JP6722461B2

JP6722461B2 - 粉体処理装置及び方法

Info

Publication number: JP6722461B2
Application number: JP2016011704A
Authority: JP
Inventors: 文彦廣瀬; 森本　洋史; 洋史森本
Original assignee: Nippon Pneumatic Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pneumatic Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-01-25
Also published as: WO2017130981A1; EP3409351A4; JP2017131803A; EP3409351B1; EP3409351A1

Description

本発明は粉体、微粒子の表面処理を行う粉体処理装置及び方法に関する。

親水化された粉体材料は、プラスチックの再処理過程で発生する粉体の高機能化に利用される。たとえば、非特許文献１によれば、廃材から出る繊維強化プラスチックを粉末にして、表面を親水化させることで、油と水が混在した廃水やエマルジョンからの油分の除去が可能であることが示されている。この事例は、機能性微粒子を水に分散することによって、水質浄化や物質回収などを可能にする事例である。また親水化された粉体の利用例として、ナノシリカ粉体を親水化しておき、それを外壁材とすることで、表面が親水化し、汚れにくい壁材とする事例が、非特許文献２に紹介されている。粉体の親水化処理は、水性溶媒に粉体を分散させてペーストとして使用する用途として、化粧品、塗装用材、印刷用インクの製造過程で広く使われている。

上記の用途に供する粉体の親水化方法として、粉体表面をプラズマ等で処理したり、オゾンなどの酸化ガスに曝したりすることで、表面をハイドロキシル化することが行われる。しかし、粉体表面をハイドロキシル化させると、粉体同士が吸着しあい、凝集し、また保存容器に固着してしまう問題が生じる。この現象は、ハイドロキシル化された表面が、微粒子同士の接触界面において水素結合を形成するためと考えられる。粉体処理の分野では、粉体のサイズを所望の範囲で揃えるために、粉砕や分級を行うが、親水化された粉体をジェットミルにかけると、固着による粒の巨大化や角礫化などの好ましくはない現象が発生してしまう。上記の問題を避けるために、微粒子の保存、粉砕、分級を行う際には、粉体を一旦シランカップリング剤に浸けることで、表面のハイドロキシル基を炭化水素で終端し、表面を疎水化させておく。そして、水溶性溶媒に分散させる直前で親水化を行う。

従来、微粒子表面を親水化させる方法として、微粒子自体をプラズマガスに曝すことが提案されている。たとえば特許文献１においては、粉体を回転するドラムに格納し、ドラムの胴体とドラムの軸に電極を配し、高周波電界をかけることで放電させ、粉体をドラム内で回転撹拌させながらプラズマガスに当てる方法が示されている。この方法において、粉体をプラズマガスにあてるため、一旦粉体を容器内にセットし、処理後取り出す必要があり、たとえば連続的に粉体を導入し、処理が終わった粉体を途切れなく取り出すことが困難であった。また、粉体処理の世界では、同じサイズの揃った粉体のみを取り出す分級機能があることが求められているが、ここで示される装置では、表面処理後に別途分級器を準備する必要があった。さらにプラズマ処理においては、粉体を扱うために、大気圧での処理が望まれていた。真空装置を用いると粉体が微細であるため、真空ポンプに吸い込まれてしまう事故があるからである。プラズマを発生するために、電極を用いて高周波電界による放電を起こす場合、大気圧ではプラズマは電極近傍に集中し、たとえば特許文献１のようなドラムでの方式では、粉体を格納する容器内に均一にプラズマを発生させることは困難であった。したがって、ドラム内部を１００Ｐａ以下の低圧とし、減圧下でプラズマが均一化する性質を利用して処理していた。つまり粉体を格納する容器を減圧状態にする必要があり、真空装置によるコスト高が生じ、また減圧状態の容器に粉体を連続投入し、処理後の粉体を連続的に取り出すことは著しく困難であり、粉体処理のスループットが制限されることが問題とされていた。

平成13年度報告技術報告大分産業科学技術センター 120 http://www.nichiha.co.jp/wall/microguard/chosinsui.html

特開２０１４−１５７７６０

本発明は、上述した事情に鑑み、粉体をプラズマ処理で親水化を行う上で、粉体の連続投入が可能で、かつプラズマによる処理時間を自由に可変でき、かつ処理が終了した粉体を連続的に取り出すことを可能とする、大気圧での粉体処理装置及び方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の第１の態様は、
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理装置であって、
円筒状基体と、
前記円筒状基体の外側及び内側に相対向し且つ周方向にずらして配置され、軸方向に亘って、周方向に間欠的に設けられた外側電極及び内側電極と、
前記外側電極を覆う誘電体層と、
前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記円筒状基体の内方に軸方向の一端側から他端側に当該円筒状基体の内壁に沿って輸送ガスと共に前記粉体を流入する粉体輸送手段と、
前記粉体輸送手段により流入され、表面処理された処理粉体を回収する回収手段と
を具備し、前記高周波電源により前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加して前記内側電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を前記回収手段で回収することを特徴とする粉体処理装置にある。

本発明の第２の態様は、
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理装置であって、
円筒状基体と、
前記円筒状基体の外側及び内側に相対向し且つ周方向にずらして配置され、軸方向に亘って、周方向に間欠的に設けられた外側電極及び内側電極と、
前記外側電極及び前記内側電極の何れか一方を覆う誘電体層と、
前記円筒状基体の前記誘電体層が設けられた側とは反対側に近接して設けられ、前記円筒状基体との間に流路を形成する流路形成円筒管と、
前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の流路に軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を流入する粉体輸送手段と、
前記粉体輸送手段により流入され、表面処理された処理粉体を回収する回収手段と
を具備し、前記高周波電源により前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加して前記流路内の電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を前記回収手段で回収することを特徴とする粉体処理装置にある。

本発明の第３の態様は、
前記流路形成円筒管が前記円筒状基体の内側に設けられ、前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の前記流路の軸方向の端部は封止されており、前記粉体輸送手段は、前記流路の軸方向の一端側の周方向の所定箇所に設けられたガス流入口から前記輸送ガスと共に前記粉体を流入し、前記回収手段は、前記流路の軸方向の他端側の周方向の所定箇所に設けられたガス排気口から排出されるガスから処理粉体を回収する
ことを特徴とする第２の態様に記載の粉体処理装置にある。

本発明の第４の態様は、
前記流路形成円筒管の内側に排出流路管が配置され、前記流路の軸方向の他端部は前記排出流路管の一端部に連通し、前記回収手段は、前記流路形成円筒管の一端側に位置する前記排出流路管の他端部から排出されるガスから処理粉体を回収する
ことを特徴とする第３の態様に記載の粉体処理装置にある。

本発明の第５の態様は、
前記円筒状基体は、軸方向が重力方向となるように配置され、前記粉体輸送手段は、重力方向下側から前記粉体を流入し、前記回収手段は、重力方向上側から処理粉体を回収する
ことを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載の粉体処理装置にある。

本発明の第６の態様は、
前記円筒状基体は、軸方向が重力方向となるように配置され、前記粉体輸送手段は、重力方向上側から前記粉体を流入し、前記回収手段は、重力方向下側から処理粉体を回収する
ことを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載の粉体処理装置にある。

本発明の第７の態様は、
前記輸送ガスは、アルゴン、ヘリウム、空気、窒素、酸素及び塩素から選択される一種のガス又は複数のガスの混合ガスであることを特徴とする第１〜６の何れかの態様に記載の粉体処理装置にある。

本発明の第８の態様は、
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理方法であって、
円筒状基体の外側及び内側に外側電極及び内側電極を、相対向し且つ周方向にずらし、前記円筒状基体の軸方向に亘って、周方向に間欠的に配置し、前記外側電極を誘電体層で覆い、前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加することにより前記内側電極の近傍にプラズマを発生させると共に、前記円筒状基体の軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を流入するようにし、該粉体を輸送しながらプラズマに接触することで表面処理を行い、前記他端側から処理粉体を回収する
ことを特徴とする粉体処理方法にある。

本発明の第９の態様は、
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理方法であって、
円筒状基体の外側及び内側に外側電極及び内側電極を、相対向し且つ周方向にずらし、軸方向に亘って、周方向に間欠的に配置し、前記外側電極及び前記内側電極の一方を誘電体層で覆い、前記円筒状基体の前記誘電体層が設けられた側とは反対側に近接して流路形成円筒管を設けて前記円筒状基体との間に流路を形成し、前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加しながら前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の流路に軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を流入し、前記流路内の電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を回収することを特徴とする粉体処理方法にある。

本発明の第１０の態様は、
前記粉体の導入を連続的に行うと同時に、前記処理粉体を連続的に回収することを特徴とする第８又は９の態様に記載の粉体処理方法にある。

本発明によれば、粉体に効率よくプラズマ処理を施すことが可能になり、プラズマ処理の時間を容易に設定・変更できるので、粉体において濡れ疎水性の制御が可能になる。上記の処理を行う上において、真空排気装置が不要であり、かかるコストを抑え、連続的に粉体を処理装置に投入でき、自動的に粉体を回収でき、粉体の処理時間の短縮化をもたらすという効果を奏する。

本発明の実施形態１を説明するプラズマ粉体処理装置の概略構成図。本発明の実施形態２を説明するプラズマ粉体処理装置の概略構成図。本発明の実施形態３を説明するプラズマ粉体処理装置の概略構成図。本発明の実施例１における、プラズマ処理を施した粉体の水分散性の評価結果。

以下、本発明を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る粉体処理装置の概略構成を示す横断面及び縦断面を示す。これらの図面に示すように、円筒状基体１の外側及び内側には、それぞれ複数の外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄが設けられている。

複数の外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄは、例えば、銅板からなり、円筒状基体１の周方向に均等に配置され、４組の対向電極を構成している。複数の外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄは、それぞれ円筒状基体１を挟んで部分的に相対向するが部分的に周方向にずれた状態で設けられている。複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと内側電極３Ａ〜３Ｄとは、それぞれ軸方向に延びる短冊状の形状であり、全ての電極の形状は同一であるが、周方向に一致する幅方向において部分的に相対向し、部分的に相対向しない状態となっている。

４組の対向電極となる外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄには、それぞれ高周波電源４が接続され、４組の対向電極となる外側電極２Ａ〜２Ｄと内側電極３Ａ〜３Ｄとの間に高周波電圧が印加できるようになっている。なお、外側電極２Ａ〜２Ｄを例えば端部で連結し、また、内側電極３Ａ〜３Ｄを例えば端部で連結し、１つの高周波電源４で４組の対向電極となる外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄに高周波電圧が印加できるようにしてもよい。

また、外側電極２Ａ〜２Ｄの表面を覆うように誘電体層５が設けられている。誘電体層５は、テープ状の誘電体を貼付するようにしてもよいし、誘電材料を塗布して形成してもよい。

本実施形態では、円筒状基体１の内側に、所定距離だけ離間して同心状に配置された流路形成円筒管６が設けられている。流路形成円筒管６は、円筒状基体１との間に流路７を形成するためのものである。円筒状基体１及び流路形成円筒管６は、軸方向を鉛直方向に沿うように立設されており、円筒状基体１及び流路形成円筒管６の上部及び下部の端部開口は、蓋部材８、９により封止されている。これにより、円筒状基体１の内壁の近傍に円環筒状の流路７が形成されている。

また、円筒状基体１の下部の周方向の所定位置には、ガス流入口１ａが設けられ、ガス流入口１ａにはガス流入管１０が連結されている。一方、円筒状基体１の上部の周方向の前記所定位置にとは反対側にガス排出口１ｂが設けられ、ガス排出口１ｂにはガス排出管１１が連結されている。

さらに、ガス流入管１０には、輸送ガスであるキャリアとなるガス、たとえばアルゴンやヘリウム、空気等を流入すると同時に被処理粉体１２を導入する粉体輸送手段１３が接続され、一方、ガス排出管１１には、被処理粉体１２を表面処理した処理粉体１２Ａを回収する回収手段１４が接続されている。

本発明において、流入するガスは被処理粉体１２の気体輸送を担うキャリアとして効を奏するが、アルゴンやヘリウムを用いることが好適である。また空気や酸素、水蒸気などの酸素を含む分子をキャリアとすることで、効果的に粉体表面をプラズマで酸化することができ、親水化のための速度を高めることにつながる。また窒素を含むガスを含有させると、粉体表面を窒化せしめ、たとえば金属微粒子においては窒化による表面の高硬度化が期待できる。またキャリアガスを塩素とすることで、粉体表面のエッチングが進み、さらに細かい粒径の粉体を得ることが可能になる。上記効果は、上記ガス単体ではなく、自由に組みわせて流しても効果を奏する。

このような装置で、粉体処理方法を実施するには、複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと、内側電極３Ａ〜３Ｄとに高周波電圧を印加しながら、流路７の下端部に連通するガス流入管１０からキャリアガスと共に被処理粉体１２を導入すればよい。

複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと、内側電極３Ａ〜３Ｄとに高周波電圧を印加すると、外側電極２Ａ〜２Ｄは、誘電体層５で覆われているので、外側の外側電極２Ａ〜２Ｄでの放電が防止され、円筒状基体１の内側の内側電極３Ａ〜３Ｄ付近で誘電体バリア放電が起きる。ここで、外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄは、それぞれ円筒状基体１を挟んで部分的に相対向するが部分的に周方向にずれた状態で設けられているので、内側電極３Ａ〜３Ｄの外側電極２Ａ〜２Ｄと対向する側の端部に局所プラズマが発生する。このときのプラズマ１５の密度は、円筒状基体１の内面から半径方向内側方向より内側電極３Ａ〜３Ｄとは反対方向の方向に傾斜する。そして、このようなプラズマ１５の密度の偏りにより、流路７内には、回転気流１６が発生する。回転気流１６の方向は、図１（ａ）では、反時計回りとなる。よって、この状態で、流路７の下端部に連通するガス流入管１０からキャリアガスと共に導入された被処理粉体１２は、プラズマ１５と接触してプラズマ処理されつつ、回転気流１６により反時計回りに回転しながら上方へ搬送され、処理粉体１２Ａとしてガス排出管１１から排出される。

本発明において、複数の外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄは、それぞれ円筒状基体１を挟んで部分的に相対向するが部分的に周方向にずれた状態で設けられているので、偏ったプラズマ１５を発生し、回転気流１６を生成するので、プラズマアクチュエータと呼称する。かかる複数のプラズマアクチュエータは、円筒状基体１の中心軸を中心に、等角度で配置することが望ましい。被処理粉体１２は回転気流１６にのってプラズマ１５に曝されるが、複数のプラズマアクチュエータを配置することで、一つの被処理粉体１２は排気されるまで、何度もプラズマ１５に当たり、１回のみの照射に比べて、高い表面処理効率を得ることができる。またプラズマアクチュエータを等角度で配置することで、回転気流１６を均一に二重円筒管内部の流路７に発生させることができる。

この方式において、被処理粉体１２がプラズマ１５に曝される時間は、ガス流入管１０から供給されるガス流量に依存し、流量を少なくすると、二重円筒管内の流路７における被処理粉体１２の上昇速度が遅くなり、実質的なプラズマ処理時間を長くすることができ、また、流量を多くすると、プラズマ処理時間を短くすることができ、比較的容易にプラズマ処理時間、すなわち、プラズマ処理の程度を変更することができる。

この方式において、粉体の質量のばらつきがある場合、過度に重い粒子は、らせん流の上昇気流で浮揚せず、二重円筒管の底部たまり、ある程度質量の軽い粒子のみ浮揚させることができ、結果的に軽い粒子のみを取り出すことができる。すなわち、本装置は、分級器としても活用が可能である。浮揚条件は粉体の重さと流量で決まるため、キャリアガスの流量により適宜分級される質量の設定が可能になる。

上記装置において、流路形成円筒管６を設けて二重円筒管としたのは、プラズマ１５を二重円筒管内の流路７で発生させ、そこを被処理粉体１２の経路とすることで、効率よく被処理粉体１２とプラズマ１５とを接触させるための工夫である。この方式において、被処理粉体１２の流路７は大気圧であり、この場合発生するプラズマ１５のプラズマ領域は電極付近から５ｍｍから１ｃｍ程度に限られることから、二重円筒管の円筒状基体１と流路形成円筒管６との空隙の距離はプラズマ１５の発生する範囲内の１ｃｍ以下に狭めるのが好ましく、これにより効率よく被処理粉体１２をプラズマ１５に曝すことができる。

円筒状基体１に設けた内側電極３Ａ〜３Ｄを誘電体層で覆い、円筒状基体１の外側に流路形成円筒管６を設けてもよい。また、外側電極２Ａ〜２Ｄ及び内側電極３Ａ〜３Ｄを円筒状基体１だけでなく、流路形成円筒管６にも設けてもよい。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係る粉体処理装置の概略構成を示す横断面及び縦断面を示す。

図２に示すように、この装置は、円筒状基体１の内側に、流路形成円筒管２１及び排出流路管となる流路形成円筒管２２を同心状に設けて三重管構造としたものである。なお、実施形態１と同様な作用を示す部材は、同一符号を付して重複する説明は省略する。

円筒状基体１の上端を封止する蓋部材８Ａは、円筒状基体１のみを封止し、内側に設けた流路形成円筒管２１及び２２の上端部は、蓋部材８Ａから離間し、流路形成円筒管２１及び２２の間の空間は蓋部材２３で封止されている。一方、円筒状基体１及び流路形成円筒管２１及び２２の下端部は、流路形成円筒管２２の下端の開口部に対応した領域に開口部を有する蓋部材９Ａで封止され、開口部はガス排出口１ｃとなっている。このような構成で、円筒状基体１と流路形成円筒管２１との間には、実施形態１と同様な流路７Ａが形成され、流路７Ａは、上端部の円盤状の流路７Ｂに連通し、円盤状の流路７Ｂは、その中央部が流路形成円筒管２２の内方に形成された流路７Ｃに連通し、流路７Ｃがガス排出口１ｃに連通する。

このような装置で、粉体処理方法を実施するには、複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと、内側電極３Ａ〜３Ｄとに高周波電圧を印加しながら、流路７Ａの下端部に連通するガス流入管１０からキャリアガスと共に被処理粉体１２を導入すればよい。

複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと、内側電極３Ａ〜３Ｄとに高周波電圧を印加すると、外側電極２Ａ〜２Ｄは、誘電体層５で覆われているので、外側の外側電極２Ａ〜２Ｄでの放電が防止され、円筒状基体１の内側の内側電極３Ａ〜３Ｄ付近で誘電体バリア放電が起きる点は実施形態１と同様である。よって、実施形態１と同様に、プラズマ１５の密度の偏りにより、流路７Ａ内には、回転気流１６が発生する。回転気流１６の方向は、図２（ａ）に示すように、上方向から見て反時計回りとなり、この状態で、流路７Ａの下端部に連通するガス流入管１０からキャリアガスと共に導入された被処理粉体１２は、プラズマ１５と接触してプラズマ処理されつつ、回転気流１６により反時計回りに回転しながら上方へ搬送され、円盤状の流路７Ｂに入る。流路７Ｂ内も全体として反時計回りの回転気流となり、プラズマ処理された粉体は、処理粉体１２Ａとして中央部の流路７Ｃを下降してガス排出口１ｃから排出される。

なお、この装置におけるプラズマ処理は実施形態１と同様である。また、分級器として使用できる点も同様である。さらに、流路形成円筒管２１を円筒状基体１の外側に設けて三重管構造にしてもよい。また、本実施形態では、流路形成円筒管２２の内側及び外側に電極を配置して流路７Ｃ内にプラズマを発生させて微粒子が落下して回収される際にプラズマ処理するようにしてもよい。

また、本実施形態では、処理粉体１２Ａの取出し口が装置の下部になるので、処理粉体１２Ａは重力で連続的に下部に輸送されるため、処理粉体１２Ａを回収する装置や、分級、粉砕などの処理を行う装置を連結しやすくなる効果がある。

なお、ガス流入管１０を円筒状基体１の上部に設け、円盤状の流路７Ｃを下端部に設け、排出流路管となる流路形成円筒管２３の上部から処理粉体１２Ａを回収するようにしてもよい。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３に係る粉体処理装置の概略構成を示す横断面及び縦断面を示す。

図３に示すように、この装置は、円筒状基体１の上端部にガス流入口１ａを設け、これにガス流入管１０を連結し、下端部に下側にガイド部材２５を介して回収容器２６を連結した以外は、実施形態１と同様である。なお、実施形態１と同様な作用を示す部材は、同一符号を付して重複する説明は省略する。

このような装置で、粉体処理方法を実施するには、複数の外側電極２Ａ〜２Ｄと、内側電極３Ａ〜３Ｄとに高周波電圧を印加しながら、流路７の上端部に連通するガス流入管１０からキャリアガスと共に被処理粉体１２を導入すればよい。これにより、被処理粉体１２は、流路７内を反時計回りに旋回、下降しながらプラズマ処理される。この場合、処理粉体１２Ａは自由落下して下に落ちて、ガイド部材２５を介して回収容器２６に格納される。本方式では、分級の効果は失われるが、自由落下させて自動的に回収容器２６に回収されるため、処理粉体１２Ａの回収が容易になる利点がある。

本発明において、複数のプラズマアクチュエータを円筒管の軸を中心に、等角度で配置することが望ましい。粉体は回転気流にのってプラズマに曝されるが、複数のプラズマアクチュエータを配置することで、一つの粉体は排気されるまで、何度もプラズマに当たり、１回のみの照射に比べて、高い表面処理効率を得ることができる。またプラズマアクチュエータを等角度で配置することで、回転気流を均一に二重円筒管内部に発生させることができる。

本発明において、流入するガスは粉体の気体輸送を担うキャリアとして効を奏するが、アルゴンやヘリウムを用いることが好適である。また空気や酸素、水蒸気などの酸素含む分子をキャリアとすることで、効果的に粉体表面をプラズマで酸化することができ、親水化のための速度を高めることにつながる。また窒素を含むガスを含有させると、粉体表面を窒化せしめ、たとえば金属微粒子においては窒化による表面の高硬度化が期待できる。またキャリアガスを塩素とすることで、粉体表面のエッチングが進み、さらに細かい粒径の粉体を得ることが可能になる。上記効果は、上記ガス単体ではなく、自由に組みわせて流しても効果を奏する。

以上説明した実施形態では、キャリアガスと共に導入する被処理粉体１２を、円筒状基体１と流路形成円筒管６又は２１との間に流路を形成して導入したが、例えば、円筒状基体１の内面近傍のみにキャリアガスと共に被処理粉体１２が流れるような導入方法を採用することができれば、流路形成円筒管６や２１を必ずしも設ける必要はない。

しかしながら、円筒状基体１のみとし、流路形成円筒管６又は２１を設けないで、単純円筒管構造とした場合、プラズマ処理の効果は出るが、円筒の中央付近で気流のたまりができ、プラズマ処理が不十分な粉体がそこで貯まることになり、効果の均一性の点で不十分になる可能性が高いと考えられる。

また、上述した実施形態では、円筒状基体１等をその軸方向を重力方向に一致するように配置したが、例えば、水平方向、水平方向又は重力方向から傾斜した方向に一致するように配置してもよい。

本発明において、図１、図２、図３に示される装置を用いて、ナイロン系樹脂微粒子で平均粒径が２０μｍのものをプラズマ処理する試験を行った。このとき用いたキャリアガスはヘリウムで、導入量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。使用した円筒二重管であるが、内管が８０ｍｍ外径で、外管が１００ｍｍ外形で、それぞれ長さは１００ｍｍであった。円筒管の厚みは３ｍｍで、アクリルを素材とした。プラズマアクチュエータであるが、管の中心軸に対して四方に配置し、１個のアクチュエータの電極の長さは１００ｍｍで、内管側は１５ｍｍ幅、外管側が１５ｍｍ幅とした。電極の材質は、銅箔で厚み５０μｍである。印加した電圧は、外管側をアースとし、内管側に周波数１５ｋＨｚで１３ｋＶの電圧を印加した。処理時間、粉体を投入してから回収するまでおよそ１５秒である。

処理した粉体の親水および疎水性を評価するために、純水に撹拌して分散するかどうかを評価した。図４に示されるように、プラズマ処理される前の粉体は完全に疎水であり、水面に浮いて凝集してしまうことがわかる。これに対して、プラズマ処理を行うと、水中に分散し白く白濁していることがわかる。３種類の装置で処理した処理粉体は、何れも同じ結果となった。

上記の効果は、ナイロン樹脂の表面の炭化水素が酸化し、表面にハイドロキシル基が形成され、疎水から親水に変わったことを示す。本効果は、疎水性粉体を水中分散の効果を得て、水溶性ペースト化するのに有効である。水溶性ペーストとすることで、静電気の帯電を防止し、水性インクとして塗装を容易にする効果をもたらす。

本発明の利用分野の一例を挙げれば、粉体の濡れ性疎水性の制御、粉体を含有した水溶性ペースト剤、水質浄化プロセスに使用することが可能である。

１・・・円筒状基体
１ａ・・・ガス流入口
１ｂ、１ｃ・・・ガス排出口
２Ａ〜２Ｄ・・・外側電極
３Ａ〜３Ｄ・・・…内側電極
４・・・高周波電源
５・・・誘電体層
６、２１、２２・・・流路形成円筒管
７、７Ａ〜７Ｃ・・・流路
８、８Ａ、９、９Ａ蓋部材
１０・・・ガス流入管
１１・・・ガス排出管
１２・・・被処理粉体
１２Ａ・・・処理粉体
１５・・・プラズマ
１６・・・回転気流

Claims

被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理装置であって、
円筒状基体と、
前記円筒状基体の外側及び内側に部分的に相対向し且つ部分的に周方向にずらして配置され、軸方向に亘って、周方向に間欠的に設けられた外側電極及び内側電極と、
前記外側電極を覆う誘電体層と、
前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記円筒状基体の内方に軸方向の一端側から他端側に当該円筒状基体の内壁に沿って輸送ガスと共に前記粉体を流入する粉体輸送手段と、
前記粉体輸送手段により流入され、表面処理された処理粉体を回収する回収手段と
を具備し、前記高周波電源により前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加して前記内側電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を前記回収手段で回収することを特徴とする粉体処理装置。
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理装置であって、
円筒状基体と、
前記円筒状基体の外側及び内側に部分的に相対向し且つ部分的に周方向にずらして配置され、軸方向に亘って、周方向に間欠的に設けられた外側電極及び内側電極と、
前記外側電極及び前記内側電極の何れか一方を覆う誘電体層と、
前記円筒状基体の前記誘電体層が設けられた側とは反対側に近接して設けられ、前記円筒状基体との間に流路を形成する流路形成円筒管と、
前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の流路に軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を流入する粉体輸送手段と、
前記粉体輸送手段により流入され、表面処理された処理粉体を回収する回収手段と
を具備し、前記高周波電源により前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加して前記流路内の電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を前記回収手段で回収することを特徴とする粉体処理装置。
前記流路形成円筒管が前記円筒状基体の内側に設けられ、前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の前記流路の軸方向の端部は封止されており、前記粉体輸送手段は、前記流路の軸方向の一端側の周方向の所定箇所に設けられたガス流入口から前記輸送ガスと共に前記粉体を流入し、前記回収手段は、前記流路の軸方向の他端側の周方向の所定箇所に設けられたガス排気口から排出されるガスから処理粉体を回収する
ことを特徴とする請求項２に記載の粉体処理装置。
前記流路形成円筒管の内側に排出流路管が配置され、前記流路の軸方向の他端部は前記排出流路管の一端部に連通し、前記回収手段は、前記流路形成円筒管の一端側に位置する前記排出流路管の他端部から排出されるガスから処理粉体を回収する
ことを特徴とする請求項３に記載の粉体処理装置。
前記円筒状基体は、軸方向が重力方向となるように配置され、前記粉体輸送手段は、重力方向下側から前記粉体を流入し、前記回収手段は、重力方向上側から処理粉体を回収する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の粉体処理装置。
前記円筒状基体は、軸方向が重力方向となるように配置され、前記粉体輸送手段は、重力方向上側から前記粉体を流入し、前記回収手段は、重力方向下側から処理粉体を回収する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の粉体処理装置。
前記輸送ガスは、アルゴン、ヘリウム、空気、窒素、酸素及び塩素から選択される一種のガス又は複数のガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の粉体処理装置。
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理方法であって、
円筒状基体の外側及び内側に外側電極及び内側電極を、部分的に相対向し且つ部分的に周方向にずらし、前記円筒状基体の軸方向に亘って、周方向に間欠的に配置し、前記外側電極を誘電体層で覆い、前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加することにより前記内側電極の近傍にプラズマを発生させると共に、前記円筒状基体の軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を連続的に流入するようにし、該粉体を輸送しながらプラズマに接触することで表面処理を行い、前記他端側から処理粉体を連続的に回収することを特徴とする粉体処理方法。
被処理対象となる粉体をプラズマ処理する粉体処理方法であって、
円筒状基体の外側及び内側に外側電極及び内側電極を、部分的に相対向し且つ部分的に周方向にずらし、軸方向に亘って、周方向に間欠的に配置し、前記外側電極及び前記内側電極の一方を誘電体層で覆い、前記円筒状基体の前記誘電体層が設けられた側とは反対側に近接して流路形成円筒管を設けて前記円筒状基体との間に流路を形成し、前記外側電極と前記内側電極との間に高周波電圧を印加しながら前記円筒状基体と前記流路形成円筒管との間の流路に軸方向の一端側から他端側に輸送ガスと共に前記粉体を連続的に流入し、前記流路内の電極近傍にプラズマを発生させて前記粉体をプラズマと接触させ、プラズマにより表面処理された処理粉体を連続的に回収することを特徴とする粉体処理方法。