JP2007326083A - 固体微粒子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広範な化合物に適用可能な固体微粒子の製造方法を提供する。さらに、有機化合物もしくは無機化合物の微粒子を分散液中に高濃度に製造し、大量生産にも対応しうる固体微粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】対象化合物を第１溶媒に溶解した溶液を、前記溶媒に混和しない第２溶媒に所定温度で微細分散させエマルジョンとし、該エマルジョンを降温させて、前記化合物を固体微粒子として析出させる固体微粒子の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は有機化合物もしくは無機化合物の固体微粒子及びその製造方法に関する。

ナノサイズの微粒子もしくは微結晶は量子サイズ効果により、特異な物性を発現する。これまでに有機化合物もしくは無機化合物に適用可能な、汎用性の高い、微粒子を高濃度に大量に調製する実用的な方法はなかった。
たとえば、有機微粒子の調製方法として再沈法がある。同方法は対象化合物を良溶媒に溶解した溶液を、その貧溶媒（通常は蒸留水）にシリンジなどを用いて注入して、対象化合物の微粒子を生成させる方法である（特許文献１、２参照）。しかし、この方法は良溶媒として、貧溶媒に無限希釈可能な極性溶媒しか使えない。そのため、対象化合物も一部の極性溶媒に溶けるものに限定される。
また、特許文献３には、真空容器内で加熱容器に収容された有機化合物を加熱し、蒸発させ、真空容器内の不活性ガス圧力を調節し、前記有機化合物微粒子を凝結させる方法が開示されている。しかし、この方法では、真空容器を必要とし工業的規模の製造には適さない。また使用できる有機化合物が一定蒸気圧を有するものに限定されてしまう。

特許第２７２３２００号公報 特許第３４２３９２２号公報 特開昭６２−１０６８３３号公報

本発明は、広範な化合物に適用可能な固体微粒子の製造方法の提供を目的とする。さらに、有機化合物もしくは無機化合物の微粒子を分散液中に高濃度に製造し、大量生産にも対応しうる固体微粒子の製造方法の提供を目的とする。

（１）対象化合物を第１溶媒に溶解した溶液を、前記溶媒に混和しない第２溶媒に所定温度で微細分散させエマルジョンとし、該エマルジョンを降温させて、前記化合物を固体微粒子として析出させることを特徴とする固体微粒子の製造方法。
（２）前記エマルジョンを高速攪拌条件下および／または超音波照射条件下で調製することを特徴とする（１）に記載の固体微粒子の製造方法。
（３）前記固体微粒子を析出させるに当たり、さらに外部刺激を与えて固体微粒子をエマルジョンから分散媒中に移行させることを特徴とする（１）または（２）に記載の固体微粒子の製造方法。
（４）前記対象化合物が有機化合物であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の固体微粒子の製造方法。
（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の製造方法によって得られた固体微粒子。

本発明の製造方法によれば、エマルジョン中で結晶成長が達成されるため、エマルジョンを形成しうるものは溶媒として広く使用可能である。そのため、広範な化合物において固体微粒子を製造することができ、再沈法に対して用いうる化合物の種類が飛躍的に増大する。また、油中水滴エマルジョン（逆エマルジョン）を用いることもでき、必要に応じて無機化合物の固体微粒子を作製することもできる。
さらにまた、本発明の製造方法によれば固体微粒子を所望の分散媒中に高濃度で得ることができ、大量生産にも対応しうるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の製造方法は、一定温度に保温された条件で、対象化合物を第１溶媒に溶解した溶液と、第１溶液に混和しない第２溶媒とを混合してエマルジョンとし、該エマルジョンを降温することにより、前記化合物を固体微粒子として析出させるものである。以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の製造方法に用いられる対象化合物は、第１溶媒に溶解することができ、降温により溶解度の低下で析出させることができるものであれば特に限定されず、有機、無機を問わず広く用いることができる。具体的な有機化合物としては、例えば、テトラセン、アントラセン、フラーレン（Ｃ_６０）、ルーブレン、ペリレン、クマリンなどが挙げられる。具体的な無機化合物としては、例えば、イオン結晶化合物などが挙げられ、具体的には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウムなどが挙げられる。

以下に、第１溶媒について説明する。
本発明の製造方法において第１溶媒は、対象化合物を溶解し、第２溶媒と混合して第２溶媒を分散媒としてエマルジョンを形成し、微小液滴となるものであれば特に限定されない。
対象化合物が有機化合物の場合、第１溶媒として、有機化合物に対して溶解性の高い溶媒を用いることが好ましく、例えば、芳香族炭化水素溶媒、有機ハロゲン溶媒、それらの混合溶媒を用いることが好ましく、具体的には、トルエン、キシレン、モノハロベンゼン、ジハロベンゼン、トリハロベンゼン、四塩化炭素等が好ましい。９５℃における対象化合物に対する溶解度でいえば、第１溶媒として５〜２０質量％のものを選定することが好ましく、１０〜２０質量％のものを選定することがより好ましい。

対象化合物が無機化合物の場合、第１溶媒として、無機化合物に対して溶解性の高い溶媒を用いることが好ましく、例えば水が好ましい。９５℃における対象化合物に対する溶解度でいえば、第１溶媒として１０〜３０質量％のものを選定することが好ましく、２０〜３０質量％のものを選定することがより好ましい。
第１溶媒は、単独で用いても、複数のものを組み合わせて用いてもよい。また、必要に応じて添加剤を添加してもよい。

対象化合物を第１溶媒に溶解する濃度は特に限定されないが、飽和溶解させることが好ましい。溶解する具体的な濃度は、具体的な対象化合物及び第１溶媒の組み合わせにもよるが、加温するなどしてもよく、高い微粒子濃度を得るときには、例えば、対象化合物が有機化合物のとき、５〜２０質量％とすることが好ましく、１０〜２０質量％がより好ましい。対象化合物が無機化合物のとき、１０〜３０質量％とすることが好ましく、２０〜３０質量％がより好ましい。このときの溶解温度は、後述するエマルジョン調製時の温度と同じであることが好ましい。

次に第２溶媒について説明する。
本発明の製造方法に用いられる第２溶媒は、第１溶媒と混和せず、第１溶媒と混合してエマルジョンを形成するものであれば特に限定されない。
対象化合物が有機化合物の場合、第２溶媒としては、例えば水が好ましい。
対象化合物が無機化合物の場合、第２溶媒としては、例えば、有機化合物溶媒（例えばトルエン、キシレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン）などが挙げられる。
第２溶媒は、単独で用いても、複数のものを混合して用いてもよい。また、必要に応じて添加剤を添加してもよい。
第２溶媒は対象化合物を溶解しないことが好ましく、２０℃における対象化合物に対する溶解度でいえば、１×１０^−９〜１×１０^−８質量％の溶媒を選定することが好ましい。

本発明の製造方法において、対象化合物を第１溶媒に溶解した溶液（以下、「対象化合物溶液」ともいう。）と第２溶媒の混合比は特に限定されないが、体積比で、対象化合物溶液／第２溶媒が１／１０〜１／４０であることが好ましく、１／２０〜１／４０であることが好ましく。

本発明の製造方法においては、対象化合物溶液と第２溶媒とを混合してエマルジョンとし、第２溶媒（分散媒）中に対象化合物溶液の微小液滴（分散相）を形成し、その微小空間内で対象化合物を微粒子として析出させる。このとき、エマルジョンを調製する方法は特に限定されず、対象化合物溶液と第２溶媒とが所望の状態に混合されればよいが、良好な分散相の微細化状態が得られるように混合することが好ましく、具体的には、高速攪拌条件下および／または超音波照射条件下で調製することが好ましい。
このとき、高速撹拌条件としては、例えば、回転数２，０００〜３０，０００ｒｐｍで機械撹拌することが好ましく、回転数３，０００〜３０，０００ｒｐｍで撹拌することがより好ましい。撹拌時間は、例えば、１０〜６０分とすることが好ましく、３０〜６０分とすることがより好ましい。

超音波照射条件としては、周波数２０〜４５ｋＨｚの超音波を照射することが好ましく、周波数２５〜４５ｋＨｚの超音波を照射することがより好ましい。照射時間は、例えば、１０〜６０分とすることが好ましく、３０〜６０分とすることがより好ましい。
エマルジョンの平均液滴径は、特に限定されないが、例えば１００ｎｍ〜５μｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍであることがより好ましい（本発明においては、特に断らない限り、液滴径とは動的光散乱法を用いて測定した値をいい、平均液滴径とは数平均径をいう。）。

本発明の製造方法においては、一定温度で維持した条件下でエマルジョンを調製する。一定温度条件とは、エマルジョンに含まれる分散相中の対象化合物が不用意に析出しない温度に維持されていればよく、例えば、±５℃の範囲で所望の温度に維持されることが好ましく、±２℃の範囲で維持されることがより好ましい。
エマルジョンを調製する温度は、用いられる対象化合物、第１溶媒、第２溶媒などの種類等により適宜定めればよいが、対象化合物として有機化合物を用いるとき、例えば、９０〜１００℃の範囲にしてエマルジョンを調製することが好ましく、９３〜９７℃の範囲とすることがより好ましい。対象化合物として無機化合物を用いるときは、例えば、９０〜１００℃の範囲にしてエマルジョンを調製することが好ましく、９３〜９７℃の範囲とすることがより好ましい。
このとき一定温度条件下に維持するために、あらかじめ第１溶媒、第２溶媒、対象化合物溶液などを所望の温度にしておき、溶解もしくは混合してエマルジョンとしてもよい。

本発明の製造方法においては、一定温度条件下でエマルジョンを調製し、これを降温してエマルジョン（分散相）中に対象化合物の固体微粒子を析出させる。
降温速度は、対象化合物の微粒子が析出すれば特に限定されないが、例えば、０．２〜０．５℃／分で降温させることが好ましく、０．２℃／分で降温させることがより好ましい。降温させる方法は特に限定されず、降温させる温度幅や反応器のスケール等により適宜定めればよく、例えば、室温より高い温度から、放置して室温（例えば、２５℃）に降温してもよい。このようにすれば、特別な冷却装置を用いることを要しない点で好ましい。降温させるときの温度の高低差（降温前の温度−降温後の温度）は５０℃以上であるこが好ましく、７０℃以上であることがより好ましい。

本発明の製造方法においては、固体微粒子を析出させるに当たり（同時に又はその後）、さらに超音波などの外部刺激を用いて対象化合物の固体微粒子を、エマルジョンを形成した第１溶媒相（分散相）から第２溶媒相（分散媒）に移行させることが好ましい。この場合、外部刺激を適宜選択調節して、生成させる固体微粒子の大きさを大きくしても小さくしてもよい。たとえば、固体微粒子をさらに分散させても、また凝集させてもよい。
外部刺激として超音波を照射するとき、その周波数は特に限定されないが、例えば、２０〜４５ｋＨの超音波を用いることが好ましく、２５〜４５ｋＨの超音波を用いることがより好ましい。超音波照射の時間は特に限定されないが、３０〜１２０分間とすることが好ましく、６０〜１２０分間とすることがより好ましい。

本発明の製造方法においては、対象化合物を析出させ、上記のように分散状態としたとき、固体微粒子を第２溶媒に分散させた状態で分散液を得ることができる。このとき、第１溶媒と第２溶媒との間に界面を形成して分離することができ、それにより微粒子を含まない相（第１溶媒相）と微粒子を含む相（第２溶媒相）を、例えば分液ロート型装置等により容易に分離することができる。したがって、分散媒として不要な溶媒を除去した、高濃度の固体微粒子分散液を効率よく得ることができる。

本発明の製造方法において得られる微粒子の量は特に限定されないが、分散液中に高濃度に微粒子を製造する場合、微粒子を析出させた直後あるいは上記の簡単な分液処理を行ったのみの状態で、微粒子濃度を（本発明において微粒子濃度とは、対象化合物を微粒子として析出させた液中において、含まれる微粒子の質量を、液体全体の体積で除した値をいう。）、例えば、０．１〜０．３ｍｇ／ｍｌとすることが好ましく、０．１〜０．２ｍｇ／ｍｌとすることがより好ましい（この点、従来の再沈法で得られる微粒子濃度は、例えば、１０〜３０μｇ／ｍｌである（特許文献１参照）。）。このようにすることで複雑な濃縮工程を要さずに、不要な溶媒を含まない、高濃度の微粒子分散液を得ることができる。本発明の製造方法に用いられる製造装置は特に限定されないが、例えば、滴下ロート型の装置等を用いることができる。

本発明の製造方法により得られる固体微粒子の粒子径は、特に断らない限り、動的光散乱法により測定した値をいい、平均粒子径とは数平均径をいう。固体微粒子の平均粒子径はナノメートルサイズであることが好ましく、１０〜１０００ｎｍであることがより好ましく、３０〜５００ｎｍであることが特に好ましい。

本発明の製造方法により得られる固体微粒子は、例えばナノ有機固体微粒子として、ディスプレイ用カラーフィルタ等に用いることができる。

本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定して解釈されるものではない。

（実施例１）
［テトラセンの固体微粒子製造］
ジャケット付滴下ロート、機械撹拌器（東京理化機器社製、ＮＥ−１０００型）、温度計を備えた５００ｍＬフラスコに、超純水（１８．２ＭΩ・ｃｍ）を３００ ｍＬ入れ、９３℃に加熱した。
次にジャケット付滴下ロートにテトラセン２．０ｇとトルエン６０ｍｌを入れて加熱し、９３℃のテトラセン飽和トルエン溶液を３０ｍＬ調製した。調製した９３℃のテトラセン飽和トルエン溶液を９３℃に加温した上記超純水に滴下して機械撹拌（３，０００ｒｐｍ）と超音波（４５ｋＨｚ）を用いて、同温度に約±３℃で維持して約１０分間かけて微小液滴を含有するエマルジョンを調製した。

その後、フラスコの加温を停止し、自然放冷により微小液滴中でテトラセンの微結晶を成長させ固体粒子を得た。
室温付近（約２５℃）まで冷却した後、トルエン微小液滴中のテトラセン固体粒子に超音波（４５ｋＨｚ）を３０分間照射して水中に分散させた。最後に、分液ロートで上層部のトルエンを除去することにより、テトラセン固体微粒子の水分散液３００ｍＬを得た。得られたテトラセン固体微粒子を動的光散乱光度計（大塚電子社製、ＦＰＡＲ−１０００型）により測定した結果、平均粒子径は７８ｎｍ（標準偏差１７ｎｍ）であり、微粒子濃度は０．２０ｍｇ／ｍＬであった。この結果より、本発明の製造方法によれば、ナノメートルサイズの固体微粒子が高濃度に分散液中に得られることが分かる。なお、得られた固体微粒子の走査型電子顕微鏡写真（１０，０００倍、５０，０００倍）を図１に示す。
遮光下、室温でテトラセン水分散液を６ヶ月間放置した結果、沈殿は認められなかった。なお、テトラセン水分散液を紫外可視吸収スペクトル（日本分光社製、Ｖ−５５０型）により測定した結果、トルエンの溶存は認められなかった（図２参照）。この結果より、本発明の製造方法によれば、簡便に溶媒を分離し所望の分散媒に分散させて、分散安定性の高い固体微粒子が得られることが分かる。
得られた固体微粒子のＸ線測定を行った結果を図３に示す。これにより、得られた固体微粒子はテトラセンの結晶構造を有することが分かる。

（実施例２）
［アントラセンの固体微粒子製造］
ジャケット付滴下ロート、機械撹拌器（東京理化機器社製、ＮＥ−１０００型）、温度計を備えた５００ｍＬフラスコに、超純水（１８．２ＭΩ・ｃｍ）を３００ｍＬ入れ、７７℃に加熱した。
次にジャケット付滴下ロートにアントラセン１．３ｇと四塩化炭素３０ｍｌを入れて加熱し、７７℃のアントラセン飽和四塩化炭素溶液を１５ｍＬ調製した。調製した７７℃のアントラセン飽和四塩化炭素溶液を７７℃に加温した上記超純水に滴下して機械撹拌（３，０００ｒｐｍ）と超音波（４５ｋＨｚ）を用いて、同温度に約±３℃で維持して約１０分間かけて微小液滴を含有するエマルジョンを調製した。

その後、フラスコの加温を停止し、自然放冷により微小液滴中でアントラセンの微結晶を成長させ固体粒子を得た。
室温付近（約２５℃）まで冷却した後、四塩化炭素微小液滴中のアントラセン固体粒子に超音波（４５ｋＨｚ）を３０分間照射して水中に分散させた。最後に、分液ロートで上層部の四塩化炭素を除去することにより、アントラセン固体微粒子の水分散液３００ｍＬを得た。得られたアントラセン固体微粒子を動的光散乱光度計（大塚電子社製、ＦＰＡＲ−１０００型）により測定した結果、平均粒子径は７５ｎｍ（標準偏差９ｎｍ）ｎｍであり、微粒子濃度は０．１１ｍｇ／ｍＬであった。この結果より、本発明の製造方法によれば、ナノメートルサイズの固体微粒子が高濃度に分散液中に得られることが分かる。なお、得られた固体微粒子の走査型電子顕微鏡写真（１０，０００倍、５０，０００倍）を図４に示す。

（実施例３）
［フラーレン（Ｃ_６０）の固体微粒子製造］
ジャケット付滴下ロート、機械撹拌器（東京理化機器社製、ＮＥ−１０００型）、温度計を備えた５００ｍＬフラスコに、超純水（１８．２ＭΩ・ｃｍ）を３００ｍＬ入れ、９５℃に加熱した。
次にジャケット付滴下ロートにフラーレン１．０ｇとトルエン３０ｍｌを入れて加熱し、９５℃のフラーレン飽和トルエン溶液を１５ｍＬ調製した。調製した９５℃のフラーレン飽和トルエン溶液を、９５℃に加温した上記超純水に滴下して機械撹拌（３，０００ｒｐｍ）と超音波（４５ｋＨｚ）を用いて、同温度で約１０分間かけて微小液滴を含有するエマルジョンを調製した。

その後、フラスコの加温を停止し、自然放冷により微小液滴中でフラーレンの微結晶を成長させ固体粒子を得た。
室温付近（約２５℃）まで冷却した後、トルエン微小液滴中のフラーレン固体粒子に超音波（４５ｋＨｚ）を３０分間照射して水中に分散させた。最後に、分液ロートにより上層部のトルエンを除去し、フラーレン固体微粒子の水分散液を３００ｍＬ得た。得られたテトラセン微結晶を動的光散乱光度計（大塚電子社製、ＦＰＡＲ−１０００型）により測定した結果、平均粒子径は６３ｎｍ（標準偏差１３ｎｍ）であり、微粒子濃度は０．１４ｍｇ／ｍＬであった。この結果より、本発明の製造方法によれば、ナノメートルサイズの固体微粒子が高濃度に分散液中に得られることが分かる。なお、得られた固体微粒子の走査型電子顕微鏡写真（１０，０００倍、５０，０００倍）を図５に示す。
遮光下、室温でフラーレン水分散液を６ヶ月間放置した結果、沈殿は認められなかった。この結果より、本発明の製造方法により得られる固体微粒子の分散液は分散安定性に優れることが分かる。
なお、フラーレン水分散液を紫外可視吸収スペクトル（日本分光社製、Ｖ−５５０型）により測定した結果、トルエンの溶存は認められなかった。この結果より、本発明の製造方法によれば、簡便に溶媒を分離し、所望の分散媒に分散させて固体微粒子が得られることが分かる。

（実施例４）
［塩化ナトリウムの固体微粒子製造］
ジャケット付滴下ロート、機械撹拌器（東京理化機器社製、ＮＥ−１０００型）、温度計、接地を備えた５００ｍＬフラスコに、トルエンを３００ｍＬ入れ、９５℃に加熱した。次にジャケット付滴下ロートに塩化ナトリウム２５ｇと超純水（１８．２ＭΩ・ｃｍ）６０ｍｌを入れて加熱し、９５℃の塩化ナトリウム飽和水溶液を３０ｍＬ調製した。調製した塩化ナトリウム飽和水溶液を９５℃に加温した上記トルエンに滴下して機械撹拌（３，０００ｒｐｍ）と超音波（４５ｋＨｚ）を用いて、同温度に約±３℃で維持して約１０分間かけて微小液滴を含有するエマルジョンを調製した。

その後、フラスコの加温を停止し、自然放冷により微小液滴中で塩化ナトリウムの微結晶を成長させ固体粒子を得た。
続いて水微小液滴中の塩化ナトリウム固体粒子に超音波（４５ｋＨｚ）を３０分間照射してトルエン中に分散させた。最後に、分液ロートにより下層部の水を除去し、塩化ナトリウム固体微粒子のトルエン分散液３００ｍＬを得た。得られた塩化ナトリウム固体微粒子のトルエン分散液をミルポアフィルタ（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ ｆｉｌｔｅｒ）（孔径５０ｎｍ）上に減圧濾過して走査型電子顕微鏡（日立製作所社製、Ｓ−９００型）を用いて測定した結果、平均粒子径は５８０ｎｍ（標準偏差３３ｎｍ）であり、微粒子濃度は０．１５ｍｇ／ｍＬであった。この結果より、本発明の製造方法によれば、無機化合物固体微粒子を高濃度に、所望の溶媒中に分散液させて得られることが分かる。なお、得られた固体微粒子の走査型電子顕微鏡写真（１０，０００倍）を図６に示す。

これらの実施例の結果より、本発明の固体微粒子の製造方法によれば、無機、有機を問わず広範な化合物において、良好な固体微粒子を、所望の溶媒中に安定な分散状態で、しかも高濃度に製造することができることが分かる。

本発明の製造方法で得られたテトラセン微粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面代用写真である。右上部を除く全体が倍率１０，０００倍のときの写真であり、右上部が倍率５０，０００倍のときの写真である。 本発明の製造方法で得られたテトラセン微粒子の水分散液の紫外可視吸収スペクトルである。 本発明の製造方法で得られたテトラセン微粒子の粉末Ｘ線回折チャートである。 本発明の製造方法で得られたアントラセン微粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面代用写真である。右上部を除く全体が倍率１０，０００倍のときの写真であり、右上部が倍率５０，０００倍のときの写真である。 本発明の製造方法で得られたフラーレン（Ｃ_６０）微粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面代用写真である。右上部を除く全体が倍率１０，０００倍のときの写真であり、右上部が倍率５０，０００倍のときの写真である。 本発明の製造方法で得られた塩化ナトリウム微粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面代用写真である。

Claims (5)

1. 対象化合物を第１溶媒に溶解した溶液を、前記溶媒に混和しない第２溶媒に所定温度で微細分散させエマルジョンとし、該エマルジョンを降温させて、前記化合物を固体微粒子として析出させることを特徴とする固体微粒子の製造方法。
2. 前記エマルジョンを高速攪拌条件下および／または超音波照射条件下で調製することを特徴とする請求項１に記載の固体微粒子の製造方法。
3. 前記固体微粒子を析出させるに当たり、さらに外部刺激を与えて固体微粒子をエマルジョンから分散媒中に移行させることを特徴とする請求項１または２に記載の固体微粒子の製造方法。
4. 前記対象化合物が有機化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体微粒子の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか1項に記載の製造方法によって得られた固体微粒子。