JP2010513241A - 三乳酸アルミニウム粉体および調製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は三乳酸アルミニウムの新規な調製方法を提供する。
【解決手段】本発明は、新規な三乳酸アルミニウム粉状製品を調製するためのスプレー乾燥方法、および得られた有意に自由流動性でありかつ有意に粘着性でも粉塵発生性でもない製品自体に関する。本発明は、当該乳酸アルミニウム製品が使用されることができる製品用途にも関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な三乳酸アルミニウム粉状製品の調製方法および該製品自体に関する。さらに、本発明は、当該乳酸アルミニウム製品が使用されることができる製品用途に関する。

三乳酸アルミニウム粉体の調製方法は、非特許文献１の論文に記載されている。この論文は、塩化アルミニウムまたはアルミニウムイソプロポキシドと乳酸との反応によって起きる沈降によって三乳酸アルミニウム粉体が形成されることを記載している。これらの双方の反応において、沈降物はエーテルで洗われ、約６０〜７０℃／１．０ｍｍＨｇで乾燥される。

より最近の先行技術である砂原（１９８６年）による特許文献１は、触媒の存在において金属アルミニウムが乳酸溶液と直接反応する、三乳酸アルミニウムの製造方法を記載している。得られた水性溶液は、ときには部分的に沈降した乳酸アルミニウムを含有しており、任意的にさらに濃縮され、ろ過されそして乾燥される。

山本（１９９７年）による他の日本国の特許文献２は、塩基性乳酸アルミニウム溶液に乳酸を添加することによって三乳酸アルミニウムを形成する方法を述べている。塩基性乳酸アルミニウムは、当業者に知られているように、三乳酸アルミニウムではなくて、水酸化乳酸アルミニウム化合物を含んでいるものである。この日本国特許出願の塩基性乳酸アルミニウムは、０．５〜５までの乳酸／酸化アルミニウムのモル比を有すると述べられている。この塩基性乳酸アルミニウム溶液に乳酸が添加されて、最後に乳酸／酸化アルミニウムのモル比５．８〜６．２を有する三乳酸アルミニウムが結晶化によって形成される。乳酸と酸化アルミニウムとの比として表されると、三乳酸アルミニウムは６のモル比に相当する。当該日本国特許出願は、塩基性乳酸アルミニウム溶液、すなわち水酸化乳酸アルミニウム溶液はスプレー乾燥されることができることを記載している。これはさらに、得られた三乳酸アルミニウム結晶が様々な手法、たとえばモールド乾燥、流動床乾燥、ドラムまたはコンベア乾燥等を使用して乾燥されることができることを記載している。スプレー乾燥は、利用可能な乾燥手法として言及されていない。

当業者は、三乳酸アルミニウムが水酸化乳酸アルミニウムとは全く異なった化学生成物であることを知っている。水酸化乳酸アルミニウムは非晶質の生成物であり、たとえば三乳酸アルミニウムよりも少なくとも２倍可溶性である。三乳酸アルミニウムは結晶質の生成物であり、したがって高温度においては分解の危険性を有する。

特開昭６１−０６０６３１号公報 特開平０９−００２９９９号公報

Ａ．Ｋ．Ｒａｉ、Ｒ．Ｋ．ＭｅｈｒｏｔｒａおよびＲ．Ｃ．Ｍｅｈｒｏｔｒａ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｆｕｒ ｐｒａｋｔｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ、１９６２年、第４巻、第２０号、１０５〜１１２ページ

本発明は三乳酸アルミニウムの新規な調製方法を提供する。上述の製造方法と比較して、該新規な方法は様々な利点を有する。新規な調製方法は、非常に効率的であり、高い製品収率を有し、最小の製品損失および低い製造コストを有し、かつ析出／結晶化方法と比較して廃棄副生成物を生成しない。この後者の種類の方法は、結晶化されない製品を含んでいる「母液」の形をした廃棄副生成物を常に生成する。結晶化され／析出された製品のろ過後、この母液は後に取り残される。

さらに、本発明に従う新規な製造方法では、補助物質、例として触媒またはたとえばエーテルのような洗浄剤は必要とされない。

新規な製造方法は、複雑でなく、（自動）制御するが容易であり、その結果、結晶化によって得られる製品とは違って一定かつ制御された品質の製品が達成される。本発明に従う方法によって得られることができる三乳酸アルミニウム製品は、特定の粒子サイズ、特定の湿分含有量、およびこれらに関連して特定の程度の粉塵発生性、粘着性、流動性等に関してそれらに応じて調節されることができ、またはしかるべくこれらを備えることができる。したがって、該製品は特定の製品用途に適したものにされることができる。

本発明はさらに、現行の商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体と違って、取り扱いおよび輸送が容易である新規な三乳酸アルミニウム粉状製品を提供する。商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体は、比較的粉塵を発生し易くかつ粘着性であり、また流動性が十分でない。これらの好ましくない粉体特性は、粉状製品を取り扱いおよび輸送する際に実用上および安全上の問題をしばしばもたらす。さらに、製品の粘着性は、高い製品損失および低い収率をもたらす。これはさらに、使用された装置およびパイプラインの徹底的な、時間のかかるおよびコストのかかる洗浄を要求する。本発明の製品によって、これらの問題は克服される。

本発明は、スプレー乾燥工程を含む三乳酸アルミニウムの調製方法において、三乳酸アルミニウムを含んでいる溶液および／または三乳酸アルミニウムスラリーがアトマイズ（霧化）され、そしてアトマイズされた液滴が、加熱されたガスと接触されて固形三乳酸アルミニウム粒子の形成をもたらし、それに続いて該ガスから該固形粒子を分離する上記方法に関する。該溶液またはスラリーは、三乳酸アルミニウム１０〜７０重量％を含んでいることができる。

本発明に従うスプレー乾燥された三乳酸アルミニウム粉体の走査型電子顕微鏡法によって得られたＳＥＭ写真である。 商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体のＳＥＭ写真である。

スプレー乾燥工程は、周知の商業的に入手可能な様々なスプレー乾燥機および装置において行われることができ、その中で、加熱されたガスおよび三乳酸アルミニウム溶液は並流に、向流に、乾燥機中の混合流として、などとして流れる。

加熱されたガス、たとえば減圧下にある空気（たとえば、０．５〜５ミリバールの真空）が、スプレーされた液滴の蒸発または乾燥に使用される。乾燥工程は１段階でまたは多段階で実施されることができ、１段階でとは乾燥機を１回通してという意味である。

溶液がその中に送り込まれそれを通してアトマイズされるところのノズルは、乾燥機の頂部に、底部に、または側部に置かれることができる。様々な種類のノズルが利用可能である。本発明の好まれる実施態様では、ノズルは頂部に置かれ、加熱されたガスが主に上から導入されて、液滴のスプレーと並流に流れる。

ロータリーアトマイザー、高圧力ノズルもしくは２流体ノズルまたはこれらの組み合わせを使用することによって、アトマイズは実施されることができる。低濃縮度の三乳酸アルミニウム溶液は（スラリーも含めて）、２流体ノズルを用いかつ圧縮された空気または水蒸気を使用してアトマイズされるのが好ましいことが発見された。濃度は、ほぼ三乳酸アルミニウム１０〜２５重量％程度である。

三乳酸アルミニウム約２５〜７０重量％、特に４０〜５５重量％の濃度を有する、より高濃縮度の三乳酸アルミニウムスラリーは、２流体ノズルを用いかつ圧縮された空気または水蒸気を使用してアトマイズされることもできるが、好ましくは高圧力によってアトマイズされる。

スプレー乾燥法のための供給原料として使用される三乳酸アルミニウム溶液またはスラリーは、たとえば反応または結晶化／析出のような様々な手段によって得られることができる。

本発明の好まれる実施態様では、水の存在において水性乳酸溶液と水酸化アルミニウム粉体とを（乳酸：三水酸化アルミニウムの）３：１のモル比において反応させることによって、乳酸アルミニウム供給原料溶液が得られる。

本発明の好まれる実施態様では、スプレーされた液滴は、加熱された空気によって乾燥されながら降下する。この第一の乾燥段階の後に、粒子は第二の乾燥段階の中を通されることができ、該第二の乾燥段階はスプレー塔の底の区画に組み込まれていることができる。当該底の区画はさらに、組み込まれた床を含んでおり、そこを通して、加熱された空気が粒子をさらに乾燥するために流れる。この乾燥段階は、別の乾燥装置中で外的に実施されることもできる。

粒子は、第一および／または第二の乾燥段階の後に続いて揺動床または振動床を経由してさらに輸送される。この揺動床または振動床は、たとえば粒子の冷却のようなさらなる条件調整の役割をする。粒子サイズのより微細な調整が要求されるならば、粒子は次に篩および磨砕器を含んでいる分級系を通されることができる。磨砕後の微粉は、スプレー塔のスプレー区画に再循環されることができる。

商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム製品と比較して、本発明の方法は、自由流動性であり、有意に粉塵発生性でもまたは粘着性でもない製品であり、かつ申し分なくほとんど丸い形状のまたは球形状の粒子を含んでいる製品をもたらす。この前者の製品は、立方体およびピラミッドの形状をした塊またはその中間の形状をした塊のようにむしろ見える、多くの端部を有する粒子を含んでいる。これらの棒状または立方体状の粒子は、当該粒子が結晶化法によってつくられたことの表れである。申し分なく球状の本発明の三乳酸アルミニウム粒子は、商業的に入手可能な三乳酸アルミニウムと比較してはるかにより狭い粒子サイズ分布を有する。５０〜１０００マイクロメートル、より特に１００〜５００マイクロメートル、またはさらに１００〜３００マイクロメートルの粒子サイズが容易に達成可能である。本発明の三乳酸アルミニウム粉体は、粒子サイズにおいて１０００マイクロメートルまでのこれらの粒子を含む。本発明の粉体はさらに、非常に高い流動性を有し、かつ商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体よりも目視により粉塵発生性が低い。本発明の粉体は、１．１５未満のハウスナー（Ｈａｕｓｎｅｒ）比（流動性の程度を表現するまたは表す周知のパラメータ）を有するように調節されることができる。これは、商業的に入手可能な三乳酸アルミニウムよりも、本発明の粉体が輸送および取り扱いがより容易でありかつ凝集化傾向がより少ないことを意味する。１．４超のハウスナー比は、粉体が凝集性であること、およびしたがって適切な取り扱いおよび輸送がより困難でありまたはそれに適してさえいないことを意味する。さらに、本発明に従う方法によって得られる新規な製品は、５０ｍｌ／秒以上（たとえば、６０〜７０ｍｌ／秒）からさらに８０ｍｌ／秒超までの非常に高い動的流速を具備することができ、該８０ｍｌ／秒は商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体よりも約２倍高い。同じことが溶解速度にも当てはまり、これは、本発明に従うスプレー乾燥方法によって得られることができる新規な製品の場合約２倍高い。

当該高い動的流速および溶解速度は、該粉体を取り扱いおよび輸送する際に非常に好都合である。高い溶解速度は、該粉体を様々な用途に非常に適したものにする。

上述の好都合な粉体特性の故に、本発明によって得られた三乳酸アルミニウム粉体は、様々な製品用途、たとえば、化粧品およびパーソナルケア用途、歯科または口腔ケア用途ならびに工業用途に非常に適していることが発見された。

以下の非限定的な実施例が、本発明を例示する。

脱塩水の存在において、乳酸８８重量％を含んでいる溶液を、乾燥された水酸化アルミニウム約８０重量％のゲル（Ｔａｕｒｕｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（商標）社から得られた白色非晶質の粉体製品）と反応させることによって、三乳酸アルミニウム２０重量％を含んでいる溶液がつくられた。約７５〜８０℃の高められた温度において、および３対１の乳酸対水酸化アルミニウムのモル比を用いて、反応は実施された。

得られた２０重量％溶液がスプレー乾燥塔に供給された。溶液は、（塔の頂部に置かれた）２流体型ノズルを通して供給され、約８〜１０バールの圧力下に水蒸気の使用によってアトマイズされた。液滴のスプレーは、（スプレー乾燥塔中に上から主に導入される）約２３５〜２４５℃の入口温度を持つ加熱された空気と接触された。出口温度は約１００〜１２０℃であった。

スプレー乾燥された粒子はさらに、塔の下部区画に組み込まれた固定床中にさらなる乾燥のために導入され、そしてその後、冷却のために揺動床を経由して輸送された。粒子は次に篩および磨砕器を含む分級系中を通された。

結果物は、三乳酸アルミニウム粉体９７重量％および湿分含有量３重量％を含んでいる、自由流動性であり、粉塵発生性でなくかつ目視で顕著には粘着性でない粉体であった。粉体組成物のＳＥＭ写真は、図１および２に示されたように、商業的に入手可能な三乳酸アルミニウム粉体、たとえばＰＵＲＡＣ Ｂｉｏｃｈｅｍ社のＰＵＲＡＭＥＸ ＡＬ（商標）のようなものと比較して、ほとんど完全に丸い形状または球形状の（互いにいくらか凝集した）粒子を示した。

Ｍａｌｖｅｒｎ ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００（商標）によって測定された粒子サイズ分布（ＰＳＤ）は、以下のパラメータを示した。すなわち、約１１０のｄ０．１（マイクロメートル）、約１８０のｄ０．５（マイクロメートル）および約３００のｄ０．９（マイクロメートル）。

粉体の流動性の程度は周知のハウスナー比によって表され、これは圧縮されたまたは振動時のかさ密度および無振動時の（圧縮されていない）空気混入かさ密度の測定によって測定され計算された。これらのパラメータの値は表１に示される。実験は正副２通りに行われた。

「Ｃａｒｒ等級」（Ｒ．Ｉ．Ｃａｒｒ、１９６５年、固形物の流動特性の評価）は、圧縮に基づいた公知の指標または尺度であり、様々な粉体の流動特性を互いに比較するために使用される。この尺度に基づく「可」および「優秀」の表現は、本発明の粉体が非常に良好であり優秀でさえある自由流動性を有することを表す。これはさらに、粉体、たとえば大きい袋に詰められた粉体を取り扱いおよび輸送する際に、粉体が有意には圧縮されないことを表す。その結果、大きい袋が顧客に届けられたときに、思いもよらず「半分空」になることはない。

流動性は動的流速の測定によって表されることもでき、これも規格化された方法である。６００ｍｌの粉体製品が管の２ｃｍのオリフィスを通って流れる時間を測定することによって、動的流速は測定される。粉体が通常の取り扱いおよび輸送の作業に適しているという点から、５０以上、好ましくは７０以上または８０ｍｌ／秒以上の動的流速が許容される。動的流速が高ければ高いほど、時間および取り残される粉体の損失の観点から、粉体の取り扱いおよび輸送はそれだけ容易でありかつそれだけ効率的になる。

測定された値が表２に示される。

室温においてミリＱ水（超純水）２００ｍｌ中に三乳酸アルミニウム５ｇを溶解するのに必要な時間を測定することによって、本発明の粉体および市販の粉体の双方の溶解速度が測定された。溶液の電導度が時間中、測定された。電導度が安定になったときに、サンプルは溶解し終わったとみなされる。

約０．１２５ｇ／秒（すなわち、粉体５ｇ当たり４０秒間）の溶解速度を有するＰＵＲＡＭＥＸ ＡＬ（商標）と比較して、スプレー乾燥された三乳酸アルミニウム粉体は約０．２５ｇ／秒（すなわち、粉体５ｇ当たり２０秒間）という２倍高い溶解速度を示した。

約７５〜８５℃の高められた温度において、乳酸約５５．８ｋｇおよび脱塩水約２５．４ｋｇに、乾燥された水酸化アルミニウム約８０重量％のゲル（Ｔａｕｒｕｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（商標）社から得られた白色非晶質粉体製品）約１６ｋｇをゆっくりとかつ制御しながら添加することによって、三乳酸アルミニウム約５３重量％を含んでいるスラリーがつくられた。

三乳酸アルミニウムスラリーは、供給槽中に保存され連続的に撹拌された。該スラリーは、供給槽から、商業的に入手可能なＳＬＳ小規模パイロットスプレー乾燥機に供給された。スラリーは、（塔の頂部に置かれた）２流体型ノズルを通して供給され、圧縮空気によってアトマイズされた。液滴のスプレーは、約２２０〜２３０℃の入口温度を有する加熱された空気と並流に接触された。出口温度は約１２０〜１３０℃であった。

得られた自由流動性三乳酸アルミニウム粉体は約１．１重量％の湿分含有量を有していた。

Claims (10)

1. スプレー乾燥工程を含む三乳酸アルミニウム粉体の調製方法において、三乳酸アルミニウムを含んでいる溶液またはスラリーが液滴へとアトマイズされ、そして該液滴が、加熱されたガスと接触されて固形三乳酸アルミニウム粒子の形成をもたらし、引き続いて該ガスから該固形粒子を分離する上記方法。
2. ガスが、減圧下にある空気である、請求項１に従う方法。
3. 圧縮された空気または水蒸気を供給しかつ２流体ノズルを使用することによって、または高圧力および高圧力ノズルを使用することによって、溶液またはスラリーがアトマイズされる、請求項１または２に従う方法。
4. 三乳酸アルミニウム溶液またはスラリーが、三乳酸アルミニウム１０〜７０重量％を含んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に従う方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に従う方法によって得られることができる三乳酸アルミニウム粉体。
6. １．１５未満のハウスナー比を有する、請求項５に従う三乳酸アルミニウム粉体。
7. 少なくとも５０ｍｌ／秒の動的流速を有する、請求項５または６に従う三乳酸アルミニウム粉体。
8. 環境室温において水中への０．１２５ｇ／秒超の溶解速度を有する、請求項５〜７のいずれか１項に従う三乳酸アルミニウム粉体。
9. パーソナルケア、化粧品、歯科、または工業分野の製品用途に、請求項５〜８のいずれか１項に従う三乳酸アルミニウム粉体を使用する方法。
10. 請求項５〜８のいずれか１項に従う三乳酸アルミニウム粉体を含んでいる、パーソナルケア、化粧品、歯科、または工業分野の製品。

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