JP2005205339A - 単分散粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多核構造の単分散粒子を製造する方法を提供する。
【解決手段】 連続相としての第１液体と、該第１液体と反応する分散相となる第２液体とを互いに分離する隔壁を有し、該隔壁に形成されたオリフィスを介して、前記第１液体又は前記第２液体を、液滴で、それぞれ、前記第２液体又は前記第１液体中に、吸入又は吐出できるようになっている装置を使用して、単分散粒子を製造する。この方法は、（１）前記オリフィスを介して、前記第１液体を液滴で、前記第２液体中に吸入して、第２液体と反応させて、前記第１液体を芯成分としその周りを包囲する殻成分からなるコア−シェル粒子を形成させる工程、次いで、（２）該オリフィスを介して、前記コア−シェル粒子を含む前記第２液体を、前記第１液体中に液滴で吐出する工程を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単分散粒子を製造する方法に関するものである。特に、本発明は、芯成分と、それを囲む殻成分とからなり、芯成分の内部に、更に、別の芯成分と殻成分とからなるコア−シェル粒子が形成されている、所謂、多核構造の単分散粒子を製造する方法に関する。

単分散粒子の製造方法として、湿式法と乾式法とが代表的なものとして知られているが、医薬品や、液晶用スペーサ、デジタルペーパー、電気泳動等の表示デバイス、塗料や印刷などに配合される艶消剤などの分野においては、粒径の均一性が要求されるため、単分散粒子は、主として湿式法により製造されている。
従来、マイクロカプセルや単質材料からなる単分散粒子の湿式法による製造方法としては、「マイクロカプセル−その機能と応用」（発行所 日本規格協会、発行日 １９９１年３月２０日）、「最新マイクロカプセル化技術」（発行所 （株）総合技術センター、発行日 １９９０年４月２０日）等に紹介されている通り、界面沈積法（例えば、相分離法や、液中乾燥法、融解分散冷却法、懸濁被覆法）や、界面反応法(例えば、界面重合法や、in situ重合法、液中硬化被覆法、界面反応法)等の二種以上の液体間における反応による方法が、代表的な方法として知られている。
しかしながら、これら従来の湿式法は、撹拌条件や材料濃度調整により単分散粒子の粒径をコントロールするため、そのコントロールが困難で、乾式法ほどではないにしろ、バラツキが生じていた。

そこで、これら従来の湿式法による問題点を解決する方法として、マイクロカプセルを構成する部材の一部を含む液体からなる被吐出液体中に、マイクロカプセルを構成する部材の残りを含む液体を、前記被吐出液体の上方に位置するインクジェット式ヘッドのオリフィスから吐出し、両液体間の反応によりマイクロカプセルを製造する方法も開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。
この方法は、オリフィスより吐出された液体が、ほぼ均一な大きさの液滴となり、被吐出液中に供給されるため、理論的には、均一なマイクロカプセルが製造されることが考えられる。

しかしながら、この製造方法は、吐出された液体が、被吐出液体に到達するまでに液滴の大きさが変化しやすく、また、吐出された液体が、液体面の抵抗等によって被吐出液体の深部中に入って行くのが難しく、被吐出液体の表面付近に分布し易く、更に、吐出される液滴の間隔が狭い場合、被吐出液体表面に到達する前に液滴同士が合一する場合があり、その結果、均一な単分散粒子が得にくいという問題点があった。
また、この製造方法で得られる単分散粒子は、芯物質（又は芯成分）と、壁膜（又は殻成分）とからなるもので、芯物質は、単核構造であった。この様な構造においては、壁膜が一箇所でも壊れてしまうと芯物質がすべて壁膜から流出してしまい、例えば、医薬品に適用した場合には、医薬品としての効果の持続性に劣る問題点があった。

特開２００１−２３２１７８号公報

従って、本発明は、このような従来技術の課題を背景になされたもので、多核構造の単分散粒子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するため、鋭意検討した結果、以下の方法により、上記課題が達成できることを見出し、本発明に到達したものである。
即ち、本発明は、連続相としての第１液体と、該第１液体と反応する分散相となる第２液体とを互いに分離する隔壁を有し、該隔壁に形成されたオリフィスを介して、前記第１液体又は前記第２液体を、液滴で、それぞれ、前記第２液体又は前記第１液体中に、吸入又は吐出できるようになっている装置を使用して、単分散粒子を製造する方法であって、
（１）前記オリフィスを介して、前記第１液体を液滴で、前記第２液体中に吸入して、第２液体と反応させて、前記第１液体を芯成分としその周りを包囲する殻成分からなるコア−シェル粒子を形成させる工程、次いで
（２）該オリフィスを介して、前記コア−シェル粒子を含む前記第２液体を、前記第１液体中に液滴で吐出する工程、
を有することを特徴とする方法に関する。

本発明の製造方法により、多核構造の単分散粒子を製造することができる。

以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明は、後述するインクジェット式ヘッド等のオリフィスを介して、連続相である第１液体を、第１液体と反応する第２液体中に液滴で吸入する第１工程と、第２液体を第１液体中に液滴で吐出する第２工程とを有する。第１工程において、吸入された液滴の第１液体は、第２液体と反応して、両者の界面反応で形成される殻成分と、その殻成分によって包囲される芯成分とから構成される第１コア−シェル粒子を形成する。次いで、第２工程において、第１コア−シェル粒子を分散して含む第２液体が、オリフィスを介して、液滴で第１液体中に吐出されると、第１コア−シェル粒子を含む第２液体の液滴は、第１液体と反応して、内部に第１コア−シェル粒子を有する第２のコア−シェル粒子が、分散相として、連続相としての第１液体中に形成される。

例えば、上記工程を、交互に繰り返すことによって、芯成分中に複数のコア−シェル粒子を、重層（入れ子）的に、又は分離して、有する多核構造のコア−シェル粒子が形成される。
なお、上記工程（１）の前に、第２液体を、第１液体中に液滴で、吐出することにより、第２工程において、芯成分中に、２重構造のコア−シェル粒子を有する３重構造の多核構造のコア−シェル単分散粒子が形成される。
また、工程（１）を繰り返した後、工程（２）を行うことにより、１つのコア−シェル粒子の芯成分内に、複数のコア−シェル粒子が混合物として含まれたコア−シェル単分散粒子を形成することができる。
更に、工程（２）を繰り返すことにより、多核構造の単分散粒子と、単核構造の単分散粒子との混合物、又は、異る多核構造の単分散粒子の混合物が形成される。
本発明の方法により、前記特許文献１の方法のように吐出した分散相となる第２液体の液滴が、被吐出液体に到達するまでに大気の影響を受けず、そのため、吐出した液滴の大きさの変化が少なく、均一な液滴となり、その結果、均一な単分散粒子が形成する効果が得られる。

本発明において、連続相である第１液体と、第２液体とは、両液体が界面で接触して反応し、表面が固体化し、壁膜からなる殻成分となり、コア−シェル粒子を形成するものであれば、各種液体の組み合わせが利用可能である。
具体的には、例えば、ポリアミン、ポリオール等の活性水素含有化合物と、酸クロライド、ポリイソシアネート、エポキシ樹脂等の化合物との組み合わせや、ゼラチンカチオン化合物と、アラビヤゴムアニオン化合物との組み合わせ、メラミンとホルマリン又は尿素との組み合わせ、その他「最新マイクロカプセル化技術」（発行所 （株）総合技術センター、発行日１９９０年４月２０日）等に紹介されている各種組み合わせが可能である。

本発明において、両液体の組み合わせとしては、液体である化合物同士の組み合わせは、もちろん、固形である化合物であっても、該化合物を溶解もしくは安定に分散する溶媒と併用して、液体状態にしたものの組み合わせでもよい。また、これら液体は、必要に応じ、両液体の少なくとも一方側に、前記反応を促進する硬化促進剤や、接触角を調整する界面活性剤、顔料、染料、導電剤、防腐剤等の各種機能を付与する添加剤を含ませることも可能である。また、本発明において、両液体間での反応は、液体同士全体が反応する必要はなく、それぞれの液体を構成する一部成分同士が反応し、それにより単分散粒子を形成するものであってもよい。
次に、本発明の多核構造の単分散粒子の製造方法について、図１に基づき説明する。

図１は、インクジェット式ヘッド１を、連続相である第１液体２中に浸漬した状態で、隔壁４を形成したオリフィス６を介して、第１液体２を液滴で第２液体３中に吸入して第１コア−シェル粒子を分散して含む第２液体３を形成し（第１工程）、次いで、この第２液体を液滴で第１液体中に吐出することにより、多核構造の単分散粒子を含む単分散粒子となる液滴５が形成される（第２工程）。上記の通り、第１工程の前に、予め、コア−シェル粒子を有する第１液体を、オリフィス６を介して、第２液体中に液滴で吸入してもよく、また、第１工程及び第２工程を繰り返して行ってもよく、例えば、第１工程を何度か繰り返したり、第２工程を何度か繰り返すなどして、第１工程と第２工程とをランダムに行うことができる。
図１では、ヘッド１個の場合の例を示しているが、必要に応じて、連接した複数のヘッドからなるものを使用し、同時に複数の液滴を形成する方式であってもよい。また、図１では、隔壁４の面の向きが、重力方向に対し水平である場合について示しているが、必ずしも水平である必要ない。
ヘッド１中に導入された分散相となる第２液体３は、ヘッド１内の所定間隔の圧力変化、例えば、ヘッド１内の加圧と減圧の繰り返しや、ヘッド１内の振動等により、オリフィス６から第１液体２中に吐出される。また、それと前後して、オリフィス６近辺にある第１液体２の一部が、液滴としてオリフィス６を介して、第２液体中に吸入される。

なお、一定間隔の圧力を変化させる方法としては、例えば、シリンジや、ポンプ等によりヘッド内の圧力変化を起こす方法や、ピエゾ素子を利用し、ヘッド内を振動させる方法等が代表的な方法として挙げられる。
オリフィス６の口径は、通常、０．１〜５００μｍ、好ましくは、１０〜１００μｍのものが適当であり、０．１μｍ未満であると、ノズル詰まりが生じ易くなり、一方、５００μｍを越えると、均一な吐出制御が困難となり、均一な液滴を形成しにくくなる傾向にある。
また、吐出速度は、特に制限ないが、１〜５０００滴／秒、好ましくは、５００〜３０００滴／秒が適当である。
本発明においては、オリフィス６は、液体を吐出できるものであれば、特に制限されるものではない。好適に使用されるオリフィス６は、インクジェット式ヘッドのオリフィスが挙げられる。

隔壁４の連続相に接している側の面は、分散相となる第２液体の吐出された液滴５が、連続相の第１液体２中の深部に移動し易く、隔壁の連続相に接している側の面、即ち、オリフィスが形成されている面付近に分布するのを防止するため、以下の特性を持たせるのが好ましい。
即ち、隔壁４の第１液体の連続相が接している面に対する分散相となる第２液体の接触角が、該面に対する連続相の第１液体の接触角より大きいのが好ましい。
特に、前記隔壁の連続相に接している側の面に対する分散相となる第２液体の接触角θが、１０°＜θ＜１８０°であり、その面に対する連続相である第１液体の接触角θが、０°＜θ＜１５０°であり、かつ、前者の接触角が後者の接触角より１０°以上、特に好ましくは、７０°以上大きいものが望ましい。
そのため、隔壁４は、少なくとも、その面が、上記のような特性を有するように加工又は素材により形成されていればよい。但し、プレート面の素材は、両液体と化学反応等により変質しないものを選択する必要がある。

隔壁の連続相に接している側の面の素材としては、例えば、セラミックや、ガラス、各種金属などの無機質材料や、各種プラスチックなどの有機質材料が好適に挙げられる。
これら隔壁の連続相に接している側の面の素材自体が、前記接触角条件を満たすものであれば、それを無処理のまま使用できるが、分散相となる第２液体と連続相の第１液体との種類により、前記接触角条件を満たさない場合には、隔壁の連続相に接している側の面を表面処理することにより、前記接触角条件を満たせばよい。
表面処理する方法としては、前記接触角条件を満たすように、例えば、各種樹脂を塗布する方法や、金属もしくはその酸化物を蒸着する方法、樹脂や金属からなるフィルムを貼り付ける方法、素材表面をレーザー光・紫外光の照射処理、プラズマ放電処理、酸処理等で改質させる方法等が代表的なものとして挙げられるが、これら方法に限定されるものではない。

一般的に、分散相となる第２液体と、連続相の第１液体との関係が、Ｗ／Ｏ（オイル イン ウォーター）であれば、隔壁の素材は、シリコーン樹脂や、フッ素樹脂等で親油性にすることが適当である。一方、Ｏ／Ｗであれば、素材表面をレーザー光・紫外光の照射処理、プラズマ放電処理、酸処理、酸化チタン、シリカ、アルミナなどの蒸着処理、あるいはポリビニルアルコール等の親水性樹脂塗布等にて、親水性とするのが適当である。隔壁は、液滴を吐出させるオリフィスがある側の、連続相である第１液体に接する面であるが、該面は、その全面について、前記接触角条件を満たすようにするのが望ましいが、場合により、オリフィス周辺の連続相側の隔壁面だけ前記接触角条件を満たすようにしたものであってもよい。
本発明は、この様にして連続相である第１液体中に、分散相となる第２液体を多核構造の単分散粒子として分散形成させた後、ヘッドを連続相である第１液体中から取り出し、自然放置や、必要に応じて、加熱等により反応完了させ、多核構造の単分散粒子を回収する。この様にして製造した多核構造の単分散粒子は、用途に応じて、そのままで、もしくは、連続相である第１液体中より取り出し、乾燥させることにより、製品化される。また、必要に応じて、多核構造の単分散粒子と単核構造の単分散粒子を分離して製品化される。

（実施例）
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜４
ピエゾ式インクジェット吐出装置［HEK-１（コニカ（株）製）、オリフィス口径２０μm］にて、該装置の表１に示す素材の隔壁を介して、連続相である２０℃の第１液体〔トルエン４５０質量部と、エポキシ樹脂［エピコート１００１（ジャパン エポキシ レジン（株）製）］４５質量部と、縮合リシンレイン酸ヘキサグリセリン５質量部とからなる混合物〕に浸漬させた状態で、該第１液体と、それと反応する分散相となる２０℃の第２液体〔水９９質量部と、ジエチレントリアミン１質量部とからなる混合物〕とを配置し、この状態で、オリフィスを介して、まず、第１液体を第２液体中に液滴で吸入し、次いで、第２液体を、第１液体中に、液滴で吐出した。この吸入及び吐出は、交互に行った。なお、上記操作は、吸入及び吐出速度１０００液滴／秒、Ｄ時間９μ秒（電圧１０Ｖ）、ＲＲ時間４．５μ秒（電圧１０Ｖ）の条件下で実施した。
吸入、吐出操作の終了後、５０℃まで加温し、４時間保持した。
なお、Ｄ時間（Draw Time）は、インク（第２液体）圧力室の側壁が外側に膨らみ、圧力室に第２液体を供給するとともに、第１液体を吸入する時間であり、ＲＲ時間（Release and Reinforce Time）は、エゾ素子により側壁が内側に凹み、第２液体を吐出する時間である。
得られた分散液について、単分散粒子の粒度分布を、レーザー回折式粒度分布測定装置［ＳＡＬＤ−３１００Ｓ（（株）島津製作所製）］にて測定し、その結果を表１の下段に示した。
また、得られた分散液における粒子を、オリンパス株式会社製ＤＸ５１顕微鏡により観察した。

注1)表面をフッ素樹脂塗料［Ｖフロン（大日本塗料（株）製）］で被覆。
注２) Ａ：連続相側の隔壁面の素材に対する分散相となるの第２液体の接触角
Ｂ：連続相側の隔壁面の素材に対する連続相である第１液体の接触角
注3)粒径分布の変動係数ＣＶ（ＣＶ値小さいほど粒径均一）
評価：◎：ＣＶ＝10％以下、○：ＣＶ＝11〜20％、△：ＣＶ＝21〜30％
×：ＣＶ＝30％越える、又は、粒子出来ず

実施例５〜６
インクジェット吐出装置［HEK-１（コニカ（株）製）、オリフィス口径２０μm］にて、該装置の表２に示す素材の隔壁を、連続相である１０℃の第１液体〔水４９５質量部、ポリビニルアルコール５質量部、ジエチレントリアミン０．５質量部とからなる混合物〕に浸漬させた状態で、第１液体と、それと反応する分散相となる２０℃の第２液体〔ドデカン８８質量部と、ヘキサメチレンジイソシアネート１０質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレートタイプ［タケネートD177N（三井武田ケミカル（株）製）］２質量部とからなる混合物〕とを配置し、この状態で、オリフィスを介して、まず、第１液体を第２液体中に液滴で吸入し、次いで、第２液体を、第１液体中に、液滴で吐出した。この吸入及び吐出は、交互に行った。なお、上記操作は、吐出速度８００液滴／秒、Ｄ時間９μ秒（電圧１０Ｖ）、ＲＲ時間４．５μ秒（電圧１０Ｖ）の条件下で実施した。
吐出終了後、８０℃まで加温し、６時間保持した。
得られた分散液について、単分散粒子の粒度分布を測定し、その結果を表２の下段に示した。

表１及び表２の結果からも明らかな通り、本発明の製造方法である実施例１〜６においては、多核構造の単分散粒子が得られた。

本発明のオリフィスを介して、分散相としての第２液体が、連続相である第１液体中に液滴で吐出され、第２液体の液滴が深部まで移動する状態を示す図。 実施例１で得られた単分散粒子の微細構造を示す顕微鏡写真である。

Claims (8)

1. 連続相としての第１液体と、該第１液体と反応する分散相となる第２液体とを互いに分離する隔壁を有し、該隔壁に形成されたオリフィスを介して、前記第１液体又は前記第２液体を、液滴で、それぞれ、前記第２液体又は前記第１液体中に、吸入又は吐出できるようになっている装置を使用して、単分散粒子を製造する方法であって、
   （１）前記オリフィスを介して、前記第１液体を液滴で、前記第２液体中に吸入して、第２液体と反応させて、前記第１液体を芯成分としその周りを包囲する殻成分からなるコア−シェル粒子を形成させる工程、次いで
   （２）該オリフィスを介して、前記コア−シェル粒子を含む前記第２液体を、前記第１液体中に液滴で吐出する工程、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記工程（１）の前に、前記第２液体を、前記第１液体中に、液滴で吐出させて、第１液体と反応させて、前記第２液体を芯成分としその周りを包囲する殻成分からなる第１のコア−シェル粒子を形成させる工程を有し、前記工程（１）において吸入される第１液体が、該第１のコア−シェル粒子を含有する第１液体である、請求項１に記載の方法。
3. 前記隔壁の連続相に接している側の面に対する前記第２液体の接触角が、該面に対する前記第１液体の接触角より大きい、請求項１に記載の単分散粒子の製造方法。
4. 前記隔壁の連続相に接している側の面に対する前記第２液体の接触角θが、１０°＜θ＜１８０°であり、前記面に対する前記第１液体の接触角θが、０°＜θ＜１５０°であり、かつ、前記第２液体の接触角θが、前記第１液体の接触角θより１０°以上大きい、請求項２に記載の単分散粒子の製造方法。
5. 前記オリフィスの口径が、０．１〜５００μｍである、請求項１に記載の単分散粒子の製造方法。
6. 前記工程（１）を繰り返した後、前記工程（２）を行う請求項１に記載の方法。
7. 前記工程（２）を繰り返す工程を有する請求項１に記載の方法。
8. 前記工程（１）及び（２）を繰り返す請求項１に記載の方法。

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