【発明の詳細な説明】
非混和相の分散液
本発明は２以上の非混和相の分散液を製造する装置および方法、例えば、分散
相の小滴が注意深く制御されなければならないエマルジョンおよびカプセル化製
品の製造における装置および方法に関する。
水中油滴および油中水滴エマルジョンおよび他の多相混合物の製造は世界的規
模で経済上重要であるが、その製造方法は問題を含んでおり、特に実験室レベル
からパイロットレベルおよび生産レベルへのスケールアップにおいて問題がある
。例えば、エマルジョンはしばしばバッチで製造されるが、その処理が大スケー
ル製造において再現性がないことがあるためにバッチ間の変動が起こる。
例えば、現在のエマルジョン製造方法の大部分は、単一の製造容器中に入れた
２つの非混和性液体からなる液体混合状態中で乱流を確立することによっている
。激しい撹拌によって生まれる乱渦のために、一方の相がばらばらにされ小滴（
不連続相）になり、他方の（連続）相中に懸濁される。これらの小滴のサイズお
よびサイズ分布は、エマルジョンの、合体に対する安定性および目的とする使用
への適合性を決定するので、きわめて重要である。現状のこうした方法によって
処理される２相の組が与えられた場合、小滴のサイズは乱渦の大きさとその渦に
さらされる時間によって主として決定される。小滴のサイズと（撹拌によって）
投入される単位体積あたりのエネルギーとの相関関係が文献に提唱されている(W
alstra、Encyclopaedia of Emulsion Technology、第一巻、1983、Belcher(Ed),
Dekker，New York)。投入エネルギーの値は液体の表面張力、その密度、与えら
れた幾何学的配列の撹拌機に入力する力に依存する。投入エネルギーは典型的に
は１立方メートルあたり１０4ワット（パドル撹拌機の場合）から１立方メート
ルあたり１０12ワット（高圧ホモゲナイザーの場合）にわたるであろう。
積年の問題というのは、そのような方法は、その渦が制御できず、または大き
な製造容器中で液体の容積全体にわたって一様に作り出すこともできず、大スケ
ールでの非混和性相のどのような組の振舞も実験室での実験に基づいて予測する
こともできないために、非効率的であるということである。その結果、エネルギ
ーが非効率的に使われ、もっと重要なことには、小滴のサイズまたはサイズ分布
を信頼性をもって制御することが少しもできない。
もうひとつの方法、例えば、静電的または超音波ノズルを用いた小滴形成に基
づく方法が提案されている；しかしながら、得られた生成物の品質、それらの方
法のコストおよびスケール性(scalability)は魅力的ではない。
種々の方法が近年提案されており、２相の混合を容易にするために膜が用いら
れている。日本特許出願2-214537号（1990年８月27日公開）では水性相を圧力下
で膜の孔を通過させて界面活性剤を含む油相へ通す方法で、その膜がこの処理の
間超音波照射されているという、エマルジョンを調製する方法が提案されている
。Nakashimaら、Key Engineering Materials，1991、61-62巻、pp513-516には油
相を膜を通して界面活性剤を含む水性相へ移し、油相がこの膜をぬらしてはなら
ないような条件とした、エマルジョンを調製する方法が記載されている。Nakash
imaらの更なる研究は種々の特許明細書、すなわち、EP 546,174 A1、US 4,657,8
75およびUS 5,326,484に記載されている。これらにおいては、膜はガラスで作ら
れておりその孔は均一の大きさである。
より専門化された技術、特に食品スプレッド（foodstuff spread）の製造分野
においては、欧州特許出願明細書452,140 A1には一方の相を膜を通して他方の相
へ通過させることによるエマルジョンの製造方法が記載されている。国際出願明
細書WO 87/04924は、リポソームの製造についてであり、商業的に入手可能な非
対称のセラミックフィルターの使用を含んでいる。
本発明によって、以下の、
（ａ）セラミックまたは焼結金属材料からなる；
（ｂ）互いに同一または異なっていてもよい複数のセグメントで形成されている
；
（ｃ）少なくとも一つのセグメントは管状の形態で、管の長さ方向に沿って直径
が異なる、
という性質の少なくとも１つによって特徴づけられた膜を通過させることによっ
て、循環する連続相に不連続相を導入する、エマルジョンタイプの混合物を調製
する方法が提供される。
本発明の更なる特徴によって、本発明の方法を実施可能とするように設計され
た装置が適用され、前記装置は、上で定義した膜と、循環連続相を供給するため
の手段、不連続相を提供する手段、および、その不連続相を膜を通して押し出す
ための圧力源を一緒に有している。
不連続相中の小滴のサイズおよびその小滴のサイズ分布を決定する要因は、
（ｉ）膜の形状、表面化学および孔径および径分布；
（ii）膜を通る連続相の流速；
（iii）不連続相が膜を通して押し出されるときの圧力；
（iv）２相のそれぞれの温度、および
（ｖ）相の界面張力、密度および粘度である。
膜自体はセラミック材料から作られていることが好ましく、より具体的には形
状が本質的に管状で、その管材料に半径方向に通る孔を有していることが好まし
い。膜の孔径および径分布は求めるエマルジョンのタイプによって決定されるで
あろう。例えば、１μmの直径の油相小滴が求められるときには、0.35μmオーダ
ーの孔径が必要となるであろう。膜の表面化学は種々の湿潤性程度を与えるべく
適合されるであろう。
膜が焼結金属で形成される場合は、ロール表面仕上げ（rolled surface finis
h）が好ましいであろう。
本発明の方法および装置は単一相エマルジョンまたは複数の不連続相を含むエ
マルジョンのいずれを製造するのにも適合させることができ、バッチ処理でも連
続生産方式のいずれでも機能するであろう。
バッチ処理が必要な場合は、この膜はダイバージェント管（diverging tube）
の形状で形成されるであろう。連続水性相はこの管の内部を循環及び再循環され
、不連続油相は管の膜壁を通して連続相へ押し出される。管に沿って通過してい
る間に、より多くの油相が水性相に加わるとエマルジョンの全容積および粘度が
増加するので、膜表面の長さ方向に沿った一定の剪断力を維持するために、この
管はダイバージェント(divergent)に作られる。しかし、このダイバージェント
性は本発明の実施に絶対的に本質的なものではない。管の長さ方向に沿った小滴
サ
イズの均一性を保証するために、膜の孔構造は、個々の孔面積の点でも膜の単位
面積あたりの孔の数の点でも、変動させてもよい。水性相の循環は、エマルジョ
ン中の油相が求めるレベルに達したときに止められる。
連続処理が望まれるときには、連続相は貯蔵容器によって再循環され、油相の
容積が求めるレベルに達したときにその容器から求めるエマルジョンが流し出さ
れる。
膜は上述したように単一の管構造からなっていてもよく、または直列に配置さ
れた複数のそのような管状構造体からなり、セグメント化した管状構造体を形成
していてもよい。管状膜の個々のセグメントは同じ油相の多数の異なる小滴サイ
ズまたはサイズ分布が可能であるように適合させてもよく、同じまたは異なって
いてもよい小滴サイズまたはサイズ分布を持った多数の異なる油相を提供するよ
うに適合させてもよい。
膜自体の表面化学および幾何学、油相が膜を通って押し出される圧力はそれぞ
れの個別のセグメントについて望むとおり変えることができる。
種々の油相の温度、さらには、連続相の温度は本発明の実施を最適化するため
に個別に調整されることがあるのも重要なことである。
本発明の更なる特徴により、不連続相が被包化物質からなるエマルジョンタイ
プの混合物を調製する方法で、上述したタイプのセグメント化された膜の使用を
含み、最初のセグメントが不連続相を連続相に分配し、更に後のセグメントが最
初の不連続相をコートする更なる不連続相を分配する方法が提供される。
最初のエマルジョンは一般的に上述したように調製される。次に被包化処理が
、例えば、最初のエマルジョンを円錐形の管を通して、軸方向にフロースプリッ
ター（flow-splitter）を含んでスプリッターと膜表面間の実効流量範囲が減少
している、より小さな孔の膜中を通過させることによって実行されてもよい。上
で一般的に記述した手段で更なる油相がこの小孔膜管に導入され、次に、最初の
油相の小滴上に被覆を形成する。後段の膜表面の特性は、後段の油相の親油性を
制御して、それにより最初の油相の被覆を改良するのに重要であることは勿論で
ある。
本発明のさらなる特徴によって、上述したエマルジョン化処理の開始を制御す
る方法が提供される。その方法には、連続相の横断流速を制御し、それにより求
めるサイズおよびサイズ分布の最終的な不連続相小滴が得られることを保証する
ためのフィードバック信号として、初期形成された不連続相小滴のサイズおよび
サイズ分布のオンライン測定を利用することが含まれる。
オンライン測定は、レーザー走査顕微鏡を使用することによって行なってもよ
く、伝導度測定および／または他の適切な測定法によってもよい。これらの測定
は求める製品の品質保証を与えるために別に利用されてもよい。
本発明は以下の図面、最初の実施態様中では、以下の図面を参照して実施例に
よって更に説明されるが、これに限定されるものではない。
第１の実施態様では、図１〜８に例示されている。図１は
（ａ）水性相を含み、水性相の再循環のために適合させた容器（２）；
（ｂ）油相を含む容器（11）；
（ｃ）油相が水性相へ通過できる膜横断流ユニット（10）；
（ｄ）最終産物容器（18）
を含む、単一モジュールの横断流膜（cross-flow membrane）ユニットの概略図
である。
容器（２）および(11)は両方とも加熱手段（１）および（12）をそれぞれ備え
、容器（18）は冷却手段（19）を備えている。容器（11）は、更に充填手段（８
）および圧力源（９）を備えている。容器を相互連結している種々のポンプ、計
器およびバルブは、運転手順の説明において後で記載する。
膜ユニット（10）は図１(a)において、より詳細に示してある。円筒状の膜自
体（25）は（通常はステンレススチールの）本体（22）によって支持されており
、（22）からシール（23）によって隔てられ、クランプ手段（29）によって調節
可能な、さらなる（通常はステンレススチールの）同心本体（26）が油相のため
のチャンバー（24）を提供する。油相(27)、水性相（28）およびガスパージ(21)
のための入口手段も与えられている。
運転時には、容器（２）が適当なレベルまでバルブ（４）を通じて水性相で満
たされ、バルブ（17）およびサンプリングバルブ（15）は閉じられている。容器
（11）は適当なレベルまで、漏斗およびバルブ（８）を通して、エマルジョン化
に適した油相で満たされ、パージおよび圧カバルブ（９）は開いており、バルブ
（13）は閉じられている。両方の容器の内容物は適当な温度まで加熱テープ（１
）および（12）によって加熱される。水性相は次にポンプ（16）を運転すること
により、かつ、流量計（３）および圧力計（５）と（14）の指示によりバルブ（
４）で制御されて、装置を通して流される。
容器（11）中の油相は圧力バルブ（９）によって適当な圧力にされ、最初に空
気が、バルブ（６）と（13）を開き、バルブ（８）を閉じ、安全バルブ（７）を
安全レベルに設定してチャンバー（24）からパージされる。すべての空気がパー
ジされたならば，バルブ（６）および（13）は閉じられ、油圧はバルブ（９）に
よって適切なレベルにされ、維持される。エマルジョン化処理はバルブ（13）が
開かれ、油相が圧力下で入り口（27）および膜（25）を通って、膜ユニット（10
）を流れている水性相中に押し出されることによって開始される。
エマルジョン中の油の容積が求めるレベルに達するまでこの処理は続けられる
。これは、容器（11）中に残っている油相の容積を記録することにより、および
、サンプリングバルブ（15）から取り出されたエマルジョンのサンプルによって
決定できる。水性相の流速の小さな変動はバルブ（４）によって制御可能である
。この処理はバルブ（13）を閉じ圧力バルブ（９）をOFFにすることによって終
了される。できた生成物はバルブ（４）を閉じ、バルブ（17）を開けることによ
り容器（18）に移され、冷却筒（19）を使用して適当な温度に冷却され、バルブ
（20）を通して系から取り出されてもよい。
図２は、高速ビデオカメラで撮影した、膜の孔からの油滴離脱の連続写真を示
したものである。示したデータは、直径98μmの粗孔、および圧力損失2psiに対
するものである。二重網掛けの図は孔からの小滴の最終離脱を示したものである
；水性相の横断流速が0.19m/sから0.40m/sまで増加すると、小滴形成時間が2380
ミリ秒から420ミリ秒まで減少するのがわかる。
図３は、広い範囲の孔径をもったセラミック膜表面の電子顕微鏡写真を示した
ものである。
図４は、孔径分布と、水性相の横断流速および予測される油滴サイズ分布との
間の関係をグラフで示したものである。小滴サイズ分布は孔径分布を変えること
により、および横断流速を変えることにより制御できる。
図５は、以下に対する水性相の横断流速増加の影響をグラフで示したものであ
る。(ａ)小滴サイズ；
（ｂ）単位時間あたり、孔あたりに作られる油滴の数；
（ｃ）孔からの油滴の離脱速度（高速ビデオカメラを用いて測定）；および
（ｄ）膜モジュールの管直径に基づくレーノルズ数。すべてのデータは直径98μ
mの粗い孔径と2psiの圧力損失で得られたものである。横断流速が増加すると油
滴の大きさが小さくなるがその生成速度は増加するのが分かる。
図６は、油滴のサイズと
（ａ）水性相の横断流速；および
（ｂ）膜の横断圧力損失
との関係を等角ダイヤグラム(isometric diagrammatical)の形で示したものであ
る。
図７は、膜の単位面積（m2）あたりの小滴の変化の一例をグラフで示したもの
である。この例は、孔径分布の狭い、目の粗い膜を用いたバッチ生産によるもの
である。
図８は、同一の油相の２種のサイズの小滴（この場合、同じタイプの油相がチ
ャンバー１および２に入れられ、膜３および４は互いに異なるであろう）または
、２種の異なる油相（この場合、２種の異なる油相がチャンバー１および２に入
れられ、膜３および４は同一または異なってもよい）を考慮した、セグメント化
された膜管（図１の部品10に対応する）の概略図である。この系は、２種より多
くの油相および／または油滴サイズを提供するために追加の膜セグメントを用い
ることによって拡張してもよい。
第２の実施態様では、図１１から１６に例示されている。
図１１は、室温で連続的なエマルジョン生成を提供するために適合させた、図
１に示したものと同様の横断流膜ユニットの概略図である。これは撹拌機のつい
た連続（水性）相タンク、不連続（油）相タンク、洗浄タンク、連続相循環ポン
プ、圧力計および膜モジュールを備え、これらは全て標記した通りで、かつ、１
から６の番号を付けた、上述した機能のバルブを備えている。図１１（ａ）
は、膜モジュールを図解したものである；図１（ａ）に記載したも
のと同様なものであり、適切に標記した。セラミック部分は長さ600mmであり５m
mの内径を有している。内側表面は平均孔径が0.1以上，典型的には0.2μmとなる
ように被覆されていてもよい。
運転時には、２つの相のタンクは適切な液体で満たされ、膜は水性相で飽和さ
れ、すべてのバルブは閉じられ、ポンプと撹拌機は（後者は渦運動を避けるに十
分にゆっくりと）スイッチをＯＮにされる。ポンプを調節することにより、膜を
通る水性相の流速は必要な速度に下げられる。次にバルブ３および６が開かれ、
油相について望みの圧力となるまで空気がこの系に流入できるようにされる。エ
マルジョン化処理はバルブ２を開くことによって開始される。
水性相タンク中の小滴サイズ分布は求めるエマルジョンが形成されるまでモニ
ターされ、その時点ですべてのバルブを閉じ、空気圧を開放し、ポンプと撹拌機
を止めることによってこの処理は停止される。完成した生成物は水性相タンクか
ら放出され系は次の運転の前に洗浄される。
第３の実施態様は、図２１から２７に例示されている。
図２１は、
（ａ）水性相を含み、水性相の再循環のために適合させた容器（２）；
（ｂ）油相を含む容器（43）；
（ｃ）油相が水性相へ通過できる膜横断流ユニット（14）；
（ｄ）最終産物容器（31）
を含む単一モジュールの横断流膜ユニットの概略図である。
容器（２）および（43）は共にそれぞれ加熱手段（４）および（32）を備えて
おり、容器（31）は冷却手段（25）を備えている。容器（43）は取り外し可能な
蓋を有し更に圧力源（39）を備えている。容器を相互連結している種々のポンプ
、計器およびバルブは、運転手順の説明において後で記載する。
膜ユニット（14）は図２１（ａ）に、より詳細に示してある。円筒状の膜自体
（46）は（通常ステンレススチールの）本体（52）に支持されており、(52)から
シール（49）によって隔てられ、クランプ手段（44、48）によって調節可能な、
さらなる（通常はステンレススチールの）同心本体（45）が油相のためのチャン
バー（50）を提供する。油相（47）および水性相（53）のためのガスパージのた
めの流入手段（51）も与えられている。
運転時には、容器（２）がバルブ（20）を通じて水性相で適当なレベルまで満
たされる。容器（43）はエマルジョン化に適した油相で適当なレベルまで取り外
し可能な蓋を通して満たされる。両容器の内容物は適当な温度まで加熱テープ（
４）および（32）によって加熱される。次に水性相はポンプ（19）を運転し、流
量計（３）および圧力計（12）と（17）の支持によりバルブ（７）によって制御
されて、装置を通って流される。
容器（43）中の油相は圧力バルブ（39）およびエアレギュレーター（38）によ
って適当な圧力にされ、最初に空気は、バルブ（47）および（51）を開き、安全
バルブ（35）を安全レベルに設定することにより、チャンバー（50）からパージ
される。すべての空気がパージされたならば、バルブ（47）および（51）は閉じ
られ油圧はバルブ（39）とレギュレーター（38）によって適切なレベルにされ、
維持される。エマルジョン化処理は、バルブ（40、41）を開き、油相が圧力下で
入り口（47）を通り、膜（46）を通過して、膜ユニット（14）を通って流れてい
る水性相に押し出されることにより開始される。
エマルジョン中の油の容積が求めるレベルに達するまでこの処理は続けられる
。これは、容器（43）中に残っている油相の容積を記録することにより、および
、サンプリングバルブ（13）から取り出されたエマルジョンのサンプルによって
決定できる。水性相の流速の小さな変動はバルブ（７）またはローブポンプ（lo
be pump）(19)によって制御可能である。この処理はバルブ（40、41）を閉じ、
圧力バルブ（39）のスイッチをOFFにし、それにより圧力損失を開放することに
よって終了される。できた生成物はバルブ（22）を切り替えることにより容器（
31）に移され、冷却筒（25）を使用して適切な温度まで冷却されてバルブ（30）
を通して系から取り出されてもよい。
図２２は、高速カメラによる観察から得られた、それぞれの時間における、孔
での小滴成長の精密な表示を示したものである。ここで示した結果は、単一の直
径98ミクロンの粗い孔と２psiの圧力損失に対するものである。水性相の横断
流速が0.19m/sから0.40m/sまで増加すると、小滴形成時間が2380ミリ秒から420
ミリ秒まで減少するのがわかる。
図２３は、
（ａ）セラミック膜表面の電子顕微鏡写真；
（ｂ）明瞭な表面孔を示した画像解析；および
（ｃ）粗い物質の上層を覆う、より細かい被覆層の例を示した膜の断面
を示したものである。
図２４は、以下に対する水性相の横断流速の増加の影響をグラフで示したもの
である：
（ａ）小滴サイズ；
（ｂ）単位時間あたりの孔あたりに作られる油滴の数；
（ｃ）孔からの油滴の離脱速度（高速ビデオカメラを用いて測定）；および
（ｄ）膜モジュールの管直径に基づくレーノルズ数。すべてのデータは直径98μ
mの粗い孔径と２psiの圧力損失で得られたものである。横断流速が増加すると油
滴の大きさが小さくなるがその生成速度は増加するのが分かる。
図２６は、同一の油相の２種のサイズの小滴（この場合、同じタイプの油相が
チャンバー１および２に入れられており、膜３および４は互いに異なるであろう
）または、２種の異なる油相（この場合、２種の異なる油相がチャンバー１およ
び２に入れられており、膜３および４は同一または異なってもよい）を考慮した
、セグメント化された膜管（図１の部品14に対応する）の概略図である。この系
は、２種より多くの油相および／または油滴サイズを提供するために追加の膜セ
グメントを用いることによって拡張してもよい。
図２７は、平均孔径0.5ミクロンおよび4.0ミクロンを有し、それそれ40psiお
よび10psiで運転された（図２６に示したような）２連結膜アッセンブリによっ
て製造される小滴サイズ分布を示したものである。
以下に述べる実施例では、すべての％組成は、重量／重量である。実施例 １
ソルビトールモノオレエート（「スパン」80(“Span”80)）(2.5％)を、撹拌し
たポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート（「トゥイーン」20("Tween"20)
）(2.5％)および「ニパスタット」ナトリウム（sodiumu“Nipastat”）(0.3％)の
水（64.7％）溶液中に添加して水性相を調製し、この混合物を図１１に示したよ
うな装置の水性相タンクに装填した。ミネラルオイル（30.0％）を油相タンクに
装填し、エマルジョン化処理を、初期横断流速5.09m/secで4.5時間行い、30％水
中油滴エマルジョンを製造した。孔径分布および小滴サイズ分布は図１２に示し
た；平均小滴サイズは2.03μmであり、平均孔径は0.41μmであり、その比は4.95
であった。一般的な表現では、小滴サイズ分布は以下の式で定義される分布係数
εの形で記述されるであろう。
ε＝ （Ｄ90−Ｄ10）Ｄ50
式中、Ｄ90、Ｄ50およびＤ10はMalvern Instruments Matersizerで測定したとき
に、エマルジョンの累積頻度がそれぞれ90％、50％、10％である場合に得られる
粒子サイズである。完全単一分散系ではεは０である。本実施例では、生成され
たエマルジョンは0.6より大きいε値は示さず、最良の場合は0.3より大きくない
。膜中の孔径分布は同じεを用いて定義することができ、0.6よりも大きくなく
、平均孔径の150％よりも大きなサイズを持つ孔は一つもない。小滴サイズおよ
びサイズ分布は、初期にいくらか相分離があったものの、数週間変化せずに維持
された。図１２(a)は、生成物の顕微鏡写真（倍率 ｘ400）を示したものである
；画像中の線はカメラのレンズ上の印によって現れたものである。実施例２
トリエタノールアミン（3.0％）および「ニパスタット」ナトリウム（0.3％）
の水（66.7％）溶液からなる水性相を図１１に記載したような装置の水性相タン
クに装填した。イソステアリン酸（3.0％）のミネラルオイル（27.0％）溶液を
油相タンクに装填し、エマルジョン化処理を４種の異なる横断流速で６時間行っ
た。図１３(a)は孔径分布を示したものであり(図１２に示したのと同一である)
、図１３（ｂ）は４種の各速度についての小滴サイズ分布を示したものである。
横
断流速は範囲として与えてあるが、これはエマルジョン中の油の濃度が増加する
と、（速度に密度を掛けて粘度で割ったものの関数であるレーノルズ数の低下で
示されるように）より粘稠となるからである。実際には、速度は処理の終わりま
でに約10％低下する。最高横断流速における小滴サイズ分布のグラフ上のブリッ
プ（blip）は、測定装置が非常に小さな小滴サイズを扱えないために起きるもの
である。
図１４は、初期横断流速と平均小滴サイズとの関係を示したものである。速度
上昇に伴ってほとんど直線的な平均小滴サイズの減少がある。
図１５は、処理の時間経過と以下の関係を示したものである。
（ａ）エマルジョン中の油の濃度(処理の終わりには30％)；
（ｂ）平均小滴サイズ；
（ｃ）膜を通る横断流速；
（ｄ）エマルジョンの粘度
油の濃度（ａ）と粘度（ｄ）は、両方とも予想したとおり時間と共に増加し、
横断流速（ｃ）は上に説明したとおり低下した。平均小滴サイズ（ｂ）は実際に
は時間と共にわずかに減少した。
図１６は、例示した最高横断流速（5.09m/sec）を用いた場合の実施例２の生
成物の顕微鏡写真を示したものである；小滴は図１２(a)に示した実施例１から
得られたものよりも小さい。実施例３
本実施例は、化粧品タイプのエマルジョンの室温における製造方法および、そ
のように生産される小滴に対する横断流速の影響を例示して説明したものである
。
トリエタノールアミン（3.0％）および「ニパスタット」ナトリウム（0.3％；
保存剤）の水（66.7％）溶液からなる水性相を水性相タンク（図２１、部品２）
に装填し、イソステアリン酸（3.0％）のミネラルオイル（27.0％）溶液を油相
タンク（図２１、部品43）に装填した。４種のエマルジョン化処理を、４種の異
なる横断流速で、４種の異なるバッチ実験で行った。その結果を図２８に示した
。曲線（１）は孔径分布を示したものである。曲線(２)、(３)、(４)および（５
）
は、それぞれ横断流速１，12、2.49、4.34および5.09m/sについて、Malvern Mas
tersizerで測定した生成物の小滴サイズ分布を示したものである。実施例４
本実施例は、膜の特性を選ぶことにより、特に孔径を選ぶことにより、どのよ
うに小滴サイズの制御が行われ得るかを示す。
「ドバノール(Dobanol)」(2.96％)とホルマリン（0.04％）を良く撹拌したソ
ルビトール（36％）の水（36％）溶液に加えて水性相を調製し、水性相タンク（
図２１、部品２）に装填した。ミネラルオイル（25％）を油相タンク（図２１、
部品43）に装填し、２種のエマルジョン化処理を、ひとつは0.2ミクロン表示孔
径のセラミック膜管（図２１(a)、部品46）を使用し、もう一方は0.5ミクロン表
示孔径の膜管を使用して行った。その結果を図３０に示した。図中、それぞれに
ついて、曲線Ｐ１およびＰ２は孔径分布を示し、曲線Ｄ１およびＤ２はMalvern
Mastersizerで測定した小滴サイズ分布を示す。実施例５
実施例４に記載した処理を（表示孔径0.5ミクロンのセラミック膜管を使用して
）繰り返したが、求める油濃度に達したとき(約100分後)、さらに水性相を連続
的に加え、エマルジョン産物を連続的に取り出し、水性相タンク中のエマルジョ
ン濃度が最終産物の濃度で維持されるように、この流速は油の流入速度に合わせ
た。時間の関数としての、エマルジョン濃度、生成速度および粒子サイズの測定
は走査レーザー顕微鏡（FRBM型、Lasentec Crp.）を用いて行った。この結果を図３１
に示した；エマルジョン濃度は図３１(a)に、油の流入速度は図３１(b)に
、小滴数カウントを図３１(c)に、小滴サイズを図３１(d)に示した。図３２は、
膜の孔径分布（曲線１）および小滴サイズ分布（曲線２）を示したものである。
これらの結果から、コンピューター制御と連動したオンライン計測装置を使用す
るとエマルジョンの連続生産が可能となることが明らかである。実施例６
本実施例は、高温および低剪断力下での化粧品エマルジョンの製造を示すもの
である。
「カーボマー(Carbomer)」934（0.1％）をよく撹拌した80℃に保った水（88.2
5％）中にゆっくりと加え、次にゆっくりとトリエタノールアミン（1.0％）を加
えることにより水性相を調製した。この溶液を水性相タンクに装填し、加熱テー
プ（図２１、部品４）を用いて80℃に維持した。ワセリン(6.5％)、ミネラルオ
イル(2.0％)、ステアリン酸(1.5％)、モノステアリン酸グリセリン（0.4％）お
よび、イソステアリン酸イソプロピル（0.25％）の混合物を80℃に加熱すること
によって油相を調製し、油相タンクに装填し加熱テープ（図２１、部品32）を用
いて80℃に維持した。エマルジョン化処理は横断流速0.5m/sで行った。
図３３(a)は上記の処理で得られた生成物の極低温顕微鏡写真を示したもので
あり、図３３(b)は、従来の高剪断力処理によって調製したエマルジョンの同様
な顕微鏡写真を示したものである。従来の高剪断力処理ではラメラステアリン酸
エステル相が破壊されているように見えるが、本実施例では広範囲に無傷であり
、分散している油滴はその他の点では同一であることが分かる。本処理による生
成物は利用者の予測からはっきり区別される適用特性を有している。実施例７
塩化ナトリウム（2.0％）を、ラウリルエーテルリン酸ナトリウム(40％)、コ
コアミドプロピルベタイン(10％)、コカジエタノールアミド（2.0％）および保
存剤（0.2％）の水（35.8％）溶液に加えることによりゲル形態の水性相を調製
し、水性相タンクに装填した。シリコーン油を油相タンク中に装填し、エマルジ
ョン化処理をステンレススチール膜（図２１、部品46；平均孔径40ミクロン）を
使用して、生成物中のシリコーン油の濃度が10％になるまで行った。シャワーゲ
ルとして用いてもよい生成物の小滴サイズ分布は、図３４に示した。小滴サイズ
は膜孔の大きさと同等であることが分かる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Immiscible phase dispersion
The present invention relates to an apparatus and a method for producing a dispersion of two or more immiscible phases, such as a dispersion.
Emulsions and encapsulations where phase droplets must be carefully controlled
Apparatus and method in the manufacture of articles.
The production of oil-in-water and water-in-oil emulsions and other multiphase mixtures is a worldwide standard.
Although economical and economically important, its manufacturing method is problematic, especially at the laboratory level.
Have problems scaling up from pilot to production and production levels
. For example, emulsions are often manufactured in batches, but the processing is
Batch-to-batch variability occurs because of the lack of reproducibility in the production of the tool.
For example, most of the current emulsion manufacturing methods are contained in a single manufacturing container.
By establishing turbulence in a liquid mixture of two immiscible liquids
. Due to the turbulence created by vigorous agitation, one phase is broken apart and droplets (
Discontinuous phase) and suspended in the other (continuous) phase. The size of these droplets
The size and size distribution indicate the stability of the emulsion against coalescence and the intended use.
It is extremely important as it determines suitability for With these current methods
Given a set of two phases to be processed, the size of the droplet is the size of the turbulent vortex and the size of the vortex.
It is largely determined by the time of exposure. Droplet size and (by stirring)
The correlation with the energy per unit volume input has been proposed in the literature (W
alstra, Encyclopaedia of Emulsion Technology, Volume 1, 1983, Belcher (Ed),
Dekker, New York). The value of the input energy depends on the surface tension of the liquid, its density, and
Depends on the force input to the stirrer in the chosen geometry. Input energy is typically
Is 10 per cubic meterFour1 watt (for paddle stirrer) to 1 cubic meter
10 per le12Watts (for high pressure homogenizers).
The long-standing problem is that such a method could not control the vortex
Cannot be created uniformly over the entire volume of liquid in a
Predict the behavior of any set of immiscible phases on the basis of laboratory experiments
Is inefficient because it cannot do anything. As a result, energy
Are used inefficiently, and more importantly, the droplet size or size distribution.
Cannot be controlled with any reliability.
Another method is based on droplet formation using electrostatic or ultrasonic nozzles, for example.
However, the quality of the products obtained,
The cost and scalability of the process are not attractive.
Various methods have been proposed in recent years, and membranes are used to facilitate mixing of the two phases.
Have been. In Japanese Patent Application No. 2-214537 (published August 27, 1990), the aqueous phase was
By passing through the pores of the membrane through an oil phase containing a surfactant.
A method of preparing an emulsion that has been exposed to ultrasonic waves for a while
. Nakashima et al., Key Engineering Materials, 1991, 61-62, pp513-516
Transfer the phase through the membrane to the aqueous phase containing the surfactant and allow the oil phase to wet the membrane.
A method for preparing an emulsion under such conditions is described. Nakash
Further work by ima et al. was directed to various patent specifications, namely EP 546,174 A1, US Pat.
75 and US 5,326,484. In these, the membrane is made of glass
And the holes are of uniform size.
More specialized technologies, especially in the area of foodstuff spread manufacturing
In EP 452,140 A1, one phase is passed through a membrane and the other phase is
A process for the preparation of an emulsion by passing through an emulsion is described. International application
The book WO 87/04924 is concerned with the production of liposomes and refers to commercially available non-liposomes.
Includes the use of symmetric ceramic filters.
According to the present invention, the following:
(A) consisting of ceramic or sintered metal material;
(B) formed of a plurality of segments that may be the same or different from each other
;
(C) at least one segment is in tubular form and has a diameter along the length of the tube;
Are different,
By passing through a membrane characterized by at least one of the following properties:
To prepare an emulsion-type mixture that introduces a discontinuous phase into the circulating continuous phase
A method is provided for doing so.
A further feature of the invention is that it is designed to enable the method of the invention.
Apparatus is applied, said apparatus for supplying a membrane as defined above and a circulating continuous phase.
Means, providing a discontinuous phase, and extruding the discontinuous phase through a membrane
Together with a pressure source.
The factors that determine the size of the droplets in the discontinuous phase and the size distribution of the droplets are:
(I) membrane shape, surface chemistry and pore size and size distribution;
(Ii) the flow rate of the continuous phase through the membrane;
(Iii) the pressure at which the discontinuous phase is extruded through the membrane;
(Iv) the respective temperatures of the two phases, and
(V) Interfacial tension, density and viscosity of the phase.
The membrane itself is preferably made of a ceramic material, more specifically the shape
It is preferred that the shape is essentially tubular and that the tubing has holes passing radially through it.
No. The pore size and size distribution of the membrane is determined by the type of emulsion sought.
There will be. For example, when oil phase droplets with a diameter of 1 μm are required,
Will be required. Surface chemistry of membranes to provide varying degrees of wettability
Will be adapted.
If the film is made of sintered metal, rolled surface finis
h) would be preferred.
The method and apparatus of the present invention may comprise a single phase emulsion or an emulsion containing multiple discontinuous phases.
It can be adapted to produce any of the marjons and can be batch-processed
Any of the serial production schemes will work.
If batch processing is required, the membrane should be a diverging tube
Will be formed. The continuous aqueous phase is circulated and recirculated inside this tube.
The discontinuous oil phase is extruded into the continuous phase through the membrane wall of the tube. Passing along the pipe
Meanwhile, as more oil phase is added to the aqueous phase, the total volume and viscosity of the emulsion will increase.
To maintain a constant shearing force along the length of the membrane surface as it increases.
The tubes are made divergent. But this divergent
Sex is not absolutely essential to the practice of the invention. Droplets along the length of the tube
Sa
To ensure uniformity in size, the pore structure of the membrane is
The number of holes per area may be varied. The circulation of the aqueous phase
It is stopped when the oil phase in the tank reaches the required level.
When continuous processing is desired, the continuous phase is recycled by the storage vessel and the oil phase
When the volume reaches the required level, the desired emulsion is poured out of the container.
It is.
The membrane may consist of a single tube structure as described above, or may be arranged in series.
Formed of a plurality of such tubular structures, forming a segmented tubular structure
It may be. Each segment of the tubular membrane consists of a number of different droplets of the same oil phase.
Sizes or size distributions may be adapted, allowing the same or different
Provides a number of different oil phases with acceptable droplet size or size distribution
May be adapted.
The surface chemistry and geometry of the membrane itself, the pressure at which the oil phase is extruded through the membrane
The individual segments can be varied as desired.
Various oil phase temperatures, and even continuous phase temperatures, may be used to optimize the practice of the invention.
It is also important that individual adjustments be made.
According to a further feature of the present invention, an emulsion type in which the discontinuous phase comprises an encapsulated material.
The use of a segmented membrane of the type described above in a method of preparing a mixture of
The first segment partitions the discontinuous phase into the continuous phase, and later segments
A method is provided for dispensing a further discontinuous phase that coats the first discontinuous phase.
The initial emulsion is generally prepared as described above. Next, the encapsulation process
For example, the first emulsion is passed axially through a conical tube into a flow splitter.
The effective flow range between the splitter and the membrane surface is reduced, including the flow-splitter
May be carried out by passing through a smaller pore membrane. Up
An additional oil phase is introduced into this stoma membrane tube by means generally described in
A coating forms on the oil phase droplets. The characteristics of the subsequent membrane surface depend on the lipophilicity of the subsequent oil phase.
Of course it is important to control and thereby improve the coating of the first oil phase
is there.
A further feature of the present invention controls the start of the emulsification process described above.
A method is provided. The method involves controlling the cross-flow velocity of the continuous phase and thereby determining
To ensure the final discontinuous phase droplets of the desired size and size distribution
The size of the initially formed discontinuous phase droplet and the feedback signal for
Using online measurement of size distribution is involved.
Online measurements may be made using a laser scanning microscope.
Alternatively, conductivity measurement and / or other suitable measurement methods may be used. These measurements
May be used separately to provide quality assurance for the product sought.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in the following drawings, in the first embodiment, with reference to the following drawings.
Therefore, it will be further described, but the present invention is not limited to this.
The first embodiment is illustrated in FIGS.Figure 1
(A) a vessel (2) containing an aqueous phase and adapted for recirculation of the aqueous phase;
(B) a container (11) containing an oil phase;
(C) a transmembrane flow unit (10) that allows the oil phase to pass into the aqueous phase;
(D) Final product container (18)
Of a single module cross-flow membrane unit, including
It is.
Both vessels (2) and (11) are provided with heating means (1) and (12) respectively
The container (18) is provided with a cooling means (19). The container (11) further comprises a filling means (8
) And a pressure source (9). Various pumps and gauges interconnecting containers
The vessels and valves will be described later in the description of the operating procedure.
The membrane unit (10)Fig. 1 (a)In more detail. Cylindrical membrane
The body (25) is supported by a body (22) (usually of stainless steel)
, Separated from (22) by a seal (23) and adjusted by clamping means (29)
Possible, additional (usually stainless steel) concentric body (26) for oil phase
To provide a chamber (24). Oil phase (27), aqueous phase (28) and gas purge (21)
An entrance means is also provided.
In operation, vessel (2) is filled to the appropriate level with aqueous phase through valve (4).
The valve (17) and the sampling valve (15) are closed. container
(11) is emulsified through funnel and valve (8) to an appropriate level
Filled with a suitable oil phase, the purge and pressure valve (9) is open and the valve
(13) is closed. Heat the contents of both containers to a suitable temperature (1
) And (12). The aqueous phase then operates the pump (16)
And the valve (3) and the pressure gauges (5) and (14) indicated by the valve (
Controlled in 4), flow through the device.
The oil phase in the vessel (11) is brought to a suitable pressure by the pressure valve (9) and first emptied.
Open the valves (6) and (13), close the valve (8) and open the safety valve (7).
Set to safety level and purged from chamber (24). All air is par
When the valve is closed, valves (6) and (13) are closed and hydraulic pressure is applied to valve (9).
Therefore, it is maintained at an appropriate level. For the emulsification process, the valve (13)
When opened, the oil phase passes under pressure through the inlet (27) and the membrane (25) to the membrane unit (10
) Is extruded into the flowing aqueous phase.
This process continues until the volume of oil in the emulsion reaches the required level
. This is done by recording the volume of oil phase remaining in vessel (11), and
By the emulsion sample taken from the sampling valve (15)
Can decide. Small fluctuations in the flow rate of the aqueous phase can be controlled by valve (4)
. This process is terminated by closing the valve (13) and turning off the pressure valve (9).
Is completed. The resulting product is obtained by closing valve (4) and opening valve (17).
Into a container (18), cooled to an appropriate temperature using a cooling cylinder (19),
It may be removed from the system through (20).
FIG.Shows a series of photographs of oil dropping from a hole in the membrane taken by a high-speed video camera.
It was done. The data shown is for a 98 μm diameter coarse hole and a 2 psi pressure drop.
Is what you do. Double shaded diagram shows the final detachment of a droplet from a hole
The droplet formation time increases to 2380 when the transverse flow velocity of the aqueous phase increases from 0.19 m / s to 0.40 m / s;
You can see that it decreases from milliseconds to 420 milliseconds.
FIG.Shows an electron micrograph of the surface of a ceramic membrane with a wide range of pore sizes.
Things.
FIG.Is the relationship between the pore size distribution and the cross-flow velocity of the aqueous phase and the predicted oil droplet size distribution.
The relationship between them is shown in a graph. Drop size distribution alters pore size distribution
And by changing the transverse flow rate.
FIG.Is a graphical representation of the effect of increasing the cross-flow velocity of the aqueous phase on:
You. (a) droplet size;
(B) the number of oil droplets created per hole per unit time;
(C) detachment speed of the oil droplet from the hole (measured using a high-speed video camera); and
(D) Reynolds number based on the tube diameter of the membrane module. All data are 98μ in diameter
It was obtained with a coarse pore size of m and a pressure drop of 2 psi. Oil increases as the crossing velocity increases
It can be seen that the size of the droplets decreases but the rate of formation increases.
FIG.Is the size of the oil drop
(A) the transverse flow rate of the aqueous phase; and
(B) Transverse pressure loss of the membrane
Is shown in the form of an isometric diagrammatical
You.
FIG.Is the unit area of the membrane (mTwoA graph showing an example of the change of the droplet around
It is. This example is based on batch production using a coarse membrane with a narrow pore size distribution.
It is.
FIG.Are droplets of two sizes of the same oil phase (in this case,
Put in chambers 1 and 2 and membranes 3 and 4 will be different from each other) or
Two different oil phases (where two different oil phases enter chambers 1 and 2)
And membranes 3 and 4 may be the same or different)
FIG. 2 is a schematic view of a membrane tube (corresponding to part 10 in FIG. 1). This system is more than two
Using additional membrane segments to provide more oil phase and / or oil droplet size
May be extended by doing so.
A second embodiment is illustrated in FIGS.
FIG.Adapted to provide continuous emulsion formation at room temperature, FIG.
1 is a schematic view of a cross flow membrane unit similar to that shown in FIG. This is with a stirrer
Continuous (aqueous) phase tank, discontinuous (oil) phase tank, washing tank, continuous phase circulation pump
A pressure gauge, a pressure gauge and a membrane module, all as indicated, and
And a valve of the function described above, numbered from 1 to 6.FIG. 11 (a)
Is an illustration of a membrane module; the one described in FIG.
And appropriately labeled. The ceramic part is 600mm long and 5m
m. The inner surface has an average pore size of 0.1 or more, typically 0.2μm
May be coated.
In operation, the two-phase tank is filled with the appropriate liquid and the membrane is saturated with the aqueous phase.
All valves are closed and the pump and stirrer (the latter is
The switch is turned ON slowly. By adjusting the pump, the membrane
The flow rate of the aqueous phase through is reduced to the required rate. Next, valves 3 and 6 are opened,
Air is allowed to flow into the system until the desired pressure for the oil phase is reached. D
The marbling process is started by opening the valve 2.
The droplet size distribution in the aqueous phase tank is monitored until the desired emulsion is formed.
At that point, close all valves, release air pressure, pump and agitator
This process is stopped by stopping the process. Is the finished product an aqueous phase tank?
And the system is cleaned before the next run.
A third embodiment is illustrated in FIGS.
FIG.
(A) a vessel (2) containing an aqueous phase and adapted for recirculation of the aqueous phase;
(B) a container (43) containing an oil phase;
(C) a transmembrane flow unit (14) that allows the oil phase to pass into the aqueous phase;
(D) Final product container (31)
FIG. 3 is a schematic view of a single module cross flow membrane unit comprising:
Both containers (2) and (43) are provided with heating means (4) and (32) respectively.
The container (31) has a cooling means (25). Container (43) is removable
It has a lid and a pressure source (39). Various pumps interconnecting containers
, Instruments and valves will be described later in the description of the operating procedure.
The membrane unit (14)FIG. 21 (a)In more detail. The cylindrical membrane itself
(46) is supported by (usually stainless steel) body (52), from (52)
Separated by a seal (49) and adjustable by clamping means (44, 48),
A further (usually stainless steel) concentric body (45) is
Provide bar (50). Gas purge for oil phase (47) and aqueous phase (53)
An inflow means (51) is also provided.
In operation, the vessel (2) is filled to an appropriate level with the aqueous phase through the valve (20).
Be done. Container (43) is removed to an appropriate level with an oil phase suitable for emulsification
Filled through a possible lid. Heat the contents of both containers to a suitable temperature with a heating tape (
Heated by 4) and (32). The aqueous phase is then operated by pump (19)
Controlled by the valve (7) with the support of the meter (3) and the pressure gauges (12) and (17)
And flowed through the device.
The oil phase in the container (43) is supplied by the pressure valve (39) and the air regulator (38).
To the appropriate pressure, first air opens valves (47) and (51)
Purge from chamber (50) by setting valve (35) to a safe level
Is done. When all air has been purged, valves (47) and (51) close
The hydraulic pressure is adjusted to the appropriate level by the valve (39) and the regulator (38).
Will be maintained. In the emulsification process, open the valves (40, 41) and the oil phase
Flowing through the membrane unit (14) through the entrance (47), past the membrane (46)
By extruding into an aqueous phase.
This process continues until the volume of oil in the emulsion reaches the required level
. This is done by recording the volume of the oil phase remaining in the vessel (43), and
By the emulsion sample taken from the sampling valve (13)
Can decide. Small fluctuations in the flow rate of the aqueous phase can be obtained by using a valve (7) or a lobe pump (lo).
be pump) (19). This process closes valves (40, 41)
Switch off the pressure valve (39), thereby releasing the pressure loss
Therefore, the process is terminated. The resulting product is transferred to the container (22) by switching the valve (22).
Transferred to 31), cooled to an appropriate temperature using a cooling cylinder (25), and valve (30)
Through the system.
FIG.Are the holes at each time obtained from observations with a high-speed camera.
5 shows a precise representation of droplet growth on a. The results presented here are
For a 98 micron diameter hole and 2 psi pressure drop. Aqueous phase traversal
As the flow rate increases from 0.19 m / s to 0.40 m / s, the droplet formation time increases from 2380 ms to 420
It can be seen that it decreases to milliseconds.
FIG.Is
(A) an electron micrograph of the ceramic membrane surface;
(B) image analysis showing clear surface pores; and
(C) Cross-section of the film showing an example of a finer covering layer covering the upper layer of the coarse substance
It is shown.
FIG.Is a graphical representation of the effect of increasing the cross-flow velocity of the aqueous phase on:
Is:
(A) droplet size;
(B) the number of oil droplets created per hole per unit time;
(C) detachment speed of the oil droplet from the hole (measured using a high-speed video camera); and
(D) Reynolds number based on the tube diameter of the membrane module. All data are 98μ in diameter
m with a coarse pore size of 2 m and a pressure drop of 2 psi. Oil increases as the crossing velocity increases
It can be seen that the size of the droplets decreases but the rate of formation increases.
FIG.Are two sizes of droplets of the same oil phase (in this case, the same type of oil phase
Encased in chambers 1 and 2, membranes 3 and 4 will be different from each other
) Or two different oil phases (in this case two different oil phases
And membranes 3 and 4 may be the same or different).
FIG. 2 is a schematic view of a segmented membrane tube (corresponding to part 14 of FIG. 1). This system
Additional membrane elements to provide more than two oil phases and / or oil droplet sizes.
May be extended by using a segment.
FIG. 27 shows average pore sizes of 0.5 microns and 4.0 microns, each at 40 psi.
And a two-way membrane assembly (as shown in FIG. 26) operated at 10 psi.
1 shows the droplet size distribution produced by the method.
In the examples described below, all% compositions are weight / weight.Example 1
Mix sorbitol monooleate (“Span” 80) (2.5%) with stirring.
Polyoxyethylene sorbitan monooleate ("Tween" 20)
) (2.5%) and “Nipastat” sodium (sodiumu “Nipastat”) (0.3%)
The aqueous phase was prepared by adding it to a water (64.7%) solution and the mixture was as shown in FIG.
The aqueous phase tank of such a device was charged. Mineral oil (30.0%) in oil phase tank
Charged and emulsified for 4.5 hours at an initial cross flow velocity of 5.09 m / sec,
A medium oil emulsion was prepared. The pore size distribution and droplet size distribution areFIG.Shown in
Average droplet size was 2.03 μm, average pore size was 0.41 μm, and the ratio was 4.95
Met. In general terms, the droplet size distribution is the distribution coefficient defined by
will be described in the form of ε.
ε = (D90-DTen) D50
Where D90, D50And DTenIs measured with Malvern Instruments Matersizer
Is obtained when the cumulative frequency of the emulsion is 90%, 50%, and 10%, respectively.
The particle size. In a completely monodisperse system, ε is zero. In this embodiment, the generated
Emulsions do not show ε values greater than 0.6, and in the best case not greater than 0.3
. The pore size distribution in the membrane can be defined using the same ε, no larger than 0.6
None of the pores has a size greater than 150% of the average pore size. Drop size and
And size distribution remain unchanged for several weeks, with some initial phase separation
Was done.FIG. 12 (a)Shows a micrograph (× 400 magnification) of the product
The lines in the image are the ones that appeared by the marks on the camera lens.Example 2
Triethanolamine (3.0%) and "Nipastat" sodium (0.3%)
The aqueous phase consisting of a water (66.7%) solution of
Was loaded into the Isostearic acid (3.0%) in mineral oil (27.0%) solution
Loaded in oil phase tank and emulsified at 4 different transverse flow rates for 6 hours
Was.Fig. 13 (a)Indicates the pore size distribution (same as shown in FIG. 12)
,FIG. 13 (b)Shows the droplet size distribution for each of the four velocities.
side
The break rate is given as a range, which increases the concentration of oil in the emulsion
And (reduction of Reynolds number, which is a function of velocity multiplied by density divided by viscosity,
(As shown). In practice, the speed is
In about 10% decrease. On the graph of the droplet size distribution at the highest transverse flow velocity
Blips are caused by the inability of the measuring device to handle very small droplet sizes.
It is.
FIG.Shows the relationship between the initial transverse flow velocity and the average droplet size. speed
There is an almost linear decrease in average droplet size with increasing.
FIG.Shows the following relationship with the time lapse of the processing.
(A) the concentration of the oil in the emulsion (30% at the end of the treatment);
(B) average droplet size;
(C) transverse flow velocity through the membrane;
(D) Emulsion viscosity
Oil concentration (a) and viscosity (d) both increase with time as expected,
The transverse flow rate (c) was reduced as explained above. The average droplet size (b) is actually
Decreased slightly over time.
FIG.Is the product of Example 2 using the exemplified maximum cross velocity (5.09 m / sec).
FIG. 12 shows a micrograph of the product; the droplets are from Example 1 shown in FIG.
Smaller than that obtained.Example 3
Example 2 This example relates to a method for producing a cosmetic type emulsion at room temperature, and its method.
This is an example of the effect of the transverse flow velocity on droplets produced as described above.
.
Triethanolamine (3.0%) and "Nipastat" sodium (0.3%;
The aqueous phase consisting of a water (66.7%) solution of the preservative) is transferred to the aqueous phase tank (FIG. 21, part 2)
Into the oil phase and add a solution of isostearic acid (3.0%) in mineral oil (27.0%) to the oil phase.
It was loaded into the tank (FIG. 21, part 43). The four types of emulsification treatments were
Four different batch experiments were performed at different transverse flow rates. The resultFIG.Pointing out toungue
. Curve (1) shows the pore size distribution. Curves (2), (3), (4) and (5)
)
Indicates the Malvern Mas for the transverse velocities of 1, 12, 2.49, 4.34 and 5.09 m / s, respectively.
Figure 3 shows the droplet size distribution of the product measured with a tersizer.Example 4
In this embodiment, the characteristics of the membrane were selected, and in particular, the pore size was selected.
This shows how droplet size control can be performed.
A well-mixed solution of “Dobanol” (2.96%) and formalin (0.04%)
An aqueous phase is prepared by adding a solution of rubitol (36%) in water (36%) and the aqueous phase tank (
FIG. 21, part 2). Mineral oil (25%) is stored in the oil phase tank (Fig. 21,
Part 43) is loaded and subjected to two types of emulsification treatment, one of which has a 0.2 micron display hole.
The diameter of the ceramic membrane tube (Fig. 21 (a), part 46) is 0.5 micron.
This was performed using a membrane tube having the indicated pore size. The resultFIG.It was shown to. In the figure,
The curves P1 and P2 show the pore size distribution, and the curves D1 and D2 show the Malvern
3 shows the droplet size distribution measured with the Mastersizer.Example 5
The processing described in Example 4 was performed using a ceramic membrane tube having a display pore size of 0.5 micron.
) Repeatedly, when the required oil concentration was reached (after about 100 minutes), the aqueous phase was continued.
The emulsion product is continuously removed, and the emulsion product in the aqueous phase tank is removed.
This flow rate should be adjusted to the oil inflow rate so that the oil concentration is maintained at the end product concentration.
Was. Measurement of emulsion concentration, formation rate and particle size as a function of time
Was performed using a scanning laser microscope (FRBM type, Lasentec Crp.). This resultFIG.
The emulsion concentration wasFIG. 31 (a)And the oil inflow speedFIG. 31 (b)To
, Droplet countFIG. 31 (c)And the droplet sizeFIG. 31 (d)It was shown to.FIG.Is
3 shows the pore size distribution of the membrane (curve 1) and the droplet size distribution (curve 2).
From these results, it is possible to use an online measurement device linked to computer control.
It is clear that continuous production of the emulsion becomes possible.Example 6
This example demonstrates the preparation of a cosmetic emulsion under high temperature and low shear
It is.
“Carbomer” 934 (0.1%) was stirred at 80 ° C with water (88.2
5%), then slowly add triethanolamine (1.0%).
The aqueous phase was thus prepared. This solution is loaded into the aqueous phase tank and heated
The temperature was maintained at 80 ° C. using a pump (FIG. 21, part 4). Vaseline (6.5%), mineral oil
Yl (2.0%), stearic acid (1.5%), glyceryl monostearate (0.4%)
And heating a mixture of isopropyl isostearate (0.25%) to 80 ° C
The oil phase is prepared, loaded into the oil phase tank, and heated with tape (Fig. 21, part 32).
And maintained at 80 ° C. The emulsification treatment was performed at a transverse flow rate of 0.5 m / s.
FIG. 33 (a)Is a cryogenic micrograph of the product obtained in the above process.
Yes,FIG. 33 (b)Is similar to an emulsion prepared by conventional high shear processing.
FIG. Lamellar stearic acid in conventional high shear treatment
Although the ester phase appears to be destroyed, in this example it was extensively intact and
It can be seen that the dispersed oil droplets are otherwise identical. Raw by this processing
The product has application properties that are distinct from the user's expectations.Example 7
Sodium chloride (2.0%), sodium lauryl ether phosphate (40%),
Coamidopropyl betaine (10%), cocadiethanolamide (2.0%) and
Preparation of aqueous phase in gel form by adding to the solution (0.2%) of water (35.8%)
And charged to the aqueous phase tank. Fill the oil phase tank with silicone oil,
The stainless steel membrane (Fig. 21, part 46; average pore size 40 microns)
Used until the concentration of silicone oil in the product was 10%. Shower shower
The droplet size distribution of the product that may be used asFIG.It was shown to. Droplet size
Is equivalent to the size of the membrane pore.
【手続補正書】
【提出日】１９９８年１１月１８日（１９９８．１１．１８）
【補正内容】
(1)明細書７頁下から５行目の“図１１から１６”を「図９から１４」に補正す
る。
(2)同書７頁下から４行目および８頁２行目の“図１１”を「図９」に補正する
。
(3)同書８頁１６行目の“図２１から２７”を「図１５から２０」に補正する。
(4)同書８頁１７行目の“図２１”を「図１５」に補正する。
(5)同書８頁下から３行目の”図２１”を「図１５」に補正する。
(6)同書９頁下から３行目の“図２２”を「図１６」に補正する。
(7)同書１０頁３行目の“図２３”を「図１７（ａ）、１７（ｂ）、１７（ｃ）
」に補正する。
(8)同書１０頁８行目の“図２４”を「図１８（ａ）、１８（ｂ）、１８（ｃ）
」に補正する。
(9)同書１０頁１６行目の“図２６”を「図１９」に補正する。
(10)同書１０頁下から３行目の“図２６”を「図１９」に補正する。
(11)同書１０頁下から４行目の“図２７”を「図２０」に補正する。
(12)同書１１頁５行目及び下から５行目の“図１１”を「図９」に補正する。
(13)同書１１頁８行目及び下から９行目の“図１２”を「図１０」に補正する。
(14)同書１１頁下から２行目および１２頁１８行目の“図１２”を「図１０」に
補正する。
(15)同書１１頁下から２行目及び最下行の“図１３”を「図１１」に補正する。
(16)同書１２頁７行目の“図１４”を「図１２」に補正する。
(17)同書１２頁９行目の“図１５”を「図１３」に補正する。
(18)同書１２頁１７行目の“図１６”を「図１４」に補正する。
(19)同書１２頁下か５行目および下から３行目の“図２１”を「図１５」に補正
する。
(20)同書１２頁下から２行目の“図２８”を「図２１」に補正する。
(21)同書１３頁２行目の“小滴サイズ分布を示したものである。”を「小滴サイ
ズ分布を示したものである。図２２は本方法によって製造した生成物の典型的な
顕微鏡写真である。」に補正する。
(22)同書１３頁８行目の“（図２１、部品２）”を「（図１５、部品２）」に補
正する。
(23)同書１３頁８行目〜９行目の“図２１、部品43”を「図１５、部品43」に補
正する。
(24)同書１３頁１０行目の“図２１”を「図１５」に補正する。
(25)同書１３頁１１行目の“図３０”を「図２３」に補正する。
(26)同書１３頁２３行目〜２４行目の
“図３１に示した；・・・小滴サイズを図３１(d)に示した。”を以下のよう
に補正する。
「図２４に示した；エマルジョン濃度は図２４(a)に、油の流入速度は図２４ （b）
に、小滴数カウントを図２４(c)に、小滴サイズを図２４(d)に示した。」
(27)同書１３頁下から４行目の“図３２”を「図２５」に補正する。
(28)同書１４頁７行目、１０行目、下から４行目の“図２１”を「図１５」に補
正する。
(29)同書１４頁１２行目および１３行目の“図３３”を「図２６」に補正する。
(30)同書１４頁下から２行目の“図３４”を「図２７」に補正する。
(31)全図面を別紙の通り補正する。
【図１】【図２】【図３】
【図４】【図５】【図６】【図７】【図８】
【図９】【図１０】【図１１】【図１２】【図１３】【図１４】【図１５】【図１６】【図１７】
【図１７】【図１７】【図１８】【図１９】【図２０】
【図２１】【図２２】【図２３】【図２４】【図２５】【図２６】【図２７】 [Procedure for Amendment] [Date of Submission] November 18, 1998 (November 18, 1998) [Contents of Amendment] (1) Change “Fig. 14 ". (2) Correct " FIG . 11 " on the fourth line from the bottom of page 7 and the second line on page 8 to " FIG. 9 ". (3) Correct "FIGS. 21 to 27" on page 8, line 16 of the same book to "FIGS. 15 to 20". (4) Correct " FIG . 21" on page 8, line 17 of the same book to " FIG. 15 ". (5) Correct " FIG . 21 " in the third line from the bottom of page 8 of the same book to " FIG. 15 ". (6) Correct " FIG . 22 " in the third line from the bottom of page 9 of the same book to " FIG. 16 ". (7) Correct " FIG . 23 " on page 10, line 3 to " FIGS. 17 (a), 17 (b) and 17 (c) ". (8) Correct " FIG . 24 " on page 10, line 8, to " FIGS. 18 (a), 18 (b), 18 (c) ". (9) Correct “ FIG . 26 ” on page 10, line 16 of the same book to “ FIG. 19 ”. (10) The “FIG. 26” in the third line from the bottom of page 10 of the same book is corrected to “FIG. 19”. (11) Correct " FIG . 27" in the fourth line from the bottom of page 10 of the same book to " FIG. 20 ". (12) The “FIG. 11” on page 11, line 5 and the bottom 5th line is corrected to “FIG. 9”. (13) Correct " FIG . 12 " on page 11, line 8 and line 9 from the bottom to " FIG. 10 ". (14) The "FIG. 12" on the second line from the bottom of page 11 and the 18th line on page 12 is corrected to "FIG. 10". (15) The " FIG. 13 " in the second line and the bottom line from page 11 of the same book is corrected to " FIG. 11 ". (16) Correct " FIG . 14 " on page 12, line 7 of the same book to " FIG. 12 ". (17) " FIG. 15 " on page 12, line 9 of the same book is corrected to " FIG. 13 ". (18) Correct " FIG . 16 " on page 12, line 17 of the same book to " FIG. 14 ". (19) Correct "FIG. 21" on page 12 at the bottom or the fifth line and the third line from the bottom to "FIG. 15". (20) The " FIG. 28 " in the second line from the bottom of page 12 of the same book is corrected to " FIG. 21 ". (21) In the same book, page 13, line 2, “Shows the droplet size distribution.” “Shows the droplet size distribution. FIG. 22 shows a typical product produced by the present method. This is a micrograph. " (22) Correct "(FIG. 21, part 2)" on page 13, line 8 of the same book to "(FIG. 15, part 2)". (23) The “FIG. 21, part 43” on the eighth line to the ninth line on page 13 of the same book is corrected to “FIG. 15, part 43”. (24) Correct “FIG. 21” on page 13, line 10 of the same book to “FIG. 15”. (25) Correct " FIG . 30 " on page 13, line 11 of the same book to " FIG. 23 ". (26) ibid page 13, line 23 to 24 line "shown in FIG. 31;. Showing ... the droplet size in FIG. 31 (d)" is corrected as follows. 24. FIG. 24 (a) shows the emulsion concentration, FIG . 24 (b) shows the oil inflow rate, FIG . 24 (c) shows the droplet count, and FIG . 24 (d) shows the droplet size . (27) " FIG. 32 " in the fourth line from the bottom of page 13 of the same book is corrected to " FIG. 25 ". (28) The “FIG. 21” on page 14, 7th line, 10th line, and 4th line from the bottom is corrected to “FIG. 15”. (29) Correct " FIG . 33 " on page 14, lines 12 and 13 to " FIG. 26 ". (30) Correct " FIG . 34 " in the second line from the bottom of page 14 of the same book to " FIG. 27 ". (31) Correct all drawings as shown in the separate sheet. FIG. FIG. 2 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5 FIG. 6 FIG. 7 FIG. 8 FIG. 9 FIG. 10 FIG. 11 FIG. FIG. 13 FIG. 14 FIG. FIG. 16 FIG. FIG. FIG. FIG. FIG. FIG. FIG. 21 FIG. FIG. 23 FIG. 24 FIG. 25 FIG. 26 FIG. 27
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ
Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ
，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ
，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，
ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ
Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ
，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，
ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ
Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ
，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，
ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ
(72)発明者 ウィーラー デレク アルフレッド
イギリス サリー アールエイチ５ ４ア
ールエイチ ドーキング ビア グリーン
ウッドサイド ロード ７
(72)発明者 モーリー ニール クリストファー
イギリス チェシャー エスケイ11 ８エ
イピー マックルズフィールド ノウズリ
ー ロード 71────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S
D, SZ, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ
, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU
, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH,
CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, G
B, GE, GH, HU, IL, IS, JP, KE, KG
, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT,
LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, N
O, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG
, SI, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG,
US, UZ, VN, YU
(72) Inventor Wheeler Derek Alfred
United Kingdom Sally R H 54
Luh's Dorking Beer Green
Woodside Road 7
(72) Inventor Morley Neal Christopher
United Kingdom Cheshire Sk.
Ipe Macclesfield Knowsley
ー Road 71