WO2018225433A1 - ナノダイヤモンド合成用爆薬体 - Google Patents

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WO2018225433A1
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explosive
nanodiamond
explosive body
initiation
detonation
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PCT/JP2018/017593
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間彦智明
伊奈智秀
石本大祐
外本和幸
田中茂
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株式会社ダイセル
国立大学法人熊本大学
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/08—Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25—Diamond
    • C01B32/26—Preparation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B1/00—Explosive charges characterised by form or shape but not dependent on shape of container
    • F42B1/02—Shaped or hollow charges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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    • C06B25/04—Compositions containing a nitrated organic compound the nitrated compound being an aromatic
    • C06B25/06—Compositions containing a nitrated organic compound the nitrated compound being an aromatic with two or more nitrated aromatic compounds present
    • C06B25/08—Compositions containing a nitrated organic compound the nitrated compound being an aromatic with two or more nitrated aromatic compounds present at least one of which is nitrated toluene

Definitions

  • the present invention relates to an explosive body that can be used for the synthesis of nanodiamonds by the detonation method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-111342 dated June 6, 2017, and uses all the contents described in the application.
  • the detonation method is known as a method for synthesizing nanodiamonds.
  • an explosive with a predetermined composition is exploded in, for example, a sealed container, and the explosive used is partially incompletely combusted, and the released carbon is used as a raw material for the pressure and energy of the shock wave generated by the explosion.
  • Nanodiamonds are generated by the action of.
  • Such techniques relating to the detonation method are described, for example, in Patent Documents 1 to 3 below.
  • the present invention has been conceived under such circumstances, and to provide an explosive body for synthesizing nanodiamond suitable for improving the yield in nanodiamond synthesis by detonation, Objective.
  • the explosive body for synthesizing nanodiamond provided by the present invention includes an explosive body having a frustum portion and a columnar portion.
  • the frustum portion has an upper bottom surface having an opening end of the initiation portion assembly hole, and an inclined side surface forming a virtual vertex angle on the upper bottom surface side.
  • the columnar portion is connected to a side opposite to the upper bottom surface in the frustum portion and extends in a direction away from the upper bottom surface.
  • the upper bottom surface of the frustum portion is narrower than the lower bottom surface assumed at the boundary with the columnar portion in the frustum portion, and the inclined side surfaces of the frustum portion are Between the upper bottom surface and the lower bottom surface, it is inclined so as to form a virtual vertex angle on the upper bottom surface side. That is, the frustum portion has a shape in which the area of the cross section perpendicular to the separation direction of both surfaces gradually decreases from the lower bottom surface of the relatively wide ridge assumption to the relatively narrow upper bottom surface.
  • one bottom surface assumed at the boundary between the columnar portion and the frustum portion is connected to a lower bottom surface assumed at the frustum portion.
  • Such an explosive body for synthesizing nanodiamonds is used in such a manner that a detonation part, which is a detonation unit, is inserted into a detonation part assembly hole of the explosive body, for example, and the explosive body via the detonation part assembled to the explosive body Is detonated.
  • the initiation unit or part of the explosive part is inserted into the explosive body for a certain length of time, and the initiation unit is supplied with the initiation energy. It is necessary to supply and cause the explosion phenomenon of the unit to occur in the explosive body. Further, the initiation energy proceeds so as to propagate in the initiation unit assembled in the explosive body from a portion outside the explosive body to a portion in the explosive body.
  • the explosive body of the nanodiamond synthesis explosive body of the present invention is a cone having a shape in which the area of the cross section perpendicular to the both-side separation direction gradually decreases from the lower bottom surface to the relatively lower upper surface. It has a base part, and has an opening end of an initiation part assembly hole on the narrow upper bottom surface of the frustum part.
  • Such a configuration is suitable for reducing the area (upper bottom surface) having the opening end of the initiation part assembly hole and the vicinity thereof, and reducing the region that is difficult to reach a steady detonation after the initiation, and therefore, in the entire explosive body. It is suitable for increasing the proportion of the area that reaches the steady detonation after detonation.
  • Such an explosive for synthesizing nanodiamond is suitable for improving the yield in the synthesis of nanodiamond by detonation.
  • the above-mentioned virtual apex angle formed by the inclined side surface of the frustum portion is preferably 20 ° to 130 °, more preferably 20 ° to 30 °.
  • Such a configuration contributes to an improvement in yield in detonation nanodiamond synthesis performed using the nanodiamond synthesis explosive body.
  • the frustum portion preferably has a truncated cone shape.
  • the frustum portion has a truncated cone shape
  • the columnar portion has a cylindrical shape
  • the explosive body is a rotationally symmetric body. The higher the symmetry of the shape of the explosive body, the more suitable it is to increase the proportion of the entire explosive body that occupies a region that leads to steady detonation, and therefore, it is suitable for improving the yield of nanodiamonds.
  • the explosive body for synthesizing nanodiamonds preferably further includes an initiating portion having a portion inserted into the initiating portion assembly hole.
  • This initiation part preferably has a detonator part and an explosive agent part.
  • the explosive agent part is preferably arranged so as to straddle the boundary between the frustum part and the columnar part.
  • the insertion length of the initiation portion into the initiation portion assembly hole that is, the penetration length L of the initiation portion into the explosive body is preferably 1 to 50 mm, more preferably 2 to 40 mm, and more preferably 5 to 30 mm.
  • the configuration in which the explosive body for synthesizing the nanodiamond includes the above-described initiation portion as an initiation unit is suitable for efficiently initiating the explosive body, and thus contributes to the improvement of the yield of nanodiamond.
  • the explosive body of the nanodiamond synthesis explosive body preferably contains a composite explosive.
  • the composite explosive preferably comprises 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and hexogen (RDX) as the explosive base.
  • TNT 2,4,6-trinitrotoluene
  • RDX hexogen
  • the mass ratio of TNT and RDX in the explosive main component in the composite explosive is preferably 30:70 to 70:30.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • A) is a schematic cross-sectional view of the explosive body of Example 1
  • (b) is a schematic cross-sectional view of the explosive body of Comparative Example 1.
  • FIG. 1 and 2 show an explosive body X that is an explosive body for synthesizing nanodiamonds according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of explosive body X
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the explosive body X is provided with an explosive body 10 and an initiating portion 20, and is used for a detonation method as a nanodiamond synthesis method.
  • the explosive body 10 of the explosive body X has a shape including a frustum portion 11 and a columnar portion 12.
  • the frustum portion 11 has an upper bottom surface 11a and an inclined side surface 11b.
  • a hole H for assembling the initiation portion is opened. That is, the opening end Ha of the hole H is formed in the upper bottom surface 11a.
  • the inclined side surface 11b is inclined so as to form a virtual apex angle ⁇ shown in FIG. 2 on the upper bottom surface 11a side.
  • the upper bottom surface 11a of the frustum portion 11 is narrower than the lower bottom surface 11c assumed at the boundary with the columnar portion 12 in the frustum portion 11, and the inclined side surface 11b of the frustum portion 11 is It is inclined between the upper bottom surface 11a and the lower bottom surface 11c so as to form a virtual vertex angle ⁇ on the upper bottom surface 11a side.
  • the frustum portion 11 has a shape in which the area of the cross section perpendicular to the separation direction of both surfaces gradually decreases from the lower bottom surface 11c assuming a relatively wide ridge to the relatively narrow upper bottom surface 11a.
  • the virtual apex angle ⁇ formed by the inclined side surface 11b is preferably 20 ° to 130 °, more preferably 20 ° to 30 °.
  • the columnar portion 12 of the explosive body X has a bottom surface 12a and a side surface 12b, is connected to a side opposite to the upper bottom surface 11a in the frustum portion 11, that is, the assumed lower bottom surface 11c, and is separated from the upper bottom surface 11a. Extend in the direction.
  • the frustum portion 11 has a truncated cone shape
  • the columnar portion 12 has a cylindrical shape
  • the explosive body 10 is a rotationally symmetric body having a rotation axis Ax.
  • Examples of the constituent material of the explosive body 10 include composite explosives.
  • a composite explosive is an explosive composition containing a powdery explosive main agent and a binder polymer.
  • Examples of explosive main agents include cyclotrimethylenetrinitramine (RDX), ie hexogen, 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 2,4,6-trinitrophenylmethylnitramine, cyclotetramethylenetetranitramine That is, octogen, nitroguanidine, pentaerythritol tetranitrate (PENT), and diazonitrophenol (DDNP).
  • RDX cyclotrimethylenetrinitramine
  • TNT 2,4,6-trinitrotoluene
  • PENT pentaerythritol tetranitrate
  • DDNP diazonitrophenol
  • one type of explosive main agent may be blended, or two or more types of explosive main agents may be blended.
  • the explosive agent in the composite explosive is preferably a mixture of TNT and RDX.
  • the mass ratio (TNT / RDX) between TNT and RDX is, for example, in the range of 30/70 to 70/30.
  • the binder polymer of the composite explosive include polyurethane and polyester.
  • the composite explosive for forming the explosive body 10 may contain a plasticizer, an anti-aging agent and the like in addition to the explosive main agent and the binder polymer.
  • Such an explosive body 10 can be produced by, for example, a filling method or a filling method.
  • a mixture composition containing a reactive component such as a polymerizable component or a crosslinking agent that forms a binder polymer and explosive main agent particles is poured into a mold and then cured, thereby forming an explosive main body.
  • a binder polymer dissolved in a solvent and explosive main agent particles are mixed in water, and the solvent is volatilized from the mixture to produce composite particles in a form in which the explosive main agent particles have a binder polymer coating on the surface. To do.
  • the composite particles obtained in this manner are pressed while being heated in a pressing container as necessary. This forms the explosive body.
  • the detonation part 20 of the explosive body X is a detonation unit for detonating the explosive body 10 when the explosive body X is used.
  • the detonation unit 20 includes a detonator unit 21 and an explosive agent unit 22.
  • Examples of the detonator for forming the detonator unit 21 include an instantaneous electric detonator, a stepped electric detonator, an anti-static detonator, an electronic delay detonator, and a conductor-type detonator.
  • Examples of the explosive agent for forming the explosive portion 22 include a high base material containing 2,4,6-trinitrophenylmethylnitramine, pentaerythritol tetranitrate, RDX, a mixture of TNT and RDX, and the like. Sensitive explosives.
  • the explosive charge part 22 is preferably provided at a position straddling the boundary between the frustum part 11 and the columnar part 12 as shown in FIG.
  • the insertion length L of the initiation portion 20 with respect to the assembly hole H that is, the penetration length L of the initiation portion 20 with respect to the explosive body 10 is preferably 1 to 50 mm, more preferably 2 to 40 mm, and more preferably 5 to 30 mm.
  • Such explosive body X can be used for nanodiamond synthesis by detonation, for example, as follows.
  • the above-mentioned explosive body X is installed inside a pressure-resistant container, and the container is sealed in a state where a predetermined gas and a used explosive coexist in the container.
  • the container is made of, for example, iron, and the volume of the container is, for example, 0.5 to 40 m 3 .
  • the explosive body X is preferably installed in a suspended state in a container. For example, it is possible to suspend the explosive body X in the container by using a lead wire for supplying current to the detonation section 20 or the detonator section 21 in the explosive body X also serving as a suspension string material.
  • an adhesive tape is used to reinforce the fixed state of the initiation portion 20 with respect to the explosive body 10.
  • the used amount or weight of the explosive body 10 is, for example, 0.05 to 2.0 kg.
  • the above gas sealed in the container together with the explosive used may have an atmospheric composition or may be an inert gas. From the viewpoint of producing nanodiamonds having a small amount of functional groups on the surface of the primary particles, the gas sealed in the container together with the explosive used is preferably an inert gas.
  • the detonation method for generating nanodiamonds is performed in an inert gas atmosphere.
  • the inert gas for example, at least one selected from nitrogen, argon, carbon dioxide, and helium can be used.
  • the detonation part 20 is ignited in the container to detonate the detonation part 20, and the explosive body 10 is detonated as a starting point to cause detonation.
  • Ignition to the initiation unit 20 is realized by supplying initiation energy such as energization to the detonator unit 21 of the initiation unit 20.
  • Detonation refers to an explosion associated with a chemical reaction in which the reaction flame surface moves at a speed exceeding the speed of sound.
  • the diamond used is generated by the action of the pressure and energy of the shock wave generated by the explosion, using the carbon that is liberated due to partial incomplete combustion of the explosive used.
  • Nanodiamond is a product obtained by the detonation method.
  • the adjacent primary particles or crystallites are very strong due to the coulomb interaction between crystal planes in addition to the action of van der Waals force. Gather and form a cohesive.
  • nanodiamonds can be synthesized by the detonation method using the explosive body X.
  • the temperature of the container and its interior is lowered by leaving it at room temperature, for example, for 24 hours.
  • the nanodiamond crude product is recovered.
  • the nano-diamond crude product (including the nano-diamond adherend and the soot produced as described above) adhering to the inner wall of the container is scraped with a spatula to recover the nano-diamond crude product. be able to.
  • the explosive body X of the explosive body X has a frustum portion 11 having a shape in which the area of the cross section perpendicular to the both-side separation direction gradually decreases from the lower bottom surface 11c assumed to be relatively wide to the relatively narrow upper bottom surface 11a.
  • the opening end Ha of the hole H for assembling the initiation portion is provided on the narrow upper bottom surface 11a of the frustum portion 11.
  • Such a configuration is suitable for reducing the area (open top surface 11a in the explosive main body 10) having the opening end of the initiation part assembly hole and the vicinity thereof, and reducing the region that is unlikely to reach steady detonation after initiation. In the whole explosive main body, it is suitable for increasing the proportion of the area that reaches the steady detonation after detonation.
  • Such an explosive body X is suitable for improving the yield in the synthesis of nanodiamond by the detonation method.
  • the virtual apex angle ⁇ shown in FIG. 2 formed by the inclined side surface 11b of the frustum portion 11 is preferably 20 ° to 130 °, more preferably 20 ° to 30 °, as described above.
  • Such a configuration contributes to an improvement in yield in the detonation nanodiamond synthesis performed using the explosive body X.
  • the frustum portion 11 has a truncated cone shape as described above.
  • the frustum part 11 has a truncated cone shape
  • the columnar part 12 has a cylindrical shape
  • the explosive body 10 is a rotationally symmetric body. The higher the symmetry of the shape of the explosive body 10, the more suitable it is for increasing the proportion of the entire area of the explosive body 10 to reach the steady detonation, and thus the yield of nanodiamonds.
  • the explosive body X includes the initiation portion 20 having the detonator portion 21 and the explosive charge portion 22, and the explosive charge portion 22 is preferably the frustum portion 11 and the columnar portion 12. It is arranged to cross the boundary.
  • the insertion length L of the initiation part 20 with respect to the hole H for assembling the initiation part, that is, the penetration length L of the initiation part 20 with respect to the explosive main body 10 is preferably 1 to 50 mm, more preferably as described above. It is 2 to 40 mm, more preferably 5 to 30 mm.
  • the configuration in which the explosive body X includes the above-described initiation portion 20 as an initiation unit is suitable for efficiently detonating the explosive body 10 and thus contributes to an improvement in the yield of nanodiamonds.
  • cluster nanodiamond can be obtained through the following purification process.
  • an acid treatment is performed by allowing a strong acid to act on the crude nanodiamond product in, for example, an aqueous solvent.
  • the nano-diamond crude product obtained by the detonation method is likely to contain a metal oxide.
  • This metal oxide is an oxide such as Fe, Co, Ni, etc. derived from the container used for the detonation method. is there.
  • the strong acid used for this acid treatment is preferably a mineral acid, and examples thereof include hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid, and aqua regia.
  • the acid treatment one type of strong acid may be used, or two or more types of strong acid may be used.
  • the concentration of the strong acid used in the acid treatment is, for example, 1 to 50% by mass.
  • the acid treatment temperature is, for example, 70 to 150 ° C.
  • the acid treatment time is, for example, 0.1 to 24 hours.
  • the acid treatment can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure.
  • the solid content (including the nanodiamond adherend) is washed with water, for example, by decantation. It is preferable to repeat the washing of the solid content by decantation until the pH of the precipitation solution reaches, for example, 2 to 3.
  • the above acid treatment may be omitted.
  • a solution oxidation treatment is performed to remove non-diamond carbon such as graphite and amorphous carbon from a nano-diamond crude product (nano-diamond adherend before completion of purification) using an oxidizing agent.
  • the nano-diamond crude product obtained by the detonation method contains non-diamond carbon such as graphite and amorphous carbon. This non-diamond carbon causes partial incomplete combustion of the explosive used. It originates from the carbon which did not form the nano diamond crystal among the free carbon.
  • non-diamond carbon can be removed from the nanodiamond crude product by applying a predetermined oxidizing agent in an aqueous solvent, for example (solution oxidation treatment).
  • a predetermined oxidizing agent used in the solution oxidation treatment include chromic acid, chromic anhydride, dichromic acid, permanganic acid, perchloric acid, and salts thereof, nitric acid, and mixed acid (a mixture of sulfuric acid and nitric acid).
  • chromic acid chromic anhydride
  • dichromic acid permanganic acid, perchloric acid, and salts thereof
  • nitric acid a mixture of sulfuric acid and nitric acid
  • mixed acid a mixture of sulfuric acid and nitric acid
  • the concentration of the oxidizing agent used in the solution oxidation treatment is, for example, 3 to 50% by mass.
  • the amount of the oxidizing agent used in the solution oxidation treatment is, for example, 300 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the nanodiamond crude product subjected to the solution oxidation treatment.
  • the solution oxidation treatment temperature is, for example, 50 to 250 ° C.
  • the solution oxidation treatment time is, for example, 1 to 72 hours.
  • the solution oxidation treatment can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. After such solution oxidation treatment, the solid content (including the nanodiamond adherend) is washed with water, for example, by decantation. When the supernatant liquid at the beginning of water washing is colored, it is preferable to repeat the washing of the solid content by decantation until the supernatant liquid becomes transparent visually.
  • Example 1 The explosive body of Example 1 having the dimensions shown in FIG.
  • the explosive body 10 of the explosive body of Example 1 is an explosive molded body having a truncated cone-shaped frustum portion 11 and a cylindrical columnar portion 12, and trinitrotoluene (TNT) and hexogen (RDX) as explosive main agents.
  • TNT trinitrotoluene
  • RDX hexogen
  • the mass of the explosive body 10 is 70 g, and its density is 1.68 g / cm 3 .
  • the mass ratio (TNT / RDX) of TNT and RDX in the explosive main agent in the explosive body 10 is 50/50.
  • the virtual apex angle ⁇ formed by the inclined side surface 11b of the frustum portion 11 of the explosive body 10 is 23 °.
  • the explosive body initiation portion 20 of the first embodiment includes a detonator portion 21 and an explosive portion 22.
  • the detonator section 21 is a cylindrical No. 6 detonator (trade name “No. 6 Instantaneous Electric Detonator”, diameter 6.9 mm ⁇ length 50 mm, manufactured by Kayak Japan Co., Ltd.).
  • the explosive charge part 22 has a cylindrical shape with a diameter of about 7 mm and a height of 14 mm, and is made of 800 mg of booster explosive.
  • the penetration length L of the initiation part 20 with respect to the explosive body 10 is 30 mm.
  • the initiation part 20 assembled to the explosive main body 10 uses an adhesive tape (not shown) to strengthen the assembled state or the fixed state.
  • the detonation method as a nanodiamond synthesis method was performed in a nitrogen atmosphere. Specifically, the explosive body of Example 1 is suspended inside a detonation chamber (iron, volume 15 m 3 ), which is a pressure-resistant container, using a current supply lead to the detonator, and the chamber is sealed. In this state, the detonator portion 21 was operated in a nitrogen atmosphere to detonate the detonator 20, and the explosive body 10 was detonated to cause detonation.
  • a detonation chamber iron, volume 15 m 3
  • the detonation method as a nanodiamond synthesis method was performed in a carbon dioxide atmosphere. Specifically, the explosive body of Example 1 is suspended inside a detonation chamber (iron, volume 15 m 3 ), which is a pressure-resistant container, using a current supply lead to the detonator, and the chamber is sealed. In this state, the detonator portion 21 was activated in a carbon dioxide atmosphere to detonate the detonator 20, and the explosive body 10 was detonated to cause detonation.
  • a detonation chamber iron, volume 15 m 3
  • the detonation method as a nanodiamond synthesis method was performed in an argon atmosphere. Specifically, the explosive body of Example 1 is suspended inside a detonation chamber (iron, volume 15 m 3 ), which is a pressure-resistant container, using a current supply lead to the detonator, and the chamber is sealed. In this state, the detonator portion 21 was operated to detonate the detonator 20 under an argon atmosphere, and the explosive body 10 was detonated to cause detonation.
  • a detonation chamber iron, volume 15 m 3
  • Examples 2 to 4 Prepared with the same design as in Example 1 except that the virtual vertex angle ⁇ is not 23 ° but 30 ° (Example 2), 90 ° (Example 3), or 120 ° (Example 4).
  • each detonation method detonation method in a nitrogen atmosphere, detonation method in a carbon dioxide atmosphere, argon atmosphere as described above with respect to Example 1 Detonation method below).
  • the yield (%) of nanodiamond (ND) was determined. The values are listed in Table 1.
  • each of the detonation methods detonation method under nitrogen atmosphere, carbon dioxide atmosphere
  • the explosive body of the detonation body of Comparative Example 1 has a cylindrical shape with a bottom surface of 32 mm in diameter and a height of 52 mm, and is composed of the same constituent materials (including TNT and RDX) as the explosive body 10 of Example 1. Its mass is 70 g.
  • the initiation part (detonator part, explosive part) of the explosive body of Comparative Example 1 has the same configuration as the initiation part 20 (detonator part 21, explosive part 22) in Example 1, and the initiation part for the explosive body is The penetration length L is 30 mm. Then, in the same manner as described above with respect to Example 1, after the nanodiamond crude product obtained by each detonation method was purified, the yield (%) of nanodiamond (ND) was determined. The values are listed in Table 1.
  • purification process was performed with respect to the nano diamond crude product obtained by the detonation method. Specifically, the slurry obtained by adding 6 L of 10 mass% hydrochloric acid to 200 g of the nanodiamond crude product was subjected to a heat treatment for 1 hour under reflux under normal pressure conditions. The heating temperature in this acid treatment is 85 to 100 ° C. Next, after cooling, the solid content (including the nanodiamond adherend and soot) was washed with water by decantation. The solid content was washed repeatedly with decantation until the pH of the precipitate reached 2 from the low pH side. Next, a mixed acid treatment as a solution oxidation treatment in the purification step was performed.
  • the residual fraction after decantation was subjected to a drying treatment to obtain a dry powder (nanodiamond powder).
  • a drying process evaporation to dryness using an evaporator was employed.
  • cluster nanodiamond powder was obtained from the nanodiamond crude product obtained by the detonation method.
  • the explosive body 10 of the explosive bodies of Examples 1 to 4 has a shape in which a truncated cone-shaped frustum portion 11 and a columnar portion 12 are connected. According to the explosive body 10 in Examples 1 to 4, a higher nanodiamond yield was achieved in the detonation method than with the cylindrical explosive body in Comparative Example 1.
  • a frustum portion having an upper bottom surface having an opening end of an initiation portion assembly hole, and an inclined side surface forming a virtual vertex angle on the upper bottom surface side;
  • An explosive body for synthesizing nanodiamond comprising an explosive main body having a columnar portion that is connected to a side opposite to the upper bottom surface in the frustum portion and extends in a direction away from the upper bottom surface.
  • Appendix 2 The explosive body for synthesizing nanodiamonds according to appendix 1, wherein the virtual apex angle is 20 ° to 130 °.
  • [Appendix 6] The explosive body for synthesizing nanodiamonds according to any one of appendices 1 to 5, further comprising an initiation portion having a portion fitted in the initiation portion assembly hole.
  • [Appendix 7] The explosive body for synthesizing nanodiamonds according to appendix 6, wherein the initiation part has a detonator part and an explosive part.
  • [Appendix 8] The explosive body for synthesizing nanodiamonds according to appendix 7, wherein the explosive transfer portion is located across the boundary between the frustum portion and the columnar portion.
  • TNT 2,4,6-trinitrotoluene
  • RDX hexogen
  • Explosive body Explosive body for nano diamond synthesis
  • Explosive body 11 Frustum part 11a Upper bottom surface 11b Inclined side surface 12
  • Columnar part 20 Initiation part 21
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Abstract

本発明のナノダイヤモンド合成用爆薬体である爆薬体Ｘは、少なくとも爆薬本体（１０）を備え、この爆薬本体（１０）は、錐台部（１１）と柱状部（１２）を有する。錐台部（１１）は、起爆部組付け用の穴（Ｈ）の開口端を有する上底面（１１ａ）と、上底面（１１ａ）側に仮想頂角θをなす傾斜側面（１１ｂ）とを有する。柱状部（１２）は、錐台部（１１）における上底面（１１ａ）とは反対の側に連なり、且つ、上底面（１１ａ）から離れる方向に延びる。このようなナノダイヤモンド合成用爆薬体は、爆轟法によるナノダイヤモンド合成において収率の向上を図るのに適する。

Description

ナノダイヤモンド合成用爆薬体
　本発明は、爆轟法によるナノダイヤモンドの合成に使用することのできる爆薬体に関する。また、本願は、２０１７年６月６日付の日本出願 特願２０１７－１１１３４２号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載されている全ての内容を援用するものである。
　近年、ナノダイヤモンドと呼称される微粒子状のダイヤモンド材料の開発が進められている。ナノダイヤモンドの合成法として、爆轟法が知られている。爆轟法においては、例えば、所定組成の爆薬が例えば密閉容器内で爆発させられ、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素を原料として、爆発で生じた衝撃波の圧力とエネルギーの作用によってナノダイヤモンドが生成する。このような爆轟法に関する技術については、例えば下記の特許文献１～３に記載されている。
特開２００５－２８９６７７号公報 特開２０１４－１４４９０３号公報 特開２０１６－１１３３１０号公報
　ナノダイヤモンド合成法としての爆轟法については、生成物であるナノダイヤモンドの収率向上に対する要求がある。
　本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであり、爆轟法によるナノダイヤモンド合成において収率の向上を図るのに適したナノダイヤモンド合成用爆薬体を提供することを、目的とする。
　本発明により提供されるナノダイヤモンド合成用爆薬体は、錐台部と柱状部とを有する爆薬本体を備える。錐台部は、起爆部組付け穴の開口端を有する上底面と、当該上底面の側に仮想頂角をなす傾斜側面とを有する。柱状部は、錐台部における上底面とは反対の側に連なり、且つ、上底面から離れる方向に延びる。本ナノダイヤモンド合成用爆薬体において、具体的には、錐台部の上底面は、錐台部において柱状部との境界に想定される下底面よりも狭く、錐台部の傾斜側面は、これら上底面と下底面との間において、上底面の側に仮想頂角をなすように傾斜している。すなわち、錐台部は、相対的に広い 想定の下底面から相対的に狭い上底面にかけて、両面の離隔方向に直交する断面の面積が漸減する、形状を有する。これとともに、柱状部において錐台部との境界に想定される一底面が、錐台部の想定の下底面に連なる。このようなナノダイヤモンド合成用爆薬体は、爆薬本体の起爆部組付け穴に起爆用ユニットである起爆部が例えば嵌入された形態で使用され、爆薬本体に組み付けられた起爆部を介して爆薬本体が起爆される。
　ナノダイヤモンド合成用の爆薬において、爆薬を適切に起爆するためには、起爆用ユニットないし起爆部の一部を爆薬本体の内部にある程度の長さで入り込ませた状態で起爆用ユニットに起爆エネルギーを供給して、当該ユニットの起爆用爆発現象を爆薬本体内で生じさせる必要がある。また、起爆エネルギーは、爆薬本体に組み付けられている起爆用ユニット内をその爆薬本体外にある部分から爆薬本体内にある部分へと伝播するように、進行する。このようなナノダイヤモンド合成用爆薬体に関し、起爆用ユニット組付け穴の開口端を有する所定面においては、開口端から遠い箇所ほど、即ち、爆薬本体に組み付けられた起爆用ユニットから遠い箇所ほど、点火ないし起爆の後に定常爆轟に至りにくい傾向にあるという知見を、本発明者らは得ている。
　本発明のナノダイヤモンド合成用爆薬体の爆薬本体は、上述のように、相対的に広い 想定の下底面から相対的に狭い上底面にかけて両面離隔方向に直交の断面の面積が漸減する形状の錐台部を有し、その錐台部の狭い上底面に起爆部組付け穴の開口端を有する。このような構成は、起爆部組付け穴の開口端を有する面（上底面）とその近傍において、起爆後に定常爆轟に至りにくい領域を減じるのに好適であり、従って、爆薬本体の全体において、起爆後に定常爆轟に至る領域の占める割合を増大させるのに好適である。このような本ナノダイヤモンド合成用爆薬体は、爆轟法によるナノダイヤモンドの合成において収率の向上を図るのに適する。
　本ナノダイヤモンド合成用爆薬体において、錐台部の傾斜側面のなす上記の仮想頂角は、好ましくは２０°～１３０°、より好ましくは２０°～３０°である。このような構成は、本ナノダイヤモンド合成用爆薬体を用いて行う爆轟法ナノダイヤモンド合成における収率の向上に資する。
　本ナノダイヤモンド合成用爆薬体において、錐台部は好ましくは円錐台形状を有する。また、本ナノダイヤモンド合成用爆薬体において、好ましくは、錐台部は円錐台形状を有し、柱状部は円柱形状を有し、爆薬本体は回転対称体である。爆薬本体の形状について対称性が高いほど、爆薬本体の全体において定常爆轟に至る領域の占める割合を増大させるのに適し、従って、ナノダイヤモンドの収率向上に適する。
　本ナノダイヤモンド合成用爆薬体は、好ましくは、起爆部組付け穴に嵌入している部位を有する起爆部を更に備える。この起爆部は、好ましくは、雷管部と伝爆薬部とを有する。伝爆薬部は、好ましくは、錐台部と柱状部との境界をまたぐように配されている。起爆部組付け穴に対する起爆部の嵌入長さ、即ち、爆薬本体に対する起爆部の入り込み長さＬは、好ましくは１～５０ｍｍ、より好ましくは２～４０ｍｍ、より好ましくは５～３０ｍｍである。本ナノダイヤモンド合成用爆薬体が起爆用ユニットとして以上のような起爆部を備えるという構成は、爆薬本体を効率よく起爆させるうえで好適であり、従って、ナノダイヤモンドの収率向上に資する。
　本ナノダイヤモンド合成用爆薬体の爆薬本体は、好ましくはコンポジット爆薬を含む。コンポジット爆薬は、好ましくは、爆薬主剤として２,４,６-トリニトロトルエン（ＴＮＴ）およびヘキソーゲン（ＲＤＸ）を含む。コンポジット爆薬中の爆薬主剤におけるＴＮＴとＲＤＸの質量比は、好ましくは３０：７０～７０：３０である。これら構成は、爆轟法によりナノダイヤモンドを合成するうえで好適である。
本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド合成用爆薬体の斜視図である。 図１における線II―IIに沿った断面図である。 （ａ）は、実施例１の爆薬体の断面模式図であり、（ｂ）は、比較例１の爆薬体の断面模式図である。
　図１および図２は、本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド合成用爆薬体である爆薬体Ｘを表す。図１は、爆薬体Ｘの斜視図であり、図２は、図１における線II―IIに沿った断面図である。爆薬体Ｘは、爆薬本体１０および起爆部２０を備え、ナノダイヤモンド合成法としての爆轟法に使用するためのものである。
　爆薬体Ｘの爆薬本体１０は、錐台部１１と柱状部１２とを含む形状を有する。錐台部１１は、上底面１１ａおよび傾斜側面１１ｂを有する。上底面１１ａには、起爆部組付け用の穴Ｈが開口している。すなわち、上底面１１ａには穴Ｈの開口端Ｈａが形成されている。傾斜側面１１ｂは、上底面１１ａの側に図２に示す仮想頂角θをなすように傾斜している。具体的には、錐台部１１の上底面１１ａは、錐台部１１において柱状部１２との境界に想定される下底面１１ｃよりも狭く、且つ、錐台部１１の傾斜側面１１ｂは、これら上底面１１ａと下底面１１ｃとの間において、上底面１１ａの側に仮想頂角θをなすように傾斜している。錐台部１１は、相対的に広い 想定の下底面１１ｃから相対的に狭い上底面１１ａにかけて、両面の離隔方向に直交する断面の面積が漸減する、形状を有するのである。傾斜側面１１ｂのなす仮想頂角θは、好ましくは２０°～１３０°、より好ましくは２０°～３０°である。一方、爆薬体Ｘの柱状部１２は、底面１２ａおよび側面１２ｂを有し、錐台部１１における上底面１１ａとは反対の側、即ち想定の下底面１１ｃに連なり、且つ、上底面１１ａから離れる方向に延びる。本実施形態では、錐台部１１は円錐台形状を有し、柱状部１２は円柱形状を有し、爆薬本体１０は回転軸Ａｘを有する回転対称体である。
　爆薬本体１０の構成材料としては、例えばコンポジット爆薬が挙げられる。コンポジット爆薬とは、粉末状の爆薬主剤とバインダーポリマーとを含む火薬組成物である。爆薬主剤としては、例えば、シクロトリメチレントリニトラミン（ＲＤＸ）即ちヘキソーゲン、２,４,６-トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、２,４,６-トリニトロフェニルメチルニトラミン、シクロテトラメチレンテトラニトラミン即ちオクトーゲン、ニトログアニジン、四硝酸ペンタエリスリトール（ＰＥＮＴ）、およびジアゾニトロフェノール（ＤＤＮＰ）が挙げられる。爆薬本体１０形成用のコンポジット爆薬には、一種類の爆薬主剤が配合されてもよいし、二種類以上の爆薬主剤が配合されてもよい。本実施形態では、コンポジット爆薬中の爆薬主剤は、好ましくはＴＮＴとＲＤＸとの混合物である。この場合、ＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は例えば３０／７０～７０／３０の範囲とされる。コンポジット爆薬のバインダーポリマーとしては、例えば、ポリウレタンおよびポリエステルが挙げられる。爆薬本体１０形成用のコンポジット爆薬は、これら爆薬主剤およびバインダーポリマーに加えて、可塑剤や老化防止剤などを含有していてもよい。
　このような爆薬本体１０は、例えば、注填法や圧填法によって作製することができる。注填法では、バインダーポリマーを形成することとなる重合性成分や架橋剤など反応性成分と爆薬主剤粒子とを含む混合組成物を型内に流し込んだ後に硬化させ、これによって爆薬本体が成形される。圧填法では、まず、溶剤に溶解させたバインダーポリマーと爆薬主剤粒子とを水中で混合し、その混合物から溶剤を揮散させ、爆薬主剤粒子が表面にバインダーポリマー被膜を伴う形態の複合粒子を作製する。次に、こうして得られた複合粒子について、圧填容器内で必要に応じて加熱しつつ圧填する。これによって爆薬本体が成形される。
　爆薬体Ｘの起爆部２０は、爆薬体Ｘの使用時に爆薬本体１０を起爆させるための起爆用ユニットであり、爆薬本体１０の上述の穴Ｈに嵌入されて爆薬本体１０に組み付けられている。起爆部２０は、本実施形態では雷管部２１および伝爆薬部２２を有する。雷管部２１をなすための雷管としては、例えば、瞬発電気雷管、段発電気雷管、耐静電気雷管、電子式遅延雷管、および導火線式雷管が挙げられる。伝爆薬部２２をなすための伝爆薬としては、例えば、２,４,６-トリニトロフェニルメチルニトラミンや、四硝酸ペンタエリスリトール、ＲＤＸ、ＴＮＴとＲＤＸとの混合物などを基材として含有する高感度爆薬が挙げられる。伝爆薬部２２は、好ましくは、図２に示すように錐台部１１と柱状部１２との境界をまたぐ位置に、設けられている。組付け用の穴Ｈに対する起爆部２０の嵌入長さＬ、即ち、爆薬本体１０に対する起爆部２０の入り込み長さＬは、好ましくは１～５０ｍｍ、より好ましくは２～４０ｍｍ、より好ましくは５～３０ｍｍである。
　このような爆薬体Ｘは、例えば以下のようにして、爆轟法によるナノダイヤモンド合成に使用することができる。
　ナノダイヤモンドを合成するための爆轟法において、まず、耐圧性容器の内部に上述の爆薬体Ｘを設置し、容器内において所定の気体と使用爆薬とが共存する状態で、容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は、例えば０.５～４０ｍ3である。爆薬体Ｘは、好ましくは、容器内で吊り下げられた状態に設置される。例えば、爆薬体Ｘにおける起爆部２０ないし雷管部２１への電流供給用の導線を吊下用ひも材を兼ねて使用して、爆薬体Ｘを容器内に吊り下げることが可能である。また、こうして吊り下げられる爆薬体Ｘにおいては、爆薬本体１０からの起爆部２０の脱離を防止するために、粘着テープが使用されて爆薬本体１０に対する起爆部２０の固定状態の強化が図られてもよい。爆薬本体１０の使用量ないし重量は、例えば０.０５～２.０ｋｇである。使用爆薬とともに容器内に密閉される上記の気体は、大気組成を有してもよいし、不活性ガスであってもよい。一次粒子表面の官能基量の少ないナノダイヤモンドを生じさせるという観点からは、使用爆薬とともに容器内に密閉される上記気体は、不活性ガスであるのが好ましい。すなわち、一次粒子表面の官能基量の少ないナノダイヤモンドを生じさせるという観点からは、ナノダイヤモンドを生じさせるための爆轟法は不活性ガス雰囲気下で行われるのが好ましい。当該不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、およびヘリウムから選択される少なくとも一種を用いることができる。
　爆轟法においては、次に、容器内で起爆部２０に点火して起爆部２０を起爆し、それを端緒として爆薬本体１０を起爆して爆轟を生じさせる。起爆部２０への点火は、起爆部２０の雷管部２１への通電などの起爆エネルギーの供給により実現される。爆轟とは、化学反応に伴う爆発のうち反応の生じる火炎面が音速を超えた高速で移動するものをいう。爆轟の際、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素を原料として、爆発で生じた衝撃波の圧力とエネルギーの作用によってナノダイヤモンドが生成する。爆轟法によると、一次粒子の粒径が１０ｎｍ以下のナノダイヤモンドを適切に生じさせることが可能である。ナノダイヤモンドは、爆轟法により得られる生成物にて先ずは、隣接する一次粒子ないし結晶子の間がファンデルワールス力の作用に加えて結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成し、凝着体をなす。以上のようにして、爆薬体Ｘを使用して行う爆轟法によってナノダイヤモンドを合成することができる。
　爆轟法を行った後には、室温での例えば２４時間の放置により、容器およびその内部を降温させる。この放冷の後、ナノダイヤモンド粗生成物を回収する。例えば、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上述のようにして生成したナノダイヤモンドの凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取る作業によって、ナノダイヤモンド粗生成物を回収することができる。以上のような爆轟法を必要回数行うことによって、所望量のナノダイヤモンド粗生成物を取得することが可能である。こうして得られるナノダイヤモンド粗生成物は、必要に応じて精製される。
　爆薬体Ｘの爆薬本体１０は、上述のように、相対的に広い 想定の下底面１１ｃから相対的に狭い上底面１１ａにかけて両面離隔方向に直交の断面の面積が漸減する形状の錐台部１１を有し、その錐台部１１の狭い上底面１１ａに起爆部組付け用の穴Ｈの開口端Ｈａを有する。このような構成は、起爆部組付け用穴の開口端を有する面（爆薬本体１０では上底面１１ａ）とその近傍において、起爆後に定常爆轟に至りにくい領域を減じるのに好適であり、従って、爆薬本体の全体において、起爆後に定常爆轟に至る領域の占める割合を増大させるのに好適である。このような爆薬体Ｘは、爆轟法によるナノダイヤモンドの合成において収率の向上を図るのに適する。
　爆薬体Ｘにおいて、錐台部１１の傾斜側面１１ｂのなす図２に示す仮想頂角θは、上述のように、好ましくは２０°～１３０°、より好ましくは２０°～３０°である。このような構成は、爆薬体Ｘを用いて行う爆轟法ナノダイヤモンド合成における収率の向上に資する。
　本実施形態では、錐台部１１は、上述のように円錐台形状を有する。また、本実施形態では、上述のように、錐台部１１は円錐台形状を有し、柱状部１２は円柱形状を有し、爆薬本体１０は回転対称体である。爆薬本体１０の形状について対称性が高いほど、爆薬本体１０の全体において、定常爆轟に至る領域の占める割合を増大させるのに適し、従って、ナノダイヤモンドの収率向上に適する。
　また、本実施形態では、上述のように、爆薬体Ｘは、雷管部２１と伝爆薬部２２とを有する起爆部２０を備え、伝爆薬部２２は、好ましくは錐台部１１と柱状部１２との境界をまたぐように配されている。そして、起爆部組付け用の穴Ｈに対する起爆部２０の嵌入長さＬ、即ち、爆薬本体１０に対する起爆部２０の入り込み長さＬは、上述のように、好ましくは１～５０ｍｍ、より好ましくは２～４０ｍｍ、より好ましくは５～３０ｍｍである。爆薬体Ｘが起爆用ユニットとして以上のような起爆部２０を備えるという構成は、爆薬本体１０を効率よく起爆させるうえで好適であり、従って、ナノダイヤモンドの収率向上に資する。
　爆轟法によって生じるナノダイヤモンド粗生成物からは、例えば以下のような精製工程を経ることによって、クラスターナノダイヤモンドを得ることができる。
　精製工程では、ナノダイヤモンド粗生成物に例えば水溶媒中で強酸を作用させる酸処理が行われる。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物には金属酸化物が含まれやすいところ、この金属酸化物は、爆轟法に使用される容器等に由来するＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の酸化物である。例えば水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる（酸処理）。この酸処理に用いられる強酸としては、鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、および王水が挙げられる。酸処理では、一種類の強酸を用いてもよいし、二種類以上の強酸を用いてもよい。酸処理で使用される強酸の濃度は例えば１～５０質量％である。酸処理温度は例えば７０～１５０℃である。酸処理時間は例えば０.１～２４時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後、例えばデカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行う。沈殿液のｐＨが例えば２～３に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行うのが好ましい。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物における金属酸化物の含有量が少ない場合には、以上のような酸処理を省略してもよい。
　精製工程では、酸化剤を用いてナノダイヤモンド粗生成物（精製終了前のナノダイヤモンド凝着体）からグラファイトやアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素を除去するための溶液酸化処理が行われる。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物にはグラファイト（黒鉛）やアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素が含まれているところ、この非ダイヤモンド炭素は、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素のうちナノダイヤモンド結晶を形成しなかった炭素に由来する。例えば上記の酸処理を経た後に、例えば水溶媒中で所定の酸化剤を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から非ダイヤモンド炭素を除去することができる（溶液酸化処理）。この溶液酸化処理に用いられる酸化剤としては、例えば、クロム酸、無水クロム酸、二クロム酸、過マンガン酸、過塩素酸、及びこれらの塩、硝酸、並びに混酸（硫酸と硝酸の混合物）が挙げられる。溶液酸化処理では、一種類の酸化剤を用いてもよいし、二種類以上の酸化剤を用いてもよい。溶液酸化処理で使用される酸化剤の濃度は例えば３～５０質量％である。溶液酸化処理における酸化剤の使用量は、溶液酸化処理に付されるナノダイヤモンド粗生成物１００質量部に対して例えば３００～２０００質量部である。溶液酸化処理温度は例えば５０～２５０℃である。溶液酸化処理時間は例えば１～７２時間である。溶液酸化処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような溶液酸化処理の後、例えばデカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行う。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行うのが好ましい。
〔実施例１〕
　図３（ａ）に示す寸法を有する実施例１の爆薬体を用意した。実施例１の爆薬体の爆薬本体１０は、円錐台形状の錐台部１１と円柱形状の柱状部１２とを有する爆薬成形体であり、爆薬主剤としてトリニトロトルエン（ＴＮＴ）およびヘキソーゲン（ＲＤＸ）を含む。爆薬本体１０の質量は７０ｇであり、その密度は１.６８ｇ/ｃｍ3である。爆薬本体１０中の爆薬主剤におけるＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は５０／５０である。爆薬本体１０の錐台部１１の傾斜側面１１ｂがなす仮想の頂角θは２３°である。また、実施例１の爆薬体の起爆部２０は雷管部２１と伝爆薬部２２とを有する。雷管部２１は、円柱形状の６号雷管（商品名「６号瞬発電気雷管」，直径６.９ｍｍ×長さ５０ｍｍ，カヤク・ジャパン株式会社製）である。伝爆薬部２２は、直径約７ｍｍ×高さ１４ｍｍの円柱形状を有し、８００ｍｇのブースター爆薬よりなる。爆薬本体１０に対する起爆部２０の入り込み長さＬは３０ｍｍである。爆薬本体１０に組み付けられている起爆部２０は、粘着テープ（図示略）が使用されて組み付け状態ないし固定状態の強化が図られている。
　実施例１の爆薬体を使用して、ナノダイヤモンド合成法としての爆轟法を窒素雰囲気下で行った。具体的には、耐圧性容器である爆轟チャンバー（鉄製，容積１５ｍ3）の内部に実施例１の爆薬体をその雷管部への電流供給用導線を利用して吊り下げ且つ当該チャンバーを密閉した状態で、窒素雰囲気下、雷管部２１を作動させて起爆部２０を起爆し、爆薬本体１０を起爆して爆轟を生じさせた。そして、室温での２４時間の放置によって爆轟チャンバーおよびその内部を降温させた後、チャンバー内からナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）を回収した。回収したナノダイヤモンド粗生成物を後記のように精製して得られたナノダイヤモンドを秤量し、そのナノダイヤモンド質量を上述の爆薬本体質量（７０ｇ）で除した値からナノダイヤモンド(ＮＤ)の収率（％）を求めた。その値を表１に掲げる。
　実施例１の爆薬体を使用して、ナノダイヤモンド合成法としての爆轟法を二酸化炭素雰囲気下で行った。具体的には、耐圧性容器である爆轟チャンバー（鉄製，容積１５ｍ3）の内部に実施例１の爆薬体をその雷管部への電流供給用導線を利用して吊り下げ且つ当該チャンバーを密閉した状態で、二酸化炭素雰囲気下、雷管部２１を作動させて起爆部２０を起爆し、爆薬本体１０を起爆して爆轟を生じさせた。そして、室温での２４時間の放置によって爆轟チャンバーおよびその内部を降温させた後、チャンバー内からナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）を回収した。回収したナノダイヤモンド粗生成物を後記のように精製して得られたナノダイヤモンドを秤量し、そのナノダイヤモンド質量を上述の爆薬本体質量（７０ｇ）で除した値からナノダイヤモンド(ＮＤ)の収率（％）を求めた。その値を表１に掲げる。
　実施例１の爆薬体を使用して、ナノダイヤモンド合成法としての爆轟法をアルゴン雰囲気下で行った。具体的には、耐圧性容器である爆轟チャンバー（鉄製，容積１５ｍ3）の内部に実施例１の爆薬体をその雷管部への電流供給用導線を利用して吊り下げ且つ当該チャンバーを密閉した状態で、アルゴン雰囲気下、雷管部２１を作動させて起爆部２０を起爆し、爆薬本体１０を起爆して爆轟を生じさせた。そして、室温での２４時間の放置によって爆轟チャンバーおよびその内部を降温させた後、チャンバー内からナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）を回収した。回収したナノダイヤモンド粗生成物を後記のように精製して得られたナノダイヤモンドを秤量し、そのナノダイヤモンド質量を上述の爆薬本体質量（７０ｇ）で除した値からナノダイヤモンド(ＮＤ)の収率（％）を求めた。その値を表１に掲げる。
〔実施例２～４〕
　仮想の頂角θが２３°ではなく３０°（実施例２）、９０°（実施例３）、または１２０°（実施例４）であること以外は実施例１と同様の設計で用意された実施例２～４の各爆薬体を使用して、実施例１に関して上述したのと同様の各爆轟法（窒素雰囲気下での爆轟法，二酸化炭素雰囲気下での爆轟法，アルゴン雰囲気下での爆轟法）を行った。そして、実施例１に関して上述したのと同様に、各爆轟法で得られたナノダイヤモンド粗生成物を精製した後にナノダイヤモンド(ＮＤ)の収率（％）を求めた。その値を表１に掲げる。
〔比較例１〕
　図３（ｂ）に示す寸法を有する比較例１の爆薬体を使用して、実施例１に関して上述したのと同様の各爆轟法（窒素雰囲気下での爆轟法，二酸化炭素雰囲気下での爆轟法，アルゴン雰囲気下での爆轟法）を行った。比較例１の爆轟体の爆薬本体は、底面が直径３２ｍｍで高さが５２ｍｍの円柱形状を有し、実施例１の爆薬本体１０と同一の構成材料（ＴＮＴとＲＤＸを含む）よりなり、その質量は７０ｇである。比較例１の爆薬体の起爆部（雷管部，伝爆薬部）は、実施例１における起爆部２０（雷管部２１，伝爆薬部２２）と同一構成のものであり、爆薬本体に対する起爆部の入り込み長さＬは３０ｍｍである。そして、実施例１に関して上述したのと同様に、各爆轟法で得られたナノダイヤモンド粗生成物を精製した後にナノダイヤモンド(ＮＤ)の収率（％）を求めた。その値を表１に掲げる。
〈ナノダイヤモンドの精製〉
　以下のような精製工程を経て、クラスターナノダイヤモンドを得た。
　まず、爆轟法によって得られたナノダイヤモンド粗生成物に対して精製工程の酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物２００ｇに６Ｌの１０質量％塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は８５～１００℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む）の水洗を行った。沈殿液のｐＨが低ｐＨ側から２に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。次に、精製工程の溶液酸化処理としての混酸処理を行った。具体的には、酸処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に、６Ｌの９８質量％硫酸水溶液と１Ｌの６９質量％硝酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で４８時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１４０～１６０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。次に、デカンテーションによって上澄みを除いた。そして、デカンテーション後の残留画分について乾燥処理に付して乾燥粉体（ナノダイヤモンド粉体）を得た。乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。以上のようにして、爆轟法によって得られたナノダイヤモンド粗生成物から、クラスターナノダイヤモンドの粉体を得た。
［評価］
　実施例１～４の爆薬体の爆薬本体１０は、円錐台形状の錐台部１１と円柱形状の柱状部１２とが連なる形状を有する。このような実施例１～４における爆薬本体１０によると、比較例１の円柱形状の爆薬本体によるよりも、爆轟法において高いナノダイヤモンド収率を達成することができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列記する。
〔付記１〕起爆部組付け穴の開口端を有する上底面、および、当該上底面の側に仮想頂角をなす傾斜側面、を有する錐台部と、
　前記錐台部における前記上底面とは反対の側に連なり、且つ前記上底面から離れる方向に延びる、柱状部と、を有する爆薬本体を備える、ナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記２〕前記仮想頂角は２０°～１３０°である、付記１に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記３〕前記仮想頂角は２０°～３０°である、付記１に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記４〕前記錐台部は円錐台形状を有する、付記１から３のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記５〕前記錐台部は円錐台形状を有し、前記柱状部は円柱形状を有し、前記爆薬本体は回転対称体である、付記１から４のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記６〕前記起爆部組付け穴に嵌入している部位を有する起爆部を更に備える、付記１から５のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記７〕前記起爆部は雷管部と伝爆薬部とを有する、付記６に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記８〕前記伝爆薬部は、前記錐台部と前記柱状部との境界をまたいで位置する、付記７に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記９〕前記起爆部組付け穴に対する前記起爆部の嵌入長さは、１～５０ｍｍ、２～４０ｍｍ、または５～３０ｍｍである、付記６から８のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記１０〕前記爆薬本体はコンポジット爆薬を含む、付記１から９のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記１１〕前記コンポジット爆薬は、爆薬主剤として２,４,６-トリニトロトルエン（ＴＮＴ）およびヘキソーゲン（ＲＤＸ）を含む、付記１０に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
〔付記１２〕前記爆薬主剤における２,４,６-トリニトロトルエンとヘキソーゲンの質量比は３０：７０～７０：３０である、付記１１に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
Ｘ　　　爆薬体（ナノダイヤモンド合成用爆薬体）
１０　　爆薬本体
１１　　錐台部
１１ａ　上底面
１１ｂ　傾斜側面
１２　　柱状部
２０　　起爆部
２１　　雷管部
２２　　伝爆薬部
Ｈ　　　穴（起爆部組付け穴）
Ｈａ　　開口端

Claims (10)

  1. 　起爆部組付け穴の開口端を有する上底面、および、当該上底面の側に仮想頂角をなす傾斜側面、を有する錐台部と、
    　前記錐台部における前記上底面とは反対の側に連なり、且つ前記上底面から離れる方向に延びる、柱状部と、を有する爆薬本体を備える、ナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  2. 　前記仮想頂角は２０°～１３０°である、請求項１に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  3. 　前記仮想頂角は２０°～３０°である、請求項１に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  4. 　前記錐台部は円錐台形状を有する、請求項１から３のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  5. 　前記起爆部組付け穴に嵌入している部位を有する起爆部を更に備える、請求項１から４のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  6. 　前記起爆部は雷管部と伝爆薬部とを有する、請求項５に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  7. 　前記伝爆薬部は、前記錐台部と前記柱状部との境界をまたいで位置する、請求項６に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  8. 　前記起爆部組付け穴に対する前記起爆部の嵌入長さは１～５０ｍｍである、請求項５から７のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  9. 　前記爆薬本体はコンポジット爆薬を含む、請求項１から８のいずれか一つに記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
  10. 　前記コンポジット爆薬は、爆薬主剤として２,４,６-トリニトロトルエンおよびヘキソーゲンを含む、請求項９に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。
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