JP3677364B2

JP3677364B2 - 微粒子の製造方法および装置

Info

Publication number: JP3677364B2
Application number: JP35686496A
Authority: JP
Inventors: 恭生森本; 憲明築田; 秀直斎藤
Original assignee: Rengo Co Ltd
Current assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10182840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体から遠心力で飛散した液滴を凝固して微粒子を製造する方法および微粒子の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、回転ディスクを用いて液体を微粒子化することが知られており、この方法は金属や高分子材料を微粒子化する場合に応用されている。
【０００３】
たとえば、熱可塑性樹脂などからなる微粒子の製造方法として、溶融状態の樹脂材料を回転体の上壁面に供給して、この回転体の縁端から液滴として分散させ、分散した液滴を冷気体と接触させて冷却固化させる方法が特開昭５９−１７２５２２号公報に記載されている。
【０００４】
また、金属粉末の製造方法として、回転するドラムの内周面に冷却液を供給して、一定の遠心力で旋回する所要層厚の液層を形成し、前記ドラム内に噴出された液滴（溶融金属）を前記液層で捕捉して冷却凝固させる方法が特開平４−３３７０１５号公報に記載されている。
【０００５】
また、金属粉末の製造方法として、筒体の内周面に沿って接線方向から冷却液を噴出供給して旋回する冷却液層を形成し、前記筒体に噴出された液滴（溶融金属）を前記液層で冷却凝固する方法が、特開平４−３２９８０６号公報に記載されている。
【０００６】
ところで、このようにして製造される微粒子は、その用途によっては所要の形状、具体的には真球状の微粒子に形成すると共に所要の粒度範囲で微粒子の収率を高めることが要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の微粒子の製造方法のうち、空気などの冷気流中で冷却凝固する方法では、形成された液滴が高速の冷気流中で二次分裂を起こしやすく、そのときに粒子内に空気が混入して強度が低下したり粒度分布が大きくなるなどの問題がある。
【０００８】
一方、回転するドラムの内周面に遠心力で凝固液層を形成し、この凝固液層にドラム内に噴出された液滴を捕捉して凝固させる微粒子の製造方法、および筒体の内面に沿って接線方向から凝固液を噴出し、前記内面に沿って旋回する冷却液層を形成し、この冷却液層に液滴を捕捉して凝固させる微粒子の製造方法は、いずれも高速で旋回する液層中で液滴を微細に分断することによって微粒子を製造する方法であるから、本願の発明とは目的が異なる技術であり、これにより形成される微粒子は粒径も形状も非常にバラツキの大きいものになる。
【０００９】
このような従来の微粒子の製造方法では、粒子の真球度や粒度分布の要求に対して容易に対応することができず、通常は粒度分布の小さいものを得るために篩を用いて分級する操作が必要になり、そのために製造工程の増加や歩留りの低下などの問題が起こり、製造コストを高騰させることになる。また、真球状の微粒子だけを分取することは工業的にはほとんど不可能に近いと考えられる。
【００１０】
本願の発明者らは微粒子の真球度や粒度分布を向上させる理想的な方法として、水平方向に飛散した液滴を自然落下させ、上面開口の凝固槽で捕捉する方法を考えたが、凝固槽の液面の表面積が非常に大きくなって微粒子の回収が困難であり、これでは実用的な製造はできない。また、そのような製造方法や装置では、凝固液の液質の安定化のための凝固液の循環も困難である。
【００１１】
そこで、この発明の課題は上記した問題点を解決して、遠心力で形成された微小な液滴を、その形状を損なうことなく凝固し、真球度が高く粒度分布の小さい微粒子を製造できる方法を提供することであり、また前記の製造方法に使用する装置を可及的に簡易な構造で小型化することである。
【００１２】
また、微粒子の製造装置に係る発明については、真球度が高く粒度分布の小さい微粒子を連続して効率よく製造することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、液状の粒子形成材料を回転体に供給し、この回転体から遠心力で飛散した液滴を凝固させて微粒子を製造する方法において、前記回転体を囲むように配置した筒体の上部に前記液滴の凝固液を貯留する液溜槽を設け、この液溜槽から凝固液を筒体の内面に沿わせて周方向にほぼ均等な流量で流出させ、前記内面に沿って自然落下する凝固液流中に前記液滴を捕捉して凝固させる微粒子の製造方法としたのである。
【００１４】
また、液滴を遠心力で飛散させる回転体の周囲を囲むように筒体を設け、この筒体の上部に前記液滴の凝固液を貯留し筒体内側に凝固液を流出させる液溜槽を設け、この液溜槽の流出口は前記凝固液が筒体の内面に沿って周方向にほぼ均等な流量で自然落下するように配置形成し、微粒子回収工程を経た凝固液を前記液溜槽へ戻す凝固液循環手段を備えた微粒子の製造装置としたのである。
【００１５】
微粒子の製造方法に係る発明では、凝固液流は壁面の内側に沿って流下する穏やかな流れであり、各水平横断面で均一な厚みを有し、例えば流れの性質を示すパラメーターであるレイノルズ数で示すと、１００００以下の層流に近い流れが好ましい。
【００１６】
また、凝固液は、液溜槽から流出した当初は初速度が０か、または開口部の配置に応じた深さにより極めて小さい初速度で流出し、流出当初は重力加速度によって筒体の内面に沿って流下する距離に応じて流速を増していくが、筒体内面との抵抗、流体固有の粘性に応じて定常状態に達するので、ほぼ定速で流下することが可能である。さらに速度を遅くしたい場合には、筒体内面の設置角度を任意に変えることもできる。こうして得られた凝固液流では、その任意の高さで液滴を捕捉でき、捕捉された液滴は飛散時の表面張力で形成される球形状が殆ど変化しない状態で凝固することになり、真球度が高く粒度分布が小さい微粒子を製造できる。
【００１７】
また、微粒子の製造装置に係る発明では、回転体を囲む筒体上部に設けた液溜槽の流出口を前記凝固液が筒体の内面に沿って周方向にほぼ均等な流量で自然落下するように配置形成する。そのような流出口の具体的な形態としては、筒体を取り囲む溝状の液溜槽とし、その上面開口を流出口として凝固液を壁面の内側にオーバーフローさせるものや、筒体を取り囲むリング状の液溜槽の下部に筒体内面に開口する周溝状のスリットを形成したものであってもよい。
【００１８】
このような微粒子の製造装置についても、前記した微粒子の製造方法に係る発明と同様に、凝固液流は流出後に定常状態になり、その後は定速で流下するので、凝固液流の任意の高さで液滴を捕捉でき、捕捉された液滴は飛散時の表面張力で形成される球形状が殆ど変化しない状態で凝固することになり、また凝固液は循環手段により繰り返し使用できるので、真球度が高く粒度分布が小さい微粒子を連続して効率よく製造できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明に用いる液滴の材料は、セルロース、キトサンなどの天然多糖類や合成樹脂その他の高分子材料、または金属を含む周知の成形用材料を適宜に採用したものであり、溶液または加熱による溶融液の状態か、またはスラリー、エマルジョンなどの液状であって、液を構成する成分が限定されたものではない。
【００２０】
また、この発明に用いる回転体は、液状の粒子形成材料を球状の液滴にして遠心力で飛散する機能があればよく、特定の構造からなるものに限定されず、例えば周知の回転ディスクや回転吐出孔などを採用することができる。
上記の回転ディスクは、微粒子の原料の液状の粒子形成材料が回転するディスクの中心に供給され、回転するディスクの表面に沿って前記液体が均一な厚みでフィルム状に展開し、ディスクの周縁から遠心力で滴状に分裂して微小液滴を飛散させるものである。
【００２１】
また、回転吐出孔は、中空円盤型の回転容器の周壁に多数の貫通孔を形成するか、または前記周壁に貫通させてノズルを取付け、回転容器内に微粒子原料の液状の粒子形成材料を供給すると共に回転容器を回転させ、その際に貫通孔またはノズルから遠心力により凝固液を吐出させて液滴を形成するものである。
【００２２】
これらの液滴形成手段によると、形成された微小液滴が空中を飛散し、凝固液に接するまでの間に微小液滴は表面張力によって球状になる。この場合、回転体と凝固液流との距離を充分確保することにより、飛散する液滴を表面張力により球形状とする。
【００２３】
凝固液は、液滴の原料に対応して適宜に変更されるものであり、特に成分を限定したものではない。例えば、セルロース粒子の形成材料であるビスコース用の凝固液としては、塩酸などの酸性溶液を使用することができ、キトサン溶液用の凝固液としては水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を使用することができる。また、熱可塑性樹脂や金属粒子を冷却固化するためには、メタノールなどを用いることもできる。
【００２４】
凝固手段は、回転体を囲むように配置した筒体の内面に沿って凝固液を重力により自然落下させることにより、粒子を変形することなく凝固できるものであり、前記液滴が凝固液に接触した時に突き抜けることのない厚さの穏やかな層流を形成するものである。たとえ極めて速やかに凝固する凝固液を採用した場合でも、回転体の周囲で凝固液が高速で対流していたり、乱流になっているものでは、液滴が凝固するまでに変形したり分裂することになるので好ましくない。
【００２５】
このように液滴が凝固するまでに変形や分裂を起こさない凝固液の流速は、使用する粒子形成材料の種類、粘度、密度（比重）、固形分濃度、組成などの性状および凝固液との組み合わせによって異なる。いずれの条件でも、重力を利用して充分な厚みをもった凝固液の緩やかな液膜を形成してやれば、微小液滴の形状を損なうことなく凝固させることができる。
【００２６】
図１に示す第１実施形態の微粒子の製造装置は、液状の粒子形成材料ａをポンプ１を介して回転体２に供給し、回転軸３に入力される回転によって遠心力を働かせて液滴を飛散させ、回転体２の周囲を囲むように筒体の壁面４を設け、壁面４の上部外側には凝固液ｂを貯留する環状の液溜槽５を設けると共に、液溜槽５の上面を開放して流出口６とし、ポンプ７で供給される凝固液ｂをオーバーフローさせて壁面４の内側に沿って自然落下するようにし、壁面４の下部は漏斗状に形成してその下方には微粒子８を凝固液ｂから分離し、回収する網状の濾過部材９を回収槽１０の下部に設けた微粒子の製造装置Ａである。
【００２７】
この装置では、回収槽１０の下部と液溜槽５とはポンプ７を介した流路１１で連結しており、凝固液ｂを循環して使用する構成である。また、濾過部材９の上に分離された微粒子８は、分離後に回収槽１０から回収できるものである。濾過部材９を形成する材料としては、ポリ塩化ビニリデンなどが好ましいものとして挙げられる。
【００２８】
図２に示す第２実施形態の微粒子の製造装置Ｂは、上記した第１実施形態の装置における上面開放の液溜槽５に代えて、内周縁部分に下向きに開口する周溝状のスリット１２を形成した環状の液溜槽１３とし、スリット１２より凝固液ｂを壁面４の内側に沿って自然落下するようにしたこと以外は第１実施形態と全く同様に構成したものである。
【００２９】
上記したような実施形態の微粒子の製造装置を用いて、遠心力で形成された球状の微小液滴を、その形状を損なうことなく凝固させ、真球度が高く粒度分布の小さい微粒子を連続的に製造できる。
【００３０】
【実施例】
〔実施例１〕
図１にて説明した第１実施形態の装置を用いて微粒子を製造した。なお、回転体は、図３に示すように、回転軸３に取付けられた円筒状のステンレス鋼製の回転容器１４（直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍ）であって、その上面に液体が供給される直径５０ｍｍの穴１５を有し、周側面には直径０．３ｍｍの孔１６が等間隔で１６２０個形成されているものを使用した。
【００３１】
そして、回転容器１４にビスコース（セルロース濃度８．５重量％、アルカリ濃度５．３重量％）を供給し、回転数８００ｒｐｍで回転させた。また、回収槽１０には２Ｎの塩酸を収容し、ポンプ７で２７０リットル／分の流量で液溜槽５に供給して循環させ、すなわち同流量を筒体の壁面４の上縁から溢れさせ、流下する液面に飛散した液滴を当てて凝固液中に捕捉させ、流下中に凝固させた後、濾過部材９上に分離されたものを回収した。
【００３２】
回収されたセルロース微粒子に脱硫、漂白、水洗処理を行なった。得られたセルロース微粒子の粒度分布をレーザー光散乱方式の粒度分布測定装置で測定した結果、平均粒径が７９３μｍであり、粒度分布はロージン・ラムラーの分布関数の式Ｒ_(DP)＝１００・exp(−ｂＤ_P ⁿ) におけるｎの値が４．７６（小数第３位四捨五入）であった。なお、分布関数の式におけるＲ_(DP)は、積算篩上重量％、Ｄ_Pは粒子径、ｂ、ｎは定数であり、log Ｄ_Pに対し log｛log(100/R _(DP)) ｝をプロットし直線の勾配からｎ値を求めた。
【００３３】
そして、得られたセルロース微粒子を篩いで分級したところ、全ての粒子は網目７１０μｍと８５０μｍの湿式ふるいの間におさまった。
【００３４】
また、図５に示すように、光学顕微鏡で粒子形状を観察すると、全ての粒子が真球状であり、粒子内部に空孔は観察されなかった。
【００３５】
〔実施例２〕
第１実施形態の装置を用いて微粒子を製造した。なお、回転体は、図４に示すように回転軸３に取り付けられた円筒体のアクリル製樹脂製の回転容器１９（直径１００ｍｍ、高さ４０ｍｍ）であって、その上面に液体が供給される直径５０ｍｍの穴１７を有し、周側面には内径０．４ｍｍのノズル１８が等間隔で３２本取り付けられているものを使用した。
【００３６】
そして、回転容器１９に実施例１で用いたビスコースを供給し、回転数１０００ｒｐｍで回転させた。その後は、実施例１と全く同様にしてセルロース微粒子を製造した。得られたセルロース微粒子の粒度分布をレーザー光散乱方式の粒度分布測定装置で測定した結果、平均粒径が５０４μｍであり、粒度分布はロージン・ラムラーの分布関数の式におけるｎの値が４．６９（小数第３位四捨五入）であった。
【００３７】
〔実施例３〕
第１実施形態の装置を用いて微粒子を製造した。なお、回転体は、図４に示す実施例２で用いたものと同じ形状のものを使用した。
【００３８】
そして、回転容器１９にキトサン溶液（キトサン濃度７．５重量％、酢酸濃度１０重量％in aq 、Ｂ型粘度計で測定した２０℃における粘度５２５０ｃｐｓ）を供給し、回転数１０００ｒｐｍで回転させた。回収槽１０には２％の水酸化ナトリウムを収容して２７０リットル／分の流量でポンプ７により液溜槽５に供給し循環させ、筒体の壁面４の上縁から凝固液ｂを溢れさせ、飛散した液滴を凝固液ｂ中に捕捉させ、キトサンを凝固（固化）させた後、濾過部材９上から回収した。
【００３９】
得られたキトサン微粒子の粒度分布をレーザー光散乱方式の粒度分布測定装置で測定した結果、平均粒径が４８４μｍであり、粒度分布はロージン・ラムラーの分布関数の式におけるｎの値が４．８８（小数第３位四捨五入）であることが判明した。
【００４０】
〔実施例４〕
図１にて説明した第１実施形態の装置を用いて微粒子を製造した。なお、回転体は回転軸に取付けられた円板状の回転円板（直径１００ｍｍ）であって、その上面に液体が供給されるものを使用した。
【００４１】
そして、上記の回転円板にセルロース濃度８．０重量％、アルカリ濃度５．３重量％のビスコースをチューブポンプにて４．５ミリリットル／分の割合で供給し、回転数１０００ｒｐｍで回転させ、その他の条件は実施例１と全く同様にしてセルロースを凝固させた後、濾過部材９上から回収し、セルロース微粒子を得た。
【００４２】
得られたセルロース微粒子は、平均粒径が７１９μｍであり、粒度分布はロージン・ラムラーの分布関数の式におけるｎの値が３．７５（小数第３位四捨五入）であることが判明した。
【００４３】
また、図６に示すように、光学顕微鏡で粒子形状を観察すると、全ての粒子が真球状であり、粒子内部に空孔は観察されなかった。
【００４４】
〔比較例１〕
実施例２で使用した回転容器に実施例１で用いたビスコースを供給し、回転数１０００ｒｐｍで回転させた。
【００４５】
そして、第１実施形態の液溜槽に代えて、図７に示すように、８本のホース２０を筒体の壁面４の上縁に等間隔で斜め下方に開口端を向けて配置し、１本当たり１３５リットル／分の流量で２Ｎの塩酸を放出して液層を形成し、この液中に前記回転容器から飛散したビスコース液滴を捕捉し凝固させてセルロース微粒子を形成した。
【００４６】
得られたセルロース微粒子は、平均粒径が４７９μｍであり、粒度分布はロージン・ラムラーの分布関数の式におけるｎの値が２．９６（小数第３位四捨五入）であった。
【００４７】
また、図８に示すように、光学顕微鏡で粒子形状を観察すると、粒子形状が揃わず、粒径も不揃いであった。
【００４８】
【発明の効果】
この発明の微粒子の製造方法および装置は、以上説明したように、簡易で小型の装置で目的を達成し、液滴が飛散する回転体を囲むように配置した筒体の内面に沿って周方向にほぼ均等な厚みの凝固液流を形成し、この凝固液流で液滴を捕捉し凝固したので、遠心力で形成された微小な液滴を、気泡を混入させたりその形状を損なうことなく凝固でき、真球度が高く粒度分布の小さい微粒子を製造できる利点がある。
【００４９】
また、微粒子の製造装置に係る発明については、真球度が高く粒度分布の小さい微粒子を連続して効率よく製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粒子の製造装置の第１実施形態の説明図
【図２】微粒子の製造装置の第２実施形態の説明図
【図３】実施例１に使用した回転体の斜視図
【図４】実施例２に使用した回転体の斜視図
【図５】実施例１の微粒子の光学顕微鏡写真
【図６】実施例３の微粒子の光学顕微鏡写真
【図７】比較例１の微粒子の製造装置の説明図
【図８】比較例１の微粒子の光学顕微鏡写真
【符号の説明】
１、７ポンプ
２回転体
３回転軸
４筒体の壁面
５、１３液溜槽
６流出口
８微粒子
９濾過部材
１０回収槽
１１流路
１２スリット
１４、１９回転容器
１５、１７穴
１６孔
１８ノズル
２０ホース
ａ粒子形成材料
ｂ凝固液
Ａ、Ｂ微粒子の製造装置

Claims

液状の粒子形成材料を回転容器に供給すると共にこの回転容器を回転させ、この回転容器の周壁に形成した多数の吐出孔から遠心力で飛散した液滴を凝固させて微粒子を製造する方法において、
前記回転容器を囲むように配置した筒体の上部に前記液滴の凝固液を貯留する液溜槽を設け、この液溜槽から凝固液を筒体の内面に沿わせて周方向にほぼ均等な流量で流出させ、前記内面に沿って自然落下する凝固液流中に前記液滴を捕捉して凝固させることを特徴とする微粒子の製造方法。
回転容器の周壁に多数の吐出孔を形成し、この回転容器を回転させた際に前記吐出孔から液滴を遠心力で飛散させる回転容器の周囲を囲むように筒体を設け、この筒体の上部に前記液滴の凝固液を貯留し筒体内側に凝固液を流出させる液溜槽を設け、この液溜槽の流出口は前記凝固液が筒体の内面に沿って周方向にほぼ均等な流量で自然落下するように配置形成し、微粒子回収工程を経た凝固液を前記液溜槽へ戻す凝固液循環手段を備えてなる微粒子の製造装置。