JP4578818B2

JP4578818B2 - マイクロカプセルの形成方法

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Publication number: JP4578818B2
Application number: JP2004032834A
Authority: JP
Inventors: 健一渋谷
Original assignee: Riso Kagaku Corp
Current assignee: Riso Kagaku Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP2005224647A

Description

本発明は、芯物質が壁膜により包み込まれて形成されたマイクロカプセルの形成方法に関するものである。

従来から、主として天然および合成高分子を壁材料とする壁膜と、芯物質（核物質）と呼ばれる中身とからなり。径がマイクロメートル領域（通常は径がミリメートル領域乃至ナノメートル領域にあるものも含む）にある微小な容器であるマイクロカプセルが開発されている。マイクロカプセルは、芯物質を外部環境から保護する機能や、芯物質を外部に放出する速度を調節する機能を有することから、種々の分野で広く利用されている。特に、芯物質を外部環境から保護する機能を利用したものには、感圧型複写紙、圧力測定シート、感圧型接着剤、液晶表示材料などがあり、また、芯物質の外部環境への放出速度を調節する機能を利用したものには、持続放出性医薬品、持続性農薬などがあり、さらに、これらの両方の機能を同時に利用したものとして、人工細胞、人工臓器などがある。

そして、このようなマイクロカプセルの製造方法としては、種々の製造方法が採用されている（非特許文献１参照）。具体的には、芯物質界面への壁材物質の沈積を利用する界面沈積法（たとえば、相分離法、液中乾燥法、溶解分散冷却法、スプレードライング法、パンコーティング法、気中懸濁被覆法（Ｗｕｒｓｔｅｒ法）、粉床法など）、および界面での反応を利用して皮膜を形成させる界面反応法（たとえば、界面重合法、ｉｎｓｉｔｕ重合法、液中硬化被覆法（オリフィス法）、界面反応法（無機化学反応法）など）が採用されている。

近藤保、「マイクロカプセル〜その機能と応用」、財団法人日本規格協会、１９９１年３月２０日特開２００１−２３２１７８号公報

しかしながら、上記の従来の製造方法では、より均一なものを製造するためにそれぞれの方法に応じたマイクロカプセルの構成材料しか適用できないという傾向があり、構成材料の選択の余地が狭まるという問題がある。このため、マイクロカプセルの構成材料として、幅広い材料を用いることができるマイクロカプセルの製造方法が望まれていた。

また、得られるマイクロカプセルの性能は、そのカプセルの粒径および膜厚（壁膜の直径および厚さ）のパラメータによって大きく左右される。したがって、マイクロカプセルを一定の優れた性能に保つには、これらの粒径および膜厚を適切な範囲に制御することが要求される。しかし、これまでの技術では、分散、攪拌などによって芯物質の塊を作ることによりマイクロカプセルを製造しており、攪拌速度や材料濃度でマイクロカプセルの粒径および膜厚をコントロールしていたため、これらのいずれもバラツキが生じていた。このように、マイクロカプセルの粒径および膜厚を所望のレベルにし、さらに均一化するなど高精度に制御することは困難であった。

そこで、特許文献２においてインクジェット記録ヘッドを使用したマイクロカプセルの製造方法が提案されている。特許文献２においては、体積変化により吐出させるピエゾ型でのマイクロカプセル製造方法が提案されている。

しかしながら、このピエゾ型では、吐出の際の吐出物とノズルとの間に尾引き（サテライト）が発生し、独立した球形を吐出させることができない。

本発明は、マイクロカプセルの形成方法において、従来のインクジェット記録ヘッドのように尾引き（サテライト）が発生してしまい、芯物質の周りにより均一に壁膜の形成されたマイクロカプセルを形成することができなかったこと解決し、容易にマイクロカプセルを形成することができるマイクロカプセルの形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明のマイクロカプセルの形成方法は、芯物質が壁膜により包み込まれて形成されたマイクロカプセルの形成方法において、芯物質である第１の液体の表面に、芯物質より比重が小さい壁膜の材料である第２の液体からなる液膜を形成し、第１の液体をその第１の液体が第２の液体により包み込まれるように第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成することを特徴とする。

また、上記マイクロカプセルの形成方法においては、第１の液体と第２の液体との界面付近における所定の点に向けて第１の液体側からエネルギーを収束させて加えることにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにすることができる。

また、上記マイクロカプセルの形成方法においては、第１の液体と第２の液体との界面付近において気泡を破裂させることにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにすることができる。

また、上記マイクロカプセルの形成方法においては、第１の液体と第２の液体との界面付近における所定の点に向けてレーザを収束させて照射することにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにすることができる。

本発明のマイクロカプセルの形成方法によれば、芯物質である第１の液体の表面に、芯物質より比重が小さい壁膜の材料である第２の液体からなる液膜を形成し、第１の液体をその第１の液体が第２の液体により包み込まれるように第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにしたので、真球に近いマイクロカプセルを形成することができ、壁膜が芯物質の周りに均一に形成されたマイクロカプセルを形成することができる。

また、上記マイクロカプセルの形成方法において、第１の液体と第２の液体との界面付近における所定の点に向けて第１の液体側からエネルギーを収束させて加えることにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにした場合には、上記エネルギーを一定に保つことにより上記のようなマイクロカプセルを安定して形
成することができる。

また、上記マイクロカプセルの形成方法において、第１の液体と第２の液体との界面付近において気泡を破裂させることにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにした場合には、上記気泡をサーマルヘッドなどにより生じさせるようにすれば、より簡易な構成で上記のようなマイクロカプセルを形成することができる。

また、上記マイクロカプセルの形成方法において、第１の液体と第２の液体との界面付近における所定の点に向けてレーザを収束させて照射することにより第１の液体を第２の液体側に吐出させてマイクロカプセルを形成するようにした場合には、レーザの出力を一定に保つことにより上記のようなマイクロカプセルを安定して形成することができる。

以下、図面を参照しながら本発明のマイクロカプセルの形成方法の一実施形態について説明する。上記実施形態のマイクロカプセルの形成方法は、インクに含まれるマイクロカプセルの形成方法であって、芯物質である着色剤を高分子化合物の壁膜により包み込むことにより形成されたマイクロカプセルの形成方法である。

本マイクロカプセルの形成方法は、まず、図１（Ａ）に示すように、芯物質である着色剤３０の表面に、着色剤３０より比重が小さい高分子化合物３１からなる液膜を形成し、図１（Ｂ）に示すように、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点１２に向けて着色剤３０側からエネルギーを収束させて加え、図１（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、着色剤３０が高分子化合物３１により包み込まれるように高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成する方法である。

着色剤３０としては、水溶性の染料、顔料などを用いることができ、壁膜の材料より比重が軽くなるような場合は、水溶性の高分子樹脂を添加し、比重の調整を行うことができる。

また、壁膜の材料である高分子化合物３１としては、上記のように着色剤３０よりも比重の小さいものとして、油性に樹脂を溶解したものを使用することができる。

ここで、上記のようにして着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点１２に向けて着色剤３０側からエネルギーを収束させて加えることができるマイクロカプセル形成装置について、以下に説明する。

上記マイクロカプセル形成装置は、インクジェット式のプリンタのヘッド部として用いられるものであり、その一部断面図を図１に示す。

上記マイクロカプセル形成装置は、図２に示すように、音響伝導体７を備え、音響伝導体７は、互いに対向する第１の面５と第２の面６とを備えており、第１の面５には加振体１が備えられている。加振体１としては、たとえば、圧電トランスデューサーを採用することができる。加振体１はほぼ平面状の音波２６を第１の面５に供給するものである。

そして、音響伝導体７はさらに、第１の面５と第２の面６とを連結する外側面４を備えている。外側面４は、加振体１によって第１の面５に与えられ、音響伝導体７中を伝搬した音波２６を反射し、第２の面６の上方に位置する着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近の点１２に音波２６を収束させることができるよう構成されている。なお、音波２６を収束させる点については、界面付近であれば、着色剤３０側でもよいし、高分子化合物３１側でもよい。

そして、音響伝導体７の周辺には、図２に示すように、第２の面６の上に着色剤３０および高分子分散剤３１を供給する供給路９が設けられている。供給路９は、音響伝導体７を覆うボディ８の中に構成されている。また、供給路９は、着色剤３０および高分子化合物３１が、供給路９の一方の開口２７から供給され、他方の開口２７から排出されるように構成されている。

音響伝導体７は、着色剤３０と混ぜ合わないように固体であることが望ましい。また、音波２６が伝搬する際の減衰が少ないことが望ましい。さらに、着色剤３０が音響伝導体７と接触する第２の面６での音波２６の透過率を高めるため、音響伝導体７の音響インピーダンスは着色剤３０に近いことが望ましい。

また、高分子化合物３１のマイクロカプセル３２の吐出側の液面と上記点１２との距離を一定に保ち、マイクロカプセル３２の吐出を安定させるため、供給路９を第２の面６の上方で覆う保持版１７を設けることが望ましい。保持版１７は第２の面６の上方で開口１５を有しており、高分子化合物３１の液面を保持する機能を果たす。なお、着色剤３０および高分子化合物３１は、着色剤３０と高分子化合物３１との界面がほぼ一定に保たれるような割合で供給される。

そして、上記のように構成されたマイクロカプセル形成装置においては、まず、供給路９の一方の開口２７から着色剤３０および高分子化合物３１の混合物が供給される。すると、着色剤３０よりも比重の小さい高分子化合物３１が上方に移動し、着色剤３０の表面に高分子化合物３１からなる液膜が形成される。

次に、加振体１により平面状の音波２６が第１の面５に供給され、その第１の面５に供給された音波２６は、音響伝導体７内を上方に伝搬し、外側面４によって反射されて着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近に位置する点１２に収束する。すると、上記点１２近傍において音響エネルギーの密度が上昇し、図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示したように、着色剤３０が高分子化合物３１により包み込まれるように高分子化合物３１側に吐出し、マイクロカプセル３２が形成される。

上記実施形態のマイクロカプセルの形成方法によれば、芯物質である着色剤３０の表面に、着色剤３０より比重が小さい高分子化合物３１からなる液膜を形成し、着色剤３０をその着色剤３０が高分子化合物３１により包み込まれるように高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにしたので、真球に近いマイクロカプセル３２を形成することができ、高分子化合物３１が芯物質である着色剤３０の周りに均一に形成されたマイクロカプセル３２を形成することができる。

また、上記のように着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点に向けて着色剤３０側からエネルギーを収束させて加えることにより着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにしたので、上記エネルギーを一定に保つことにより上記のようなマイクロカプセル３２を安定して形成することができる。

なお、マイクロカプセル形成装置としては、上記のような構成の装置に限らず、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点に向けて着色剤３０側からエネルギーを収束させて加え、着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させることができるものであれば如何なるものでもよいが、たとえば、図３に示すような装置を利用することができる。

図３に示すマイクロカプセル形成装置においては、板状の支持材１１０の上に、所定の幅を有する複数の平棒状の個別電極１１１が一定間隔で列状に形成されているとともに、その複数の個別電極１１１の上には、各個別電極１１１と同じ間隔で列状に配列された電極（図示しない）を下面側に有する超音波振動子としての板状の圧電体１１２，１１３が、個別電極１１１の配列方向と垂直な個別電極１１１の長さ方向に平行に形成されている。圧電体１１２，１１３の各個別電極１１１と対向する面には、共通電極１１４，１１５がそれぞれ形成されているとともに、その共通電極１１４，１１５上には、超音波収束部材としてのレンズ１１６，１１７がそれぞれ形成されている。そして、これら圧電体１１２，１１３およびレンズ１１６，１１７の周りには、着色剤３０および高分子化合物３１を保持するためのプール状のインク保持室１１９が形成されていて、その内部には着色剤３０および高分子化合物３１が充填されている。そして、上記図２に示したマイクロカプセル形成装置を用いてマイクロカプセルを形成した場合と同様に、図３に示すように、芯物質である着色剤３０の表面に高分子化合物３１からなる液膜が形成される。

圧電体１１２，１１３およびレンズ１１６，１１７の並び方向中心上方には、各個別電極１１１の配列方向に長いスリット１２０，１２１がそれぞれ設けられたスリット部材１２２がインク保持室１１９の上部に設けられている。そして、レンズ１１６，１１７の収束点１３は、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近に位置するように設定されている。

また、複数の個別電極１１１の圧電体１１２，１１３が形成されていない両側部分には、各個別電極１１１と同じ間隔で配列された複数の引出電極１２３が形成されていて、これら各引出電極１２３は、対応する各個別電極１１１とそれぞれ圧着接続されている。複数の引出電極１２３は、それらの近傍の支持材１１０上に配設された圧電体１１２，１１３を駆動するための駆動用ＩＣ２４の端子とボンディングワイヤ１２５により接続されている。

そして、圧電体１１２，１１３とそれを挟んで対向した電極１１１，１１４，１１５で構成される圧電素子は、アレイ状に一定間隔で配置されており、このうちの一部の複数の圧電素子を用いて同時駆動することにより、超音波を上記収束点１３に収束させる。すると、収束点１３近傍において超音波エネルギーの密度が上昇し、図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示したように、着色剤３０が高分子化合物３１により包み込まれるように高分子化合物３１側に吐出し、マイクロカプセル３２が形成される。

また、上記図３に示したマクロカプセル形成装置は、圧電素子およびスリットを２列備えたものであるが、これを１列とした構成のマイクロカプセル形成装置を利用するようにしてもよい。

また、上記マイクロカプセル形成装置を用いたマイクロカプセル形成方法は、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近にエネルギーを収束させて加えることによりマイクロカプセルを形成する方法であるが、上記のようにエネルギーを加えることに限らず、着色剤３０を着色剤３０が高分子化合物３１により包み込まれるように高分子化合物３１側に吐出させる方法であれば加圧以外のその他の方法を採用してもよい。たとえば、微小発熱体により気泡を発生させ、図４（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近において気泡１４を破裂させることにより着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにしてもよい。なお、図４（Ａ）〜（Ｆ）は上記マイクロカプセルの形成方法を経時的に示したものである。具体的には、気泡内圧力で凹みを形成していたものが、破泡にともないもとに戻ろうとすると、その復帰の際に逆に突出を生じ、その突出が上方に跳ね上げられることによりマイクロカプセル３２が形成される。なお、気泡１４が破泡する位置については、界面付近であれば、着色剤３０側でもよいし、高分子化合物３１側でもよい。

上記のようにして着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近において気泡を破裂させることにより着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにした場合には、上記気泡をサーマルヘッドなどにより生じさせるようにすれば、より簡易な構成で上記のようなマイクロカプセル３２を形成することができる。

また、たとえば、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点に向けてレーザを収束させて照射することにより着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにしてもよい。上記方法においては、着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近にレーザを照射することにより、その照射された部分の物質が気化して気泡が生じ、上記の方法と同様に、その破泡にともなってマイクロカプセル３２を形成することができる。なお、レーザを収束させて照射する点については、界面付近であれば、着色剤３０側でもよいし、高分子化合物３１側でもよい。

上記のようにして着色剤３０と高分子化合物３１との界面付近における所定の点に向けてレーザを収束させて照射することにより着色剤３０を高分子化合物３１側に吐出させてマイクロカプセル３２を形成するようにした場合には、レーザの出力を一定に保つことにより上記のようなマイクロカプセル３２を安定して形成することができる。

また、上記に説明したマイクロカプセルの形成方法は、着色剤と高分子化合物とを用いてマイクロカプセルを形成する方法であるが、これらの材料に限らず、その他の材料を用い上記と同様の方法を使用してマイクロカプセルを形成するようにしてもよい。具体的には、たとえば、フォトクロミック物質を芯物質としたフォトクロミックマイクロカプセル、接着剤を芯物質としたマイクロカプセル、香料を芯物質としたマイクロカプセルなどの形成に本発明のマイククロカプセルの形成方法を利用することができる。特に、接着剤を新物質としたマイクロカプセルを本発明のマイクロカプセルの形成方法により形成するようにした場合には、芯物質が壁膜の液体層の下にあるため、空気中の酸素や水分などで反応する接着剤でも機上放置することができる。

また、香料マイクロカプセルを含む印刷物を製造する際、従来は、まず、香料のマイクロカプセルを形成した後、それをインクに混ぜ、そのインクを利用して印刷するという３工程を経る必要があったが、本発明のマイクロカプセルの形成方法を利用するようにすれば、芯物質を香料とし、壁膜の材料に着色剤を入れるようにすれば、１工程で香料マイクロカプセルの含まれた印刷物を製造することができる。

なお、上記のように芯物質として、着色剤以外のものを利用する場合においても、壁膜の材料の比重の方が芯物質の材料の比重よりも小さくなるように材料を選択する必要がある。

本発明のマイクロカプセルの形成方法の一実施形態を説明するための図本発明のマイクロカプセルの形成方法を実施するマイクロカプセル形成装置の一実施形態本発明のマイクロカプセルの形成方法を実施するマイクロカプセル形成装置のその他の実施形態本発明のマイクロカプセルの形成方法のその他の実施形態を説明するための図

符号の説明

１加振体
７音響伝導体
９供給路
１４気泡
１５開口
１７保持板
２６音波
３０着色剤
３１高分子化合物
３２マイクロカプセル
１１１個別電極
１１２，１１３圧電体
１１４，１１５共通電極
１１６，１１７レンズ
１１９インク保持室
１２０，１２１スリット
１２３引出電極
１２４駆動用ＩＣ
１２５ボンディングワイヤ

Claims

芯物質が壁膜により包み込まれて形成されたマイクロカプセルの形成方法において、
前記芯物質である第１の液体の表面に、前記芯物質より比重が小さい前記壁膜の材料である第２の液体からなる液膜を形成し、
前記第１の液体と前記第２の液体との界面付近に存在する気泡を該気泡内の空気の圧力によって破裂させることによって液面を下方側に逆に突出させ、該突出が上方に跳ねあげられることによって、前記第１の液体が前記第２の液体により包み込まれるように前記第１の液体を前記第２の液体側に吐出させて前記マイクロカプセルを形成することを特徴とするマイクロカプセルの形成方法。