特許 7162220 ナノダイヤモンド合成用爆薬体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-20

(45)【発行日】2022-10-28

(54)【発明の名称】ナノダイヤモンド合成用爆薬体

(51)【国際特許分類】

   F42B 1/02 20060101AFI20221021BHJP

   C01B 32/26 20170101ALI20221021BHJP

   B01J 3/08 20060101ALI20221021BHJP

   C06B 25/08 20060101ALI20221021BHJP

【ＦＩ】

F42B1/02

C01B32/26

B01J3/08 D

B01J3/08 M

C06B25/08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019523405

(86)(22)【出願日】2018-05-07

(86)【国際出願番号】 JP2018017593

(87)【国際公開番号】W WO2018225433

(87)【国際公開日】2018-12-13

【審査請求日】2021-03-26

(31)【優先権主張番号】P 2017111342

(32)【優先日】2017-06-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002901

【氏名又は名称】株式会社ダイセル

(73)【特許権者】

【識別番号】504159235

【氏名又は名称】国立大学法人 熊本大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002239

【氏名又は名称】弁理士法人Ｇ－ｃｈｅｍｉｃａｌ

(72)【発明者】

【氏名】間彦 智明

(72)【発明者】

【氏名】伊奈 智秀

(72)【発明者】

【氏名】石本 大祐

(72)【発明者】

【氏名】外本 和幸

(72)【発明者】

【氏名】田中 茂

【審査官】諸星 圭祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１４４９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２９９０１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２９６４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１３８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２３７６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７４９３８６１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０６１７０３９８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０５７６５９２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０２４４７０４３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２５４５２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ４２Ｂ １／００－ １／０４

Ｂ０１Ｊ ３／０８

Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／３９

Ｃ０６Ｂ ２５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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であって、
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、
前記起爆部は雷管部と伝爆薬部とを有し、
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、 ナノダイヤモンド合成用爆薬体。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

前記爆薬本体はコンポジット爆薬を含む、請求項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。

【請求項7】

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６に記載のナノダイヤモンド合成用爆薬体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２８９６７７号公報

【文献】特開２０１４－１４４９０３号公報

【文献】特開２０１６－１１３３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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2】図１における線II―IIに沿った断面図である。

【図3】（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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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】

【0030】

〔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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

〔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。

【0035】

〔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。

【0036】

〈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。

【0037】

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。

【0038】

［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。

【0039】

【表1】

【0040】

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。

【0041】

〔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。

【符号の説明】

【0042】

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

【図1】

【図2】

【図3】