JP2009101347A - 粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、粒度分布が狭い粒子が効率よく得られる、粒子の製造方法を提供することである。
【解決手段】粒子（Ｂ０）が溶媒（Ｌ）中に分散された分散体を電成ふるいを備えた分級装置に通すことによって、粒子（Ｂ０）を所望の粒度範囲の粒子に分級する粒子（Ｂ）の製造方法であって、電成ふるい面に対して、おおよそふるい面を含む平面上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射下、分級を行なうことを特徴とする粒子（Ｂ）の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒度分布が狭い粒子の製造方法、およびその製造方法に用いる分散装置に関する。

粒子の分級は、粒子を分散浮遊させる媒体が液体であるか気体であるかによって、湿式分級と乾式分級に大別される。一般的には、湿式分級は分級精度が高い一方、処理量が少なく、乾式分級は処理量が多い一方、分級精度が低いことから、分級精度が求められる用途においては、通常、湿式分級が用いられる。
湿式分級機には、液中での粒子の沈降速度差を利用する重力分級機、粒子の沈降方向と逆向きに２次的な水流を加える水力分級機、遠心力場での沈降速度差を利用する遠心分級機、精密に制御された目開きを利用する電成ふるい機などがあるが、上述の通り、分級における処理量が少ないという問題がある。

これら問題点の解決策として、ふるい面に垂直方向に超音波を照射しながら、電成ふるいを移動および／または回転させる方法（特許文献１参照）が提案されているが、この方法では、処理量は多いものの、超音波により電成ふるいが破損される等の問題がある。
特開２００１−２５２５９０号公報

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、粒度分布が狭い粒子が効率よく得られる、粒子の製造方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者は鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、粒子（Ｂ０）が溶媒（Ｌ）中に分散された分散体を電成ふるいを備えた分級装置に通すことによって、粒子（Ｂ０）を所望の粒度範囲の粒子に分級する粒子（Ｂ）の製造方法であって、電成ふるい面に対して、おおよそふるい面を含む平面上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射下、分級を行なうことを特徴とする粒子（Ｂ）の製造方法；並びに、電成ふるいと、おおよそそのふるい面を含む平面上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射可能な、超音波発振器と振動子で構成される超音波照射装置とを備えた分級装置；である。

本発明の分散装置を用いた本発明の粒子の製造方法は、粒度分布が狭い粒子が効率よく得られる効果を有する。

本発明の粒子の製造方法に用いる本発明の分級装置には、電成ふるい（ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｅｄ ｓｉｅｖｅ）と称される、高精度の目開きを有するふるいが備えられる。
電成ふるいとは、電気メッキ法またはフォトエッチング法を用いて製作されるふるいであって、マイクロシーブ、マイクロメッシュシーブ、ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｅｄ ｓｉｅｖｅなどとも呼ばれる。

本発明の分級装置は、電成ふるい面に対して、おおよそふるい面を含む平面（好ましくは、ふるい面との角度が１０度以内）上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射して使用される。

超音波を照射する装置は、通常、超音波発振器と振動子から構成されている。超音波発振器は超音波照射の制御を行い、超音波は板状の振動子の一つの面から照射される。振動子としては、特に制限は無いが、超音波照射時の溶媒（Ｌ）の流体運動を制御しやすい、例えば、図１に記載されているような投込型の振動子であることが好ましい。

本発明における超音波の周波数は、好ましくは２０ｋＨｚ〜１，０００ｋＨｚであり、より好ましくは３０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚである。周波数がこの範囲にある時、超音波照射時の溶媒のキャビテーションや直進流が生じやすいことから、粒度分布の狭い粒子を効率的に得ることができる。

必要により、電成ふるいによる分級を繰返すことができる。
また、粒子（Ｂ０）を溶媒中に分散させた分散体を、連続的に分級装置に通すことによって、連続的に分級することができる。

本発明の粒子（Ｂ）の製造方法により、粒度分布が狭い粒子を得ることが出来る。具体的には好ましくは変動係数が２〜１８、さらに好ましくは２．２〜１５、より好ましくは２．５〜１２、とくに好ましくは２．８〜１０である粒度分布が狭い粒子（Ｂ）を得ることができる。

変動係数とは粒度分布のシャープさを示す指標であり、小さな値を示すほど、粒度分布がシャープになる。この変動係数は、粒度分布の標準偏差を平均粒子径で除した値を百分率で表すことで得られる。以下、ＣＶと記載する。

本発明における溶媒（Ｌ）としては、粒子（Ｂ０）の比重、粒子径、粒度分布、形状などにより、適当な液体が選択される。粒子の浮遊除去が容易であるとの観点から、粒子（Ｂ０）および粒子（Ｂ）の比重よりも比重が小さい溶媒（Ｌ）が好ましい。溶媒（Ｌ）と粒子（Ｂ０）又は溶媒（Ｌ）と粒子（Ｂ）の比重差は０．０５以上であることが好ましく、０．１以上がさらに好ましい。
また、必要により増粘剤や分散剤などの添加剤を加えることができる。
溶媒（Ｌ）の具体例としては、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−ｎ−ブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、２−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤、水ならびにこれらの２種以上の混合溶剤が挙げられる。これらの中で水が好ましい。

粒子（Ｂ０）が溶媒（Ｌ）中に分散された分散体の製造方法は、特に制限はなく、例えば以下の（１）〜（４）の方法で製造した分散液を、必要により濃縮または上記の溶媒（Ｌ）で希釈することで製造される。ここで粒子（Ｂ０）は粒度調整されていない生成したままの粒子を指すものとする。
（１）必要により公知の添加剤（たとえば可塑剤、粘度調整剤、レベリング剤、消泡剤、防腐剤、着色料など）が溶解した溶媒（Ｌ）中で粗大粒子を粉砕する方法。
（２）粒子（Ｂ０）と同組成の化合物、および必要により公知の添加剤が溶解した溶媒（Ｌ）溶液からの化学反応もしくは物理的冷却によって粒子（Ｂ０）を析出させる方法。
（３）懸濁重合法、乳化重合などによりモノマーを硬化させて粒子（Ｂ０）を製造する方法。
（４）粒子（Ｂ０）の凝集体を、必要により公知の添加剤が溶解した溶媒（Ｌ）溶液へ分散する方法。

溶媒（Ｌ）中に分散された粒子（Ｂ０）の濃度は、溶媒（Ｌ）の重量に対して好ましくは０．１〜５０重量％、さらに好ましくは０．５〜３０重量％である。

上記（１）の粉砕に用いられる装置としては、特に限定されず、例えば、コロイドミル、攪拌ミル、ボールミル、振動ミルなどが挙げられる。

上記（４）の分散に用いられる装置としては、特に限定されず、例えば、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製）、ポリトロン（キネマティカ社製）、ＴＫオートホモミキサー（特殊機化工業社製）等のバッチ式乳化機、エバラマイルダー（荏原製作所社製）、ＴＫフィルミックス、ＴＫパイプラインホモミキサー（特殊機化工業社製）、コロイドミル（神鋼パンテック社製）、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機（三井三池化工機社製）、キャビトロン（ユーロテック社製）、ファインフローミル（太平洋機工社製）等の連続式乳化機、マイクロフルイダイザー（みずほ工業社製）、ナノマイザー（ナノマイザー社製）、ＡＰＶガウリン（ガウリン社製）等の高圧乳化機、バイブロミキサー（冷化工業社製）等の振動式乳化機、超音波ホモジナイザー（ブランソン社製）等の超音波乳化機が挙げられる。

本発明の粒子の製造方法を適用するのに適した粒子（Ｂ０）の体積平均粒径は、好ましくは１〜３００μｍ、さらに好ましくは１．５〜２００μｍ、とくに好ましくは１．５〜１００μｍである。

また、得られる粒子（Ｂ）の体積平均粒径は、好ましくは０．３〜１００μｍ、さらに好ましくは０．５〜８０μｍ、とくに好ましくは０．５〜３０μｍである。

粒子（Ｂ０）および粒子（Ｂ）の比重は、好ましくは０．８〜２．５、さらに好ましくは１．０〜１．７である。

粒子（Ｂ０）および粒子（Ｂ）を構成する物質の組成としては、特に限定されず、有機物であっても無機物であってもよい。粒子（Ｂ０）および粒子（Ｂ）の比重が上記の比重範囲であれば、本発明を行うのに好ましい条件となる。

本発明の電成ふるいと超音波照射装置とを備えた分級装置を振動させることで、分級速度を大きくすることができる。振動発生装置としては圧電振動型、磁歪振動型、電磁振動型などが用いられる。

振動発生装置の分級装置への装着方法は特に限定されず、分級装置に接着してもよいし、はめ込んでもよい。

以下、実施例および比較例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、特に記載のないかぎり、「部」は「重量部」、％は重量％を意味する。

特性値の評価方法は以下の通りである。
＜体積平均粒子径、粒度分布＞
体積平均粒子径および粒度分布の測定は、フロー式粒子像分析装置を用い、以下の条件で測定した。
装置 ：シスメックス社製 ＦＰＩＡ−３０００
測定範囲 ：０．５μｍ〜２００μｍ
粒度分布 ：ＣＶ（標準偏差を中心粒子径で除した値を百分率にて表した数値）で表記した。

＜ふるいの破損＞
分級操作後のふるいを光学顕微鏡で観察し、５０μｍ四方内に存在する破損部位の数を数え、ふるいの破損評価を行った。
判定基準：
○ 破損部位なし
△ １〜１０箇所の破損
× １０箇所を超える破損

＜ふるいの目詰まり＞
分級操作後のふるいを目視観察し、粉体で埋ったふるい面積を確認し、ふるいの目詰まり評価を行った。
判定基準：
○ ほとんど詰まり無し
△ 一部に詰まり有り
× 詰まり

＜実施例１＞
体積平均粒子径５．５μｍ、ＣＶ２２のメチルメタクリレートを主構成単位とする樹脂粒子（Ｂ０−１）を分級し、所望の粒径を５．０μｍとする粒度分布が狭い粒子を製造した。
粒子（Ｂ０−１）５０部をイオン交換水１６００部と混合し、超音波分散機（エスエムテー製）を使用して分散し、粒子濃度３．１重量％の水分散液（Ｕ−１）１６５０部とした。

水分散液（Ｕ−１）を、図１に示した装置を用い、装置下部から３．０×１０^-4ｍ³／ｈで流して分級を行った。
超音波照射装置として、投込型振動子を用い、出力：３００Ｗ、発振周波数：１００ＫＨｚで、電成ふるいのふるい面を含む平面上でふるい面の中心を通過する方向に超音波を照射した。
電成ふるいとして、ニッケル製で、目開き５．０μｍ、内径２００ｍｍφのふるい２枚を使用し、水分散液（Ｕ−１）を２時間流して分級を行った。次いでろ過後乾燥し、体積平均粒子径５．０μｍ、ＣＶ４．２の粒子（Ｂ−１）を得た。

＜実施例２＞
使用する電成ふるいの目開きを１０．０μｍとした以外は実施例１と同じ操作により、体積平均粒子径１０．８μｍ、ＣＶ１８のジビニルベンゼンを主構成単位とする樹脂粒子（Ｂ０−２）を分級し、体積平均粒子径１０．０μｍ、ＣＶ３．２の粒子（Ｂ−２）を得た。

＜実施例３＞
実施例１と同じ操作により、体積平均粒子径５．２μｍ、ＣＶ１０のシリカを主成分とする無機粒子（Ｂ０−３）を分級し、体積平均粒子径５．０μｍ、ＣＶ３．４の粒子（Ｂ−３）を得た。

＜実施例４＞
図１に示した装置を振動数６０Ｈｚで電磁振動させた以外は実施例１と同じ操作により、体積平均粒子径５．３μｍ、ＣＶ２１のジビニルベンゼンを主構成単位とする樹脂粒子（Ｂ０−４）を分級し、体積平均粒子径５．０μｍ、ＣＶ３．６の粒子（Ｂ−４）を得た。

＜比較例１＞
実施例１において超音波を照射しなかった以外は同様の操作を行い、体積平均粒子径５．４μｍ、ＣＶ１８の粒子（Ｒ−１）を得た。

＜比較例２＞
実施例１において、図１に示した装置を用いる代わりに、図２に示した装置を用い、ふるい面に対して４５度の角度の方向から超音波を照射した以外は同様の操作を行い、体積平均粒子径５．１μｍ、ＣＶ８．８の粒子（Ｒ−２）を得た。

実施例１〜４、比較例１〜２において使用した電成ふるいの、使用後のふるいの破損、目詰まりの状態を、表１に示した。
本発明の分散装置を用いた本発明の製造方法によれば、得られる粒子の粒度分布が狭く、ふるいの破損、目詰まりが少ないことが判った。

本発明の製造方法により得られる粒度分布が狭い粒子（Ｂ）は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用間隙部材、タッチパネル用間隙部材、導電性間隙部材、光拡散部材、重合トナー、スラッシュ成形用等に有効に用いられる。

本発明の実施例１〜４に用いた分級装置。振動子から出る点線の矢印は超音波の照射方向である。 比較例２に用いた分級装置。振動子から出る点線の矢印は超音波の照射方向である。

符号の説明

１ 電成ふるい
２ 振動子
３ 粒子の分散液入口
４ 粒子の分散液出口
５ イオン交換水
６ 超音波発信器

Claims (7)

1. 粒子（Ｂ０）が溶媒（Ｌ）中に分散された分散体を電成ふるいを備えた分級装置に通すことによって、粒子（Ｂ０）を所望の粒度範囲の粒子に分級する粒子（Ｂ）の製造方法であって、電成ふるい面に対して、おおよそふるい面を含む平面上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射下、分級を行なうことを特徴とする粒子（Ｂ）の製造方法。
2. 電成ふるい面に対して、おおよそふるい面を含む平面上であってふるい面の中心を通過する方向に超音波を照射下、分級を行なう請求項１に記載の粒子（Ｂ）の製造方法。
3. 電成ふるいを備えた分級装置が振動する、請求項１又は２に記載の粒子（Ｂ）の製造方法。
4. 得られる粒子（Ｂ）の変動係数が２〜１８である請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子（Ｂ）の製造方法。
5. 得られる粒子（Ｂ）の体積平均粒径が０．３〜１００μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子（Ｂ）の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法により得られ、ＬＣＤ用間隙部材、タッチパネル用間隙部材、導電性間隙部材、光拡散部材、重合トナー、またはスラッシュ成形用である粒子（Ｂ）。
7. 電成ふるいと、おおよそそのふるい面を含む平面上であってふるい面を通過する方向に超音波を照射可能な、超音波発振器と振動子で構成される超音波照射装置とを備えた分級装置。

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