JP3478840B2

JP3478840B2 - 大気圧プラズマ反応装置

Info

Publication number: JP3478840B2
Application number: JP21803591A
Authority: JP
Inventors: 達三谷先; 幸子岡崎; 益弘小駒
Original assignee: Kimoto Co Ltd; Kimoto Tech Inc
Current assignee: Kimoto Co Ltd; Kimoto Tech Inc
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JPH0559560A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気圧プラズマ反応装
置に関し、さらに詳しくは、大気圧下の高安定性グロー
放電プラズマにより高効率で粉体の表面改質を行うこと
が可能な大気圧プラズマ反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラズマは、気体が強く電離し
てイオンと電子とに分離し、全体としてほぼ中性である
が、その特性が中性の気体とは異なるものをいうことは
周知の通りである。このプラズマは、通常、気体の放電
により人工的に得ることができる。

【０００３】ところで、かかるプラズマの応用技術とし
て、低圧グロー放電プラズマを利用した製膜法や表面改
質法が広く知られており、産業的にも種々の分野に応用
されている。このような低圧グロー放電プラズマによる
表面処理方法の一つとして、いわゆる有機プラズマ方法
があり、この有機プラズマ方法は有機化合物気体をプラ
ズマ化することにより薄膜形成、表面改質するものであ
る。さらに、真空容器内におけるプラズマを利用して、
ダイヤモンド粉体、超微粒子粉体を製造し、あるいは表
面改質する方法も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の低圧グロー放電プラズマによる表面処理法によれ
ば、いずれも１０^―５〜１０^―３〔Ｔｏｒｒ〕程度の真
空下での反応であるため、低圧真空装置及び当該設備が
必要であり、かつ不連続処理（バッチ処理）等のため、
製造に時間がかかり、製造コストが高価なものとならざ
るを得ないという欠点があった。また、粉体などの表面
処理方法の場合には、顔料等の表面を湿式法で樹脂また
は各種酸、アルカリ、含界面活性剤溶液エーロゾル等で
処理し、乾燥、粉砕、分級等の行程を通す必要があるこ
とから、設備、処理時間、処理行程等が相当複雑であ
り、しかも廃液を処理する必要がある欠点があった。

【０００５】そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、
大気圧下において反応活性が大きく、しかも高安定性の
反応ガスプラズマを利用し、気相方法でしかも安価に大
量の粉体表面を処理し得る大気圧プラズマ反応装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、粉体表面の処
理方法に好適に用いられる大気圧プラズマ反応装置を提
供するものであり、具体的には、請求項１記載の発明の
大気圧プラズマ反応装置は、大気圧プラズマ反応を起さ
せるための反応容器と、当該反応容器の内部に設けら
れ、金属電極を誘電体で覆って構成した高電圧印加電極
及び接地電極と、前記反応容器の外部に設けられ、前記
接地電極と同極性の電極と、前記反応容器の内部に希ガ
スを導入する希ガス供給管と、前記反応容器の内部にフ
ロロカーボンガスを導入するフロロカーボンガス供給管
と、前記反応容器の内部に他ガスを導入する他ガス供給
管と、前記反応容器から一定のガスを放出する排気ガス
管とを備えたことを特徴とするものである。

【０００７】また請求項２記載の発明の大気圧プラズマ
反応装置は、大気圧プラズマ反応を起させるための反応
容器と、当該反応容器の少なくとも内部に設けられ、金
属電極を誘電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接
地電極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガ
ス供給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガス
を導入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器
の内部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容
器から一定のガスを放出する排気ガス管とを備え、前記
高電圧印加電極が螺旋状であることを特徴とするもので
ある。

【０００８】さらに請求項３記載の大気圧プラズマ反応
装置は、大気圧プラズマ反応を起させるための反応容器
と、当該反応容器の少なくとも内部に設けられ、金属電
極を誘電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接地電
極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガス供
給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガスを導
入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器の内
部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容器か
ら一定のガスを放出する排気ガス管とを備え、前記高電
圧印加電極及び／または接地電極は、誘電体材料として
液体誘電体を単独で、或いは固体誘電体と併用して使用
したことを特徴とするものである。請求項４記載の大気
圧プラズマ反応装置は、請求項３記載の大気圧プラズマ
反応装置において、反応容器の外部に、前記接地電極と
同極性の電極を設けたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の大気圧プラズマ反応装置では、金属電
極を誘電体で覆ってなる高電圧印加電極及び接地電極を
内部に有する反応容器内に反応ガスを導入するととも
に、反応ガスとして希ガス及び／またはフロロカーボン
ガスを用いるとともに、所定の他ガスを用いることによ
って安定に大気圧プラズマ反応を起させて、粉体表面処
理を行うことができる。これにより、粉体は、分散性、
再分散性、凝集性、沈降防止性、結束性、混練り性等が
向上する。また他ガスを適宜選択することによって、粉
体が用られる分散系の溶媒（水系か溶剤系）に合わせて
これら性質を調整することができる。

【００１０】本発明の大気圧プラズマ反応装置は、金属
電極を誘電体で覆ってなる高電圧印加電極及び接地電極
を内部に有する反応容器を備えるとともに、次の構成
１）〜３）の少なくとも一つの構成を採用することによ
り、大気圧プラズマを安定に且つ効率よく発生させるこ
とができ、それによって上述した大気圧プラズマを利用
した粉体表面処理を効果的に行うことができる。１）反
応容器内に設けた高電圧印加電極及び接地電極とは別に
反応容器外部に接地電極と同極性の電極を配置する、
２）高電圧印加電極を螺旋状とする、３）高電圧印加電
極及び接地電極の少なくとも一方の誘電体として、液体
誘電体を単独で或いは固体誘電体と併用して用いる。こ
の大気圧プラズマ反応装置を用いることにより、粉体表
面に、分散性、再分散性、凝集性、沈降防止性、結束
性、混練り性等所望の性質を付与、向上させることがで
き、また粉体の他物質に対する添加剤あるいは充填剤と
しての効果を高めることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について以下に説明する。図１
は、本発明の大気圧プラズマ反応装置の一実施例を示す
構成図である。図１において、例えばパイレックス製の
ベルジャー反応容器からなる反応容器１は、下容器１ａ
の上に上容器１ｂが脱着可能となっており、使用時には
下容器１ａと上容器１ｂとの間にＯリング２を介在させ
てクランプ３によりジョイントできるようにしてある。
反応容器１は、その内部において、上容器１ｂの一部に
粉体の飛散防止のためのフィルター４を設置してあり、
さらに下容器１ａの底部に粉体が容易に巻き上がり、し
かも粉体が底部に滞積し、処理の不都合を生じないよう
にメッシュ５が敷いてある。前記反応容器１には、真空
排気管６が接続してあり、当該反応容器１の使用時に、
その内部や粉体中の空気等を除去する必要があるとき
に、真空排気管６から内部空気等を排出し、１０
^―３〔Ｔｏｒｒ〕程度を得ている。なお、真空排気管６
にトラップが必要なときには、真空排気管６と真空ポン
プ（図示せず）との間に設置すればよい。

【００１２】上記反応容器１の内部中心には接地電極７
が直線状に設けられており、この接地電極７の周囲に高
電圧印加電極８が螺旋状に設けられている。また、上記
反応容器１の下容器１ａの周囲には、接地電極９が設け
られている。上記接地電極７、高電圧印加電極８、接地
電極９は、極性を逆にしてもよく、その場合にも良く放
電するが、上記した極性とした方が好適である。接地電
極９は、螺旋状のもの、ステンレス等の金属製金網、あ
るいは金網に誘電体を両面ラミネートしたものを用いる
ことができ、特に金網に誘電体を両面ラミネートしたも
のが好適である。この場合、電極を被覆する誘電体とし
ては、ガラス、セラミックス、プラスチック等が使用可
能であるが、絶縁油を塗布してもよく、また絶縁油を各
種ゴムに練り込んだもの及び加硫化ゴム等と架橋反応さ
せたもの等が使用可能である。もちろん、絶縁油を基材
等に含浸させ、導電性金属等に巻き付け電極としてもよ
い。さらには絶縁油を管中に注入し金属電極を挿入し、
電極としてもよい。これにより、電極部分が発熱すると
き固体誘電体が熱歪み等により変形破壊するのを防止す
ることができる。また絶縁油を使用することにより循環
冷却装置の使用が可能になり、電極部分の発熱を制御す
ることができ、しかも基材温度の上昇に伴いアーク放電
に移行するのを防止することも可能である。さらに液体
誘電体を使用することにより、放電電極部分の面積の拡
大が容易であり、かつ加工、製造しやすい等の利点もあ
る。

【００１３】希ガス供給管１０は、流量計１１ａ、バブ
リング装置１２ａを経由して反応容器１の底部に接続さ
れている。また、他ガス供給管１３は、流量計１１ｂ、
バブリング装置１２ｂを経由して反応容器１の底部に接
続されている。これら、希ガス供給管１０、他ガス供給
管１３により、単独あるいは混合で、ガスの供給が可能
である。また、フロロカーボンガス供給管１４は上記同
様に流量計１１ｃを介して反応容器１の底部に接続され
ており、希ガス供給管１０とフロロカーボンガス供給管
１４とにより、単独ガス若しくは混合ガスの供給が可能
としてある。これら希ガス供給管１０、他ガス供給管１
３、及びフロロカーボンガス供給管１４により、各供給
ガスは、流量計１１ａ、１１ｂ、１１ｃで流量を調整
し、反応容器１の内部に導入される。

【００１４】前記反応容器１の上容器１ｂには、排気ガ
ス管１５が接続してあり、排気ガス管１５の途中にはフ
ィルター１６が設けてある。この排気ガス管１５で外気
中に排気する際には、フィルター４は、排気ガスを通過
し粉体を通過させない大きさとすると良く、例えば０．
０１〜２５０〔ミクロン〕とすることが望ましい。特
に、０．１〜５０〔ミクロン〕のものが望ましい。ま
た、反応容器１の内部において、Ｈｅ等希ガスを再利用
する場合には、フィルター４は、Ｏ．０１〜５〔ミクロ
ン〕のものを使用することが望ましい。また、粉体サン
プルは、メッシュ５の中央部分に置き、供給ガスと供に
反応容器１の内部に拡散するようにする。

【００１５】次に、接地電極７及び高電圧印加電極８の
構造について図２及び図３を使用して説明する。図２
は、上記反応容器１内で使用される接地電極７、高電圧
印加電極８の具体的構造を示す説明図である。図２にお
いて、接地電極７及び高電圧印加電極８は、金属電極１
７の周囲に誘電体被覆材１８で被覆して構成されてい
る。ここで、誘電体被覆材としては、ガラス、セラミッ
クス、プラスチック等が使用可能である。図３は液体誘
電体を使用した際の接地電極７及び高電圧印加電極８の
具体的構成を示す説明図である。

【００１６】図３において、接地電極７及び高電圧印加
電極８は、金属電極１７の周囲を容器１９で覆い、その
容器１９内部に液体誘電体２０を封入して構成する。こ
こで、液体誘電体２０として使用可能なものは、アルキ
ルベンゼン、ポリブテン、五塩化ジフェニール等に代表
される炭化水素系合成絶縁油、塩素化合成油、鉱油、シ
リコーン油、フッ素油等であり、これを単独使用する。
単独で使用する場合、金属電極１７に使用する金属は、
銅よりもアルミニウム、マグネシウム、スズ、亜鉛、ニ
ッケル等の合金、あるいはステンレススチール等が良
い。

【００１７】また、上記接地電極７及び高電圧印加電極
８において、金属電極１７の周囲に設ける液体誘電体２
０は、適当な基材に含浸させてもよい。また、これらの
液体誘電体２０は、他の樹脂やゴム等と練り込むか、架
橋硬膜したものでもよい。比較的低電力で使用する場合
には、高密度ポリエチレン、ニトリルゴム、ウレタンゴ
ム等のゴム系が取扱い易い。他にポリビニールアルコー
ル及びポリビニールアセタールの架橋タイプのものが使
用可能である。また、容器１９の材料としては、パイレ
ックスガラス、アルミナ系セラミックス、チタン酸バリ
ウム系セラミックス等がより実用的である。例えば、パ
イレックスガラス等の耐熱ガラスの管で構成した容器１
９の中にシリコン（ＧＥ社、ＳＦ９６）等を封入して接
地電極７あるいは高電圧印加電極８としてもよい。

【００１８】次に、上記構成の反応容器１の内部にて、
プラズマ放電させる動作を以下に説明する。まず、反応
容器１の内部に導入するガスは大気圧グロー放電の安定
化に重要な要素であり、以下に詳細に説明する。希ガス
としては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴ
ン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）等のガスが使用可能である。
フロロカーボンガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ
４、Ｃ３Ｆ８等が挙げられる。これら希ガス及びフロロ
カーボンは、大気圧グロー放電を安定に保つのに重要な
ガスである。

【００１９】他ガスは、粉体の表面の性質を調節するた
めに導入されるものであり、他ガスとして使用する溶剤
ガスの溶剤としては、アルコール、エーテル、アセター
ル、エステル、多価アルコールとその誘導体、脂肪酸及
びフェノール、窒素化合物、イオウやリンなどの化合
物、無機溶剤等を含む。処理する粉体の種類により前記
他ガスを適時選択することができるが、これらの溶剤ガ
スを単体又は混合して使用することも可能である。他ガ
スとして使用する有機酸としては、カルボン酸（ＲＣＯ
ＯＨ）、スルホン酸（ＲＳＯ_３）、スルフィン酸（ＲＳ
Ｏ_２）、フェノール（ＡｒＯＨ）、エノール（ＲＣＨ＝
Ｃ（ＯＨ）Ｒ）、チオフェノール（ＡｒＳＨ）、イミド
（ＲＣＯＮＨＣＯＲ）、オキシム（ＲＣＨ＝ＮＯＨ）、
芳香族スルホナミド（ＡｒＳＯ_２ＮＨ_２）、ニトロ化合
物（ＲＣＨ_２ＮＯ_２Ｒ_２ＣＨＮＯ_２）が使用可能である
が、ギ酸、マレイン酸、フマール酸等の単独、あるい
は、水、アルコール溶剤等の溶解物が良い。無機酸とし
ては、塩酸、硫酸、燐酸、硝酸等が使用可能である。

【００２０】他ガスとして使用する含界面活性剤溶液エ
ーロゾルとしては、カチオン系、アニオン系、ノニオン
系、シリコン系、炭化水素系、脂肪酸及びアミド系、エ
ステル系、アルコール系、金属セッケン等の単独又は
水、溶剤等の溶解物が使用される。添加量としては、
０．００１〔ｐｐｍ〕−５０〔％〕、好ましくは０．０
１〔ｐｐｍ〕−５〔％〕の添加が望ましい。

【００２１】次に、処理可能な粉体について以下に説明
する。ここに、処理可能な粉体としては、有機物、無機
物の粉体なら何でも良い。まず、処理可能な粉体として
有機物粉体を説明すると、有機物粉体には、有機顔料、
有機染料、澱粉蛋白質粉、脂肪粉、炭水化物粉体、ビタ
ミン粉体、酵素粉体、樹脂微粉体、有機物炭化微粉体、
セルロース及びその誘導体粉体等が含まれる。特に、有
機顔料では、ａ）中性型ニトロ系として、アゾ系、アン
トラキノン系、フタロシアニンン系、アジン系が、ｂ）
陽イオン系として、トリフェニールメタン系、キサンテ
ン系が、ｃ）陰イオン系として、アゾ系、トリフェノー
ルメタン系が、ｄ）その他として、アントラキノン系、
ジオキサジン系、キナクリドン系が、ｅ）カーボンブラ
ック（ボーンブラック）等が考えられる。一方、有機染
料としては、アゾ系、アゾメタル複合体、アゾメチン
系、ダイアリライド系、モノアゾ系、アンサンスロン
系、ピランスロン系、ペリオン系、イソインドリノン
系、キノフタロン系、アンスラピリミディン系、フタロ
シアニン系、インダンスロン系、ニグロシン、ペリノン
系、キノリン系、クマリン系、チオインディゴ系等が含
まれる。

【００２２】次に、処理可能な粉体として無機物粉体に
ついて説明すると、無機物粉体には、無機顔料、すなわ
ち無機化合物より構成されるところの白色顔料、炭酸カ
ルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸
化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、タル
ク、酸化カルシウム（ＣａＯ）、燐酸カルシウム系、燐
灰石、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン
（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル
（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、
水銀（Ｈｇ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）等有色
遷移元素より構成された物、及び硫黄（Ｓ）、セレン
（Ｓｅ）を含む顔料、金属微粉末等が含まれる。

【００２３】さらに、処理可能な粉体として土壌一次鉱
物について説明すると、土壌一次鉱物には、ａ）正ケイ
酸塩として、白雲母、黒雲母、緑濂石、ジルコンが、
ｂ）メタケイ酸塩として、透角閃石が、ｃ）多ケイ酸と
して、正長石、曹長石、灰長石、斜長石、ｄ）酸化物と
して、石英、磁鉄鉱、チタン鉄石が、ｆ）リン酸塩とし
て燐灰石が、ｇ）炭酸塩として石灰石が含まれる。加え
て、処理可能な粉体として土壌２次鉱物について説明す
ると、土壌２次鉱物には、粘土鉱物、カオリナイト、ハ
ロイサイト、加水ハロイサイト、イライト、バーミキュ
ライト、モンモリロナイト、ハイデライト、ノントロナ
イト、サポナイト、クロライト、アタパルジァイト、ギ
ブサイト、ヘマタイト、ゲータイト、ライモナイト、ピ
ロルサイト、アロフェン等が含まれる。

【００２４】また、処理可能な粉体としてセラミックス
について説明すると、セラミックスには、金属酸化物と
して、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系、酸化アル
ミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケ
イ素（ＳｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸
化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化トリウム（ＴｈＯ_２）、
ＰＬＺＴ系、フェライト系、カルコゲン系、酸化物ガラ
ス系、希土類コバルト系、及びそれらの多相形セラミッ
クスが含まれる。さらに、処理可能な粉体として非酸化
物系について説明すると、非酸化物系には、炭素、炭化
珪素（ＳｉＣ）系、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化ホウ素
（ＢＮ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及びそれらの多相
系セラミックスが含まれる。なお、処理可能な粉体とし
てセメントについて説明すると、セメントには、ポルト
ランドセメント、マグネシアセメント、アルミナセメン
ト、シリカセメント等が含まれる。

【００２５】次に、上述した粉体を適当量秤量し、反応
容器１の上容器１ｂを外して反応容器１の下容器１ａの
内部に装填しあるいは導入した後、上容器１ｂを下容器
１ａに装着し、これら下容器１ａに上容器１ｂをクラン
プ３でもってジョイントする。

【００２６】また、必要なガスを、希ガス供給管１０、
他ガス供給管１３、及び／又はフロロカーボンガス供給
管１４を介して反応容器１の内部に導入し、接地電極
７、高電圧印加電極８、接地電極９に電圧を印加するこ
とにより、大気圧プラズマ処理を行った。第１処理方法
について以下に説明する。２〔ｇ〕の処理品シリカ粉体
を反応容器１の内部に装填し、毎分２０００〔ｍｌ〕の
希ガス（ヘリウム（Ｈｅ））を希ガス供給管１０を介し
て反応容器１の内部に導入し、接地電極７、高電圧印加
電極８及び接地電極９に電圧を印加して、大気圧プラズ
マ処理を１０分間行った。この際に、接地電極７、高電
圧印加電極８等の誘電体としてＰＥを使用し、それら接
地電極７、高電圧印加電極８、接地電極９に周波数が２
３〔ｋＨｚ〕の交流電圧を印加した。このとき、放電開
始電力は、１５０〔Ｗ〕であった。

【００２７】上述のようにして大気圧プラズマ処理を行
った結果についての評価は次のようにした。分散性の評
価については、０．２〔ｇ〕の処理済みシリカ粉体を分
散瓶に採取し、２０．０〔ｍｌ〕の蒸留水を添加してペ
イントシェーカーで分散した。また、溶剤に対する分散
沈降速度については、０．２〔ｇ〕の処理済みシリカ粉
体を分散瓶に採取し、２０．０〔ｍｌ〕のＭＥＫ（メチ
ルエチルケトン）を添加してペイントシェーカーで分散
した。メデイア無添加、分散時間１０分経過した後、分
散液の一部を採取し、石英セルに入れ、紫外、可視分光
光度計で沈降速度を測定した。分散程度の良いビヒクル
は、顔料の沈降速度が一般に遅く、透過率も低い値を相
対的に示した。沈降速度が速いと、上澄み液は時間の経
過に伴なって透過率を増大させるので、透過率を時間の
経過と共に測定し、沈降速度とした。粉体の粒径、比重
等により、透過率は変化するので同じ粉体間での相対的
比較とした。尚、透過率は顔料の種類、溶剤などにより
異なるが、設定後、９分、３０分、９０分ごとに透過率
を測定した。透過率の値は、波長７００〔ミリミクロ
ン〕における各時間での値を示してある。

【００２８】また、凝集性については、沈降後、分散液
中の粉体の凝集性を見た。さらに、再分散性について
は、沈降後、その分散液を振った後に、再分散性を見
た。無処理のシリカ粉体に関しても、同様な分散をし、
測定を行った。また、混練り性に関しては、未処理粉及
び処理粉末を０．５〔ｇ〕だけ秤量し、予め溶解してい
たアクリロニトリルゴム溶液（固形部分２０〔％〕のＭ
ＥＫ溶液）の１０〔ｇ〕で混練りし、グラインドゲージ
で粒径を測定した。未処理の物と比較して、ヘリウム
（Ｈｅ）処理したものは、水分散系で良好な分散性、再
分散性、凝集性、混練り性が認められた。なお、上述し
た評価及び処理条件については、表１に記載した。

【表１】また表１において、混練り評価基準（分散粒子径〔μ〕
ヘグマンゲージ）は、◎は５、○は５〜１０、△は１０
〜１５、×は１５〜２５という基準で記載している。な
お、以下の表においても同様とする。

【００２９】次に、第２処理方法について説明する。上
記第１処理方法と同様にしてシリカ粉体を反応容器１に
装填し、毎分２０００〔ｍｌ〕の希ガス（Ｈｅ）を希ガ
ス供給管１０を介して反応容器１の内部に導入すると共
に、毎分２０００〔ｍｌ〕のフロロカーボンガス（ＣＦ
_４）をフロロカーボンガス供給管１４を介して反応容器
１の内部に導入し、接地電極７、高電圧印加電極８及び
接地電極９に電圧を印加して、大気圧プラズマ処理を１
０分間行った。この際に、接地電極７、高電圧印加電極
８等の誘電体としてＰＥを使用し、それら接地電極７、
高電圧印加電極８、接地電極９に周波数が２５〔ｋＨ
ｚ〕の交流電圧を印加した。このとき、放電開始電力
は、１５０〔Ｗ〕であった。上述のようにして大気圧プ
ラズマ処理を行った結果についての評価は、次のように
し、その結果を表２に記載した。もちろん、表２には処
理条件も記載されている。処理品シリカ粉体０．２
〔ｇ〕を分散瓶に秤量し、蒸留水及びＭＥＫ２０．０
〔ｍｌ〕を添加し、第１処理方法と同様に分散を行い評
価した。ＣＦ_４処理シリカ粉体の場合は、表２からも分
かるように、第１処理方法とは逆に、溶剤ＭＥＫに対す
る分散性、再分散性、凝集性、混練り性の向上が認めら
れた。

【表２】

【００３０】さらに、第３処理方法について以下に説明
する。上記第１処理方法と同様にしてシリカ粉体を反応
容器１に装填し、毎分２０００〔ｍｌ〕の希ガス（Ｈ
ｅ）を希ガス供給管１０を介して反応容器１の内部に導
入すると共に、他ガスとしてギ酸をバブリング方法で他
ガス供給管１３を介して反応容器内に導入し、接地電極
７、高電圧印加電極８及び接地電極９に電圧を印加し
て、大気圧プラズマ処理を１０分間行った。この際に、
接地電極７、高電圧印加電極８等の誘電体としてガラス
容器１９の内部に液体誘電体２０を封入したものを使用
し、それら接地電極７、高電圧印加電極８、接地電極９
に周波数が２８〔ｋＨｚ〕の交流電圧を印加した。この
とき、放電開始電力は、７５〔Ｗ〕であった。上述のよ
うにして大気圧プラズマ処理を行った結果についての評
価は、次のようにし、その結果を表３に記載した。もち
ろん、表３には処理条件も記載されている。上記第１の
方法と同様に蒸留水、ＭＥＫによる分散結果は、表３か
らも分かるように、ＭＥＫにおいて、分散性、再分散
性、凝集性、混練り性の向上が認められた。

【表３】

【００３１】なお、接地電極７あるいは高電圧印加電極
８は、図３に示すように、金属電極１７としてアルミを
使用し、ガラス容器１９の中に液体誘電体２０としてＧ
Ｅ社のシリコン油（ＳＦ９６−１００）を入れたものを
使用してプラズマ放電を行ったところ、均一なグロー放
電が安定して得られた。さらに、接地電極７、高電圧印
加電極８等に印加する電力として、２００〔Ｗ〕に上
げ、３０分連続処理を試みたところ、安定なグロー放電
を維持し続けた。放電終了後、接地電極７、高電圧印加
電極８等は、発熱も無いことから、液体誘電体の冷却効
果があることがわかった。したがって、大出力プラズマ
処理する場合、液体誘電体を使用することにより、液体
誘電体自体を循環冷却装置で連続冷却をすることが可能
になることから、アーク放電への移行も防止可能にな
り、非常に好都合である。加えて、上述した構成の接地
電極７あるいは高電圧印加電極８の場合、固体誘電体と
金属電極を張り合わす必要がなく、金属とガラス等のよ
うに熱膨張率の違いによって生じる破壊も無く、安定し
たグロー放電が長時間得られることが分かった。

【００３２】加えて、第４処理方法について以下に説明
する。上記第１処理方法と同様にしてシリカ粉体を反応
容器１に装填し、毎分２０００〔ｍｌ〕の希ガス（Ｈ
ｅ）を希ガス供給管１０を介して反応容器１の内部に導
入すると共に、フロロカーボン（スリーエム社ＦＣ
_４３１）の１％水溶液をＨｅガスでバブリング（６ｍｌ
／分）してフロロカーボンガス供給管１４を介して反応
容器内に導入し、接地電極７、高電圧印加電極８及び接
地電極９に電圧を印加して、大気圧プラズマ処理を１０
分間行った。この際に、接地電極７、高電圧印加電極８
等の誘電体としてＰＥを使用し、それら接地電極７、高
電圧印加電極８、接地電極９に周波数が２４〔ｋＨｚ〕
の交流電圧を印加した。このとき、放電開始電力は、７
５〔Ｗ〕であった。上述のようにして大気圧プラズマ処
理を行った結果についての評価は、次のようにし、その
結果を表４に記載した。もちろん、表４には処理条件も
記載されている。上記第１の方法と同様に蒸留水、ＭＥ
Ｋによる分散結果は、表３からも分かるように、ＭＥＫ
において、分散性、再分散性、凝集性、混練り性の向上
が認められた。処理済みシリカ粉体を実施例−１と同様
に蒸留水、ＭＥＫで分散し測定した。表４からも分かる
ように、ＭＥＫに対して分散性、再分散性、凝集性、混
練り性の向上が認められた。

【表４】

【００３３】また、第５処理方法について、以下に説明
する。上記第１処理方法と同様にして、２〔ｇ〕のカー
ボンブラック粉体を反応容器１に装填し、毎分２０００
〔ｍｌ〕の希ガス（Ｈｅ）を希ガス供給管１０を介して
反応容器１の内部に導入し、接地電極７、高電圧印加電
極８及び接地電極９に電圧を印加して、大気圧プラズマ
処理を１０分間行った。この際に、接地電極７、高電圧
印加電極８等の誘電体としてＰＥを使用し、それら接地
電極７、高電圧印加電極８、接地電極９に周波数が２２
〔ｋＨｚ〕の交流電圧を印加した。このとき、放電開始
電力は、７５〔Ｗ〕であった。このようにして処理済み
カーボンブラック粉体０．２〔ｇ〕を分散瓶に採取し、
蒸留水２０．０〔ｍｌ〕を添加し、ペイントシェーカー
で１０分間分散した。以下、第１処理方法と同様に測定
した。同時に未処理のカーボンブラックに対しても同様
に行い比較した。このような測定結果については、表５
に記載してある。表５からも分かるように、未処理のカ
ーボンブラックに対し、Ｈｅ処理カーボンブラックは、
著しく分散性、再分散性、凝集性、混練り性の向上が認
められた。

【表５】

【００３４】さらに、第６処理方法について、以下に説
明する。上記第１処理方法と同様にして、２〔ｇ〕のカ
ーボンブラック粉体を反応容器１に装填し、毎分２００
０〔ｍｌ〕の希ガス（Ｈｅ）を希ガス供給管１０を介し
て反応容器１の内部に導入すると共に、他ガスとしてメ
タノールをＨｅガスでバブリング（６ｍｌ／分）して他
ガス供給管１３を介して反応容器内に導入し、接地電極
７、高電圧印加電極８及び接地電極９に電圧を印加し
て、大気圧プラズマ処理を１０分間行った。この際に、
接地電極７、高電圧印加電極８等の誘電体としてＰＥを
使用し、それら接地電極７、高電圧印加電極８、接地電
極９に周波数が２２〔ｋＨｚ〕の交流電圧を印加した。
このとき、放電開始電力は、７５〔Ｗ〕であった。その
処理条件及び処理結果を表６に記載した。処理済みカー
ボンブラックの粉体０．２〔ｇ〕を分散瓶に採取し、蒸
留水２０．０〔ｍｌ〕を添加し、ペイントシェーカーで
１０分間分散した。以下、上記第１処理方法と同様に測
定した。これにより、表６からも分かるように、カーボ
ンブラック粉体に対して、分散性、再分散性、凝集性、
混練り性の向上が認められた。

【表６】

【００３５】最後に、第７処理方法について、以下に説
明する。上記第１処理方法と同様にして、２〔ｇ〕のア
パタイト粉体を反応容器１に装填し、毎分２０００〔ｍ
ｌ〕の希ガス（Ｈｅ）を希ガス供給管１０を介して反応
容器１の内部に導入すると共に、他ガスとしてギ酸をＨ
ｅガスでバブリング（６ｍｌ／分）して他ガス供給管１
３を介して反応容器１の内部に導入し、接地電極７、高
電圧印加電極８及び接地電極９に電圧を印加して、大気
圧プラズマ処理を１０分間行った。この際に、接地電極
７、高電圧印加電極８等の誘電体としてガラスを使用
し、それら接地電極７、高電圧印加電極８、接地電極９
に周波数が２４〔ｋＨｚ〕の交流電圧を印加した。この
とき、放電開始電力は、７５〔Ｗ〕であった。その処理
条件及び処理結果を表７に記載した。ギ酸処理したアパ
タイトは、表７からも分かるように、ＭＥＫ分散におい
て分散性、再分散性、凝集性、混練り性の向上が認め
られた。なお、未処理アパタイト粉体について、評価も
表７に記載した。

【表７】

【００３６】以上のように代表的な粉体、希ガス、フロ
ロカーボンガス、他ガスについての処理方法を説明し、
かつその処理結果の評価についても説明し、その結果等
を各表に示してある。以上の説明したように上記実施例
では、粉体の種類により、その処理ガスを変えることに
より、水系、溶剤系のどちらの系にも分散性、再分散
性、凝集性、混練り性を向上させることが可能になる。
これは、従来の粉体の分散に対して、当該発明を適用す
ることにより従来分散不可能であったものが分散可能に
なることを意味し、粉体の種類によっては溶解性をも改
良可能であることを示し、簡単にその粉体表面の改質が
可能となることを示している。また、接地電極７、高電
圧印加電極８等に液体誘電体２０を使用することによ
り、容易にその放電電極部分の拡大が可能になり、しか
も安価に製造可能である。しかも、循環冷却装置の併用
により、長時間連続処理に対しても放電電極部分の温度
が制御でき、安定な放電が持続可能になり、一層応用範
囲が広がることが期待できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安定且つ持続的に大気圧プラズマを発生することができ
るとともに、粉体の種類により、その処理ガスを変える
ことにより、水系、溶剤系のどちらの系にも分散性、再
分散性、凝集性、混練り性を向上させた粉体を得ること
が可能になり、かつ簡単にその粉体表面の改質が可能に
なるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の大気圧プラズマ反応装置の実施例を示
す構成図である。

【図２】同実施例で使用される接地電極、高電圧印加電
極の一構成例を示す図である。

【図３】同実施例で使用される接地電極、高電圧印加電
極の他の構成例を示す図である。

【符号の説明】１反応容器１ａ下容器１ｂ上容器２Ｏリング３クランプ４フィルター５メッシュ７接地電極８高電圧印加電極９接地電極１０希ガス供給管１３他ガス供給管１４フロロカーボンガス供給管１７金属電極１８誘電体被覆材１９容器２０液体誘電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000122450 岡崎幸子東京都杉並区高井戸東２丁目20番11号 (73)特許権者 390035932 小駒益弘埼玉県和光市新倉１−22−91 (72)発明者谷先達三広島県尾道市浦崎町甲247 (72)発明者岡崎幸子東京都杉並区高井戸東二丁目20番11号 (72)発明者小駒益弘埼玉県和光市下新倉843−15 (56)参考文献特開昭58−141375（ＪＰ，Ａ) 特開平２−15171（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−136701（ＪＰ，Ａ) 特開平４−135638（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 B01J 10/00 - 12/02 B01J 14/00 - 19/32 B22F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】大気圧プラズマ反応を起させるための反応
容器と、当該反応容器の内部に設けられ、金属電極を誘
電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接地電極と、
前記反応容器の外部に設けられ、前記接地電極と同極性
の電極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガ
ス供給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガス
を導入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器
の内部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容
器から一定のガスを放出する排気ガス管とを備えてなる
ことを特徴とする大気圧プラズマ反応装置。
【請求項２】大気圧プラズマ反応を起させるための反応
容器と、当該反応容器の少なくとも内部に設けられ、金
属電極を誘電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接
地電極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガ
ス供給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガス
を導入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器
の内部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容
器から一定のガスを放出する排気ガス管とを備え、前記
高電圧印加電極が螺旋状であることを特徴とする大気圧
プラズマ反応装置。
【請求項３】大気圧プラズマ反応を起させるための反応
容器と、当該反応容器の少なくとも内部に設けられ、金
属電極を誘電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接
地電極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガ
ス供給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガス
を導入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器
の内部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容
器から一定のガスを放出する排気ガス管とを備え、前記
高電圧印加電極及び／または接地電極は、誘電体材料と
して液体誘電体を単独で、或いは固体誘電体と併用して
使用したことを特徴とする大気圧プラズマ反応装置。
【請求項４】大気圧プラズマ反応を起させるための反応
容器と、当該反応容器の内部に設けられ、金属電極を誘
電体で覆って構成した高電圧印加電極及び接地電極と、
前記反応容器の外部に設けられ、前記接地電極と同極性
の電極と、前記反応容器の内部に希ガスを導入する希ガ
ス供給管と、前記反応容器の内部にフロロカーボンガス
を導入するフロロカーボンガス供給管と、前記反応容器
の内部に他ガスを導入する他ガス供給管と、前記反応容
器から一定のガスを放出する排気ガス管とを備え、前記
高電圧印加電極及び／または接地電極は、誘電体材料と
して液体誘電体を単独で、或いは固体誘電体と併用して
使用したことを特徴とする大気圧プラズマ反応装置。