JP2001162147A - 均一液滴の生成装置 - Google Patents

均一液滴の生成装置

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JP2001162147A
JP2001162147A JP34622699A JP34622699A JP2001162147A JP 2001162147 A JP2001162147 A JP 2001162147A JP 34622699 A JP34622699 A JP 34622699A JP 34622699 A JP34622699 A JP 34622699A JP 2001162147 A JP2001162147 A JP 2001162147A
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orifice plate
holes
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droplet
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JP34622699A
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Seiji Tamaoki
清二 玉置
Hideaki Kubo
英明 久保
Jun Shida
純 志田
Naoki Katada
直樹 片田
Yoshifumi Tokuhisa
佳文 徳久
Hironobu Nagasaki
宏宣 長▲崎▼
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Kao Corp
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Kao Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な液滴の生成装置の提供を課題とする。 【解決手段】 連続相6で満たされた容器1と、該容器
1内部に配置される多数の噴出孔を有するオリフィス板
2と、該オリフィス板2に液滴化対象液を供給する液滴
化対象液導入口4とを備え、前記容器1内部の断面積と
前記オリフィス板2の孔数とが、110〜200孔数/
100cm2 の関係を有することからなる均一液滴生成
装置により上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は均一液滴の生成装置
に関する。更に詳しくは、多数の噴出孔を有するオリフ
ィス板から、液滴化対象液を噴出させることによる均一
液滴の生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】均一な
粒径を有するビーズは、イオン交換樹脂の母体ビーズ等
に用いられており、従来から広く使用されている。この
ような均一な粒径を有するビーズの製造方法としては、
容器中に所定量のモノマー、溶媒、重合開始剤及び分散
安定剤を共に仕込み、これを攪拌させることによって、
溶媒中にモノマーの液滴を分散させたあと、所定の温度
で懸濁重合させる方法が知られている。
【0003】しかしながら、この方法では水中に分散す
るモノマーの液滴の大きさが不均一であり、重合によっ
て得られる粒子の粒径分布が広くなる欠点がある。その
ため、攪拌の程度を調節したり、適当な分散安定剤を選
択することによって、均一な粒径の粒子を得る方法が検
討されているが、十分均一な粒径を得る方法は見出され
ていない。
【0004】上記の問題点を解決するために、攪拌によ
ってモノマーの液滴を分散させる方法に代わり、重合に
先立って、均一サイズのモノマーの液滴を含む分散液を
別の装置で製造した後、この分散液を懸濁重合させるこ
とによって均一なサイズのビーズを得る方法が提案され
ている。この方法としては、溶媒を満たした容器の下部
に、所定の数の孔を有したオリフィス板を介して、モノ
マーを容器中に注入し、この注入されたモノマーが、溶
媒中に分散することによってモノマー液滴を得る方法が
一般に用いられている。またこの方法をさらに改良した
ものとして、例えば特公平第1−28761号公報、特
開平第3−249931号公報等が提案されている。
【0005】特公平第1−28761号公報の発明は、
重合性モノマーを一定の孔径を有したオリフィス板を介
して、層流特性を持つモノマー噴出流を連続相が充填さ
れている容器中に形成し、この噴出流に振動を与え、粒
径のそろった液滴を形成する。更にこの液滴を重合させ
ることによって粒径のそろったポリマービーズを得る方
法である。
【0006】特開平第3−249931号公報の発明
は、多数の噴出孔が環状に配設されているオリフィス板
を介して、連続相が充填されている容器中に、重合性モ
ノマーを通過させることによって、均一な液滴を製造す
る。更にこの液滴を重合させることによって粒径のそろ
ったポリマービーズを得る方法である。しかしながら、
上記の方法においては高い生産性を維持しながら、液滴
の合一及び分裂の現象による粒径分布が広がることを解
決し、均一な液滴を得る技術については開示されておら
ず、均一液滴を高効率に生産する技術の開発が望まれて
いた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記現状
に鑑み、鋭意検討の結果、連続相が充填されている容器
内部の断面積と、オリフィス板に形成された孔数との関
係に着目し本発明を成すに至った。すなわち本発明によ
れば、連続相状態の液体を貯留する容器と、該容器内部
に配置される多数の噴出孔を有するオリフィス板と、該
オリフィス板に液滴化対象液を供給する手段とを備える
液滴生成装置であって、前記容器内部の断面積と前記オ
リフィス板の孔数とが、110〜200孔数/100c
2 の関係を有することからなる均一液滴生成装置が提
供される。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の液滴生成装置において、
連続相が充填されている容器内部の断面積(噴出孔から
噴出される液滴の流れ方向に対し垂直となる断面)と、
噴出孔を設けたオリフィス板の孔数の関係が110〜2
00孔数/100cm2 の範囲で液滴を生成させること
により非常に均一な径の揃った液滴を得ることができ
る。110孔数/100cm2 未満になると、生産性が
著しく低下し過大設備が必要となってくる。200孔数
/100cm2 を越える場合は、液滴生成部内の生成後
の液滴密度が高くなるため、液滴間の衝突が促進され合
一/分裂が支配的となり、目的とする均一性の優れた液
滴が得られなくなる。
【0009】次に、オリフィス板に形成される孔径は、
生成する液滴によって決定されるが、通常望まれる液滴
は10〜10000μmであり、この大きさの液滴を生
成するためには液滴化対象液、連続相の物性にも依存す
るが、一般に5〜5000μmの孔径であることが好ま
しい。5μm未満では加工が難しく精度も悪くなり、5
000μmを越えると噴出される液柱径が大きくなり、
均一な液滴を形成させることが困難となる。
【0010】本発明の液滴化対象液としては、容器に満
たされる連続相に不溶のものであればよく、重合開始剤
を含む重合性モノマーを用いることができる。この重合
性モノマーとしては公知のものが使用できるが、例えば
スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、
p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェ
ニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロル
スチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチ
レン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチル
スチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチ
ルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシル
スチレン等のスチレン及びその誘導体類、エチレン、プ
ロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン性不飽
和モノオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭
化ブチル、フッ化ビニル等のハロゲン化エステル類、酢
酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等の有
機酸ビニルエステル類、メタクリル酸メチル、メタクリ
ル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−
ブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデ
シル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ステアリ
ル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸フ
ェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリ
ル酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル
類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸
プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチ
ル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、ア
クリル酸ステアリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、
アクリル酸クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアク
リル酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチ
ルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエー
テル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、
ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類が挙げ
られ、これらは単独あるいは組み合わせて使用すること
ができる。
【0011】また、重合開始剤には公知の物を使用で
き、使用される重合性モノマーの種類に応じて選ぶこと
が好ましいが、例えば、ラウロイルパーオキサイド、過
酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビ
スジメチルバレロニトリル、アゾビストリメチルペンタ
ン等の重合開始剤が使用できる。この重合開始剤の混合
割合は重合性モノマーに対して、0.01〜5.0重量
%の範囲で添加することが好ましい。
【0012】本発明の連続相に用いることのできる溶媒
は特に限定されないが、水が好適であり、メタノール、
アセトン等の水溶性有機溶媒を共存させてもよい。さら
にこの連続相には分散安定剤を含有させることもでき
る。この分散安定剤は懸濁重合で一般に使用されている
ものを用いることができ、例えばゼラチン、ポリビニル
アルコール、デンプンあるいはポリアクリル系の酸類あ
るいは珪酸マグネシウム等の水不溶性無機化合物、カル
ボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース
等のセルロースエーテル類が挙げられる。
【0013】次に本発明の装置を用いた均一液滴の製造
方法について示す。まず連続相で満たされた容器内に、
オリフィス板を介して液滴化対象液を噴出させる。この
際の液滴化対象液の噴出特性は以下の式に示すようにレ
イノルズ数Reにより規定される。 Re=D・u・ρ/μ 上記式中Dはオリフィス板の孔径、μは液体噴流の流
速、ρは液滴化対象液の密度、μは粘度を表している。
ここで本発明に使用される液滴化対象液のレイノルズ数
は、液体噴流の層流特性から考慮すると、20〜200
0の範囲が好ましい。レイノルズ数が20未満であると
生産性が低下し、2000を越えると乱流領域が形成さ
れるので均一な液滴群を生成することができない。
【0014】またこの液滴を生成する際に、液滴化対象
液に振動を与えてもよい。この振動は、液滴が均一な径
を持って分割するように、適切な振動特性に調節され、
液滴化対象液の噴流に縦あるいは横振動を与える。この
うち縦振動を与えることが好ましく、例えば振動手段を
オリフィス板入側の重合性液体の通路壁等に設置するこ
とで簡便に縦振動を生じさせることができる。振動手段
としては、圧電振動子、機械的振動子、電音響的振動
子、水音響的振動子、電磁的振動子、磁気抵抗的トラン
スジューサー等を用いることができる。またこのような
振動手段を用いて液滴化対象液に与える振動数として
は、10〜50000Hzが望ましい。
【0015】以上の様に連続相中に形成された均一な液
滴は重合処理に付される。この重合処理は均一な液滴を
生成したあと、そのまま容器中で行うこともでき、ある
いは重合槽に均一な液滴を供給させ、そこで行うことも
できる。
【0016】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明は以下の例のみに限定されるものではな
い。 実施例1 本発明の液滴生成装置を図1に示した。この装置は、連
続相6が満たされる容器1の下部に、液滴化対象液を容
器に導入するためにオリフィス板2を介して液滴化対象
液導入口4が設けられている。この液滴化対象液導入口
4の下部には液滴化対象液に振動を与えるための振動伝
達装置3が設置されている。
【0017】上記装置において、容器1の直径は25c
mで、その断面積は491cm2 の物を用いた。また、
オリフィス板の孔数は624個であり、その孔径は80
μmとした。この装置において、容器1内部の断面積と
オリフィス板2の孔数とは、127孔数/100cm2
の関係を有している。このような装置を用いて、ポリマ
ービーズを生成する工程を次に示す。
【0018】まず、連続相6として1重量%のPVA
(ポリビニルアルコール)溶液に、液滴化対象液として
モノマー溶液をオリフィス板2を介して容器1中に噴出
させた。このモノマー溶液の成分は、メタクリル酸ラウ
リル/酢酸ビニル/ジビニルベンゼン/ラウロイルパー
オキサイド=80/10/9/1(重量比)とした。モ
ノマー溶液の容器1中への供給速度は、オリフィス板2
の1孔当たり1.2g/minとした。このモノマー溶
液の噴出流には1700Hzの正弦波の振動を与えた。
【0019】このような条件によって生成された液滴群
は、液滴間の衝突もなく非常に均一性のよい液滴群であ
った。さらにこの液滴群の一部をサンプリングし、攪拌
下80℃、2時間で重合反応を進行させた。この結果、
顕微鏡写真による平均粒径が265μmであり、かつ9
5重量%以上の粒子が265±5μmの範囲である非常
に均一な粒径のポリマービーズが得られた。
【0020】実施例2 オリフィス板の孔数を884個とし、容器の断面積当た
りの孔数を180孔数/100cm2 とした以外は実施
例1と同じ条件下で液滴群を生成し、重合反応を進行さ
せた。この結果、顕微鏡写真による平均粒径が270μ
mであり、かつ90重量%以上の粒子が270±5μm
の範囲である非常に均一な粒径のポリマービーズが得ら
れた。
【0021】比較例1 液滴生成装置に使用するオリフィス板2の孔数が147
6個であり、容器1の断面積当たりの孔数が300孔数
/100cm2 であること以外は、実施例1と同様にし
て液滴群を生成した。さらにこの液滴群の一部をサンプ
リングし、実施例1と同様にして、重合反応を進行させ
た。この結果、顕微鏡写真による平均粒径は295μm
であり、かつ295±5μmの範囲の粒子は30重量%
存在した。また60重量%の粒子が295±50μmの
範囲で存在し、非常に粒径分布の広い不均一なポリマー
ビーズが得られた。
【0022】
【発明の効果】本発明による均一液滴の生成装置を用い
ることによって、高い生産性を維持しながら、液滴生成
後の液滴間の衝突が抑制され、分裂/合一のない非常に
均一な粒径を有する液滴群を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液滴生成装置の概略断面図である。
【符号の説明】
1 容器 2 オリフィス板 3 振動伝達装置 4 液滴化対象液導入口 5 均一液滴 6 連続相
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志田 純 和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研 究所内 (72)発明者 片田 直樹 和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研 究所内 (72)発明者 徳久 佳文 和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研 究所内 (72)発明者 長▲崎▼ 宏宣 和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研 究所内 Fターム(参考) 4G035 AB36 AB40 AC50 4J011 AA05 AA08 AB01 DB27 JA02 JA06 JA07 JA08 JB08 JB09 JB12 JB26 JB27

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続相状態の液体を貯留する容器と、該
    容器内部に配置される多数の噴出孔を有するオリフィス
    板と、該オリフィス板に液滴化対象液を供給する手段と
    を備え、前記容器内部の断面積と前記オリフィス板の孔
    数とが、110〜200孔数/100cm2 の関係を有
    することからなる均一液滴生成装置。
  2. 【請求項2】 液滴化対象液に振動を与える手段を有す
    る請求項1記載の均一液滴生成装置。
JP34622699A 1999-12-06 1999-12-06 均一液滴の生成装置 Pending JP2001162147A (ja)

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