JP5746632B2 - マイクロチャネル構造体並びにエマルションおよび固体球状粒子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は積層型マイクロミキサー、積層型マイクロリアクター等に代表されるマイクロチャネル構造体、およびこれを用いたエマルションの製造方法、並びにこれにより得られるエマルションを用いた固体球状粒子の製造方法に関する。

近年、マイクロチャネルの特性を利用して、各種溶液類を混合し、乳化、化学反応、分析等を行う代表的な装置（マイクロミキサー、マイクロリアクター）の開発がさかんに行われている。例えば、微細な３次元流路構造を形成するため、あるいは、マイクロチャネルを増やし生産性を高めるために、積層構造化したマイクロミキサーが提案されている（特許文献１、２参照）。

また、マイクロチャネルで化学反応を行うマイクロリアクターにおいては、装置の生産性を上げるためには、マイクロチャネルを長くし滞留時間を長くするか、原料をより大量に供給することが必要となる。どちらの場合でも、装置内にかかる圧力は高くなる。

一方、マイクロチャネル内で混合や乳化を行うマイクロミキサーにおいては、より早く、均一に混合、乳化するために、マイクロチャネルを小さく、線速度を早くする、あるいは複雑な形状部分を流す必要があり、これらもまた運転圧力の上昇につながる。

これらマイクロチャネルを利用する装置では、マイクロチャネル特有の温度、時間等の反応条件の均一性や、接触面積割合の高さや層流状態を利用するため、本来流れるべきマイクロチャネルではなく、積層面間を流体が移動するということは、本来の設計どおりの反応が行えないことを意味する。特に、微小孔を通して均一乳化を行うマイクロミキサーについては、より小さなエマルションを得るために、孔の大きさも小さくする必要があり、この用途においても、運転圧力が高くなることは避けられない。均一乳化を目的とする装置において、積層面間を滲出した分散液が、混合物（エマルション）流路に滲出した場合には、目的の粒径以外のエマルションが生成して、目的物が全く得られないこととなるため、分散液が漏洩してくる現象は絶対に避けなければならいことである。

また、内部で複数のマイクロチャネルに分配される流路をもつマイクロミキサーおよびマイクロリアクターでは、積層面間を滲出してきた粘度の異なる流体が一部の流路を流れることで、流れが均一でなくなってしまい目的物が得られなくなるという点でも、積層面間を滲出した液体がマイクロチャネルよりも上流の流路へ混入することは避けなければならない。

積層型マイクロミキサーでは、積層面間の漏れを防止するため、柔らかい材料をはさんでシールを行う方法も提案されている。この積層面間の漏れは、運転時の内圧が高いほど起こりやすいため、実際には漏れが生じないような低い圧力で設計したり、漏れが生じても製品流路に混入しないように制限された設計によりマイクロチャネルが配置されている。

積層後に面間を結合させ一体化させるという方法も提案されているが、装置内部の洗浄や、使用する薬液や内部構造を目的に応じて変更するという意味から、積層面間を結合させてしまうのではなく、用途に応じて設計、組み立てが可能なマイクロミキサーの方が扱いやすい（特許文献３参照）。

また、何度も繰り返し洗浄して使用することを考えると、積層面間についた傷や付着したほこりなどでシールが悪くなることも予想され、この部分の信頼性向上も求められている。

特開２００４−２６８０２９号公報 特許第４１９３６２６号公報 特開２００９−２２６５０３号公報

本発明は、供給流体が積層面間を通じて混合物や反応物の流路に滲出することを防止した積層型マイクロミキサー、積層型マイクロリアクター等のマイクロチャネル構造体を提供することを目的とする。また、積層型マイクロミキサーのようなマイクロチャネル構造体を用いてエマルションを製造する方法において、高圧の条件下で均一な粒径のエマルションを製造する方法、さらにこのようなエマルションから均一な粒径の固体球状粒子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明のマイクロチャネル構造体は、一対の枠体間に、マイクロチャネルを含む流路となる切欠き部を備えた下記Ｙ層、Ｚ層、または、下記Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層を順に含む層を積層挟圧して、
第１の流体と第２の流体を混合し混合物とするための１本以上のマイクロチャネルと、前記マイクロチャネルに前記第１の流体および第２の流体をそれぞれ供給する流路と、前記マイクロチャネルから混合物を排出する流路と、を形成させてなり、
前記枠体の少なくとも一方が、前記第１の流体を供給するための第１の流体供給孔、前記第２の流体を供給するための第２の流体供給孔、前記混合物を排出するための混合物排出孔、および、積層面間に滲出した流体を前記マイクロチャネルを含む流路に混入させないように回収して外部に排出するための滲出流体排出用の流路となる滲出流体排出孔を有し、前記層が滲出流体排出用の流路となる切欠き部を含んでもよい構成としたマイクロチャネル構造体であって、
Ｙ層、Ｚ層積層の場合のＹ層：下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を有する層、
Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層積層の場合のＹ層およびＹ’層：双方に下記（ｂ）を有し、いずれか一方に下記（ａ）を有し、いずれか一方に下記（ｃ）を有する層、
（ａ）前記第１の流体供給孔から下記Ｚ層が形成するマイクロチャネルの上流側に前記第１の流体を前記マイクロチャネルに供給するための、前記マイクロチャネル、および、第１の流体供給孔に連通する第１の切欠き部、
（ｂ）前記第２の流体供給孔から前記マイクロチャネルの第１の切欠き部より下流側に第２の流体を供給するための、前記マイクロチャネル、および、第２の流体供給孔に連通する少なくとも１つ以上の第２の切欠き部、
（ｃ）前記第２の切欠き部より下流側に第１の流体と第２の流体の混合物を排出するための、前記混合物排出孔および前記マイクロチャネルに連通する第３の切欠き部、
Ｚ層：前記Ｙ層およびＹ’層間で前記第１の流体と第２の流体を混合するマイクロチャネルを形成する切欠き部を有する層、
前記供給される第１の流体が連続相であり、第２の流体が分散相であり、得られる混合物がエマルションであって、前記Ｙ層およびＹ’層が有する前記第２の切欠き部が複数の微小孔からなり、前記Ｚ層のマイクロチャネルにおいて前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部を介して供給された連続相中に前記微小孔を介して押し出すことで分散相を供給し乳化させることを特徴とする。

なお、本明細書において、「マイクロチャネル」とは微細流路をいい、流路の断面を形成する面の短辺が０．０１〜１ｍｍ程度のものをいう。本発明のマイクロチャネル構造体においては、上記の通り、混合、反応のための流路はマイクロチャネルである。その他の流路、具体的には、流体供給流路、混合物や反応物等の流体を排出する流路、滲出流体排出用流路は、流体を流通することができればサイズは制限されず、マイクロチャネルであってもなくてもよい。本明細書において「流路」は、マイクロチャネルを含む概念として使用される。

また、本発明のマイクロチャネル構造体において、一対の枠体間に上記層の１層を積層挟圧する場合の積層とは、両枠体と該層の積層をいう。また、「積層面間」には、複数の層が積層された場合であっても、前記各層の面間の積層面間のみでなく、枠体面と層の面間の積層面間も含まれる。

また、本発明は、上記本発明のマイクロチャネル構造体を用いたエマルションの製造方法を提供する。

本発明は、上記本発明の製造方法により得られたエマルションを用いて固体球状粒子を製造する方法を提供する。

本発明のマイクロチャネル構造体を用いれば、積層面間から滲出した流体が混合物や反応物の流路に混入することを防止することができ、高い信頼性をもった運転が可能となる。また、特に、均一乳化を目的とするエマルションの製造において、本発明のマイクロチャネル構造体を用いれば、高圧の条件下で均一な粒径エマルションを得ることが可能となり、さらに、均一な粒径の固体球状粒子を得ることが可能である。

本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）を構成する各層の平面図である。 本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）を流通する流体の流れを示す図である。 本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の断面図である。 本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の外観図である。 本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の前面枠体の平面図である。 滲出流体流路を有さないマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）を構成する各層の平面図である。 滲出流体流路を有さないマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の断面図である。

本発明のマイクロチャネル構造体は、少なくとも一方に流路となる外部連通孔を有する一対の枠体間に、マイクロチャネルを含む流路となる切欠き部を有する層の１層以上を積層挟圧して、２種類以上の流体を混合する、２種類以上の流体を混合し反応させる、または、１種類以上の流体を反応させる、ための１本以上のマイクロチャネルと、前記マイクロチャネルに流体を供給する流路と、前記マイクロチャネルから流体を排出する流路と、を形成させてなるマイクロチャネル構造体において、ある流路、例えば原料流体供給流路を流通する流体が、積層面間を通じて別の流路、例えば上記以外の原料流体の供給流路や混合物や反応物の流通する流路へと移動するのを防ぐために、前記枠体の少なくとも一方が、積層面間に滲出した流体を前記マイクロチャネルを含む流路に混入させないように回収して外部に排出するための滲出流体排出用の流路となる外部連通孔を有し、前記層が滲出流体排出用の流路となる切欠き部を含んでもよい構成としたことを特徴とする。

上記滲出流体排出孔は、積層面の流体が移動していくであろう箇所に、漏れを防ぎたい流路よりも低い圧力となるようにして、上記複数の流路と交差しないように形成され、この滲出流体排出孔を通じて、積層面間から滲出してきた流体を装置外部へ排出させる構成であることが好ましい。

本発明のマイクロチャネル構造体は、具体的には、一対の枠体間に、流路となる切欠き部を備えた下記Ｙ層、Ｚ層、または、下記Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層を順に含む層を積層挟圧し、前記枠体の少なくとも一方に流体を供給するための流体供給孔、混合物または反応物を排出するための混合物・反応物排出孔、および、滲出流体排出孔を設けて、積層面間に滲出した流体を前記マイクロチャネルを含む流路に混入させないように回収し、前記滲出流体排出孔から外部に排出するように構成されることが好ましい。

Ｙ層およびＹ’層：双方に下記（ｂ）を有し、一方または双方に下記（ａ）および／または（ｃ）を有する層、
（ａ）第１の流体の流体供給孔から下記Ｚ層が形成するマイクロチャネルの上流側に前記第１の流体を前記マイクロチャネルに供給するための、前記マイクロチャネル、および、第１の流体供給孔に連通する第１の切欠き部、
（ｂ）第２の流体の流体供給孔から前記マイクロチャネルの第１の切欠き部より下流側に第２の流体を供給するための、少なくとも１つ以上の第２の流体の前記マイクロチャネル、および、第２の流体供給孔に連通する第２の切欠き部、
（ｃ）第２の切欠き部より下流側に第１の流体と第２の流体の混合物または反応物を排出するための、前記混合物・反応物排出孔および前記マイクロチャネルに連通する第３の切欠き部、
Ｚ層：前記Ｙ層およびＹ’層間で前記第１の流体と第２の流体を混合する、または、混合し反応させるマイクロチャネルを形成する切欠き部を有する層。

さらに、本発明の積層型マイクロミキサーは、Ｙ層および／またはＹ’層のＺ層と面していない側の面に、下記Ｘ層、および／または、下記Ｘ’層を有する構成とすることが好ましい。

Ｘ層およびＸ’層：Ｘ層はＹ層の切欠き部に、およびＸ’層はＹ’層の切欠き部にそれぞれ対応して、双方に下記（ｅ）および（ｆ）を有し、一方または双方に下記（ｄ）および／または（ｇ）を有する層、
（ｄ）前記第１の流体の流体供給孔から前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部に前記第１の流体を供給するための、前記第１の流体供給孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部に連通する第１の流体の流路となる第１の切欠き部、
（ｅ）第１の切欠き部より下流側に前記第２の流体を供給するための、少なくとも１つの第２の流体の流体供給孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する前記第２の切欠き部に連通する第２の流体の流路となる第２の切欠き部、
（ｆ）少なくとも１つの、前記枠体が有する滲出流体排出孔に連通する、滲出流体の流路となる第４の切欠き部、
（ｇ）第１の流体と第２の流体の混合物または反応物を排出するための、前記混合物・反応物排出孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する前記第３の切欠き部に連通する、前記混合物または反応物の流路となる第３の切欠き部。

また、上記滲出流体排出用の流路となる外部連通孔である滲出流体排出孔は、積層面間に滲出した流体をマイクロチャネル、流体供給流路、混合物・反応物排出流路等に混入させないように回収して外部に排出するために、前記流体を供給する流路の積層面内の外周の少なくとも一部に沿って設けられることが好ましい。

なお、本発明のマイクロチャネル構造体は、具体的には、上記マイクロチャネルにおいて、２種類以上の流体を混合する積層型マイクロミキサー、２種類以上の流体を混合し反応させる、または、１種類以上の流体を反応させる積層型マイクロリアクター等として用いることができる。

２種類以上の流体を混合する積層型マイクロミキサーとして用いる場合には、対象とする流体の混合としては、特に制限されないが、具体的には、分散相と連続相を供給流体として装置内で混合することで乳化を行い、エマルションを製造する等が挙げられる。
また、２種類以上の流体を混合し反応させる、または、１種類以上の流体を反応させる積層型マイクロリアクターの反応としては、特に制限されないが、例えば、触媒反応、イオン交換反応、電気化学反応、ラジカル反応、超臨界反応等の各種反応を挙げることができる。

これらのうちでも、本発明のマイクロチャネル構造体は積層型マイクロミキサーとして、エマルションの製造により好適に用いられる。
さらに、上記エマルションの原料として、後の処理で固形化可能な原料を用いることで、均一な固体球状粒子の製造に、より好適に用いられる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５に基づいて、分散相を第２の流体として微小孔を通して連続相（第１の流体）中に押し出して均一乳化（混合）を行うマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の一例を説明する。なお、本発明は、積層面間に滲出した流体が、マイクロチャネル、流体供給流路、混合物・反応物排出流路等の流路に達する前に、これを外部へ排出することが可能な積層型マイクロミキサーや積層型マイクロリアクター等を含むマイクロチャネル構造体であって、以下に説明する実施の形態の一例であるエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）に限定されるものではない。

本発明の一つの実施の形態のエマルション製造用のマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）（以下、「本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー」という）を構成する各層の構成を平面図として図１に示す。図２は、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーの各層を流通する流体の流れを示す図である。図３は、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーの構成を示す断面図であり、図４は外観図である。図５は、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーの前面枠体の平面図である。

このように本発明の第１の実施形態のマイクロチャネル構造体は、２種類以上の流体を混合してエマルションを製造する積層型マイクロミキサーに分類されるため、以下、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーの説明においては、本発明のマイクロチャネル構造体における「混合物・反応物排出孔」を「混合物排出孔」または「エマルション排出孔」で表し、「混合物または反応物の流路」を「混合物流路」または「エマルション排出孔」で表した。

図３および図４に示すように第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１は、前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’から構成される一対の枠体に、前面枠体Ｗ側から背面枠体Ｗ’側に向かってＸ層、Ｙ層、Ｚ層の順に積層挟圧されている。前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’の間に各層を積層挟圧する手段は図示されていないが、本発明においては、通常、積層型マイクロミキサーや積層型マイクロリアクターを作製する際に用いられる積層挟圧の方法が特に制限なく用いられる。具体的には、それぞれの枠体、層の外縁の内側に固定用の螺子穴を複数設け、螺子を用いて両枠体間に各層を積層挟圧する方法、積層体の両面から圧力をかけて挟み込む方法等が挙げられる。図３および図４において、「→」は、滲出流体５を示す。

ここで、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’およびその間に積層された各層、Ｘ層、Ｙ層、Ｚ層には、それぞれ少なくとも２以上の流体が流通する流路となる孔が設けられている。図１〜図５において、第１の流体（連続相）の流路をＡ、第２の流体（分散相）の流路をＢ、第１の流体と第２の流体を混合するマイクロチャネルをＣ、第１の流体と第２の流体の混合物（エマルション）の流路をＤ、積層面間から滲出した滲出液体の流路をＥとして示した。

まず、各層を積層挟圧する前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’について説明する。図１および図３から図５に示すように、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、前面枠体Ｗは、以下に説明するＺ層が形成するマイクロチャネルの上流側に第１の流体である連続相の流体供給孔Ａｗ、第１の流体（連続相）の流体供給孔Ａｗより下流側に第２の流体である分散相の流体供給孔Ｂｗ、この分散相の流体供給孔Ｂｗより下流側に混合物であるエマルションの排出孔Ｄｗ、および、Ｘ層に対向して分散相の流体供給孔Ｂｗの３辺を囲む形に形成された滲出流体排出孔Ｅｗを設けた構成を有する。

なお、上記前面枠体Ｗが有する各孔は前面枠体Ｗの外部に連通する。連続相の流体供給孔Ａｗは連続相（第１の流体）供給口１１により、分散相の流体供給孔Ｂｗは分散相（第２の流体）供給口１２により、エマルションの排出孔Ｄｗはエマルション（混合物）排出口１３により、また滲出流体排出孔Ｅｗは、２か所の外部連通口１４、１５により、前面枠体Ｗの外部に連通している。このような流体の供給口や排出口は、第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、前面枠体Ｗの側面に設けられているが、Ｘ層に対向する面と反対側の面に設けてもよい。

上記前面枠体Ｗの大きさは、積層型マイクロミキサーを用いて得ようとする混合物（エマルション）の種類、必要なマイクロチャネルの長さ、流路数、設置場所等により適宜調整させるものである。

前面枠体および以下の背面枠体の材質は、用いる流体におよび混合物に反応しない材質であって、上記各孔を所望の形状に加工可能な加工性を有し、流体の混合に必要な圧力、温度等の条件に耐える耐熱性、耐圧性等の機械的強度を備えるものであれば、特に制限されない。具体的には、ニッケル、ＳＵＳ、シリコン等の金属、あるいは、ガラス、あるいは、アクリル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の樹脂材料等が挙げられる。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、背面枠体Ｗ’は、Ｚ層に対抗する面は平面であり、流路となる外部連通孔は保有していない。

背面枠体Ｗ’の大きさは、上記前面枠体Ｗと同様とすることができる。なお、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーにおいては、前面枠体Ｗ、Ｘ層、Ｙ層とほぼ同様の構造の背面枠体Ｗ’、Ｘ’層、Ｙ’層をＺ層中心面として対象に配置した構成とすることもできる。

次に、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、上記前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’に積層挟圧されたＸ層、Ｙ層、Ｚ層の各層について図１〜図３に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、上記前面枠体Ｗの内側に設けられたＸ層は、通常、供給流体が積層面間へ滲み出すのを低減させるためのガスケットとして作用するように設けられる。また、Ｘ’層が設けられる場合にも同様にガスケットとしての作用を目的として設けられる。本発明のマイクロチャネル構造体における必須の構成を得るために、このようなＸ層およびＸ’層は必須の構成要素ではなく、必要に応じて設けられる任意の構成要素である。したがって、上記本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、Ｙ層、Ｚ層の積層構造が上記前面枠体Ｗと背面枠体Ｗ’の間に積層挟圧され、各層と枠体が十分に密閉され、本発明の効果が損なわない範囲であれば、Ｘ層を有しない構成の積層型マイクロミキサーも本発明の積層型マイクロミキサーの範疇である。

ただし、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、以下に説明するＹ層は構造上その材質が硬質の材料からなることが好ましいため、通常は、Ｘ層が滲出流体を減少させるためのガスケットとして用いられる。Ｘ層は、ガスケットとしての機能を果たすことが可能な材質であれば特に制限されないが、クッション製のある柔らかい材質、具体的には、シリコン樹脂、フッ素樹脂、のような軟質樹脂、あるいはゴムから形成されることが好ましい。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、図１〜図３に示す通りＸ層は前面枠体Ｗの有する連続相の流体供給孔Ａｗから以下に説明するＹ層が有する第１の切欠き部Ａｙに連続相を供給するための、前面枠体Ｗが有する連続相の流体供給孔ＡｗおよびＹ層が有する第１の切欠き部Ａｙに連通する第１の切欠き部Ａｘを有する。Ｘ層が有する連続相を流通させる流路を構成する第１の切欠き部Ａｘは、前面枠体Ｗが有する連続相の流体供給孔Ａｗとほぼ同じ大きさとすることが好ましい。

また、Ｘ層は前面枠体Ｗの有する分散相の流体供給孔Ｂｗから以下に説明するＹ層が有する第２の切欠き部Ｂｙに分散相を供給するための、前面枠体Ｗが有する分散相の流体供給孔ＢｗおよびＹ層が有する第２の切欠き部Ｂｙに連通する第２の切欠き部Ｂｘを有する。Ｘ層が有する分散相を流通させる流路を構成する第２の切欠き部Ｂｘは、前面枠体Ｗが有する分散相の流体供給孔Ｂｗとほぼ同じ大きさとすることが好ましい。

Ｘ層は、前面枠体Ｗの有する連続相と分散相の混合物（エマルション）を排出するためのエマルションの排出孔Ｄｗおよび以下に説明するＹ層が有する第３の切欠き部Ｄｙに連通する第３の切欠き部Ｄｘを有する。

さらにＸ層は、以下に説明するＹ層に対向し前面枠体Ｗが有する滲出流体排出孔Ｅｗに連通する第４の切欠き部Ｅｘを有する。Ｘ層が有する滲出流体を流通させる流路を構成する第４の切欠き部Ｅｘは、前面枠体Ｗが有する滲出流体排出孔Ｅｗとほぼ対応するが、Ｘ層においては、上記第２の切欠き部Ｂｘの上と下に２つの切欠き部を形成させて滲出流体を流通させる流路としている。これを、前面枠体Ｗが有する滲出流体排出孔Ｅｗと同様の形状であるコの字型に形成してもよいが、Ｘ層は柔らかい材質で形成され層の厚さも薄いことから、取り扱い上、第４の切欠き部Ｅｘは一体化させず、分断して設けることが好ましい。

Ｘ層の大きさは、通常、前面枠体Ｗおよび背面枠体Ｗ’と同様とする。厚さは、ガスケットとして機能する厚さであれば特に制限されないが、０．０５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましく、０．１〜０．５ｍｍがさらに好ましい。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、Ｙ層は、以下に説明するＺ層がＹ層と背面枠体Ｗ’との間で形成するマイクロチャネルＣに、前面枠体ＷからＸ層を介して第１の流体である連続相および、第２の流体である分散相を供給する流路を形成するための以下の切欠き部と、Ｚ層が形成するマイクロチャネルで混合された混合物（エマルション）を、Ｘ層を介して前面枠体Ｗに排出する流路を形成するための切欠き部を有する層である。本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１は、エマルションを形成させるために、分散相を供給する切欠き部は、複数の微細孔から構成される。

具体的には、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、図１〜図３に示す通りＹ層は、前面枠体Ｗの有する連続相の流体供給孔ＡｗからＸ層が有する第１の切欠き部Ａｘを介して供給される連続相を以下に説明するＺ層が形成するマイクロチャネルＣの上流側に供給するための、Ｘ層が有する第１の切欠き部Ａｘ、および、Ｚ層が形成するマイクロチャネルＣに連通する第１の切欠き部Ａｙを有する。

また、Ｙ層は前面枠体Ｗの有する分散相の流体供給孔ＢｗからＸ層が有する第２の切欠き部Ｂｘを介して供給される分散相を以下に説明するＺ層が形成するマイクロチャネルＣの、第１の切欠き部Ｂｙより下流側に供給するためのＸ層が有する第２の切欠き部Ｂｘ、および、Ｚ層が形成するマイクロチャネルＣに連通する第２の切欠き部Ｂｙを有する。積層型マイクロミキサー１においては、マイクロチャネルＣに分散相を供給するためにＹ層が有する第２の切欠き部Ｂｙは、Ｚ層がＹ層および背面枠体Ｗ’との間で形成するマイクロチャネルＣに対応して設けられている。

すなわち、マイクロチャネルＣは以下に説明する通り複数のマイクロチャネルとすることもできることから、Ｙ層が有する第２の切欠き部Ｂｙは、そのマイクロチャネルの数に対応して同数設けられる。さらに、マイクロチャネルＣに分散相を供給する流路を形成する第２の切欠き部Ｂｙは、複数の微細孔の集合体としてＹ層に設けられる。マイクロチャネルＣにはＹ層の上流側に設けられた連続相供給のための第１の切欠き部Ａｙを介して既に供給された連続相が流通している。その連続相中にＹ層が有する複数の微細孔の集合体である第２の切欠き部Ｂｙを介して分散相が供給されることで連続相中に分散相が分散したエマルションが形成される。

Ｙ層が有する第２の切欠き部Ｂｙは、上記の通り、以下に説明するマイクロチャネルＣの数と同じ数であることが好ましい。微細孔の大きさ、形状は、製造しようとするエマルションの種類や粒子径による。エマルションの粒子径は、Ｚ層の厚さ、連続相および分散相の種類や供給速度、乳化剤濃度等にもよる。また、微細孔には、従来公知の方法により、分散相が親水性流体である場合は撥水化処理を、分散相が親油性流体である場合は親水化処理を施してもよい。さらに、同様の処理が、積層型マイクロミキサーを構成する枠体、各層に必要に応じて施されてもよい。

さらにＹ層は、上記第２の切欠き部Ｂｙより下流側に、上記マイクロチャネルＣで得られたエマルションを排出するための、Ｘ層が有する第３の切欠き部Ｄｘを介して前面枠体Ｗの有するエマルションの排出孔ＤｗとマイクロチャネルＣに連通する第３の切欠き部Ｄｙを有する。

Ｙ層を構成する材料については、以下の厚さにおいて上記微細孔を形成でき、分散相を一定の圧力以上で押し出すのに耐え得る材質であれば、特に制限されない。具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、シリコン等の金属、あるいは、ガラス、あるいは、アクリル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の樹脂材料等が用いられるが、硬質金属が好ましく用いられる。
また、Ｙ層の大きさは、通常、前面枠体Ｗおよび背面枠体Ｗ’と同様とする。厚さは、分散相をＹ層が有する微細孔からマイクロチャネルＣへと均一に供給できる厚さであれば特に制限されないが、０．００５ｍｍ〜５ｍｍ程度が好ましく、０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度がより好ましい。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、Ｚ層は上記Ｙ層および背面枠体Ｗ’との間でマイクロチャネルＣを形成するための切欠き部を有する層である。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１において、Ｚ層が有する切欠き部を用いてＺ層がＹ層および背面枠体Ｗ’との間に形成するマイクロチャネルＣについて、図１〜図３に示される本数は８本であるが、本数は特に制限されず１本であっても複数本でもかまわない。マイクロチャネルＣの形状は特に制限されないが矩形形状であることが好ましい。

積層型マイクロミキサー１において、Ｚ層の厚さ、すなわちマイクロチャネルの深さは、０．０１〜１ｍｍとすることが好ましく、０．０３〜０．５ｍｍとすることがより好ましい。Ｚ層の大きさは、枠体、Ｚ層以外の各層と同様の大きさとすることができる。
なお、本発明のマイクロチャネル構造体においては、マイクロチャネルの１本の大きさ、本数、形状等は、適用される混合や反応の種類、用いられる流体の種類、除熱能力等を勘案して、適宜選択される。

Ｚ層を構成する材料については、上記の厚さにおいて上記マイクロチャネルＣを形成でき、使用する温度、圧力、薬品に耐え得る材質であれば、特に制限されない。具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、シリコン等の金属、あるいは、ガラス、あるいは、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の樹脂が好ましく用いられる。

マイクロチャネルＣでは全てのマイクロチャネルの上流側において、前面枠体Ｗの有する連続相の流体供給孔ＡｗからＸ層が有する第１の切欠き部Ａｘ、Ｙ層が有する第１の切欠き部Ａｙ（連続相流路Ａ）を流通した連続相が供給される。積層型マイクロミキサーへの連続相の供給は、前面枠体Ｗが有する連続相の流体供給口１１から通常の供給手段（図示せず）、具体的には、ポンプ、圧送等により行われる。供給の圧力は、連続相の種類や目的物の物性等によるが、概ね０．００１〜１ＭＰａとすることが好ましく、０．００５〜０．５ＭＰａとすることがさらに好ましい。

マイクロチャネルＣでは、連続相が供給される切欠き部Ａｙとの連結部より下流側から、分散相が連続相中に供給される。分散相は、前面枠体Ｗの有する分散相の流体供給孔ＢｗからＸ層が有する第２の切欠き部Ｂｘ、Ｙ層が有する第２の切欠き部Ｂｙすなわち複数の微細孔（分散相流路Ｂ）を流通してＹ層側からマイクロチャネルＣの全てに流れている連続相中へ供給される。

ここで、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーにおいては、上述の通り前面枠体Ｗ、Ｘ層、Ｙ層と同様の構造の背面枠体Ｗ’、Ｘ’層、Ｙ’層をＺ層中心面として対象に配置した構成とすることもできる。このような背面枠体Ｗ’、Ｘ’層、Ｙ’層を使用した場合には、これらが有する構成要素を、対応する前面枠体Ｗ、Ｘ層、Ｙ層が有する構成要素の記号に「’」を付けた符号を用いて説明すれば、分散相は、背面枠体Ｗ’の有する分散相の流体供給孔Ｂｗ’からＸ’層が有する第２の切欠き部Ｂｘ’、Ｙ’層が有する第２の切欠き部Ｂｙ’すなわち複数の微細孔（分散相流路Ｂ）を流通してＹ’層側からマイクロチャネルＣの全てに流れている連続相中へ供給される。

この場合、マイクロチャネルＣには、Ｙ層側とＹ’層側の両側から分散相が供給されることになり、上記Ｙ層側（片側）のみから分散相が供給される場合に比べてマイクロチャネルＣでの分散相の濃度を２倍とすることができる。積層型マイクロミキサーへの分散相の供給は、前面枠体Ｗが有する分散相の流体供給口１２から通常の供給手段（図示せず）、具体的には、ポンプ、圧送等により行われる。供給の圧力は、分散相の種類や目的物の物性等によるが、概ね０．００１〜１ＭＰａとすることが好ましく、０．００５〜０．５ＭＰａとすることがさらに好ましい。

マイクロチャネルＣでは、全てのマイクロチャネルでこのようにして連続相中に分散相が押し出されることでエマルションが形成される。マイクロチャネルＣで製造されたエマルションは、Ｙ層が有する第３の切欠き部ＤｙからＸ層が有する第３の切欠き部Ｄｘを介して前面枠体Ｗの有するエマルションの排出孔Ｄｗ（エマルション流路Ｄ）を流通し前面枠体Ｗのエマルション排出口１３から積層型マイクロミキサー外部へ排出される。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、上記のように分散相となる流体が積層型マイクロミキサー内に供給されるため、分散相流路Ｂ（前面枠体Ｗの有する分散相の流体供給孔ＢｗからＸ層が有する第２の切欠き部Ｂｘ、Ｙ層が有する第２の切欠き部Ｂｙすなわち複数の微細孔までの流路）内を流れるほか、図３に示す滲出流体５のように、各積層面間、具体的には、Ｘ層−Ｙ層、Ｘ層−前面枠体Ｗ、（本実施形態では、Ｚ層−Ｙ層間はないが、流路配置の仕方によっては、Ｚ層−Ｙ層間も該当する）の面間にも滲み出していく。同様に連続相となる流体についても上記と同面間を滲み出していくが、連続相の滲出量が全体量に比べて少ない場合には、エマルション濃度以外に大きな影響を与えることはない。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、流体（この場合、分散相や連続相）が上記のように積層面間に滲出することを防ぐのではなく、滲出した流体を上記連続相流路Ａ、分散相流路Ｂ、およびエマルション流路Ｄとは別に滲出流体用の流路Ｅを設けることで、他の流路Ａ、Ｂ、Ｄへの混入を防ぐことを特徴としている。
具体的には、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１においては、図１〜図５に示すように、滲出流体用の流路Ｅは、Ｘ層に、Ｘ層が有する分散相流路を形成する第２の切欠き部Ｂｘの上と下に２つの第４の切欠き部Ｅｘを形成させ、これに連通して、前面枠体Ｗが有するＸ層に対向して前面枠体Ｗに分散相の流体供給孔Ｂｗの３辺を囲む形に形成された滲出流体排出孔Ｅｗを設けた構成として滲出流体を流通させる流路Ｅを形成している。

なお、上記前面枠体Ｗが有する滲出流体排出孔Ｅｗは、２か所の外部連通口１４、１５により、前面枠体Ｗの外部に連通している。滲出流体流路Ｅは、大気解放にして滲み出てきた流体（本実施形態においては分散相と連続相）を自然に積層型マイクロミキサー１の外部に排出されるようにしてもよいし、製品に混入しても問題のない流体、例えば連続相を搬送流体とともに低圧力となるような流量で流す、具体的には、外部連通口１４からポンプ等の供給手段（図示せず）により搬送流体を供給し、外部連通口１５から排出することで、積極的に外部へ排出してもよい。特に使用する流体が固形化しやすい流体や粘度の高い流体の場合には、搬送流体を供給し、積極的に外部へ排出することが好ましい。
上記搬出流体とは、滲出流体を乳化するか、あるいは混合し、滲出流体よりも粘度を低下させる効果をもつ流体である。搬出流体は乳化に使用する連続相と同種のものが好ましい。滲出流体流路の断面積は、マイクロチャネルの断面積以上、さらに好ましくは、１ｍｍ^２以上が好ましい。

本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサーにおいては、さらに必要に応じて、マイクロチャネルへの分散相の供給を均一に安定して行う等を目的として、Ｘ層と前面枠体Ｗの間に、例えば、上記連続相流路、分散相流路、エマルション流路、滲出流体流路となる切欠き部を有する層を導入してもよい。また、上記の通り各流路の配置の仕方により分散相、連続相等の流体が滲出する積層面間は異なるが、これに対応して、滲出流体を回収し外部へ排出するために、上記Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層についても、滲出流体流路となる切欠き部を設けてもよい。また、これらの積層単位をさらに積層した形の積層型マイクロミキサーとすることも可能であり、その場合、Ｚ層には、さらに分散相流路や連続相流路となる切欠き部を設けてもよい。

比較のために、上記本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１と同様の積層構造を有するが滲出流体流路Ｅを有さないマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）について、図６、および図７に基づいて説明する。図６は、滲出流体流路を有さないマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）を構成する各層の平面図である。図７は滲出流体流路を有さないマイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の断面図である。図６に示すように、この積層型マイクロミキサーにおいては、Ｚ層、Ｙ層の構成は、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１と同様であるが、前面枠体Ｗは滲出流体排出孔Ｅｗを、Ｘ層は第４の切欠き部Ｅｘを、それぞれ有さない以外は、本発明の第１の実施形態の積層型マイクロミキサー１と同様である。

図７に示すように分散相流路Ｂから滲出した分散相からなる滲出流体５は、積層面間を伝って連続相流路Ａ、あるいは、エマルション流路Ｄに到達し、エマルション流路Ｄにおいては、微細孔を通って生成される液滴径よりも大きな液滴７を形成する。つまり、均一乳化を目的とした積層型マイクロミキサー（装置）であるにもかかわらず、均一でない液滴が積層面間を通じて生成していることになる。また、連続相流路Ａで生成した大きな液滴７は、マイクロチャネルＣ入り口での滞留、あるいは、マイクロチャネルＣを流れることで、連続相供給の圧力上昇、あるいは、流量低下を引きおこす。

この傾向は、積層型マイクロミキサーに供給される流体、特に分散相の圧力が高くなるほど顕著となる。特に、微細なエマルションを製造するために小さな孔を通したり、マイクロチャネルの断面積を小さくしたりした場合、あるいは、生産性を高めるために流量を増やした場合やマイクロチャネルの長さを長くした場合に圧力が高くなる。

上記微細孔を利用して分散相を連続相中に押し出す構成の積層型マイクロミキサーの場合、図６および図７を用いて説明した分散相の積層面間への滲出の問題を考慮すると、マイクロチャネルに対して、連続相を供給する面側とは異なる側の面からの分散相の押出しによる乳化しかできず、エマルション濃度をあげられないといった課題があった。しかし、本発明のマイクロチャネル構造体である積層型マイクロミキサーを利用した場合、積層面間へ滲出した分散相（滲出流体）を専用の滲出流体流路Ｅにより回収し、他の流路特にエマルション流路に混入することを防止しているため、マイクロチャネルへの両面からの分散相の押出し乳化が可能となり、エマルション濃度を概ね従来比２倍にまで高めることが可能である。なお、達成することのできるエマルション濃度は、使用する分散相や連続相の種類、目的とするエマルションの粒径や粒度分布により大きく異なる。

本発明のマイクロチャネル構造体においては、さらに上記積層構造を繰り返し積層することで、複数層のマイクロチャネルを持つ層を有するマイクロチャネル構造体とすることも可能である。

本発明のマイクロチャネル構造体について、上記第１の実施形態によって、分散相と連続相を供給流体として装置内で混合することで乳化を行い、エマルションを製造する積層型マイクロミキサーを例に説明したが、本発明のマイクロチャネル構造体は、既に装置外で混合された反応原料（１液）を装置を流通させる際に反応条件に到達させて装置内で反応させる、複数の流体を装置内で混合することで化学反応を起こさせ化学反応生成物粗液を得る等の装置、積層型リアクターとしても適用可能であり、上記第１の実施形態に限定されるものではない。

本発明のマイクロチャネル構造体は、エマルションの製造に有用に使用できる。よって、本発明は、上記本発明のマイクロチャネル構造体を用いたエマルションの製造方法を提供するものである。本発明のエマルションの製造方法は、具体的には、上記マイクロチャネル構造体への流体の供給方法等で説明した通りである。

本発明のマイクロチャネル構造体は、好ましくは均一な粒径の球状粒子の製造に応用できる。分散相としてケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム等の金属酸化物前駆体水溶液、あるいは、シリカゾル、アルミナゾル、あるいは、アクリルモノマーといった重合反応をおこす有機物、連続相としては、前記分散相と混和しない液体を選択し、分散相、および、連続相の少なくともどちらか一方に、エマルションを形成させるための乳化剤を加え、本発明のマイクロチャネル構造体にて乳化したエマルションを、ゲル化、重合等の分散相固形化処理を行い、均一な粒径の球状粒子を得ることが可能である。この場合、得られるエマルションの好ましい粒子径としては、１〜５００μｍ、より好ましくは１〜１００μｍが挙げられる。

本発明のマイクロチャネル構造体を用いれば、運転条件として、供給液体、特に、分散相の圧力が装置内部で０．０３ＭＰａ以上の高い状態であっても均一乳化が可能であり、そのような条件が要求されるエマルションの製造に、本発明の製造方法は好適に用いられる。なお、本発明のエマルションの製造方法における、本発明のマイクロチャネル構造体のその他の運転条件等、例えば、供給液体の供給速度、マイクロチャネルにおける線速度等については、製造されるエマルション、それに用いる連続相、分散相に応じて適宜選択、調整される。

本発明のマイクロチャネル構造体を用いた本発明のエマルションの製造方法によれば、本発明のマイクロチャネル構造体が有する上記特性、具体的には、流体の供給圧力が高圧の運転条件でエマルションを行っても、積層面間を滲出する流体が他の流路に混入することなくエマルションの製造が可能である、等により、粒子径が１〜５００μｍと微小のエマルションを均一な粒子径で製造することが可能である。

さらに、本発明は、上記本発明のエマルションンの製造方法により得られたエマルションを用いて固体球状粒子を製造する方法を提供する。具体的には、上記得られたエマルションから従来公知の方法により粒子を取り出し乾燥する等により均一な粒径を有する固体球状粒子とすることができる。なお、この場合、上記エマルションの製造に用いる原料として、後の処理で固形化可能な原料を用いることが好ましい。固体球状粒子として好ましくは、上記ケイ酸ナトリウム、シリカゾル、およびアルミナゾルを固体球状粒子としたシリカ粒子、アルミナ粒子等が挙げられる。得られる固体球状粒子の好ましい粒子径としては、１〜５００μｍ、より好ましくは１〜１００μｍが挙げられる。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこの実施例によってなんら限定されるものではない。

［実施例１］
（１）分散相（ケイ酸ナトリウム水溶液）および連続相の調製
分散相として、３号珪酸曹達（ＡＧＣエスアイテック社製）を水で希釈し、ＳｉＯ_２濃度２４．４質量％、Ｎａ_２Ｏ濃度８．１４質量％（ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比＝３．０９）、比重１．３４５のケイ酸ナトリウム水溶液を調製した。
連続相として、直鎖飽和炭化水素ｎ−ノナン（Ｃ_９Ｈ_２０）、比重０．７１８に、界面活性剤としてソルビタンモノオレイン酸エステルを１質量％溶解したものを調製した。

（２）マイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）の作製
各流路、各層を以下に示す形状、および、材質とした。
流路Ａ：連続相の流路
流路Ｂ：分散相の流路
流路Ｃ：積層後は、マイクロチャネルとして、３．０ｍｍ（幅）×０．０５ｍｍ（Ｚ層厚み）×２２ｍｍ（長）（Ｚ層の切欠き部の大きさ：３．０ｍｍ×３０ｍｍ）が１０本並列で配置されるよう加工した。
流路Ｄ：連続相中に分散相が乳化されたエマルションの流路
流路Ｅ：各面間にしみ出た分散相、および、連続相を外部に排出するための滲出流体流路であり、幅は１．５ｍｍとした。Ｘ１層では貫通しており、枠体では、幅１．５ｍｍ、深さ１．５ｍｍでマイクロミキサー外部から連続した流路を形成している。

Ｘ１層：１００ｍｍ×１３０ｍｍの大きさ、２００μｍ厚みのＥＴＦＥフィルム（旭硝子社製：アフレックス−２００Ｎ（商品名））を次の大きさの打ち抜き加工で加工した。上辺から２０ｍｍの位置に連続相流路Ａを形成する第１の切欠き部１０ｍｍ×６０ｍｍ、その８ｍｍ下方に分散相流路を形成する第２の切欠き部１４ｍｍ×６０ｍｍ、その８ｍｍ下方にエマルションの流路Ｄを形成する第３の切欠き部１０ｍｍ×６０ｍｍ、上記第２の切欠き部の上下２箇所、第２の切欠き部の上辺から３．２ｍｍ、下辺から３．２ｍｍの位置にそれぞれ滲出流体流路Ｅを形成する第４の切欠き部１．５ｍｍ×８０ｍｍ。

Ｙ１層：厚さ０．０５ｍｍのＳＵＳ３０４をエッチングにて流路を加工したものに対し、エキシマレーザーを用いた加工により、分散相流路を形成する第２の切欠き部として、片面側から見たときに見える穴の直径で３．０μｍの孔を３０μｍピッチにて、１マイクロチャネルあたり、横８４個×縦３３６個＝合計２８２２４個の孔を加工した。積層構造とした場合に、マイクロチャネルの中央部に来るように配置した。さらに、表面に撥水性を持たせるために、溶剤可溶型フッ素樹脂（旭硝子社製：サイトップＣＴＬ−１０２ＡＥ（商品名））にて表面をコートした。その他に、連続相流路Ａを形成する第１の切欠き部１０ｍｍ×６０ｍｍ、エマルションの流路Ｄを形成する第３の切欠き部１０ｍｍ×６０ｍｍを形成させた。

Ｚ１層：厚さ０．０５ｍｍのＳＵＳ３０４をエッチングにて流路、マイクロチャネルＣとなる切欠き部を加工した後、表面に撥水性を持たせるために、溶剤可溶型フッ素樹脂（旭硝子社製：サイトップＣＴＬ−１０２ＡＥ（商品名））にて表面をコートした。マイクロチャネルＣとなる切欠き部の大きさ、本数は上記の通りである。

各流体を供給、および、排出するための口を供えた枠体でＹ１層と重ねた場合には、流路Ａから流路Ｄ両方に重なるような配置としてある。したがって、本装置のマイクロチャネルは幅３．０ｍｍ×５０μｍの矩形流路であり、その長さは流路Ａ下端から、流路Ｄ上端の２２ｍｍである。表面はＹ１層同様に撥水処理を施した。

前面枠体（Ｗ１）：厚み２０ｍｍのアクリル板を材料に用い、流路Ｅ部分は１．５ｍｍ幅、１．５ｍｍの溝を切削加工にて作製した。流路Ａ、流路Ｄ、流路Ｃ部分については、大きさはＸ１層と同様になるように、深さは１０ｍｍとなるように切削加工を行った。なお、枠体の各流路は外部から流体を供給、あるいは排出のための外部連通口を設けた。
背面枠体（Ｗ２）：厚み２０ｍｍのアクリル板をそのまま背面枠体（Ｗ２）として用いた。

＜積層セルの組み立て＞
前面枠体Ｗ１−Ｘ１層−Ｙ１層−Ｚ１層−背面枠体Ｗ２の順に積層したものを、ボルトで均一に締めこんだ。

＜乳化＞
流路Ｂに分散相として上記（１）で得られたケイ酸ナトリウム水溶液を、２２６ｍｌ／ｈｒにて定量ポンプにて供給した。これは、微細孔１孔あたり、０．８μＬ/ｈｒに相当する。

流路Ａに連続相として、上記ソルビタンモノオレイン酸エステルを溶解させた直鎖飽和炭化水素ｎ−ノナンを、２．１８／ｈｒにて供給を行った。これは、１流路あたり２１８ｍｌ／ｈｒに相当し、マイクロチャネルでの線速度は４０ｃｍ／ｓに相当する。

流路Ｅに対しては、連続相と同様にして調製した液体を、連続相を供給しているポンプとは異なるポンプにて、１００ｍｌ／ｈｒ以下にて流路Ａ、Ｂ、Ｄとは混ざらないように、１００ｍｌのメスシリンダーを用いて循環させて供給した。これは、流路Ｅを通じて排出されたケイ酸ナトリウム水溶液を再び積層セル内に供給しないようにするためであり、メスシリンダー上部よりポンプで吸い込み、メスシリンダー下部へ排出するようにした。

運転時の圧力は、分散相が０．１３ＭＰａ、連続相が０．１ＭＰａ、滲出流体流路が０．０１ＭＰａ未満であった。

＜評価方法＞
上記のようにして作製したエマルションをサンプリングし、攪拌しながら１５分間炭酸ガスを供給し、シリカ粒子を析出させた。

さらに、水を加えて連続相と分離後、２０質量％硫酸を１０ｍｌ添加し、ＣＯ_２を除去した後、水洗、乾燥し、シリカの球状粒子を得た。

ベックマンコールター社製のコールターカウンタにて、１００μｍの穴のあいたアパチャーチューブを使用し、粒径を測定した。なお。この測定方法では、少なくとも１００μｍ以上の粒子があると、アパチャーチューブを閉塞させてしまい、測定ができなくなってしまう。

＜結果＞
体積換算粒子径にて、５０％粒子径（以下Ｄ５０）が９．２μｍ、Ｄ１０／９０が１．４という均質な粒径のシリカ粒子を得た。なお、９０時間の運転において、流路Ｅから排出された分散相であるケイ酸ナトリウム水溶液は０．４ｍｌであり、連続相の排出量は５ｍｌであった。

（参考例１：模擬試験）
実施例１のＹ１層を、微細孔を全くあけていないＹ２層に換えて使用して、１Ｌビーカーにて連続相を循環供給して、連続相中に、分散相に相当するケイ酸ナトリウム水溶液が混入するか否かを確認した。なお、ケイ酸ナトリウム水溶液である分散相には、窒素ガスを用いて０．３ＭＰａの背圧をかけた。

１００時間経過後、連続相を循環している１Ｌのビーカー底部を観察した。ケイ酸ナトリウム水溶液がマイクロチャネルを通って循環している連続相中へ漏れてきている場合には、底部に沈降しているエマルションが見えるはずであるが、ビーカー底部は運転初期と変わらず、透明な状態を維持していた。これは、各層間からケイ酸ナトリウム水溶液が漏れ出していないことを意味している。一方で、滲出流体を循環しているメスシリンダー中には、約１．０ｍｌ程度のケイ酸水素ナトリウムエマルションが認められた。

（比較例１）
実施例１において、Ｘ１層のＥ流路がないＸ２層に換えた以外は、実施例１と同様にして運転、評価を行った。
得られたシリカ粒子は、アパチャーの孔を閉塞させて粒子径を測定することができなかった。これは、アパチャーの推奨粒子径を上回る粒子が存在することを意味し、実際に測定器付属の観察画面においても、孔部分にて大きな粒子が閉塞していることを確認した。

（比較例２）
Ｘ１層のＥ流路がないＸ２層に換えた以外は、参考例１と同様にして運転を行った。つまり、枠体には抜き出しラインが連通した状態で存在する状態である。その結果、運転開始１日後には、ビーカー底部に少量のエマルションがみられ、分散相がＤ流路に混入してきたことがわかった。積層面間Ｘ２層−Ｙ２層を通ってにじみ出てきたものと考えられる。

本発明のマイクロチャネル構造体を用いることで、積層面間からの流体の滲出に対して、高い信頼性をもった運転が可能となる。また、本発明のマイクロチャネル構造体を特に、均一乳化を目的とする積層型マイクロミキサーに利用することで、均一粒子径のエマルション、および、固体球状粒子を得ることも可能となる。
なお、２００９年１１月１２日に出願された日本特許出願２００９−２５８５７０号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Ｗ…前面枠体、Ｗ’…背面枠体、Ｘ…Ｘ層、Ｙ…Ｙ層、Ｚ…Ｚ層
Ａｗ、Ａｘ、Ａｙ…第１の流体（連続相）流路、
Ｂｗ、Ｂｘ、Ｂｙ…第２の流体（分散相）流路、
Ｃ…マイクロチャネル、
Ｄｗ、Ｄｘ、Ｄｙ…混合物（エマルション）流路、
Ｅｗ、Ｅｘ…滲出流体流路
１…マイクロチャネル構造体（積層型マイクロミキサー）、２…第１の流体（連続相）流路における第１の流体（連続相）の流れ、３…第２の流体（分散相）流路における第２の流体（分散相）の流れ、４…混合物流路における混合物（エマルション）の流れ、５…滲出流体、６…搬送流体の流れ、７…滲出流体により形成された液滴
１１…第１の流体（連続相）供給口、１２…第２の流体（分散相）供給口、１３…混合物排出口、１４…搬送流体供給口、１５…搬送流体排出口

Claims (10)

1. 一対の枠体間に、マイクロチャネルを含む流路となる切欠き部を備えた下記Ｙ層、Ｚ層、または、下記Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層を順に含む層を積層挟圧して、
   第１の流体と第２の流体を混合し混合物とするための１本以上のマイクロチャネルと、前記マイクロチャネルに前記第１の流体および第２の流体をそれぞれ供給する流路と、前記マイクロチャネルから混合物を排出する流路と、を形成させてなり、
   前記枠体の少なくとも一方が、前記第１の流体を供給するための第１の流体供給孔、前記第２の流体を供給するための第２の流体供給孔、前記混合物を排出するための混合物排出孔、および、積層面間に滲出した流体を前記マイクロチャネルを含む流路に混入させないように回収して外部に排出するための滲出流体排出用の流路となる滲出流体排出孔を有し、前記層が滲出流体排出用の流路となる切欠き部を含んでもよい構成としたマイクロチャネル構造体であって、
   Ｙ層、Ｚ層積層の場合のＹ層：下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を有する層、
   Ｙ層、Ｚ層、Ｙ’層積層の場合のＹ層およびＹ’層：双方に下記（ｂ）を有し、いずれか一方に下記（ａ）を有し、いずれか一方に下記（ｃ）を有する層、
   （ａ）前記第１の流体供給孔から下記Ｚ層が形成するマイクロチャネルの上流側に前記第１の流体を前記マイクロチャネルに供給するための、前記マイクロチャネル、および、第１の流体供給孔に連通する第１の切欠き部、
   （ｂ）前記第２の流体供給孔から前記マイクロチャネルの第１の切欠き部より下流側に第２の流体を供給するための、前記マイクロチャネル、および、第２の流体供給孔に連通する少なくとも１つ以上の第２の切欠き部、
   （ｃ）前記第２の切欠き部より下流側に第１の流体と第２の流体の混合物を排出するための、前記混合物排出孔および前記マイクロチャネルに連通する第３の切欠き部、
   Ｚ層：前記Ｙ層およびＹ’層間で前記第１の流体と第２の流体を混合するマイクロチャネルを形成する切欠き部を有する層、
   前記供給される第１の流体が連続相であり、第２の流体が分散相であり、得られる混合物がエマルションであって、前記Ｙ層およびＹ’層が有する前記第２の切欠き部が複数の微小孔からなり、前記Ｚ層のマイクロチャネルにおいて前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部を介して供給された連続相中に前記微小孔を介して押し出すことで分散相を供給し乳化させることを特徴とするマイクロチャネル構造体。
2. さらにＹ層および／またはＹ’層のＺ層と面していない側の面に、下記Ｘ層、および／または、下記Ｘ’層を有する請求項１に記載のマイクロチャネル構造体。
   Ｘ層およびＸ’層：Ｘ層はＹ層の切欠き部に、およびＸ’層はＹ’層の切欠き部にそれぞれ対応して、双方に下記（ｅ）および（ｆ）を有し、一方または双方に下記（ｄ）および／または（ｇ）を有する層、
   （ｄ）前記第１の流体供給孔から前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部に前記第１の流体を供給するための、前記第１の流体供給孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する第１の切欠き部に連通する第１の流体の流路となる第１の切欠き部、
   （ｅ）第１の切欠き部より下流側に前記第２の流体を供給するための、少なくとも１つの前記第２の流体供給孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する前記第２の切欠き部に連通する第２の流体の流路となる第２の切欠き部、
   （ｆ）少なくとも１つの、前記枠体が有する前記滲出流体排出孔に連通する、滲出流体排出用の流路となる第４の切欠き部、
   （ｇ）第１の流体と第２の流体の混合物を排出するための、前記混合物排出孔および前記Ｙ層またはＹ’層が有する前記第３の切欠き部に連通する、前記混合物の流路となる第３の切欠き部。
3. 前記滲出流体排出孔が、前記流体を供給する流路の積層面内の外周の少なくとも一部に沿って設けられる請求項１または２に記載のマイクロチャネル構造体。
4. 前記Ｚ層が有するマイクロチャネルが複数の矩形型マイクロチャネルからなり、前記Ｙ層および前記Ｙ’層が有する複数の微小孔からなる第２の切欠き部が前記マイクロチャネル毎にその幅に対応した幅で設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチャネル構造体。
5. 前記枠体が有する滲出流体排出孔が外部に連通する排出口を複数個有し、少なくとも１つの排出口から前記滲出流体排出孔に搬送流体を導入し、前記滲出流体排出孔内を流通させ残りの排出口から外部へ排出する手段を有し、これにより前記滲出流体を前記搬送流体に混入させて積極的に外部へ排出するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチャネル構造体。
6. 前記分散相が珪酸塩水溶液である請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロチャネル構造体。
7. 前記流路を流れる前記第１の流体および第２の流体の最大圧力がいずれも０．０３ＭＰａ以上となる条件で運転を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロチャネル構造体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロチャネル構造体を用いたエマルションの製造方法。
9. 前記エマルションの粒径が１〜５００μｍである請求項８に記載のエマルションの製造方法。
10. 請求項８または９に記載の製造方法により得られたエマルションを用いて固体球状粒子を製造する方法。

Images