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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung feiner Harzteilchen, die eine homogene
Teilchengrößenverteilung
aufweisen und die in verschiedenen Bereichen wie etwa Chemie, Medizin,
elektronische Materialien und dergleichen eingesetzt werden können.
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Ferner betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen.
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Schließlich bezieht sich die Erfindung
auf die so erzeugten feinen Harzteilchen.
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ZUM STAND DER TECHNIK
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Als ein übliches Verfahren zur Herstellung feiner
Harzteilchen bietet sich das bekannte Suspensionspolymerisations-Verfahren
an. Nach diesem Verfahren wird ein wässriges Medium, das gelösten Dispersionsstabilisator
aufweist, in einem Reaktionsgefäß bereitgestellt,
das mit einem Rührwerk
versehen ist. In dieses vorgelegte wässrige Medium wird unter Rührung und
Erwärmung
ein polymerisierbares Monomer eingebracht, das gelösten Polymerisations-Initiator
enthält.
Mit Hilfe dieser Suspensionspolymerisation werden feine Harzteilchen
erzeugt. Jedoch weisen die nach diesem Verfahren erhaltenen feinen
Harzteilchen eine breite bzw. weite Teilchengrößenverteilung auf.
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Für
den Fall, dass eine homogene Teilchengrößenverteilung gefordert wird,
wie es beispielsweise für
Säulenfüllmaterial,
für Spacer
(ein biotechnisches Reagenz zur Strukturaufklärung), für Toner oder für ein Material
zur Herstellung von Schaumstoffen oder dergleichen erforderlich
ist, muss zusätzlich eine
Sortierung wie etwa eine Klassifizierung oder Sichtung durchgeführt werden.
Diese Maßnahmen sind
außerordentlich
aufwendig.
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Das veröffentlichte Japanische Patentdokument
Sho-57-102905 offenbart ein Verfahren zum Zerkleinern eines, eine
laminare Strömungscharakteristik
aufweisenden, Stromes aus polymerisierbarem Monomer in kleine Flüssigkeitströpfchen,
in dem man mechanische Schwingungen auf den Monomerstrom einwirken
lässt;
die so erzeugten Flüssigkeitströpfchen werden
in ein Polymerisationsgefäß befördert, in
dem sich eine kontinuierliche Phase bzw. ein Dispergierungsmittel,
nachstehend kurz: Dispersionsmittel befindet; die Polymerisation
des Monomer in den Flüssigkeitströpfchen erfolgt
durch Einwirkung von Wärme.
Zur Durchführung
dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Öffnungen
aufweist, aus denen das polymerisierbare Monomer austreten kann;
folglich werden eine Anzahl Polymerströme erzeugt. Hierbei erweist
es sich als schwierig zu gewährleisten,
dass an jeder Öffnung
der gleiche Monomerdurchsatz stattfindet; in der Praxis wird eine
Unregelmäßigkeit
der Monomerströme
bzw. der Monomerdurchsätze
pro Öffnung und
damit der Monomermengen pro Monomerstrom festgestellt. Weil jeder
Monomerstrom unter Einwirkung der gleichen Frequenz der mechanischen Schwingungen
in Flüssigkeitströpfchen aufgeteilt bzw.
gesplittet wird, treten Unregelmäßigkeiten
in der Teilchengröße auf.
Bei dieser bekannten Vorrichtung kann der Zustand der gebildeten
Flüssigkeitströpfchen nicht
ausreichend erfasst werden; sofern daher Fehler beim Aufteilen der
Monomerströme
in einzelne Flüssigkeitströpfchen auftreten
ist es schwierig, solche Aufteilungsfehler zu vermeiden; daher ist
die Homogenität
der Teilchengrößenverteilung
der so erzeugten, fertigen Harzteilchen beeinträchtigt. Selbst wenn als Folge
von Schwankungen der Produktionsbedingungen oder dergleichen die
Homogenität
der Teilchengrößenverteilung
der so erzeugten Harzteilchen beeinträchtigt ist, bietet die bekannte
Vorrichtung keine Möglichkeit
zur Abhilfe, weil der Zustand der erzeugten Flüssigkeitströpfchen und die Teilchengröße dieser
Flüssigkeitströpfchen nicht
erfasst werden kann. Die Produktion wird deshalb fortgesetzt werden
in dem Zustand, in dem sich die Produktionsbedingungen finden. Deshalb
ist das bekannte Verfahren und die dort eingesetzte Vorrichtung
mit dem Nachteil versehen, dass die Homogenität der Teilchengrößenverteilung
der so erzeugten, feinen Harzteilchen mäßig bis schlecht ist.
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DIE VORLIEGENDE ERFINDUNG
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Davon ausgehend besteht eine Aufgabe, bzw.
ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen anzugeben, die eine homogene
Teilchengrößenverteilung
aufweisen, so dass solche feinen Harzteilchen in Gebieten wie der
Chemie, der Medizin, als elektronisches Material oder dergleichen
einsetzbar sind.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen
anzugeben.
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Schließlich sollen mit der vorliegenden
Erfindung feine Harzteilchen bereitgestellt werden, die eine homogene
Teilchengrößenverteilung
aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein
Verfahren mit dem in Anspruch 1 und/oder in Anspruch 2 angegebenen
Maßnahmen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
feiner Harzteilchen weist die in Anspruch 4 und/oder in Anspruch
5 angegebenen Merkmale auf.
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Die erfindungsgemäßen Harzteilchen zeichnen sich
durch die Merkmale des Anspruchs 3 aus.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich je aus den Unteransprüchen.
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Somit betrifft ein erster Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung feiner
Harzteilchen, mit nachstehenden Verfahrensschritten:
- – eine
Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche die zu
dispergierende Phase bildet, wird in eine kontinuierliche Phase,
bzw. in ein Dispersionsmittel eingebracht;
- – auf
diese, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
lässt man
mechanische Schwingungen einwirken, um diese Flüssigkeit in ein oder mehrere
Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten;
- – diese
Flüssigkeitströpfchen werden
in einen Zustand polymerisiert, in dem keine Aufteilung oder Vereinigung
bzw. Verschmelzung der Flüssigkeitströpfchen erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit an einem solchen
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet; dass
derjenige Zustand
in welchem diese zu dispergierende Flüssigkeit in Flüssigkeitströpfchen aufgeteilt
bzw. gesplittet ist, erfasst und zu einem Auswertungsergebnis ausgewertet
wird;
dieses Auswertungsergebnis zurückgeführt wird (engl. "feed back"); und die Bedingungen
der Einbringung dieser zu dispergierenden Flüssigkeit in das Dispersionsmittel
und/oder
die Bedingungen der Einwirkung der mechanischen Schwingungen
auf diese zu dispergierende Flüssigkeit
mit Hilfe dieses Auswertungsergebnis beeinflusst, gesteuert und/oder
festgelegt werden.
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Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung feiner Harzteilchen, mit
nachstehenden Verfahrensschritten:
- – eine Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche die zu
dispergierende Phase bildet, wird in eine kontinuierliche Phase,
bzw. in ein Dispersionsmittel eingebracht;
- – auf
diese, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
lässt man
mechanische Schwingungen einwirken, um diese Flüssigkeit in ein oder mehrere
Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten;
- – diese
Flüssigkeitströpfchen werden
in einen Zustand polymerisiert, in dem keine Aufteilung oder Vereinigung
bzw. Verschmelzung der Flüssigkeitströpfchen erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit an einem solchen
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilchengröße der so
erzeugten Flüssigkeitströpfchen gemessen
wird; wobei ein Messergebnis erhalten wird;
dieses Messergebnis
zurückgeführt; und
die
Bedingungen der Einbringung dieser zu dispergierenden Flüssigkeit
in das Dispersionsmittel und/oder
die Bedingungen der Einwirkung
der mechanischen Schwingungen auf diese zu dispergierende Flüssigkeit
mit
Hilfe dieses Messergebnisses beeinflusst, gesteuert und/oder festgelegt
werden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft feine Harzteilchen, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen erzeugt worden sind, und
- – die
eine mittlere Teilchengröße von 10 μm bis 3.000 μm aufweisen;
und
- – wobei
derjenige Anteil an feinen Harzteilchen, die eine Teilchengröße in einem
Bereich von (±10%
um eine vorgegebene, mittlere Teilchengröße herum) aufweisen einen Anteil
von 80% oder mehr am Gesamtgehalt der feinen Harzteilchen ausmacht.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen mit
- – einem
Behälter,
der eine kontinuierliche Phase bzw. ein flüssiges Dispersionsmittel enthält;
- – einer
Quelle für
eine Flüssigkeit
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche eine zu
dispergierende Phase bildet;
- – diese
Quelle an eine Ausspritzöffnung
angeschlossen ist, die sich zum Dispersionsmittel-Behälter hin öffnet, um
die zu dispergierende, das polymerisierbare Monomer aufweisende
Flüssigkeit
in das flüssige
Dispersionsmittel einzubringen;
- – einer
Einrichtung, um mechanische Schwingungen auf die zu dispergierende,
das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit einwirken zu lassen,
die in das flüssige
Dispersionsmittel eingebracht bzw. eingespritzt wird, um diese Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit einer solchen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich eine
Fotografiereinrichtung vorhanden ist, um ein oder mehrere der so
erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
fotografieren.
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Noch ein weiterer Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
feiner Harzteilchen mit
- – einem Behälter, der eine kontinuierliche
Phase bzw. ein flüssiges
Dispersionsmittel enthält;
- – einer
Quelle für
eine Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche eine zu
dispergierende Phase bildet;
- – diese
Quelle an eine Ausspritzöffnung
angeschlossen ist, die sich zum Dispersionsmittel-Behälter hin öffnet, um
die zu dispergierende, das polymerisierbare Monomer aufweisende
Flüssigkeit
in das flüssige
Dispersionsmittel einzubringen;
- – einer
Einrichtung, um mechanische Schwingungen auf die zu dispergierende,
das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit einwirken zu lassen,
die in das flüssige
Dispersionsmittel eingebracht bzw. eingespritzt wird, um diese Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten,
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Die erfindungsgemäße Besonderheit einer solchen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich eine
Messeinrichtung vorhanden ist, um die Teilchengröße von einem oder mehreren
der so erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
messen.
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Nachstehend wird die Erfindung mehr
im einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme
auf Zeichnungen erläutert;
die letzteren zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der regulären Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen aus
einer Flüssigkeitssäule, die
ein polymerisierbares Monomer aufweist;
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2 eine
schematische Darstellung der Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen aus einer Flüssigkeitssäule, die
ein polymerisierbares Monomer aufweist, wobei jedoch die Einschnürung der
Flüssigkeitssäule und
die Erzeugung einzelner Flüssigkeitströpfchen schlecht
ist;
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3 in
schematischer Darstellung anhand eines Ablaufdiagramms die wesentlichen
Bestandteile einer Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen,
wie sie bei der Arbeitsweise entsprechend dem nachstehend beschriebenen
Beispiels 1 eingesetzt wird; und
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4 in
schematischer Darstellung anhand eines Ablaufdiagramms die wesentlichen
Bestandteile einer Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen,
wie sie bei der Arbeitsweise entsprechend dem nachstehend beschriebenen
Beispiels 2 eingesetzt wird.
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Die in diesen Figuren angegebenen
Bezugszeichen haben nachstehende Bedeutung:
"1" bezeichnet eine Quelle bzw. einen Behälter für eine Flüssigkeit,
die ein polymerisierbares Monomer aufweist, bzw. für ein flüssiges polymerisierbares
Monomer;
"2" bezeichnet eine
Durchtrittsöffnung
oder Austrittsöffnung
bzw. Ausspritzöffnung;
"3" bezeichnet einen Behälter, in
dem sich eine kontinuierliche Phase bzw. das Dispersionsmittel befindet,
also einen Dispersionsmittel-Behälter;
"4" bezeichnet einen Wandler;
"5" bezeichnet eine Fotografiereinrichtung;
"6" bezeichnet eine Beleuchtungseinrichtung;
"7" bezeichnet eine, von einer Kathodenstrahlröhre angesteuerte
Display-Vorrichtung;
"A" bezeichnet einen Verstärker;
"C1" bezeichnet eine
Steuervorrichtung für
eine Pumpe;
"C2" bezeichnet eine
Bildbildungs-Steuereinrichtung, mit deren Hilfe das auf der Display-Vorrichtung "7" dargestellte Bild beeinflusst werden
kann;
"D" bezeichnet das im
Behälter "3" befindliche, flüssige Dispersionsmittel;
"M" bezeichnet das in dem Behälter "1" befindliche flüssige, polymerisierbare Monomer;
"P" bezeichnet eine Pumpe; und
"S" bezeichnet eine Messeinrichtung.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen wird eine Flüssigkeit, welche ein polymerisierbares
Monomer aufweist und welche die zu dispergierende Phase bildet,
in eine kontinuierliche Phase bzw. in ein Dispersionsmittel eingebracht.
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Unter Einwirkung mechanischer Schwingungen
wird diese Flüssigkeit,
welche das polisierbare Monomer aufweist, aufgeteilt, zerteilt bzw.
gesplittet, um Flüssigkeitströpfchen zu
bilden. Diese Flüssigkeitströpfchen werden
in einem Zustand polymerisiert, in dem keine weitere Aufteilung,
Zerteilung oder Splittung der einmal gebildeten Flüssigkeitströpfchen erfolgt
und/oder in einem Zustand, in dem keine erneute Vereinigung bzw.
Verschmelzung der einmal gebildeten Flüssigkeitströpfchen erfolgt.
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Die Auswahl der kontinuierlichen
Phase bzw. des Dispersionsmittels ist nicht besonders beschränkt. Bei
diesem Dispersionsmittel kann es sich um ein gasförmiges Medium
oder um eine Flüssigkeit handeln.
Zu Beispielen für
gasförmige
Medien gehören
Luft, inerte Gase , wie etwa Stickstoff oder Argon, und dergleichen.
Zu Beispielen für
geeignete flüssige Dispersionsmittel
gehören
einerseits nicht-wässrige bzw. ölartige
Phasen und andererseits wässrige
Phasen. Sofern beispielsweise ein Öl, welches das polymerisierbare
Monomer aufweist oder bildet in einem wässrigen System dispergiert
werden soll, dient dieses wässrige
System als kontinuierliche Phase bzw. als Dispersionsmittel.
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In diesem Falle kommen als Dispersionsmittel
Wasser, ein Lösemittelgemisch
aus Wasser mit einem oder mehreren wasserlöslichen organischen Lösemittel(n),
wie etwa einem Alkohol, und dergleichen in Betracht.
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Als Alternative kommt beispielsweise
ein System in Betracht, bei welchem eine wässrige Phase das polymerisierbare
Monomer aufweist oder bildet.
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In diesem Falle besteht das Dispersionsmittel
aus einem Ölphasen-System
oder aus einem ölartigen
System; als solche ölartigen
Systeme kommen beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa
n-Hexan und n-Oktan in Betracht; ferner sind hier Halogenkohlenwasserstoffe,
wie etwa Tetrachlorkohlstoff, sowie aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie etwa Toluol und Xylol und dergleichen geeignet.
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Der kontinuierlichen Phase bzw. dem
Dispersionsmittel kann vorzugsweise ein Dispersionsstabilisator
zugesetzt werden, um zu verhindern, dass bereits gebildete Flüssigkeitströpfchen noch
weiter aufgeteilt, zerteilt oder gesplittet werden und/oder um zu verhindern,
dass bereits gebildete Flüssigkeitströpfchen erneut
vereinigt bzw. verschmolzen werden.
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Die Auswahl eines solchen Dispersionsstabilisator
ist nicht besonders beschränkt.
Sofern das Dispersionsmittel ein wässriges System bildet, kommen
als Dispersionsstabilisator in Betracht Polyvinylalkohol, verschiedene
Formen von Cellulose, wie etwa Carboxymethyl-Cellulose und Hydroxymethyl-Cellulose,
ferner wasserlösliche
Polymere, wie etwa Stärke
oder Gelatine, ferner in Wasser nur mäßig lösliche, anorganische Salze
wie etwa Tricalziumphosphat, und dergleichen. Sofern es sich bei
dem Dispersionsmittel um eine nicht-wässrige bzw. ölartige
Phase handelt, gehören
zu beispielhaften Dispersionsstabilisatoren Natrium-alkylbenzol-
sulfonate und dergleichen.
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Weiterhin kann zu der kontinuierlichen
Phase bzw. zu dem Dispersionsmittel ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid,
ein das spezifische Gewicht des Dispersionsmittels einstellendes
bzw. steuerndes Mittel (wie etwa ein Beschwerungsmittel), ferner ein
Mittel zur Beeinflussung bzw. Einstellung der Oberflächenspannung
und dergleichen hinzugefügt werden.
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Bei der zu dispergierenden Phase
handelt es sich um eine Flüssigkeit,
die wenigstens ein polymerisierbares Monomer aufweist oder daraus
besteht.
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Sofern es sich bei der zu dispergierenden Phase
um eine nicht-wässrige, ölartige
Phase handelt, die in einem wässrigen
System dispergiert werden soll, kommen als zu dispergierende Phase
beispielsweise in Betracht:
aromatische Monovinyl-Verbindungen
wie etwa Styrol, Vinyl-naphthalin und Alkyl substituierte Styrole;
ferner
Halogen-substituierte Styrole, wie etwa Bromstyrol und Chlorstyrol;
ferner
aromatische Polyvinyl-Verbindungen, wie etwa Divinyl-benzol, Divinyl-toluol, Divinyl-xylol,
Divinyl-naphthalin, Trivinyl-benzol, Divinyl-diphenylether, und
Divinyl-diphenyl-sulfon;
ferner Halogen-substituierte Olefine
oder Vinylhalogenide, wie etwa Vinylchlorid oder dergleichen;
ferner
die Ester von α-β-ethylenisch-ungesättigten Carbonsäuren, wie
etwa Acrylsäüre-ester
oder Methacrylsäure-ester;
ferner
Methyl-methacrylat, Ethyl-acryiat, Vinylacetat und dergleichen.
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Insbesondere für die Erzeugung von Materialien,
die im Bereich der Elektronik eingesetzt werden, kommt als eine
vernetzbare, polymerisierbare Monomere Komponente Divinyl-benzol
in Betracht, dass Produkte liefert, die hohe Wärmebeständigkeit aufweisen. In diesem
Falle werden vorzugsweise vernetzbare polymerisierbare Ausgangsmaterialien verwendet,
die durch Vermischen von Divinyl-benzol und
polyfunktionalen Acrylaten erhalten werden.
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Die vorstehend aufgeführten polymerisierbaren
Monomere können
allein für
sich eingesetzt werden oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehr
der vorstehend genannten polymerisierbaren Monomere eingesetzt werden.
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Sofern es sich andererseits bei der
zu dispergierenden Phase um eine wässrige Phase handelt, die in
einer ölhaltigen
oder ölartigen
Phase dispergiert werden soll, gehören zu beispielhaften polymerisierbaren
Monomeren:
ethylenisch ungesättigte Carbonsäureamide,
wie etwa Acrylamid, Methacrylamid, Fumaramid und Ethacrylamid;
ferner
Aminoalkylester von ungesättigten
Carbonsäuren;
ferner
Säureanhydride;
ferner
wasserlösliche
polymerisierbare Monomere von ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, wie etwa
Acrylsäure,
Methacrylsäure
und dergleichen.
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Der zu dispergierenden Phase kann
ein Polymerisationsinitiator zugesetzt werden. Als Polymerisationsinitiator
können
die hierzu bekannten Verbindungen eingesetzt werden. Sofern es sich
bei der zu dispergierenden Phase um eine ölartige Phase handelt, die
in einem wässrigen
System dispergiert werden soll, gehören zu geeigneten, beispielhaften
Polymerisationsinitiatoren Benzoylperoxid, Lauroyl-peroxid, Methylethylketon-peroxid,
Kaliumpersulfat, Azobisisobutyronitril, Azobisvaleronitril und dergleichen.
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Sofern es sich andererseits bei der
zu dispergierenden Phase um eine wässrige Phase handelt, die in
einem ölartigen
System dispergiert werden soll, kommen wasserlösliche Polymerisationsinititatoren in
Betracht, wie etwa Persulfat, Wasserstoffperoxid und Hydroperoxide.
Weiterhin kann zur Einleitung und/oder Unterstützung einer Polymerisationsreaktion
ein Lichtstrahl und/oder ein Photopolymerisationsinititator eingesetzt
werden.
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Weiterhin können andere Polymerisations-Hilfsmittel
eingesetzt werden, wie etwa Kettenübertragungsmittel.
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Weiterhin können der zu dispergierenden Phase
zugesetzt werden Sensibilisierungsmittel, Mittel zur Viskositätseinstellung,
Lösemittel,
Tenside zur Einstellung der Oberflächenspannung und dergleichen;
solche Mittel können
je in einer solchen Menge zugesetzt werden, welche die Polymerisationsreaktion
nicht beeinflusst.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung feiner Harzteilchen werden Flüssigkeitströpfchen gebildet, in dem eine,
ein polymerisierbares Monomer aufweisende und die zu dispergierende
Phase bildende Flüssigkeit
in eine kontinuierliche Phase bzw. in ein Dispersionsmittel eingebracht wird.
Hierbei wird die, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
durch Einwirkung mechanischer Schwingungen aufgeteilt bzw. gesplittet,
um diese Flüssigkeitströpfchen zu
bilden.
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Zum Beispiel können aus dem polymerisierbaren
Monomer gebildete Flüssigkeitströpfchen in das
Dispersionsmittel in einer solchen Form eingebracht werden, in dem
ein laminarer Flüssigkeitsstrom
gebildet wird, der aus einer Öffnung
austritt, etwa aus einer Düse,
einem Mundstück,
einem Ansatzrohr oder einer sonstigen Ausflussöffnung, insbesondere je mit
einem kleinen Durchmesser. In diesem Falle wird benachbart zu der Öffnung eine
Flüssigkeitssäule aus
dem polymerisierbaren Monomer gebildet. Lässt man auf eine solche Flüssigkeitssäule mechanische
Schwingungen einwirken, so treten an der Flüssigkeitssäule Oberflächenwellen auf.
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Diese Oberflächenwellen verformen die Flüssigkeitssäule, schnüren diese
ein und trennen davon Teile ab, die dann Flüssigkeitströpfchen bilden; das heißt, die
Flüssigkeitssäule wird
zu bzw. in Flüssigkeitströpfchen gesplittet.
Dieser Zustand der Bildung von Flüssigkeitströpfchen ist mit 1 dargestellt. Da die von der ursprünglichen
Flüssigkeitssäule eingeschnürten und
abgetrennten Teile durch die Frequenz der mechanischen Schwingungen
erzeugt werden, die auf die Flüssigkeitssäule einwirken,
kann die Menge bzw. das Volumen eines einzelnen Flüssigkeitströpfchen berechnet
werden aus dem Flüssigkeitsdurchsatz
pro Zeiteinheit, geteilt durch die Frequenz der mechanischen Schwingungen.
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Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung feiner Harzteilchen besteht nun darin, exakt diesen
Zustand zu erfassen, in welchem die, das polymerisierbare Monomer
aufweisende Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufgeteilt
bzw. gesplittet worden ist; das heißt, es wird der Moment bzw.
Zeitpunkt der Bildung der Flüssigkeitströpfchen aus
der Flüssigkeitssäule aus
dem polymerisierbaren Monomer erfasst und ausgewertet. Bei dieser
Auswertung wird ein Auswertungsergebnis gebildet, und dieses Auswertungsergebnis wird
zurückgeführt (engl. "feed back") und dazu benutzt,
um die Bedingungen des Durchflusses der, das polymerisierbare Monomer
aufweisende Flüssigkeit durch
das Ausflussrohr, die Düse
bzw. die Austrittsöffnung
zu beeinflussen und zu steuern und/oder um die Bedingungen der Einwirkung
der mechanischen Schwingungen auf die Flüssigkeitssäule zu beeinflussen und zu
steuern.
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Diese Steuerung erfolgt insbesondere
mit dem Ziel, solche Flüssigkeitströpfchen zu
erzeugen, die eine möglichst
einheitliche Teilchengröße aufweisen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
sind die Mittel und Einrichtungen nicht besonders beschränkt, mit
welchen der Zustand der Flüssigkeitströpfchen erfasst
wird, die durch Aufteilung bzw. Splittung der Flüssigkeit gebildet worden sind.
Beispielsweise kann hier eine Kamera benutzt werden, welche es dank
extrem kurzer Verschlusszeiten erlaubt, die mit hoher Geschwindigkeit
erfolgende Bildung der einzelnen Flüssigkeitströpfchen mit einer hohen Bildfolge
zu fotografieren, so dass einzelne Flüssigkeitströpfchen in einem stationären Zustand erkennbar
werden.
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In einem solchen Verfahren kann vorzugsweise
eine Kombination aus einer solchen, eine hohe Bildfolge liefernden
Kamera mit einer Stroboskop-Beleuchtung oder dergleichen verwendet
werden. Ferner ist hier vorzugsweise vorgesehen, die winzigen Flüssigkeitströpfchen so
weit zu vergrößern, dass
sie mit bloßem
Auge sichtbar werden; hierzu kann die Kamera vorzugsweise mit einer
Vergrößerungseinrichtung
ausgestattet werden.
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Schließlich ist hier vorzugsweise
vorgesehen, dass die von der Kamera aufgenommenen Bilder, gegebenenfalls
nach einer üblichen
Bildverarbeitung auf einer Wiedergabe- oder Display-Einrichtung oder
dergleichen dargestellt werden, so dass diese Bilder leicht erfasst
und ausgewertet werden können.
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Die Erfassung und Auswertung des
Zustandes der frisch erzeugten Flüssigkeitströpfchen unter Bildung eines
Auswertungsergebnisses, und die Zurückführung dieses Auswertungsergebnisses
zur Steuerung der Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung beziehen sich
darauf, festzustellen ob die Flüssigkeitströpfchen richtig
entsprechend der in 1 dargestellten
Art und Weise erzeugt worden sind oder nicht und/oder um festzustellen,
ob die erzeugten Flüssigkeitströpfchen mehrheitlich
das gewünschte
Volumen oder den gewünschten
Teilchendurchmesser aufweisen oder nicht. Sofern Unregelmäßigkeiten
bei der Erzeugung der Flüssigkeitströpfchen auftreten,
können
die Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung
korrigiert oder neu eingestellt werden, oder bei Bedarf könnte auch
die Bildung der Flüssigkeitströpfchen unterbrochen
werden. Ein Beispiel für
solche Unregelmäßigkeiten
bei der Flüssigkeitströpfchenbildung
ist mit 2 dargestellt.
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Ersichtlich ist in diesem Falle die
Einschnürung
der ursprünglichen
Flüssigkeitssäule zur
Bildung einzelner, getrennter Flüssigkeitströpfchen nicht
ausreichend.
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In diesem Beispiel könnten das
Auswertungsergebnis und das "Feedback" des Auswertungsergebnisses,
das heißt
die Rückführung des Auswertungsergebnisses
zur Beeinflussung der Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung dazu benutzt
werden, um die Einschnürung
der Flüssigkeitssäule zu verbessern,
in dem die Amplitude der mechanischen Schwingungen erhöht wird,
welche auf die Flüssigkeitssäule einwirken,
um diese in Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten. Durch diese erfindungsgemäße Erfassung des Zustandes
der Flüssigkeitströpfchenbildung
bzw. des Zustandes der frisch gebildeten Flüssigkeitströpfchen, Auswertung dieses Zustandes
und Bildung eines Auswertungsergebnisses sowie Rückführung ("Feedback") dieses Auswertungsergebnisses zur
Beeinflussung bzw. Steuerung der Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung
können
feine Harzteilchen erzeugt werden, die eine homogene Teilchengrößenverteilung aufweisen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung feiner Harzteilchen wird das in den Flüssigkeitströpfchen vorhandene
polymerisierbares Monomer polymerisiert. Diese Polymerisation erfolgt unter
solchen Bedingungen, dass die frisch erzeugten Flüssigkeitströpfchen einerseits
nicht weiter aufgeteilt oder gesplittet werden und andererseits
nicht erneut vereinigt oder verschmolzen werden. Um eine solche
nachträgliche
Vereinigung oder Verschmelzung der Flüssigkeitströpfchen zu verhindern, kann den
Dispersionsmittel, in dem sich diese Flüssigkeitströpfchen befinden, ein Dispersionsstabilisator
zugesetzt werden. Um zu verhindern, dass die Flüssigkeitströpfchen weiter aufgeteilt oder
gesplittet werden, kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das
Dispersionsmittel, in dem sich diese Flüssigkeitströpfchen befinden, nur mäßig gerührt wird,
um so übermäßige Scherkräfte zu vermeiden,
welche die Flüssigkeitströpfchen weiter
aufteilen könnten.
Durch Erwärmung
oder durch Einwirkung von aktivem Licht wird das polymerisierbare
Monomer polymerisiert.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
kann die Erzeugung feiner Harzteilchen mit homogener Teilchengrößenverteilung
auch dadurch gewährleistet
werden, dass die Teilchengröße der frisch
erzeugten Flüssigkeitströpfchen gemessen
wird und dass so erhaltene Messergebnis benutzt wird ("Feedback"), um die Bedingungen
der Flüssigkeitströpfchenbildung
zu kontrollieren, gegebenenfalls zu verändern und neu einzustellen.
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Wie bereits vorstehend ausgeführt, betrifft ein
zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung feiner Harzteilchen, mit nachstehenden Verfahrenschritten:
- – eine
Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche die zu
dispergierende Phase bildet, wird in eine kontinuierliche Phase,
das heißt
in ein Dispersionsmittel eingebracht;
- – auf
diese, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
lässt man
mechanische Schwingungen einwirken, um diese Flüssigkeit in ein oder mehrere
Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten;
- – diese
Flüssigkeitströpfchen werden
in einem Zustand polymerisiert, in dem einerseits keine weitere
Aufteilung oder Splittung der Flüssigkeitströpfchen erfolgt
und in dem andererseits keine Vereinigung bzw. Verschmelzung der
Flüssigkeitströpfchen erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit bei dieser
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilchengröße der so
erzeugten Flüssigkeitströpfchen gemessen
wird, wobei ein Messergebnis gebildet wird;
dieses Messergebnis
zurückgeführt wird
("feed back"); und
die Bedingungen
der Einbringung dieser zu dispergierenden Flüssigkeit in das Dispersionsmittel und/oder
die Bedingungen der Einwirkung der mechanischen Schwingungen auf
diese zu dispergierende Flüssigkeit
mit Hilfe dieses Messergebnisses beeinflusst, gesteuert und/oder
festgelegt werden.
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Die Maßnahmen zur Messung der Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen sind
nicht besonders beschränkt.
Zum Beispiel kann hier vorgesehen werden, dass – entsprechend dem vorstehend
angegebenen Vorschlag – fotografische
Aufnahme (n) von den sich in dem Dispersionsmittel befindlichen
Flüssigkeitströpfchen aufgenommen
werden, und das dabei erzeugte Bild oder die dabei erzeugten Bilder
mit Hilfe eines Computers ausgewertet werden, um die Teilchengröße einzelner
Flüssigkeitströpfchen zu
bestimmen. Der Zeitpunkt, zu dem die Flüssigkeitströpfchen vermessen werden, um
deren Teilchengröße zu bestimmen,
ist nicht besonders beschränkt,
so lange gewährleistet
ist, dass sich diese Flüssigkeitströpfchen in
einem Flüssigkeitströpfchen-Zustand
befinden. Insbesondere können
die mit Hilfe der Kamera erzeugten Bilder in einem Computer ausgewertet werden,
um die Teilchengröße der frisch
gebildeten Flüssigkeitströpfchen zu
bestimmen; diese Bestimmung kann beispielsweise mit Hilfe einer
Bildauswertungs-Software durchgeführt werden. An diese Auswertungen
können
sich Rechenvorgänge
anschließen,
um eine mittlere Teilchengröße zu berechnen und
um eine Standardabweichung oder dergleichen von dieser mittleren
Teilchengröße zu berechnen. Die
so erhaltenen Ergebnisse werden zurückgeführt ("Feedback"), um auf die Bedingungen zur Erzeugung
der Flüssigkeitströpfchen einzuwirken
und diese Bedingungen zu kontrollieren und gegebenenfalls zu verändern, um
Flüssigkeitströpfchen mit
einer bestimmten Teilchengröße zu erzeugen.
Eine solche Rückführung der
Messergebnisse kann beispielsweise in der Form erfolgen, dass ein
Steuersignal aus dem Computer oder aus einem Datenzuordner oder aus
einer Folgesteuerungsanlage (Sequenzer) der Einrichtung zur Erzeugung
der mechanischen Schwingungen oder der Einrichtung zur Erzeugung des
Flüssigkeitsstromes
zugeführt
wird, der das polymerisierbare Monomer aufweist und der in das Dispersionsmittel
eingeleitet wird. Im letzteren Falle kann das Steuersignal beispielsweise
einer Pumpensteuereinrichtung zugeführt werden, welche eine Pumpe
steuert, welche die, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
durch die Austrittsöffnung
einer Düse
presst.
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Sofern beispielsweise festgestellt
wird, dass die Teilchengröße der frisch
erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
groß ist,
dann kann das Messergebnis der Teilchengrößenmessung zurückgeführt und
benutzt werden, um die Frequenz der mechanischen Schwingungen zu
steigern, die auf den Flüssigkeitsstrom
einwirken, oder der Durchsatz an, das polymerisierbare Monomer aufweisender
Flüssigkeit
durch die Austrittsöffnung
einer Düse
oder dergleichen kann vermindert werden.
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Sofern andererseits festgestellt
wird, dass die Teilchengröße der frisch
erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
klein ist, können
gerade die entgegengesetzten Maßnahmen
getroffen werden.
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Demzufolge können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen feine Harzteilchen erzeugt werden,
die eine sehr homogene Teilchengrößenverteilung aufweisen.
-
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft deshalb feine Harzteilchen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Erzeugung feiner Harzteilchen erzeugt worden sind und die eine
mittlere Teilchengröße von 10 μm bis 3.000 μm aufweisen
mit der weiteren Maßgabe,
dass derjenige Anteil an feinen Harzteilchen, die eine Teilchengröße in einem
Bereich von (±10%
um eine vorgegebene mittlere Teilchengröße herum) aufweisen, einen
Anteil von 80% oder mehr am Gesamtgehalt der feinen Harzteilchen
ausmacht.
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Eine bevorzugte untere Teilchengröße der erfindungsgemäßen feinen
Harzteilchen bzw. der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen feinen
Harzteilchen liegt bei 10 μm.
Eine bevorzugte obere Grenze für
die Teilchengröße der erfindungsgemäßen feinen
Harzteilchen, bzw. der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten feinen
Harzteilchen liegt bei 3.000 μm.
Feine Harzteilchen mit einer Teilchengröße zwischen 10 μm und 3.000 μm können nach
dem Suspensionpolymerisations-Verfahren kaum erzeugt werden, so
dass sich das erfindungsgemäße Verfahren
zur Erzeugung feiner Harzteilchen als besonders wirksam und effektiv
erweist, um feine Harzteilchen mit einer Teilchengröße gerade
in diesem Bereich zu erzeugen. Für
den Fall, dass die weitere Bedingung nicht erfüllt ist, nämlich dass derjenige Anteil
an feinen Harzteilchen, die eine Teilchengröße in einem Bereich von (±10% um
eine vorgegebene mittlere Teilchengröße herum aufweisen, weniger
als 80% am Gesamtgehalt der feinen Harzteilchen ausmacht, dann weisen
die feinen Harzteilchen eine inhomogene Teilchengrößenverteilung
auf, so dass eine zusätzliche
Maßnahme
zur Klassifizierung bzw. Sortierung erforderlich werden kann.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen. Vorzugsweise
ist eine solche Vorrichtung so ausgebildet, dass mit dieser Vorrichtung das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen ausgeführt werden kann.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung
auch eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen, mit
- – einem
Behälter,
der eine kontinuierliche Phase bzw. ein Dispersionsmittel enthält;
- – eine
Quelle für
eine Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche eine zu
dispergierende Phase bildet;
- – diese
Quelle an eine Ausspritzöffnung
angeschlossen ist, die sich zum Dispersionsmittel-Behälter hin öffnet um
die zu dispergierende, das polymerisierbare Monomer aufweisende
Flüssigkeit in
das flüssige
Dispersionsmittel einzubringen;
- – einer
Einrichtung, um mechanische Schwingungen auf die zu dispergierende,
dass polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit einwirken zu lassen,
die in das flüssige
Dispersionsmittel eingebracht bzw. eingespritzt wird, um diese Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten.
-
Die erfindungsgemäße Besonderheit einer solchen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich eine
Fotografiereinrichtung vorhanden ist, um ein oder mehrere der so
erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
fotografieren.
-
Obwohl die Auswahl des Dispersionsmittel-Behälters nicht
besonders beschränkt
ist, wird im Hinblick darauf, dass der Zustand der Bildung oder Erzeugung
der Flüssigkeitströpfchen sowie
die Reaktion nach der Bildung der Flüssigkeitströpfchen mit Hilfe einer CCD-Kamera
(Charge Couple Device bzw. Fotoelement-Anordnung) fotografiert werden soll,
vorzugsweise ein transparenter Dispersionsmittel-Behälter verwendet.
-
Weiterhin soll der Dispersionsmittel-Behälter vorzugsweise
aus einem Material bestehen, dass wenigstens bis zu einer Temperatur
von etwa 100°C wärmebeständig ist.
Zu Beispielen für
einen solchen Dispersionsmittel-Behälter gehören ein runder Glasbehälter oder
ein kastenförmiger
Behälter
mit einem getrennten zylindrischen Glasteil oder dergleichen.
-
Die Austritts- oder Ausspritzöffnung ("Jetting") durch welche hindurch
die, ein polymerisierbares Monomer aufweisende Flüssigkeit
in das flüssige Dispersionsmittel
abgegeben oder eingeleitet wird, öffnet sich zu dem Dispersionsmittel-Behälter hin. Die
Form des offenen Teils dieser Ausspritzöffnung kann vorzugsweise kreisförmig sein.
Das sich an dieser Öffnung
anschließende
Rohr ist vorzugsweise zylinderförmig
oder verjüngt
sich kegelstumpfartig in Richtung auf diese Öffnung zu. Als Material für die, die
Ausspritzöffnung
bildende bzw. umgebende Düse oder
Vorrichtung kommen solche Materialien in Betracht, die von den Komponenten
der zu dispergierenden Phase und/oder von den Komponenten des Dispersionsmittel
nicht geschädigt
oder chemisch beeinflusst werden. Zu geeigneten Materialien gehören hier
beispielsweise rostfreier Stahl, Edelstahl, Polytetrafluorethylen
(bekannt und vertrieben unter der Handelsbezeichnung "Teflon") und dergleichen.
-
Obwohl Art und Anzahl der Ausspritzöffnung(en)
nicht besonders beschränkt
ist, wird vorzugsweise nur eine einzige Ausspritzöffnung vorgesehen.
Sofern eine Anzahl Ausspritzöffnungen
vorhanden ist, die Seite an Seite nebeneinander angeordnet sind,
können
Unregelmäßigkeiten
auftreten am Durchsatz der durch jede einzelne Austrittsöffnung hindurchtretenden,
das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit; dies könnte zu Schwankungen
in der Teilchengröße der anschließend gebildeten
Flüssigkeitströpfchen führen. Weiterhin
ist das Fotografieren und die Erzeugung klarer Flüssigkeitströpfchen-Bilder
erschwert, wenn sich mehrerem, aus verschiedenen Quellen stammende Flüssigkeitströpfchen überlagern.
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Die Maßnahmen zum Austreiben, Auspressen
oder Ausdrücken
der, das polymerisierbare Monomer enthaltenden Flüssigkeit
aus der bzw. durch die Austrittsöffnung
ist nicht besonders beschränkt.
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Beispielsweise kann hier vorgesehen
werden, diese Flüssigkeit
mit Hilfe einer Pumpe durch entsprechende Rohrleitungen und durch
die Austritts- bzw. Ausspritzöffnung
hindurch zu drücken. Vorzugsweise
wird eine solche Pumpe eingesetzt, die nur geringe oder gar keine
Druckschwankungen erzeugt.
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Gut geeignet ist hier eine Zahnradpumpe oder
eine Schraubenradpumpe, deren Förderleistung
leicht durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotationskörpers gesteuert
werden kann. Eine solche Zahnradpumpe oder Schraubenradpumpe wird
daher vorzugsweise eingesetzt. Sofern eine Kolbenpumpe eingesetzt
werden würde,
müsste
zusätzlich
eine Druckausgleichseinrichtung benutzt werden.
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Weiterhin ist es auch möglich, Druckluft
in einen Behälter
einzuleiten, in dem sich die, das polymerisierbare Monomer aufweisende
Flüssigkeit
befindet. Dieser Behälter
ist über
Rohrleitungen mit der Austrittsöffnung
verbunden, und mit Hilfe der Druckluft wird diese Flüssigkeit
durch diese Rohrleitungen und durch diese Öffnung gedrückt. Mit Hilfe eines einstellbaren
Durchströmungsventils
kann ein konstanter Durchsatz eingestellt werden.
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Die Einrichtung zur Erzeugung mechanischer
Schwingungen, die ihrerseits auf den Flüssigkeitsstrom einwirken, ist
nicht besonders beschränkt. Beispielsweise
kann hier vorgesehen werden, diese mechanischen Schwingungen mit
Hilfe eines Wandlers zu erzeugen, der an die, die Austrittsöffnung enthaltende
Düse oder
an ein sonstiges Bauteil angeschlossen ist, das diese Austrittsöffnung bildet,
hält oder
abstützt.
Weiterhin kann vorgesehen werden, die, das polymerisierbare Monomer
aufweisende Flüssigkeit
oder das Dispersionsmittel einer Hin- und Herbewegung auszusetzen,
die von einem Kolben erzeugt wird, der mit einem Oszillator verbunden
ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Frequenz die
Frequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens anzeigt; vorzugsweise
soll hier eine gleichmäßige Frequenz
dieser Hin- und Herbewegung vorgesehen werden. Insbesondere kann
ein Verfahren vorgesehen werden, um die Düse oder dasjenige Bauteil,
das die Ausspritzöffnung
umgibt oder bildet vorzugsweise direkt in Schwingungen zu versetzten. Hierzu
kann beispielsweise vorgesehen, die mechanischen Schwingungen mit
Hilfe eines Funktionsgebers zu erzeugen, der mit Hilfe elektrischer
Signale gesteuert werden kann. Die vom Funktionsgeber erzeugten
Schwingungen werden anschließend
von einem Verstärker
verstärkt;
die verstärkten
Schwingungen werden dem Wandler zugeführt, der sie in die Düse oder
das sonstige, die Ausspritzöffnung
haltende oder bildende Bauteil einleitet. Vorzugsweise wird ein
solcher Wandler verwendet, bei welchem die Frequenz und die Amplitude
der vom Wandler abgegebenen Schwingungen mit einem von außen zugeführten Signal
gesteuert und eingestellt werden kann.
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Obwohl die Auswahl der Fotografiereinrichtung
nicht besonders beschränkt
ist, kann hier vorzugsweise eine CCD-Kamera (Kamera mit Fotoelement-Anordnung
von engl.: Charge Couple Device) mit einem Hochgeschwindigkeitsverschluss
oder mit einer stroboskopischen Beleuchtung eingesetzt werden, die
je ausreichend sind, um die mit hoher Geschwindigkeit ablaufende
Flüssigkeitströpfchenbildung
in einem stationären
Zustand bzw. einem einzelnen Bild darzustellen. Ferner ist vorzugsweise eine
Wiedergabe- bzw. Displayeinrichtung vorgesehen, welche die winzigen
Flüssigkeitströpfchen in vergrößerter Darstellung
darzustellen vermag, so dass diese Flüssigkeitströpfchen mit dem bloßen Auge
sichtbar werden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Harzteilchen, mit
- – einem
Behälter,
der eine kontinuierliche Phase bzw. ein Dispersionsmittel enthält;
- – einer
Quelle für
eine Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche eine zu
dispergierende Phase bildet;
- – diese
Quelle an eine Ausspritzöffnung
angeschlossen ist, die sich zum Dispersionsmittel-Behälter hin öffnet, um
die zu dispergierende, das polymerisierbare Monomer aufweisende
Flüssigkeit
in das flüssige
Dispersionsmittel einzubringen;
- – einer
Einrichtung, um mechanische Schwingungen auf die zu dispergierende,
das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit einwirken zu lassen,
die in das flüssige
Dispersionsmittel eingebracht bzw. eingespritzt wird, um diese Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit dieser Ausführungsform
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine Messeinrichtung
vorhanden ist, um die Teilchengröße von einem
oder mehreren der so erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu messen.
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Obwohl die Auswahl der Messeinrichtung zur
Messung der Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen nicht
besonders beschränkt
ist, kann hier beispielsweise und vorzugsweise vorgesehen werden, das
mit Hilfe der Fotografiereinrichtung erzeugte Bild vom Zustand der
Flüssigkeitströpfchenbildung
in einen Computer einzugeben und dann mit Hilfe eines Bildauswertungsprogrammes
die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
ermitteln.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Herstellung feiner Harzteilchen zusätzlich mit
einer ersten
Steuereinrichtung ausgerüstet,
um die, die Ausspritzöffnung
einschließende
Einrichtung zu steuern, um die Abgabe- oder Einspritzbedingungen zu
steuern, unter denen die zu dispergierende, das polymerisierbare
Monomer aufweisende Flüssigkeit in
das Dispersionsmittel eingebracht wird; und/oder
zusätzlich mit
einer zweiten Steuervorrichtung ausgerüstet, um die, mechanische Schwingungen
erzeugende Einrichtung zu steuern.
-
Beiden Steuervorrichtungen wird das
Ergebnis der Auswertung der Teilchengröße der gebildeten Flüssigkeitströpfchen zugeführt. Weil
die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen,
die unter Einwirkung der mechanischen Schwingungen aus dem Monomer
gebildet werden, das in das flüssige
Dispersionsmittel eingespritzt wird, direkt proportional zur eingespritzten
Menge des polymerisierbaren Monomers ist, sowie umgekehrt proportional
zur Frequenz der mechanischen Schwingungen ist, die zur Einschnürung und
Aufteilung des polymerisierbaren Monomers führen, kann in einem solchen
Falle, wo die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
groß ist die
abgegebene Menge an polymerisierbaren Monomer vermindert werden,
oder es kann die Frequenz der mechanischen Schwingungen erhöht werden.
-
Im entgegengesetzten Falle, wo die
Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
klein ist, kann die abgegebene Menge an polymerisierbaren Monomer
erhöht
werden, oder es kann die Frequenz der mechanischen Schwingungen
vermindert werden. Diese Einstellungen können von Hand vorgenommen werden,
oder sie können
automatisch durchgeführt
werden, um je die Teilchengröße der gebildeten
Flüssigkeitströpfchen zu
homogenisieren.
-
BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung mehr im einzelnen mit Bezugnahme auf Beispiele beschrieben;
jedoch ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
diese Beispiele beschränkt ist.
-
Beispiel 1
-
Zur Herstellung feiner Harzteilchen
dient eine Vorrichtung, wie sie mit 3 dargestellt
ist.
-
Wie mit 3 dargestellt, enthält diese Vorrichtung einen
Behälter 1 für das flüssige, polymerisierbare
Monomer M. Dieser Behälter 1 ist über eine Leitung,
in welche eine Pumpe P eingesetzt ist, mit einer Ausspritzöffnung 2 verbunden,
die eine Düse mit
einem Innendurchmesser von 0,3 mm aufweist. Diese Ausspritzöffnung 2 öffnet sich
zu einem transparenten Behälter 3 hin,
in dem sich ein flüssiges
Dispersionsmittel D befindet.
-
Das aus der Ausspritzöffnung 2 in
das flüssige
Dispersionsmittel D eingespritzte Monomer M wird geschüttelt; d.
h. auf dieses Monomer M wirken mechanische Schwingungen ein, die
von einem Wandler 4 erzeugt werden, der mit einem Bauteil
verbunden ist, das die Ausspritzöffnung 2 bildet
oder hält; auf
diese Weise werden aus dem Monomer M Flüssigkeitströpfchen gebildet.
-
Wie in 3 dargestellt,
befindet sich auf der rechten Seite zum Dispersionsmittel-Behälter 3 eine Fotografiereinrichtung 5,
die mit einem Hochgeschwindigkeits-Verschluss ausgestattet ist, der Verschlusszeiten
von 1/10.000 Sekunden ermög licht. Weiterhin
ist diese Fotografiereinrichtung 5 mit einer Vergrößerungslinse
ausgestattet, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass in Abständen von
je 5 Sekunden der Flüssigkeitströpfchen-Splittungszustand bzw.
-Bildungszustand fotografiert wird. Wie in 3 weiterhin dargestellt, befindet sich
auf der linken Seite des Dispersionsmittel-Behälters 3 eine Beleuchtungseinrichtung
6, um von der Rückseite
des Dispersionsmittels D her den Bereich der Flüssigkeitströpfchenbildung auszuleuchten.
-
Ein mit Hilfe der Fotografiereinrichtung 5 aufgenommenes
Bild wird vergrößert und
wird über
die Bildsteuereinrichtung C2 auf einem 14-Zoll-Bildschirm einer
Display-Einrichtung 7 dargestellt; hierbei kann es sich
insbesondere um einen von einer Kathodenstrahlröhre angesteuerten (CRT) Bildschirm
handeln. Die Erfassung und Auswertung der auf dem Bildschirm dargestellten
Flüssigkeitströpfchen liefert
ein Auswertungsergebnis, das wiederum dazu benutzt werden kann,
auf die Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung
einzuwirken. Auf diese Weise kann entsprechend dem Ergebnis der
optischen Betrachtung des Zustandes der Teilchengröße der erzeugten
Flüssigkeitströpfchen von
Hand eine Einstellung vorge- nommen werden, um eine Homogenisierung
der Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
erreichen. Das bedeutet, in einem solchen Falle, wo die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
groß ist,
kann die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen verkleinert
werden, indem eine Pumpensteuereinrichtung C1 so gesteuert wird,
um den Durchsatz an flüssigem,
polymerisierbaren Monomer zu vermindern, das aus der Ausspritzöffnung 2 ausgestoßen wird,
oder es kann auf den Funktionsgeber (ein Funktionsgeber zur Erzeugung
elektrischer Signale) FG eingewirkt werden, der über einen Verstärker A mit
dem Wandler 4 verbunden ist, um so die Frequenz der mechanischen
Schwingungen zu erhöhen,
welche auf das flüssige,
polymerisierbare Monomer M einwirken, um dieses einzuschnüren und
aufzuteilen bzw. zu "schütteln".
-
Im entgegengesetzten Falle, wo die
Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
klein ist, kann mit Hilfe manueller Einstellungen eine solche Homogenisierung
der Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen vorgenommen
werden, um die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
erhöhen,
in dem die ausgespritzte Menge an Monomer erhöht wird, oder in dem die Frequenz
der mechanischen Schwingungen vermindert wird, die auf dieses Monomer
einwirken.
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Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung werden feine Harzteilchen erzeugt.
-
Das flüssige polymerisierbare Monomer
M wird erzeugt durch Vermischen von 50 Gew.-Teilen Divinylbenzol
und 50 Gew.-Teilen Trimethylolpropan-trimethacrylat. Als Polymerisationsinitiator
werden zu diesem Gemisch 2 Gew.-Teile Benzoylperoxid hinzugefügt. Das
fertige Gemisch wird in den Behälter 1 eingebracht.
-
In dem aus Glas bestehenden Dispersionsmittel-Behälter 3 befindet
sich das flüssige
Dispersionsmittel D. Hierbei handelt es sich um Wasser, dem 3 Gew.-Prozent
Polyvinylalkohol zugesetzt worden sind. Die Durchtrittsöffnung bzw.
Ein- oder Ausspritzöffnung 2 hat
einen Innendurchmesser von 0,3 mm. Durch diese Durchtrittsöffnung wird
das Monomer M mit einem Durchsatz von 4,96 mL/min. in das flüssige Dispersionsmittel
D eingespritzt. Mit Hilfe des Wandlers 4 lässt man
mechanische Schwingungen mit einer Frequenz von 200 Hertz auf das
flüssige
Dispersionsmittel D mit dem eingespritzten Monomer einwirken (das
heißt,
das flüssige
Dispersionsmittel D mit dem eingespritzten Monomer M werden mit
einer Frequenz von 200 Hertz "geschüttelt"), um Flüssigkeitströpfchen zu
erzeugen.
-
Der Zustand der Teilchengröße der erzeugten
Flüssigkeitströpfchen wird
mit der Fotografiereinrichtung 5 fotografiert; das dabei
erzeugte Bild oder die dabei erzeugten Bilder werden vergrößert und
auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre einer Wiedergabevorrichtung
dargestellt. Durch optische Betrachtung dieses Bild bzw. dieser
Bilder wird der Zustand der Teilchengröße der erzeugten Flüssigkeitströpfchen erfasst,
und ausgewertet und dabei ein Auswertungsergebnis gebildet.
-
Auf der Basis dieses Auswertungsergebnisses
werden von Hand die Bedingungen zur Erzeugung der Flüssigkeitströpfchen eingestellt,
etwa der Durchsatz durch die Durchtrittsöffnung 2 verändert oder
die vom Wandler 4 erzeugte Frequenz der mechanischen Schwingungen
verändert,
um eine Homogenisierung der Teilchengröße der erzeugten Flüssigkeitströpfchen zu
erreichen.
-
Der Dispersionsmittel-Behälter 3 ist
mit einer Heizeinrichtung, einem Rührwerk und einer Kühlschlange
ausgerüstet.
Nachdem eine vorgegebene Menge Monomer M in das im Dispersionsmittel-Behälter 3 befindliche
Dispersionsmittel eingebracht worden ist, wird dieses Monomer M
unter Erwärmung und
unter Rühren
des Dispersionsmittels polymerisiert, um feine Harzteilchen zu erzeugen.
Die mittlere Teilchengröße der so
erzeugten feinen Harzteilchen beträgt 602 μm; hierbei weisen 92% der erzeugten feinen
Harzteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich (602 μm ± 10%)
auf.
-
Beispiel 2
-
Es wird die mit 4 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung
feiner Harzteilchen bereitgestellt.
-
Wie in 4 dargestellt,
befindet sich auf der rechten Seite des Dispersionsmittle-Behälters 3 eine Messeinrichtung
S zur Bestimmung der Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen.
In diesem Falle wird das mit Hilfe der Fotografiereinrichtung 5 fotografierte
Bild über
eine Bildsteuereinrichtung C2 an die Messeinrichtung S übermittelt.
Es erfolgt eine rechnerische Auswertung, und das Ergebnis dieser
Auswertung ist der Messwert der Teilchengröße der gebildeten Flüssigkeitströpfchen.
-
Dieses Messergebnis wird zur Einstellung der
Pumpensteuereinrichtung C1 oder des, ein elektrisches Signal erzeugenden
Funktionsgenerators FG zurückgeführt ("feed back"), um so eine automatische
Einstellung der Bedingungen zur Erzeugung der Flüssigkeitströpfchen vorzunehmen, um so die Teilchengröße dieser
Flüssigkeitströpfchen selbsttätig, bzw.
auf automatische Art und Weise zu homogenisieren.
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Mit der in 4 dargestellten Vorrichtung werden feine
Harzteilchen erzeugt.
-
Die Erzeugung erfolgt im wesentlichen
in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch mit der
Abweichung, dass anstelle der dort verwendeteten Vorrichtung jetzt
eine Vorrichtung nach 4 verwendet
wird. Ferner wird anstelle des in Beispiel 1 verwendeten Trimethylolpropan-trimethacrylat
als flüssiges
polymerisierbares Monomer M Tetramethylolmethan-tetraacrylat verwendet,
um feine Harzteilchen zu erzeugen.
-
Die nach diesem Beispiel erhaltenen
feinen Harzteilchen weisen eine mittlere Teilchengröße von 599 μm auf; 89%
der erzeugten feinen Harzteilchen haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von (599 μm ±10%).
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Beispiel 3
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Die Herstellung feiner Harzteilchen
erfolgt im wesentlichen in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben.
Abweichend wird die Vorrichtung nach 4 benutzt.
Das heißt,
die Flüssigkeitströpfchen werden
erzeugt, in dem das flüssige
Dispersionsmittel D mit dem abgegebenen flüssigen polymerisierbaren Monomer
M geschüttelt
wird. Die Teilchengröße der erzeugten
Flüssigkeitströpfchen wird
mit Hilfe der Messeinrichtung S gemessen. Die rechnerische Auswertung
liefert einen Messwert, der zurückgeführt wird
("Feedback"), um die Pumpensteuereinrichtung C1
zu steuern; auf diese Weise wird eine automatische Einstellung durchgeführt, um
die Teilchengröße der Flüssigkeitströpfchen zu
homogenisieren. Nachdem eine vorgegebene Menge Monomer M eingespritzt
worden ist, wird das im Dispersionsmittel-Behälter 3 befindliche
Dispersionsmittel unter Rühren erwärmt, wobei
das Monomer M polymerisiert wird, um feine Harzteilchen zu erzeugen.
-
Die so erzeugten feinen Harzteilchen
weisen ein mittlere Teilchengröße von 601 μm auf; 95%
der feinen Harzteilchen haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von (601 μm ±10%).
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Vergleichsbeispiel 1
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Im wesentlichen wird das Verfahren
nach Beispiel 1 wiederholt; abweichend werden die CCD-Kamera und
die CRT-Displayeinrichtung nicht benutzt. Folglich werden die Durchsatz-Bedingungen und
die Frequenz-Bedingungen nicht eingestellt. Auf diese Weise werden
feine Harzteilchen erzeugt.
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Die so erzeugten feinen Harzteilchen
weisen eine mittlere Teilchengröße von 688 μm; lediglich 78%
der so erzeugten feinen Harzteilchen haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von (688 μm ±10%).
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Vergleichsbeispiel 2
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Im wesentlichen wird das Verfahrne
nach Beispiel 1 mit der dort beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung
feiner Harzteilchen verwendet; abweichend wird eine Anordnung von
drei Seite-an-Seite nebeneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen 2 verwendet,
die je einen Innendurchmesser von 0,3 mm aufweisen. Das flüssige, polymerisierbare
Monomer M wird in einem Durchsatz von 15.9 mL/min. durch diese drei
Einspritzöffnungen 2 hindurch
in das flüssige
Dispersionsmittel D eingespritzt.
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Die Erfassung der Flüssigkeitströpfchenbildung
erfolgt in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben. Das mit
Hilfe der Fotografiereinrichtung 5 fotografierte Bild wird
vergrößert und
wird auf den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre der Displayeinrichtung 7 (CRT-Displayeinrichtung)
dargestellt.
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Weil sich die gebildeteten Flüssigkeitströpfchen überlagern,
können
mit bloßem
Auge keine einzelnen bzw. individuellen Flüssigkeitströpfchen erkannt oder ausgewertet
werden.
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Somit kann kein Auswertungsergebnis
zurückgeführt werden,
um die Bedingungen der Flüssigkeitströpfchenbildung
zu steuern und einzustellen. Unter diesen Bedingungen werden feine
Harzteilchen erzeugt, die eine mittlere Teilchengröße von 610 μm aufweisen;
lediglich 65% der so erzeugten feinen Harzteilchen haben eine mittlere
Teilchengröße im Bereich
von (610 μm ±10%).
-
GEWERBLICHE ANDWENDBARKEIT
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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung
ist es möglich,
ein Verfahren zur Herstellung feiner Harzteilchen anzugeben, die
eine homogene Teilchengrößenverteilung
aufweisen. Solche feinen Harzteilchen können in der Chemie, in der
Medizin, zur Herstellung elektronischer Materialien und dergleichen
eingesetzt werden. Ferner werden mit der vorliegenden Erfindung
die so erzeugten feinen Harzteilchen sowie eine Vorrichtung zur
Herstellung feiner Harzteilchen bereitgestellt.
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Zusammenfassung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zur Herstellung feiner Harzteilchen angegeben, die
eine homogene Teilchengrößenverteilung aufweisen.
Solche feinen Harzteilchen können
in der Chemie, der Medizin, zur Herstellung elektronischer Materialien
oder dergleichen eingesetzt werden. Ferner werden mit der vorliegenden
Erfindung solche feinen Harzteilchen bereitgestellt sowie eine Vorrichtung
zur Herstellung solcher feinen Harzteilchen bereitgestellt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung feiner Harzteilchen
- – wird eine
Flüssigkeit,
welche ein polymerisierbares Monomer aufweist und welche die zu
dispergierende Phase bildet, in eine kontinuierliche Phase bzw.
in ein Dispersionsmittel eingebracht;
- – auf
diese, das polymerisierbare Monomer aufweisende Flüssigkeit
lässt man
mechanische Schwingungen einwirken, um diese Flüssigkeit in ein oder mehrere
Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen
bzw. zu splitten;
- – diese
Flüssigkeitströpfchen werden
in einem Zustand polymerisiert, in dem keine Aufteilung oder Vereinigung
bzw. Verschmelzung der Flüssigkeitströpfchen stattfindet.
-
Dieses Verfahren sieht vor, dass
derjenige Zustand, in welchem diese zu dispergierende Flüssigkeit
in Flüssigkeitströpfchen aufgeteilt
bzw. gesplittet ist, erfasst und zu einem Auswertungsergebnis ausgewertet
wird;
dieses Auswertungsergebnis zurückgeführt wird; und
die Bedingungen
der Einbringung dieser zu dispergierenden Flüssigkeit in das Dispersionsmittel und/oder
die Bedingungen der Einwirkung der mechanischen Schwingungen auf
die Flüssigkeit
mit Hilfe dieses Auswertungsergebnisses beein- flusst, gesteuert
und/oder festgelegt werden.