JP6796877B2 - 複合粒子製造装置および複合粒子製造方法 - Google Patents
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<実験に使用する装置>
実験に使用した装置は、図12に示すように三層構造としており、流路基板は、平坦な板状部材で構成される平板基部11aと、薄肉板状部材に流路を貫通して形成した流路用基板11bとで構成され、さらに蓋部12を積層することによって製造装置を構成したものである。図の流路形状は、拡張型流路構造部を形成したものを例示しているが、以下のとおり、実験の内容に応じて変更している。各板はアクリル製の板材を使用し、流路用基板11bは、レーザー加工機によって所望形状の流路にレーザーカッターで切断する方法により作製した。
<実験用粒子および流体>
一方の粒子は、住友化学工業社製の粒径1.5μmのアルミナ粒子を使用して、これを母粒子とし、他方の粒子は、同社製の粒径100nmのアルミナ粒子を使用して、これを子粒子とした。子粒子(第1の粒子)の表面電位を正に調整し、母粒子(第2の粒子)の表面電位を負に調整した。表面電位の調整に使用する電荷調整剤(電解質)としては、負に調整させる場合はポリスチレンスルホン酸(PSS)を、正に調整させる場合はポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド)(PDDA)を使用した。
<流体供給のための構成>
流体を導入流路に供給するための装置として、YMC(株)社製のデゥアルプランジャーポンプ2台使用し、一方の流体を第1の導入流路へ、他方の流体を第2の導入流路へ供給するためのものとして使用した。導入流路へ供給するための供給部21,31(図12参照)は、直径0.5mmとして形成した。
<流体供給方法>
上記流体供給のためのポンプを使用して流路内に流体を供給する際は、予め2台のポンプに、第1および第2の流体を個別に吸引させ、当初は5ml/minの流速(流量)で供給し、流路内の空気の侵入(空気の残存)を解消させたうえで、所望流速(流量)による供給を開始することとした。また、二種類の粒子が静電吸着されてなる複合粒子の観察は、所定の流速(流量)によって流路内に供給を開始した後、約10秒を経過した以降のものを採取することとした。
<実験1>
実験用流路1
上記の要領により、肉厚2mmのアクリル製の板材を使用し、図13に示すような全体をテーパ状とする流路を、流路用基板として作製した。アクリル板に作製した流路は貫通するものであり、流路の深さは板厚と同じ2mmである。なお、図の流路構造において、流路幅WAは2mm、WBは0.5mmとし、全体の流路長LLは100mmとした。なお、導入流路の流路幅は混合流路の合流部と同じWA=2mmとし、導入流路の長さL0は10mmとした。
比較例1
上記テーパ状流路による複合粒子の作製状態の評価のため、同じ流路断面積(流路幅)による比較用流路を作製した。この流路は、図14に示すとおり、混合流路は、全て同じ流路断面積(流路幅)とし、末端に至る範囲に全ての流路幅をWAとしたものである。その他は実験用流路と同様とした。
実験結果1
上記両流路に対し、予め用意した第1の流体および第2の流体を導入流路から供給し、作製された複合粒子の状態をSEM像によって確認した。そのSEM像を図15に示す。図15(a)が実験用流路1を使用した場合の複合粒子であり、図15(b)が比較例1の流路を使用した場合の複合粒子の状態である。
<実験2>
第2の実験として、流路用基板は、上記と同じ要領により、肉厚2mmのアクリル製の板材を使用し、図16に示すようなテーパ型流路構成部と拡張型流路構造部とを形成した。この場合も流路は貫通するものであり、流路の深さは板厚と同じ2mmである。テーパ型流路構成部のうち、流路幅の大きい部分では、その流路幅WAを2mmと固定した。この流路幅WAは、拡張型流路構造部の流出部における流路幅と同じである。また、テーパ型流路構成部の狭幅部分(拡張型流路構造部の流入部)の流路幅を「d」とし、これを1mmに固定した。なお、テーパ型流路構造部の流路長は適当に作製したが、実験用の流路では約5mmであった。
2 第1の導入流路
3 第2の導入流路
4 合流部
5 混合流路
6 流出口
7,8 混合領域ユニット
11 流路基板
12 蓋部
21,31 供給部
50 標準流路構造部
51,52,53,54 テーパ型流路構造部
55,56,57 拡張型流路構造部
58 膨出部(拡張型流路構造部の変形)
59 突出部
A,B 粒子
C 複合粒子
Claims (14)
- 表面電位が正の粒子を含有する第1の流体と、表面電位が負の粒子を含有する第2の流体を混合し、前記二種類の粒子を静電吸着させてなる複合粒子を製造する装置であって、
前記第1の流体を供給する少なくとも一つの第1の導入流路と、前記第2の流体を供給する少なくとも一つの第2の導入流路と、前記第1および第2の導入流路から供給される前記第1および第2の流体を合流させ、所定長さの範囲において該二種類の流体を混合させつつ流下させる混合流路とを備え、
前記混合流路は、連続する流路であって、その流路全体の少なくとも一部において、段階的もしくは徐々に、または繰り返し流速を変化させて渦流を発生させるための流速変化領域が形成されていることを特徴とする複合粒子製造装置。 - 表面電位が正の粒子を含有する第1の流体と、表面電位が負の粒子を含有する第2の流体を混合し、前記二種類の粒子を静電吸着させてなる複合粒子を製造する装置であって、
前記第1の流体を供給する少なくとも一つの第1の導入流路と、前記第2の流体を供給する少なくとも一つの第2の導入流路と、前記第1および第2の導入流路から供給される前記第1および第2の流体を合流させ、所定長さの範囲において該二種類の流体を混合させつつ流下させる混合流路とを備え、
前記混合流路は、連続する流路であって、その連続する方向において、段階的もしくは徐々に、または繰り返し流速を変化させるために流路断面積が不均一に形成されている
ことを特徴とする複合粒子製造装置。 - 前記混合流路は、下流に向かって徐々にまたは段階的に流路断面積を縮小させた少なくとも一つのテーパ型流路構造部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の複合粒子製造装置。
- 前記混合流路は、単一のテーパ型流路構造部によって構成され、該テーパ型流路構造部は、同じ深さで構成されるとともに、流路幅が1.5/100以上の勾配を有するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の複合粒子製造装置。
- 前記混合流路は、適宜容積を有する少なくとも一つの拡張型流路構造部が形成され、該拡張型流路構造部は、本体部と、この本体部を開口してなる流入部および流出部とを備え、前記本体部の流路断面積が前記流入部および前記流出部のいずれの流路断面積よりも大きくしてなることを特徴とする請求項3に記載の複合粒子製造装置。
- 前記混合流路は同じ深さで構成され、前記拡張型流路構造部の本体部は、幅方向に拡張されることにより断面積を大きくしてなるものであることを特徴とする請求項5に記載の複合粒子製造装置。
- 前記拡張型流路構造部の本体部は、壁面が弧状に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の複合粒子製造装置。
- 前記テーパ型流路構造部および前記拡張型流路構造部は、双方が少なくとも一つ形成されることにより一組の混合領域ユニットを構成するものであり、前記混合流路は、少なくとも一組の前記混合領域ユニットを形成していることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の複合粒子製造装置。
- 前記混合流路は、所定の流路幅を有する標準流路構造部が形成され、前記混合領域ユニットは、前記標準流路構造部に連続して形成されていることを特徴とする請求項8に記載の複合粒子製造装置。
- 前記標準流路構造部は、所定の流路幅から下流に向かって徐々にまたは段階的に流路幅を縮小させていることを特徴とする請求項9に記載の複合粒子製造装置。
- 前記各流路は、1mm以上の深さを有し、0.5mm以上の流路幅で構成されるものであることを特徴とする請求項2〜10のいずれかに記載の複合粒子製造装置。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の複合粒子製造装置を使用する複合粒子製造方法であって、
前記第1および第2の導入流路に対し、予め定めた流量により前記第1および第2の流体を供給し、該流量の比率によって、前記二種類の粒子のうち一方の粒子に対する他方の粒子の吸着割合を制御することを特徴とする複合粒子製造方法。 - 前記第1および第2の導入流路に対して供給される第1および第2の流体の流量は、流量調整工程により、両者の相対的な流量比率が調整されるものであることを特徴とする請求項12に記載の複合粒子製造方法。
- 前記第1および第2の流体に含有される二種類の粒子は、予め電荷調整工程により、表面電位が調整されたものであることを特徴とする請求項12または13に記載の複合粒子製造方法。
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