-107196, A 特開2014−167880号公報JP 2014-167880 A

原田 大, 他、“ソリューションプラズマによるカーボンナノチューブ表面の化学修飾と分散性の向上”一般社団法人 資源・素材学会 平成26年度春季大会講演原稿http://www.mmij.or.jp/convention/doc_file.inc.cpx?est=798c275d1177eef59dd5ce216f153ea4Dai Harada, et al., “Chemical Modification and Dispersibility Improvement of Carbon Nanotube Surfaces by Solution Plasma”, Japan Society of Resources and Materials, Spring 2014 Conference Lecture Manuscript http://www.mmij.or.jp/convention/doc_file .inc.cpx? est = 798c275d1177eef59dd5ce216f153ea4 高井 治, 他、“戦略的創造研究推進事業CREST 研究領域「ナノ科学を基盤とした革新的製造技術の創成」 研究課題「ソリューションプラズマ反応場の自律制御化とナノ合成・加工への応用」”平成19年度 実績報告 2頁Osamu Takai, et al., “Creative Research Promotion Project CREST Research Area“ Creation of Innovative Manufacturing Technology Based on Nanoscience ”Research Project“ Autonomous Control of Solution Plasma Reaction Field and Application to Nanosynthesis / Processing ”” FY2007 Results Report, page 2 高井 治, 他、“戦略的創造研究推進事業CREST 研究領域「ナノ科学を基盤とした革新的製造技術の創成」 研究課題「ソリューションプラズマ反応場の自律制御化とナノ合成・加工への応用」”研究終了報告書16, 20頁Osamu Takai, et al., “Creative Research Promotion Project CREST Research Area“ Creation of Innovative Manufacturing Technology Based on Nanoscience ”Research Project“ Autonomous Control of Solution Plasma Reaction Field and Application to Nanosynthesis / Processing ”” Research Completion Report pages 16, 20 稗田 純子,他、“ソリューションプラズマ表面修飾を用いたナノカーボン分散コンポジット材料の作製”,日本金属学会誌第73巻第12号(2009年)938-942頁Junko Hamada, et al., “Preparation of nanocarbon-dispersed composite materials using solution plasma surface modification”, Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 73, No. 12 (2009), pages 938-942

しかしながら、特許文献1,2記載の方法によっても、ナノ粒子を安定して得ることには未だ解決すべき課題が多い。すなわち、高圧湿式噴射型微粒化装置および液中プラズマ発生装置を備えた複合微粒化装置では、高圧湿式噴射によって材料の分散を行い、液中プラズマによって材料の表面改質を行うことで効率的な微粒化を行っているが、その表面改質作用や微細化効果は限定的である。また分散に最適な表面状態は材料の種類によって異なるため、表面改質法もそれに応じて変更する必要があった。その原因としては、種々の要因が考えられるが、本願発明者は、特に低圧噴射の場合(50MPa以下)には、液中プラズマの発生効率を高めることができない実験結果を得た。そして、原料溶液の温度によっては、表面改質効果に影響を与え、微細化効果の向上が期待できる要因がある点を見出した。   However, even with the methods described in Patent Documents 1 and 2, there are still many problems to be solved for stably obtaining nanoparticles. That is, in a compound atomization apparatus equipped with a high-pressure wet injection type atomizer and an in-liquid plasma generator, the material is dispersed by high-pressure wet injection, and the surface modification of the material is performed by in-liquid plasma. Although atomization is performed, its surface modification action and refinement effect are limited. In addition, since the optimum surface state for dispersion varies depending on the type of material, the surface modification method must be changed accordingly. Various factors are considered as the cause, but the inventor of the present application has obtained experimental results in which the generation efficiency of in-liquid plasma cannot be increased, particularly in the case of low pressure injection (50 MPa or less). Then, the present inventors have found that depending on the temperature of the raw material solution, there is a factor that affects the surface modification effect and can be expected to improve the miniaturization effect.

そこで本発明の目的は、従来よりも効率的な表面改質や微細化が可能で、材料毎に分散に適した表面改質や微粒化を行うことができる湿式微粒化方法及び湿式微粒化装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a wet atomization method and a wet atomization apparatus capable of performing surface modification and atomization more efficiently than conventional methods and capable of performing surface modification and atomization suitable for dispersion for each material. Is to provide.

本願発明者は、高圧噴射する高圧噴射処理装置と液中プラズマ発生装置とが組み合わされた湿式微粒化装置をそのまま使用するが、従来装置よりも、液中プラズマの発生効率を高めることができるという実験結果を得て、本願発明を完成するに至った。また、本願発明者は、電極間距離や原料溶液温度を制御することで、材料毎に分散に適した表面改質や微粒化の向上が図られる知見を得て、本願発明を完成するに至った。
本発明の湿式微粒化方法は、チャンバー内に設けられた高圧ノズルから高圧噴射する高圧噴射処理装置と、液中プラズマ発生装置とが組み合わされ、チャンバー内に前記液中プラズマ発生装置の電極が対向配置されている構成であり、前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させて原料溶液の温度を上昇させてから、前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させてプラズマを発生させるか、及び/又は、前記高圧噴射処理装置の高圧ノズルから原料溶液を噴射させて、原料溶液の温度を上昇させてから前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させて液中プラズマを発生させ、プラズマ発生区域に前記高圧噴射によるキャビテーションを及ばせることを特徴とする。
本発明によれば、電極にパルス電圧を印加させて、原料溶液の温度を上昇させると、プラズマの発生効率が良くなる。すなわち、高圧噴射で発生したキャビテーションの気泡は、泡は多いが、常に電極間近傍にあるわけではなく、噴射下流域の電極対近傍は気泡が少ないことが想定される。また低圧噴射ではキャビテーションの気泡が少ないため、気泡によるプラズマ発生はあまり期待ができない。このような気泡が少ない状況下でも、原料溶液の噴射時の温度上昇(ノズル管の摩擦力による温度上昇など)が生じ、プラズマの発生効率が良くなる。
また、原料溶液の温度を上昇させることは、前記高圧噴射処理装置の高圧ノズルから原料溶液を噴射させることによっても行うことができ、この場合も、電極による電圧付与と同じように、プラズマの発生効率が良くなる。
したがって、湿式微粒化装置をそのまま使用するが、従来装置よりも、液中プラズマの発生効率を高めることができる。特に低圧噴射の場合(50MPa以下)においても、液中プラズマの発生効率を高めることができる。
The inventor of the present application uses a wet atomization apparatus in which a high-pressure injection processing apparatus that performs high-pressure injection and a submerged plasma generator are used as they are, but it can increase the generation efficiency of submerged plasma as compared with the conventional apparatus. The experimental results were obtained and the present invention was completed. In addition, the inventors of the present application have obtained knowledge that surface modification suitable for dispersion and improvement of atomization can be obtained for each material by controlling the distance between the electrodes and the temperature of the raw material solution, and have completed the present invention. It was.
The wet atomization method of the present invention is a combination of a high-pressure injection processing apparatus that injects high pressure from a high-pressure nozzle provided in a chamber and a submerged plasma generator, and the electrodes of the submerged plasma generator are opposed to each other in the chamber. A pulse voltage is applied to some of the electrodes to raise the temperature of the raw material solution, and then a pulse voltage is applied to some of the electrodes to generate plasma, and / or Alternatively, the raw material solution is injected from the high-pressure nozzle of the high-pressure injection processing apparatus, the temperature of the raw material solution is increased, and then a pulse voltage is applied to some of the electrodes to generate plasma in liquid, in the plasma generation area. Cavitation by the high pressure injection can be extended.
According to the present invention, when a pulse voltage is applied to the electrode to raise the temperature of the raw material solution, the plasma generation efficiency is improved. In other words, the cavitation bubbles generated by high-pressure injection have many bubbles, but they are not always in the vicinity between the electrodes, and it is assumed that there are few bubbles in the vicinity of the electrode pair in the downstream area of injection. Moreover, since there are few cavitation bubbles in low pressure injection, plasma generation due to bubbles cannot be expected so much. Even in such a situation where there are few bubbles, a temperature rise (such as a temperature rise due to the frictional force of the nozzle tube) occurs when the raw material solution is injected, and the plasma generation efficiency is improved.
Further, raising the temperature of the raw material solution can also be performed by injecting the raw material solution from the high-pressure nozzle of the high-pressure injection processing apparatus. Efficiency is improved.
Therefore, although the wet atomization apparatus is used as it is, the generation efficiency of the in-liquid plasma can be improved as compared with the conventional apparatus. In particular, even in the case of low-pressure injection (50 MPa or less), the generation efficiency of plasma in liquid can be increased.

また、本発明の湿式微粒化方法は、前記電極間距離を1mm以上10mm以下の間としてプラズマを発生させて、原料溶液の温度を40度以上とするか、及び/又は、前記高圧噴射処理装置の高圧ノズルから原料溶液を噴射させて、原料溶液の温度を上昇させてから前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させてプラズマを発生させて、原料溶液の温度を40度以上とすることを特徴とする。
そして、本発明の湿式微粒化方法は、前記OラジカルおよびOHラジカルの発生量を制御することによって、原料溶液のpHを制御したり、微粒化が促進されるため、原料溶液の各種特性が変化する効果がある。セルロース溶液では原料の粒度、粘度、pHなどを変化させることができる。また酸化チタンやシリカやカーボンナノチューブでは原料の粒度、ゼータ電位、pHを変化させることができる。また、例えば、凝集力の強い粒子間や濡れ性の乏しい粒子であっても、前記高圧噴射し前記液中プラズマ処理する作業を複数回繰り返して段階的に微粒化することでナノサイズ粒子とすることが容易となる。
In the wet atomization method of the present invention, the distance between the electrodes is set between 1 mm and 10 mm to generate plasma, and the temperature of the raw material solution is set to 40 ° C. or higher. Injecting the raw material solution from the high-pressure nozzle of the above to raise the temperature of the raw material solution, and then applying a pulse voltage to some of the electrodes to generate plasma, so that the temperature of the raw material solution is 40 degrees or more Features.
In the wet atomization method of the present invention, the pH of the raw material solution is controlled by controlling the generation amount of the O radical and OH radical, and the atomization is promoted. There is an effect to. In the cellulose solution, the particle size, viscosity, pH and the like of the raw material can be changed. In addition, with titanium oxide, silica, and carbon nanotubes, the particle size, zeta potential, and pH of the raw material can be changed. In addition, for example, even between particles with strong cohesive force and particles with poor wettability, nano-sized particles are obtained by stepwise atomization by repeating the operation of high-pressure injection and plasma treatment in liquid several times. It becomes easy.

本発明としては、原料溶液はセルロースであって、前記電極の電極間距離を2mm以上10mm以下としてOHラジカルを生成させ、OHラジカル主体の反応により前記セルロースの低分子化が起こることで微粒化させることを特徴とする。
本発明によれば、セルロース(セルロースナノファイバー)のような水素結合により高分子を形成している材料には、OHラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離は2mm以上が望ましい。
In the present invention, the raw material solution is cellulose, and the distance between the electrodes is set to 2 mm or more and 10 mm or less to generate OH radicals. It is characterized by that.
According to the present invention, since the OH radical is effective for a material that forms a polymer by hydrogen bonding, such as cellulose (cellulose nanofiber), the distance between electrodes of the plasma in liquid is desirably 2 mm or more.

本発明としては、原料溶液は酸化チタンであって、前記電極の電極間距離を1mm以上2mm以下としてHラジカルを生成させ、原料溶液のpHが酸化チタンの等電点から酸性側にシフトさせることで前記酸化チタンの粒子表面が正電荷を帯びた状態に変化させ、粒子間に静電反発力が生じさせることで微粒化させることを特徴とする。
また本発明としては、原料溶液はシリカであって、前記電極の電極間距離を2mm以上10mm以下としてOHラジカルを生成させ、原料溶液のpHがシリカの等電点から塩基性側にシフトさせることで前記シリカの粒子表面が負電荷を帯びた状態に変化させ、粒子間に静電反発力が生じさせることで微粒化させることを特徴とする。
本発明によれば、酸化チタンやシリカのような金属酸化物は、材料固有の等電点毎に微粒化に効果的なラジカルが異なる。等電点をpH6に持つ酸化チタンでは微粒化には、Hラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離は2mm以下が望ましい。等電点をpH2〜3付近に持つシリカでは微粒化には、OHラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離は2mm以上とすることが望ましい。
In the present invention, the raw material solution is titanium oxide, the distance between the electrodes is 1 mm or more and 2 mm or less to generate H radicals, and the pH of the raw material solution is shifted from the isoelectric point of titanium oxide to the acidic side. The particle surface of the titanium oxide is changed to a positively charged state, and electrostatic repulsive force is generated between the particles to make the particles fine.
Further, according to the present invention, the raw material solution is silica, the distance between the electrodes is 2 mm or more and 10 mm or less to generate OH radicals, and the pH of the raw material solution is shifted from the isoelectric point of silica to the basic side. Then, the surface of the silica particles is changed to a negatively charged state, and electrostatic repulsive force is generated between the particles to atomize the particles.
According to the present invention, the metal oxides such as titanium oxide and silica have different radicals effective for atomization at each isoelectric point specific to the material. In titanium oxide having an isoelectric point of pH 6, H radicals are effective for atomization, and therefore the distance between electrodes of plasma in liquid is desirably 2 mm or less. In silica having an isoelectric point in the vicinity of pH 2 to 3, OH radicals are effective for atomization. Therefore, the inter-electrode distance of the plasma in liquid is desirably 2 mm or more.

本発明としては、原料溶液はカーボンナノチューブであって、前記電極の電極間距離を1mm以上2mm以下としてHラジカルを生成させ、Hラジカルとカーボンナノチューブの間でラジカル置換反応を生じさせることで微粒化させることを特徴とする。
本発明によれば、材料表面に極性を持たず、水となじみが悪いCNTのような材料では、Hラジカルによる親水化が微粒化に有効であるため、液中プラズマの電極間距離は2mm以下が望ましい。
According to the present invention, the raw material solution is a carbon nanotube, and the distance between the electrodes is set to 1 mm or more and 2 mm or less to generate H radicals, thereby generating a radical substitution reaction between the H radicals and the carbon nanotubes. It is characterized by making it.
According to the present invention, in a material such as CNT that does not have polarity on the surface of the material and is poorly compatible with water, hydrophilization with H radicals is effective for atomization, so the distance between electrodes of plasma in liquid is 2 mm or less. Is desirable.

また、本発明の湿式微粒化装置は、微粒子の凝集体が含有された原料溶液を高圧噴射するための高圧ノズルと、電極を備えたプラズマ発生装置とから構成され、前記高圧ノズルはチャンバー内に設けられ、前記電極は前記チャンバー内に対向配置され、かつ前記高圧噴射によるキャビテーションが前記電極間のプラズマ発生区域に及ぶ位置に配置される湿式微粒化装置であって、電極間距離を制御することができる間隔調整手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、プラズマ発生部にある電極間距離の制御により、プラズマ発生効率に影響を与える原料溶液の温度条件を制御することができるようになり、生成するラジカル種をコントロールし、材料毎に分散に適した表面改質を行うことで、従来よりも効率的な微粒化を行うことができる。
The wet atomization apparatus of the present invention comprises a high-pressure nozzle for high-pressure injection of a raw material solution containing agglomerates of fine particles, and a plasma generator provided with an electrode, and the high-pressure nozzle is disposed in the chamber. The wet atomization apparatus is provided, wherein the electrodes are arranged opposite to each other in the chamber, and the cavitation caused by the high-pressure jet extends to a plasma generation area between the electrodes, and controls a distance between the electrodes. It is characterized by comprising an interval adjusting means capable of
According to the present invention, the temperature condition of the raw material solution that affects the plasma generation efficiency can be controlled by controlling the distance between the electrodes in the plasma generation unit, and the generated radical species can be controlled for each material. By performing surface modification suitable for dispersion, atomization can be performed more efficiently than before.

本発明としては、前記電極は、原料溶液の温度上昇のための電極としても使用されることを特徴とする。また本発明としては、前記電極は複数の電極対からなることを特徴とする。また本発明としては、原料溶液の温度上昇のための温度制御手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の電極の幾つかにパルス電圧を印加させるか又は温度制御手段によって、原料溶液の温度を上昇させると、プラズマの発生効率が良くなり、より少ないジュール熱で液中プラズマを発生させことができる。
As for this invention, the said electrode is used also as an electrode for the temperature rise of a raw material solution, It is characterized by the above-mentioned. According to the present invention, the electrode includes a plurality of electrode pairs. In addition, the present invention is characterized by comprising temperature control means for increasing the temperature of the raw material solution.
According to the present invention, when the pulse voltage is applied to some of the plurality of electrodes or the temperature of the raw material solution is increased by the temperature control means, the plasma generation efficiency is improved, and the plasma in liquid is reduced with less Joule heat. Can be generated.

本発明によれば、電極が浸漬している溶液の温度を制御することで、従来よりも効率的な微粒化を行うことができる。また本発明によれば、プラズマ発生部にある電極間距離の制御により生成するラジカル種をコントロールし、材料毎の分散に適した表面改質を行うことで、材料毎に異なる効率的な微粒化を行うことができる。したがって、より少ないジュール熱でプラズマを発生することができ、プラズマの発生率上昇によって表面改質効果もより多くなるため、微細化効果の向上が期待できる。また、高圧噴射処理装置と液中プラズマ発生装置とが組み合わされた湿式微粒化装置をそのまま使用するが、従来装置よりも、液中プラズマの発生効率を高めることができる。   According to the present invention, by controlling the temperature of the solution in which the electrode is immersed, it is possible to perform atomization more efficiently than in the past. In addition, according to the present invention, the radical species generated by controlling the distance between the electrodes in the plasma generation unit is controlled, and surface modification suitable for dispersion for each material is performed, so that efficient atomization that differs for each material is achieved. It can be performed. Accordingly, plasma can be generated with less Joule heat, and the surface modification effect is further increased by increasing the plasma generation rate, so that an improvement in the miniaturization effect can be expected. In addition, a wet atomization apparatus in which a high-pressure jet processing apparatus and an in-liquid plasma generation apparatus are combined is used as it is, but the generation efficiency of in-liquid plasma can be improved as compared with the conventional apparatus.

本発明の実施形態の湿式微粒化装置の概略構成を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates schematic structure of the wet atomization apparatus of embodiment of this invention. 上記実施形態に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係るチャンバーの要部拡大図であるIt is a principal part enlarged view of the chamber which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る間隔調整手段と電極間距離調整方法を説明する要部拡大図である。It is a principal part enlarged view explaining the space | interval adjustment means and the distance adjustment method between electrodes which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係る液中プラズマ発生装置が金属製の場合に生じる液中プラズマ発生箇所を例示する要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which illustrates the in-liquid plasma generation location produced when the in-liquid plasma generator which concerns on the said embodiment is metal. 上記実施形態に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said embodiment. 本発明の実施形態の製造手順を例示する製造工程フロー図である。It is a manufacturing process flowchart which illustrates the manufacturing procedure of embodiment of this invention. 本発明の実施例1に係る湿式微粒化装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the wet atomization apparatus concerning Example 1 of the present invention. 上記実施例に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said Example. 上記実施例に係る高圧ノズル及びチャンバーを例示する構造図である。It is a structural diagram which illustrates the high pressure nozzle and chamber which concern on the said Example. 本発明の実施例2に係るプラズマ発生装置及びチャンバーを例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the plasma generator and chamber concerning Example 2 of the present invention. 上記実施例に係る湿式微粒化装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the wet atomization apparatus which concerns on the said Example.

本発明を実施するための形態を以下に説明する。   The form for implementing this invention is demonstrated below.

原料について
本発明において、原料は微粒子の凝集体である。原料としては、金属微粒子、金属酸化物微粒子、ナノファイバー、その他既知の微粒子が挙げられる。金属酸化物の原料としては、酸化チタン、チタン酸バリウム、フェライト、アルミナ、シリカ、その他既知の金属酸化物微粒子の凝集体が挙げられる。ナノファイバーとしては、バイオマス原料であるセルロース、キチン、キトサン、その他既知のバイオマスナノファイバーが挙げられる。その他既知の微粒子としては、例えばカーボンナノチューブ(Carbon nanotube、CNT)が挙げられる。
本発明が対象とする原料としては、医薬品原料がある。医薬品原料としては、フェニトイン、水酸化マグネシウム、カフェイン、炭酸カルシウム、ビドロキシプロピルセルロース、ステアリン酸マグネシウム、アセトアミノフェインの凝集体が挙げられる。
本発明に係る高圧噴射処理装置で原料を高圧噴射処理すると、例えばバイオマス原料は繊維の長さを保ったまま繊維同士の絡まりがほどけて細くなる。そして、前記高圧噴射処理装置の噴射圧力や処理回数などの処理条件を変えることで、繊維の切断もしくは分子量を低下させることが可能である。本発明において、ナノファイバーとは、繊維の幅がナノサイズになったものを意味する。セルロースは、本発明の方法の実施により繊維同士がほどけて1本の最小単位の繊維になると、その直径は10〜51nm程度となる。
本発明において、原料溶液は微粒子の凝集体が含有された液体である。前記原料溶液の溶媒は水、IPA若しくは既知の水溶液である。
About Raw Material In the present invention, the raw material is an aggregate of fine particles. Examples of the raw material include metal fine particles, metal oxide fine particles, nanofibers, and other known fine particles. Examples of the metal oxide raw material include titanium oxide, barium titanate, ferrite, alumina, silica, and other known aggregates of metal oxide fine particles. Examples of the nanofiber include cellulose, chitin, chitosan, and other known biomass nanofibers which are biomass raw materials. Other known fine particles include, for example, carbon nanotube (CNT).
The raw materials targeted by the present invention include pharmaceutical raw materials. Examples of the raw material for pharmaceuticals include aggregates of phenytoin, magnesium hydroxide, caffeine, calcium carbonate, bidoxypropylcellulose, magnesium stearate, and acetaminophen.
When the raw material is subjected to high-pressure injection processing with the high-pressure injection processing apparatus according to the present invention, for example, the biomass raw material becomes thin by untangling the fibers while maintaining the length of the fibers. And it is possible to reduce the fiber cutting or the molecular weight by changing the processing conditions such as the injection pressure and the number of processing of the high-pressure injection processing apparatus. In the present invention, the nanofiber means a fiber having a nano width. When the fibers are unwound and become one minimum unit fiber by carrying out the method of the present invention, the diameter of cellulose becomes about 10 to 51 nm.
In the present invention, the raw material solution is a liquid containing fine particle aggregates. The solvent of the raw material solution is water, IPA or a known aqueous solution.

本発明の湿式微粒化装置
図1は、本発明の実施形態の湿式微粒化装置100の概略構成を示すブロック図である。図2は、湿式微粒化装置100の要部拡大図であり、原料溶液10の液中プラズマ処理が行われるチャンバー40の概略構成を示す模式図である。本実施形態は、チャンバー40と、当該チャンバー内に設けられた高圧ノズル41から高圧噴射する高圧噴射処理装置152と、プラズマ発生装置160とを組み合わせており(図1)、特に、前記チャンバー40内に前記プラズマ発生装置の電極31,32を対向配置した構成である(図2)。そして、高圧噴射によるキャビテーションが電極間のプラズマ発生区域に及ぶように電極31,32が対向配置されている(図2)。本実施形態では、微粒子の凝集体が含有された原料溶液10を高圧ノズル41から所定圧力で高圧噴射して、電極31,32の電極間S1でパルス電圧を印加して原料溶液10の温度を上昇させ、対向配置した電極間S1のプラズマ発生区域に前記高圧噴射によるキャビテーションを及ばせることで、前記チャンバー40内で原料溶液10の液中プラズマ処理を行う(図2)。原料溶液10の温度は40度以上90度以下とすることが好ましい。原料溶液10を40℃以上とすることで、プラズマの発生に必要な原料溶液10の気化を最低限生じさせることができ、電極間にプラズマを発生させることができる。また本発明は、液中でプラズマを発生させるが、原料溶液10を90℃以上とすると懸濁液に過度の気化が生じ、大気下雰囲気に近くなる。該雰囲気下でプラズマ発生させたとしても大気圧プラズマを発生させる場合と同様の状況となり、液中プラズマ効果が減少する。すなわち液中であれば、プラズマ発生領域近傍に反応物が存在するため微粒化反応が進みやすいが、大気下雰囲気の場合、プラズマ発生領域近傍に反応物がなくなるため、液中プラズマ効果が減少し、微粒化反応が進みにくくなる。したがって、本発明では原料溶液10を90℃以下とすることで、過度の気化(原料溶液10の蒸発)を抑制することができ、液中プラズマによる微粒化反応を効率良く行うことが可能である。なお、符号52は処理液20を入れる容器である(図1)。符号P1はプラズマ放電を模式的に示している(図2)。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wet atomization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the wet atomization apparatus 100 and is a schematic diagram showing a schematic configuration of the chamber 40 in which the in-liquid plasma treatment of the raw material solution 10 is performed. In the present embodiment, the chamber 40, a high-pressure injection processing device 152 that performs high-pressure injection from the high-pressure nozzle 41 provided in the chamber, and a plasma generator 160 are combined (FIG. 1). Further, the electrodes 31 and 32 of the plasma generator are arranged opposite to each other (FIG. 2). The electrodes 31 and 32 are arranged so as to face each other so that cavitation caused by high-pressure injection reaches the plasma generation area between the electrodes (FIG. 2). In the present embodiment, the raw material solution 10 containing fine particle aggregates is jetted at a high pressure from a high pressure nozzle 41 at a predetermined pressure, and a pulse voltage is applied between the electrodes S1 and 32 to change the temperature of the raw material solution 10. The plasma treatment of the raw material solution 10 in the chamber 40 is performed in the chamber 40 by raising the cavitation by the high-pressure jetting to the plasma generation area of the electrode S1 disposed between the electrodes (FIG. 2). The temperature of the raw material solution 10 is preferably set to 40 degrees or more and 90 degrees or less. By making the raw material solution 10 40 degreeC or more, vaporization of the raw material solution 10 required for generation | occurrence | production of plasma can be produced at the minimum, and plasma can be generated between electrodes. In the present invention, plasma is generated in the liquid. However, when the raw material solution 10 is set to 90 ° C. or higher, the suspension is excessively vaporized and becomes close to the atmosphere in the atmosphere. Even if plasma is generated in the atmosphere, the situation is the same as when atmospheric pressure plasma is generated, and the in-liquid plasma effect is reduced. In other words, in the liquid, the atomization reaction tends to proceed because the reactant exists near the plasma generation region. However, in the atmosphere in the atmosphere, the reactant disappears near the plasma generation region, so the plasma effect in the liquid is reduced. The atomization reaction is difficult to proceed. Therefore, in the present invention, by setting the raw material solution 10 to 90 ° C. or less, excessive vaporization (evaporation of the raw material solution 10) can be suppressed, and the atomization reaction by submerged plasma can be efficiently performed. . Reference numeral 52 denotes a container for containing the processing liquid 20 (FIG. 1). Symbol P1 schematically shows plasma discharge (FIG. 2).

高圧噴射処理装置152は、高圧ポンプ102を油圧駆動及び制御する油圧発生及び制御部101と、原料溶液10を投入する原料タンク103と、原料溶液10を加圧する高圧ポンプ102と、投入され加圧された原料溶液10内の粒子1aを噴射させ加速して衝突させることで粒子1aを微細化するとともに分散させるチャンバー40と、処理液を冷却する熱交換器105からなる(図1)。なお高圧噴射処理装置152としては、例えば株式会社スギノマシンが開発したウォータージェットを用い、高圧噴射の圧力を100〜245MPaとし、噴射速度は、440〜700m/sとして、前記原料溶液10を高圧ノズル41より高圧噴射することによって、微粒化と分散を行うことが考えられるが、これに限定はされない。
プラズマ発生装置160は、プラズマ発生電源30と電極31,32とを備える(図1)。チャンバー40の液中にはプラズマ電極31,32が対向配置され、それぞれプラズマ発生電源30と電気接続されている(図1)。
プラズマ電極31には間隔調整手段33が備えられ、対向配置されたプラズマ電極32との電極間距離S1を調節することができる。同様にして、プラズマ電極32には間隔調整手段が備えられ、対向配置されたプラズマ電極31との電極間距離S1を調節することができる。これにより原料溶液10に応じた微粒化を行うことができる。符号80は液中プラズマ処理を行った溶液を還流させるポンプである(図1)。
なお原料溶液10の温度制御手段としては、原料溶液10を高圧ノズル41から所定圧力で高圧噴射して温度上昇させる手段や、電極31,32の電極間S1でパルス電圧を印加させて温度上昇させる手段の他、汎用されている温度制御装置及び方法を用いた手段が考えられる。
The high-pressure injection processing device 152 includes a hydraulic pressure generation and control unit 101 that hydraulically drives and controls the high-pressure pump 102, a raw material tank 103 that inputs the raw material solution 10, and a high-pressure pump 102 that pressurizes the raw material solution 10, and is supplied and pressurized The sprayed particles 1a in the raw material solution 10 are jetted, accelerated, and collided to refine and disperse the particles 1a, and a heat exchanger 105 that cools the processing liquid (FIG. 1). As the high-pressure injection processing device 152, for example, a water jet developed by Sugino Machine Co., Ltd. is used, the pressure of the high-pressure injection is 100 to 245 MPa, the injection speed is 440 to 700 m / s, and the raw material solution 10 is the high-pressure nozzle. Although it is conceivable to perform atomization and dispersion by high-pressure injection from 41, the present invention is not limited to this.
The plasma generator 160 includes a plasma generation power source 30 and electrodes 31 and 32 (FIG. 1). In the liquid in the chamber 40, plasma electrodes 31 and 32 are arranged to face each other and are electrically connected to the plasma generation power source 30 (FIG. 1).
The plasma electrode 31 is provided with a distance adjusting means 33, and the distance S1 between the electrodes with the plasma electrode 32 arranged opposite to the plasma electrode 31 can be adjusted. Similarly, the plasma electrode 32 is provided with an interval adjusting means, and the inter-electrode distance S1 with the plasma electrode 31 disposed opposite to the plasma electrode 32 can be adjusted. Thereby, atomization according to the raw material solution 10 can be performed. Reference numeral 80 denotes a pump for refluxing the solution that has been subjected to the plasma treatment in liquid (FIG. 1).
The temperature control means for the raw material solution 10 includes means for increasing the temperature by injecting the raw material solution 10 at a predetermined pressure from the high pressure nozzle 41, or applying a pulse voltage between the electrodes S1, 32 to increase the temperature. In addition to the means, means using a widely used temperature control apparatus and method can be considered.

図3は本実施の形態のチャンバー40の要部を拡大した図である。チャンバー40(プラズマチャンバー)は原料溶液10を高圧ノズル41から液中に噴射させ粒子を加速してキャビテーションC1を発生させ、出口から懸濁液20を排出させる構成であって、特に限定はされないが、好ましくは、高圧ノズル41としてオリフィスノズルを内蔵した高圧噴射処理装置152の一端と、液中プラズマ発生装置160の要部とを組み合わせてなるチャンバーとし、電極対31,32の電極間距離S1と、位置の調節をするための観察窓60を備える(図3)。
図4は本実施の形態の間隔調整手段の構造と電極間距離調整手順を一例として示した図である。電極間距離調整手順は、まず高圧噴射処理装置152と液中プラズマ発生装置160が停止している状態で、懸濁液20のOUT側から電極対31,32に向けてスケールバー70(基準棒)を挿入する。そして、観察窓60を覗きながらスケールバー70を電極対31,32の中間位置に配置し、スケールバー70に向けて電極対31,32を押圧する。そして、スケールバーを引き抜く。なお本実施の形態の間隔調整手段と電極間距離調整手順はこの内容に特に限定はされず、例えば、間隔調整手段により電極をスライドさせたり(図6)、ノズル式として調整しても良く(図12)、手動の他、モータにより電動式で駆動して電極間距離を調整する方法が考えられる。
図5は本実施形態の液中プラズマ発生装置160が金属製の場合に生じる液中プラズマを示した図である。液中プラズマ発生装置160が金属製の場合、特に電極間距離が大きい場合、正常なプラズマP1の発生の他、意図しないプラズマP2として、電極31または電極32と液中プラズマ発生装置の間にもプラズマが発生する可能性がある(図5)。液中プラズマ発生装置160への通電が起きると、装置操作者に感電の危険性がある。したがって液中プラズマ発生装置160は感電防止のため、絶縁物質であることが好ましく、より好ましくは樹脂(PTFE)とする。なお、高圧ノズル41(オリフィスノズル)は高圧噴射に耐えるためダイヤモンドとし、高圧噴射処理装置152はステンレスとすることが好ましい(図3,4)。
チャンバー40には、用途によって、シングルノズルチャンバー、斜向衝突チャンバー、ボール衝突チャンバー等の種類がある。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the chamber 40 of the present embodiment. The chamber 40 (plasma chamber) is configured to inject the raw material solution 10 into the liquid from the high-pressure nozzle 41 to accelerate the particles to generate cavitation C1, and to discharge the suspension 20 from the outlet. Preferably, a chamber is formed by combining one end of the high-pressure injection processing device 152 having an orifice nozzle built in as the high-pressure nozzle 41 and the main part of the in-liquid plasma generator 160, and the inter-electrode distance S1 between the electrode pairs 31 and 32 The observation window 60 for adjusting the position is provided (FIG. 3).
FIG. 4 is a diagram showing, as an example, the structure of the interval adjusting means and the inter-electrode distance adjusting procedure of the present embodiment. The inter-electrode distance adjustment procedure is as follows. First, the scale bar 70 (reference bar) is directed from the OUT side of the suspension 20 toward the electrode pair 31 and 32 in a state where the high-pressure injection processing device 152 and the in-liquid plasma generator 160 are stopped. ) Is inserted. Then, while looking through the observation window 60, the scale bar 70 is disposed at an intermediate position between the electrode pairs 31 and 32, and the electrode pairs 31 and 32 are pressed toward the scale bar 70. Then pull out the scale bar. The distance adjusting means and the inter-electrode distance adjusting procedure of the present embodiment are not particularly limited to this content. For example, the electrodes may be slid by the distance adjusting means (FIG. 6) or adjusted as a nozzle type ( In addition to manual operation, a method of adjusting the distance between electrodes by driving electrically by a motor is conceivable.
FIG. 5 is a diagram showing in-liquid plasma generated when the in-liquid plasma generator 160 of the present embodiment is made of metal. When the in-liquid plasma generator 160 is made of metal, particularly when the distance between the electrodes is large, in addition to the generation of normal plasma P1, as an unintended plasma P2, the electrode 31 or electrode 32 and the in-liquid plasma generator are also used. Plasma may be generated (FIG. 5). If energization of the in-liquid plasma generator 160 occurs, there is a risk of electric shock for the operator. Therefore, in-liquid plasma generator 160 is preferably an insulating material, more preferably a resin (PTFE) in order to prevent electric shock. The high pressure nozzle 41 (orifice nozzle) is preferably made of diamond to withstand high pressure injection, and the high pressure injection processing device 152 is preferably made of stainless steel (FIGS. 3 and 4).
The chamber 40 includes various types such as a single nozzle chamber, an oblique collision chamber, and a ball collision chamber depending on the application.

図2は、シングルノズルチャンバー40の概略構成を示す模式図である。シングルノズルチャンバー40は、原料溶液10を1つのノズル41から液中に噴射させ粒子1aを加速し、出口42から懸濁液20を排出するタイプのチャンバーである(図1,2)。ノズル41は、例えば単結晶ダイヤモンドを使用しており、ノズル41を粒子が通過するときの剪断力と、液中噴射によるキャビテーション衝撃力によって、微粒化と分散を行う。シングルノズルチャンバー40は、その構造上、水のキャビテーションと水の乱流の作用を用いている。符号C1はキャビテーションの気泡であり、符号P1はプラズマ放電を模式的に示している。電極間距離S1を1mm以上10mm以下としてプラズマを発生させ、プラズマ発生区域に、HラジカルおよびOHラジカルを生成させる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the single nozzle chamber 40. The single nozzle chamber 40 is a type of chamber in which the raw material solution 10 is injected into the liquid from one nozzle 41 to accelerate the particles 1a and discharge the suspension 20 from the outlet 42 (FIGS. 1 and 2). The nozzle 41 uses, for example, single crystal diamond, and atomizes and disperses by a shearing force when particles pass through the nozzle 41 and a cavitation impact force caused by submerged jetting. The single nozzle chamber 40 uses the action of water cavitation and water turbulence due to its structure. Reference sign C1 is a cavitation bubble, and reference sign P1 schematically shows plasma discharge. Plasma is generated by setting the distance S1 between the electrodes to 1 mm or more and 10 mm or less, and H radicals and OH radicals are generated in the plasma generation area.

電極間距離S1は原料溶液10の種類に応じて微粒化に最適な距離が異なる。電極間距離S1によって生成されるラジカル種が異なり、かつ原料溶液10の種類ごとに微粒化に適したラジカル種が異なるためである。原料溶液10がセルロースまたはシリカの場合、電極間距離S1は、好ましくは2mm以上10mm以下であって、3mm以上10mm以下としても良い。原料溶液10が酸化チタンやCNT(カーボンナノチューブ)の場合、電極間距離S1は、好ましくは1mm以上2mm以下である。このように、電極間距離S1は1mm以上10mm以下の間で変更することにより、原料溶液に応じてHラジカルおよびOHラジカルの発生量を制御することで最適な微粒化を図る。   The distance S1 between the electrodes differs depending on the type of the raw material solution 10 and the optimum distance for atomization. This is because the radical species generated by the inter-electrode distance S1 are different, and the radical species suitable for atomization are different for each type of the raw material solution 10. When the raw material solution 10 is cellulose or silica, the interelectrode distance S1 is preferably 2 mm or more and 10 mm or less, and may be 3 mm or more and 10 mm or less. When the raw material solution 10 is titanium oxide or CNT (carbon nanotube), the interelectrode distance S1 is preferably 1 mm or more and 2 mm or less. Thus, by changing the inter-electrode distance S1 between 1 mm and 10 mm, optimum atomization is achieved by controlling the generation amount of H radicals and OH radicals according to the raw material solution.

図6は、高圧ノズル41が直結されたチャンバー40にプラズマ電極31(31a,31b,31c,31d)と、プラズマ電極32(32a,32b,32c,32d)が所定間隔で複数対配されている構成を示している。この複数のプラズマ電極31,32を備えたシングルノズルチャンバー40は、プラズマ電極31,32を複数対配させることにより(図6)、図2の単一のプラズマ電極対を備えたシングルノズルチャンバー40よりも効率的に微粒化を行う。
各プラズマ電極31(31a,31b,31c)は、図2と同様に、各々間隔調整手段33(33a,33b,33c)を備え、各プラズマ電極31(31a,31b,31c)と対をなすプラズマ電極32(32a,32b,32c)も、各々間隔調整手段34(34a,34b,34c)を備える(図6)。原料溶液10の種類に応じて複数の電極間距離S1を調節し、原料溶液10の種類に応じたHラジカルおよびOHラジカルの発生量の制御をする。したがって複数の間隔調整手段33(33a,33b,33c),34(34a,34b,34c)を持つことで、プラズマ電極対が一つしかない図2のチャンバー40よりも最適な微粒化の制御を行う。
例えば、原料溶液10がセルロースまたはシリカの場合、複数の電極間距離S1を全て2mm以上10mm以下としてより効果的に微粒化を行う。
またセルロースや酸化チタンやCNTなどの複数の溶液が混合した原料溶液10であれば、電極対ごとに電極間距離S1を変えることで効率的に微粒化を行う。例えば、間隔調整手段33a,34aによって、プラズマ電極31a,32aの電極間距離を酸化チタンやCNTの微粒化に最適な電極間距離である1mm以上2mm以下とし、間隔調整手段33b,34bによって、プラズマ電極31b,32bの電極間距離をセルロースの最適な電極間距離である2mm以上10mm以下とする(図6)。なお間隔調整手段33,34は対向配置された電極同士を同期駆動させても良いし、独立駆動させても良い。またプラズマ電極31,32は、プラズマ電極31c,32cのように、チャンバー40内の側壁付近に電極間を位置させることで、チャンバー40の側壁付近でプラズマを発生させても良く、プラズマ電極31dとプラズマ電極32dのように間隔調整手段を持たなくとも良い。
In FIG. 6, a plurality of plasma electrodes 31 (31a, 31b, 31c, 31d) and a plurality of plasma electrodes 32 (32a, 32b, 32c, 32d) are arranged at predetermined intervals in a chamber 40 directly connected to a high-pressure nozzle 41. The configuration is shown. The single nozzle chamber 40 provided with the plurality of plasma electrodes 31 and 32 has a single nozzle chamber 40 provided with the single plasma electrode pair of FIG. 2 by arranging a plurality of plasma electrodes 31 and 32 (FIG. 6). Atomization is performed more efficiently.
As in FIG. 2, each plasma electrode 31 (31a, 31b, 31c) is provided with interval adjusting means 33 (33a, 33b, 33c), and plasma that forms a pair with each plasma electrode 31 (31a, 31b, 31c). Each of the electrodes 32 (32a, 32b, 32c) also includes an interval adjusting means 34 (34a, 34b, 34c) (FIG. 6). A plurality of inter-electrode distances S <b> 1 are adjusted according to the type of the raw material solution 10, and the generation amounts of H radicals and OH radicals are controlled according to the type of the raw material solution 10. Therefore, by having a plurality of interval adjusting means 33 (33a, 33b, 33c), 34 (34a, 34b, 34c), it is possible to control atomization more optimally than the chamber 40 of FIG. 2 having only one plasma electrode pair. Do.
For example, when the raw material solution 10 is cellulose or silica, atomization is more effectively performed by setting the plurality of inter-electrode distances S1 to 2 mm to 10 mm.
Further, in the case of the raw material solution 10 in which a plurality of solutions such as cellulose, titanium oxide, and CNT are mixed, atomization is efficiently performed by changing the interelectrode distance S1 for each electrode pair. For example, the distance between the plasma electrodes 31a and 32a is set to 1 mm or more and 2 mm or less, which is optimum for atomization of titanium oxide or CNT, by the distance adjusting means 33a and 34a, and the distance by the distance adjusting means 33b and 34b. The distance between the electrodes 31b and 32b is set to 2 mm or more and 10 mm or less, which is the optimum distance between cellulose electrodes (FIG. 6). The interval adjusting means 33 and 34 may drive the electrodes arranged opposite to each other synchronously or independently. Further, the plasma electrodes 31 and 32 may generate plasma near the side wall of the chamber 40 by positioning the electrodes near the side wall in the chamber 40 like the plasma electrodes 31c and 32c. It is not necessary to have an interval adjusting means like the plasma electrode 32d.

図7は、ボール衝突チャンバー40の概略構成を示す模式図である。ボール衝突チャンバー40は、原料溶液10を1つのノズル41から液中に噴射させ粒子を加速してセラミックボール43に衝突させ、出口42から懸濁液20を排出するタイプである。ノズル41は、単結晶ダイヤモンド等を使用しており、セラミックボール43は窒化珪素等からなる。ノズル41を通過した粒子のチャンバー剪断力と、液中噴射によるキャビテーション衝撃力と、粒子がセラミックボール43に衝突するときの衝撃力によって、微粒化と分散を行う。図7に示す例においても、図6に示す例のようにチャンバー40にプラズマ電極31,32を所定間隔で複数対配することができる。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the ball collision chamber 40. The ball collision chamber 40 is a type in which the raw material solution 10 is injected into the liquid from one nozzle 41 to accelerate the particles to collide with the ceramic balls 43 and discharge the suspension 20 from the outlet 42. The nozzle 41 uses single crystal diamond or the like, and the ceramic ball 43 is made of silicon nitride or the like. Atomization and dispersion are performed by the chamber shearing force of the particles that have passed through the nozzle 41, the cavitation impact force caused by submerged jetting, and the impact force when the particles collide with the ceramic balls 43. Also in the example shown in FIG. 7, a plurality of plasma electrodes 31 and 32 can be arranged in the chamber 40 at a predetermined interval as in the example shown in FIG.

図8は、斜向衝突チャンバー40の概略構成を示す模式図である。斜向衝突チャンバー40は、原料溶液10を斜向衝突させるように対向配置された1対のノズル41,41から液中に噴射させ粒子を加速して互いに斜向衝突(対面衝突)させ、出口42から懸濁液20を排出するタイプである。ノズル41は、単結晶ダイヤモンド等を使用しており、ノズル41を粒子が通過するときの剪断力と、液中噴射によるキャビテーション衝撃力と、粒子同士が斜向衝突するときの衝撃力と、対向噴流での相対速度増加による剪断力によって、微粒化と分散を行う。斜向衝突チャンバー40の場合、複数種類の原料溶液10を同時に効率良く微粒化することが可能である。原料溶液10をノズル41から液中に噴射させ、異なる種類の原料溶液10を対向配置されたもう一方のノズル41から液中に噴射させることで微粒化を行う。例えば、セルロースやヘミセルロースといった複数の多糖類を同時に微粒化する時や、複数の金属の混合物を微粒化する際に使用できる。微粒化に最適な電極間距離が異なる原料が混合された原料溶液10の場合、複数の電極対を用意して、電極対の電極間距離を互いに変えておくことで同時に微粒化できる。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the oblique collision chamber 40. The oblique collision chamber 40 injects the raw material solution 10 into the liquid from a pair of nozzles 41 and 41 arranged so as to collide obliquely, and accelerates the particles to cause oblique collision (face-to-face collision) with each other. In this type, the suspension 20 is discharged from 42. The nozzle 41 uses single crystal diamond or the like, facing the shearing force when particles pass through the nozzle 41, the cavitation impact force caused by submerged injection, and the impact force when particles collide obliquely. Atomization and dispersion are performed by the shear force generated by the relative velocity increase in the jet. In the case of the oblique collision chamber 40, it is possible to efficiently atomize a plurality of types of raw material solutions 10 simultaneously. Atomization is performed by spraying the raw material solution 10 into the liquid from the nozzle 41 and spraying different types of raw material solutions 10 into the liquid from the other nozzle 41 arranged oppositely. For example, it can be used when simultaneously atomizing a plurality of polysaccharides such as cellulose and hemicellulose, or when atomizing a mixture of a plurality of metals. In the case of the raw material solution 10 in which raw materials having different interelectrode distances that are optimal for atomization are mixed, a plurality of electrode pairs are prepared, and the interelectrode distances of the electrode pairs can be changed to be atomized simultaneously.

本発明の分散液の製造方法
図9は、本発明を適用した実施形態の微粒子を分散させた分散液の製造手順を示す製造工程フロー図である。図9の例は、ステップS12とステップS20からなる。本実施形態では、微粒子の凝集体が含有された原料溶液10を図1に示す高圧噴射処理装置152の高圧ノズル41から所定圧力で高圧噴射し直ちに前記チャンバー40内で液中プラズマ処理を行う(ステップS12)。そして、微粒子の分散度合いに応じて、前記高圧噴射処理装置152の高圧ノズル41から前記原料溶液10を所定圧力で高圧噴射し前記チャンバー40内で液中プラズマ処理を行う作業を複数回繰り返す(ステップS20)。
Method for Producing Dispersion of the Present Invention FIG. 9 is a production process flow chart showing a procedure for producing a dispersion in which fine particles according to an embodiment to which the present invention is applied is dispersed. The example of FIG. 9 includes step S12 and step S20. In the present embodiment, the raw material solution 10 containing the aggregates of fine particles is jetted at a high pressure from the high-pressure nozzle 41 of the high-pressure jet treatment apparatus 152 shown in FIG. 1 and immediately subjected to in-liquid plasma treatment in the chamber 40 ( Step S12). Then, depending on the degree of dispersion of the fine particles, the operation of performing high-pressure injection of the raw material solution 10 at a predetermined pressure from the high-pressure nozzle 41 of the high-pressure injection processing device 152 and performing in-liquid plasma processing in the chamber 40 is repeated a plurality of times (step) S20).

本発明の実施例を以下に説明する。   Examples of the present invention will be described below.

実施例1
(実施例1の目的)
液中プラズマの電極間距離S1を変化させて、原料溶液ごとに最適な電極間距離S1を見出し、微細化効果を向上させることである。すなわち、電極間距離S1の制御により材料表面を分散に最適な状態に改質する。
Example 1
(Purpose of Example 1)
By changing the inter-electrode distance S1 of the plasma in liquid, the optimum inter-electrode distance S1 is found for each raw material solution, and the refinement effect is improved. That is, the material surface is modified to an optimum state for dispersion by controlling the interelectrode distance S1.

(実施例1の装置構成)
図10は本実施例の湿式微粒化装置100を示した概要図である。図11は本実施例に係るチャンバー40と高圧ノズル41とプラズマ電極31,32を模式的に示す図である。本実施例の湿式微粒化装置100について、図1と同様の点については説明を省略する。
高圧噴射処理装置152(略称:SBS)は、硬質球体に対してスラリー溶液噴流を衝突させる方式の、スターバーストHJP25005(5.5kw)(株式会社スギノマシン製)を用いた。噴射圧力は実験1では200MPaとし、実験2、実験3、実験4では245MPaとした。プラズマ発生用電源30(略称:SP)は、パルスプラズマ用のMPP−HV01(株式会社栗田製作所製)を用い(図10)、最大電圧は4kV、周波数は30kHz、パルス幅は3μsとした。チャンバー40に備えられた高圧ノズル41のノズル径はφ0.14mmとした。プラズマチャンバー40の電極間距離S1は実験1、実験2では1mm又は5mmとし、実験3、実験4では1mm又は8mmとした。
(Apparatus configuration of Example 1)
FIG. 10 is a schematic diagram showing the wet atomization apparatus 100 of the present embodiment. FIG. 11 is a diagram schematically showing the chamber 40, the high-pressure nozzle 41, and the plasma electrodes 31 and 32 according to the present embodiment. About the wet atomization apparatus 100 of a present Example, description is abbreviate | omitted about the point similar to FIG.
As the high-pressure injection processing device 152 (abbreviation: SBS), Starburst HJP25005 (5.5 kw) (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.), which is a method of causing a slurry solution jet to collide with a hard sphere, was used. The injection pressure was 200 MPa in Experiment 1, and 245 MPa in Experiment 2, Experiment 3, and Experiment 4. As the plasma generating power source 30 (abbreviation: SP), MPP-HV01 for pulse plasma (manufactured by Kurita Manufacturing Co., Ltd.) was used (FIG. 10), the maximum voltage was 4 kV, the frequency was 30 kHz, and the pulse width was 3 μs. The nozzle diameter of the high-pressure nozzle 41 provided in the chamber 40 was φ0.14 mm. The inter-electrode distance S1 of the plasma chamber 40 was 1 mm or 5 mm in Experiments 1 and 2, and 1 mm or 8 mm in Experiments 3 and 4.

(実施例1の原料溶液10)
原料溶液10(微粒化材料)は、実験1では溶質をセルロースKCフロッグ10gとし、溶媒をイオン交換水990gとして懸濁した濃度1wt%のセルロース溶液を用いた。実験2では溶質を酸化チタンP25粉末(Degussa社製)6g、溶媒を594gとして懸濁した濃度1wt%の酸化チタン溶液を用いた。実験3では溶質をコロイダルシリカSI−50(日揮触媒化成)とし、溶媒をイオン交換水として懸濁した濃度1wt%のシリカ溶液を用いた。実験4では溶質をカーボンナノチューブ配向多層(和光純薬)0.6gとし、溶媒をイオン交換水599.4gとして懸濁した濃度0.1wt%のカーボンナノチューブ溶液を用いた。
(Raw material solution 10 of Example 1)
As a raw material solution 10 (atomization material), a cellulose solution having a concentration of 1 wt% suspended in 10 g of cellulose KC frog and 990 g of ion-exchanged water as a solvent was used in Experiment 1. In Experiment 2, a titanium oxide solution having a concentration of 1 wt% suspended using 6 g of titanium oxide P25 powder (manufactured by Degussa) as a solute and 594 g of a solvent was used. In Experiment 3, a silica solution having a concentration of 1 wt% in which the solute was colloidal silica SI-50 (JGC Catalysts & Chemicals) and the solvent was suspended as ion-exchanged water was used. In Experiment 4, a carbon nanotube solution having a concentration of 0.1 wt% suspended in carbon nanotube aligned multilayer (Wako Pure Chemical Industries) 0.6 g and a solvent as ion exchange water 599.4 g was used.

(実施例1の実験手順)
1)上述の溶媒と溶質を懸濁し、よく攪拌して原料溶液10を調整した。2)次に、プラズマチャンバー40の電極間距離S1を上述の間隔にセットした。3)その後、原料溶液10をスターバースト152の原料タンク103に入れ、所定の設定値でスターバースト152を稼働させた。4)そして、チャンバー40内の電極31,32が液で満たされた状態であることを目視で確認し、所定の設定値でプラズマ発生電源30を稼働させた。この間、装置内デッドボリュームである初期吐出液350mLは廃棄した。5)次に、廃棄後、処理済み試料を別タンクに溜めていき、原料タンク103が空になるのと同時に別タンクの試料を原料タンク103に戻した。6)戻した後、処理済み試料を溜めていき、デッドボリューム分(約350mL)に達したことを以て1パス処理完了と判断した。7)その後、上述の手順5)と手順6)に要した時間を測定し、以降のパス回数を時間で管理した。8)処理済み試料は原料タンク103に戻るように出口ホースを固定し、原料を装置内に循環させた。9)そして、0パスの原料溶液10と、所定パス(例えば10パス、20パス、30パス、60パス)終了後の原料溶液10を、微粒化効果を検証するためのサンプリング液として各々別容器に回収した。10)その後、0パスのサンプリング液と所定パス後の各サンプリング液を用いて、粒度分布測定と、粘度測定もしくはゼータ電位測定と、pH測定を実施した。
(Experimental procedure of Example 1)
1) The above-mentioned solvent and solute were suspended and stirred well to prepare a raw material solution 10. 2) Next, the interelectrode distance S1 of the plasma chamber 40 was set to the above-mentioned interval. 3) Thereafter, the raw material solution 10 was put into the raw material tank 103 of the starburst 152, and the starburst 152 was operated at a predetermined set value. 4) Then, it was visually confirmed that the electrodes 31 and 32 in the chamber 40 were filled with the liquid, and the plasma generating power source 30 was operated at a predetermined set value. During this time, 350 mL of the initial discharge liquid that was a dead volume in the apparatus was discarded. 5) Next, after disposal, the processed sample was stored in a separate tank, and the sample in the separate tank was returned to the raw material tank 103 as soon as the raw material tank 103 was emptied. 6) After returning, the processed samples were accumulated, and it was judged that the one-pass process was completed when the dead volume (about 350 mL) was reached. 7) Thereafter, the time required for the above procedure 5) and 6) was measured, and the number of subsequent passes was managed by time. 8) The outlet hose was fixed so that the treated sample returned to the raw material tank 103, and the raw material was circulated in the apparatus. 9) Separately, the 0-pass raw material solution 10 and the raw material solution 10 after the completion of a predetermined pass (for example, 10 pass, 20 pass, 30 pass, 60 pass) are used as sampling solutions for verifying the atomization effect. Recovered. 10) Thereafter, particle size distribution measurement, viscosity measurement or zeta potential measurement, and pH measurement were performed using the sampling solution of 0 pass and each sampling solution after a predetermined pass.

なお、スターバーストHJP25005は増圧機(シリンジ)を2つ備え、噴射流速は500ml/minである。シリンジを2つ備えるため、一方のシリンジの吸入時に他方のシリンジを吐出させることができ、連続運転可能である。原料溶液10の吐出時にプラズマが発生するため、プラズマ発生効率が向上する。これに対して、例えば噴射流速が100ml/minで増圧機(シリンジ)が1つしかない装置の場合、装置は原料溶液10の吸入か吐出のいずれかを行う簡潔運転となる。すなわち原料溶液10を吸引している間は、原料溶液10の吐出時に生じるプラズマ発生効果は得られず、熱によるプラズマ発生効果しか得られないため、HJP25005と比較して、プラズマ発生効率が落ちる。なお、本実施形態の高圧噴射処理装置152であるスターバーストHJP25005は、チャンバー40とプラズマ発生装置160(プラズマ発生電源30とプラズマ電極31,32)を含まない構成であって、スターバーストHJP25005はチャンバー40とプラズマ発生装置160を組み合わせて湿式微粒化装置100とするために一部改良されても良い。   The starburst HJP25005 includes two pressure boosters (syringes), and the injection flow rate is 500 ml / min. Since two syringes are provided, the other syringe can be discharged when one syringe is inhaled, and continuous operation is possible. Since plasma is generated when the raw material solution 10 is discharged, the plasma generation efficiency is improved. On the other hand, for example, in the case of a device having an injection flow rate of 100 ml / min and only one pressure intensifier (syringe), the device is a simple operation for performing either the suction or discharge of the raw material solution 10. That is, while the raw material solution 10 is sucked, the plasma generation effect generated when the raw material solution 10 is discharged cannot be obtained, and only the plasma generation effect by heat can be obtained. Therefore, the plasma generation efficiency is lower than that of HJP25005. Note that the starburst HJP25005, which is the high-pressure injection processing apparatus 152 of this embodiment, does not include the chamber 40 and the plasma generator 160 (the plasma generating power supply 30 and the plasma electrodes 31, 32), and the starburst HJP25005 is a chamber. 40 and the plasma generator 160 may be combined to form the wet atomization apparatus 100, and some modifications may be made.

実施例1の実験1
(実験1の実験条件)
実験1の原料溶液10(微細化材料)は、バイオマス材料のセルロース粉末を含有した1wt%濃度のセルロース溶液を用い、電極間距離S1は、1mmまたは5mmとした。測定に使用されるサンプリング液は0パス、30パス終了後のサンプリング液を使用し、粒度分布測定と粘度測定とpH測定を行った。その他、実施例1の各実験間で同じ条件については、既に実施例1の条件として記載しており説明を省略する。
Experiment 1 of Example 1
(Experiment conditions for Experiment 1)
The raw material solution 10 (fine material) of Experiment 1 was a 1 wt% cellulose solution containing a biomass material cellulose powder, and the interelectrode distance S1 was 1 mm or 5 mm. The sampling solution used for the measurement was the sampling solution after completion of 0 pass and 30 pass, and particle size distribution measurement, viscosity measurement, and pH measurement were performed. In addition, about the same conditions between each experiment of Example 1, it has already described as the conditions of Example 1, and description is abbreviate | omitted.

(実験1の実験結果)
各電極間距離S1で行った処理の粒度分布測定結果を表1に示す。SBS単体とは、高圧噴射処理装置152は使用してプラズマ発生装置160は使用しない場合を示し、SBS+SPとは高圧噴射処理装置152とプラズマ発生装置160を使用した場合である。実施例1の実験手順の4)でプラズマ発生装置160をOFFにしたまま処理を行った実験結果(SBS単体の実験結果)を比較として表1に示す。各電極間距離S1の30パスのメジアン径が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。また、電極間距離5mmでメジアン径が最も小さくなるため、セルロースでは電極間距離1mmよりも5mmの方が微細化効果(微粒化効果)は高いことがわかった。
(Experiment 1 result)
Table 1 shows the particle size distribution measurement results of the treatment performed at each electrode distance S1. SBS alone indicates a case where the high-pressure injection processing device 152 is used but the plasma generation device 160 is not used, and SBS + SP is a case where the high-pressure injection processing device 152 and the plasma generation device 160 are used. Table 1 shows a comparison of experimental results (experimental results of SBS alone) in which the processing was performed with the plasma generator 160 turned off in the experimental procedure 4) of Example 1. Since the median diameters of 30 paths of the interelectrode distances S1 are different, it has been found that the atomization effect varies depending on the interelectrode distances S1. In addition, since the median diameter becomes the smallest when the distance between the electrodes is 5 mm, it has been found that the cellulose has a higher refining effect (atomization effect) than the distance between the electrodes of 1 mm.

粒度分布測定装置:レーザ回折式粒度分布測定装置(マスターサイザー3000)スペクトリス社製
溶質屈折率:1.596、溶媒屈折率:1.33
Particle size distribution measuring device: Laser diffraction type particle size distribution measuring device (Mastersizer 3000) Spectris solute refractive index: 1.596, solvent refractive index: 1.33

本実施例の湿式微粒化装置(高圧式微粒化装置)100でセルロース懸濁液10を処理すると、繊維が微細化するのに伴って懸濁液の粘度が増加する。そのため、30パス処理品の粘度比較によって各電極間距離S1の微細化効果を評価した。各電極間距離S1の30パス処理品の粘度測定結果を表2に示す。粒度分布測定と同様に、粘度測定においても30パス処理品の粘度がそれぞれ異なっているため、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じる事を確認した。また、最も高粘度なのが電極間距離5mmであることから、電極間距離1mmよりも5mmの方が、微細化効果(微粒化効果)が高いことがわかった。   When the cellulose suspension 10 is processed by the wet atomizer (high-pressure atomizer) 100 of this example, the viscosity of the suspension increases as the fibers become finer. Therefore, the miniaturization effect of each inter-electrode distance S1 was evaluated by comparing the viscosity of 30-pass processed products. Table 2 shows the viscosity measurement results of the 30-pass treated product with each electrode distance S1. Similar to the particle size distribution measurement, in the viscosity measurement, the viscosity of the 30-pass processed product was different, and it was confirmed that a difference in the atomization effect was caused by the interelectrode distance S1. In addition, since the distance between the electrodes is 5 mm, which is the highest viscosity, it has been found that the refining effect (atomization effect) is higher when the distance between the electrodes is 1 mm than when it is 1 mm.

粘度測定装置:B型粘度計 ブルックフィールド社製
測定温度:25℃(一定)、スピンドル:SC−21、回転数:100rpm、サンプル量:8.5g。(測定開始から30分後の数値を読み取る。)
Viscosity measuring apparatus: B-type viscometer Measurement temperature: Brookfield, Inc. Measurement temperature: 25 ° C. (constant), Spindle: SC-21, Number of revolutions: 100 rpm, Sample amount: 8.5 g. (Read the value 30 minutes after the start of measurement.)

次にpHの変化を表3に示す。SBS単体および電極間距離5mmでは、pH変化がほとんどなかったが、電極間距離1mmでは、pHが酸性側に変化していた。   Next, changes in pH are shown in Table 3. When the SBS alone and the distance between the electrodes were 5 mm, there was almost no pH change, but when the distance between the electrodes was 1 mm, the pH changed to the acidic side.

(実験1の実験結果まとめ)
以上の結果より、電極間距離S1によって微細化効果(微粒化効果)が異なる事を確認した。セルロースの処理では、電極間距離S1を5mmにすることで微細化効果を向上させる事が出来た。
(Summary of experimental results of Experiment 1)
From the above results, it was confirmed that the miniaturization effect (atomization effect) differs depending on the interelectrode distance S1. In the cellulose treatment, the effect of miniaturization could be improved by setting the interelectrode distance S1 to 5 mm.

実施例1の実験2
(実験2の実験条件)
実験2の原料溶液10は、溶質として酸化チタン粉末を含有した1wt%濃度の酸化チタン溶液を用い、電極間距離S1は1mmまたは5mmとした。測定に使用される各サンプリング液は0パス、30パス、60パス終了後のものを使用し、粒度分布測定とゼータ電位測定とpH測定を行った。その他、実施例1の各実験間で同じ条件については既に記載しており説明を省略する。
Experiment 2 of Example 1
(Experimental conditions for Experiment 2)
The raw material solution 10 of Experiment 2 was a 1 wt% titanium oxide solution containing titanium oxide powder as a solute, and the interelectrode distance S1 was 1 mm or 5 mm. Each sampling solution used for the measurement was obtained after completion of 0 pass, 30 pass, and 60 pass, and particle size distribution measurement, zeta potential measurement, and pH measurement were performed. In addition, the same conditions are already described in each experiment of Example 1, and the description is omitted.

(実験2の実験結果)
各電極間距離S1の粒度分布測定結果を表4に示す。また、実施例1の実験手順の4)でプラズマ発生装置160をOFFにしたまま処理を行った実験結果(SBS単体の実験結果)も比較として表4に示す。各電極間距離S1の30パス、60パスのメジアン径が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。また、電極間距離1mmでメジアン径が最も小さくなるため、酸化チタンでは電極間距離5mmよりも1mmの方が微細化効果(微粒化効果)は高いことがわかった。
(Experimental result of Experiment 2)
Table 4 shows the particle size distribution measurement results for each inter-electrode distance S1. In addition, Table 4 also shows the results of an experiment performed in the experimental procedure 4) of Example 1 while the plasma generator 160 was turned off (experimental result of SBS alone). Since the median diameters of the 30-pass and 60-pass of each inter-electrode distance S1 are different, it was found that the atomization effect is different depending on the inter-electrode distance S1. Further, since the median diameter becomes the smallest when the distance between the electrodes is 1 mm, it has been found that the titanium oxide has a higher refining effect (atomization effect) than the distance between the electrodes of 5 mm.

粒度分布測定装置:動的散乱式粒度分布測定装置(ゼータサイザーナノZS)スペクトリス社製
溶質屈折率:2.72、溶媒屈折率:1.33
Particle size distribution measuring device: Dynamic scattering type particle size distribution measuring device (Zetasizer Nano ZS) Spectris, Inc. Solute refractive index: 2.72, solvent refractive index: 1.33

ゼータ電位測定では、粒子間に働く静電的な相互作用(引力又は斥力)を評価する事が出来る。例えば、ゼータ電位の絶対値が0に近い粒子は、粒子間に働く斥力が少ないため理論上凝集が起こりやすい。反対に、絶対値が0より大きいほど、粒子間に働く斥力が大きくなるため理論上分散が起こりやすい。各電極間距離S1のゼータ電位測定結果を表5に示す。粒度分布測定と同様に、各電極間距離S1の30パス、60パスのゼータ電位が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。また、ゼータ電位が最も高いのが電極間距離1mmであることから、電極間距離5mmよりも1mmの方が微粒化効果は高いことがわかった。   In zeta potential measurement, electrostatic interaction (attraction or repulsion) acting between particles can be evaluated. For example, a particle whose absolute value of zeta potential is close to 0 is theoretically likely to agglomerate because there is little repulsive force acting between the particles. On the other hand, as the absolute value is larger than 0, the repulsive force acting between the particles increases, so that the dispersion tends to occur theoretically. Table 5 shows the zeta potential measurement results for each inter-electrode distance S1. Similarly to the particle size distribution measurement, the zeta potentials of the 30-pass and 60-pass distances between the respective electrodes were different, and it was found that the atomization effect was different depending on the inter-electrode distance S1. In addition, since the distance between the electrodes is 1 mm that has the highest zeta potential, it was found that the effect of atomization is higher when the distance between the electrodes is 1 mm than when the distance between the electrodes is 5 mm.

粒度分布測定:動的散乱式粒度分布測定装置(ゼータサイザーナノZS)スペクトリス社製 Particle size distribution measurement: Dynamic scattering type particle size distribution measuring device (Zetasizer Nano ZS) made by Spectris

次にpHの変化を表6に示す。SBS単体および電極間距離5mmでは、pHがほとんど変化していなかったが、電極間距離1mmでは、pHが酸性側に変化していた。   Next, changes in pH are shown in Table 6. The pH hardly changed when the SBS alone and the distance between the electrodes were 5 mm, but when the distance between the electrodes was 1 mm, the pH changed to the acidic side.

(実験2の実験結果まとめ)
以上の結果より、酸化チタンでも電極間距離S1によって微粒化効果が異なる事を確認した。酸化チタンの処理では、電極間距離を1mmにすることで微細化を向上させることが出来た。
(Summary of experimental results of Experiment 2)
From the above results, it was confirmed that even the titanium oxide had different atomization effects depending on the interelectrode distance S1. In the titanium oxide treatment, miniaturization could be improved by setting the distance between the electrodes to 1 mm.

実施例1の実験3
(実験3の実験条件)
実験3の原料溶液10は、溶質として金属酸化物のコロイダルシリカを含有する1wt%濃度のシリカ溶液を用い、電極間距離は、1mmまたは8mmとした。測定に使用されるサンプリング液は0パス、30パス終了後のサンプリング液を使用し、粒度分布測定と粘度測定とpH測定を行った。
なお、電極間距離の効果は、コロイダルシリカの分散度合いにより検証するが、コロイダルシリカは単分散状態で販売されているため、それをpH調整などにより凝集させたものを原料に使用した。その他、実施例1の各実験間で同じ条件については既に記載しており説明を省略する。
Experiment 3 of Example 1
(Experimental conditions for Experiment 3)
As the raw material solution 10 of Experiment 3, a 1 wt% concentration silica solution containing metal oxide colloidal silica was used as a solute, and the distance between the electrodes was set to 1 mm or 8 mm. The sampling solution used for the measurement was the sampling solution after completion of 0 pass and 30 pass, and particle size distribution measurement, viscosity measurement, and pH measurement were performed.
In addition, although the effect of the distance between electrodes is verified by the dispersion degree of colloidal silica, since colloidal silica is sold in a monodispersed state, agglomerated by pH adjustment or the like was used as a raw material. In addition, the same conditions are already described in each experiment of Example 1, and the description is omitted.

(実験3の実験結果)
各電極間距離S1の粒度分布測定結果を表7に示す。また、実施例1の実験手順の4)でプラズマ発生装置160をOFFにしたまま処理を行った実験結果(SBS単体の実験結果)も比較として表7に示す。各電極間距離S1の10パスのメジアン径が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。また、電極間距離8mmでメジアン径が最も小さくなるため、コロイダルシリカでは電極間距離1mmよりも8mmの方が微細化効果(微粒化効果)は高いことがわかった。
(Experimental result of Experiment 3)
Table 7 shows the particle size distribution measurement results for the distances S1 between the electrodes. In addition, Table 7 also shows the results of an experiment performed in the experimental procedure 4) of Example 1 while the plasma generator 160 was turned off (experimental results of SBS alone). Since the median diameters of 10 paths of the interelectrode distances S1 are different, it has been found that the atomization effect varies depending on the interelectrode distances S1. Further, since the median diameter becomes the smallest when the distance between the electrodes is 8 mm, it was found that the colloidal silica has a higher refining effect (atomization effect) when the distance between the electrodes is 1 mm than when the distance between the electrodes is 1 mm.

粒度分布測定装置:動的散乱式粒度分布測定装置(ゼータサイザーナノZS)スペクトリス社製
溶質屈折率:1.457、溶媒屈折率:1.33
Particle size distribution measuring apparatus: Dynamic scattering type particle size distribution measuring apparatus (Zetasizer Nano ZS), solute refractive index: 1.457, solvent refractive index: 1.33 manufactured by Spectris

各電極間距離S1のゼータ電位測定結果を表8に示す。10パス後のSBS単体および電極間距離S1が1mmの場合では、ゼータ電位が変化していないのに対し、電極間距離S1が8mmの場合では、ゼータ電位が大きくなっていた。このことから、ゼータ電位測定においても電極間距離1mmよりも8mmの方が微粒化効果は高いことがわかった。   Table 8 shows the zeta potential measurement results for each interelectrode distance S1. When the SBS alone after 10 passes and the inter-electrode distance S1 are 1 mm, the zeta potential is not changed, whereas when the inter-electrode distance S1 is 8 mm, the zeta potential is large. From this, it was found that in the zeta potential measurement, the effect of atomization was higher when the distance between the electrodes was 8 mm than when the distance between the electrodes was 1 mm.

粒度分布測定:動的散乱式粒度分布測定装置(ゼータサイザーナノZS)スペクトリス社製 Particle size distribution measurement: Dynamic scattering type particle size distribution measuring device (Zetasizer Nano ZS) made by Spectris

次にpHの変化を表9に示す。SBS単体および電極間距離1mmでは、pHがほとんど変化していなかったが、電極間距離8mmでは、pHがわずかに塩基性側に変化していた。   Next, changes in pH are shown in Table 9. When SBS alone and the distance between the electrodes were 1 mm, the pH hardly changed, but when the distance between the electrodes was 8 mm, the pH slightly changed to the basic side.

(実験3の実験結果まとめ)
以上の結果より、コロイダルシリカでも電極間距離S1によって微粒化効果が異なる事を確認した。コロイダルシリカの処理では、電極間距離を8mmにすることで微細化を向上させることが出来た。
(Summary of experimental results of Experiment 3)
From the above results, it was confirmed that even the colloidal silica had different atomization effects depending on the interelectrode distance S1. In the treatment of colloidal silica, it was possible to improve the miniaturization by setting the distance between the electrodes to 8 mm.

実施例1の実験4
(実験4の実験条件)
実験4の原料溶液10は、溶質として電子材料のカーボンナノチューブ(CNT)を含有した0.1wt%濃度のカーボンナノチューブ溶液を用い、電極間距離S1は1mmまたは8mmとした。測定に使用されるサンプリング液は0パス、10パス、20パス終了後のサンプリング液を使用し、粒度分布測定とゼータ電位測定とpH測定を行った。その他、実施例1の各実験間で同じ条件については既に記載しており説明を省略する。
Experiment 4 of Example 1
(Experimental conditions for Experiment 4)
As the raw material solution 10 of Experiment 4, a 0.1 wt% carbon nanotube solution containing carbon nanotubes (CNT) as an electronic material was used as a solute, and the interelectrode distance S1 was set to 1 mm or 8 mm. The sampling liquid used for the measurement was the sampling liquid after completion of 0 pass, 10 pass, and 20 pass, and particle size distribution measurement, zeta potential measurement, and pH measurement were performed. In addition, the same conditions are already described in each experiment of Example 1, and the description is omitted.

(実験4の実験結果)
各電極間距離S1の粒度分布結果を表10に示す。各電極間距離S1の10パス、20パスのメジアン径が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。また、電極間距離1mmでメジアン径が最も小さくなるため、カーボンナノチューブ(CNT)では電極間距離8mmよりも1mmの方が微粒化効果は高いことがわかった。
(Experimental result of Experiment 4)
Table 10 shows the particle size distribution results of the distances S1 between the electrodes. Since the median diameters of the 10-pass and 20-pass of the interelectrode distance S1 are different, it was found that the atomization effect varies depending on the interelectrode distance S1. In addition, since the median diameter becomes the smallest when the distance between the electrodes is 1 mm, it was found that the carbon nanotube (CNT) has a higher atomization effect when the distance between the electrodes is 1 mm than when the distance between the electrodes is 8 mm.

粒度分布測定装置:レーザ回折式粒度分布測定装置(マスターサイザー3000)スペクトリス社製
溶質屈折率:1.596、溶媒屈折率:1.33
Particle size distribution measuring device: Laser diffraction type particle size distribution measuring device (Mastersizer 3000) Spectris solute refractive index: 1.596, solvent refractive index: 1.33

各電極間距離S1のゼータ電位測定結果を表11に示す。粒度分布測定と同様に、各電極間距離の10パス、20パスのゼータ電位が異なっていることから、電極間距離S1によって微粒化効果に差が生じることがわかった。ゼータ電位は、電極間距離1mmの20パスが最も高いため、CNTでは電極間距離8mmよりも1mmの方が微粒化効果は高いことがわかった。   Table 11 shows the zeta potential measurement results for each electrode distance S1. Similar to the particle size distribution measurement, since the zeta potentials of the 10-pass and 20-pass distances between the electrodes are different, it was found that the atomization effect varies depending on the distance S1 between the electrodes. Since the zeta potential is the highest in 20 paths with an interelectrode distance of 1 mm, it was found that the CNT has a higher atomization effect at 1 mm than the interelectrode distance of 8 mm.

粒度分布測定:動的散乱式粒度分布測定装置(ゼータサイザーナノZS)スペクトリス社製 Particle size distribution measurement: Dynamic scattering type particle size distribution measuring device (Zetasizer Nano ZS) made by Spectris

次にpHの変化を表12に示す。CNTでは、いずれの電極間距離S1でもpH変化がほとんど無かった。   Next, changes in pH are shown in Table 12. In CNT, there was almost no pH change at any electrode distance S1.

(実験4の実験結果まとめ)
粒度分布測定およびゼータ電位測定結果より、CNTでも電極間距離S1によって微粒化効果が異なる事を確認した。CNTの処理では、電極間距離S1を1mmにすることで微細化効果を向上させる事が出来た。
(Summary of experimental results of Experiment 4)
From the particle size distribution measurement and the zeta potential measurement results, it was confirmed that the atomization effect varies depending on the interelectrode distance S1 even in CNT. In the CNT treatment, the effect of miniaturization could be improved by setting the interelectrode distance S1 to 1 mm.

実施例1の考察
液中プラズマでは、電極間距離S1が2mm未満の場合はHラジカルが、電極間距離S1が2mm以上の場合はOHラジカルが優先的に生成すると報告されている(非特許文献2)。また、これらのラジカルは材料表面に対して、Hラジカルは強力な還元作用を、OHラジカルは強力な酸化作用をもたらすとされている(非特許文献3の20頁を参照)。これらに基づき、各電極間距離S1でどのような反応が起きたのかを考察した。
(実験1 原料溶液10がセルロースの場合の考察)
セルロースはグルコースのみからなる多糖類であり、分子間および分子内の強い水素結合により高分子鎖を形成している。セルロースは液中プラズマ単体の処理によってグルコース構造をもったまま低分子化すると報告されている(非特許文献3の16頁を参照)。本実験においても、液中プラズマの存在によってセルロースの微細化(粒度分布測定結果、粘度測定結果)が進行していたため、同様のセルロースの低分子化が起こったと考える。さらに、本実験では電極間距離S1は1mmとするよりも5mmとした方が微細化効果は高かったため、低分子化はOHラジカル主体で起こる反応だと明らかにした。即ち、セルロースの低分子化は、OHラジカルにより反応が起こり、酸素の共有結合が開裂することによって発生するものだと考えた。なおその他、本発明では高温高圧の水で処理するため水熱法や機械的に微粉砕するメカノケミカル法等による分散作用も相乗的に組み合わさることにより微細化効果が高まると考えられる。これらのことから、本発明はセルロースのβ1→4結合の切断に有効な他、その他の多糖類の分解にも利用できると考えられ、例えばヘミセルロースをキシロース、マンノース、フルフラールに分解する際にも有効と推察される。
また液中プラズマ単体によるセルロースの低分子化は、セルロース表面のみの限定的な反応だとされている(非特許文献3の16頁を参照)。本実験では、高圧湿式噴射によってセルロースの比表面積が増大するため、液中プラズマ単体よりも低分子化が効率的に行われていると考えた。一方、pHでは、電極間距離1mmの30パス処理後がわずかに酸性に変化していた。これは、強力な還元作用を持つHラジカルが幾らか生成され、空気中の酸素や窒素と反応して硝酸あるいは亜硝酸を生成したためである。酸性条件下でセルロースを高圧噴射すると解繊効率が向上すると言われているが、電極間距離1mmの30パス処理後はpH4.58であり弱酸性を示す程度だったので、極端な解繊は起こらなかったと考える。
(実験2 原料溶液10が酸化チタン、実験3 原料溶液10がコロイダルシリカの場合の考察)
酸化チタンでは、電極間距離1mmで微細化効果が高かったため、Hラジカルによる表面改質が効果的だと推察する。セルロースと同様に酸化チタンの電極間距離1mmは、60パス処理後にpHが酸性側に変化していた。すなわち酸化チタンは溶液中においてTi−OHの水酸基の形となっていると考えられるが、これがHラジカルの還元作用によりHが付加されることでTi−(OH、となり、原料溶液が酸性側に傾くと推察される。酸化チタンは、pH6付近に等電点を有する金属酸化物材料であるため、pHが酸性側にシフトすることで粒子表面が正電荷を帯びた状態に変化する。これにより粒子間距離に静電反発力が生じるため、微粒化効果が向上したと考える。ただし金属酸化物材料は種類に応じて等電点が異なるため材料の種類および等電点によって有効なラジカルも異なると推察する。例えば、コロイダルシリカ(酸化ケイ素の粒子)はpH2〜3付近に等電点を有する金属酸化物材料であるため、生成されたOHラジカルによってpHが等電点よりも塩基性側にシフトすることで粒子表面が負電荷を帯びた状態に変化する。これにより粒子間距離に静電反発力が生じるため、微粒化効果が向上したと推察される。
このように本発明の湿式微粒化方法では、金属酸化物の微粒化装置において、温度上昇させた高圧噴射方法によって金属酸化物の等電点より酸性側又は塩基性側にシフトさせて、金属粒子表面に正電荷又は負電荷を帯びた状態とさせて、静電反発力によって微細化効果を発生させることが推察された。
(実験4 原料溶液10がカーボンナノチューブの場合の考察)
カーボンナノチューブ(CNT)は疎水性で、水となじみが悪く、分散が難しい材料である。これは、CNTが炭素原子の6員環から構成される極性を持たない材料であるため、極性を持つ水分子とは水素結合を作らないからである。これまでに、液中パルスストリーマ放電や気液界面におけるOプラズマから生成したO ラジカルやOHラジカルによって、CNT表面が親水化したと報告されている(非特許文献4)。また非特許文献4では、ナノオーダー径の球状カーボンナノマテリアルであるカーボンナノボールの表面の親水化について報告しているが、カーボンナノマテリアルと同様、ソリューションプラズマ処理前のカーボンナノボール表面には疎水性官能基が存在し、ソリューションプラズマから生成した酸素ラジカルや水酸化ラジカル,過酸化水素等によってカーボンナノボール表面が酸化され、親水性官能基であるヒドロキシ基(−OH)やアルデヒド基(−COH)、カルボキシル基(−COOH)になることによって、カーボンナノボール表面が親水性に変化すると予想されている。本願は、Hラジカル生成により還元作用が生じるため、上記メカニズムとは異なる以下のようなメカニズムが働いていると想定される。
すなわち本実験では、電極間距離1mmで微細化効果(粒度分布測定、ゼータ電位測定結果)が向上したため、CNTの親水化はHラジカル主体で起こる反応だと明らかにし、電極間距離1mmでCNT原料の分散が優位となった理由としては、CNTの実験結果(電極間距離1mmで分散が良好)より、Hラジカルが分散に有効に働いたと考えられることから、Hラジカルとカーボンナノチューブとの間でラジカル置換反応が起こり、以下のような分散が進行したのではないかと考えられる。1つ目の分散進行パターンとしては、1)ラジカル置換反応によってC−C結合が切断され、2)CNTの全体強度が低下するため、湿式微粒化装置による微細化が進行したとするものである。2つ目のパターンとしては、1)ラジカル置換反応によって生成するCラジカルが水(H−O−H)のO−H結合を切断し、2)表面に水酸基を持つようになるため、濡れ性が向上し、湿式微粒化装置による微細化が進行したとするものである。なお、セルロースと同様に、液中プラズマ単体での親水化は表面のみの限定的な反応だと考えられるが、本実験では高圧湿式噴射によってCNTの比表面積が増大するため、液中プラズマ単体よりも親水化が効率的に行われていると考えられる。
Consideration of Example 1 In liquid plasma, it is reported that H radicals are preferentially generated when the interelectrode distance S1 is less than 2 mm, and OH radicals are preferentially generated when the interelectrode distance S1 is 2 mm or more (non-patent document). 2). In addition, these radicals are said to have a strong reducing action on the material surface, and an OH radical has a strong oxidizing action (see page 20 of Non-Patent Document 3). Based on these, it was considered what kind of reaction occurred at each electrode distance S1.
(Experiment 1 Consideration when Raw Material Solution 10 is Cellulose)
Cellulose is a polysaccharide consisting only of glucose, and forms a polymer chain by strong hydrogen bonds between and within the molecule. Cellulose has been reported to be reduced in molecular weight while having a glucose structure by treatment of plasma alone in liquid (see page 16 of Non-Patent Document 3). Also in this experiment, since the refinement of cellulose (particle size distribution measurement result, viscosity measurement result) was progressing due to the presence of plasma in the liquid, it is considered that the same molecular weight reduction of cellulose occurred. Furthermore, in this experiment, the effect of miniaturization was higher when the interelectrode distance S1 was set to 5 mm than to 1 mm, and thus it was clarified that the reduction in molecular weight is a reaction mainly occurring in the OH radical. That is, it was considered that the reduction in molecular weight of cellulose occurs when a reaction is caused by OH radicals and the covalent bond of oxygen is cleaved. In addition, in the present invention, since the treatment is performed with high-temperature and high-pressure water, it is considered that the effect of miniaturization is enhanced by synergistically combining the dispersing action by the hydrothermal method or the mechanochemical method of mechanically pulverizing. From these facts, it is considered that the present invention is effective not only for cleaving β1- → 4 bonds of cellulose but also for decomposing other polysaccharides. For example, it is also effective for decomposing hemicellulose into xylose, mannose, and furfural. It is guessed.
In addition, low molecular weight of cellulose by plasma alone in liquid is considered to be a limited reaction only on the cellulose surface (see Non-Patent Document 3, page 16). In this experiment, since the specific surface area of cellulose was increased by high-pressure wet jetting, it was considered that the lowering of the molecular weight was performed more efficiently than the liquid plasma alone. On the other hand, in pH, after 30-pass treatment with a distance between electrodes of 1 mm, the pH slightly changed. This is because some H radicals having a strong reducing action were generated and reacted with oxygen and nitrogen in the air to generate nitric acid or nitrous acid. It is said that fibrillation efficiency is improved by high-pressure jetting of cellulose under acidic conditions. However, after 30-pass treatment with a distance between electrodes of 1 mm, the pH was 4.58, indicating weak acidity. I think it didn't happen.
(Experiment 2 Raw Material Solution 10 is Titanium Oxide, Experiment 3 Consideration when Raw Material Solution 10 is Colloidal Silica)
Since titanium oxide has a high refining effect when the distance between the electrodes is 1 mm, it is assumed that surface modification with H radicals is effective. As in the case of cellulose, when the distance between the electrodes of titanium oxide was 1 mm, the pH changed to the acidic side after 60 passes. That is, titanium oxide is considered to be in the form of the hydroxyl group of Ti—OH in the solution, but this is added to H + by the reducing action of H radicals to become Ti— (OH 2 ) + , and the raw material solution Is presumed to be inclined toward the acidic side. Since titanium oxide is a metal oxide material having an isoelectric point near pH 6, the particle surface changes to a positively charged state when the pH is shifted to the acidic side. As a result, an electrostatic repulsive force is generated in the inter-particle distance, and it is considered that the atomization effect is improved. However, since the isoelectric point differs depending on the type of metal oxide material, it is assumed that the effective radicals differ depending on the type of material and the isoelectric point. For example, colloidal silica (silicon oxide particles) is a metal oxide material having an isoelectric point in the vicinity of pH 2 to 3, so that the generated OH radical shifts the pH to the basic side from the isoelectric point. The particle surface changes to a negatively charged state. As a result, an electrostatic repulsion force is generated in the inter-particle distance, and it is assumed that the atomization effect is improved.
Thus, in the wet atomization method of the present invention, in the metal oxide atomization apparatus, the metal oxide particles are shifted from the isoelectric point of the metal oxide to the acidic side or the basic side by the high pressure injection method with increased temperature. It has been inferred that the surface is charged with a positive charge or a negative charge, and an effect of miniaturization is generated by electrostatic repulsion.
(Experiment 4 Consideration in case raw material solution 10 is carbon nanotube)
Carbon nanotubes (CNT) are hydrophobic, poorly compatible with water, and difficult to disperse. This is because CNT is a nonpolar material composed of a six-membered ring of carbon atoms, and therefore does not form hydrogen bonds with water molecules having polarity. So far, O 2 generated from the O 2 plasma in the pulse streamer discharge and the gas-liquid interface in the liquid - by radicals or OH radicals, CNT surfaces are reported to have hydrophilic (non-patent document 4). Non-patent document 4 reports the hydrophilicity of the surface of carbon nanoballs, which are spherical carbon nanomaterials with nano-order diameters. As with carbon nanomaterials, the surface of carbon nanoballs before solution plasma treatment has hydrophobic functionalities. Group exists, and the surface of carbon nanoballs is oxidized by oxygen radicals, hydroxyl radicals, hydrogen peroxide, etc. generated from solution plasma, and hydrophilic functional groups such as hydroxy groups (—OH), aldehyde groups (—COH), and carboxyls. By becoming a group (—COOH), the carbon nanoball surface is expected to change to hydrophilicity. In the present application, since the reducing action is caused by the generation of H radicals, it is assumed that the following mechanism is working different from the above mechanism.
That is, in this experiment, the effect of refinement (particle size distribution measurement, zeta potential measurement result) was improved at a distance of 1 mm between the electrodes. The reason why the dispersion of N is superior is that the H radical worked effectively in the dispersion from the experimental results of CNT (dispersion is good at a distance between electrodes of 1 mm). It is thought that radical substitution reaction occurred and the following dispersion progressed. The first dispersion progression pattern is that 1) the C—C bond is broken by the radical substitution reaction, and 2) the overall strength of the CNT is reduced, so that the refinement by the wet atomizer proceeds. . As the second pattern, 1) C radicals generated by radical substitution reaction cleave the O—H bond of water (H—O—H), and 2) have hydroxyl groups on the surface, so that wetting is possible. And the refinement by the wet atomization apparatus has progressed. In addition, as with cellulose, hydrophilization with liquid plasma alone is considered to be a limited reaction only on the surface, but in this experiment, the specific surface area of CNT is increased by high-pressure wet jet, so It is thought that hydrophilization is efficiently performed.

なお、本実施例において対をなすプラズマ電極31,32は一つの場合で説明してきたが、対をなすプラズマ電極31,32は複数あっても良い(図12)。図12は、対をなすプラズマ電極31,32を複数対向配置させ、ノズル形状として電動式で駆動し、電極間距離調節を可能とした場合の模式図である。すなわち、電極31aに対し電極32aを、電極31bに対し電極32bを、電極31cに対し電極32cを対向配置させている。複数のプラズマ電極31,32を各々対向配置させた場合(図12)でも、1つのプラズマ電極31,32を対向配置させた場合(図11)と同様、各々の電極間距離S1に応じた上述の効果が期待できる。   In the present embodiment, the paired plasma electrodes 31 and 32 have been described as being one, but there may be a plurality of paired plasma electrodes 31 and 32 (FIG. 12). FIG. 12 is a schematic diagram when a plurality of plasma electrodes 31 and 32 forming a pair are arranged to face each other and are driven electrically as a nozzle shape so that the distance between the electrodes can be adjusted. That is, the electrode 32a is disposed opposite to the electrode 31a, the electrode 32b is disposed opposite to the electrode 31b, and the electrode 32c is disposed opposite to the electrode 31c. Even when the plurality of plasma electrodes 31 and 32 are arranged to face each other (FIG. 12), the above-described case according to the distance S1 between the electrodes is the same as the case where one plasma electrode 31 and 32 is arranged to face each other (FIG. 11). Can be expected.

実施例2
本発明の実施例2は液中プラズマと液温に関する実験である。図13は本実施例のプラズマ発生装置160とチャンバー40を例示した模式図である。図14は本実施例の湿式微粒化装置100を例示した模式図である。本実施例の湿式微粒化装置100(図13)は、実施例1の湿式微粒化装置100(図10)と比較して、熱交換器105の配置構成が異なる。また符号Tは原料溶液10をチャンバー40から原料タンク103へ送液するためのチューブポンプTであり、本実施例において高圧噴射は行われない。なお、図1や図10の装置と同様の説明となる点については省略する。
Example 2
Example 2 of the present invention is an experiment relating to plasma in liquid and liquid temperature. FIG. 13 is a schematic view illustrating the plasma generator 160 and the chamber 40 of this embodiment. FIG. 14 is a schematic view illustrating the wet atomization apparatus 100 of this embodiment. The wet atomization apparatus 100 (FIG. 13) of the present embodiment differs from the wet atomization apparatus 100 of the first embodiment (FIG. 10) in the arrangement configuration of the heat exchanger 105. Reference symbol T denotes a tube pump T for feeding the raw material solution 10 from the chamber 40 to the raw material tank 103, and high-pressure injection is not performed in this embodiment. Note that points that are the same as those in the apparatus of FIGS. 1 and 10 are omitted.

実施例2の目的、実験方法および結果
(目的)
原料温度によってプラズマの発生状況が変化する問題を検証するため、図13のシンプルな回路および図14の擬似回路(実際の実験回路に似た回路)にてプラズマ発生の有無を確認するテストを実施した。
(実験方法)
実験の原料溶液10には、イオン交換水600gに0.012gのNaClを添加した溶液を使用した。まず、この原料溶液10を恒温室で60℃になるように温度調節を行った。その後、図13の回路において60℃になった原料溶液10を200g使用し、60℃でプラズマ発生の有無を確認した。残りの原料溶液10を400gは等分し、自然冷却にて20℃および40℃に温度調節した。その後、同様にそれぞれの液温でプラズマ発生の有無を確認した。また、同様の実験を図14の擬似回路でも行った。
(結果)
各温度でプラズマ発生の有無を確認した結果、60℃では放電から5秒以内にプラズマが発生し、40℃では約1分でプラズマが発生し、20℃では約7分でプラズマが発生した。このことから、初期原料溶液10の温度によってプラズマの発生までに要する時間が異なることが分かった。また、20℃および40℃の条件において、プラズマが発生した際に電極31,32近傍の液温を測定すると、それぞれ32℃と48℃に温度上昇していた。この温度上昇は、放電に伴いジュール熱が発生したためだと考えられる。すなわち、電極31,32にパルス電圧を印加させることで原料溶液10の温度上昇が生じたものと考えられる。また、原料溶液10が湿式微粒化装置100内を循環する間に、原料溶液10と湿式微粒化装置100との間で物理的な摩擦が起き、ジュール熱が発生することで、原料溶液の温度上昇が生じたものと考えられる。この摩擦とは例えば、高圧噴射処理装置152の高圧ノズル41から高圧の原料溶液10を噴射させる際の摩擦である。
また、プラズマ発生後に測定した液温から、プラズマは約40℃以上の液温で発生すると推察した。したがって、原料溶液10を40℃以上とすることで、プラズマの発生に必要な原料溶液10の気化を最低限生じさせることができ、プラズマ電極31,32の電極間S1にプラズマを発生させることができる。また90℃以下とすることで、過度の気化(原料溶液10の蒸発)による大気圧プラズマを抑制することができ、効率的に液中プラズマ効果を得ることがでる。
同様の実験を図14の擬似回路で行った結果、熱交換器105の冷却水を空にした状態(冷却なしの状態)では、60℃、40℃、20℃のいずれも、シンプルな回路(図13)を用いた実験と同じような時間でプラズマが発生した。しかし、熱交換器105に冷却水を流しながら20℃の原料で実験を行うと、1時間以上経過してもプラズマが発生する事はなかった。
Purpose, experimental method and results of Example 2 (purpose)
In order to verify the problem that the plasma generation status changes depending on the raw material temperature, a test was conducted to confirm the presence or absence of plasma generation using the simple circuit of FIG. 13 and the pseudo circuit of FIG. 14 (a circuit similar to an actual experimental circuit). did.
(experimental method)
As the experimental raw material solution 10, a solution obtained by adding 0.012 g of NaCl to 600 g of ion-exchanged water was used. First, the temperature of the raw material solution 10 was adjusted to 60 ° C. in a constant temperature room. Thereafter, 200 g of the raw material solution 10 having reached 60 ° C. in the circuit of FIG. 13 was used, and the presence or absence of plasma generation at 60 ° C. was confirmed. The remaining raw material solution 10 was equally divided into 400 g, and the temperature was adjusted to 20 ° C. and 40 ° C. by natural cooling. Thereafter, similarly, the presence or absence of plasma generation at each liquid temperature was confirmed. A similar experiment was also performed in the pseudo circuit of FIG.
(result)
As a result of confirming the presence or absence of plasma generation at each temperature, plasma was generated within 5 seconds after discharge at 60 ° C., plasma was generated in about 1 minute at 40 ° C., and plasma was generated in about 7 minutes at 20 ° C. From this, it was found that the time required to generate plasma differs depending on the temperature of the initial raw material solution 10. Further, when the temperature of the liquid near the electrodes 31 and 32 was measured when plasma was generated under the conditions of 20 ° C. and 40 ° C., the temperature increased to 32 ° C. and 48 ° C., respectively. This temperature rise is thought to be due to the generation of Joule heat accompanying the discharge. That is, it is considered that the temperature of the raw material solution 10 was increased by applying a pulse voltage to the electrodes 31 and 32. Further, while the raw material solution 10 circulates in the wet atomization apparatus 100, physical friction occurs between the raw material solution 10 and the wet atomization apparatus 100, and Joule heat is generated, so that the temperature of the raw material solution is increased. The rise is thought to have occurred. This friction is, for example, friction when jetting the high-pressure raw material solution 10 from the high-pressure nozzle 41 of the high-pressure jet processing device 152.
Moreover, it was guessed from the liquid temperature measured after plasma generation that plasma generate | occur | produces at about 40 degreeC or more liquid temperature. Therefore, by setting the raw material solution 10 to 40 ° C. or higher, vaporization of the raw material solution 10 necessary for generating plasma can be generated at a minimum, and plasma can be generated between the electrodes S1 of the plasma electrodes 31 and 32. it can. Moreover, by setting it as 90 degrees C or less, atmospheric pressure plasma by excessive vaporization (evaporation of the raw material solution 10) can be suppressed, and the plasma effect in a liquid can be obtained efficiently.
As a result of performing the same experiment in the pseudo circuit of FIG. 14, in the state where the cooling water of the heat exchanger 105 is emptied (without cooling), all of the simple circuits (60 ° C., 40 ° C., and 20 ° C.) Plasma was generated in the same time as in the experiment using FIG. However, when the experiment was performed with the raw material at 20 ° C. while flowing the cooling water through the heat exchanger 105, plasma was not generated even after 1 hour or more.

実施例2の考察
以上の結果より、液中プラズマは、次のような工程を経て発生すると考える。
1.プラズマ電極31,32への放電により自由電子および陽イオンの熱運動が活発化する(ジュール熱が発生)。
2.温度上昇に伴い、プラズマ電極31,32近傍の溶媒が気化し、気泡が発生する。
3.発生した気泡内にプラズマが発生し、微粒化効果が向上する。
今回のテストでプラズマの発生に要した時間は、原料溶液10が気化するまでに要する時間だと考える。初期原料温度が高い場合は、陽イオンの熱運動が活発でジュール熱の上昇率が高いため、溶媒の気化に必要な熱量が容易に獲得でき、気化が迅速に起こっていたと考える。反対に、初期原料温度が低い場合は、陽イオンの熱運動が鈍くジュール熱の上昇率も低いため、得られる熱量が少なく、気化に時間が必要になったと考える。また、熱交換器10がある場合には、発生したジュール熱が冷却によって失われてしまうため、気化が発生せず、プラズマも発生しなかったものと考える。
Consideration of Example 2 From the above results, it is considered that in-liquid plasma is generated through the following steps.
1. The discharge of the plasma electrodes 31 and 32 activates the thermal motion of free electrons and cations (generates Joule heat).
2. As the temperature rises, the solvent in the vicinity of the plasma electrodes 31 and 32 is vaporized and bubbles are generated.
3. Plasma is generated in the generated bubbles, and the atomization effect is improved.
The time required for generating plasma in this test is considered to be the time required for the raw material solution 10 to vaporize. When the initial raw material temperature is high, the thermal movement of the cation is active and the rate of increase of Joule heat is high, so that the amount of heat necessary for the vaporization of the solvent can be easily obtained, and the vaporization has occurred rapidly. On the other hand, when the initial raw material temperature is low, the thermal motion of cations is slow and the rate of increase in Joule heat is low, so that the amount of heat obtained is small and it takes time for vaporization. Further, in the case where there is the heat exchanger 10, since the generated Joule heat is lost by cooling, it is considered that vaporization does not occur and plasma is not generated.

実施例1と実施例2の考察まとめ
実施例1(実験1〜4)と実施例2の考察を以下にまとめた。
1.セルロースファイバーのような水素結合により高分子を形成している材料には、OHラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離S1は2mm以上10mm以下が望ましく、より好ましくは5mm以上10mm以下が望ましい。
2.酸化チタンやコロイダルシリカのような金属酸化物は、材料固有の等電点毎に効果的なラジカルは異なる。等電点をpH6に持つ酸化チタンでは、Hラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離S1は2mm以内が望ましく、より好ましくは1mm以上2mm以内が望ましい。等電点をpH2〜3付近に持つコロイダルシリカでは、OHラジカルが有効であるため、液中プラズマの電極間距離S1は2mm以上10mm以下が好ましく、より好ましくは5mm以上10mm以下が望ましい。
3.材料表面に極性を持たず、水となじみが悪いCNTのような材料では、Hラジカルによる親水化が有効であるため、液中プラズマの電極間距離S1は2mm以内が望ましく、より好ましくは1mm以上2mm以内が望ましい。
4.200MPa以上の高圧噴射としたり、パス回数を10回数以上として処理回数を増やしたりすることで、より微粒化効果が向上する。
5.予め微粒化装置100の原料溶液10を温度上昇させておいてから、液中プラズマ処理をすることで微粒化効果が向上する。
Summary of Considerations for Example 1 and Example 2 Considerations for Example 1 (Experiments 1 to 4) and Example 2 are summarized below.
1. Since OH radicals are effective for materials that form a polymer by hydrogen bonding such as cellulose fiber, the inter-electrode distance S1 of plasma in liquid is desirably 2 mm or more and 10 mm or less, more preferably 5 mm or more and 10 mm or less. Is desirable.
2. Metal oxides such as titanium oxide and colloidal silica have different effective radicals for each isoelectric point specific to the material. In titanium oxide having an isoelectric point of pH 6, since H radicals are effective, the interelectrode distance S1 of the plasma in liquid is desirably 2 mm or less, and more desirably 1 mm or more and 2 mm or less. In colloidal silica having an isoelectric point in the vicinity of pH 2 to 3, OH radicals are effective. Therefore, the interelectrode distance S1 of the plasma in liquid is preferably 2 mm or more and 10 mm or less, more preferably 5 mm or more and 10 mm or less.
3. In a material such as CNT that does not have polarity on the surface of the material and does not easily blend with water, hydrophilicity by H radicals is effective. Therefore, the inter-electrode distance S1 of the plasma in liquid is desirably 2 mm or less, more preferably 1 mm or more. Within 2 mm is desirable.
4. By making high-pressure injection of 200 MPa or more, or increasing the number of treatments by increasing the number of passes to 10 or more, the atomization effect is further improved.
5. After the temperature of the raw material solution 10 of the atomization apparatus 100 is raised in advance, the atomization effect is improved by performing plasma treatment in liquid.

本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。上述のセルロースの微粒化はバイオマスナノファイバーの凝集体に適用できる。また酸化チタンの微粒化は、チタン酸バリウム、フェライト、アルミナ、シリカ、その他既知の金属酸化物微粒子の凝集体に適用でき、CNTの微粒化は、カーボンナノマテリアルの微粒化に適用できる。その他、本発明は医薬品材料の凝集体に適用できる。そして、各種実施例は、適宜組み合わせて使用することが可能である。例えば、前記微粒子に対して少なくとも静電反発または立体障害作用をする添加剤を添加する場合がある。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the embodiment described above. The above-described cellulose atomization can be applied to aggregates of biomass nanofibers. Titanium oxide atomization can be applied to aggregates of barium titanate, ferrite, alumina, silica, and other known metal oxide fine particles, and CNT atomization can be applied to atomization of carbon nanomaterials. In addition, the present invention can be applied to aggregates of pharmaceutical materials. Various embodiments can be used in appropriate combination. For example, an additive having at least electrostatic repulsion or steric hindrance action may be added to the fine particles. Thus, it goes without saying that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

10 原料溶液、
20 分散液、
1a 粒子、
1b 微粒子、
30 プラズマ発生電源、
31(31a、31b、31c、31d)、32(32a、32b、32c、32d) 電極、
33(33a、33b、33c)、34(33a、33b、33c) 間隔調整手段、
40 チャンバー、
41 高圧ノズル、
52 容器、
60 観察窓、
70 スケールバー(基準棒)、
80 ポンプ、
90 エア供給手段、
100 本発明の湿式微粒化装置、
152 高圧噴射処理装置、
160 液中プラズマ発生装置、
C1 キャビテーション(気泡)、
P1 液中プラズマ発生箇所、
S1 電極間距離
10 Raw material solution,
20 dispersion,
1a particles,
1b fine particles,
30 Plasma generation power source,
31 (31a, 31b, 31c, 31d), 32 (32a, 32b, 32c, 32d) electrodes,
33 (33a, 33b, 33c), 34 (33a, 33b, 33c) interval adjusting means,
40 chambers,
41 high pressure nozzle,
52 containers,
60 observation window,
70 Scale bar (reference bar),
80 pumps,
90 air supply means,
100 Wet atomization apparatus of the present invention,
152 high pressure injection processing device,
160 In-liquid plasma generator,
C1 cavitation (bubbles),
P1 Plasma generation location in liquid,
S1 Distance between electrodes

Claims (10)

チャンバー内に設けられた高圧ノズルから高圧噴射する高圧噴射処理装置と、液中プラズマ発生装置とが組み合わされ、チャンバー内に前記液中プラズマ発生装置の電極が対向配置されている構成であり、前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させて原料溶液の温度を上昇させてから、前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させてプラズマを発生させるか、及び/又は、前記高圧噴射処理装置の高圧ノズルから原料溶液を噴射させて、原料溶液の温度を上昇させてから前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させて液中プラズマを発生させ、プラズマ発生区域に前記高圧噴射によるキャビテーションを及ばせることを特徴とする湿式微粒化方法。   A high-pressure injection processing apparatus that injects high pressure from a high-pressure nozzle provided in the chamber and a submerged plasma generator are combined, and the electrodes of the submerged plasma generator are arranged to face each other in the chamber, A pulse voltage is applied to some of the electrodes to raise the temperature of the raw material solution, and then a pulse voltage is applied to some of the electrodes to generate plasma and / or the high pressure of the high-pressure injection processing apparatus The raw material solution is injected from the nozzle to raise the temperature of the raw material solution, and then a pulse voltage is applied to some of the electrodes to generate a plasma in liquid, and the cavitation due to the high pressure injection is exerted on the plasma generation area. Wet atomization method characterized by the above. 前記電極間距離を1mm以上10mm以下の間としてプラズマを発生させて、原料溶液の温度を40度以上とするか、及び/又は、前記高圧噴射処理装置の高圧ノズルから原料溶液を噴射させて、原料溶液の温度を上昇させてから前記電極の幾つかにパルス電圧を印加させてプラズマを発生させて、原料溶液の温度を40度以上とすることを特徴とする請求項1記載の湿式微粒化方法。   Plasma is generated with the distance between the electrodes being 1 mm or more and 10 mm or less, and the temperature of the raw material solution is set to 40 degrees or higher, and / or the raw material solution is injected from the high pressure nozzle of the high pressure injection processing apparatus, The wet atomization according to claim 1, wherein the temperature of the raw material solution is raised to 40 ° C or more by generating a plasma by applying a pulse voltage to some of the electrodes after raising the temperature of the raw material solution. Method. 原料溶液はセルロースであって、前記電極の電極間距離を2mm以上10mm以下としてOHラジカルを生成させ、OHラジカル主体の反応により前記セルロースの低分子化が起こることで微粒化させることを特徴とする請求項1又は2記載の湿式微粒化方法。   The raw material solution is cellulose, the distance between the electrodes is 2 mm or more and 10 mm or less, OH radicals are generated, and the cellulose is reduced in size by the reaction mainly composed of OH radicals, and is atomized. The wet atomization method according to claim 1 or 2. 原料溶液は酸化チタンであって、前記電極の電極間距離を1mm以上2mm以下としてHラジカルを生成させ、原料溶液のpHが酸化チタンの等電点から酸性側にシフトさせることで前記酸化チタンの粒子表面が正電荷を帯びた状態に変化させ、粒子間に静電反発力が生じさせることで微粒化させることを特徴とする請求項1又は2記載の湿式微粒化方法。   The raw material solution is titanium oxide, the distance between the electrodes is 1 mm or more and 2 mm or less to generate H radicals, and the pH of the raw material solution is shifted from the isoelectric point of titanium oxide to the acidic side, whereby the titanium oxide 3. The wet atomization method according to claim 1 or 2, wherein the particle surface is changed to a positively charged state and an electrostatic repulsive force is generated between the particles to cause atomization. 原料溶液はシリカであって、前記電極の電極間距離を2mm以上10mm以下としてOHラジカルを生成させ、原料溶液のpHがシリカの等電点から塩基性側にシフトさせることで前記シリカの粒子表面が負電荷を帯びた状態に変化させ、粒子間に静電反発力が生じさせることで微粒化させることを特徴とする請求項1又は2記載の湿式微粒化方法。   The raw material solution is silica, and the distance between the electrodes is set to 2 mm or more and 10 mm or less to generate OH radicals, and the pH of the raw material solution is shifted from the isoelectric point of silica to the basic side, thereby the surface of the silica particles 3. The wet atomization method according to claim 1 or 2, wherein the particles are atomized by changing to a negatively charged state and generating an electrostatic repulsive force between the particles. 原料溶液はカーボンナノチューブであって、前記電極の電極間距離を1mm以上2mm以下としてHラジカルを生成させ、Hラジカルとカーボンナノチューブの間でラジカル置換反応を生じさせることで微粒化させることを特徴とする請求項1又は2記載の湿式微粒化方法。   The raw material solution is a carbon nanotube, wherein the distance between the electrodes is 1 mm or more and 2 mm or less, H radicals are generated, and a radical substitution reaction is caused between the H radicals and the carbon nanotubes to atomize. The wet atomization method according to claim 1 or 2. 微粒子の凝集体が含有された原料溶液を高圧噴射するための高圧ノズルと、電極を備えたプラズマ発生装置とから構成され、前記高圧ノズルはチャンバー内に設けられ、前記電極は前記チャンバー内に対向配置され、かつ前記高圧噴射によるキャビテーションが前記電極間のプラズマ発生区域に及ぶ位置に配置される湿式微粒化装置であって、電極間距離を制御することができる間隔調整手段を備えることを特徴とする湿式微粒化装置。   A high-pressure nozzle for high-pressure injection of a raw material solution containing agglomerates of fine particles and a plasma generator provided with an electrode, the high-pressure nozzle is provided in a chamber, and the electrode is opposed to the chamber A wet atomization apparatus that is disposed and disposed at a position where cavitation by the high-pressure injection extends to a plasma generation area between the electrodes, comprising a gap adjusting means capable of controlling a distance between the electrodes. Wet atomization equipment. 前記電極は、原料溶液の温度上昇のための電極としても使用されることを特徴とする請求項7記載の湿式微粒化装置。   The wet atomization apparatus according to claim 7, wherein the electrode is also used as an electrode for increasing a temperature of the raw material solution. 前記電極は複数の電極対からなることを特徴とする請求項7又は8記載の湿式微粒化装置。   The wet atomization apparatus according to claim 7 or 8, wherein the electrode comprises a plurality of electrode pairs. 原料溶液の温度上昇のための温度制御手段を備えることを特徴とする請求項7又は8記載の湿式微粒化装置。   The wet atomization apparatus according to claim 7 or 8, further comprising temperature control means for increasing the temperature of the raw material solution.
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