本發(fā)明涉及一種微細(xì)化的固體粒子分散在液體介質(zhì)中而成的懸濁液的制造技術(shù)。

背景技術(shù)：

固體粒子分散在液體介質(zhì)中而成的懸濁液，其固體粒子越為微細(xì)，由重力引起的沉降速度越小，固液不分離而保持穩(wěn)定狀態(tài)。此外，在使固體物質(zhì)發(fā)酵或者化學(xué)反應(yīng)時，也是固體粒子越為微細(xì)，固體粒子的比表面積越大，能夠促進反應(yīng)。

但是，已知包括來自生物質(zhì)的成分的有機化合物、微粉狀或纖維狀的無機化合物等，由于具有高凝聚性，因此難以微細(xì)地分散于其他物質(zhì)的基質(zhì)中。

作為將這樣的化合物微細(xì)地分散于液體介質(zhì)基質(zhì)中的公知技術(shù)，可舉出如下技術(shù)。

已知有用機械性粉碎裝置對化合物進行粗粉碎，在利用篩選或氣流分級調(diào)整粒度后，混合到水或醇類等溶劑中而制造懸濁液的技術(shù)(例如，專利文獻1)。

另外，已知有在生物質(zhì)用溶劑與高壓均質(zhì)器共同處理而制造懸濁液的技術(shù)(例如，專利文獻2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2011-105893號公報

專利文獻2：日本專利特開2006-289164號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，專利文獻1的技術(shù)由于經(jīng)過單獨對固體粒子進行機械粉碎并微細(xì)化的工序，因此在與液體介質(zhì)混合時，形成分散相的固體粒子有再凝聚的問題。

另外，專利文獻2的技術(shù)在一次處理得到的懸濁液量少，還包括裝置的維護，存在生產(chǎn)效率低的問題。

本發(fā)明考慮到上述情況而完成的，因此其目的在于提供一種有效制造懸濁液的技術(shù)，該懸濁液具有可消除分散相的凝聚結(jié)構(gòu)的、微細(xì)且均勻的分散相。

解決課題的手段

本發(fā)明的懸濁液制造裝置，其特征在于，具備：第一壓力容器，該壓力容器是在密閉狀態(tài)下填充有固體粒子與液體介質(zhì)的混合物的同時，形成充滿所述液體介質(zhì)的蒸氣的空間；第一加熱裝置，該加熱裝置將填充于所述第一壓力容器中的所述混合物加熱到使所述空間的內(nèi)部氣壓高于大氣壓的溫度；第二壓力容器，該壓力容器通過將第一開關(guān)閥由關(guān)閉切換為打開而經(jīng)由第一連接通路，從所述空間抽出由所述加熱產(chǎn)生的所述液體介質(zhì)的蒸氣；第二加熱裝置，該加熱裝置對所述第二壓力容器中抽出的所述液體介質(zhì)的蒸氣進行加熱；第二連接通路，該連接通路連通所述第二壓力容器與所述第一壓力容器，通過將第二開關(guān)閥由關(guān)閉切換為打開而將所述液體介質(zhì)的加熱蒸氣噴吹到所述混合物中；排出閥，該閥將懸濁液從所述第一壓力容器的內(nèi)部排出到外部，所述懸濁液為將所述混合物中包含的所述固體粒子微細(xì)化并分散在所述液體介質(zhì)中而成。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種有效制造懸濁液的技術(shù)，該懸濁液具有可消除分散相的凝聚結(jié)構(gòu)的、微細(xì)且均勻的分散相。

附圖說明

圖1：本發(fā)明第一實施方式的懸濁液制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2：本發(fā)明第二實施方式的懸濁液制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖3：本發(fā)明第三實施方式的懸濁液制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖4：本發(fā)明實施方式的懸濁液制造方法的流程圖。

具體實施方式

(第一實施方式)

下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

如圖1所示，第一實施方式的懸濁液制造裝置10A(10)具備：第一壓力容器11，該壓力容器在密閉狀態(tài)下填充固體粒子與液體介質(zhì)的混合物13；第一加熱裝置21，該加熱裝置對填充于所述第一壓力容器11中的混合物13進行加熱；第二壓力容器12，該壓力容器經(jīng)由第一連接通路31抽出由所述加熱產(chǎn)生的液體介質(zhì)的蒸氣14；第二加熱裝置22，該加熱裝置對所述第二壓力容器12中抽出的液體介質(zhì)的蒸氣14進行加熱；第二連接通路32，該連接通路連通第二壓力容器12與第一壓力容器11并將液體介質(zhì)的加熱蒸氣15噴吹到混合物13中；排出閥17，該閥將混合物13中包含的將固體粒子微細(xì)化并分散在液體介質(zhì)中而成的懸濁液16從第一壓力容器11的內(nèi)部排出到外部。

第一壓力容器11設(shè)有：開放閥23，該閥根據(jù)操作員的操作將內(nèi)部的密閉狀態(tài)向外部打開；安全閥24，該閥在超過耐壓上限值前，自動使液體介質(zhì)的蒸氣14向外部排放；投入口25，該入口可以通過自由裝卸的蓋關(guān)閉開口，并可將固體粒子和液體介質(zhì)投入到內(nèi)部；排出閥17，該閥將懸濁液16從內(nèi)部排出到外部。

另外，雖圖示中進行了省略，在第一壓力容器11的內(nèi)部配置有攪拌混合物13的攪拌部。

予以說明，固體粒子和液體介質(zhì)各自由一種或二種以上的化合物構(gòu)成。

第一壓力容器11中配置有對填充的混合物13進行加熱的第一加熱裝置21的熱交換部21a。

該第一壓力容器11在密閉狀態(tài)下填充混合物13，因此液體介質(zhì)的蒸氣14所充滿的空間的內(nèi)部氣壓P₁等同于第一加熱裝置21調(diào)節(jié)的溫度下的溶劑的飽和蒸氣壓。

第一連接通路31的連接端31b，31c分別連接到第一壓力容器11和第二壓力容器12。

第二壓力容器12通過第一連接通路31與第一壓力容器11的蒸氣14滯留空間相連通，通過第二連接通路32與第一壓力容器11的混合物13填充區(qū)域相連通。進一步在第二壓力容器12的內(nèi)部空間中配置有對由第一壓力容器11抽出的液體介質(zhì)的蒸氣14進行加熱的第二加熱裝置22的熱交換部22a。

該第二壓力容器12的內(nèi)部氣壓P₂，如果將第一連接通路的開關(guān)閥31a設(shè)定由關(guān)閉切換為打開，則與第一壓力容器11的內(nèi)部氣壓P₁相等。

而且，第一連接通路的開關(guān)閥31a設(shè)定由打開切換為關(guān)閉，第二連接通路的開關(guān)閥32a設(shè)定為關(guān)閉，在此狀態(tài)下，如果啟動第二加熱裝置22，則在第二壓力容器12的內(nèi)部溫度升高的同時，其內(nèi)部氣壓P₂也升高。

施加在第二連接通路32的第一壓力容器11側(cè)的連接端32c的壓力為在第一壓力容器11的內(nèi)部氣壓P₁加上混合物13的水頭壓力的值。

因此，在第二壓力容器12的內(nèi)部氣壓P₂相對于施加到第二連接通路的連接端32c的壓力充分大時，將第二連接通路的開關(guān)閥32a設(shè)定由關(guān)閉設(shè)定為打開。

于是，第二壓力容器12的加熱蒸氣15經(jīng)由第二連接通路32噴吹到第一壓力容器11中填充的混合物13中。

予以說明，第二連接通路32中設(shè)有止回閥32b，因此即使停止加熱蒸氣15的供給，第一壓力容器11中填充的混合物13不會倒流。

予以說明，如圖1所示，第一連接通路31中設(shè)有第一壓縮機41，由此強制使在第一壓力容器11中產(chǎn)生的蒸氣14向第二壓力容器12流動，可將第二壓力容器12的內(nèi)部氣壓P₂設(shè)定得更高。

發(fā)揮上述功能的第一壓縮機41的設(shè)置位置并不限于第一連接通路31中，也可以配置于第二壓力容器12的內(nèi)部。

此外，在設(shè)置這樣的第一壓縮機41時，第一連接通路的開關(guān)閥31a和第二連接通路的開關(guān)閥32a為常開狀態(tài)，可以將加熱蒸氣15連續(xù)地噴吹到第一壓力容器11中填充的混合物13中。

第一加熱裝置21和第二加熱裝置22只要能夠?qū)峤粨Q部21a和熱交換部22a各自設(shè)定為高于周圍溫度的溫度，則可以進行適宜采用。具體而言，是由電阻產(chǎn)生焦耳熱的動力設(shè)備，或具有加熱載熱介質(zhì)并使其強制流動循環(huán)的功能的裝置。予以說明，液體介質(zhì)或其蒸氣14具有可燃性時，優(yōu)選為后者的載熱介質(zhì)流動方式。

這樣，被加熱蒸氣15噴吹到的混合物13通過對固體粒子與液體介質(zhì)的兩相體系施加強的機械作用(剪切粉碎作用、撞擊破壞作用、由空蝕引起的破壞作用、壓力作用等)，固體粒子微細(xì)化并分散于液體介質(zhì)中。

這里，空蝕是指在高速流動的流動體的內(nèi)部，在產(chǎn)生的低壓部分發(fā)生氣化并產(chǎn)生蒸氣的空泡，該空泡在很短的時間內(nèi)潰滅的現(xiàn)象。由于這樣的空泡產(chǎn)生·潰滅的現(xiàn)象，對液體介質(zhì)中的固體粒子施加非常高的壓力以及破壞力，促進微細(xì)化，將混合物13調(diào)整為穩(wěn)定的懸濁液。

存在將由此得到的懸濁液可以直接作為最終產(chǎn)品流通的情況，也存在將其作為用于制造最終產(chǎn)品的中間材料，進一步提取所含有的有用物質(zhì)進行利用的情況。

此外，從這樣的懸濁液去除液體介質(zhì)的固體成分，如果再次與液體介質(zhì)混和則恢復(fù)為原來的懸濁液，因此也可以考慮將其以這樣的固體成分的狀態(tài)作為產(chǎn)品進行交易。

(第二實施方式)

如圖2所示，第二實施方式的懸濁液制造裝置10B(10)進一步具備：循環(huán)通路33，該通路配置于第一壓力容器11的外部，其兩端33b，33c分別與第一壓力容器內(nèi)部相連通；第二壓縮機42，該壓縮機設(shè)置于所述循環(huán)通路33，強制使第一壓力容器11中填充的混合物13單向流動。

予以說明，圖2中具有的與圖1共同的結(jié)構(gòu)或功能的部分，用同一符號表示，省略重復(fù)的說明。

循環(huán)通路33其中一個連接端33b與第一壓力容器11的下部相連接，另一個連接端33c與第一壓力容器11的上部相連接，布置在第一壓力容器11的外部。而且，設(shè)置在該循環(huán)通路33的第二壓縮機42進行從第一壓力容器11的下部放出混合物13，從上部進行再次注入的強制流動，由此攪拌第一壓力容器11內(nèi)部的混合物13。

進一步混合物13在高速通過細(xì)循環(huán)通路33的過程中，受到來自于循環(huán)通路33的內(nèi)壁面或第二壓縮機42的機械驅(qū)動部的很大的剪切粉碎作用，因此進一步促進所包含的固體粒子的微細(xì)化。

(第三實施方式)

如圖3所示，第三實施方式的懸濁液制造裝置10C(10)進一步具備：供給容器51，該容器供給固體粒子52；混合通路54，該通路在強制使預(yù)先投入到第一壓力容器11內(nèi)部的液體介質(zhì)53經(jīng)由第一壓力容器外部進行流動的同時，混合所述供給的固體粒子52。

第一實施方式和第二實施方式中，固體粒子和液體介質(zhì)設(shè)為一并從投入口25投入到第一壓力容器11的內(nèi)部。第三實施方式中設(shè)為只有將液體介質(zhì)53預(yù)先從投入口25投入到第一壓力容器11的內(nèi)部，每次少量地將固體粒子52從第一壓力容器11的外部投入。

固體粒子的供給容器51儲藏用機械性粉碎裝置(圖示省略)粗粉碎為適當(dāng)粒度的固體粒子。

混合通路54其中一個連接端54b與第一壓力容器11的下部相連接，另一個連接端54c與第一壓力容器11的上部相連接，布置在第一壓力容器11的外部。

而且，設(shè)置在該混合通路54的第三壓縮機55進行從第一壓力容器11的下部放出液體介質(zhì)53，從上部進行再次注入的強制流動。

供給容器51在與混合通路54相連通的混合處56，向循環(huán)的液體介質(zhì)53供給并混合固體粒子52。

根據(jù)第三實施方式，向攪拌中的大量液體介質(zhì)53，每次少量連續(xù)投入固體粒子52。由此，可以使固體粒子52無凝聚地均勻分散在液體介質(zhì)53中。

而且，將規(guī)定量的固體粒子52投入到第一壓力容器11中后，在停止第三壓縮機55后斷開混合通路的開關(guān)閥54a并設(shè)為密閉狀態(tài)。然后，使加熱裝置21，22工作，進行第一實施方式或第二實施方式中說明的操作。

接著，參考圖4的流程圖，說明懸濁液制造方法的各實施方式(適當(dāng)?shù)貐⒖紙D1)。

將固體粒子與液體介質(zhì)的混合物13填充到第一壓力容器11并設(shè)為密閉狀態(tài)(S11)。使第一加熱裝置21工作，加熱第一壓力容器11中填充的混合物13(S12)。而且，對由該加熱產(chǎn)生的液體介質(zhì)的蒸氣14經(jīng)由第一連接通路31抽出到第二壓力容器12，并通過第二加熱裝置22進行加熱(S13)。

于是，將加熱的液體介質(zhì)的蒸氣15進一步提高壓力，通過第二連接通路32從第二壓力容器12噴吹到第一壓力容器11中填充的混合物13中(S14)。由此混合物13成為其包含的固體粒子微細(xì)化并分散在液體介質(zhì)中的懸濁液16，打開排出閥17，將該懸濁液16排出到第一壓力容器11的外部(S15END)。

實施例

作為可適用于本實施方式的固體粒子，可舉出來自生物質(zhì)的成分等有機化合物或無機化合物。

極性高的水具有優(yōu)異的分散性，因此優(yōu)選用作液體介質(zhì)。此外，溶劑中也可以添加與固體粒子關(guān)系親和性高的溶劑或水溶性的氫氧化物。

特別是在木質(zhì)的生物質(zhì)中，由于煮沸或浸漬的液體介質(zhì)的溶脹、塑化作用，通過更小的剪切應(yīng)力可消除其凝聚結(jié)構(gòu)。這些情況，對層狀粘土礦物、凝聚性強的納米級微粉(碳素材料/無定形碳、層狀粘土礦物、纖維素納米纖維等)也相同。

作為可適用的其他的固體粒子，可舉出：來自食品殘渣、廢菌床、中草藥渣、有機污泥、無機污泥、有機無機混合污泥的固體粒子等。

作為可進一步適用的其他固體粒子，可舉出：氧化鎂/氫氧化鋁等金屬氫氧化物。將使用該固體粒子的懸濁液用于中間材料的最終產(chǎn)品，可獲得阻燃與不燃性。

進一步作為可適用的其他固體粒子，可舉出：活性炭、碳灰的灰渣、火山灰等多孔微粒體。將這樣的懸濁液用于中間材料的最終產(chǎn)品，可獲得低密度且剛性優(yōu)異的特性。

進一步作為可適用的其他固體粒子，可舉出：木炭/竹炭/稻殼炭等炭化物或活性炭。將這樣的懸濁液用于中間材料的最終產(chǎn)品，可獲得導(dǎo)電性。

這些固體粒子通過事前與液體介質(zhì)混合并攪拌，可分散在少量的液體介質(zhì)中。

此外這些固體粒子與液體介質(zhì)的混合物中，也可進一步投入高分子化合物進行復(fù)合化。作為這樣的高分子化合物，優(yōu)選成型為顆粒狀的低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)等聚烯烴系的樹脂，但不限于這些樹脂，可適用熱塑性樹脂來進行復(fù)合化。

固體粒子為有機材料，液體介質(zhì)為烴油或脂肪酸時，懸濁液可以用作液體燃料。有機材料的固體粒子、烴油或脂肪酸的液體介質(zhì)可通過食品回收等得到。進一步，可有效利用廢油等，從回收資源中得到液體燃料。

此外，固體粒子中含有炭化物時，即使在液體介質(zhì)中含有水的情況下，由于單位重量的燃燒熱大，因此可以將懸濁液作為液體燃料。

作為溶劑，如果含有具有活性基團的酚類、多元醇類、ε-己內(nèi)酯等環(huán)狀酯、乳酸等含氧酸、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等環(huán)狀碳酸酯和縮水甘油化合物等，則可以將懸濁液作為復(fù)合材料的原料。

作為酚類，可舉出：作為一元酚的苯酚、鄰甲酚、間甲酚、對甲酚、3,5-二甲苯酚、2,3-二甲苯酚、α-萘酚等；作為二元酚的鄰苯二酚、間苯二酚等；作為三元酚的間苯三酚等。

作為雙酚類，可舉出：雙酚A、雙酚F、雙酚S、雙酚AF、鹵代雙酚A等。

作為多元醇類，可舉出：乙二醇、丙二醇、三亞甲基二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、2,4-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、頻哪醇、1,2-環(huán)戊二醇、1,2-環(huán)己二醇、1,4-環(huán)己二醇等二元醇；甘油、三甲氧基丙烷等三元醇；山梨糖醇、蔗糖等糖醇；以及聚乙烯醇(例如，聚乙烯醇400)、聚氧丙烯二醇、聚氧丙烯-聚氧乙烯二醇、聚己內(nèi)酯(PLACCEL 303)等聚合物等。

由溶劑中使用酚類的懸濁液，可得到用酚醛樹脂構(gòu)成的熱固化型的成形品或粘合劑。

在溶劑中使用具有兩個以上酚羥基的酚類的懸濁液中，加入環(huán)氧氯丙烷，在堿存在下，通過使液態(tài)組合物中的氫氧基與環(huán)氧氯丙烷發(fā)生反應(yīng)，可得到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

溶劑中使用多元醇的懸濁液通過進行異氰酸酯化反應(yīng)，可得到聚氨酯系復(fù)合材料。

通過對含有來自生物質(zhì)的固體粒子的懸濁液的丙烯酸、甲基丙烯酸系單體的溶劑進行接枝聚合等，可得到光固化性復(fù)合材料。

通過將纖維素系材質(zhì)的長纖維分散的懸濁液與不飽和聚酯混合，可得到纖維強化復(fù)合材料。

將與固體粒子的官能團反應(yīng)的試劑添加到懸濁液中，可作為熱塑性復(fù)合材料的相容劑。作為這樣的反應(yīng)試劑，優(yōu)選使用活性鹵化物、脂肪族鹵化物、不飽和單體等。

作為最終產(chǎn)品制造熱塑性復(fù)合材料時，溶劑選自于與構(gòu)成基質(zhì)的合成高分子親和性高的烴系、脂肪酸系、高級醇系、脂肪族酰胺系、酯系。

使用上述至少一個實施方式的懸濁液的制造裝置，可加熱固體粒子與液體介質(zhì)的混合物，抽出產(chǎn)生的蒸氣并再加熱來高壓化，將該加熱蒸氣噴吹到混合物，由此有效地制造具有微細(xì)且均勻的分散相的懸濁液。

對本發(fā)明的多個實施方式進行了說明，但這些實施方式僅作為例子給出，目的并不在于限制發(fā)明的范圍。這些實施方式可以其他各種方式進行實施，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可進行各種省略、置換、變化、組合。這些實施方式或其變形，與包含在發(fā)明的范圍或宗旨中同樣地，包含在與權(quán)利要求書中記載的發(fā)明或與其相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

符號說明

10(10A，10B，10C)…懸濁液的制造裝置、

11…第一壓力容器、12…第二壓力容器、13…混合物、14…液體介質(zhì)的蒸氣、15…加熱蒸氣、16…懸濁液、17…排出閥、21…第一加熱裝置、21a…第一加熱裝置的熱交換部、22…第二加熱裝置、22a…第二加熱裝置的熱交換部、23…開放閥、24…安全閥、25…投入口、31…第一連接通路、31a…第一連接通路的開關(guān)閥、31b，31c…第一連接通路的連接端、32…第二連接通路、32a…第二連接通路的開關(guān)閥、32b…第二連接通路的止回閥、32c…第二連接通路的連接端、33…循環(huán)通路、33a…循環(huán)通路的開關(guān)閥、33b，33c…循環(huán)通路的連接端、41…第一壓縮機、42…第二壓縮機、51…供給容器、52…固體粒子、53…液體介質(zhì)、54…混合通路、54a…混合通路的開關(guān)閥、54b，54c…連接端、55…第三壓縮機、56…混合處。