高温・高圧水環境でのコロイド輸送に関する基礎的研究

水の臨界点(T_c=374℃,P_c=22.1MPa)に近い高温・高圧水環境下でのコロイドの分散安定性、特に圧力と分散安定性の相関を実験的に検証することを目的に、新たに開発した高温・超高圧反応装置(動作条件:450℃、100MPa)を用いた実験手法の確立を行った。新装置は、密閉容器中の試料を450℃まで加熱できる。通常の密閉容器では、臨界温度以下では試料の圧力が蒸気圧に等しくなるのに対し、本装置は、昇温、冷却時を含めた実験中に、試料の圧力を100MPaまでの任意の圧力に、常に一定に保持できるのが最大の特徴である。本装置を用いてコロイド分散液を高温・超高圧下で一定時間処理した後、試料を回収し、粒子サイズを測定し、加熱前後の値を比較することで、分散安定性が評価できる。

金コロイドの水分散液を用いた実験では、250℃、4MPaで処理した際と、250℃、25MPaで処理した際で、分散安定性が異なることを示唆する結果を得た。その一方で、従来の高温・高圧動的光散乱を用いた一定圧力(25MPa)下での実験では、350℃まで安定に分散した金コロイドが、新装置を用いた実験では、200℃付近で凝集した。結果が大きく異なった原因として、2つの実験手法で加熱時間が大きくことなること(新装置での実験は加熱時間が長い)が考えられる。密閉容器を短時間で300-400℃まで加熱するのは技術的に困難であるため、1)高温・超高圧条件での短時間処理2)加熱時間の影響の評価の2点を可能にすべく、流通型の装置を新たに開発した(設計温度:400℃、設計圧力:94MPa)。

また並行して、単分散ポリスチレンラテックスの分散液を用いて、高温・高圧水中での粒子の化学安定性と分散安定性との相関に関する研究を行った。