JPH05168885A

JPH05168885A - 攪拌装置

Info

Publication number: JPH05168885A
Application number: JP34143091A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Yoshida; 英稔吉田; Masaaki Takama; 正彰高間; Junji Machida; 純二町田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】乳化分散造粒法によって非常にシャープな粒
径分布のポリマー微粒子を得ることのできる攪拌系を提
供する。【構成】乳化分散造粒あるいは懸濁重合に用いられる
攪拌槽内にタービン形攪拌機を備えてなる攪拌装置にお
いて、攪拌槽として略円筒状の側面部と、該側面部下端
より攪拌槽の軸線に向って縮径しながら下降し前記軸線
の通過する中央部が最も深くなる形状の底部とを有する
ものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、攪拌装置に関するもの
である。詳しく述べると本発明は、乳化分散造粒あるい
は懸濁重合によりポリマー微粒子を製造するに際して用
いられる攪拌槽内にタービン形攪拌機を備えてなる攪拌
装置、特に攪拌槽の形状の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１〜１０μｍ程度の均一な粒径を有する
ポリマー微粒子の製造方法としてシード重合法というも
のが知られているが、この方法においては温度などの重
合条件を厳密に制御する必要がある。また用いられる樹
脂にも制限があり、工程も複雑なものになってくるため
に製造コストも高くあまり実用的な方法とは言えないも
のであった。そこでより製造工程が簡単でかつコストダ
ウンにつながり、使用される樹脂の選択幅も広い方法の
一つとして乳化分散造粒法が検討されている。この方法
は、ポリマーの重合過程を省略し、ポリマーを非水溶性
有機溶媒に溶解させてなるポリマー溶液を、直接水性分
散液中に乳化分散させてエマルジョンを形成し、攪拌を
続けながらこのエマルジョンに熱を加えて、有機溶媒を
蒸発乾燥させポリマー微粒子を析出させることにより行
なわれるものである。

【０００３】このような乳化分散造粒法において、得ら
れるポリマー微粒子の粒径および粒径分布を決定するの
はポリマー溶液の水系分散媒への乳化分散工程である。
さらに、得られるポリマー溶液の粒径分布を大きく左右
するものの一つとして、この乳化分散工程において使用
される攪拌系が考えられる。

【０００４】乳化分散造粒法によるポリマー微粒子の製
造方法に関して、例えば特公昭６１−２８６８８号公
報、特開昭６１−９１６６６号公報、特開昭６３−２５
６６４号公報などの文献に開示がある。しかしながら、
これらの文献においては、攪拌機として櫂形攪拌機、高
剪断タービン形攪拌機あるいは超音波分散機などの各種
のものが用いられることが示されているものの、攪拌系
におけるそれ以外の点、例えば攪拌槽の構成等は特に言
及されていない。

【０００５】一般に液−液分散系における液滴径分布を
支配する因子は、次のように考えられている。攪拌槽内
部では、図１２に模式的に示すように攪拌羽根１１の近
傍で液滴の分裂のみが起こる領域（インペラー領域）Ｉ
と、その他の領域（循環領域）Ｒとがある。液滴のイン
ペラー領域Ｉからの循環経路は多様であり、個々の液滴
が経験する循環頻度の差が液滴径分布を支配する重要な
因子となる。

【０００６】液滴の粘度がある粘度以下の範囲では液滴
径を界面張力が支配し、それ以上の粘度では粘性力が支
配する。液滴径を粘性力が支配しているポリマー溶液の
ような場合、液滴径を決定するのはインペラー領域Ｉで
の攪拌力であり、また液滴径分布を決定するのは循環頻
度の差である。即ちこの循環頻度の差がなければ均一な
粒径の液滴を得ることができるはずである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、乳化分
散造粒法などにより得られるポリマー微粒子の粒径分布
に、攪拌系における攪拌槽の形状が大きく関与している
という見地からその形状に検討を加えたものである。

【０００８】本発明は改良された攪拌装置を提供するこ
とを目的とするものである。本発明はまた、乳化分散造
粒法、懸濁重合法などにおいて使用され、得られるポリ
マー微粒子の粒径を均一なものへと制御し得る攪拌装置
を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決しようとするための手段】上記諸目的は、
乳化分散造粒あるいは懸濁重合に用いられる攪拌槽内に
タービン形攪拌機を備えてなる攪拌装置であって、前記
攪拌槽が略円筒状の側面部と、該側面部下端より攪拌槽
の軸線に向って縮径しながら下降し前記軸線の通過する
中央部が最も深くなる形状を呈する底部とを有すること
を特徴とする攪拌装置により達成される。

【００１０】

【作用】前記したように液−液分散系における液滴径分
布を支配する因子は、個々の液滴が経験する循環頻度の
差であり、この循環頻度の差がなければ均一な粒径の液
滴を得ることができる。タービン形攪拌機を用いた場
合、インペラー領域Ｉは図１３に示す部分であり、循環
頻度のバラツキを無くすには液全体が同じ回数だけイン
ペラー領域Ｉを通過できるように攪拌槽の形状を決める
ことが必要である。本発明者らは鋭意検討の結果、攪拌
槽の特に底部近傍の形状が循環頻度のバラツキに大きな
影響を与えており、一般的な平底の攪拌槽に比べて、側
面部下端より攪拌槽の軸線に向って縮径しながら下降し
前記軸線の通過する中央部が最も深くなる形状を呈する
底部を有する攪拌槽を用いると、得られる液滴の粒径分
布が極めて良好になることを見い出したものである。

【００１１】以下、本発明を実施態様に基づきより詳細
に説明する。本発明の攪拌装置は、高剪断力を有するタ
ービン形攪拌機を備えた攪拌装置であり、例えば乳化分
散造粒法、懸濁重合法などによりポリマー微粒子を得よ
うとする場合に好適に使用される。

【００１２】しかして本発明に係わる攪拌装置は、攪拌
槽１として略円筒状の側面部と、該側面部下端より攪拌
槽の軸線に向って縮径しながら下降し前記軸線の通過す
る中央部が最も深くなる形状を呈する底部２とを有する
ものを用いる。

【００１３】この攪拌槽１の寸法には特に制限がなく、
またその形状は上記したように底部２が傾斜を有してお
りその中央部が最も深くなる形状のものであれば、図１
（ａ）に示すように底部２が直線的な傾斜を有するもの
であっても、あるいは図１（ｂ）に示すように曲線的な
傾斜を有するものであっても、さらには階段状に傾斜し
ていくものなどであってもよい。

【００１４】またこの攪拌槽１の底部２の面積は、図２
に示すように、前記攪拌槽１の側面部下端より底部中央
部までの深さと同一の深さを有し、かつ攪拌槽の軸線に
垂直な断面がこの深さの間、側面部における断面と同一
面積となる仮想的な平底部を考えた場合に、前記攪拌槽
１の底部２の容積Ｖ₁がこの仮想的な平底部の容積Ｖ₀
に対し、０．１≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．９、より好ましくは
０．３≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．６の条件を満たすことが望ま
れる。すなわち、Ｖ₁／Ｖ₀が０．９を越えるものであ
ると、その攪拌槽１を用いて液−液分散系を形成した場
合に、個々の液滴の循環頻度を十分均一なものにするこ
とができない虞れがあり、一方、Ｖ₁／Ｖ₀が０．１未
満であると、液滴が循環できずに底部２内に滞留する虞
れがあるためである。

【００１５】さらにこの攪拌槽１は、例えば図３
（ａ）、（ｂ）に示すように底部２中央部に、使用する
タービン形攪拌機の外径よりも少し大きい内径を有する
液溜め２ａを有していても構わない。

【００１６】本発明の攪拌装置において使用されるター
ビン形攪拌機３は、例えば図９に示すような構成を有し
ている。この図９に示される攪拌機３は、上方の駆動モ
ータ（図示せず）より延長されたタービン軸４の先端に
タービン５が取り付けられており、このタービン５の外
周をタービン軸受を兼ねるステーター６とその下端面に
接合された底板７からなるケーシング８で覆っている。
そしてタービン５の回転によって液体は、底板７の中央
部に設けられた開口部７ａよりケーシング８内部へと吸
い込まれ、ステーター６の上部壁面に設けられた開口部
６ａよりケーシング８外部上方へと吐き出される。この
ケーシング８内部がインペラー領域Ｉで、タービン羽根
近傍では通過する液体に高剪断力がかかり液滴の分裂が
生じる。本発明において使用されるタービン形攪拌機３
のタービン５の形状は数多くあり、例えば図１０（ａ）
に示すような形状を有する高粘度用のもの、図１０
（ｂ）に示すような形状を有する低粘度用のものなど、
液体の粘度に応じて適宜選択可能である。図１１（ａ）
には図１０（ａ）に示すような高粘度用のタービン５を
装着した攪拌機３の別の態様を、図１１（ｂ）には低粘
度用のタービンを装着した攪拌機３のさらに別の態様を
示すが、これらはケーシング８の形状等が若干異なる以
外は図９に例示したものとほぼ同様の構成を有するもの
である。なお、本発明の攪拌装置において用いられるタ
ービン形攪拌機としては、ホモミクサー（特殊機化工社
製）などが知られている。

【００１７】また本発明の攪拌装置においては、図４に
図示するように、攪拌槽の底部とタービン形攪拌機の底
部との間隔（ｌ）は、ホモミキサーの径（ｄ）に対し
て、０．２ｄ≦ｌ≦３ｄ、より好ましくは０．５ｄ≦ｌ
≦ｄとなる関係が満たされるようにすることが望まし
い。これはｌが０．２ｄ未満であると攪拌時にキャビテ
ーションを起す虞れがあり、一方ｌが３ｄを越えるもの
であると槽内の液の循環が良好なものとならない虞れが
あるためである。

【００１８】さらに本発明の攪拌装置において、図６に
示すようにタービン形攪拌機３が、ケーシング８上部に
タービン軸４方向に延長された筒状体９を備えており、
さらに望ましくはこの筒状体９の上端部より外方へと広
がる傘状体１０を備えているとよりシャープな粒径分布
が得られることが期待される。これは、タービン５の回
転時にステーター６の上部壁面に設けられた開口部６ａ
よりケーシング８外部上方へと吐き出される液体に、こ
れらの筒状体９および傘状体１０によって強制的な循環
流路を形成し、液−液分散系における液滴の循環頻度の
差をより小さくすることができるためである。

【００１９】次に上記したような本発明の攪拌装置を用
いて乳化分散造粒法によりポリマー微粒子を製造する場
合について例示する。まずはポリマーを非水溶性有機溶
媒に溶解してポリマー溶液を調製する。用いられるポリ
マーとしては、非水溶性有機溶媒に溶解可能でかつ水に
不溶かあるいは水にほとんど溶解しないポリマーであれ
ばいずれでもよく、例えば、ポリスチレン、スチレンア
クリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポ
リメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、エ
ポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリアミ
ド、パラフィンワックス等のポリマーが単独であるいは
ブレンドして用いられ得る。また用いられる溶媒として
は、水に不溶かあるいは難溶で、用いられる上記のごと
きポリマーを溶解するものであればいずれでもよいが、
特に好ましいものとしては、トルエン、塩化メチレン、
１，２−ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロホルム、
ジエチルエーテル、メチルエチルケトン、酢酸エチル、
ベンゼンなどが挙げられる。なお、これらの非水溶性有
機溶媒は、単独であるいは２種以上組合せて用いられ得
る。

【００２０】なお、このポリマー溶液中には、得ようと
するポリマー微粒子の用途等に応じて、公知の各種着色
剤、各種荷電制御剤、各種磁性体等の他の固形分を溶解
ないしは分散配合することができる。

【００２１】このように調製されたポリマー溶液は次い
で水性分散液と混合され、前記したような本発明の攪拌
装置を用いて十分に攪拌することによって、水性分散液
中に乳化分散されエマルジョンを形成する。なお、この
攪拌時間としては、１０分以上が好ましい。攪拌時間が
短すぎるとシャープな粒径分布が得られないためであ
る。エマルジョンにおけるポリマー溶液の各液滴の粒径
は、最終的に得られるポリマー微粒子の大きさを直接左
右するものとなるので、得ようとするポリマー微粒子の
大きさに応じた液滴を形成する必要がある。

【００２２】エマルジョンを形成するために用いられる
水性分散液としては、基本的には水が用いられ得るが、
エマルジョンを破壊しない程度の水溶性有機溶媒を含ん
でいても構わない。例えば、水、水／メタノール混液
（重量比５０／５０〜１００／０）、水／エタノール混
液（重量比５０／５０〜１００／０）、水／アセトン混
液（５０／５０〜１００／０）、水／メチルエチルケト
ン混液（重量比（７０／３０〜１００／０）などが使用
可能である。また、このようなエマルジョンを形成する
に際して、必要に応じて分散安定剤や分散安定補助剤を
添加することも可能である。分散安定剤は水性分散液中
で親水性コロイドを有するもので、特にゼラチン、アラ
ビアゴム、寒天、セルローズ誘導体（例えばヒドロキシ
メチルセルローズ、ヒドロキシエチルセルローズ、ヒド
ロキシプロピルセルローズ等）、合成高分子（ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルア
ミド、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩等）が挙
げられる。また分散安定補助剤としては通常界面活性剤
が用いられ、サポニンなどの天然界面活性剤、アルキレ
ンオキサイド系、グリセリン系、グリシドール系などの
ノニオン系界面活性剤、カルボン酸、スルホン酸、燐
酸、硫酸エステル基、燐酸エステル基等の酸性基を含む
アニオン系界面活性剤などが挙げられる。とくに分散安
定剤と分散安定補助剤との組合せで好ましいのは、セル
ローズ誘導体（メチルセルローズ系誘導体）とアニオン
系界面活性剤（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム）またはポリビニルアルコールとアニオン系界面活性
剤である。

【００２３】上記のようにしてエマルジョンを形成した
後、系全体を徐々に昇温し、液滴中の溶媒を完全に除去
する。その後、洗浄−瀘過−乾燥工程を経てポリマー微
粒子を得る。

【００２４】このように乳化分散造粒法の攪拌系におい
て本発明に係わる攪拌装置を用いることにより、粒径分
布が極めてシャープな平均粒径１〜１０μｍ程度のポリ
マー微粒子を得ることができる。なお、本発明の攪拌装
置は、懸濁重合における攪拌系にも好適に応用できるも
のである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。実施例１予め室温で低分子量ポリエステル１００ｇを塩化メチレ
ン４５０ｇに完全に溶解させて、ポリマー溶液５５０ｇ
を調製する。一方、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリ
ウム１０ｇとメトローズ６５ＳＨ−５０（信越化学社
製、メチルセルローズ誘導体）１０ｇを水１リットルに
熱をかけずに完全に溶解し、水性分散液を調製する。次
に図５に示すような形状を有する攪拌槽に水性分散液１
リットルを入れ、ＴＫホモミキサー（特殊機工社製）を
図５に示すように配置し、このホモミキサーを用いて１
０分間、毎分４０００回転で攪拌して、ポリマー溶液５
５０ｇを乳化分散させた。その後得られたエマルジョン
を、３リットル容のビーカーに入れられた水１リットル
中へ注ぎ込み、スリーワンモーターで毎分５００回転で
ゆっくり攪拌しながら、２時間約４５℃に保ち、塩化メ
チレンを完全に除去した。このようにして得られたポリ
マー微粒子の体積平均粒径およびその標準偏差を粒度分
布測定器（島津製作所社製、ＳＡＬＤ１０００）を用い
て測定した。得られた結果を表１に示す。また図８に
は、得られたポリマー微粒子の粒度分布のグラフを示
す。

【００２６】実施例２図６に示すようにホモミキサーに筒状体および傘状体を
取り付けたものを使用する以外は、実施例１と同様にし
てポリマー微粒子を製造し、得られたポリマー微粒子の
体積平均粒径およびその標準偏差を粒度分布測定器（島
津製作所社製、ＳＡＬＤ１０００）を用いて測定した。
結果を表１に示す。

【００２７】比較例図７に示すように平底の攪拌槽を用いる以外は、実施例
１と同様にしてポリマー微粒子を製造し、得られたポリ
マー微粒子の体積平均粒径およびその標準偏差を粒度分
布測定器（島津製作所社製、ＳＡＬＤ１０００）を用い
て測定した。結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示すように、実施例の標準偏差は比
較例のそれに比べてかなり小さく、粒径分布が非常に良
くなった。なお、上記実施例および比較例において、平
均粒径の標準偏差は次式より算出した。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、乳化分散造
粒あるいは懸濁重合に用いられる攪拌槽内にタービン形
攪拌機を備えてなる攪拌装置であって、前記攪拌槽が略
円筒状の側面部と、該側面部下端より攪拌槽の軸線に向
って縮径しながら下降し前記軸線の通過する中央部が最
も深くなる形状の底部とを有することを特徴とする攪拌
装置であるから、液−液分散系において各液滴が経験す
る循環頻度を均一なものとし、ひいては乳化分散造粒あ
るいは懸濁重合によって得られるポリマー微粒子を極め
てシャープな粒径分布を有するものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の攪拌
装置に用いられる攪拌槽の一態様の形状を示す模式断面
図、

【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の攪拌
装置に用いられる攪拌槽の底部容積と仮想的な平底攪拌
槽の底部容積との関係を示す模式図、

【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の攪拌
装置に用いられる攪拌槽の別の態様の形状を示す模式断
面図、

【図４】は、本発明の攪拌装置におけるタービン形攪拌
機の底部と攪拌槽底面との間隔（ｌ）とタービン形攪拌
機の外径（ｄ）との関係を示す模式断面図、

【図５】は、本発明の一実施例において用いられた攪拌
装置の構成を示す模式図、

【図６】は、本発明の別の実施例において用いられた攪
拌装置の構成を示す模式図、

【図７】は、比較例において用いられた攪拌装置の構成
を示す模式図、

【図８】は、本発明の実施例によって得られたポリマー
微粒子の粒径分布を示すグラフ、

【図９】は、本発明の攪拌装置において用いられるター
ビン形攪拌機の一態様を示す模式側面断面図、

【図１０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれタービン形
攪拌機のタービンの一態様を示す模式斜視図、

【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１０
（ａ）および（ｂ）のタービンをステーターに装着した
状態を示す模式側面断面図、

【図１２】は、攪拌槽内における液−液分散系の模式
図、

【図１３】は、タービン形攪拌機を用いた場合における
インペラー領域と循環領域とを示す模式図である。

【符号の説明】

１…攪拌槽、２…攪拌槽の底部、２ａ…液溜め、３…タ
ービン形攪拌機、４…タービン軸、５…タービン、６…
ステーター、７…底板、８…ケーシング、９…筒状部、
１０…傘状部、１１…攪拌羽根、Ｉ…インペラー領域、
Ｒ…循環領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乳化分散造粒あるいは懸濁重合に用いら
れる攪拌槽内にタービン形攪拌機を備えてなる攪拌装置
であって、前記攪拌槽が略円筒状の側面部と、該側面部
下端より攪拌槽の軸線に向って縮径しながら下降し前記
軸線の通過する中央部が最も深くなる形状を呈する底部
とを有することを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】前記攪拌槽の側面部下端より底部中央部
までの深さと同一の深さを有し、かつ攪拌槽の軸線に垂
直な断面がこの深さの間、側面部における断面と同一面
積となる仮想的な平底部を考えた場合に、前記攪拌槽の
底部の容積Ｖ₁がこの仮想的な平底部の容積Ｖ₀に対し
以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の
攪拌装置。０．１≦Ｖ₁／Ｖ₀≦０．９
【請求項３】攪拌槽の底部中央部には液溜めが形成さ
れたものである請求項１に記載の攪拌装置。