JPH06509502A - 球形のアルギン酸塩ペレットを作るための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン溶液、好ましくはカルシウム・イオン溶液の中ヘアルギン酸塩 溶液の液滴をたらすことによってをそれらを凝固させ、続いてイオン溶液から取 出されたアルギン酸塩ペレットを洗浄することによって、ノズルから出される液 滴から球形のアルギン酸塩のペレットを作るための方法に関する。更に本発明は 、アルギン酸塩溶液用貯め容器と；アルギン酸塩溶液が供給ラインを経由して適 切に供給されることができる少なくとも１本のノズルと；ノズルから滴る液滴の ための成るイオン溶液の入った収集器と；収集器からアルギン酸塩のペレットを 取出すための少なくとも１つの器具とを具備しているアルギン酸塩溶液の液滴か ら球形のアルギン酸塩のペレットを作るための装置に関する。

アルギン酸塩のペレットは、例えば化粧品及び食品産業に於ける、接着剤或いは 仕上げ用のエマルジョンへの濃化剤（ｌｈｉｃｋｅｎｉｎｇ　ａｇｅｎｔ）とし て、または例えば歯科医療の弾性モールド用混合物のための基体として必要とさ れる。しかし使用の時のアルギン酸塩のペレットは、完全に固結されているか或 いは表面だけ固結されているかの何れかである。

表面固結のアルギン酸塩のペレットは、例えば化粧品産業で必要とされ、一方完 全固結のアルギン酸塩のペレットは、例えば酵素のためのサポートとして必要と される。アルギン酸塩ペレットにとって所望の程度まで使用可能であるためには 、それらは十分に流動性があり、且つ粒子の大きさの狭いスペクトラムを持たな ければならない。特に、均一の幾何学的形状（即ち、球形）も存在しなければな らない。

ＦＲ−Ａ　２６４５４３９号明細書は、化粧品産業用の球形のアルギン酸塩ベレ ットを作るための方法を開示しており、それによると、アルギン酸塩溶液はノズ ルへ供給され、そこからアルギン酸塩溶液が液滴の形で出され、続いてカルシウ ム・イオン溶液内へ落下する。エンドレス・ループのコンベヤが、カルシウム・ イオン溶液中に配置され、それによって液滴が収集され、それからカルシウム− イオン溶液の外へ送られる。

この液滴が落下してカルシウム・イオン溶液を通る時にそれらが十分な範囲まで 表面固結されるということには確実ではないので、コンベヤ・ベルトによってカ ルシウム・イオン溶液から取出されたアルギン酸塩ペレットはしばしば平たくな っている。この液滴は単にノズルから出たアルギン酸塩溶液を滴らすことによっ て成形するので、望ましい粒子寸法の狭いスペクトラムも達成され得ない。

本発明の基本的課題は、数ある効果の中でも、球形の幾何学的形状と粒子寸法の 狭いスペクトラムとを持つアルギン酸塩のベレットが得られるような、且つアル ギン酸塩ペレット、それら自身の固結が制御される方法で調節されることができ るような方法で、球形のアルギン酸塩のベレットを作るための先述のタイプの方 法及び装置を開発することである。

本発明によると、この課題はアルギン酸塩溶液が振動励起によって滴状に形成さ れるということと、それらが所望の固結状態に到達するまで初期状態を保ち、表 面固結が生じるまで液滴はイオン溶液内をほぼ自由に動くということとによる方 法によって解決される。これに関連して、“イオン溶液”は、その金属イオンが アルギン酸塩と結合して成る難溶解性の化合物を形成する成るイオンの溶液を意 味すると理解される。好ましくはそのイオン溶液はカルシウム・イオン溶液であ り得る。

従来の技術と対照的に、アルギン酸塩は滴下されずに、むしろそれ自身が励起さ れて振動することができるノズルによって滴に形成される。しかしこれは必須の 特徴ではない。その代りに振動励起は貯め容器内のアルギン溶液を振動励起する ことによっても、或いはアルギン酸溶液それ自身への音響的照射（ａｃｃｏｕｓ ｔｉｃ　１ｒｒａｄｉａｊｉｏｎ　）によっても生じ得る。

しかし振動励起の種類に関係なく、ノズルを離れつつある液体の流れの中で発生 させられ強化される回転対称の収斂を伴う成る一定周波数が、アルギン酸塩溶液 に作用して、その結果°液滴化（ｄｒｏｐｔｉｘａｔｉｏｎ）”と呼ばれる、液 滴の均一な分散を生じさせることが不可欠である。これによって液滴が同−或い はほぼ同一の寸法を持ち、その結果作成されたアルギン酸塩のベレットは粒子寸 法の狭いスペクトラムを持つことが確実にされる。

液滴化が粒子寸法の狭いスペクトラムを確実にする一方で、液滴が固化溶液（ｐ ｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　５ｏｌｕｔｉｏｎ）　（即ち、イオン溶液）内で非 常に長い間、動きの自由を保持し得る−言い換えると、アルギン酸塩の塊と較べ て大きい塊に当る事なしに自由に動くことができる−という特長によって、液滴 が固結中に変形されないことと、その結果アルギン酸塩のベレットの最終的な幾 何学的形状が球形の幾何学的形状を示すこととが保証される。これに関連して、 アルギン酸塩溶液内の滞留時間は制御される方法で調節されることがてき、その 結果固結は再現可能なように行われることができる。

本発明の進展の結果によると、所望の固結が生じるまで、液滴はイオン溶液の柱 状部を通ってそれら自身の重量によって落下することができる。しかじ液滴が動 いている溶液の流れ速度によってイオン溶液内の液滴の滞留時間を規定すること も可能である。

本発明の別の提案は、液滴が固化溶液に触れる前に、その上に存在している、例 えば５乃至５０ｍｍの厚さを有し得る、気泡で遮ることは強調するのに値する。

液滴は気泡を通って落下する間に減速させられ、その結果続いてそれらが固化溶 液の表面に接触する時、アルギン酸塩の液滴が平たくされることが大いに防がれ る。

固化溶液の表面張力を更にずっと下げるために、界面活性剤或いは有機溶剤、好 ましくはエタノール、プロパツール、等のようなアルコールがそれに加えられ得 る。

アルギン酸塩の液滴を作成するための装置は、ノズルによって出されるアルギン 酸塩溶液を液滴化するための装置が振動励起機を有するということと、収集機が 成る長さのイオン溶液の液柱を有し、液滴がこの液柱を通って流れる間に所望す る程度まで固結されることができるということとによって特徴付けられる。この 場合の液柱は、例えばそれを使って固化溶液内のアルギン酸塩の液滴即ちベレッ トの正確な滞留時間が望ましい程度に調節されて変えられることができる、固化 溶液の入った管或いはホースの形状の管状反応器（プラグ流れ反応器）として理 解される必要はない。“液柱”という言葉は、所望の固結、特に表面固結が生じ る前に、アルギン酸塩の液滴と較べて大きい塊と接触する機会を固化溶液の中を 沈下しているアルギン酸塩の液滴に与えない成る量の液体をごく一般的に示す。

従って（アルギン酸塩ペレットの完全な固結のための）攪拌器を持つ或いは持た ないバッチ反応器も利用され得る。

機械的振動機、磁気誘導式振動機、空気式振動機、圧電変換器、或いは電気音響 変換器は振動励起器として使用されることがてき；振動励起器はノズルに、及び ／或いは供給ライン、及び／或いは貯め容器に作用し得る。例えば電気音響変換 器でアルギン酸塩溶液を直接に音響的に照射して、或いは振動ディスプレイサ（ ｄｉｓｐｌａｃＣｒ　）或いはプランジャでそれを直に励起して、ノズルから出 てくるアルギン酸塩溶液の流れを均一な液滴へ液滴化することも可能である。

イオン溶液、好ましくはＣａ　Ｃ１２溶液が、それに加えられる界面活性剤或い は有機溶剤を有して固化溶液の表面張力を小さくすることが好ましい。

固化溶液の表面でのアルギン酸塩液滴の“衝撃力”をうんと小さくするために、 それ自身が界面活性剤或いは有機溶剤の泡立たされた溶液である気泡層がイオン 溶液上に形成され得る。この気泡層の高さは５乃至５０ｍｍの間であることが好 ましい。

装置或いはアルギン酸塩溶液に作用する周波数は、好ましくは５０乃至２０．０ ００Ｈｚの間の振動励起周波数が使用され、生産工程中は一定であり続けなけれ ばならない。アルギン酸塩溶液の粘度は２００ｍＰａ　ｘ　ｓ未満であるべきで ある。最後にノズルの直径は５０乃至３０００μｍの間の範囲内にあるべきであ る。

これらのパラメータで、粒子寸法の狭いスペクトラムを持つ均一な幾何学的形状 の球形のアルギン酸塩のペレットが作られることができ；周波数及びノズルの直 径に応じて１００乃至４０００μｍの間のアルギン酸塩のベレットの直径を得る ことができる。

本発明の更なる詳細、長所、及び特質は、請求の範囲及びそれらから明白になる その特質−個々及び／或いは組合わせ−からだけでなく、図面に示された下記の 好ましい例示的な実施例の説明からも明白にされる。

図１は、球形のアルギン酸塩のベレットを作るための装置の略図を示す。

図２は、アルギン酸塩溶液の液滴を作るための装置の第１の例示的な実施例を示 す。

図３は、アルギン酸塩溶液から液滴を作るための装置の第２の実施例を示す。

図１で、参照番号（１）は、好ましくは脱イオン水中の２％Ｃａ　Ｃ１２の状態 での、イオン溶液の入った収集器（４）へノズル（３）を経由して出されるアル ギン酸塩溶液を供給し計量するためのシステムを示す。

ノズル（３）によって出されるアルギン酸塩溶液を液滴化するために、即ち再現 可能な大きさのアルギン酸塩溶液の液滴を得るために、単に略図で示され、参照 番号（２）が与えられた振動励起器システムが提供される。この励起システムは 、ノズル（３）に直に作用し、それを水平方向或いは垂直方向に振動させること ができる。供給ライン（１）に振動を伝えることも可能である。代りに、貯め容 器内に在るアルギン酸塩溶液を励起することが可能である。最後に、ノズル（３ ）を離れつつあるアルギン酸塩の流れを音響的に照射することもできる。

位置振動励起機（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｅｘｃｉｌｅｒ　 ）は、磁気誘導振動機、機械的振動機、空気式振動機、圧電変換器、及び電気音 響変換器を包含する。

図１の略図で、アルギン酸塩の液滴は−そこには例えば５−５０ｍｍの高さを持 つ界面活性剤溶液の気泡層はイオン溶液上に存在することができる一収集器（４ ）から管状反応器（５）を通って落下し；管状反応器（５）の内部では、アルギ ン酸塩の液滴か、少なくとも表面の固結が生じるまで自由に動くことができる。

これらの条件の下でアルギン酸塩の液滴は望みの球形の形状を保ち、その結果他 のアルギン酸塩の液滴即ちベレットとの、或いは管状反応器（５）の壁との衝突 が、更なる変形を起こすことはないであろう。

管状反応器から出た後で、所望する程度まで固結したアルギン酸塩のベレットは 、そこからアルギン酸塩のペレット上に残っている塩化カルシウム溶液を滴り落 として除く移動スクリーン（６）上に運ばれる。移動スクリーン（６）から、ア ルギン酸塩ベレットが、その上で洗浄水ノズル（７）を使って洗浄される移動ス クリーン（８）を通る。移動スクリーン（８）からアルギン酸塩のペレットは収 集器（９）内に完成品として収集され、それからそれらの所望の応用へ送られる 。

イオン溶液は望ましい速度で管状反応器（５）を通って流れる。イオン溶液内で のアルギン酸塩の液滴即ちペレットの滞留時間はイオン溶液の速度及び管状反応 器の長さによって決定され、その結果それらは所望の程度まで再現可能なように 固結されることができる。イオン溶液は、移動スクリーン（６）の下に在る収集 容器（１２）から収集器（４）への連結体（１３）を具備する回路を通ってポン プ（１１）によって搬送される。連結体即ちライン（１３）にはイオン溶液のた めの流れ濃度制御装置も配置される。

図２は、球形のアルギン酸塩のペレットを作るための、特にそれを使ってアルギ ン酸塩溶液から液滴が作られる装置の一部を示す。アルギン酸塩溶液（１４）は 貯め容器（１５）に入れられ、そこからアルギン酸塩溶液（１４）は供給ライン （１６）を経由してノズル（１７）へ供給され、そこからアルギン酸塩（Ｉ４） はそれ自身の重さで液滴（１８）の形状で落ちる。ノズル（１７）の直ぐ下では 液滴は細長い形を有することは明白であり：それらが成る距離を落下した後で、 これはアルギン酸塩溶液の表面張力によって球形の形に変化する。

剛性の連結体（２０）を経由してノズル（１７）へ直接に或いは間接に連結され る振動発生器（１９）は、ノズル（１７）から離れつつあるアルギン酸塩溶液の 液滴化を生じさせる振動を発生する、即ち回転対称の収斂がノズルから離れつつ ある液体の流れに起こされ、強化されて、均一な液滴への分散を起こす。

図２の例示的な実施例によると、アルギン酸塩（１４）は重力によってノズル（ １７）へ供給されるが、図３の例示的な実施例によると、圧力押出しシステムが 提供される。それ以外は図３の形状は図２のそれに対応しており、従って同一の 要素もまた同一の参照番号を与えられる。

更に、その中に例えば塩化カルシウム溶液がある或いはそれがそこを通って流れ る収集器（２１）が図示される。液滴（１８）を減速する界面活性剤溶液の気泡 層（２３）が、塩化カルシウム溶液の液体のレベルの上に置かれる。その結果の 長゛所は、液滴（１８）が塩化カルシウム溶液の液体表面に当る時、望ましくな い平坦化がかなり無くされることである。

この溶液を通って落ちる或いは運ばれる液滴（１８）は、塩化カルシウム溶液と の反応によって最初に外側が固結され、その結果望ましい固結をしたアルギン酸 塩のペレット（２４）が塩化物溶液（２２）内に出現し；記されたように、固結 は塩化カルシウム溶液（２２）内でのアルギン酸塩のペレットの滞留時間によっ て決まる。

塩化カルシウム或いは固化溶液の入った反応器（２１）は−図１の例示的実施例 に於けるように一管状反応器であり得て、それにより同化溶液内のアルギン酸塩 のペレット（２４）の正確な滞留時間が反応器の長さと同化溶液の流れ速度とを 変化することによって調節されることができ、こうして望まれる固結をした、即 ち表面だけ硬化された或いは完全に硬化されたアルギン酸塩のペレット（２４） ができる。

反応器は、特にアルギン酸塩のペレット（２４）が完全に硬化されるべきである ならば、攪拌器を有し得るバッチ反応器でもあり得る。

固化溶液に関して、界面活性剤或いは有機溶剤がそれに加えられて、表面張力を 減らすことができることも留意されるべきである。図３に関して説明されたよう に、界面活性剤或いは有機溶剤の気泡は固化溶液（２２）上にも存し得る。オー バーフロー・チャンネルを持つ受容装置から固化溶液（２２）を取出すことも可 能である。

アルギン酸塩溶液を液滴化するのに使われるノズルは色々な材料で作られるフル ・フロー・ノズル（ｌｕｌｌ　ｆｌｏｗ　ｎｏｘｘｌｅ）であり得る。ノズル・ プレート、即ち複数のノズルを持つものを使用することも可能である。

本発明の方法で使用されるアルギン酸塩溶液は、２００ｍＰａ　ｘ　ｓ未満の粘 度を持つべきである。ノズルから出てくる溶液が液滴化される励起周波数は５０ 乃至２０，０００Ｈｚの間であるべきである。ノズルの直径それ自身は、５０乃 至３０００μｍの間の範囲内にあり得る。これらのパラメータが遵守される時、 はぼ正確に球の形を持つ、１００乃至４０００μｍの間の範囲内のアルギン酸塩 のペレットの直径を得ることができる。同一のパラメータで作られた夫々のアル ギン酸塩のペレットは、粒子の大きさの非常に狭いスペクトラムを有する。

下記の例は、−個々に或いは組合わせて一発明的であると思われる本発明の別の 長所及び特長を示す。

例］： 貯め容器（１５）は２８０μｍの直径を持つノズル（１７）に供給されるアルギ ン酸塩溶液を入れており、それは２１００Ｈｚの周波数で振動を起こさせる。液 滴化されたアルギン酸塩溶液はカルシウム・イオン溶液、特に脱イオン水中の２ ％のＣａＣｌ２、の中に落ちる。アルギン酸塩の液滴即ちペレットは３０分間の 間固化溶液内に留まって、完全な固結をもたらす。その結果の球形のペレットの 直径は、約１％の標準偏差を持つ、５００μｍである。固化溶液上に気泡は全く な表面固結のアルギン酸塩のペレットを得るために、０．３５％のＣａ　Ｃ１２ に０．０５％の界面活性剤及び脱イオン水を加えた固化溶液の入った管状反応器 が使用される。アルギン酸塩溶液が液滴化されるノズルは９００μｍの直径を有 する。振動周波数は１５５Ｈｚである。アルギン酸塩のペレットは１分間の間固 化溶液内に留まる。その結果、固結表面と１７００μｍの直径とを有するアルギ ン酸塩のペレットが得られる。この場合も同じように、標準偏差は１％である。

再度、管状反応器が使用される。これは以下の混合物：脱イオン水に０．２６％ のＣａ　Ｃ１２と０．０５％の界面活性剤とを加えたものを有する固化溶液を入 れている。使用されるノズルは、１９２５μｍの直径を有する。周波数は５０Ｈ ２である。約２０ｍｍの高さの界面活性剤の気泡が固化溶液の上部に存する。ア ルギン酸塩のペレットは１．５分間の間固化溶液内に留まる。その結果、３４０ ０μｍの直径を持つ表面固結のアルギン酸塩のペレットが得られる。標準偏差は 例３のものと類似の処理シーケンスが行われるが、しかし０．０５％の界面活性 剤の代りに、８％のイソプロピル・アルコールがＣａ　Ｃ１２溶液に加えられる 。この方法で作られたアルギン酸塩のペレットも、表面固結及び直径（１％の標 準偏差を持つ３４００μｍ）に関して望ましい特性を有する。

Ｃｐｓ　Ｃ：）　Ｐ＋＋ｒｎ盲−ヘｒ　−＋補正書の翻訳文提出書（特許法第１ ８４条の８）平成６年１月３１日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．アルギン酸塩溶液の液滴をイオン溶液内に滴らせて、それらを固結させ、続 いてイオン溶液から取出されたアルギン酸塩のペレットを洗浄することによって 、ノズルから出されるこのアルギン酸塩溶液の液滴から球形のアルギン酸塩のペ レットを作るための方法であり、アルギン酸塩溶液が振動励起によって液滴化さ れ、それらが望ましい固結を達成するまで、液滴はイオン溶液内を動くのにほぼ 自由であることを特徴とする方法。
2. ２．液滴が、少なくともそれらが表面硬化を達成するまで、イオン溶液内を動く のにほぼ自由であることを特徴とする請求項１の方法。
3. ３．所望の固結が生じるまで、液滴がそれら自身の重さによってイオン溶液の柱 状部を通って落ちることを特徴とする請求項１或いは２の何れか１項記載の方法 。
4. ４．液滴のイオン溶液内の滞留時間が、イオン溶液の流れ速度と、液滴が通って 流れるイオン溶液の長さとによってほぼ決まることを特徴とする請求項１乃至３ の何れか１項記載の方法。
5. ５．液滴が、イオン溶液に触れる前に、その上に存在する気泡によって減速させ られることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の方法。
6. ６．ノズル、及び／或いはアルギン酸塩溶液、及び／或いはアルギン酸塩溶液を 受容する貯め容器及び／或いはアルギン酸塩溶液をノズルへ供給している供給ラ インが振動するようにされることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載 の方法。
7. ７．アルギン酸塩溶液用の貯め容器と；アルギン酸塩溶液が供給ラインを経由し て適切に供給されることができる少なくとも１本のノズルと；ノズルから落ちる 液滴のためのイオン溶液の入った収集器具と；収集器具からアルギン酸塩のペレ ットを取出すための少なくとも１つの器具とを具備するアルギン酸塩溶液の液滴 から球形のアルギン酸塩のペレットを作るための装置であり、ノズル（３、１７ ）によって出されるアルギン酸塩溶液（１４）を液滴化するための装置が振動励 起器（２、１９）を有することと；収集器具（４、５、２１）が或る長さのイオ ン溶液（２２）の液柱状部を有し、その結果液滴（１８）は液柱状部を通って流 れる間に、少なくともそれらの表面上で固結されることができることとを特徴と する装置。
8. ８．振動機が、機械的か磁気誘導の振動機、空気式振動機、圧電変換器か電気音 響変換器、或いは振動ディスプレイサ／プランジャであることを特徴とする請求 項７記載の装置。
9. ９．振動励起器（２、１９）が、ノズル（３、１７）に、及び／或いは供給ライ ン（１、１６）に、及び／或いは貯め容器（１５）に、或いはノズルの内側に作 用することを特徴とする請求項７或いは８の何れか１項記載の装置。
10. １０．アルギン酸塩溶液（１４）が音響的に照射されることを特徴とする請求項 ７記載の装置。
11. １１．収集器具が、イオン溶液がそこを通って調節可能なように流れることがで きる管状反応器であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の装 置。
12. １２．界面活性剤がイオン溶液に加えられ得ることを特徴とする少なくとも請求 項７記載の装置。
13. １３．有機溶剤がイオン溶液に加えられ得ることを特徴とする少なくとも請求項 ７記載の装置。
14. １４．気泡の層がイオン溶液上に配置されることを特徴とする少なくとも請求項 ７記載の装置。
15. １５．イオン溶液が、アルギン酸塩で難溶解性化合物を作るＣａ２＋イオン或い は１つ以上の他のイオンを含むことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項 記載の装置。