JP4335493B2 - 乳化分散液の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散液が分散媒中に微粒子状に分散した乳化分散液の製造方法に関し、さらに詳しくは単分散のシャープな粒度分布を有する微粒子状に分散した均一な乳化分散液を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の乳化方法はバッチ式で行われるのが一般的であり、分散液と分散媒および界面活性剤を高速撹拌機（ディゾルバー）、ホモジナイザー、ホモミクサー等の撹拌乳化混合機へ供給し分散滴を粉砕、衝突、せん断作用等を利用し微細化し、界面活性剤によりそれらの微粒子を安定化させて安定な乳化液を得ている。また近年では、バッチ式に代わって、流体を連続的に供給しながら乳化処理する連続式乳化装置も開発されている。
【０００３】
バッチ式乳化装置の一例として、特開平６−１８２１７５号公報には、水平方向に回転可能に配置された乳化用撹拌翼とその上部に設置された液滴を解砕する解砕翼を備えた乳化装置により、始めに非水系物質を加え、撹拌しながらその後水系媒体を加えて水中油滴型の乳化液を作製する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平１１−５７４３７号公報には、内部に高速で回転する撹拌羽根を備えたライン乳化装置を通じて水相を循環し、油相をライン乳化装置手前に連続的に供給する事により転相を伴わない乳化液の製造方法が開示されている。
【０００５】
一方連続式乳化装置の一例として、特許第２５１５９８３号公報に、穿設孔を有する１枚の板よりなるオリフィスミキサーを用いて液状サイズ剤を乳化装置が開示されている。
【０００６】
また、実開平６−２４７３２号公報には、右捻りエレメントと左捻りエレメントを軸方向に交互にかつ隣接するエレメントの端部を交叉させて配列した静止型混合器を用いてエマルジョン型サイズ剤を製造する乳化装置が開示されている。
【０００７】
さらに、その他連続式乳化装置としては、マントンゴーリン社のコロイドミル、マイクロフルイデックス社製のマイクロフルイダイザー等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の乳化装置または乳化方法にはいずれも次のような問題点があった。
【０００９】
特開平６−１８２１７５号公報に記載された方法では、平均粒子径が約１μｍの微粒子状に分散した水中油滴型の乳化液を作製することは可能であるが、乳化室の底面並びに側面との間隔をできる限り狭くした乳化撹拌羽根を用いることが必要であり、大量処理が可能な大型の装置を製造することは困難である。さらに本装置による微粒子状に分散した乳化液の調整に際しては、始めに非水系物質を加え、撹拌しながらその後徐々に水系媒体を加えて水中油滴型の乳化液を作製するという転相乳化法が必要である。この方法ではバッチ方式が必須となると共に途中添加物の供給速度が制限されるため１バッチの調合に長時間を要するため生産性が劣るという欠点がある。またさらに転相時には液粘度が急激に上昇するため高トルク型の撹拌装置が必要であり装置が高価となる欠点を有する。その上、バッチ式転相乳化法における最大の問題は常に粒度分布が同じ微粒子状に分散した乳化液を調整することが難しい点にあり、品質の安定した乳化液の製造が困難である。
【００１０】
特開平１１−５７４３７号公報に記載された技術は、ライン乳化装置が機械回転式であり、故障頻度が高く信頼性に欠けるという欠点を有している。ライン乳化装置を用いてはいるが、乳化処理はバッチ式であり生産性に劣る欠点を有している。
【００１１】
特許第２５１５９８３号公報に記載された装置では、穿設孔を有する１枚の板よりなるオリフィスミキサーは広く生産現場において使用されているが、高濃度の微分散化した乳化液の作製は困難である。
【００１２】
また、実開平６−２４７３２号公報に記載された位置変更型の静止型混合器では、高濃度の微分散化した乳化液の作製は困難である。
【００１３】
さらに、その他の連続式乳化装置は、微粒子化分散の効果はあるが、一般に５００〜１０，０００kg/cm2といった超高圧力が必要となるため装置が高価となる。しかしその割に能力が少なく経済性に劣る欠点を有する。また貫通孔が極めて細いため運転途中で詰まる等のトラブルが発生し易く、極めて限定された対象に対してのみ使用されており、連続して大量処理する乳化分散液の製造には適していない。
【００１４】
この発明は、上述した技術背景に鑑み、簡略化された工程で粒径が微細で高濃度の均一な乳化液を効率良く製造し、かつ大量連続処理が可能となる乳化分散液の製造方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の乳化分散液の製造方法は、前記目的を達成するために、流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させることを基本要旨とする。
【００１６】
この発明において、前記板体の孔部は、断面形状が円形であるとともに、板厚方向の中間部に縮径部が形成されたテーパー状となされていることが好ましい。
【００１７】
前記流体を、前記孔部の最小断面積部において５ｍ／秒以上の速度で通過させることが好ましい。
【００１８】
前記２枚の板体は、板厚方向に所定距離を隔てて組み合わされているか、あるいは板厚方向に接触状態に組み合わされている。
【００１９】
また、この発明において、前記分散液が液状非水系物質であり、前記分散媒が液状水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である。あるいは、前記分散液が液状水系物質であり、前記分散媒が液状非水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である。
【００２０】
前記分散媒の容量が分散液の容量以上であることが好ましい。
【００２１】
さらに、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱し、前記流通管式管型乳化装置に供給することが好ましい。
【００２２】
さらにまた、前記通流管式管型乳化装置を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置に供給することもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を参照つつ詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明に用いる流通管式管型乳化装置(1)は、流通管(2)内部に流れを遮る方向に静止型乳化分散エレメント(3)を配設したものであり、この乳化装置(1)を用いて連続的に乳化分散処理を行う。
【００２５】
前記静止型乳化分散エレメント(3)は、それぞれ板厚方向に複数の孔部(4a)(4b)が穿設された２枚の板体(3a)(3b)により構成され、一方の板体(3a)の孔部(4a)が他方の板体(3b)の孔部(4b)と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わされている。即ち、２枚の板体(3a)(3b)は孔部(4a)(4b)の位置や大きさが完全に一致するのではなく、一方の板体の孔部の開口部の一部を他方の板体の表面が塞ぐように組み合わされている。図１において、(5)は分散液、分散媒、界面活性剤を流通管式管型乳化装置(1)に導入するための供給路であり、(6)は流通管式管型乳化装置(1)で処理された乳化分散液を送出するための送出路である。
【００２６】
この発明において、２枚の板体(3a)(3b)の孔部(4a)(4b)の重なる部分とは、上流側の板体(3a)の孔部(4a)の出側開口部が下流側の板体(3b)の孔部(4b)の入側開口部と重なる部分と定義し、開口面積に対する重なる部分の面積の占める割合を％で表す。以下、「重なり面積率」と省略して称する。なお、２枚の板体(3a)(3b)は、組合せ状態において接触していることも距離（ｌ）を隔てていることもあるので、「重なる」とは接触状態のみを示すのではなく、同一平面上に投影したときに重なる状態をも示している。
【００２７】
このような静止型乳化分散エレメント(3)に分散液、分散媒および界面活性剤を高速度で供給すると、これらの流体（Ｆ）は、上流側の板体(3a)において、板面へ衝突するとともに、孔部(4a)(4a)…で分流される。そして、上流側孔部(4a)と下流側孔部(4b)との位置のずれによって、流れが乱されながら下流側孔部(4b)に分流される。下流側の板体(3b)においても衝突、分流し、その後流体は集合する。このとき、２枚の板体(3a)(3b)に適切に穿設された孔部(4a)(4b)と板面との作用により発生する液衝突に伴う液滴破壊力と、２枚の板体(3a)(3b)のそれぞれの孔部(4a)(4b)を高速度で流体が通過する際生じる噴流によるキャビテーション作用と、孔部(3a)(3b)で分流される際の強いせん断力とによる分散力および攪拌力により、連続的な乳化分散処理がなされる。さらに、２枚の板体(3a)(3b)が距離（ｌ）を隔てて組み合わされる場合は、２枚の板体(3a)(3b)間の狭い隙間を高速度で流れる事により強いせん断力が生じて、一層強力な分散力および攪拌力が作用する。
【００２８】
２枚の板体(3a)(3b)の重なり面積率を９０％以下とするのは、上流側の板体(3a)の孔部(4a)を通過した流体（Ｆ）を下流側の板体(3b)の表面に確実に衝突させて液滴破壊力を発生させるとともに、流れを複雑化することにより分散効果を高めるためである。上流側の孔部(4a)と下流側の孔部(4b)が完全に一致していると、その分散効果は大幅に低下する。特に好ましい重なり面積率は８０％以下である。また、両孔部が全く重ならない重なり面積率が０％の場合も本発明に含まれる。
【００２９】
前記板体(3a)(3b)の外周形状については特に制限はないが、均質な流れを得るために、厚みが一定で、表面が平滑な流通管(2)の形状に一致した形状のものが望ましい。流通管(2)として円形直管を使用する場合は、円形の形状の板体を使用することが望ましい。また、板体(3a)(3b)の厚さについては乳化分散器としての機械強度を保持するに十分な厚さ以上であれば特に制限はないが、通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の厚さの板を使用する事が望ましい。１ｍｍ未満では孔部(4a)(4b)を設けた場合、機械強度が不足する危険性があり、２０ｍｍを超えると過大な装置重量のため装置費が高価となる。
【００３０】
また前記孔部についても、立体的な形状等に特に制限はなく適宜用いることができる。図２および図３に、２枚の板体を組み合わせた静止型乳化分散エレメントを例示する。
【００３１】
図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、静止型乳化分散エレメント(10)は、前記流通管(2)の内径（Ｄ）に対応する直径（Ｄ）の２枚の円形板体(10a)(10b)を組み合わせたものである。一方の板体(10a)は、中心から均等位置に断面形状円形の４個の孔部(11a)…が板体の表面に対して直角に穿設されている。前記孔部(11a)は、いずれも板体(10a)の板厚方向で孔径（ｄ１）が一定の同一形状であって、孔間隔（Ｘ１）で形成されている。他方の板体(10b)は、一方の板体(10a)とは、孔部(11b)が中心から４５°回転した位置に穿設されていることのみが異なる。従って、図２（Ｃ）に示すように、これら２枚の板体(10a)(10b)を重ねるように組み合わせると、両方の孔部(11a)(11b)は位置がずれているために全く重ならない。即ち、前記孔部(11a)の重なり面積率は０％である。
【００３２】
また、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す静止型乳化分散エレメント(20)は、２枚の円形板体(20a)(20b)に穿設された孔部の形状と位置が、先の静止型乳化分散エレメント(10)と異なる。
【００３３】
即ち、一方の板体(20a)には、中心に１個の孔部(21a)と、この孔部(21a)の周囲の均等位置に外接する４個の孔部(21a')との合計５個の孔部が穿設されている。他方の板体(20b)には、中心の周囲均等位置に互いに外接する４個の孔部(21b)が穿設されている。従って、孔間隔（Ｘ２）はいずれも開口直径（ｄ３）に等しい。
【００３４】
前記各孔部(21a)(21a')(21b)は、断面形状が円形であり、板厚方向の中央に直径（ｄ２）の縮径部(22a)(22b)が形成されて、開口直径（ｄ３）の開口部に向かって径大となるテーパー状となされた、いわゆる杵型構造の孔部である。前記孔部(21a)(21a')(22b)において、入側および出側のテーパー部（符号なし）の板厚方向の長さは等しく（ｙ１）であり、縮径部(22a)(22b)の板厚方向の長さは（ｙ２）である。また、開口直径は入側、出側ともに等しく（ｄ３）である。
【００３５】
そして、図３（Ｃ）に示すように、これら２枚の板体(20a)(20b)を組み合わせると、それぞれの孔部(21a)(21b)が孔部(21b)(21a)の中心で囲まれた正四角形の重心点となるように互いに配置され、両方の孔部(21a)(21b)は部分的に重なる。これらの孔部(21a)(21a')の重なり面積率は、中心に位置して下流側の４つの孔部(21b)に対して重なり部分を有する孔部(21a)は７２．８％、２つの孔部(21b)に対して重なり部分を有する孔部(21a')は３６．４％である。なお、本実施形態では、中央の孔部(21a')のみが重なり面積率が７２．８％となっている。しかし、同心円を描くように外側に孔部を適宜増設していけば、板体の中央部に重なり面積率の等しい孔部を数多く形成することができる。もとより、この発明は孔部数を限定するものではない。
【００３６】
この発明は、孔部形状や孔部数を上記例に限定するものではないが、分散効率および攪拌効率が優れている点で、図３に示した杵型構造のものが好ましい。即ち、杵型構造の孔部(21a)(21b)では流体が高速度で流れる時、その構造により急激な縮小流れと拡大流れが与えられることにより、通常の衝突・せん断・噴流による分散力に加え、さらにより激しい乱流による混合を受けるため一層細かい微粒子分散体を得ることができる。さらにまた、穿設孔部の構造とその配置により圧力損失を最小に抑えることができる。
【００３７】
その他の孔部の形状としては、流通方向に縮径されるテーパー形状、板厚方向に対して斜行する形状等を例示できる。また、断面形状も円形、三角形、四角形、多角形、星形、スリット状等いずれの形状であっても可能である。但し、狭い粒度分布の微粒子分散体を得るためには、円形または正多角形が望ましい。特に均等な流れを得る事ができる円形が望ましい。さらに流路断面全体にできる限り均等に配置した、同一寸法の複数個の穿設孔部を設けることが望ましい。
【００３８】
また、前記孔部の寸法について穿設可能であれば特に制限はないが、狭い粒度分布の微粒子分散体を得るためには、複数個の同一形状、同一寸法の孔部を流れ断面に均等に穿設する事が望ましい。また、孔部における最小断面積部の寸法が小さくなりすぎると、流体の詰まりが生じるおそれがある。このような観点から、例えば断面形状円形孔部の場合は直径が０．５ｍｍ以上が望ましい。また、断面形状が三角形以上の多角形、あるいは星形、スリット状、その他の異形断面形状の孔部の場合は、内部に直径０．５ｍｍ以上の円を形成できる寸法であることが望ましい。なお、孔部の最大寸法については制限されない。
【００３９】
また上述したように、１組の２枚の板体(3a)(3b)は、接触させて組み合わせることも、所定距離（ｌ）を隔てて組み合わせることもできる。後者の場合、前記距離（ｌ）は通常２０ｍｍ以下であることが望ましい。２０ｍｍを超えると各々の板体(3a)(3b)が独立して作用するため２枚の板体(3a)(3b)間の流れにより生じる液衝突に伴う液滴破壊力とせん断力による分散力を十分に利用する事ができないため、狭い粒度分布の微粒子分散体を得る事が出来ない。さらに２枚の板体(3a)(3b)の間隔（ｌ）は５ｍｍ以下であることが特に好ましい。２枚の板体(3a)(3b)を設置する角度は流れを遮る事ができる角度であれば特に制限はないが、通常板面が流れに直角となる角度に設置することが望ましい。また２枚の板体の角度は一致させる事が望ましい。
【００４０】
前記流通管(2)の形状やサイズについて特に制限はない。曲管でも直管でも使用できるが、通常直管を使用する事が望ましい。管の断面形状は円形、四角形、多角形のいずれでもよいが、均等な流れを得る事ができる円形の断面構造が望ましく、内径５mm以上の円形直管を使用することが望ましい。内径５mm未満では、均等に孔部を配置することが困難であり、かつ孔部の面積が少ないため処理能力が不十分である。
【００４１】
前記流通管(2)の寸法の変化に対して、孔部(3a)(3b)の寸法を特に変更する必要はない。流通管(2)の寸法が大きくなった場合でも、小スケール実験で得られた最適条件の寸法、形状、配置の孔部(3a)(3b)を使用することができる。従って、処理量を増加させたた場合でも同一の粒度分布を有する微粒子分散体を得ることができる。
【００４２】
また、前記流通管(2)および板体(3a)(3b)の材質についても特に制限はない。各種鉄鋼材料やプラスチック材料やその他材料の中より、流体の化学的性質、摩耗性、操作温度や圧力、製作コスト等を考慮して選定することが望ましい。
【００４３】
前記流通管式管型乳化装置(1)において、２組以上の静止型乳化分散エレメント(3)を使用する場合は、各組間の間隔について特に制限はなく、接触させても、隙間を設けても良い。また、複数の流通管式管型乳化装置(1)を直列または並列に接続することも可能であるし、前記流通管式管型乳化装置(1)間にさらに混合を主目的としたケニックス型等の混合方式の異なるの静止型混合器を設置することも可能である。さらに、前記通流管式管型乳化装置(1)を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置(1)に供給して、同じ装置で処理を重ねることも可能である。
【００４４】
この発明において、流体が孔部の最小断面積部を通過する速度は５ｍ/秒以上であることが望ましい。さらに１５ｍ／秒以上であることが望ましい。本装置は衝突・せん断・噴流による分散力を利用することにより微粒子分散体を生成することが可能となるため、流体を高速度で流すことが望ましい。従って、５ｍ／秒未満の流速では微粒子分散体を生成するに十分な乳化分散力を得ることができない。一方、流速を上げるに従って、より微細な乳化分散体を得ることができるが、１００ｍ／秒を超える流速になると過大な圧力損失が発生するため、１００ｍ／秒以下が好ましい。
【００４５】
本発明に適用する液状非水系物質としては、低粘度液状物、高粘度液状物、半固形物、ホットメルト素材等、乳化に用いる液状水系物質に溶解しないものであればいずれの物質も用いることができる。例えば炭化水素系油状物、炭化水素の変性物等の天然若しくは合成オイル、大豆油等の植物油、スチレン、（メタ）アクリル酸エステル等のモノマー類、フタル酸エステル等の可塑剤、フェノール類等の酸化防止剤、液状ゴム、液状樹脂等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００４６】
これらの液状非水系物質の粘度について特に制限はないが、乳化粒子相である分散液として使用される場合、安定な微粒子分散体を得るために、１０，０００ｍＰａ・ｓ以下である事が望ましい。また連続相である分散媒として使用される場合、５，０００ｍＰａ・ｓ以下である事が望ましい。５，０００ｍＰａ・ｓ以上では通常使用される運転圧力内で本静止型乳化分散エレメントに所望の流速で液を供給する事が困難となる。
【００４７】
一方、本発明に適用する液状水系物質としては、工業用水、イオン交換水等の各種水および水を主成分とする塩類、塩基類、無機酸類、有機酸類、アルコール類等が溶解した水溶液等が挙げられる。乳化に用いる液状非水系物質と相互に溶解しない水を主成分とする液状物質であれば、いずれの物質も使用することができる。
【００４８】
本発明に適用する界面活性剤のうち、非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。また、陰イオン界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪族アミンおよび脂肪族アマイドの硫酸塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪族エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸塩類等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００４９】
さらに、複数種の界面活性剤の併用、非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤の併用も可能である。
【００５０】
分散液が液状非水系物質であり、分散媒が液状水系物質である場合、水中油滴型（Ｏ／Ｗ型）乳化分散液の作製の場合は、界面活性剤として非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤うちの１種以上を使用する。非イオン界面活性剤の場合は、特にＨＬＢ値が８以上のものを使用する事が望ましい。反対に、分散液が液状水系物質であり、分散媒が液状非水系物質である場合、即ち油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）乳化分散液の作製の場合は、界面活性剤として非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤うちの１種以上を使用する。非イオン界面活性剤の場合は、ＨＬＢ値が６以下のものを使用する事が望ましい。また、何れの組合せの場合も、分散効率が良い点で、前記分散媒の容量が分散液の容量以上であることが好ましい。
【００５１】
本乳化分散操作においては、分散媒、分散液、および界面活性剤の混合方法について特に制限されるものではない。例えば、分散媒中へ分散液と界面活性剤を乳化分散させる方法、分散液と界面活性剤の混合液中へ分散媒を徐徐に加えて転相乳化させる方法等各種の乳化方法を使用する事ができる。
【００５２】
さらに消泡剤、重合禁止剤、充填剤等乳化操作に悪影響を及ぼさないものであれば、前記記載の液状非水系物質、液状水系物質並びに界面活性剤に加えて、必要に応じて適宜添加する事ができる。
【００５３】
また、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱した後、前記流通管式管型乳化装置に供給することが好ましく、分散効率を高めることができる。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明を実施例により詳細に説明する。各種の物性の測定は、下記の方法に従って行った。また、部および％は特に記述がない場合は重量部および重量％を意味する。
〔１〕体積平均粒子径（メディアン径）の測定；
堀場製作所製 粒度分布測定装置 ＬＡ−３００で透過率８５〜９５％、循環速度５，データ取り込み回数１０回の条件にて体積基準粒度分布を測定し、体積平均粒子径および標準偏差を求めた。実施例中特に測定法について記述がない場合は本測定法により求めた値を意味する。
〔２〕ＨＬＢ値；メーカ記載の数値を使用した。
〔３〕粘度；Ｂ型粘度計による測定データによる。
（実施例１）
図４に示す製造プロセス例−１の構成において、流通管式管型乳化装置として、図１に示す流通管(2)の中部に、図３に示した杵型構造の孔部(21a)(21b)が穿設された２枚の板体(20a)(20b)を組み合わせた静止型乳化分散エレメント(20)を１組設置した。使用した各装置の寸法は以下の通りである。
【００５５】
流通管(2)の長さ（Ｌ）；１５０ｍｍ
流通管の内径（Ｄ）；１８ｍｍ
板体の間隔（ｌ）；０（接触状態）
孔部(21a)(21b)の縮径部(22a)(22b)の直径（ｄ２）；２ｍｍ
孔部(21a)(21b)の開口直径（ｄ３）；６ｍｍ
板体(20a)(20b)の板厚（ｔ２）；５ｍｍ
孔間隔（Ｘ２）；６ｍｍ
孔部(21a)(21b)のテーパー部の長さ（ｙ１）；２ｍｍ
縮径部(22a)(22b)の長さ（ｙ２）；１ｍｍ
孔部の最小断面積（縮径部(22a)(22b)の断面積）；０．１２６ｃｍ2
孔部の重なり面積率；７２．８％(21a)、３６．４％(21a')
静止型乳化分散エレメント(20)の角度；流通方向に対して直角
タンクＴ１に分散媒として液状水系物質の２５℃イオン交換水１７Ｌを投入し、タンクＴ２に分散液として液状非水系物質の２５℃白絞油（粘度 ５０ｍＰａ・ｓ）１０ｋｇを投入した後、２５℃の非イオン界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）３ｋｇを加え、十分にかき混ぜ混合した。
【００５６】
ポンプＰ１により７．９Ｌ／ｍｉｎの流量でイオン交換水を上記乳化装置へ供給すると共にポンプＰ２により６．１Ｌ／ｍｉｎの流量で該白絞油と界面活性剤混合液を同じく上記乳化装置へ供給し、Ｏ／Ｗ型乳化分散液を作製した。この際の孔部の最小断面積部（縮径部(22a)(22b)）を通過する流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ，差圧は０．５ＭＰａであった。
【００５７】
作製した乳化分散液において、乳化分散粒子の体積平均粒子径は４．１μｍ、標準偏差は３．１μｍであった。
（実施例２）
実施例１のポンプＰ１の供給流量を１５．８Ｌ/min,ポンプＰ２の供給流量を１２．２Ｌ/min,に変更し、その他は同一条件にて乳化分散液の作製を行った。この時、孔部の最小断面積部における流速は３７ｍ／ｓｅｃ、差圧は２ＭＰａであった。
【００５８】
得られた乳化分散液の体積平均粒子径は２．５μｍ、標準偏差は１．７μｍであった。
（実施例３）
実施例１のポンプＰ１の供給流量を３１．６Ｌ/min,ポンプＰ２の供給流量を２４．４Ｌ/min,に変更し、その他は同一条件にて乳化分散液の作製を行った。この時、孔部の最小断面積部における流速は７４ｍ/ｓｅｃ、差圧は６．５ＭＰａであった。
【００５９】
得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．４μｍ、標準偏差は１．０μｍであった。
【００６０】
最小断面積部における流速を上げることにより、より微細な粒子を得ることができた。
（実施例４、５、６）
実施例１の液状非水系物質の白絞油に代え、２５℃ヒマシ油（粘度７００ｍＰａ・ｓ）を使用し、その他は実施例１、２、３各々と同一条件で乳化分散液を作製した。各乳化分散液の体積平均粒子径および標準偏差を表１に実施例１〜３の結果と併せ示す。
【００６１】
白絞油の場合と同じく最小断面積部における流速を上げるに従って粒子径は小さくなり、体積平均粒子径が２μｍ以下の標準偏差が小さい、シャープな粒度分布を示す安定な乳化分散液を得ることができた。
（実施例７）
実施例１で使用した静止型分散エレメント(20)に代え、図２に示した一定直径の孔部(11a)(11b)を有する２枚の板体(10a)(10b)を組み合わせた静止型乳化分散エレメント(10)を１組設置した。各部寸法は以下のごとくである。
【００６２】
孔間隔（ｘ１）；６ｍｍ
孔部(11a)(11b)の直径（ｄ１）；２ｍｍ
板体(10a)(10b)の板厚（ｔ１）；５ｍｍ
板体(10a)(10b)の間隔（ｌ）；２ｍｍ
静止型乳化分散エレメント(10)の角度；流通方向に対して直角
孔部(11a)の重なり面積率；０％
その他は実施例１と同一の条件で乳化分散テストを実施した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１ＭＰａであった。得られた乳化分散液の体積平均粒子径は５．２μｍ、標準偏差は４．３μｍであった。
（実施例８）
図５に示す製造プロセス例−２の構成になる設備を用いてテストを行った。流通管式乳化装置として流通管(2)およびと静止型分散エレメント(20)は実施例１と同一のものを使用した。
【００６３】
タンクＴ１へ分散媒として９０℃イオン交換水６０Ｌを投入し、ＫＯＨ３００ｇ加え、十分に混合した。タンクＴ２へ分散液として１２０℃に加熱し溶解させた、グッドイヤー社製ウイングステイＬ（ＷＳＬ）１０ｋｇを投入し、陰イオン界面活性剤であるオレイン酸０．５ｋｇを加え十分に混合した（粘度１，０００ｍＰａ・ｓ）。ポンプＰ１により９．２Ｌ/ｍｉｎの流量で該イオン交換水を上記乳化装置へ供給すると共に、Ｍ１スチームミキサーにより該イオン交換水を１２０℃まで加熱し、さらにＣ１冷却器にて９０℃まで冷却した状態で運転を継続し、その後ポンプＰ２により４．８Ｌ/ｍｉｎの流量で１２０℃の該ウイングステイＬ（ＷＳＬ）−オレイン酸混合液を供給し、Ｏ/Ｗ型の乳化液を作製した。最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．５ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．８μｍ、標準偏差は１．０μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６４】
非水系物質の融点が水系物質の大気圧下の沸点１００℃より高い場合においても、本乳化装置とスチーム加熱器および冷却器を組み合わせることにより、経済的に有利で、大量生産が可能な方法により乳化分散液を作製する事ができた。
（実施例９）
図６に示す製造プロセス例−３の構成になる設備を用いて、流通管式管型乳化装置として実施例１と同一の流通管(2)と静止型分散エレメント(20)を使用し、タンクＴ１，Ｔ２へは実施例１と同液種、同液量の分散媒と分散液を投入した。
【００６５】
ポンプＰ１により該イオン交換水を３１．６Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置を経由した後、Ｔ１へ戻る循環運転を開始した。その後Ｐ２により該白絞油ー界面活性剤混合液を２４．４Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置へ供給し、乳化分散液の作製を開始した。タンクＴ２内の分散液がなくなった時、Ｐ２を停止すると共にＰ１の流量を５６Ｌ/ｍｉｎへ増加し、さらに５分間Ｔ１→Ｐ１→乳化装置→Ｔ１と循環運転を継続した後、Ｐ１を停止し乳化分散操作を終了した。最小断面積部における流速は７４ｍ／ｓｅｃ、差圧は６．５ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は０．７μｍ、標準偏差は０．２４μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６６】
繰り返し本乳化装置に通して乳化させた事により、非常に微細な、安定な乳化液を作製することができた。
（実施例１０）
実施例１において、流通管式管型乳化装置として流通管(2)の中央部に図３の構造の静止型乳化分散エレメント(20)を２組互いの間隔を空けないで設置し、その他の条件は実施例１と同一にて、乳化分散テストを行った。最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．８ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３．５μｍ、標準偏差は２．９μｍであった。結果を表２へ記載する。
（実施例１１）
図７に示す製造プロセス例−４の構成の設備において、流通管式管型乳化装置として実施例１と同一の流通管(2)および静止型乳化分散エレメント(20)を使用して乳化分散テストを行った。
【００６７】
タンクＴ１へ分散媒として６０℃のイオン交換水５Ｌを投入し、タンクＴ２へ分散液として６０℃のヒマシ油３ｋｇ（粘度６０ｍＰａ・ｓ）と６０℃の非イオン界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）０．９ｋｇを投入し、十分にかき混ぜ混合した。ポンプＰ２を起動し、タンクＴ２内の分散液を１４Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置を経由してタンクＴ２へ戻す循環を開始した。タンクＴ１の下部コックを僅かに開け、Ｔ１内のイオン交換水１．５ｋｇを約５分間かけタンクＴ２へ添加した。途中で分散液の粘度が上昇した後、転相が起こり、Ｏ/Ｗ型の乳化液となった。さらに循環運転を継続しながら、残りのイオン交換水３．５ｋｇを添加し乳化分散液の作製を完了した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．２μｍ、標準偏差は０．６２μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６８】
なお、差圧はヒマシ油のみの循環運転時は１ＭＰａであったが、転相前には上昇し、転相完了後再び１ＭＰａ前後になった。
（実施例１２）
実施例１と同一の設備を用いて乳化分散テストを行った。タンクＴ１に分散媒として液状非水系物質の４０℃のＣ重油（１８０ｍＰａ．ｓｅｃ）を９Ｌを投入した後、非イオン界面活性剤（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ＥＯ付加モル数が３）２００ｇを加え、十分にかき混ぜ、溶解させた。一方タンクＴ２へは分散液として液状水系物質の４０℃イオン交換水１ｋｇを投入した。ポンプＰ１により１２．６Ｌ／ｍｉｎの流量でＣ重油と非イオン界面活性剤の混合液を乳化装置へ供給すると共に、ポンプＰ２により１．４Ｌ／ｍｉｎの流量でイオン交換水を乳化装置へ供給し、Ｗ／Ｏ型の乳化分散液を作製した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１．２ＭＰａであった。顕微鏡写真より求めた乳化分散液の体積平均粒子径は４．８μｍ、標準偏差は３．５μｍであった。結果を表２へ記載する。
（比較例１）
図８に示す撹拌装置(40)を用いて乳化分散液の作製を行った。使用した攪拌装置(40)の各寸法を以下に示す。
【００６９】
撹拌槽(41)の内径（ｒ１）；１００ｍｍ
撹拌槽(41)の高さ（ｈ１）；２５０ｍｍ
撹拌翼(42)の種類；６枚ディスクタービン翼１段
翼径（ｒ２）：５０ｍｍ、翼板寸法；長さ１２ｍｍ×巾８ｍｍ
翼セット高さ（ｈ２）；底部より１２ｍｍ
バッフル条件；６ｍｍ平板バッフル×４枚
分散媒の２５℃イオン交換水３００ｍＬを上記撹拌槽(41)に添加し、５００ｒｐｍの回転速度で撹拌を開始した。予め分散液の白絞油１８０ｇに非イオン界面活性剤 ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）５４ｇを添加混合した２５℃の液をゆっくりと添加し、添加完了後７００ｒｐｍに回転数を上げ、５分間撹拌を継続した後、テストを終了した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１５．８μｍ、標準偏差は２６．４μｍであった。結果を表３へ記載する。
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例２）
比較例１における白絞油をヒマシ油に変更し、他は比較例１と同一条件にて乳化分散テストを実施した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３８．３μｍ、標準偏差は５５μｍであった。結果を表３へ記載する。
【００７０】
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例３）
比較例１と同一の撹拌槽(41)を用いて、以下のごとく転相乳化法による実験を行った。
【００７１】
撹拌槽(41に２５℃白絞油２００ｇを添加した後、２５℃の非イオン界面活性剤 レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０ ６０ｇを添加し、５００ｒｐｍで撹拌を開始した。２５℃イオン交換水３４０ｇの内８０ｇをゆっくりと添加した後、回転数を７００ｒｐｍへ上げ、５分間撹拌を継続した。
【００７２】
その後残りのイオン交換水２６０ｇを添加し、添加完了後５分間撹拌を継続し、実験を終了した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１８．３μｍ、標準偏差は１０．９μｍであった。結果を表３へ記載する。
【００７３】
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例４）
比較例３における白絞油をヒマシ油に変更した以外は比較例３と同一条件で乳化分散テストを行った。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３．１μｍ、標準偏差は１．７μｍであった。結果を表３へ記載する。
（比較例５）
実施例１における流通管式管型乳化装置として、孔部(21a)(21a')(21b)の位置の異なる板体(20a)(20b)からなる１組の静止型乳化分散エレメント(20)に代えて、同一構造の２枚の板体(20a)(20a)からなる静止型乳化分散エレメントを使用し。即ち、孔部の重なり面積率は１００％である。その他は全て実施例１と同一条件で乳化分散テストを実施した。
【００７４】
その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は６．５μｍ、標準偏差は５．７μｍであった。本例では、重なり面積率が１００％であるため、標準偏差が大きい。即ち大きな粒子を含む分散液となった。そのため放置しておくと短期間で少量であったが、相分離が発生した。結果を表３へ記載する。なお、この時の孔部の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．３ＭＰａであった。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明の乳化分散液の製造方法は、流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させるものであるから、液衝突に伴う液滴破壊力、噴流によるキャビテーション作用、孔部に分流される際のせん断力による優れた分散力および攪拌力により、乳化分散処理を行い、粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。しかも、処理に要する装置は流通管内に静止型乳化分散エレメントを配設した簡単な構造であり、かつ材料流体を高速度で流通させるだけの簡単な工程であるから、上記乳化分散液の大量生産が可能である。
【００７９】
また、前記板体の孔部が、断面形状が円形であるとともに、板厚方向の中間部に縮径部が形成されたテーパー状となされている場合は、流体をより激しく乱流させ、一層細かく微粒子を分散させることができる。
【００８０】
流体が前記孔部の最小断面積部を通過する速度が５ｍ／秒以上である場合は、上述した衝突・せん断・噴流による、特に高い分散力が得られる。
【００８１】
前記２枚の板体は、板厚方向に所定距離を隔てて組み合わされている場合は、上述した衝突・せん断・噴流による分散力に、隙間を流れる時の強いせん断力が加わり、分散力を高めることができる。また板厚方向に接触状態に組み合わされていても良い。
【００８２】
また、この発明に好適に使用できる流体例として、前記分散液が液状非水系物質であり、前記分散媒が液状水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上を例示できる。あるいは、前記分散液が液状水系物質であり、前記分散媒が液状非水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上を例示できる。これらの組合せにより、粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８３】
前記分散媒の容量が分散液の容量以上である場合には、特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８４】
さらに、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱した後、前記流通管式管型乳化装置に供給する場合は、高い分散性を得て特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８５】
さらにまた、前記通流管式管型乳化装置を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置に供給する場合も、特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造す
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の乳化分散液の製造方法に用いる流通管式管型乳化装置の一例を示す、一部切欠斜視図である。
【図２】静止型乳化分散エレメントの一例を示す図であり、（Ａ）は上流側の板体の平面図および２Ａ−２Ａ線断面図、（Ｂ）は下流側の板体の平面図および２Ｂ−２Ｂ線断面図、（Ｃ）は２枚の組合せ状態を示す平面図および２Ｃ−２Ｃ線断面図図である。
【図３】静止型乳化分散エレメントの他の例を示す図であり、（Ａ）は上流側の板体の平面図および３Ａ−３Ａ線断面図、（Ｂ）は下流側の板体の平面図および３Ｂ−２３線断面図、（Ｃ）は２枚の組合せ状態を示す平面図および３Ｃ−３Ｃ線断面図図である。
【図４】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−１を示すブロック図である。
【図５】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−２を示すブロック図である。
【図６】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−３を示すブロック図である。
【図７】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−４を示すブロック図である。
【図８】乳化分散用撹拌槽を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…流通管式管型乳化装置
２…流通管
３,10,20…静止型乳化分散エレメント
3a,3b,10a,10b,20a,20b…板体
4a,4b,11a,11b,21a,21a',21b…孔部
22a,22b…縮径部
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散液が分散媒中に微粒子状に分散した乳化分散液の製造方法に関し、さらに詳しくは単分散のシャープな粒度分布を有する微粒子状に分散した均一な乳化分散液を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の乳化方法はバッチ式で行われるのが一般的であり、分散液と分散媒および界面活性剤を高速撹拌機（ディゾルバー）、ホモジナイザー、ホモミクサー等の撹拌乳化混合機へ供給し分散滴を粉砕、衝突、せん断作用等を利用し微細化し、界面活性剤によりそれらの微粒子を安定化させて安定な乳化液を得ている。また近年では、バッチ式に代わって、流体を連続的に供給しながら乳化処理する連続式乳化装置も開発されている。
【０００３】
バッチ式乳化装置の一例として、特開平６−１８２１７５号公報には、水平方向に回転可能に配置された乳化用撹拌翼とその上部に設置された液滴を解砕する解砕翼を備えた乳化装置により、始めに非水系物質を加え、撹拌しながらその後水系媒体を加えて水中油滴型の乳化液を作製する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平１１−５７４３７号公報には、内部に高速で回転する撹拌羽根を備えたライン乳化装置を通じて水相を循環し、油相をライン乳化装置手前に連続的に供給する事により転相を伴わない乳化液の製造方法が開示されている。
【０００５】
一方連続式乳化装置の一例として、特許第２５１５９８３号公報に、穿設孔を有する１枚の板よりなるオリフィスミキサーを用いて液状サイズ剤を乳化装置が開示されている。
【０００６】
また、実開平６−２４７３２号公報には、右捻りエレメントと左捻りエレメントを軸方向に交互にかつ隣接するエレメントの端部を交叉させて配列した静止型混合器を用いてエマルジョン型サイズ剤を製造する乳化装置が開示されている。
【０００７】
さらに、その他連続式乳化装置としては、マントンゴーリン社のコロイドミル、マイクロフルイデックス社製のマイクロフルイダイザー等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の乳化装置または乳化方法にはいずれも次のような問題点があった。
【０００９】
特開平６−１８２１７５号公報に記載された方法では、平均粒子径が約１μｍの微粒子状に分散した水中油滴型の乳化液を作製することは可能であるが、乳化室の底面並びに側面との間隔をできる限り狭くした乳化撹拌羽根を用いることが必要であり、大量処理が可能な大型の装置を製造することは困難である。さらに本装置による微粒子状に分散した乳化液の調整に際しては、始めに非水系物質を加え、撹拌しながらその後徐々に水系媒体を加えて水中油滴型の乳化液を作製するという転相乳化法が必要である。この方法ではバッチ方式が必須となると共に途中添加物の供給速度が制限されるため１バッチの調合に長時間を要するため生産性が劣るという欠点がある。またさらに転相時には液粘度が急激に上昇するため高トルク型の撹拌装置が必要であり装置が高価となる欠点を有する。その上、バッチ式転相乳化法における最大の問題は常に粒度分布が同じ微粒子状に分散した乳化液を調整することが難しい点にあり、品質の安定した乳化液の製造が困難である。
【００１０】
特開平１１−５７４３７号公報に記載された技術は、ライン乳化装置が機械回転式であり、故障頻度が高く信頼性に欠けるという欠点を有している。ライン乳化装置を用いてはいるが、乳化処理はバッチ式であり生産性に劣る欠点を有している。
【００１１】
特許第２５１５９８３号公報に記載された装置では、穿設孔を有する１枚の板よりなるオリフィスミキサーは広く生産現場において使用されているが、高濃度の微分散化した乳化液の作製は困難である。
【００１２】
また、実開平６−２４７３２号公報に記載された位置変更型の静止型混合器では、高濃度の微分散化した乳化液の作製は困難である。
【００１３】
さらに、その他の連続式乳化装置は、微粒子化分散の効果はあるが、一般に５００〜１０，０００kg/cm2といった超高圧力が必要となるため装置が高価となる。しかしその割に能力が少なく経済性に劣る欠点を有する。また貫通孔が極めて細いため運転途中で詰まる等のトラブルが発生し易く、極めて限定された対象に対してのみ使用されており、連続して大量処理する乳化分散液の製造には適していない。
【００１４】
この発明は、上述した技術背景に鑑み、簡略化された工程で粒径が微細で高濃度の均一な乳化液を効率良く製造し、かつ大量連続処理が可能となる乳化分散液の製造方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の乳化分散液の製造方法は、前記目的を達成するために、流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させることを基本要旨とする。
【００１６】
この発明において、前記板体の孔部は、断面形状が円形であるとともに、板厚方向の中間部に縮径部が形成されたテーパー状となされていることが好ましい。
【００１７】
前記流体を、前記孔部の最小断面積部において５ｍ／秒以上の速度で通過させることが好ましい。
【００１８】
前記２枚の板体は、板厚方向に所定距離を隔てて組み合わされているか、あるいは板厚方向に接触状態に組み合わされている。
【００１９】
また、この発明において、前記分散液が液状非水系物質であり、前記分散媒が液状水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である。あるいは、前記分散液が液状水系物質であり、前記分散媒が液状非水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である。
【００２０】
前記分散媒の容量が分散液の容量以上であることが好ましい。
【００２１】
さらに、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱し、前記流通管式管型乳化装置に供給することが好ましい。
【００２２】
さらにまた、前記通流管式管型乳化装置を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置に供給することもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を参照つつ詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明に用いる流通管式管型乳化装置(1)は、流通管(2)内部に流れを遮る方向に静止型乳化分散エレメント(3)を配設したものであり、この乳化装置(1)を用いて連続的に乳化分散処理を行う。
【００２５】
前記静止型乳化分散エレメント(3)は、それぞれ板厚方向に複数の孔部(4a)(4b)が穿設された２枚の板体(3a)(3b)により構成され、一方の板体(3a)の孔部(4a)が他方の板体(3b)の孔部(4b)と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わされている。即ち、２枚の板体(3a)(3b)は孔部(4a)(4b)の位置や大きさが完全に一致するのではなく、一方の板体の孔部の開口部の一部を他方の板体の表面が塞ぐように組み合わされている。図１において、(5)は分散液、分散媒、界面活性剤を流通管式管型乳化装置(1)に導入するための供給路であり、(6)は流通管式管型乳化装置(1)で処理された乳化分散液を送出するための送出路である。
【００２６】
この発明において、２枚の板体(3a)(3b)の孔部(4a)(4b)の重なる部分とは、上流側の板体(3a)の孔部(4a)の出側開口部が下流側の板体(3b)の孔部(4b)の入側開口部と重なる部分と定義し、開口面積に対する重なる部分の面積の占める割合を％で表す。以下、「重なり面積率」と省略して称する。なお、２枚の板体(3a)(3b)は、組合せ状態において接触していることも距離（ｌ）を隔てていることもあるので、「重なる」とは接触状態のみを示すのではなく、同一平面上に投影したときに重なる状態をも示している。
【００２７】
このような静止型乳化分散エレメント(3)に分散液、分散媒および界面活性剤を高速度で供給すると、これらの流体（Ｆ）は、上流側の板体(3a)において、板面へ衝突するとともに、孔部(4a)(4a)…で分流される。そして、上流側孔部(4a)と下流側孔部(4b)との位置のずれによって、流れが乱されながら下流側孔部(4b)に分流される。下流側の板体(3b)においても衝突、分流し、その後流体は集合する。このとき、２枚の板体(3a)(3b)に適切に穿設された孔部(4a)(4b)と板面との作用により発生する液衝突に伴う液滴破壊力と、２枚の板体(3a)(3b)のそれぞれの孔部(4a)(4b)を高速度で流体が通過する際生じる噴流によるキャビテーション作用と、孔部(3a)(3b)で分流される際の強いせん断力とによる分散力および攪拌力により、連続的な乳化分散処理がなされる。さらに、２枚の板体(3a)(3b)が距離（ｌ）を隔てて組み合わされる場合は、２枚の板体(3a)(3b)間の狭い隙間を高速度で流れる事により強いせん断力が生じて、一層強力な分散力および攪拌力が作用する。
【００２８】
２枚の板体(3a)(3b)の重なり面積率を９０％以下とするのは、上流側の板体(3a)の孔部(4a)を通過した流体（Ｆ）を下流側の板体(3b)の表面に確実に衝突させて液滴破壊力を発生させるとともに、流れを複雑化することにより分散効果を高めるためである。上流側の孔部(4a)と下流側の孔部(4b)が完全に一致していると、その分散効果は大幅に低下する。特に好ましい重なり面積率は８０％以下である。また、両孔部が全く重ならない重なり面積率が０％の場合も本発明に含まれる。
【００２９】
前記板体(3a)(3b)の外周形状については特に制限はないが、均質な流れを得るために、厚みが一定で、表面が平滑な流通管(2)の形状に一致した形状のものが望ましい。流通管(2)として円形直管を使用する場合は、円形の形状の板体を使用することが望ましい。また、板体(3a)(3b)の厚さについては乳化分散器としての機械強度を保持するに十分な厚さ以上であれば特に制限はないが、通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の厚さの板を使用する事が望ましい。１ｍｍ未満では孔部(4a)(4b)を設けた場合、機械強度が不足する危険性があり、２０ｍｍを超えると過大な装置重量のため装置費が高価となる。
【００３０】
また前記孔部についても、立体的な形状等に特に制限はなく適宜用いることができる。図２および図３に、２枚の板体を組み合わせた静止型乳化分散エレメントを例示する。
【００３１】
図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、静止型乳化分散エレメント(10)は、前記流通管(2)の内径（Ｄ）に対応する直径（Ｄ）の２枚の円形板体(10a)(10b)を組み合わせたものである。一方の板体(10a)は、中心から均等位置に断面形状円形の４個の孔部(11a)…が板体の表面に対して直角に穿設されている。前記孔部(11a)は、いずれも板体(10a)の板厚方向で孔径（ｄ１）が一定の同一形状であって、孔間隔（Ｘ１）で形成されている。他方の板体(10b)は、一方の板体(10a)とは、孔部(11b)が中心から４５°回転した位置に穿設されていることのみが異なる。従って、図２（Ｃ）に示すように、これら２枚の板体(10a)(10b)を重ねるように組み合わせると、両方の孔部(11a)(11b)は位置がずれているために全く重ならない。即ち、前記孔部(11a)の重なり面積率は０％である。
【００３２】
また、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す静止型乳化分散エレメント(20)は、２枚の円形板体(20a)(20b)に穿設された孔部の形状と位置が、先の静止型乳化分散エレメント(10)と異なる。
【００３３】
即ち、一方の板体(20a)には、中心に１個の孔部(21a)と、この孔部(21a)の周囲の均等位置に外接する４個の孔部(21a')との合計５個の孔部が穿設されている。他方の板体(20b)には、中心の周囲均等位置に互いに外接する４個の孔部(21b)が穿設されている。従って、孔間隔（Ｘ２）はいずれも開口直径（ｄ３）に等しい。
【００３４】
前記各孔部(21a)(21a')(21b)は、断面形状が円形であり、板厚方向の中央に直径（ｄ２）の縮径部(22a)(22b)が形成されて、開口直径（ｄ３）の開口部に向かって径大となるテーパー状となされた、いわゆる杵型構造の孔部である。前記孔部(21a)(21a')(22b)において、入側および出側のテーパー部（符号なし）の板厚方向の長さは等しく（ｙ１）であり、縮径部(22a)(22b)の板厚方向の長さは（ｙ２）である。また、開口直径は入側、出側ともに等しく（ｄ３）である。
【００３５】
そして、図３（Ｃ）に示すように、これら２枚の板体(20a)(20b)を組み合わせると、それぞれの孔部(21a)(21b)が孔部(21b)(21a)の中心で囲まれた正四角形の重心点となるように互いに配置され、両方の孔部(21a)(21b)は部分的に重なる。これらの孔部(21a)(21a')の重なり面積率は、中心に位置して下流側の４つの孔部(21b)に対して重なり部分を有する孔部(21a)は７２．８％、２つの孔部(21b)に対して重なり部分を有する孔部(21a')は３６．４％である。なお、本実施形態では、中央の孔部(21a')のみが重なり面積率が７２．８％となっている。しかし、同心円を描くように外側に孔部を適宜増設していけば、板体の中央部に重なり面積率の等しい孔部を数多く形成することができる。もとより、この発明は孔部数を限定するものではない。
【００３６】
この発明は、孔部形状や孔部数を上記例に限定するものではないが、分散効率および攪拌効率が優れている点で、図３に示した杵型構造のものが好ましい。即ち、杵型構造の孔部(21a)(21b)では流体が高速度で流れる時、その構造により急激な縮小流れと拡大流れが与えられることにより、通常の衝突・せん断・噴流による分散力に加え、さらにより激しい乱流による混合を受けるため一層細かい微粒子分散体を得ることができる。さらにまた、穿設孔部の構造とその配置により圧力損失を最小に抑えることができる。
【００３７】
その他の孔部の形状としては、流通方向に縮径されるテーパー形状、板厚方向に対して斜行する形状等を例示できる。また、断面形状も円形、三角形、四角形、多角形、星形、スリット状等いずれの形状であっても可能である。但し、狭い粒度分布の微粒子分散体を得るためには、円形または正多角形が望ましい。特に均等な流れを得る事ができる円形が望ましい。さらに流路断面全体にできる限り均等に配置した、同一寸法の複数個の穿設孔部を設けることが望ましい。
【００３８】
また、前記孔部の寸法について穿設可能であれば特に制限はないが、狭い粒度分布の微粒子分散体を得るためには、複数個の同一形状、同一寸法の孔部を流れ断面に均等に穿設する事が望ましい。また、孔部における最小断面積部の寸法が小さくなりすぎると、流体の詰まりが生じるおそれがある。このような観点から、例えば断面形状円形孔部の場合は直径が０．５ｍｍ以上が望ましい。また、断面形状が三角形以上の多角形、あるいは星形、スリット状、その他の異形断面形状の孔部の場合は、内部に直径０．５ｍｍ以上の円を形成できる寸法であることが望ましい。なお、孔部の最大寸法については制限されない。
【００３９】
また上述したように、１組の２枚の板体(3a)(3b)は、接触させて組み合わせることも、所定距離（ｌ）を隔てて組み合わせることもできる。後者の場合、前記距離（ｌ）は通常２０ｍｍ以下であることが望ましい。２０ｍｍを超えると各々の板体(3a)(3b)が独立して作用するため２枚の板体(3a)(3b)間の流れにより生じる液衝突に伴う液滴破壊力とせん断力による分散力を十分に利用する事ができないため、狭い粒度分布の微粒子分散体を得る事が出来ない。さらに２枚の板体(3a)(3b)の間隔（ｌ）は５ｍｍ以下であることが特に好ましい。２枚の板体(3a)(3b)を設置する角度は流れを遮る事ができる角度であれば特に制限はないが、通常板面が流れに直角となる角度に設置することが望ましい。また２枚の板体の角度は一致させる事が望ましい。
【００４０】
前記流通管(2)の形状やサイズについて特に制限はない。曲管でも直管でも使用できるが、通常直管を使用する事が望ましい。管の断面形状は円形、四角形、多角形のいずれでもよいが、均等な流れを得る事ができる円形の断面構造が望ましく、内径５mm以上の円形直管を使用することが望ましい。内径５mm未満では、均等に孔部を配置することが困難であり、かつ孔部の面積が少ないため処理能力が不十分である。
【００４１】
前記流通管(2)の寸法の変化に対して、孔部(3a)(3b)の寸法を特に変更する必要はない。流通管(2)の寸法が大きくなった場合でも、小スケール実験で得られた最適条件の寸法、形状、配置の孔部(3a)(3b)を使用することができる。従って、処理量を増加させたた場合でも同一の粒度分布を有する微粒子分散体を得ることができる。
【００４２】
また、前記流通管(2)および板体(3a)(3b)の材質についても特に制限はない。各種鉄鋼材料やプラスチック材料やその他材料の中より、流体の化学的性質、摩耗性、操作温度や圧力、製作コスト等を考慮して選定することが望ましい。
【００４３】
前記流通管式管型乳化装置(1)において、２組以上の静止型乳化分散エレメント(3)を使用する場合は、各組間の間隔について特に制限はなく、接触させても、隙間を設けても良い。また、複数の流通管式管型乳化装置(1)を直列または並列に接続することも可能であるし、前記流通管式管型乳化装置(1)間にさらに混合を主目的としたケニックス型等の混合方式の異なるの静止型混合器を設置することも可能である。さらに、前記通流管式管型乳化装置(1)を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置(1)に供給して、同じ装置で処理を重ねることも可能である。
【００４４】
この発明において、流体が孔部の最小断面積部を通過する速度は５ｍ/秒以上であることが望ましい。さらに１５ｍ／秒以上であることが望ましい。本装置は衝突・せん断・噴流による分散力を利用することにより微粒子分散体を生成することが可能となるため、流体を高速度で流すことが望ましい。従って、５ｍ／秒未満の流速では微粒子分散体を生成するに十分な乳化分散力を得ることができない。一方、流速を上げるに従って、より微細な乳化分散体を得ることができるが、１００ｍ／秒を超える流速になると過大な圧力損失が発生するため、１００ｍ／秒以下が好ましい。
【００４５】
本発明に適用する液状非水系物質としては、低粘度液状物、高粘度液状物、半固形物、ホットメルト素材等、乳化に用いる液状水系物質に溶解しないものであればいずれの物質も用いることができる。例えば炭化水素系油状物、炭化水素の変性物等の天然若しくは合成オイル、大豆油等の植物油、スチレン、（メタ）アクリル酸エステル等のモノマー類、フタル酸エステル等の可塑剤、フェノール類等の酸化防止剤、液状ゴム、液状樹脂等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００４６】
これらの液状非水系物質の粘度について特に制限はないが、乳化粒子相である分散液として使用される場合、安定な微粒子分散体を得るために、１０，０００ｍＰａ・ｓ以下である事が望ましい。また連続相である分散媒として使用される場合、５，０００ｍＰａ・ｓ以下である事が望ましい。５，０００ｍＰａ・ｓ以上では通常使用される運転圧力内で本静止型乳化分散エレメントに所望の流速で液を供給する事が困難となる。
【００４７】
一方、本発明に適用する液状水系物質としては、工業用水、イオン交換水等の各種水および水を主成分とする塩類、塩基類、無機酸類、有機酸類、アルコール類等が溶解した水溶液等が挙げられる。乳化に用いる液状非水系物質と相互に溶解しない水を主成分とする液状物質であれば、いずれの物質も使用することができる。
【００４８】
本発明に適用する界面活性剤のうち、非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。また、陰イオン界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪族アミンおよび脂肪族アマイドの硫酸塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪族エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸塩類等およびそれらの混合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００４９】
さらに、複数種の界面活性剤の併用、非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤の併用も可能である。
【００５０】
分散液が液状非水系物質であり、分散媒が液状水系物質である場合、水中油滴型（Ｏ／Ｗ型）乳化分散液の作製の場合は、界面活性剤として非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤うちの１種以上を使用する。非イオン界面活性剤の場合は、特にＨＬＢ値が８以上のものを使用する事が望ましい。反対に、分散液が液状水系物質であり、分散媒が液状非水系物質である場合、即ち油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）乳化分散液の作製の場合は、界面活性剤として非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤うちの１種以上を使用する。非イオン界面活性剤の場合は、ＨＬＢ値が６以下のものを使用する事が望ましい。また、何れの組合せの場合も、分散効率が良い点で、前記分散媒の容量が分散液の容量以上であることが好ましい。
【００５１】
本乳化分散操作においては、分散媒、分散液、および界面活性剤の混合方法について特に制限されるものではない。例えば、分散媒中へ分散液と界面活性剤を乳化分散させる方法、分散液と界面活性剤の混合液中へ分散媒を徐徐に加えて転相乳化させる方法等各種の乳化方法を使用する事ができる。
【００５２】
さらに消泡剤、重合禁止剤、充填剤等乳化操作に悪影響を及ぼさないものであれば、前記記載の液状非水系物質、液状水系物質並びに界面活性剤に加えて、必要に応じて適宜添加する事ができる。
【００５３】
また、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱した後、前記流通管式管型乳化装置に供給することが好ましく、分散効率を高めることができる。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明を実施例により詳細に説明する。各種の物性の測定は、下記の方法に従って行った。また、部および％は特に記述がない場合は重量部および重量％を意味する。
〔１〕体積平均粒子径（メディアン径）の測定；
堀場製作所製 粒度分布測定装置 ＬＡ−３００で透過率８５〜９５％、循環速度５，データ取り込み回数１０回の条件にて体積基準粒度分布を測定し、体積平均粒子径および標準偏差を求めた。実施例中特に測定法について記述がない場合は本測定法により求めた値を意味する。
〔２〕ＨＬＢ値；メーカ記載の数値を使用した。
〔３〕粘度；Ｂ型粘度計による測定データによる。
（実施例１）
図４に示す製造プロセス例−１の構成において、流通管式管型乳化装置として、図１に示す流通管(2)の中部に、図３に示した杵型構造の孔部(21a)(21b)が穿設された２枚の板体(20a)(20b)を組み合わせた静止型乳化分散エレメント(20)を１組設置した。使用した各装置の寸法は以下の通りである。
【００５５】
流通管(2)の長さ（Ｌ）；１５０ｍｍ
流通管の内径（Ｄ）；１８ｍｍ
板体の間隔（ｌ）；０（接触状態）
孔部(21a)(21b)の縮径部(22a)(22b)の直径（ｄ２）；２ｍｍ
孔部(21a)(21b)の開口直径（ｄ３）；６ｍｍ
板体(20a)(20b)の板厚（ｔ２）；５ｍｍ
孔間隔（Ｘ２）；６ｍｍ
孔部(21a)(21b)のテーパー部の長さ（ｙ１）；２ｍｍ
縮径部(22a)(22b)の長さ（ｙ２）；１ｍｍ
孔部の最小断面積（縮径部(22a)(22b)の断面積）；０．１２６ｃｍ2
孔部の重なり面積率；７２．８％(21a)、３６．４％(21a')
静止型乳化分散エレメント(20)の角度；流通方向に対して直角
タンクＴ１に分散媒として液状水系物質の２５℃イオン交換水１７Ｌを投入し、タンクＴ２に分散液として液状非水系物質の２５℃白絞油（粘度 ５０ｍＰａ・ｓ）１０ｋｇを投入した後、２５℃の非イオン界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）３ｋｇを加え、十分にかき混ぜ混合した。
【００５６】
ポンプＰ１により７．９Ｌ／ｍｉｎの流量でイオン交換水を上記乳化装置へ供給すると共にポンプＰ２により６．１Ｌ／ｍｉｎの流量で該白絞油と界面活性剤混合液を同じく上記乳化装置へ供給し、Ｏ／Ｗ型乳化分散液を作製した。この際の孔部の最小断面積部（縮径部(22a)(22b)）を通過する流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ，差圧は０．５ＭＰａであった。
【００５７】
作製した乳化分散液において、乳化分散粒子の体積平均粒子径は４．１μｍ、標準偏差は３．１μｍであった。
（実施例２）
実施例１のポンプＰ１の供給流量を１５．８Ｌ/min,ポンプＰ２の供給流量を１２．２Ｌ/min,に変更し、その他は同一条件にて乳化分散液の作製を行った。この時、孔部の最小断面積部における流速は３７ｍ／ｓｅｃ、差圧は２ＭＰａであった。
【００５８】
得られた乳化分散液の体積平均粒子径は２．５μｍ、標準偏差は１．７μｍであった。
（実施例３）
実施例１のポンプＰ１の供給流量を３１．６Ｌ/min,ポンプＰ２の供給流量を２４．４Ｌ/min,に変更し、その他は同一条件にて乳化分散液の作製を行った。この時、孔部の最小断面積部における流速は７４ｍ/ｓｅｃ、差圧は６．５ＭＰａであった。
【００５９】
得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．４μｍ、標準偏差は１．０μｍであった。
【００６０】
最小断面積部における流速を上げることにより、より微細な粒子を得ることができた。
（実施例４、５、６）
実施例１の液状非水系物質の白絞油に代え、２５℃ヒマシ油（粘度７００ｍＰａ・ｓ）を使用し、その他は実施例１、２、３各々と同一条件で乳化分散液を作製した。各乳化分散液の体積平均粒子径および標準偏差を表１に実施例１〜３の結果と併せ示す。
【００６１】
白絞油の場合と同じく最小断面積部における流速を上げるに従って粒子径は小さくなり、体積平均粒子径が２μｍ以下の標準偏差が小さい、シャープな粒度分布を示す安定な乳化分散液を得ることができた。
（実施例７）
実施例１で使用した静止型分散エレメント(20)に代え、図２に示した一定直径の孔部(11a)(11b)を有する２枚の板体(10a)(10b)を組み合わせた静止型乳化分散エレメント(10)を１組設置した。各部寸法は以下のごとくである。
【００６２】
孔間隔（ｘ１）；６ｍｍ
孔部(11a)(11b)の直径（ｄ１）；２ｍｍ
板体(10a)(10b)の板厚（ｔ１）；５ｍｍ
板体(10a)(10b)の間隔（ｌ）；２ｍｍ
静止型乳化分散エレメント(10)の角度；流通方向に対して直角
孔部(11a)の重なり面積率；０％
その他は実施例１と同一の条件で乳化分散テストを実施した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１ＭＰａであった。得られた乳化分散液の体積平均粒子径は５．２μｍ、標準偏差は４．３μｍであった。
（実施例８）
図５に示す製造プロセス例−２の構成になる設備を用いてテストを行った。流通管式乳化装置として流通管(2)およびと静止型分散エレメント(20)は実施例１と同一のものを使用した。
【００６３】
タンクＴ１へ分散媒として９０℃イオン交換水６０Ｌを投入し、ＫＯＨ３００ｇ加え、十分に混合した。タンクＴ２へ分散液として１２０℃に加熱し溶解させた、グッドイヤー社製ウイングステイＬ（ＷＳＬ）１０ｋｇを投入し、陰イオン界面活性剤であるオレイン酸０．５ｋｇを加え十分に混合した（粘度１，０００ｍＰａ・ｓ）。ポンプＰ１により９．２Ｌ/ｍｉｎの流量で該イオン交換水を上記乳化装置へ供給すると共に、Ｍ１スチームミキサーにより該イオン交換水を１２０℃まで加熱し、さらにＣ１冷却器にて９０℃まで冷却した状態で運転を継続し、その後ポンプＰ２により４．８Ｌ/ｍｉｎの流量で１２０℃の該ウイングステイＬ（ＷＳＬ）−オレイン酸混合液を供給し、Ｏ/Ｗ型の乳化液を作製した。最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．５ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．８μｍ、標準偏差は１．０μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６４】
非水系物質の融点が水系物質の大気圧下の沸点１００℃より高い場合においても、本乳化装置とスチーム加熱器および冷却器を組み合わせることにより、経済的に有利で、大量生産が可能な方法により乳化分散液を作製する事ができた。
（実施例９）
図６に示す製造プロセス例−３の構成になる設備を用いて、流通管式管型乳化装置として実施例１と同一の流通管(2)と静止型分散エレメント(20)を使用し、タンクＴ１，Ｔ２へは実施例１と同液種、同液量の分散媒と分散液を投入した。
【００６５】
ポンプＰ１により該イオン交換水を３１．６Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置を経由した後、Ｔ１へ戻る循環運転を開始した。その後Ｐ２により該白絞油ー界面活性剤混合液を２４．４Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置へ供給し、乳化分散液の作製を開始した。タンクＴ２内の分散液がなくなった時、Ｐ２を停止すると共にＰ１の流量を５６Ｌ/ｍｉｎへ増加し、さらに５分間Ｔ１→Ｐ１→乳化装置→Ｔ１と循環運転を継続した後、Ｐ１を停止し乳化分散操作を終了した。最小断面積部における流速は７４ｍ／ｓｅｃ、差圧は６．５ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は０．７μｍ、標準偏差は０．２４μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６６】
繰り返し本乳化装置に通して乳化させた事により、非常に微細な、安定な乳化液を作製することができた。
（実施例１０）
実施例１において、流通管式管型乳化装置として流通管(2)の中央部に図３の構造の静止型乳化分散エレメント(20)を２組互いの間隔を空けないで設置し、その他の条件は実施例１と同一にて、乳化分散テストを行った。最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．８ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３．５μｍ、標準偏差は２．９μｍであった。結果を表２へ記載する。
（実施例１１）
図７に示す製造プロセス例−４の構成の設備において、流通管式管型乳化装置として実施例１と同一の流通管(2)および静止型乳化分散エレメント(20)を使用して乳化分散テストを行った。
【００６７】
タンクＴ１へ分散媒として６０℃のイオン交換水５Ｌを投入し、タンクＴ２へ分散液として６０℃のヒマシ油３ｋｇ（粘度６０ｍＰａ・ｓ）と６０℃の非イオン界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）０．９ｋｇを投入し、十分にかき混ぜ混合した。ポンプＰ２を起動し、タンクＴ２内の分散液を１４Ｌ/ｍｉｎの流量で乳化装置を経由してタンクＴ２へ戻す循環を開始した。タンクＴ１の下部コックを僅かに開け、Ｔ１内のイオン交換水１．５ｋｇを約５分間かけタンクＴ２へ添加した。途中で分散液の粘度が上昇した後、転相が起こり、Ｏ/Ｗ型の乳化液となった。さらに循環運転を継続しながら、残りのイオン交換水３．５ｋｇを添加し乳化分散液の作製を完了した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１ＭＰａであった。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１．２μｍ、標準偏差は０．６２μｍであった。結果を表２へ記載する。
【００６８】
なお、差圧はヒマシ油のみの循環運転時は１ＭＰａであったが、転相前には上昇し、転相完了後再び１ＭＰａ前後になった。
（実施例１２）
実施例１と同一の設備を用いて乳化分散テストを行った。タンクＴ１に分散媒として液状非水系物質の４０℃のＣ重油（１８０ｍＰａ．ｓｅｃ）を９Ｌを投入した後、非イオン界面活性剤（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ＥＯ付加モル数が３）２００ｇを加え、十分にかき混ぜ、溶解させた。一方タンクＴ２へは分散液として液状水系物質の４０℃イオン交換水１ｋｇを投入した。ポンプＰ１により１２．６Ｌ／ｍｉｎの流量でＣ重油と非イオン界面活性剤の混合液を乳化装置へ供給すると共に、ポンプＰ２により１．４Ｌ／ｍｉｎの流量でイオン交換水を乳化装置へ供給し、Ｗ／Ｏ型の乳化分散液を作製した。その際の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は１．２ＭＰａであった。顕微鏡写真より求めた乳化分散液の体積平均粒子径は４．８μｍ、標準偏差は３．５μｍであった。結果を表２へ記載する。
（比較例１）
図８に示す撹拌装置(40)を用いて乳化分散液の作製を行った。使用した攪拌装置(40)の各寸法を以下に示す。
【００６９】
撹拌槽(41)の内径（ｒ１）；１００ｍｍ
撹拌槽(41)の高さ（ｈ１）；２５０ｍｍ
撹拌翼(42)の種類；６枚ディスクタービン翼１段
翼径（ｒ２）：５０ｍｍ、翼板寸法；長さ１２ｍｍ×巾８ｍｍ
翼セット高さ（ｈ２）；底部より１２ｍｍ
バッフル条件；６ｍｍ平板バッフル×４枚
分散媒の２５℃イオン交換水３００ｍＬを上記撹拌槽(41)に添加し、５００ｒｐｍの回転速度で撹拌を開始した。予め分散液の白絞油１８０ｇに非イオン界面活性剤 ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（花王社製；レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０、ＨＬＢ値；１５）５４ｇを添加混合した２５℃の液をゆっくりと添加し、添加完了後７００ｒｐｍに回転数を上げ、５分間撹拌を継続した後、テストを終了した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１５．８μｍ、標準偏差は２６．４μｍであった。結果を表３へ記載する。
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例２）
比較例１における白絞油をヒマシ油に変更し、他は比較例１と同一条件にて乳化分散テストを実施した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３８．３μｍ、標準偏差は５５μｍであった。結果を表３へ記載する。
【００７０】
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例３）
比較例１と同一の撹拌槽(41)を用いて、以下のごとく転相乳化法による実験を行った。
【００７１】
撹拌槽(41に２５℃白絞油２００ｇを添加した後、２５℃の非イオン界面活性剤 レオドールスーパＴＷ−Ｏ１２０ ６０ｇを添加し、５００ｒｐｍで撹拌を開始した。２５℃イオン交換水３４０ｇの内８０ｇをゆっくりと添加した後、回転数を７００ｒｐｍへ上げ、５分間撹拌を継続した。
【００７２】
その後残りのイオン交換水２６０ｇを添加し、添加完了後５分間撹拌を継続し、実験を終了した。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は１８．３μｍ、標準偏差は１０．９μｍであった。結果を表３へ記載する。
【００７３】
得られた乳化液は不安定で、放置しておくと短期間の間に相分離が発生した。
（比較例４）
比較例３における白絞油をヒマシ油に変更した以外は比較例３と同一条件で乳化分散テストを行った。その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は３．１μｍ、標準偏差は１．７μｍであった。結果を表３へ記載する。
（比較例５）
実施例１における流通管式管型乳化装置として、孔部(21a)(21a')(21b)の位置の異なる板体(20a)(20b)からなる１組の静止型乳化分散エレメント(20)に代えて、同一構造の２枚の板体(20a)(20a)からなる静止型乳化分散エレメントを使用し。即ち、孔部の重なり面積率は１００％である。その他は全て実施例１と同一条件で乳化分散テストを実施した。
【００７４】
その結果、得られた乳化分散液の体積平均粒子径は６．５μｍ、標準偏差は５．７μｍであった。本例では、重なり面積率が１００％であるため、標準偏差が大きい。即ち大きな粒子を含む分散液となった。そのため放置しておくと短期間で少量であったが、相分離が発生した。結果を表３へ記載する。なお、この時の孔部の最小断面積部における流速は１８．５ｍ／ｓｅｃ、差圧は０．３ＭＰａであった。
【００７５】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明の乳化分散液の製造方法は、流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させるものであるから、液衝突に伴う液滴破壊力、噴流によるキャビテーション作用、孔部に分流される際のせん断力による優れた分散力および攪拌力により、乳化分散処理を行い、粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。しかも、処理に要する装置は流通管内に静止型乳化分散エレメントを配設した簡単な構造であり、かつ材料流体を高速度で流通させるだけの簡単な工程であるから、上記乳化分散液の大量生産が可能である。
【００７９】
また、前記板体の孔部が、断面形状が円形であるとともに、板厚方向の中間部に縮径部が形成されたテーパー状となされている場合は、流体をより激しく乱流させ、一層細かく微粒子を分散させることができる。
【００８０】
流体が前記孔部の最小断面積部を通過する速度が５ｍ／秒以上である場合は、上述した衝突・せん断・噴流による、特に高い分散力が得られる。
【００８１】
前記２枚の板体は、板厚方向に所定距離を隔てて組み合わされている場合は、上述した衝突・せん断・噴流による分散力に、隙間を流れる時の強いせん断力が加わり、分散力を高めることができる。また板厚方向に接触状態に組み合わされていても良い。
【００８２】
また、この発明に好適に使用できる流体例として、前記分散液が液状非水系物質であり、前記分散媒が液状水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上を例示できる。あるいは、前記分散液が液状水系物質であり、前記分散媒が液状非水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上を例示できる。これらの組合せにより、粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８３】
前記分散媒の容量が分散液の容量以上である場合には、特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８４】
さらに、分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱した後、前記流通管式管型乳化装置に供給する場合は、高い分散性を得て特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造することができる。
【００８５】
さらにまた、前記通流管式管型乳化装置を通過した流体を再度通流管式管型乳化装置に供給する場合も、特に粒径が微細で高濃度の均一な乳化分散液を製造す
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の乳化分散液の製造方法に用いる流通管式管型乳化装置の一例を示す、一部切欠斜視図である。
【図２】静止型乳化分散エレメントの一例を示す図であり、（Ａ）は上流側の板体の平面図および２Ａ−２Ａ線断面図、（Ｂ）は下流側の板体の平面図および２Ｂ−２Ｂ線断面図、（Ｃ）は２枚の組合せ状態を示す平面図および２Ｃ−２Ｃ線断面図図である。
【図３】静止型乳化分散エレメントの他の例を示す図であり、（Ａ）は上流側の板体の平面図および３Ａ−３Ａ線断面図、（Ｂ）は下流側の板体の平面図および３Ｂ−２３線断面図、（Ｃ）は２枚の組合せ状態を示す平面図および３Ｃ−３Ｃ線断面図図である。
【図４】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−１を示すブロック図である。
【図５】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−２を示すブロック図である。
【図６】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−３を示すブロック図である。
【図７】この発明の乳化分散液の製造方法の製造プロセスの例−４を示すブロック図である。
【図８】乳化分散用撹拌槽を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…流通管式管型乳化装置
２…流通管
３,10,20…静止型乳化分散エレメント
3a,3b,10a,10b,20a,20b…板体
4a,4b,11a,11b,21a,21a',21b…孔部
22a,22b…縮径部
Claims (11)
- 流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、
前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させ、かつ前記孔部の最小断面積部において５〜１００ｍ／秒の速度で通過させることを特徴とする乳化分散液の製造方法。 - 前記板体の孔部は、断面形状が円形であるとともに、板厚方向の中間部に縮径部が形成されたテーパー状となされている請求項１に記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記２枚の板体は、板厚方向に所定距離を隔てて組み合わされている請求項１または２に記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記２枚の板体は、板厚方向に接触状態に組み合わされている請求項１〜３のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記分散液が液状非水系物質であり、前記分散媒が液状水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である請求項１〜４のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記分散液が液状水系物質であり、前記分散媒が液状非水系物質であり、かつ前記界面活性剤が非イオン界面活性剤および陰イオン界面活性剤のうちの１種以上である請求項１〜５のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記分散媒の容量が分散液の容量以上である請求項１〜６のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 分散液、分散媒および界面活性剤の少なくとも一つを大気圧下の沸点を超える温度に加熱し、前記流通管式管型乳化装置に供給する請求項１〜７のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記流通管式管型乳化装置を通過した流体を再度その流通管式管型乳化装置に供給する請求項１〜８のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 前記流通管式管型乳化装置に流体を導入する供給路の断面積が前記静止型乳化分散エレメントの断面積よりも小さく設定されている請求項１〜９のいずれかに記載の乳化分散液の製造方法。
- 流通管内部に、それぞれ板厚方向に複数の孔部が穿設された２枚の板体を、一方の板体の孔部が他方の板体の孔部と重なる部分の面積率が９０％以下となるように組み合わせた静止型乳化分散エレメントが、１組以上配設されてなる流通管式管型乳化装置を用い、
前記流通管式管型乳化装置に、乳化粒子相となる分散液、連続相となる水系分散媒および界面活性剤を供給し、これらの流体を前記静止型乳化分散エレメントの孔部を高速で流通させ、かつ前記水系分散媒をスチームミキサーにより大気圧下の沸点を超える温度に加熱して供給し、かつ前記孔部の最小断面積部において５〜１００ｍ／秒の速度で通過させることを特徴とする乳化分散液の製造方法。
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