JP2006272267A - マイクロ化学装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ流路内の気体を除去し、マイクロ流路内において均一な反応を行い、所望の生成物を得る。
【解決手段】２種類の原料流体Ａ、Ｂを、それぞれの流体供給路３４Ａ、３４Ｂを通して、等価直径が１ｍｍ以下である１本のマイクロ流路３２に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置３０の運転方法において、運転開始前に、マイクロ流路３２へ原料流体Ａ、Ｂのいずれか一よりも表面張力が小さい置換流体を一以上流通させて、マイクロ流路３２内の気体を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ化学装置の運転方法に係り、特に、等価直径が１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路内において複数の原料流体を用いて、反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の運転方法に関する。

マイクロリアクターと一般に称されているマイクロ化学装置は、直径数μｍ〜数百μｍのマイクロ空間内の現象を利用した化学反応・物質生産の為の混合・分離等の単位操作又は反応操作を行うものである。このマイクロリアクターは、マイクロ空間内では反応流体の流れが層流になるという現象を利用して、積極的に反応界面を広く長く形成することにより、流体間の反応や混合の高効率化又は高速化ができる革新技術として、近年注目されている。このマイクロリアクターとして、エッチング等の微細加工技術で形成された微細流路を利用した薬液等の精密な反応・混合システムが提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献１には、薄片状流型マイクロリアクターが開示されている。このマイクロリアクターは、２種類の液体の反応を行うマイクロ流路と、マイクロ流路に２種類の液体を合流させる２本の液体供給路とからなるＹ字型液体流路が形成された構造のものである。このマイクロリアクターは、液体供給路の流入口からそれぞれ２種類の溶液を流入させ、マイクロ流路で合流させることにより、溶液を反応又は混合をさせるものである。そして、マイクロ流路での反応効率を上げるため、マイクロ流路近傍の壁面をレーザー照射できるように薄肉にされている。

また、特許文献２には、円筒流状型マイクロリアクターが開示されている。このマイクロリアクターは、蓋部材とプレートと受け部材を積層した構造のものである。このマイクロリアクターは、蓋部材の流入口から３種類の溶液を流入させ、プレートに形成される同芯円状に層流化するマイクロ流路内を流通させ、受け部材に形成された混合流路内で３液を同時に反応又は混合させる構造となっている。これにより、２種類以上の流体の混合又は反応が可能な構造となっている。
特開２００４−１２６６８６号公報 特開２００４−３４４８７７号公報

しかしながら、このようなマイクロ化学装置は、連続的なフロー系で運転されるが、運転開始時には、マイクロ流路内には気泡又は気体が残留している場合が多い。図１３は従来のＹ字型流路１を示す概念図である。図１３に示すように、この気泡２が残留した状態で原料流体を、Ｙ字型流路１内に直接流通させた場合、マイクロ流路の内壁面の材質に対し、この原料流体の濡れ性が悪いと、マイクロ空間では表面張力の影響が大きいため、気泡はマイクロ流路内の流路分岐部や隅部に残留しやすい。この気泡２が流路３を塞ぐことにより、原料流体又は生成物が流路３内で均一に供給又は排出されない。

また、この気泡により流路３の幅が変わるため、流路３内での原料流体の混合比もばらつき、所望の生成物が得られにくいといった問題がある。

また、運転開始時又は終了時において、２種類以上の原料溶液の流入又は停止のタイミングが所定の範囲から外れた場合、これらの溶液の混合比が変化し、マイクロ流路内で凝集や析出が発生する。このため、前述と同様に所望の生成物が得られにくいといった問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マイクロ流路内の気体を除去し、マイクロ流路内において均一な反応を行い、所望の生成物を得ることが可能なマイクロ化学装置の運転方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が１ｍｍ以下である１本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の運転方法において、運転開始前に、前記マイクロ流路へ前記原料流体のいずれか一よりも濡れ性が良い、すなわち表面張力が小さい置換流体を一以上流通させて、前記マイクロ流路内の気体を除去することを特徴とするマイクロ化学装置の運転方法を提供する。

本発明によれば、運転開始前に、置換流体がマイクロ流路の内壁面全体に濡れるため、置換流体の流動性が良くなり、マイクロ流路の内壁面に付着した気体を除去しやすくなる。したがって、定常運転時に、マイクロ流路内に残留する気体によって、原料流体間の反応又は混合が阻害されない。

前述した濡れ性は、気泡又は気体、及びマイクロ流路の内壁面の材質との相互関係によるが、本発明において、前記置換流体の表面張力が、１〜１００ｍＮ／ｍであることが好ましい。また、１〜７５ｍＮ／ｍがより好ましく、１〜３０ｍＮ／ｍがさらに好ましい。この範囲の表面張力であれば、置換流体が迅速にマイクロ流路の内壁面全体に濡れ、流動性が向上する。したがって、マイクロ流路の内壁面に付着した気体が、マイクロ流路外へ迅速に除去される。

また本発明において、運転開始前に、前記原料流体のいずれか一よりも表面張力が小さい第一の置換流体を流通させる第一のステップと、前記マイクロ流路に前記第一の置換流体よりも表面張力が大きい第二の置換流体を流通させる第二のステップと、前記マイクロ流路に前記原料流体を含む第三の置換流体又は前記原料流体を流通させる第三のステップと、からなることが好ましい。

このように、まず、表面張力が小さい置換流体がマイクロ流路の内壁に濡れ渡り、流動することによって、気体がマイクロ流路外へ迅速に除去される。さらに、その後、置換流体が原料流体に近い流体へ段階的に置換されることにより、マイクロ流路内の置換流体が洗い流され、定常運転における原料流体の流通や反応が阻害されることを防ぐことができる。

また本発明において、運転開始前に、前記マイクロ流路に前記置換流体を流通させるステップと、前記置換流体の流通を停止させるステップとを、交互に一回以上繰り返すことが好ましい。また、交互に１回以上繰り返す操作は、連続であっても不連続であっても良く、連続の場合には結果的に脈流を起こすような操作であってもよい。

このように、置換流体の流通が停止させることにより、置換流体をマイクロ流路の隅々にまで拡散させ、行き渡らせることができる。その後、再び置換流体を流通させることにより、置換流体の流動の力で気体をマイクロ流路外へ除去することができる。

また本発明において、前記置換流体を前記マイクロ流路の一端側から流入させるステップと、前記置換流体を前記マイクロ流路の他端側から流入させるステップと、を備えることが好ましい。この方法により、マイクロ流路内の分岐流路部や隅部などの場所に滞留する気体近傍の、置換流体の流れが複雑に変化する。したがって、気体が流動しやすくなり、マイクロ流路外へ除去される。

また本発明において、前記マイクロ流路内の気体を除去する際に、気体が除去可能な角度に前記マイクロ化学装置を傾斜させることが好ましい。このように、傾斜したマイクロ流路内において、流体の比重よりも軽い気体が、重力方向とは逆方向にマイクロ流路内を上昇する。したがって、マイクロ流路内の気体が、除去されやすい。

また本発明は、複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が1ｍｍ以下である１本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の運転方法において、運転開始時に一以上の第一の原料流体を流通させる第一のステップと、前記第一のステップから所定時間経過後、前記第一の原料流体以外の第二の原料流体を流通させる第二のステップと、からなることを特徴とするマイクロ化学装置の運転方法を提供する。

本発明によれば、運転開始時に、マイクロ流路内の生成物濃度が急激に増加しないため、マイクロ流路内での析出・凝集を抑制することができる。

また本発明において、前記第一のステップにおける前記第一の原料流体が二以上ある場合、前記第一の原料流体が相互に凝集又は析出をしない流体であることが好ましい。

このように、二以上の複数の原料流体を反応又は混合を開始する場合において、同時に流通させる原料流体が、相互に反応することによる析出や凝集を発生させない。したがって、マイクロ流路の目詰まりが抑制される。

また本発明において、運転終了時に、一以上の前記第二の原料流体の流通を停止させる第三のステップと、前記第三のステップから所定時間経過後、前記第二の原料流体以外の一以上の前記第一の原料流体の流通を停止させる第四のステップと、からなることが好ましい。また本発明において、前記第四のステップにおける前記第二の原料流体が二以上ある場合、前記第二の原料流体が相互に凝集又は析出をしない流体であることが好ましい。このように、二以上の複数の原料流体の反応又は混合を終了する場合において、最後に、同時に停止させる原料流体が、相互に反応することによる析出や凝集を発生させない。したがって、マイクロ流路の目詰まりが抑制される。

また本発明において、前記マイクロ流路の下流に切替手段を設け、該切替手段により前記マイクロ流路を廃棄物回収部又は生成物回収部に連通させるマイクロ化学装置において、運転開始後、前記マイクロ流路における反応操作又は単位操作により得られた生成物を廃棄物回収部へ連通させる廃棄モードで所定時間運転した後、前記切替手段を作動させ、前記生成物を生成物回収部へ連通させる生成物回収モードで運転することが好ましい。

このように、運転開始直後から所定時間の間は、マイクロ流路内の反応又は混合が均一でなく不安定であるため、所望の物性から外れた廃棄物が廃棄される。また、運転開始直後から所定時間経過後は、マイクロ流路内の反応又は混合状態が均一で安定になるため、所望の物性の使用可能物が回収される。したがって、生成物回収部には、所望の物性の使用可能物のみが回収される。

また本発明において、前記生成物回収モードでの運転の後、前記廃棄モードで運転することが好ましい。このように、運転終了時に得られる、所望の物性から外れた生成物が、切替手段により廃棄される。したがって、所望の物性から外れた生成物が生成物回収部へ混入することを、抑制することができる。

また本発明において、運転開始後、前記マイクロ流路における反応操作又は単位操作により得られた生成物が廃棄物か使用可能物かを判定し、前記切替手段を作動させ、前記廃棄物回収部又は前記生成物回収部へ前記マイクロ流路を連通させることが好ましい。

このように、運転開始後に、マイクロ流路内で反応又は混合した生成物の物性を、検知手段が使用可能物かどうかを判定する。そして、使用可能物であると判定した際に、切替手段が生成物回収部へ連通するよう作動する。したがって、精度が高い所望の物性の使用可能物を回収することができる。

また本発明において、運転開始後、前記マイクロ流路で反応操作又は単位操作により得られた生成物が廃棄物か使用可能物かを判定する際に、所定時間継続して使用可能物であると判定した時に前記切替手段を作動させ、前記廃棄物回収部又は前記生成物回収部へ前記マイクロ流路を連通させることが好ましい。

このように、運転開始後に、マイクロ流路内で反応又は混合して得られた生成物の物性を、検知手段が所定時間の間継続して使用可能物かどうかを判定する。そして、所定時間の間、継続して使用可能物であると判定した際、切替手段が生成物回収部へ連通するよう作動する。したがって、より精度が高い所望の物性の使用可能物を、回収することができる。

また本発明において、前記単位操作が、混合、分離、分級、濾過、加熱、冷却、熱交換、抽出、晶析、溶解、蒸発、蒸留、吸収、吸着を含み、前記反応操作が、無機物質や有機物質を対象としたイオン反応、酸化還元反応、電解反応、硝化反応、燃焼反応、燃成反応、焙焼反応、ハロゲン化反応、スルホン化反応、アルキル化反応、エステル化反応、醗酵反応、熱反応、触媒反応、ラジカル反応、重合反応を含むことが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、マイクロ流路内の気体が除去でき、マイクロ流路内において均一な反応が行え、これにより所望の生成物を得ることができる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ化学装置の運転方法の好ましい実施形態について詳説する。

図１は、本発明に係るマイクロ化学装置の運転方法が適用されるマイクロ化学装置システム１００を示し、図２、３はマイクロ化学装置システム１００の主要部であるマイクロ化学装置本体３０を示す。このうち、図２は、斜視図であり、図３（Ａ）は平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ’線断面図である。マイクロ化学装置システム１００は、２種類の原料流体を薄片状流型マイクロ化学装置のマイクロ流路で、混合又は反応させて生成物を回収するためのシステムである。マイクロ化学装置システム１００は、マイクロ流路を備えたマイクロ化学装置本体３０と、原料流体貯蔵部１０Ａ、１０Ｂと、置換流体貯蔵部１２と、生成物回収部１４と、廃棄物回収部１６と、これらを連結する配管１８、２０、２２、２４、２６、２８と、から構成される。

まず、マイクロ化学装置本体３０の詳細について説明する。図２に示すように、薄片状流型のマイクロ化学装置本体３０には、２種類の原料流体の反応を行うマイクロ流路３２と、マイクロ流路３２に２種類の原料流体を合流させる２本の流体供給路３４Ａ、３４Ｂと、からなるＹ字型液体流路が形成されている。また、２本の流体供給路３４Ａ、３４Ｂの上流端には、２種類の原料流体をそれぞれ導入させる流入口３６、３７が形成されている。また、マイクロ流路３２の下流端には、反応により得られる生成物を流出させる流出口３８が形成されている。マイクロ化学装置システム１００においては、それぞれ流入口３６、３７、流出口３８に配管１８、２０、２２が連結されている。

マイクロ流路３２は断面が円形の微小流路である。マイクロ流路３２断面の等価直径は、１ｍｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。なお、断面形状は、円形以外に矩形、台形、半円形などが採用できる。

マイクロ化学装置本体３０を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（石英等）、セラミックス（シリコン等）などが好ましく使用できる。

マイクロ化学装置本体３０を製作するには、微細加工技術が適用される。図３のマイクロ化学装置本体３０は、マイクロ流路３２、流体供給路３４Ａ、３４Ｂ、流入口３６、３７、流出口３８が形成された本体部材３１の上に、平板状の蓋部材３３を被せて接合させて製作される。適用可能な微細加工技術としては、例えば次のようなものがある。

（１）Ｘ線リソグラフィと電気めっきを組み合わせたＬＩＧＡ技術
（２）ＥＰＯＮ ＳＵ８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法
（３）機械的マイクロ切削加工
（４）Ｄｅｅｐ ＲＩＥによるシリコンの高アスペクト比加工法
（５）Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法
（６）光造形法
（７）レーザー加工法
（８）イオンビーム加工法
本体部材３１と蓋部材３３との接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形によるＹ字型流路の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。

本発明に使用される原料流体とは、生成物を得るために必要な流体であり、液体、気体、液体中に固体微粒子等が分散された固液混合物、液体中に気体が溶解せずに分散した気液混合物等を指す。また、流体が２種類以上ある場合、流体の種類、化学組成、表面張力、比重、粘度等が異なる場合のみならず、例えば、温度、気液比や、固液比などの状態が異なる場合も、原料流体に含まれる。

本発明に使用される置換流体とは、表面張力が原料流体のいずれか１つよりも小さい流体であり、この流体をマイクロ流路３２に流通させることにより流路内の気体を除去する。例えば、界面活性剤や市販の中性洗剤、メタノール、エタノール等のアルコール類、ベンゼンやアセトン等、が挙げられる。さらに、流体の種類を変えるだけでなく、温度を上昇させることでも表面張力を小さくすることも可能である。置換流体の表面張力としては、１〜１００ｍＮ／ｍであることが好ましく、１〜７５ｍＮ／ｍの範囲がより好ましく、１〜３０ｍＮ／ｍの範囲がさらに好ましい。

図１のマイクロ化学装置システム１００において、原料流体貯蔵部１０Ａ、１０Ｂはいずれもマイクロ化学装置本体３０で反応させるために必要な原料流体を貯蔵するものである。また、置換流体貯蔵部１２は、反応させるための運転開始前のマイクロ流路３２内の気体を、除去するために使用する置換流体を貯蔵するものである。また生成物回収部１４は、マイクロ化学装置本体３０から排出される生成物を回収するものである。また、廃棄物回収部１６は、マイクロ化学装置本体３０から排出される廃棄物を回収するものである。

また、原料流体貯蔵部１０Ａ、１０Ｂとマイクロ化学装置本体３０の流入口３６、３７との間を、それぞれ連結するよう配管１８、２０が設けられている。また、マイクロ化学装置本体３０の流出口２２と生成物回収部１４との間を連結するよう、配管２２が設けられている。

この配管１８、２０は、原料流体貯蔵部１０Ａ、１０Ｂから原料流体Ａ、Ｂをそれぞれマイクロ化学装置本体３０に供給するべく、それぞれ図示しない流体供給手段（ポンプ等）を介して、マイクロ化学装置本体３０の流入口３６、３７へと連結されている。また、配管２２は、マイクロ化学装置本体３０から得られた生成物を生成物回収部１４に供給するべく、生成物回収部１４へと連結されている。

また、この流体供給手段は、マイクロ化学装置本体３０よりも上流側の各配管又は下流側の各配管いずれか一方に配置されてもよい。流体供給手段の具体的な例としては、ポンプがあげられるが、流体を送る駆動機能を有するものであれば、他の供給手段でもよい。

さらに、図１の点線で示すように、置換流体貯蔵部１２と配管１８との間を接続するよう配管２４が設けられている。同様に、置換流体貯蔵部１２と配管２０との間を接続するよう配管２６が設けられている。そして、配管２２と廃棄物回収部１６との間を接続するよう配管２８が設けられている。

この配管１８と配管２４の合流点において、原料流体Ａを原料流体貯蔵部１０Ａから図示しない流体供給手段を介して、マイクロ化学装置本体３０の流入口３６へ連結させる流路と、置換流体を置換流体貯蔵部１２から、図示しない流体供給手段を介して、マイクロ化学装置本体３０の流入口３６へ連結させる流路とに、切替え可能な図示しない切替手段が配置されている。同様に、配管２０と配管２６の合流点においても、図示しない切替手段が設けられている。また、配管２２と配管２８の合流点において、マイクロ化学装置本体３０の流出口３８から生成物を生成物回収部１４へ排出する流路と、マイクロ化学装置本体３０の流出口３８から生成物を廃棄物回収部１６へ排出する流路と、に切替え可能な図示しない切替手段が、配置されている。また、この切替手段は、いずれか一方の流路を閉じるだけでなく、両流路とも閉じることもできる。

このような切替手段の具体的な手段としては、バルブやダンパ、電磁弁等が挙げられるが、流路を切り変える機能を有するものであれば、他の切替手段でもよい。

また、マイクロ流路３２内の気体が除去されやすいように傾斜させるべく、マイクロ化学装置本体３０に図示しない回転駆動手段が設けられている。回転駆動手段の具体的な例としては、モーターなどが挙げられるが、回転駆動機能を有するものであれば他の駆動手段でもよい。

次に、マイクロ化学装置システムの運転方法について説明する。最初に、マイクロ化学装置システム１００の基本的な運転方法について説明する。

図１のマイクロ化学装置システムにおける運転方法として、まず、原料流体Ａ、Ｂを、原料流体貯蔵部１０Ａ、１０Ｂから、それぞれ図示しない流体供給手段により供給する。その後、マイクロ化学装置本体３０の流入口３６、３７にそれぞれ接続するよう、図示しない切替手段により流路を選択する。流入口３６、３７から流入した原料流体Ａ、Ｂは、それぞれ流体供給路３４Ａ、３４Ｂを流通した後、マイクロ流路３２で合流する。そして、マイクロ流路３２で反応又は混合した後、流出口３８から流出される。流出された流体は、切替手段を介して、生成物回収部１４（又は次工程）、又は廃棄物回収部１６へ接続する流路を選択することができる。

流路を切り替えるタイミングについては、後述する。また、図示しない回転駆動手段により、マイクロ化学装置本体３０をマイクロ流路３２内の気泡を排出しやすい角度に傾斜させることができる。これは、一定時間ごとに傾斜させてもよいし、検知手段等により気泡を検知した際に、排出しやすい角度へ傾斜させてもよい。また、気体をマイクロ流路３２から排出させた後、生成物を流通させやすい角度にマイクロ化学装置本体３０を傾斜させるが、気体を排出させた角度のままでもよい。

次に、本発明に係るマイクロ化学装置の運転方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図４〜８は、本発明の薄片状流型のマイクロ化学装置システム１００における、原料流体が２種類（原料流体Ａ、Ｂ）の場合の運転方法を示す図である。このうち、図７は置換流体を流通させる運転のタイミング、及び２種類の原料流体を流通させる運転方法を、タイムチャートで示したものである。なお、各図において、図１〜３と同一の符号を示す部分は、同一の物又は機能を有するものとする。

本発明における第一の実施形態について説明する。この実施形態は、図４の薄片状流型マイクロ化学装置本体３０において、原料流体のいずれか１つよりも表面張力が小さい置換流体を流通させ、マイクロ流路３２内の気体を除去する方法である。まず、図４（Ａ）に示すように、最初に表面張力が最小である置換流体Ｃを、流体供給路３４Ａ、３４Ｂよりマイクロ流路３２に流通させる。その後、図４（Ｂ）に示すように前記置換流体Ｃよりも表面張力が大きい置換流体Ｄを、流体供給路３４Ａ、３４Ｂよりマイクロ流路３２に流通させる。そして、図４（Ｃ）に示すように、最終段階で原料流体Ａ若しくはＢの溶媒、又は原料流体Ａ若しくはＢを含む置換流体Ｅ、又は原料流体Ａ若しくはＢを、流体供給路３４Ａ、３４Ｂよりマイクロ流路３２に流通させる。このように、段階的に表面張力が大きい置換流体を流通させることにより、定常運転時の反応を阻害する気体を流路内から除去することができる。また、この方法により、マイクロ流路３２内の気体だけでなく、マイクロ流路３２内に残留する不純物（置換流体、原料流体以外の物）も除去することができる。その後、原料流体Ａ、Ｂを流体供給路３４Ａ、３４Ｂよりマイクロ流路３２に流通させ、単位操作又は反応操作を行う運転を開始させる。

本発明における第二の実施形態について説明する。この実施形態は、図５の薄片状流型のマイクロ化学装置本体３０において、運転開始前に置換流体をマイクロ流路３２に流通させる方向を変えることにより、マイクロ流路３２内の気体を除去する方法である。まず、原料流体のいずれか１つよりも表面張力が小さい置換流体Ｃを、図５（Ａ）に示すように流体供給路３４Ａ、３４Ｂの流入口３６、３７から流通させる運転を行う。次いで、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）とは逆方向に、マイクロ流路３２の流出口３８から置換流体Ｃをマイクロ流路３２に流通させる運転を行う。これにより、置換流体Ｃを一方向に流通させるだけでは除去しにくい箇所に溜まった気体を効率よく除去することができる。その後、原料流体Ａ、Ｂを流体供給路３４Ａ、３４Ｂよりマイクロ流路３２に流通させ、単位操作又は反応操作を行う運転を開始させる。

本発明における第三の実施形態について説明する。この実施形態は、図６の薄片状流型のマイクロ化学装置本体３０において、原料流体が２種類（原料流体Ａ、Ｂ）の場合の運転開始時及び終了時に工夫を加える方法である。運転開始時は、図６（Ａ）に示す運転開始前の状態から、図６（Ｂ）に示すように、流体供給路３４Ｂよりマイクロ流路３２にまず原料流体Ｂを一定時間安定に流通させた後、図６（Ｃ）に示すように、流体供給路３４Ａから、もう一方の原料流体Ａの流通を開始させる（運転１）。これにより、マイクロ流路３２における生成物の濃度が急激に増加することで発生する、生成物による目詰まりを抑制することができる。また、流通させるタイミングのずれに伴う混合比のばらつき等で発生する凝集や析出も抑制することができる。

また、運転終了時は、運転開始時とは逆の手段を行う。すなわち、図６（Ｃ）の定常運転状態から図６（Ｂ）に示すように、まず原料流体Ａを停止させた後、図６（Ａ）に示すように原料流体Ｂを停止させる（運転２）。これにより、生成物がマイクロ流路３２内に残留せず、最後に流通を停止させる原料流体Ｂによって排出される。したがって、マイクロ流路３２内の汚損を低減することができる。

また、本発明における第三の実施形態の変形例について説明する。図７は原料流体を流通させる際のタイミングを示すタイムチャートである。図７に示すように、運転開始前は、置換流体Ｃを流入口３６、３７よりマイクロ流路３２へ一定時間流通させる（順流）。その後、置換流体Ｃを流出口３８よりマイクロ流路３２へ一定時間流通させる（逆流）。さらにその後、置換流体Ｃをマイクロ流路３２へ順流で一定時間流通させる。このように、置換流体Ｃをマイクロ流路３２へ流通させる方向を、一定時間毎に逆方向にすることにより、流路内に滞留しやすい箇所にある気体を除去することができる。

さらに、運転開始時は、原料流体Ｂからマイクロ流路３２への流通を開始し、次いで所定時間経過後、原料流体Ａのマイクロ流路３２への流通を開始する。そして、定常運転を経た後、運転終了時は、まず原料流体Ａのマイクロ流路３２への流通を停止させ、次いで原料流体Ｂの流通を停止させる。これにより、マイクロ流路３２内における生成物による目詰まりを抑制することができる。

本発明における第四の実施形態について説明する。この実施形態は、図８の薄片状流型のマイクロ化学装置本体３０のマイクロ流路３２の流出口３８付近において、運転開始時又は終了時に、生成物回収（又は次工程へ供給）モード又は廃棄物回収モードに切り替える方法である。

運転開始時は、図８（Ａ）に示すように、原料流体Ａを流通させはじめて所定時間経過するまでは、流出口３８を、廃棄物回収部１６に導入する配管２８に接続し、マイクロ流路３２から排出される流体を廃棄するモードで運転する。その後、図８（Ｂ）に示すように、流出口３８を、切替手段により生成物回収部１４に導入する配管２２に接続させ、マイクロ流路３２から排出される流体を生成物として回収する（または次工程に供給する）モードで運転する（運転３）。

運転終了直後は、図８（Ｂ）に示すように、流出口３８を、生成物回収部１４に導入する配管２２に接続させ、マイクロ流路３２から排出される流体を生成物として回収する（又は次工程へ供給する）。その後、図８（Ａ）に示すように、流出口３８を、切替手段により廃棄物回収部１６に導入する配管２８に接続し、マイクロ流路３２から排出される流体を廃棄する（運転４）。これにより、生成物回収部（又は次工程）に、所望の生成物以外の物性を有する廃棄物が混入するのを抑制することができる。

また、このマイクロ流路３２から排出される流体の物性を、図示しない検知手段で判定し、その物性が所定時間、安定して所定の範囲内であるかどうかを判定し、所定の範囲であれば、生成物回収部１４へ導入する配管２２に接続し、所定の範囲外であれば、廃棄物回収部１６へ導入する配管２８に接続することも可能である。

次に、図２、３とは異なるマイクロ化学装置の形態について説明する。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０とは別の実施形態である、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０の斜視図であり、図１０は、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０を構成するプレートのマイクロ流路付近の断面図であり、図１１は、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０を構成するプレートの流出側を示す部分斜視図であり、図１２は、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０を構成するプレートのリブ形状を示す部分斜視図である。

図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マイクロ化学装置本体４０は、３液を同芯円状に層流化して同時に混合させることにより反応させる装置である。マイクロ化学装置本体４０は、プレート４２と、プレート４２の上流側及び下流側にそれぞれ配置されてプレート４２を挟持する蓋部材４４及び受け部材４６と、で構成される。蓋部材４４とプレート４２は、蓋部材４４の凸部７１と凹部７３とを接続させることにより、組み立てられる。同様に、受け部材４６と、プレート４２と、蓋部材４４とを貫通するよう、それぞれにねじ穴７０、７２、７４が形成されている。これらのねじ穴７２、７４、７６を、ねじ７０が貫通して一体化されることにより、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０が形成される。

蓋部材４４の上流側には、３本の流入用の配管４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃがそれぞれ着脱自在に取付けられるコネクタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが設けられ、３種類の原料流体Ａ、Ｂ、Ｃが流入される。プレート４２には、配管４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃから、それぞれ流出する流体を同芯円状に層流化するマイクロ流路が形成されている。受け部材４６には、マイクロ流路５４から流出した３液を同時に混合又は反応させて混合流体（生成物）とする混合流路５８が形成されており、また同様に、受け部材４６の下流側にも、コネクタに着脱自在に取付けられた流出用のチューブが設けられ、生成物Ｄが排出される。

蓋部材４４には、配管４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃからの流体がそれぞれ流入する蓋部材貫通孔４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃが形成されている。
図１０、１１に示すように、プレート４２の中央には、蓋部材貫通孔４４Ａに連通するプレート貫通孔４２Ａが形成され、プレート貫通孔４２Ａの内径はプレート貫通孔４２Ａ内を流体が層流となって流れるように（すなわち、レイノルズ数が２３２０以下になるように）決められている。また、蓋部材貫通孔４４Ａとプレート貫通孔４２Ａとは径が同じにされており、蓋部材貫通孔４４Ａとプレート貫通孔４２Ａとの間に段差が生じないようにされている。

また、プレート４２には、プレート貫通孔４２Ａの周囲にスリット状に形成されたスリット円筒状貫通孔４２Ｂと、スリット円筒状貫通孔４２Ｂ及び蓋部材貫通孔４４Ｂに連通する径方向流路４３Ｂと、が形成され、径方向流路４３Ｂの流路断面積はボトルネックとならないように設定されている。

さらに、プレート４２には、スリット円筒状貫通孔４２Ｂの周囲に形成された厚肉短円筒状凹部４２Ｃと、蓋部材貫通孔４４Ｃに連通する外層用貫通孔４１Ｃと、外層用貫通孔４１Ｃ及び厚肉短円筒状凹部４２Ｃに連通する径方向流路４３Ｃと、が形成されている。径方向流路４３Ｃは、径方向流路４３Ｂと略対称位置に形成されており、また径方向流路４３Ｃの流路断面積はボトルネックとならないように設定されている。

プレート貫通孔４２Ａとスリット円筒状貫通孔４２Ｂとは、薄厚短円筒状の内側隔壁板部６２で区分けされており、スリット円筒状貫通孔４２Ｂと厚肉短円筒状凹部４２Ｃとは、薄厚短円筒状の中側隔壁板部６４で区分けされている。

プレート４２は、厚肉短円筒状凹部４２Ｃの底部を形成すると共にスリット円筒状貫通孔４２Ｂの外周側の流路壁を形成している流路壁形成部６６を有しており、中側隔壁板部６４は流路壁形成部６６の最も内側から流出方向に沿って延び出している。

プレート４２の一辺の長さＬは、厚肉短円筒状凹部４２Ｃの外径Ｄの１．５倍よりも長くされている。プレート４２は、２枚の板部材をそれぞれ加工した上で貼り合わせてもよいし、一枚の板状部材を削り込んで製作してもよい。

図１０に示すように、受け部材４６には前述の混合流路５８が形成されており、厚肉短円筒状凹部４２Ｃ、スリット円筒状貫通孔４２Ｂ、及びプレート貫通孔４２Ａからそれぞれ流出する流体が混合流路５８で混合して反応するようになっている。また、受け部材４６の上流側には、円筒状流型マイクロ化学装置４０の組立て時に厚肉短円筒状凹部４２Ｃに挿入され、中側隔壁板部６４との間でスリットリング状の外層流路４５Ｃを形成するリング状の隆起部４７が形成されている。

図１２に示すように、スリット円筒状貫通孔４２Ｂには、内側隔壁板部６４と流路壁形成部６６とに連続し流出方向に沿っている複数個のリブ６８が配設されている。このリブ６８は、径方向流路４３Ｂ、４３Ｃが形成されている空間部分を避けて、互いの間隔がほぼ均等になるように配設されている。また、スリット円筒状貫通孔４２Ｂの流出口近くでは、流体を円管状に層流で流出させるために、リブ６８が設けられていない。

以上のような構成により、外層流路４５Ｃ、スリット円筒状貫通孔４２Ｂ、及びプレート貫通孔４２Ａのそれぞれを流れる流体は、同一方向でしかも層流で流れる。

寸法の一例としては、図１０に示すように、プレート貫通孔４２Ａの径ｄが５００μｍ、スリット円筒状貫通孔４２Ｂの流路幅（隙間）Ｗが１００μｍ、プレート４２の厚みＴが６００μｍ、リブ６８の肉厚ｔ（図１２参照）が１００μｍである。３液を同芯円状の層流としてプレート４２から流出させるためには、レイノルズ数が臨界レイノルズ数（円管の場合２３２０）以下であれば、上記の寸法を変更しても構わない。

なお、反応させたい物質の拡散速度が、通常、あまり大きくないため、プレート貫通孔４２Ａ、スリット円筒状貫通孔４２Ｂ、及び厚肉短円筒状凹部４２Ｃの径が大きいほど長い反応時間を要する。このため、これらの径が１ｍｍ以下であることが好ましい。また、加工上での制約や、流す流体の流動抵抗と収量との関係などを考慮し、これらの径は１μｍ以上であることがより好ましい。

またマイクロ化学装置の材質については、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０と同様である。

次に、本発明における第一又は第三の実施形態を、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０に適用した運転方法について説明する。
まず、図９（Ａ）、（Ｂ）において、運転開始前に、蓋部材４４の上流側にある３本の流入用の配管４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃより、置換流体を、それぞれプレート４２内において同芯円状に層流化するマイクロ流路５４及び混合流路５８へ流通させる。これにより、原料流体よりも表面張力が小さい置換流体が、混合流路５８の内壁全体に濡れ、置換流体の流動性が良くなるため、混合流路５８内の気体を除去しやすくなる。

次に、図９（Ａ）、（Ｂ）において、運転開始時に、蓋部材４４の上流側にある流入用の配管４８Ａより、原料流体Ａをマイクロ流路５４内のプレート貫通孔４２Ａに流通させる。その後、所定時間経過後、流入用の配管４８Ｂより、原料流体Ｂをマイクロ流路５４内の円筒状貫通孔Ｂへ流通させる。さらに、所定時間経過後、流入用の配管４８Ｃより、原料流体Ｃをマイクロ流路５４内の厚肉短円筒状凹部４２Ｃに流通させる。そして、マイクロ流路５４内で層流化した３液が、混合流路５８内で均一に混合又は反応し、生成物Ｄを得る。このような運転方法により、受け部材４６に形成されている混合流路５８内で生成物の濃度が急激に増加することなく、生成物による混合流路５８の目詰まりが抑制することができる。

また、本発明における第一、第三の実施形態以外にも、運転開始前に置換流体をマイクロ流路５４又は混合流路５８に流通させる方向を適宜変える方法、表面張力の異なる置換流体を段階的に複数回マイクロ流路５４又は混合流路５８に流通させる方法、脈流で置換流体をマイクロ流路５４又は混合流路５８に流通させる方法、円筒状流型マイクロ化学装置本体４０を傾斜させる方法、等を適用することにより、マイクロ流路５４又は混合流路５８から気体を除去することができる。また、運転開始時又は終了時に、生成物回収（又は次工程へ供給）モード又は廃棄物回収モードに切り替える方法、検知手段で生成物の物性を判定し、切替手段を制御する方法、等を適用することにより、生成物回収部（又は次工程）に回収する生成物に所望の物性範囲から外れた廃棄物が混入するのを、抑制することができる。

以下に、本発明に係るマイクロ化学装置の運転方法が適用される例として、単分散性に優れた顔料微粒子分散液を、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０で合成する場合について述べる。まず、原料溶液となる溶液Ｐ、Ｑの作製方法について説明する。

顔料微粒子分散液の合成は、有機顔料を溶解した溶液Ｐと、水性媒体Ｑと、それらのうち少なくとも一方の液に分散剤を含有させ、この２液Ｐ、Ｑを接触させて有機顔料を析出させて行う。この有機顔料を溶解した溶液Ｐと、水性媒体Ｑとを接触させる方法として、本発明では、図１に示すマイクロ化学装置システム１００を用いることとする。

溶液Ｐに含まれる有機顔料は、特に限定されるものではなく、例えば、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、キノフタロン系顔料、またはイソインドリノン系顔料を挙げることができる。

キナクリドン系顔料の例としては、無置換キナクリドン、２、９−ジメチルキナクリドン、４、１１−ジクロロキナクリドン等の無置換または置換キナクリドン、およびそれらの固溶体を含む。

また、有機顔料は色相的に限定されるものではなく、マゼンタ顔料、イエロー顔料、またはシアン顔料を使用することができる。有機顔料は、詳しくは、ペリレン、ペリノン、キナクリドン、キナクリドンキノン、アントラキノン、アントアントロン、ベンズイミダゾロン、ジスアゾ縮合、ジスアゾ、アゾ、インダントロン、フタロシアニン、トリアリールカルボニウム、ジオキサジン、アミノアントラキノン、ジケトピロロピロール、チオインジゴ、イソインドリン、イソインドリノン、ピラントロンまたはイソビオラントロン系顔料またはそれらの混合物などのマゼンタ顔料、イエロー顔料、またはシアン顔料である。

更に詳しくは、例えば、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１９０（Ｃ．Ｉ．ｂａｎｇｏｕ７１１４０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２２４（Ｃ．Ｉ．番号７１１２７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２９（Ｃ．Ｉ．番号７１１２９）等のペリレン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４３（Ｃ．Ｉ．番号７１１０５）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントレッド１９４（Ｃ．Ｉ．番号７１１００）等のペリノン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１９（Ｃ．Ｉ．番号７３９００）、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット４２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２（Ｃ．Ｉ．番号７３９１５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１９２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０２（Ｃ．Ｉ．番号７３９０７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０７（Ｃ．Ｉ．番号７３９００、７３９０６）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントレッド２０９（Ｃ．Ｉ．番号７３９０５）のキナクリドン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０６（Ｃ．Ｉ．番号７３９００／７３９２０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４８（Ｃ．Ｉ．番号７３９００／７３９２０）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントオレンジ４９（Ｃ．Ｉ．番号７３９００／７３９２０）等のキナクリドンキノン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１４７（Ｃ．Ｉ．番号６０６４５）等のアントラキノン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１６８（Ｃ．Ｉ．番号５９３００）等のアントアントロン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラウン２５（Ｃ．Ｉ．番号１２５１０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット３２（Ｃ．Ｉ．番号１２５１７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８０（Ｃ．Ｉ．番号２１２９０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８１（Ｃ．Ｉ．番号１１７７７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６２（Ｃ．Ｉ．番号１１７７５）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントレッド１８５（Ｃ．Ｉ．番号１２５１６）等のベンズイミダゾロン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９３（Ｃ．Ｉ．番号２０７１０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９４（Ｃ．Ｉ．番号２００３８）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９５（Ｃ．Ｉ．番号２００３４）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２８（Ｃ．Ｉ．番号２００３７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１６６（Ｃ．Ｉ．番号２００３５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ3４（Ｃ．Ｉ．番号２１１１５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ１３（Ｃ．Ｉ．番号２１１１０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３１（Ｃ．Ｉ．番号２００５０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１４４（Ｃ．Ｉ．番号２０７３５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１６６（Ｃ．Ｉ．番号２０７３０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２２０（Ｃ．Ｉ．番号２００５５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２２１ （Ｃ．Ｉ．番号２００６５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２４２（Ｃ．Ｉ．番号２００６７）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２４８、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２６２、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントブラウン２３（Ｃ．Ｉ．番号２００６０）等のジスアゾ縮合系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３（Ｃ．Ｉ．番号２１１００）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー８３（Ｃ．Ｉ．番号２１１０８）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１８８（Ｃ．Ｉ．番号２１０９４）等のジスアゾ系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１８７（Ｃ．Ｉ．番号１２４８６）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７０（Ｃ．Ｉ．番号１２４７５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー７４（Ｃ．Ｉ．番号１１７１４）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８（Ｃ．Ｉ．番号１５８６５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５３（Ｃ．Ｉ．番号１５５８５）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６４（Ｃ．Ｉ．番号１２７６０）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントレッド２４７（Ｃ．Ｉ．番号１５９１５）等のアゾ系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー６０（Ｃ．Ｉ．番号６９８００）等のインダントロン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７（Ｃ．Ｉ．番号７４２６０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６（Ｃ．Ｉ．番号７４２６５）、ピグメントグリーン３７（Ｃ．Ｉ．番号７４２５５）、ピグメントブルー１６（Ｃ．Ｉ．番号７４１００）、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー７５（Ｃ．Ｉ．番号７４１６０：２）、もしくは１５（Ｃ．Ｉ．番号７４１６０）等のフタロシアニン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー５６（Ｃ．Ｉ．番号４２８００）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントブルー６１（Ｃ．Ｉ．番号４２７６５：１）等のトリアリールカルボニウム系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３（Ｃ．Ｉ．番号５１３１９）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット３７（Ｃ．Ｉ．番号５１３４５）等のジオキサジン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７（Ｃ．Ｉ．番号６５３００）等のアミノアントラキノン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４（Ｃ．Ｉ．番号５６１１０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５５（Ｃ．Ｉ．番号５６１０５０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２６４、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２７２（Ｃ．Ｉ．番号５６１１５０）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ７１、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントオレンジ７３等のジケトピロロピロール系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド８８（Ｃ．Ｉ．番号７３３１２）等のチオインジゴ系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９（Ｃ．Ｉ．番号５６２９８）、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６６（Ｃ．Ｉ．番号４８２１０）等のイソインドリン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１０９（Ｃ．Ｉ．番号５６２８４）、もしくはＣ．Ｉ．ピグメントオレンジ６１（Ｃ．Ｉ．番号１１２９５）等のイソインドリノン系顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４０（Ｃ．Ｉ．番号５９７００）、もしくは、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２１６（Ｃ．Ｉ．番号５９７１０）等のピラントロン系顔料、またはＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット３１（６００１０）等のイソビオラントロン系顔料である。

有機顔料を溶解して溶液Ｐを作製する方法においては、強い溶解力を持ち、水混和性がある溶媒を用いることが好ましく、例えば、硫酸を用いる方法等が挙げられる。また、有機顔料がキナクリドン系顔料である場合は、溶媒は、非プロトン系極性有機溶剤、水、そして苛性アルカリの混合物であることが好ましい。

非プロトン系極性有機溶剤は、具体的には、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ-メチル-２-ピロリドン、２-ピロリドン、テトラメチル尿素などが挙げられる。この溶媒の使用量は、キナクリドン系顔料に対し５〜２０倍量が適当である。非プロトン系極性有機溶剤と水との比率（有機溶剤／水）は、９７／３〜７０／３０の重量比で使用するのが好ましい。苛性アルカリは、キナクリドン系顔料１モルに対して１．５モル以上含有するのが好ましく、２〜３モル比含有するのがより好ましい。

水性媒体Ｑは、水もしくは水と水性溶剤との混合物である。混合物の場合は、水を容積％として５０％以上含有するのが好ましく、８０％以上含有するのがより好ましい。水性溶剤としては、水より蒸気圧の低い水溶性有機溶剤が好ましく使用できる。

具体的な例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等に代表される多価アルコール類；エチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１、３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等の複素環類；スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物；ジアセトンアルコール、ジエタノールアミン等の多官能化合物；その他尿素誘導体が挙げられる。

分散剤は、（１）析出した顔料表面に素早く吸着して、微細な顔料粒子を形成し、かつ（２）これらの粒子が再び凝集することを防ぐ、作用を有するものである。このような分散剤として、アニオン性、カチオン性、両イオン性およびノニオン性界面活性剤、高分子、または極性置換基を導入した顔料誘導体などを使用することができる。
アニオン性界面活性剤としては、具体的な例として、アシルメチルタウリン塩、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩等が挙げられる。

ノニオン性界面活性剤としては、具体的な例として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等が挙げられる。

高分子としては、具体的な例として、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、ビニルアルコール−酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸塩、ポリビニル硫酸塩、ポリアミド、ポリアリルアミン塩、縮合ナフタレンスルホン酸塩、メタクリル酸エステル−アクリル酸塩共重合物、セルロース誘導体等が挙げられる。その他、アルギン酸塩、ゼラチン、アルブミン、カゼイン、アラビアゴム等の天然高分子類も使用することができる。

分散剤の配合量は、顔料１００質量部に対して０．１〜２５０質量部の範囲であることが好ましく、１〜１００質量部の範囲がより好ましい。

以上のように、有機顔料を溶解した溶液Ｐと、水性媒体Ｑと、それらのうち少なくとも一方の液に分散剤を含有させ、この２液Ｐ、Ｑを薄片状流型マイクロ化学装置本体３０内で接触させて、顔料微粒子分散液を得ることができる。

次に、本発明における第一又は第三の実施形態を適用し、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０において、顔料微粒子分散液を合成する方法について説明する。

ジメチルスルホキシド１３．５ｇ、水１．５ｇ、および苛性カリ０．７５ｇを混合し、室温下で攪拌を行いながら、ジメチルキナクリドン顔料１．５ｇを加えた。室温で攪拌を続けると、液は徐々に青紫色化し、スラリー状から濃青紫色の溶液に変化した。約１．５時間攪拌を続けたのち、４号（孔径２．７μｍ）のガラスフィルターにて吸引濾過を行い、微量に残存する不純物などを取り除いて、ジメチルキナクリドン溶液を得た。これを溶液Ｐとする。次に、分散剤としてオレイルメチルタウリンナトリウム塩０．７５ｇと水９０ｃｍ^３を混合した。これを溶液Ｑとする。

（実施例１）
本発明における第一、三の実施形態を適用した運転方法により、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０内の気体を除去した後、顔料粒子分散溶液を合成した。まず、溶液Ｐ、Ｑを接触させる運転を開始する前に、マイクロ流路３２内に、置換流体としてメタノールを、１ｍＬ／分の流量で１０分間流通させたところ、マイクロ流路３２内の残留していた気体が完全に除去されていることが目視により確認できた。

その後、充分に攪拌された溶液Ｑを、マイクロ化学装置本体３０の流入口３７に流通させ始めて１分後、溶液Ｐをマイクロ化学装置本体３０の流入口３６から流通させた。このマイクロ流路３２内で２液を接触させている時、目視により析出や凝集は発生しないことを確認することができ、均一な分散液が継続して得られた。

（実施例２）
本発明における、運転開始前に、表面張力が小さい流体を脈流によりマイクロ流路に流通させる方法を適用し、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０内の気体を除去した。まず溶液Ｐ、Ｑを接触させる運転を開始する前に、マイクロ化学装置本体３０の流入口３６、３７より、置換流体としてメタノールを、１ｍＬ／分の流量で１分間流通させた後、流通を停止させた（工程１）。次に、マイクロ化学装置本体３０の流出口３８より、置換流体としてメタノールを、１ｍＬ／分の流量で１分間流通させた後、流通を停止させた（工程２）。さらに、その後工程１を再度行ったところ、マイクロ流路３２内の残留していた気体が完全に除去されていることが目視により確認することができた。

次に、本発明における第三の実施形態を適用した運転方法により、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０で顔料粒子分散溶液を合成した。まず、充分に攪拌された溶液Ｑを、マイクロ化学装置本体３０の流入口３７に流通させ始めて１分後、溶液Ｐをマイクロ化学装置本体３０の流入口３６から流通させた。このマイクロ流路３２内で２液を接触させている時、析出や凝集は発生せず、均一な分散液が継続して得られた。

（比較例）
溶液Ｐ、Ｑを接触させる運転を開始する前に、薄片状流型マイクロ化学装置本体３０のマイクロ流路３２内に気体が残留した状態のまま、溶液Ｐ、Ｑの２液を同時にマイクロ化学装置本体３０の流入口３６、３７に流通させた。その結果、マイクロ流路３２内の気体が流路の一部を塞ぎ、溶液Ｐ、Ｑをスムーズに流通させることができなかった。さらに、２液を同時に流通させたことにより、マイクロ流路内に析出や凝集が発生し、目詰まりが起こったため、運転の継続が不可能であった。

以上のように、本発明に係るマイクロ化学装置の運転方法を行うことにより、マイクロ流路内の均一な反応を継続させることができる。

本発明が適用されるマイクロ化学装置システムを示す図である。 本発明が適用される薄片状流型マイクロ化学装置を示す斜視図である。 本発明が適用される薄片状流型マイクロ化学装置を示す上面図、及び断面図である。 本実施の形態における運転方法を示す図である。 本実施の形態における他の運転方法を示す図である。 本実施の形態におけるさらに他の運転方法を示す図である。 本実施の形態における運転状態のタイミングを示す図である。 本実施の形態におけるさらに他の運転方法を示す図である。 本実施の他の形態のマイクロ化学装置システムを示す斜視図である。 本実施の他の形態のマイクロ化学装置システムにおける、マイクロ流路の断面図である。 本実施の他の形態のマイクロ化学装置システムにおける、マイクロ流路流出側の部分斜視図である。 本実施の他の形態のマイクロ化学装置システムにおける、プレートのリブ形状を示す部分斜視図である。 運転開始前に、薄片状流型マイクロ化学装置のマイクロ流路内に気泡が溜まった従来例の図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ…原料流体貯蔵部、１２…置換流体貯蔵部、１４…生成物回収部、１６…廃棄物回収部、１８、２０、２２、２４、２６、２８…配管、３０…薄片状流型マイクロ化学装置本体、３１…本体部材、３２…マイクロ流路、３３…蓋部材、３４Ａ、３４Ｂ…流体供給路、３６、３７…流入口、３８…流出口、４０…円筒状流型マイクロ化学装置本体、４２…プレート、４２Ａ…プレート貫通孔、４２Ｂ…円筒状貫通孔、４２Ｃ…厚肉短円筒状凹部、４４…蓋部材、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ…蓋部材貫通孔、４５Ｃ…外層流路、４６…受け部材、４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ…配管、５４…マイクロ流路（円筒状流型）、５８…混合流路

Claims (16)

1. 複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が１ｍｍ以下である１本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の運転方法において、
   運転開始前に、前記マイクロ流路へ前記原料流体のいずれか一よりも表面張力が小さい置換流体を一以上流通させて、前記マイクロ流路内の気体を除去することを特徴とするマイクロ化学装置の運転方法。
2. 前記置換流体の表面張力が、１〜１００ｍＮ/ｍである請求項１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
3. 運転開始前に、前記原料流体のいずれか一よりも表面張力が小さい第一の置換流体を流通させる第一のステップと、前記マイクロ流路に前記第一の置換流体よりも表面張力が大きい第二の置換流体を流通させる第二のステップと、前記マイクロ流路に前記原料流体を含む第三の置換流体又は前記原料流体を流通させる第三のステップと、からなる請求項１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
4. 運転開始前に、前記マイクロ流路に前記置換流体を流通させるステップと、前記置換流体の流通を停止させるステップとを、交互に一回以上繰り返す請求項１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
5. 前記置換流体を前記マイクロ流路の一端側から流入させるステップと、前記置換流体を前記マイクロ流路の他端側から流入させるステップと、を備えた請求項１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
6. 前記マイクロ流路内の気体を除去する際に、気体が除去可能な角度に前記マイクロ化学装置を傾斜させる請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
7. 複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が1ｍｍ以下である１本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の運転方法において、
   運転開始時に一以上の第一の原料流体を流通させる第一のステップと、前記第一のステップから所定時間経過後、前記第一の原料流体以外の第二の原料流体を流通させる第二のステップと、からなることを特徴とするマイクロ化学装置の運転方法。
8. 前記第一のステップにおける前記第一の原料流体が二以上ある場合、前記第一の原料流体が相互に凝集又は析出をしない流体である請求項７に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
9. 運転終了時に、一以上の前記第二の原料流体の流通を停止させる第三のステップと、前記第三のステップから所定時間経過後、前記第二の原料流体以外の一以上の前記第一の原料流体の流通を停止させる第四のステップと、からなる請求項７に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
10. 前記第四のステップにおける前記第二の原料流体が二以上ある場合、前記第二の原料流体が相互に凝集又は析出をしない流体である請求項９に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
11. 前記マイクロ流路の下流に切替手段を設け、該切替手段により前記マイクロ流路を廃棄物回収部又は生成物回収部に連通させるマイクロ化学装置において、
    運転開始後、前記マイクロ流路における反応操作又は単位操作により得られた生成物を廃棄物回収部へ連通させる廃棄モードで所定時間運転した後、前記切替手段を作動させ、前記生成物を生成物回収部へ連通させる生成物回収モードで運転する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
12. 前記生成物回収モードでの運転の後、前記廃棄モードで運転する請求項１１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
13. 運転開始後、前記マイクロ流路における反応操作又は単位操作により得られた生成物が廃棄物か使用可能物かを判定し、前記切替手段を作動させ、前記廃棄物回収部又は前記生成物回収部へ前記マイクロ流路を連通させる請求項１１に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
14. 運転開始後、前記マイクロ流路で反応操作又は単位操作により得られた生成物が廃棄物か使用可能物かを判定する際に、所定時間継続して使用可能物であると判定した時に前記切替手段を作動させ、前記廃棄物回収部又は前記生成物回収部へ前記マイクロ流路を連通させる請求項１３に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
15. 前記単位操作が、混合、分離、分級、濾過、加熱、冷却、熱交換、抽出、晶析、溶解、蒸発、蒸留、吸収、吸着を含み、前記反応操作が、無機物質や有機物質を対象としたイオン反応、酸化還元反応、電解反応、硝化反応、燃焼反応、燃成反応、焙焼反応、ハロゲン化反応、スルホン化反応、アルキル化反応、エステル化反応、醗酵反応、熱反応、触媒反応、ラジカル反応、重合反応を含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロ化学装置の運転方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学装置の運転方法を用いた顔料の製造方法。
    

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