CN103140279A - 微混合器 - Google Patents
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Abstract
一种微混合器,其具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者具有与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部和与混合部连通的微小管状流路的出口部,该入口部的微小管状流路为一条流路,而且,呈液密状地在出口部的微小管状流路内流通的流体截面积是比呈液密状地在入口部的一条微小管状流路内流通的流体截面积小的截面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种即使是在混合高粘度流体彼此的情况下、混合低粘度流体与粘度高出该流体3000倍左右的流体的情况下,也能够避免低粘度流体间歇供给而以稳定送液的状态进行混合的微混合器。
背景技术
在利用了析晶等进行的微粒子制造工序、化学反应工序中,提出有以混合至少两种以上的流体为目的的各种静态混合器。其中,向微型流路内供给进行混合的流体的微混合器作为一种高效的混合装置受人瞩目。
微混合器具有如下机构:该机构用于利用流路宽度为10μm至1000μm左右的微型流路将至少两种以上的流体分割为微小的液体流,并在之后进行混合。由于通过将被供给至微混合器内的流体分割为微小的液体流而致使扩散距离缩短,混合速度加快,因此与以往的静态混合器相比,能够在短时间内高效地进行混合。
作为微混合器的构造,已知有例如具有Y字型的流路的构造的混合器(Y形微混合器)。Y字型微混合器具有如下构造:供第一流体流动的流路和供第二流体流动的流路呈锐角、即Y字型地在一张板上交叉,从而形成一条合流路。被供给至该混合器的各流体在流路的交叉部处以层流状态合流,并相互扩散,继而被混合。
在使低粘度流体与粘度高出该流体10倍左右的流体(各向异性粘性流体)以相同的流量在上述Y字型微混合器内流通的情况下,欲使两种流体的压损相同。即,加快粘度较低的流体的流速,缩小微型流路的使用截面比例。相反地减慢粘度较高的流体的流速并增大微型流路的使用截面比例,从而使两种流体的压损形成为相同。在粘度差大到某种程度的情况下,粘度较低的流体以高速的流速在极小的截面中流动,从而成为导致间歇供给等不稳定的液体流的原因。因此,存在有流体无法稳定地流通、无法均匀地混合流体的问题。
另外,即使是在与两种流体的粘度差相对应地增大合流部的微型流路的流路截面积的情况下,液体的相互扩散时间也会增长,流体的混合性也会下降。这样,在液体在微型流路内相互扩散时,混合低粘度的流体彼此大多不存在问题,但是在混合各向异性粘性流体、高粘度流体时,多发混合性下降的问题的可能性较高。
作为除上述Y字型微混合器以外的其他微混合器,公知有例如具有如下构造的层叠型微混合器:该构造通过将形成有供作为混合对象的反应物A流动的微细通道的板与形成有供反应物B流动的微细通道的板层叠而成(例如,参照专利文献1)。该层叠型微混合器所具有的各微细通道以从板的上表面观察时呈锐角的状态配置,各流体在设置于各微细通道的出口的合流室合流,进而被混合。
专利文献1所述的设置有层叠的构造和使流体合流的合流室而成的微混合器(出口混合型微混合器)具有如下构造:在上下层叠配置的两张板的各个板上形成微型流路,所形成的各微型流路朝向作为共用的出口的混合室并交叉。另外,专利文献1的混合器的流路宽度和深度为250μm以下,并以易于以低粘度瞬时混合的流体为对象,而不是与高粘度流体彼此、各向异性粘性流体相对应的混合器。因此,在于专利文献1所述的混合器内流通有高粘度流体、各向异性粘性流体的情况下,有可能产生压损、阻塞等,从而使流通变得困难,无法充分地进行混合。
专利文献1:日条特表平9-512742号公报(12页,第3图)
发明内容
本发明的第一课题提供一种即使是在混合高粘度流体彼此的情况下、混合低粘度流体与粘度高出该流体3000倍左右的流体的情况下,也能够混合效率良好地、均匀地进行混合的微混合器,第二课题提供一种使用上述微混合器获得粘度差距较大的流体的混合液的方法,第三课题提供一种使用获得上述混合液的方法来制造各种化合物的方法。
本发明人们为了解决上述问题而进行了认真的研究,其结果发现,在具有将形成有供作为混合对象的反应物A流动的微细通道的板与形成有供反应物B流动的微细通道的板层叠而成的构造的层叠型微混合器中,上述板的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该板的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,从而即使是在混合高粘度流体彼此的情况下、混合低粘度流体与粘度高出该流体3000倍左右的流体的情况下,也能够混合效率良好地、以不会导致低粘度流体间歇供给的、稳定送液的状态进行混合,通过使用该微混合器,能够恰当地制造使用了粘度差距较大的原料的化合物,具体地说,能够制造具有聚氨酯(甲基)丙烯酸酯和蒽醌骨架的颜料微粒子,从而完成了本发明。
即,本发明提供一种微混合器,其特征在于,该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小。
另外,本发明提供一种混合液的制造方法,其特征在于,该制造方法使用下述微混合器,使粘度比为10~3000的第一流体与第二流体分别在第一微小管状流路和第二微小管状流路内流通,在混合部获得含有第一流体和第二流体的混合流体,上述微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小。
另外,本发明提供一种聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法,其特征在于,
使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第二板的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该第二板的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法包含:
第一工序,使具有异氰酸酯基的化合物(A)在上述第一板所具有的第一微小管状流路内流通,使具有羟基的(甲基)丙烯酸酯(B)在上述第二板所具有的第二微小管状流路内流通,在混合部获得含有化合物(A)和化合物(B)在内的混合流体;以及
第二工序,使该混合流体中的化合物(A)与化合物(B)发生反应。
进而,本发明提供一种具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法,其特征在于,
使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该第二板的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法包含:
第一工序,使水(C)在上述第一板所具有的第一微小管状流路内流通,使具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液(D)在上述第二板所具有的第二微小管状流路内流通,在混合部混合水(C)与硫酸溶液(D),获得析出有具有蒽醌构造的颜料的混合流体;以及
第二工序,对析出有该颜料的混合流体进行冷却。
本发明的微混合器以微小管状流路的出口部的流体截面积比入口部的流体截面积小的方式形成有微小流路。因此,在微小流路内流动的流体能够不被压力损失影响地改善流体的流速,能够形成紊流而提高混合效率。因此,本发明的微混合器能够在混合高粘度流体彼此的情况下、混合低粘度流体与粘度明显高于该流体的流体的情况下等以不会导致低粘度流体间歇供给的、稳定送液的状态进行混合。另外,通过使用本发明的微混合器,能够容易地获得聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、具有蒽醌构造的颜料微粒子等使用了粘度差距较大的原料的化合物。特别是,采用本发明的制造方法,能够获得以往难以获得的平均粒径为10nm左右微小的具有蒽醌构造的颜料微粒子。在制造对比度较高的红色滤色器的用途中,该粒径较小的颜料微粒子是特别有用的。
附图说明
图1是一实施方式的微混合器1的概略图。
图2是另一实施方式的微混合器2的概略图。
图3是另一实施方式的微混合器3的概略图。
图4是微混合器1所具有的层叠体的分解立体图。
图5是作为微混合器1的构成构件的第一板的概略图。
图6是作为微混合器1的构成构件的其他例的第一板的概略图。
图7是作为微混合器1的构成构件的其他例的第一板的概略图。
图8是作为微混合器1的构成构件的其他例的第一板的概略图。
图9是作为微混合器1的构成构件的第二板的立体图。
图10是作为微混合器1的构成构件的其他例的第二板的概略图。
图11是具有板的层叠体的分解立体图,该板设有供换热介质流通的流路。
图12是其他例的微混合器的概略图。
图13是示意性地表示实施例中所使用的装置的概略结构图。
图14是实施例中所使用的反应用微型反应器的概略图。
图15是实施例中所使用的反应用微型反应器所具有的层叠体的分解立体图。
图16是具有板的层叠体的其他例的分解立体图,该板设置有供换热介质流通的流路。
图17是示意性地表示实施例中所使用的装置的概略结构图。
具体实施方式
以下,根据图1~图17说明将本发明具体化的一实施方式。图1是表示微混合器1的一例的概略图。
微混合器1具有中空状的壳体C,在该壳体C中固定有层叠体110,该层叠体110具有在第一板上层叠有第二板而成的层叠部,该第一板具有与供第一流体(F1)流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体(F2)流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路。
本发明的微混合器是除了层叠第一板与第二板而成的层叠部以外,还如微混合器1所示例的那样层叠具有供换热介质流通的换热介质流路的调温板而成的混合器,该混合气层叠为:使上述第1流路形成部与上述第1介质流路处于在层叠方向上相对应的位置,并且使上述第2流路形成部与上述第2介质流路处于在层叠方向上相对应的位置,以如上方式层叠能够使换热效率良好,因此是优选的。
而且,通过在层叠体110上层叠下述调温板能够使流体F1和流体F2的温度均匀化,从而能够减少因流体F1与流体F2间的温度差导致的混合效率降低,因此是优选的,上述调温板具有供进行流体F1与流体F2间的换热的热介质H11流动的换热介质流路。
在上述微混合器1的壳体C的左端C1设有将第一流体(F1)供给至壳体C内的第一流体供给部1A,在壳体C的下部右端C2设有将第二流体(F2)供给至壳体C内的第二流体供给部2A。以下,在以不区分上述各流体供给部1A、2B的方式进行说明的情况下,仅说明流体供给部1。
流体供给部1A具有形成于壳体C的左端部的开口部1B和连结于开口部1B的连接器1C。连接器1C与供第一流体(F1)流通的流体供给路径连通,因而,该流体供给路径与第一板的第一微小管状流路连通。而且,该流体供给路径与包含用于积存第一流体(F1)的容器、加压泵、连结于该泵的管路等在内的加压输送机构相连接,第一流体(F1)在加压状态下被该机构向连接器1C侧加压输送。在开口部1B与固定于壳体C内的层叠体110的侧面11a之间设有空间,该空间作为临时积存从上述加压输送机构输出的第一流体(F1)的积存部S1发挥功能。
流体供给部2A具有形成于壳体C的下部右端的开口部2B和连结于开口部2B的连接器2C。连接器2C与供第二流体(F2)流通的流体供给路径连通,因而,该流体供给路径与第二板的第二微小管状流路连通。而且,该流体供给路径与包含用于积存第二流体(F2)的容器、加压泵、连结于该泵的管路等在内的加压输送机构相连接,第二流体(F2)在加压状态下被该机构向连接器3B侧加压输送。在开口部1B与固定于壳体C内的层叠体110的侧面11b之间设有空间,该空间作为临时积存从上述加压输送机构输出的第二流体(F2)的积存部S2发挥功能。
另外,在壳体C的下部左端C3形成有将热介质H1供给至壳体C内的热介质供给部3A。与上述流体供给部1A、2A相同,热介质供给部3A具有开口部3B、连接器3C。供给至热介质供给部3A的热介质H1通过形成于层叠体110内的流路,从形成于壳体C的上端C4的热介质输出部4A向壳体C外部输出。与上述流体供给部1A、2A相同,热介质输出部4A分别具有开口部4B、连接器4C。
另外,壳体C的右端C4具有输出部5A,该输出部5A由形成于壳体C的右端部的开口部5B和连结于开口部5B的连接器5C构成。在开口部5B与固定于壳体C内的层叠体110的侧面11c之间设有空间,该空间与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,作为第一流体与第二流体混合的混合部S3发挥功能。作为S3的体积,需考虑产生的压力损失、高粘度流体和各向异性粘性流体的稳定的流通、混合力、装置的强度。S3的体积能够与各流体的粘性、作为目的的混合度等相对应地进行变更。特别是,出于在使粘度不同的两种以上的流体(各向异性粘性流体)流通、混合时能够达成稳定的流通的观点,作为S3的体积优选100mm3以上,更加优选250mm3以上。
另外,由于在第一流体与第二流体间的粘度差较大、例如10倍以上的情况下,为了进行稳定的流通而增大混合部S3的截面积的做法能够获得第一流体与第二流体的均匀的混合体,因此是优选的。此外,在第一流体与第二流体间的粘度差较大且高粘度流体的流量比低粘度流体的流量大的情况下,优选进一步增大混合部的截面积。
出于能够获得良好地混合了第一流体与第二流体而成的混合体的观点,优选的是上述混合部S3的与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通的截面面积为50mm2以上,更加优选的是100mm2以上。
另外,上述混合部S3的与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通的截面面积为第一微小管状流路的出口的截面积与第二微小管状流路的出口的截面积的总和的5倍~50倍的微混合器能够使各向异性粘性流体的低粘度流体不间断地稳定地流通,并能够达成良好的混合,因此是优选的,更加优选10倍~200倍的微混合器,进一步优选20倍~300倍的微混合器。
如上所述,本发明的微混合器能够酌情地用于混合高粘度流体彼此、粘度差距较大的流体。在本发明的微混合器中,在第一板所具有的微小管状流路内流通的第一流体、在第二板所具有的微小管状流路内流通的第二流体向混合部流入。向混合部流入的流体从图1中的输出部5A向微混合器外排出,但是此时的流体的流出速度比第一流体与第二流体向混合部流入时的速度(流入速度)慢。因此,发明人们考虑有如下装置,该装置通过在混合部内产生流体的涡状、回旋流的液体流,从而能够利用该液体流高效地混合第一流体与第二流体。
出于易于产生上述的涡状、回旋流的液体流的观点,优选第一微小管状流路的出口部及第二微小管状流路的出口部与供第一流体和第二流体的混合物所流通的混合部的出口部间的距离为2mm~100mm,更加优选为10mm~200mm。另外,在本发明中,混合部的出口部指的是混合物的由图1的5B表示的开口部。
第一流体(F1)被从流体供给部1A向壳体C内部供给,并在形成于层叠体110的第一微小管状流路内流通,第二流体(F2)被从流体供给部2A向壳体C内部供给,并在形成于层叠体110的第二微小管状流路内流通。然后,到达第一微小管状流路的出口的第一流体(F1)和到达第二微小管状流路的出口的第二流体(F2)向与上述出口部连通的混合部S3排出并混合。所获得的混合流体(F3)从输出部5A向壳体C外部输出。另外,微混合器1的壳体C、各流体供给部1A、2A、输出部5A的位置等并不限定于上述结构,能够适当地进行变更。
作为另一实施方式的微混合器,也能够示例混合部的形状不同的、图2所示的微混合器2。在图2中,与层叠体110的侧面11c相连接的第一微小管状流路与第二微小管状流路的出口部位于从侧面11c凹陷的面上,该凹陷作为混合部的局部发挥功能。
另外,作为又一实施方式的微混合器,也能够示例图3所示的微混合器3。对于微混合器3,也与微混合器2相同,与层叠体110的侧面11c相连接的第一微小管状流路与第二微小管状流路的出口部位于从侧面11c凹陷的面上,在凹陷的部分设有将混合流体向微混合器外排出的配管。因此,微混合器3与微混合器2不同,仅凹陷部分作为混合部发挥功能。在该情况下,混合部的出口部指的是混合物的由图3的5B′所示的开口部。
接着,说明上述层叠体110。如图4所示,层叠体110在长方形状的各盖板P1、P2之间具有形成有流路的板组12。
板组12通过将两张第一板5和两张第二板7层叠而构成。在本实施方式中,形成有第一板与第二板交替层叠而成的层叠体。
盖板P1、P2、第一板5以及第二板7的外形形成为相同的长方形状。另外,对于盖板P1、P2、第一板5以及第二板7的材质并无特殊限定,只要是例如金属材料、树脂、玻璃、陶瓷等、用于形成流路的加工较容易且能够以难以产生液体泄漏等的密合状态将各板相互固定的材质即可。另外,既可以以相同材质来形成各板,也可以以不同的材质来形成各板。例如,也可以由不锈钢来形成各板,并利用扩散结合以密合状态进行固定。各板的加工方法能够在例如注射成型、溶剂铸造法、熔融复制法、切削、蚀刻、光刻法、激光磨蚀法等公知的各种方法中选择与其材质相对应的合适的方法。
接着,详细叙述第一板5和第二板7。如图5所示,在第一板5上具有矩形并且板状的第一微小管状流路形成部6A。
第一微小管状流路形成部6A在其上表面6a的宽度方向(图中Y方向)的中央部具有一条以上的第一微小管状流路6。第一微小管状流路6从第一微小管状流路形成部6A的左侧端6b朝向右侧端6c形成槽状,并在左侧端6b、右侧端6c以及上表面6a开口。左侧端6b的开口为第一微小管状流路6的入口6d,右侧端5c的开口为第一微小管状流路6的出口6e。入口6d与供给第一流体F1的上述第一流体供给部1A连通。
第一微小管状流路6是与流通方向相正交的方向上的截面呈矩形状的流路,且从左侧端6b延伸至右侧端6c。为了确保流体的温度分布的均匀性、装置的强度,优选将第一微小管状流路6的宽度和深度设为例如宽度0.1mm~100mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~2mm的范围。即,作为大径部16的形状,只要是压损(压力损失)不过大,难以产生流路封闭,且能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高生产率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
另外,作为在第一微小管状流路6内呈液密状流通的流体的截面积,优选为0.01mm2~500mm2,更加优选为0.01mm2~40mm2。
在图4中,配置有五条第一微小管状流路6,但是对于条数并无特殊限制。在配置有多条的情况下,各微小管状流路6的宽度和深度既可以相同,也可以不同。另外,第一微小管状流路6的入口与出口的流路宽度既可以相同,也可以不同。图6表示第一板的又一示例。
另外,由于在上述第一板中,使用与混合部连通的出口部中的微小管状流路的截面积比与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部中的微小管状流路的截面积小的板,能够获得混合效率较好的微混合器,因此是优选的。图5表示该实施方式的第一板。以下,根据图7说明该板。
在图7中,第一微小管状流路6设有流路直径较大的大径部6f、流路直径较小的小径部6g以及直径从大径部6f向小径部6g平稳地变化的锥部6h。
大径部6f是与流通方向相正交的方向上的截面呈矩形状的流路,且从左侧端6b延伸至右侧端6c的跟前。为了确保流体的温度分布的均匀性、装置的强度,优选将大径部6f的宽度和深度设为例如宽度0.1mm~100mm、深度5mm以下的范围,更加优选为宽度0.1mm~20mm、深度2mm以下的范围。即,作为大径部16的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高生产率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
大径部6f是与流通方向相正交的方向上的截面呈矩形状的流路,且从左侧端6b延伸至右侧端6c的跟前。为了确保流体的温度分布的均匀性、装置的强度,优选将大径部6f的宽度和深度设为例如宽度0.1mm~100mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~2mm的范围。进一步优选为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~1mm的范围。即,作为大径部16的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高流体的流速,能够作用有剪切力,能够形成伴随微紊流的状态下的分子扩散,从而能够提高混合效率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
另外,作为第一微小管状流路6f的截面积,优选为0.01mm2~500mm2,更加优选为0.01mm2~40mm2。进一步优选为0.01mm2~20mm2。
小径部6g也是形成为截面矩形状的流路,且从右侧端6f的跟前朝向右侧端6c延伸。只要小径部6g的截面积形成为至少比大径部16的截面积小即可,例如为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.1mm~5mm、深度0.1mm~2mm的范围。进一步优选为宽度0.1mm~5mm、深度0.1mm~1mm的范围。即,作为小径部17的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高流体的流速,能够作用有剪切力,能够形成伴随微紊流的状态下的分子扩散,从而提高混合效率的流路形状即可。
另外,作为第一微小管状流路6g的截面积,优选为0.01mm2~100mm2,更加优选为0.01mm2~10mm2。进一步优选为0.01mm2~5mm2。
为了提高作用于流体的剪切力,优选在第一微小管状流路6g内流通时的流体的速度为0.5m/秒以上,更加优选为1.0m/秒以上。进一步优选为3.0m/秒以上,特别优选为5.0m/秒以上。特别是在混合高粘度的流体彼此的情况下的、混合粘度差距较大的流体的情况下的流速优选为1.0m/秒以上。
第一微小管状流路6是与流通方向相正交的方向上的截面呈矩形状的流路,且从左侧端6b延伸至右侧端6c。为了确保流体的温度分布的均匀性、装置的强度,优选将第一微小管状流路6的宽度和深度设为例如宽度0.1mm~100mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.1mm~10mm、深度0.1mm~1mm的范围。进一步优选为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~2mm的范围。更进一步优选为宽度0.1mm~2mm、深度0.1mm~0.5mm的范围。即,作为大径部16的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高流体的流速,能够作用有剪切力,能够形成伴随微紊流的状态下的分子扩散,从而能够提高混合效率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
在图7中,配置有三条第一微小管状流路6,但是对于条数并没有特殊限制。在设置有多条的情况下,各微小管状流路6的宽度和深度既可以相同,也可以不同。另外,第一微小管状流路6的入口与出口的流路宽度既可以相同,也可以不同。图8表示第一板的又一示例。
优选的是在第一微小管状流路内流通的流体的粘度为3000mPa·s以下,更优选为1000mPa·s以下。进一步优选为500mPa·s以下。更进一步优选为100mPa·s以下。
接着,详细叙述第二板7。如图9所示,在第二板7上具有矩形并且板状的第二微小管状流路形成部7A。
第二微小管状流路形成部7A在其上表面7a上具有一条第二微小管状流路8。第二微小管状流路8从第二微小管状流路形成部7A的下侧端7b朝向宽度方向(7c方向,图中Y方向)形成槽状,进而在Y方向的中央付近呈直角地向右端方向弯曲一次,且在下侧端7b、右侧端7d以及上表面7a开口。下侧端7b的开口为第二微小管状流路8的入口8a,右侧端7d的开口形成为第一微小管状流路6的出口8b。入口8a与供给第二流体F1的上述第二流体供给部2A连通。
本发明的微混合器的特征在于,第一板与第二板的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者是与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部中的微小管状流路的截面积小的板(在本说明书中,将该板作为第二板进行说明)。通过具有这样的结构,第二流体F2在入口部中的、大径部的入口8a内流动,并流入小径部8b。流入到小径部内的第二流体F2以比流入到入口时的流速大的流速流入出口8b,并流入混合部(图1中的S3)。其结果,能够提高第一流体F1与第二流体F2的混合速度。特别是,在第一流体F1、第二流体F2中的至少一者为流动性较低且难以混合的流体即为高粘度流体的情况下、彼此间粘度差距较大的情况下等,特别能够发挥效果。
为了确保流体的温度分布的均匀性、装置的强度,优选将上述大径部的宽度和深度设为例如宽度0.1mm~100mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.1mm~20mm、深度0.1mm~2mm的范围。即,作为大径部的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高生产率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
另外,作为呈液密状地在大径部流通的流体的截面积,优选为0.01mm2~500mm2,更加优选为0.01mm2~40mm2。
只要上述小径部的截面积形成为至少比大径部的截面积小的截面积即可。小径部的宽度和深度为例如宽度0.1mm~20mm、深度5mm以下的范围,更加优选为宽度0.1mm~5mm、深度0.1mm~2mm的范围。即,作为小径部的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高生产率的流路形状即可。优选压损为5MPa以下,更加优选为1MPa以下。
另外,作为呈液密状地在小径部流通的流体的截面积,优选为0.01mm2~100mm2,更加优选为0.01mm2~10mm2。
为了提高作用于流体的剪切力,优选流体在第二微小管状流路8b内流通时的速度为0.5m/秒以上,更加优选为1.0m/秒以上。进一步优选为3.0m/秒以上,特别优选为5.0m/秒以上。特别是优选混合高粘度的流体彼此的情况下的、混合粘度差距较大的流体的情况下的流速为1.0m/秒以上。
优选在第二微小管状流路内流通的流体的粘度为3000mPa·s以下,更加优选为1000mPa·s以下。进一步优选为500mPa·s以下。更进一步优选为100mPa·s以下。
另外,如图9所示,第二板的与混合部连通的出口部被与流体的行进方向平行地设置的多个壁部分割,从而形成有多条流路,除此以外,也可以例如如图10所示例的那样,形成为一条流路。在此,壁部的数量例如为1个~250个,更加优选1个~50个。另外,形成于第二板上的第二微小管状流路的数量既可以是图9所示的一条,也可以是图10所示的多条。
也可以在本发明的微混合器中层叠用于使换热用的介质流通的调温板。例如,图11表示层叠有调温板、第一板以及第二板而成的微混合器。
如图11所示,调温板12在一侧的面12a上隔开预定的间隔地设有截面凹槽形状的调温流路13。对于调温流路12的截面积,只要能够对反应流路传递热,就并无特别限定,但是大致为0.02(mm2)~500.0(mm2)的范围。更加优选为0.05(mm2)~40.0(mm2)。对于调温流路6的条数,能够考虑换热效率而采用适当的条数,并无特别限定,但是在每张板上例如为1条~1000条,优选10条~100条。优选流路的宽度形成为例如宽度0.2mm~100mm、深度0.1mm~5mm的范围,更加优选为宽度0.5mm~20mm、深度0.1mm~2mm的范围。即,作为大径部16的形状,只要是压损不过大,且难以产生流路封闭,能够迅速地控制流路的加热、冷却,能够提高生产率的流路形状即可。
如图11所示,调温流路12也可以包括:主流路13a,其沿调温板12的长度方向排列有多条;供给侧流路13b,其在主流路13a的上游侧与主流路13a连通;以及排出侧流路13c,其在主流路13a的下游侧端部与主流路13a连通。
在图11中,供给侧流路13b与排出侧流路13c呈直角地弯曲两次,分别从调温板的侧面12d、12e向外部开口。对于调温流路12的各流路的条数,仅调温流路12的主流路13a部分排列有多条,供给侧流路13b和排出侧流路13c分别由一条流路构成。
在如上所述地构成的层叠体110中,以加压状态从第一流体供给部1A向壳体C内供给的第一流体(F1)在临时积存于积存部S1之后,向着设于层叠体110的多个第一微小管状流路6被分割。另外,以加压状态从第二流体供给部2A向壳体C内供给的第二流体(F2)在临时积存于积存部S2之后,向着设于层叠体110的多个第二微小管状流路8被分割。
流入第一板5的各第一微小管状流路6内的第一流体(F1)通过第一微小管状流路6的出口6e向混合部S3输出。另外,流入第二板7的各第二微小管状流路8内的第二流体(F2)从大径部9至小径部10一边提高流速一边向出口8b输出,进而从出口8b向混合部S3输出。
一边提高流速一边向混合部S3输出的第二流体(F2)与输出至混合部S3的第二流体(F2)相混合。此时,由于第二流体(F2)的速度提高,因此混合部S3的混合效率提高。
第一流体(F1)和第二流体(F2)一边在混合部S3产生紊流一边混合,所获得的混合流体(F3)向混合流体的输出部5A流动。然后,从输出部5A向壳体C外输出。
由于本发明的微混合器能够容易地增加第二板所具有的微小管状流路的入口部,因此也能够获得多种流体的混合流体。在使多种流体在本发明的微混合器内流通的情况下,能够优选示例例如具有如下层叠部的微混合器:该层叠部通过层叠至少一张第一板与至少两张第二板而成,且该层叠部在与设置了第二板所具有的微小管状流路的入口部的侧面不同的侧面上设置了第一板所具有的微小管状流路的入口部。具体地说,如图12所示,通过层叠供E液流通的一张第一板和分别供A液、B液、C液以及D液流通的四张第二板,能够获得混合五种溶液的微混合器。
本发明的混合液的制造方法的特征在于,使用本发明的微混合器,使粘度比为10~3000的第一流体与第二流体分别在第一微小管状流路与第二微小管状流路内流通,在混合部获得含有第一流体和第二流体的混合流体。在使用了以往的混合器的情况下,在混合粘度差距较大的流体时,在流通时会产生压力的损失、流体的阻塞等,从而使流通变得困难,无法充分地进行混合。在本发明的制造方法中,使用本发明的微混合器则不会引起上述的问题,即使是粘度比为10~3000这样的粘度差距很大的流体,也能够在不导致低粘度流体间歇的情况下形成稳定的通流,能够良好地进行混合。
在上述制造方法中,通过将在第一流体和第二流体中粘度较高的一者向下述微小管状流路供给,能够均匀地混合第一流体和第二流体,因此是优选的,上述微小管状流路的与流体供给路径连通的入口部为一条流路,而且,上述微小管状流路的与混合部连通的出口部的截面积比入口部的截面积小。在本发明中,将具有这样的流路的板作为第二板进行了公开。
作为流体的粘度差距较大的组合,能够优选示例例如如下所述的组合。
1.使用具有异氰酸酯基的化合物(A)和具有羟基的(甲基)丙烯酸酯(A),获得聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的组合。
2.使用具有羟基的(甲基)丙烯酸酯和具有环氧基的化合物,获得环氧(甲基)丙烯酸酯的组合。
3.使用具有活性氢的化合物和具有异氰酸酯基的化合物,获得聚氨酯树脂的组合。
4.使用含有烷基苯酚的溶液和含有过氧化氢的溶液,获得烷基取代苯二酚的组合。
5.使用具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液与水,获得具有蒽醌构造的颜料微粒子的组合。
以下,作为优选的组合中的一例,说明使用了本发明的微混合器的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法和具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法。
聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法
本发明的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法,其特征在于,使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法包含:
第一工序,使具有异氰酸酯基的化合物(A)在上述第一微小管状流路或第二微小管状流路中的任一者内流通,使具有羟基的(甲基)丙烯酸酯(B)在另一条微小管状流路内流通,在混合部获得含有化合物(A)和化合物(B)在内的混合流体;以及
第二工序,使该混合流体中的化合物(A)与化合物(B)发生反应。
在本发明的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法中,优选的是,使用如下微混合器:在本发明的微混合器中,第二板具有与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部和与混合部连通的微小管状流路的出口部,该入口部的微小管状流路为一条流路,而且,该第二板具有呈液密状地在出口部的微小管状流路内流通的流体截面积比呈液密状地在入口部的一条微小管状流路内流通的流体截面积小的截面积,
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法包含:
第一工序,使具有异氰酸酯基的化合物(A)在上述第一板所具有的第一微小管状流路内流通,使具有羟基的(甲基)丙烯酸酯(B)在上述第二板所具有的第二微小管状流路内流通,在混合部获得含有化合物(A)和化合物(B)在内的混合流体;以及
第二工序,使该混合流体中的化合物(A)与化合物(B)发生反应;
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法能够良好地混合化合物(A)与化合物(B),能够制造品质稳定的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯,因此是优选的,。
通常,具有羟基的(甲基)丙烯酸酯的粘度比具有异氰酸酯基的化合物(A)高100倍左右。在本发明中,通过使粘度较高的化合物(B)在第二微小流路内流通,能够使其迅速地在流路内流通,能够在混合部获得均匀地混合了化合物(A)与化合物(B)的混合物。
在本发明的第一工序中,在微混合器的混合部获得含有化合物(A)和化合物(B)在内的混合流体。作为化合物(A),列举有芳香族系异氰酸酯化合物、脂肪族异氰酸酯化合物、脂环式异氰酸酯化合物等异氰酸酯化合物。具体地说,列举有例如,甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、苯基甲烷多异氰酸酯、改性二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烯二异氰酸酯、亚苯基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、赖氨酸三异氰酸酯、萘二异氰酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基异氰酸酯、1,1-双(丙烯酰基甲基)乙基异氰酸酯、苯基异氰酸酯、对甲苯磺酰异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、丁基异氰酸酯或上述异氰酸酯的三聚体化合物或多聚体化合物、加合物型异氰酸酯化合物、缩二脲型异氰酸酯化合物、脲基甲酸酯型异氰酸酯化合物、异氰酸酯二聚体(uretdione)型异氰酸酯化合物、它们的封端化物或上述异氰酸酯与多元醇的反应生成物。既可以单独使用上述化合物,也可以使用两种以上的上述化合物。
作为化合物(B),列举有例如,(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丁酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、2-羟乙基丙烯酰基磷酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-2-羟基丙基邻苯二甲酸酯、己内酯改性(甲基)丙烯酸2-羟乙酯等的具有1个(甲基)丙烯酰基的含羟基(甲基)丙烯酸酯化合物;
2-羟基-3-(甲基)丙烯酰氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、己内酯改性二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等的具有两个以上的(甲基)丙烯酰基的含羟基(甲基)丙烯酸酯化合物等。既可以单独使用上述化合物,也可以使用两种以上的上述化合物。
当欲获得化合物(A)与化合物(B)的混合流体时,例如只要连接放入化合物(A)的容器与微混合器的第二微小管状流路,另外,连接放入化合物(B)的容器与第一微小管状流路,使用泵使各化合物以流速100g/min左右在微小管状流路内流通,在混合部进行混合即可。
在使化合物(A)、化合物(B)在微小管状流路内流通时,也可以例如以60℃左右对化合物进行加热,预先使粘度下降。
对从混合部排出的混合流体进行加热,使化合物(A)与化合物(B)发生反应。对于反应时的温度,例如,当以间歇式进行反应时,以70℃~100℃进行即可,另外,在使用管反应器等反应器连续地进行反应时,该温度为100℃~180℃。在使用反应器连续地进行反应时,虽在高温下进行反应,但是通过在反应结束之后,迅速地冷却反应生成物,能够防止反应的失控。
具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法
本发明的具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法,其特征在于,使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法包含:
第一工序,使水(C)在上述第一微小管状流路和第二微小管状流路中的任一者内流通,使具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液(D)在另一条微小管状流路内流通,在混合部混合水(C)与硫酸溶液(D),获得析出有具有蒽醌构造的颜料的混合流体;以及
第二工序,对析出有该颜料的混合流体进行冷却。
在本发明的具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法中,优选的是,使用如下微混合器:在本发明的微混合器中,第二板具有与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部和与混合部连通的微小管状流路的出口部,该入口部的微小管状流路为一条流路,而且,该第二板具有呈液密状地在出口部的微小管状流路内流通的流体截面积比呈液密状地在入口部的一条微小管状流路内流通的流体截面积小的截面积,
上述具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法包含:
第一工序,使水(C)在上述第一板所具有的第一微小管状流路内流通,使具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液(D)在上述第二板所具有的第二微小管状流路内流通,在混合部混合水(C)与硫酸溶液(D),获得析出有具有蒽醌构造的颜料的混合流体;以及
第二工序,对析出有该颜料的混合流体进行冷却;上述具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法能够高效地混合水(C)与硫酸溶液(D),能够获得平均粒径较小的颜料微粒子,因此是优选的。
具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液(D)的粘度比水(C)高30倍左右。在本发明中,通过使粘度较高的硫酸溶液(D)在第二微小流路内流通,能够使该硫酸溶液(D)迅速地在流路内流通,能够在混合部获得均匀地混合了化合物(A)和化合物(B)的混合物。
本发明的第一工序是如下工序:在本发明的第一工序中,在微混合器的混合部混合水(C)与硫酸溶液(D),获得通过析晶而析出有具有蒽醌构造的颜料的混合流体。作为具有用于获得硫酸溶液(D)的蒽醌(アントラキノン?)结构的颜料,列举有例如C.I.颜料红83、C.I.颜料红177、C.I.颜料红89等。其中,出于能够获得粒子直径较小的颜料微粒子,且能够适当地用作构成滤色器的红色滤光器节(filter segment)的观点,优选C.I.颜料红177。
对于用于调制将具有蒽醌构造的颜料溶解于硫酸中的硫酸溶液(常温粘度27mPa·s)的硫酸的浓度,只要溶解有具有蒽醌构造的颜料,并且在不会受到磺化、氧化等化学反应的范围内,就并无特殊限定,但是通常为70重量%~100重量%的范围,特别是只要能够使用95重量%~98重量%的市场中出售的浓硫酸,就在经济、操作方面较为有利。
硫酸溶液中的具有蒽醌构造的颜料的含有率需为2质量%~25质量%。若含有率比2质量%少,则难以兼备生产的效率性和纳米级别的粒径的颜料的品质,因此并不优选。若含有率比25质量%多,则因空气中的水分等的影响而导致颜料产生再析出,从而难以获得纳米级别的粒径的颜料,因此并不优选。优选硫酸溶液中的具有蒽醌构造的颜料的含有率为3质量%~20质量%,更加优选为4质量%~15质量%。
在制作硫酸溶液时,为了防止引起具有蒽醌构造的颜料的磺化、氧化等化学反应,优选以硫酸溶液的温度形成为45℃以下的方式混合具有蒽醌构造的颜料和硫酸,更加优选以形成为32℃~42℃的方式进行混合。
为了获得析出有具有蒽醌构造的颜料的混合流体,只要例如连接放入硫酸溶液(D)的容器与微混合器的第二微小管状流路,另外,连接放入水(C)的容器与第一微小管状流路,通过对各化合物使用泵而使各流体在微小管状流路内流通,并在混合部进行混合即可。在第一工序中,由于通过对100质量部的硫酸溶液(D)混合300质量部~3000质量部的水(C)而能够获得粒径较细的颜料微粒子,并且制造效率也良好,因此是优选的。作为硫酸溶液(D)与水(C)间的混合比例,相对于硫酸溶液(D)100质量部,优选水(C)为500~1500,更加优选为700~1200。
由于通过将在第一工序中获得的混合流体的液温维持在维持颜料的溶液状态的温度并且维持在50℃以下,易于获得粒子直径较小的颜料微粒子,因此是优选的。更加优选液温为5℃~40℃,进一步优选为10℃~30℃。
由于第一工序所使用的水(C)的温度为1℃~45℃,因此易于获得液温为50℃以下的混合流体,因此是优选的。
利用第二工序对在第一工序中所获得的混合流体进行冷却。在进行冷却时,通过将混合流体的温度调整为30℃以下,并且调整为维持溶液状态的温度,能够获得粒径较小的颜料微粒子。当将混合流体的温度设为30℃以下时,将第一工序中的、获得析出有颜料的混合流体的时刻作为起算点,优选在30秒以内进行冷却。
第一工序是在本发明的微混合器的混合部内进行的,之后,由于混合流体从混合部排出,因此第二工序是在本发明的微混合器外进行的。进行第二工序例如既可以通过间歇式来进行,也可以使用管反应器等反应器连续地冷却。
在第二工序结束后,获得有颜料微粒子分散于溶液中的分散体。既可以将该分散体作为最终制品,也可以利用各种手段回收微粒子,将其作为干燥的干颜料。
在将利用本发明的制造方法所获得的颜料微粒子用作着色剂的情况下,既可以直接使用所获得的颜料微粒子,也可以利用表面活性剂、树脂、松香、颜料衍生物等进行处理后再使用。
采用上述实施方式,本发明的微混合器能够获得如下所述的效果。
(1)在上述实施方式中,微混合器1具有混合部和在具有第一微小管状流路的第一板上层叠有第二板而成的层叠部,而且,第一板与第二板中的至少一者的该入口部的微小管状流路为一条流路,而且,呈液密状地在该板的出口部的微小管状流路内流通的流体截面积是比呈液密状地在入口部的一条微小管状流路内流通的流体截面积小的截面积。通过设为这样的结构,能够提高第一流体和第二流体的混合效率,即使是各高粘度流体或彼此间粘度不同的各向异性粘度流体,也能够在不导致低粘度流体间歇的情况下形成稳定的流通,能够高效地进行混合。
实施例
以下,利用实施例更加详细地叙述本发明。在例子中,只要没有特别指出,%为重量基准。
实施例1所使用的反应装置
在实施例1中使用了图13所示的反应装置。在该装置中,所使用的微混合器为图1所示的微混合器,且该微混合器1具有图11所示的层叠部。
微混合器1如图11所示地交替层叠有一张第一板5、一张第二板7和两张调温板12,该第一板5利用干蚀刻加工形成有第一微小管状流路,该第二板7利用相同的蚀刻加工形成有第二微小管状流路,进而利用两张盖板夹着该层叠体。板的材质为SUS304。对于板厚,板5、板7为0.4mm。调温板12为1.0mm。第一板5的微小管状流路的截面尺寸为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度40mm,微小管状流路条数为10条。第二板7的微小管状流路的大径部8a的截面尺寸为宽度1.2mm×深度0.2mm×长度20mm。小管状流路的小径部8b为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度2mm,微小管状流路条数为10条。调温板12的截面尺寸为宽度1.2×深度0.5×长度36mm。混合部的面积为100mm2,体积为300mm3。
在实施例1中,通过利用图13所示的反应装置合成氨基甲酸酯丙烯酸酯,评价了第一流体和第二流体的混合效率。在图13中,放入第一流体的容器61的流出口与柱塞泵63的流入口借助供第一流体通过的配管而连接,另外,放入第二流体的容器62的流出口与柱塞泵64的流入口借助供第二流体通过的配管连接。分别从柱塞泵63的流出口和柱塞泵64的流出口伸出有通过柱塞泵63或柱塞泵64并供第一流体或第二流体通过的配管,这些配管与微混合器1的流入口相连接。
利用该微混合器1混合第一流体与第二流体,形成混合流体。混合流体通过与微混合器1或2相连接的配管向借助连接器67并列连接的化学反应用微型反应器65或66分配。利用微混合器1混合而成的混合流体对应于制成混合流体的时间而被分别分配至化学反应用微型反应器65或66。分配后的混合溶液在微型反应器内发生反应,所获得的反应物通过与流出口相连接的配管向接收容器68或69排出。
化学反应用微型反应器65或66为图14所示的微型反应器,进行反应的层叠部具有图15所示的构造。在图14中,α为第一流体与第二流体的混合流体。β为混合流体的反应物。γ为换热用介质。
化学反应用微型反应器65或66交替层叠有两张处理板和三张调温板,该处理板利用干蚀刻加工形成有五条反应流路4,该调温板利用相同的蚀刻加工形成有五条调温流路6。处理板2与调温板3的材质为SUS304,板厚为1mm。反应流路4和调温流路6的截面尺寸均为宽度1.2mm×深度0.5mm。反应流路4的长度为40mm。
实施例2所使用的装置
实施例2所使用的装置是除了使用微混合器2取代微混合器1以外与实施例1所使用的装置相同的装置。通过使用该装置来合成氨基丙烯酸酯,评价了第一流体和第二流体的混合效率。
微混合器2具有图16所示的层叠部。微混合器2如图14那样交替层叠有一张第一板5、一张第二板7以及两张调温板12,该第一板5利用干蚀刻加工形成有第一微小管状流路,该第二板7同样利用蚀刻加工形成有第二微小管状流路,进而,该层叠体被两张盖板夹住。板的材质为SUS304。对于板厚,板5、板7为0.4mm。调温板12为1.0mm。混合部的面积为100mm2,体积为300mm3。
对于第一微小管状流路6,将其大径部6f设为宽度1.2mm×深度0.2mm×长度38mm,将其小径部6g设为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度2mm。第一板5上的微小管状流路条数为10条。
第二板7的微小管状流路的大径部8a的截面尺寸为宽度1.2mm×深度0.2mm×长度20mm。小管状流路的小径部8b为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度2mm,微小管状流路条数为10条。调温板12的流路的截面尺寸为宽度1.2×深度0.5×长度(L1)36mm。
实施例3所使用的装置
在实施例3中,使用了连接有放入第一流体的容器61、放入第二流体的容器62、柱塞泵以及微混合器3的装置。具体地说,放入第一流体的容器61的流出口与柱塞泵63的流入口借助于供第一流体通过的配管连接,另外,放入第二流体的容器62的流出口与柱塞泵64的流入口借助于供第二流体通过的配管连接。从柱塞泵63的流出口和柱塞泵64的流出口分别伸出有通过柱塞泵63或柱塞泵64并供第一流体或第二流体通过的配管,上述配管与微混合器3的流入口相连接。
利用该微混合器3混合第一流体和第二流体,形成有混合流体。混合流体通过与微混合器3相连接的配管向接收容器排出。
微混合器3具有省略了图11中的调温板12的构造。具体地说,微混合器3层叠有一张第一板5和一张第二板7,该第一板5利用干蚀刻加工形成有第一微小管状流路,该第二板7同样利用蚀刻加工形成有第二微小管状流路,进而,该层叠体被两张盖板夹住。板的材质为SUS304。对于板厚,板5、板7为0.4mm。第一板5的微小管状流路的截面尺寸为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度40mm,微小管状流路条数为一条。第二板7的微小管状流路的大径部8a的截面尺寸为宽度1.2mm×深度0.2mm×长度20mm。小管状流路的小径部8b为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度2mm,微小管状流路条数为一条。
实施例4所使用的装置
在实施例4中,使用了图17所示的反应装置。在该装置中,所使用的微混合器为实施例1所使用的微混合器1。
如图17所示,连接分别放入硫酸溶液、水的容器、微混合器、换热器以及回收含有所获得的颜料微粒子在内的分散体的容器,将其作为制造装置。换热器69为图14所示的微型反应器,进行反应的层叠部具有图15所示的构造。换热器69交替层叠有五张处理板和七张调温板,该处理板利用干蚀刻加工形成有五条反应流路4,该调温板同样利用蚀刻加工形成有五条调温流路6。处理板2与调温板3的材质为SUS304,板厚为1mm。反应流路4与调温流路6的截面尺寸均为宽度1.2mm×深度0.5mm。反应流路4的长度为40mm。
实施例1
对使用了作为第1流体的、粘度调整为2mPa·s的异氰酸酯化合物和作为第二流体的、粘度调整为300mPa·s的多官能丙烯酸酯进行氨基丙烯酸酯的合成。调整指的是通过向调温板12输送热介质,将各流体的温度设为60℃。
利用柱塞泵63和64使上述化合物以流速100g/min流通,并通过使其在微混合器1内流通而获得混合流体。将所获得的混合流体分为初期、后期两个阶段,操作连接器,分别将所获得的混合流体供给至微型反应器65和66。使所获得的混合流体在各微型反应器内以160℃、滞留时间50秒的条件进行反应。将使用微型反应器65和66获得的氨基丙烯酸酯分别简略地记为氨基丙烯酸酯(1-1)、氨基丙烯酸酯(1-2)。根据凝胶渗透色谱法(GPC)分析的结果,氨基丙烯酸酯(1-1)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕与剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕分别为95〔%〕、1.3〔%〕,氨基丙烯酸酯(1-2)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕与剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕分别为95〔%〕、1.3〔%〕,是相同的值。由此,认为利用微混合器1能够良好地进行混合。
实施例2
对使用了作为第一流体的、粘度调整为100mPa·s的异氰酸酯化合物和作为第二流体的、粘度调整为300mPa·s的多官能丙烯酸酯进行氨基丙烯酸酯的合成。调整指的是向调温板12输送热介质,将各流体的温度设为60℃。
利用柱塞泵63和64使上述化合物以流速100g/min流通,并通过使其在微混合器1内流通而获得混合流体。将所获得的混合流体分为初期、后期两个阶段,操作连接器,分别将所获得的混合流体供给至微型反应器65和66。使所获得的混合流体在各微型反应器内以160℃、滞留时间50秒的条件进行反应。将使用微型反应器65和66获得的氨基丙烯酸酯分别简略地记为氨基丙烯酸酯(1-1)、氨基丙烯酸酯(1-2)。根据凝胶渗透色谱法(GPC)分析的结果,氨基丙烯酸酯(1-1)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕与剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕分别为95.5〔%〕、1.3〔%〕,氨基丙烯酸酯(1-2)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕与剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕分别为95.5〔%〕、1.3〔%〕,是相同的值。由此,认为能够利用微混合器2良好地进行混合。
在实施例1中,本发明的微混合器的混合部中的微小管状流路的出口部的第一流体的流速为0.42m/s,第二流体的速度为1.66m/s。
实施例3
利用柱塞泵,分别使粘度1mPa·s的水和粘度30mPa·s的麦芽糖在具有微混合器的装置内以流速10g/min的条件流通。其结果,确认了能够以无脉动的方式进行混合。
实施例4
作为具有蒽醌构造的颜料,相对于1g的C.I颜料红177以98质量%的浓硫酸的比例进行混合,获得了硫酸溶液(常温粘度27mPa·s)(硫酸溶液中的颜料的含有率:12.5质量%)。溶解颜料时的液温为37℃,搅拌时间为2小时。将硫酸溶液100g放入图17所示的装置的容器62内,另外,将水1500g放入容器64内。
使用柱塞泵65和66,以重量比1:10的比例,且以流量形成为88g/分的方式将容器62中的硫酸溶液与容器64中的水供给至微混合器67,利用微混合器获得含有颜料微粒子的混合流体。此时的混合流体的液温(T1)为40℃。接着,将混合溶液向换热器输送,获得了液温(T2)为25℃的颜料微粒子的分散体。以获得混合溶液(A)的时刻作为起算点,将(T1)调整为温度(T2)所花费的时间为15秒。另外,水在第一板所具有的微小管状流路内流通,硫酸溶液在第一板所具有的微小管状流路内流通。
所获得的颜料微粒子的分散体1中的颜料微粒子的平均粒子直径(由小角散射法所获得的SAXS粒子直径)为10.1nm。
比较例1
除了使用Y字型微混合器取代微混合器3以外,以与实施例3相同的方式进行了各向异性粘性流体的混合实验。设置于该Y字形微混合器的、供第1流体流动的流路为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度15mm。供第2流体流动的流路为相同的宽度0.4mm×深度0.2mm×长度15mm。另外,供混合液流动的流路为宽度0.8mm×深度0.2×长度15mm。由于形成了流路的板的材质与微混合器1相同,因此流路壁面的粗细与微混合器1相同。
实验的结果,能够确认到,在作为低粘度流体的水中发现有间歇流通,稳定流通较为困难。即,由于Y字型混合器是通过使各流路交叉而使各流体合流的设计,因此当在各流路中流动有粘度不同的两种流体时,欲使低粘度流体与高粘度流体的压损相同。在本次的实验中,合流部的截面为0.8mm×深度0.2mm=0.16mm2,相对于供高粘度流体流动的截面0.16×30/31=0.155mm2,低粘度流体侧的截面为0.16×1/31=0.005mm2,由于供低粘度流体流动的截面极小,因此能够推测将会产生间歇供给。
比较例2
除了以日本特表平9-512742的实施例所使用的微混合器取代微混合器1,并且,以流通时的流量形成为12.5g/min的方式利用柱塞泵分别使流体流通以外,与实施例1相同地获得了氨基丙烯酸酯(2′-1)、氨基丙烯酸酯(2′-2)。日本特表平9-512742的实施例所使用的微混合器所具有的第一板、第2板的微小管状流路的截面尺寸为宽度0.4mm×深度0.2mm×长度40mm,微小管状流路条数为10条。层叠片数为各一张。
所获得的氨基丙烯酸酯(2′-1)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕为92〔%〕,剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕为2.7〔%〕,所获得的氨基丙烯酸酯(2′-2)中的氨基丙烯酸酯面积比〔%〕为77〔%〕,剩余量丙烯酸酯的面积比〔%〕为18.8〔%〕,面积比不同。根据该结果,得出如下结论:生成有物理性质值不同的氨基丙烯酸酯,并未进行均匀的混合。另外,虽欲以100g/min进行流通,但是粘度调整为300mPa·s的多官能丙烯酸酯压损为高粘度10MPa以上,难以进行流通,无法获得氨基丙烯酸酯。
附图标记说明
C、微混合器1的壳体;C1、壳体C的左端;C2、壳体C的下部右端;C3、壳体C的下部左端;C4、壳体C的上端;F1、第一流体;F2、第二流体;F3、第一流体与第二流体的混合流体;H1、热介质;S1、临时积存第1流体(F1)的积存部;S2、临时积存第2流体(F2)的积存部;S3、混合部;1A、第1流体供给部;1B、形成于壳体C的左端部的开口部;1C、与开口部2B相连结的连接器;2A、第2流体供给部;2B、形成于壳体C的下部右端的开口部;2C、与开口部2B相连结的连接器;3A、将热介质H1向壳体C内供给的热介质供给部;3B、形成于壳体C的下部左端的开口部;3C、与开口部3B相连结的连接器;4A、热介质输出部;4B、形成于壳体C的上部右端的开口部;4C、与开口部4B相连结的连接器;5、第一板;5A、由开口部5B和连接器5C构成的输出部;5B、形成于壳体C的右端部的开口部;5C、与开口部5B相连结的连接器;6、第一微小管状流路;6A、第一微小管状流路形成部;6a、第一微小管状流路形成部6A的上表面;6b、第一微小管状流路形成部6A的左侧端;6c、第一微小管状流路形成部6A的右侧端;6d、第一微小管状流路6的入口;6e、第一微小管状流路6的出口;7、第二板;7A、第二微小管状流路形成部;7a、第二微小管状流路形成部7A的上表面;7b、第二微小管状流路形成部7A的下侧端;7c、从第二微小管状流路形成部7A的下侧端7b起位于宽度方向上的端;7d、第二微小管状流路形成部7A的右侧端;8、第二微小管状流路;8a、第二微小管状流路8的入口;8b、第一微小管状流路6的出口;9、第二微小管状流路8中的流路直径较大的大径部;10、第二微小管状流路8中的流路直径较小的小径部;11、第二微小管状流路8中的锥部;12、调温板;12a、调温板12的面;13、设置于调温板12的面12a上的截面凹槽形状的调温流路;13a、沿调温板12的长度方向排列有多条的主流路;13b、与主流路13a连通的供给侧流路;13c、与主流路13a连通的排出侧流路;61、放入第一流体的容器;62、放入第二流体的容器;63、柱塞泵;64、柱塞泵;65、管反应器;66、管反应器;67、连接器;68、接收容器;69、接收容器;70、颜料的硫酸溶液;71、第1容器;72、水;73、第2容器;74、柱塞泵;75、柱塞泵;76、微混合器;77、调温装置;78、冷却用换热器;79、排压阀;80、反应装置;81、接收容器;110、层叠体。
Claims (8)
1.一种微混合器,其特征在于,该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,
第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小。
2.根据权利要求1所述的微混合器,其特征在于,
上述第一板的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部的微小管状流路的截面积小,
第二板的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,第二板的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小。
3.根据权利要求1所述的微混合器,其特征在于,
上述入口部的一条微小管状流路的截面积为0.01mm2~40mm2,出口部的微小管状流路的截面积为0.01mm2~10mm2。
4.根据权利要求1所述的微混合器,其特征在于,
在上述层叠部还层叠有调温板,该调温板具有使换热介质流通的换热介质流路。
5.根据权利要求1所述的微混合器,其特征在于,
上述混合部的与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通的截面的面积为第一微小管状流路的出口的截面积与第二微小管状流路的出口的截面积的总和的10倍~200倍,上述第一微小管状流路的出口部以及第二微小管状流路的出口部与供第一流体和第二流体的混合物流通的混合部的出口部间的距离为2mm~100mm。
6.一种混合液的制造方法,其特征在于,
该制造方法使用下述微混合器,使粘度比为10~3000的第一流体与第二流体分别在第一微小管状流路和第二微小管状流路内流通,在混合部获得含有第一流体和第二流体的混合流体,
上述微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小。
7.一种聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法,其特征在于,
使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的制造方法包含:
第一工序,使具有异氰酸酯基的化合物(A)在上述第一微小管状流路或第二微小管状流路中的任一者内流通,使具有羟基的(甲基)丙烯酸酯(B)在另一条微小管状流路内流通,在混合部获得含有化合物(A)和化合物(B)在内的混合流体;以及
第二工序,使该混合流体中的化合物(A)与化合物(B)发生反应。
8.一种具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法,其特征在于,
使用如下特征的微混合器:该微混合器具有层叠部和混合部,该层叠部通过在第一板上层叠有第二板而成,该第一板具有与供第一流体流通的流体供给路径连通的第一微小管状流路,该第二板具有与供第二流体流通的流体供给路径连通并供第二流体流通的第二微小管状流路,该混合部与第一微小管状流路的出口和第二微小管状流路的出口连通,并混合第一流体与第二流体,第一板与第二板中的至少一者的与流体供给路径连通的微小管状流路的入口部为一条流路,而且,该至少一者的与混合部连通的出口部的微小管状流路的截面积比入口部的微小管状流路的截面积小,
上述具有蒽醌构造的颜料微粒子的制造方法包含:
第一工序,使水(C)在上述第一微小管状流路和第二微小管状流路中的任一者内流通,使具有蒽醌构造的颜料的硫酸溶液(D)在另一条微小管状流路内流通,在混合部混合水(C)与硫酸溶液(D),获得析出了具有蒽醌构造的颜料的混合流体;以及
第二工序,对析出了该颜料的混合流体进行冷却。
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