KR101784060B1 - 마이크로캡슐 제조방법 - Google Patents

Abstract

마이크로캡슐 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 증류수와 에멀션화제가 혼합된 수용액에 일정량의 1차 첨가제를 첨가하여 일정크기의 반응조에 1차 혼합액을 준비하는 단계 ; 상기 반응조에 배치된 임펠러를 회전시켜 상기 1차 혼합액을 1차 교반하는 단계 ; 상기 1차 혼합액에 일정량의 자기치료제를 혼합한 2차 혼합액이 에멀션화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 상기 2차 혼합액을 2차 교반하는 단계 ; 상기 반응조에서 에멀션화된 2차 혼합액에 2차 첨가제를 첨가한 다음, 일정온도 상승률로 사전에 설정된 반응온도까지 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하는 단계 ; 상기 반응온도를 유지하여 에멀션화된 2차 혼합액의 표면에 구형의 박막이 형성된 예비 마이크로캡슐을 생성하는 동안, 상기 예비 마이크로캡슐이 상기 반응조의 내면과 상기 임펠러의 날개 최외측사이에 배치된 다공체의 관통공을 통과하면서 미소화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 3차 교반하는 단계를 포함한다.

Description

마이크로캡슐 제조방법{A Microcapsule Fabricating Method}

본 발명은 마이크로캡슐을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 자기치료제와 같은 내용물이 내부에 저장되는 구형의 박막 쉘의 외경크기에 대한 분산 및 산포도를 줄여 마이크로캡슐 제조시 그 수율을 높이고, 박막 쉘의 외경크기를 조절하면서 마이크로캡슐을 제조할 수 있는 마이크로캡슐 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로캡슐(Microcapsule)은 마이크로미터(㎛) 단위의 직경을 갖는 미세 캡슐 입자를 의미한다.

이러한 마이크로캡슐은 대략 구형의 얇은 두께를 갖는 쉘과, 쉘의 내부에 봉입되어 채워지는 코어로 이루어지며, 외벽인 쉘을 형성하는 재료를 벽물질, 그 속에 봉입되는 코어를 심물질이라고 한다.

여기서, 상기 코어를 이루는 심물질과 쉘을 이루는 벽물질로는 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 대표적으로 예를 들면, 심물질로는 용제, 가소제, 색재, 착색제, 촉매, 접착제, 향로, 기록재료, 연료, 농약, 생체재료, 팽창제, 의약품, 식품, 화장품, 문방구, 건축재료, 산-염기와 같은 다양한 물질이 마이크로캡슐의 용도에 따라 다양하게 사용될 수 있다.

상기 벽물질로는 단백질/식물검/셀루로즈/폴리머/무기물/유기물 등과 같은 다양한 물질이 선택적으로 사용될 수 있다.

한편, 전 산업분야의 에너지 절감 및 경량화 추세로 인하여 무게를 더욱 줄이고 강성을 부여하기 위해서, 탄소나노섬유 또는 폴리머나노 섬유와 같은 복합재료의 사용이 점차 증가하는 추세이다.

그러나, 이러한 복합재료의 단점은 미소균열이 구조체에 잘 생기고 시간이 지나면서 미소균열들이 결합되어 구조체의 치명적인 손상을 일으킬 수 있는 것이다.

이에 따라, 이러한 복합재료의 미소균열에 기인하는 단점을 보완하기 위해서 다이싸이클로펜타디엔과 같은 자기치료제가 쉘 내부에 일정량 저장된 마이크로캡슐을 포함하여 복합재료의 구조체를 제조함으로써, 복합재료의 구조체에 미소균열이 발생하게 되어 구조체 전체에 퍼지게 되면, 미소균열에 기인하는 외력에 의해 마이크로캡슐의 외벽인 쉘을 깨트리게 되어 자연스럽게 쉘 내부에 채워진 자기치료제가 균열부위를 따라 흘러나오게 된다.

이때, 상기 복합재료 구조체에 포함되어 있던 촉매와 자기치료제가 접촉하게 되어 중합반응이 일어나기 시작하고, 이러한 중합반응을 통해 균열 부위를 접착하여 보수할 수 있기 때문에 미소균열이 확대되는 것을 방지하여 구조적인 안전성을 보장하게 된다.

즉, 복합재료의 구조체에 발생되는 미소균열이 자기치료제를 내장한 마이크로캡슐의 쉘을 깨트리고, 깨진 쉘을 통해 흘러나오는 자기치료제와 촉매 간의 접촉에 기인하는 중합반응에 의해 균열면을 자기치료제로 채워 접착보수하는 것이다.

KR 10-2013-0005393 A KR 10-2013-0103004 A 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 자기치료제를 쉘 내부에 수용하는 마이크로캡슐을 제조하는 방법이 개시되어 있으나 마이크로캡슐의 외경 크기를 조절하여 쉘 내부에 채워지는 자기치료제의 함량을 조절하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 제조되는 마이크로캡슐에 대한 외경 크기 분산도가 크고, 산포도가 높기 때문에 일정한 외경 크기를 갖는 마이크로캡슐의 제조 시 그 수율을 높이는데 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 기치료제와 같은 내용물이 내부에 저장되는 구형의 박막 쉘의 외경 크기에 대한 분산 및 산포도를 줄여 마이크로캡슐 제조 시 그 수율을 높이고, 박막 쉘의 외경 크기를 조절하면서 마이크로캡슐을 제조할 수 있는 마이크로캡슐 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 혼합액의 유동성을 안정적으로 확보하여 마이크로캡슐의 외경 크기를 균일하게 하는 마이크로캡슐 제조방법으로서, 증류수와 에멀션화제가 혼합된 수용액에 일정량의 1차 첨가제를 첨가하여 일정크기의 반응조에 1차 혼합액을 준비하는 단계; 상기 반응조에 배치된 임펠러를 회전시켜 상기 1차 혼합액을 1차 교반하는 단계; 상기 1차 혼합액에 일정량의 자기치료제를 혼합한 2차 혼합액이 에멀션화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 상기 2차 혼합액을 2차 교반하는 단계; 상기 반응조에서 에멀션화된 2차 혼합액에 2차 첨가제를 첨가한 다음, 일정온도 상승률로 사전에 설정된 반응온도까지 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하는 단계; 상기 반응온도를 유지하여 에멀션화된 2차 혼합액의 표면에 구형의 박막이 형성된 예비 마이크로캡슐을 생성하는 동안, 상기 예비 마이크로캡슐이 상기 반응조 내에 배치되는 다공체에 형성된 관통공을 통과하면서 미소화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 3차 교반하는 단계;를 포함하며, 상기 다공체는 상기 임펠러의 반경 방향 최 외측과 상기 반응조의 내면 사이에 고정 배치되고, 상기 반응조는 상기 다공체에 의해 구획되는, 상기 혼합액 또는 상기 예비 마이크로 캡슐이 상기 임펠러에 의해 회전되는 상기 다공체 내측의 회전영역과, 상기 관통공을 통과하여 미소화된 상기 마이크로 캡슐이 위치하는 상기 다공체 외측의 생성영역을 포함하는 마이크로캡슐 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전날개에 대한 각도와 상기 임펠러의 회전속도 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체의 관통공에 대한 크기를 가변시켜 상기 반응조에 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경 크기를 작거나 크게 조절할 수 있다.

바람직하게, 상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전속도와 상기 다공체의 관통공 크기 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 임펠러의 회전날개 각도를 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경 크기를 작거나 크게 조절할 수 있다.

바람직하게, 상기 3차 교반하는 단계는 상기 다공체의 관통공 크기와 상기 임펠러의 회전날개의 각도 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서 상기 임펠러의 회전속도를 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경 크기를 작거나 크게 조절할 수 있다.

바람직하게, 상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전속도, 상기 임펠러의 회전날개 각도 및 상기 다공체의 관통공 크기 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체와 임펠러사이의 간격을 넓히거나 좁히도록 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경 크기를 작거나 크게 조절할 수 있다.

바람직하게, 상기 2차 교반하는 단계이전에 상기 2차 혼합액에 수소이온농도를 갖도록 일정량의 수산화나트륨 수용액을 일정량 첨가할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 반응조 내에서 에멀션화된 자기치료제의 표면에 박막이 형성된 예비 마이크로캡슐을 생성하는 과정에서 임펠러의 외측에 배치된 다공체의 관통공을 통해 예비 마이크로캡슐을 통과시킴으로써 임펠러의 회전축과 만나는 혼합액의 수면에서의 캐비테이션의 발생을 최소화여 혼합액의 유동성을 안정적으로 확보한 상태에서 다공체를 통과하여 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기를 균일화할 수 있고, 균일한 외경 크기를 갖는 마이크로캡슐을 대량 생산할 수 있어 수율을 높일 수 있다.

(2) 임펠러의 외측에 배치되어 예비 마이크로캡슐이 통과하는 다공체의 관통공 크기를 가변시키고, 혼합액을 교반시키는 임펠러의 블레이드 각도를 가변시킴으로써, 예비 마이크로캡슐이 다공체의 관통공을 통과하면서 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기를 보다 작게 하는 미소화 공정을 가능하게 하고, 수요가의 사용용도에 맞추어 다양한 크기를 갖는 마이크로캡슐을 제조할 수 있다.

(3) 예비 마이크로캡슐이 통과하는 다공체의 개공율을 가변시키거나 다공체와 임펠러 간의 간격을 가변시켜 미소화되는 마이크로캡슐의 외경 크기를 간편하게 조절할 수 있기 때문에 수요자의 사용용도에 맞추어 다양한 크기를 갖는 마이크로캡슐을 제조할 수 있다.

도 1은 일반적인 마이크로캡슐을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법이 적용되는 제조장치를 도시한 개략도이다.
도 4a 와 도 4b 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 1차 생성된 예비 마이크로캡슐을 미소화하는 공정을 도시한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기변화에 따른 혼합액의 내부유동상태 및 마이크로캡슐의 외경 크기를 도시한 상태도이다.
도 6a 내지 도 6d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 모식도이다.
도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 정면도이다.
도 8a 내지 도 8d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하는 경우, 다공체의 관통공 크기의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자 크기 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하면서 회전날개의 블레이드 각도 크기의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자 크기 변화를 도시한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11c 는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하면서 회전날개의 블레이드 각도 크기의 변화에 따라 제조된 마이크로캡슐을 촬영한 확대사진이다.
도 12는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기와 블레이드 각도 크기의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자 크기 변화를 도시한 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 1차 혼합액을 준비하는 단계(S1), 1차 교반하는 단계(S2), 2차 교반하는 단계(S3), 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하는 단계(S4) 및 3차 교반하는 단계(S4)를 포함한다.

이러한 제조방법에 의해서 복합재료의 구조체에서 발생된 미소균열에 의해서 전달되는 외력에 의해 깨지도록 수지 박막으로 이루어지는 벽물질인 구형의 박막쉘(110)과, 미소균열부위를 접착하도록 자기치료제와 같은 소재로 이루어져 상기 박막쉘의 내부에 수용되는 심물질인 코어(120)를 포함하는 마이크로캡슐(100)을 제조하는 것이다.

먼저, 상기 1차 혼합액을 준비하는 단계(S1)는 일정량의 증류수와 에멀션화제가 혼합된 수용액을 준비하고, 이러한 수용액에 일정량의 1차 첨가제를 첨가하여 혼합한 1차 혼합액을 일정크기의 반응조(1)에 채워 준비한다.

상기 에멀션화제는 EMA 코폴리머(ethylene methacrylic acrylate copolymer)가 사용될 수 있으며, 상기 1차 첨가제는 상기 박막쉘(110)을 형성하기 위한 요소와, 상기 박막쉘(110)에 강성을 부여하기 위한 레소시놀 및 염화암모늄이 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 1차 교반하는 단계(S2)는 상기 반응조(1)에 채워진 1차 혼합액을 상기 반응조 내에 배치된 임펠러(2)를 일정속도로 일정시간 동안 일방향 회전시킴으로써 1차 첨가제가 수용액에 균일하게 혼합되도록 교반하는 것이다.

여기서, 상기 임펠러(2)는 미도시된 구동모터의 회전구동력에 의해서 일방향으로 회전되는 회전축의 단부에 구비되는 적어도 2개 이상의 회전날개로 이루어질 수 있다.

상기 2차 교반하는 단계(S3)는 상기 임펠러(2)에 의해서 1차 교반된 1차 혼합액에 일정량의 자기치료제인 코어를 첨가하여 2차 혼합액을 제조한 다음, 상기 2차 혼합액은 반응조에서 임펠러를 회전시킴으로써 상기 2차 혼합액이 에멀션화되도록 2차 교반하는 것이다.

상기 임펠러(2)는 대략 450rpm 의 일정속도 및 대략 10분의 일정시간 동안 상기 반응조 내에서 회전되어 상기 자기치료제가 혼합된 2차 혼합액을 교반시켜 에멀션화할 수 있도록 하며, 이러한 임펠러의 회전속도는 속도측정기(8)에 의해서 측정되어 회전날개의 회전속도 및 시간을 제어하게 된다.

여기서, 상기 코어는 자기치료제가 선택적으로 사용될 수 있으며, 이러한 자기치료제는 폴리머 전구체인 다이싸이클로펜타디엔(DCDP ; dicyclopentadiene)이 사용될 수 있다.

한편, 상기 반응조 내에 자기치료제인 코어를 혼합한 2차 혼합액을 2차 교반하여 에멀션화하는 공정 이전에 상기 2차 혼합액에 적절한 수소이온농도를 갖도록 일정량의 수산화나트륨 수용액을 일정량 첨가하여 혼합한다.

이러한 수소이온농도는 반응조 내의 2차 혼합액에 침지되는 탐침을 갖는 수소이온농도측정기(6)에 의해서 측정하여 확인할 수 있다.

상기 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하는 단계(S4)는 상기 반응조(1)에서 에멀션화된 2차 혼합액에 구형의 박막쉘을 형성하기 위한 2차 첨가제를 일정량 첨가한 다음, 일정온도 상승률로 사전에 설정된 반응온도까지 일정시간 동안 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하여 승온시키는 것이다.

즉, 포름알데이드와 같은 2차 첨가제를 에멀션화된 혼합액에 첨가한 다음, 분당 1℃ 의 온도상승율(1℃/min)로 상기 2차 혼합액을 55℃ 의 반응온도까지 상승시키는 것이 바람직하다.

이러한 가열공정은 일정량의 물이 채워진 수조(4)의 내부공간에 반응조(1)를 배치한 다음, 상기 수조에 구비되어 전원인가 시 전기저항을 발생시키는 가열기를 이용하여 상기 수조에 채워진 물을 고온으로 가열하고, 가열된 물에 의해서 상기 반응조 내의 2차 혼합물을 간접적으로 가열하게 되며, 가열되는 물의 온도는 온도측정기(7)에 의해서 측정되어 상기 2차 혼합액을 가열하는 온도를 제어하게 된다.

여기서, 상기 수조(4)의 내부공간에 배치되는 반응조(1)는 상기 수조 내의 바닥면으로부터 이격되면서 상기 수조 내의 물이 유입되지 않도록 수평한 지지대(5)에 고정설치되는 것이 바람직하다.

상기 3차 교반하는 단계(S5)는 상기 반응조 내에서 수지박막으로 이루어지고, 내부에 코어(120)가 수용된 구형의 박막쉘(110)을 형성하기 위한 반응온도를 일정하게 유지하면서 일정크기의 외경을 갖는 예비 마이크로캡슐(100a)을 생성하는 동안, 상기 예비 마이크로캡슐이 상기 반응조(1)의 내면과 상기 임펠러(2)의 회전날개 최외측 사이에 배치된 다공체(3)의 관통공을 강제로 통과하면서 미소화되도록 상기 임펠러(2)를 회전시켜 3차 교반하는 것이다.

상기 다공체(3)는 일정크기의 메쉬를 갖는 중공 원통형 철망으로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 1 내지 8 ㎟이 관통면적을 갖는 원형, 타원형 및 다각형의 관통공을 갖는 중공 원통체로 이루어질 수 있다.

즉, 자기치료제인 코어(120)의 외부면에 에멀션화된 요소-포름알데이드 수지가 도포되어 감싸는 구형의 박막쉘(110)을 형성한 예비 마이크로캡슐(100a)을 생성하는 과정에서, 상기 다공체(3)의 내측에서 생성된 예비 마이크로캡슐은 다공체(3)에 형성된 관통공을 통해 강제로 통과하면서 외경 크기가 상대적으로 작아진 마이크로캡슐(100)로 미소화되는 것이다.

즉, 상기 다공체(30)의 내측에서 에멀션화된 자기치료제를 에워싸도록 형성되는 박막인 쉘을 형성하기 위해서 1차 생성된 예비 마이크로캡슐(100a)은 도 4a 와 도 4b 에 도시한 바와 같이, 상기 임펠러(2)의 회전력에 의해 내측에서 외측으로 상기 다공체(3)의 관통공을 강제 통과하게 되며, 상기 관통공을 통과하게 되는 예비 마이크로캡슐(100a)은 관통공의 내주면과의 사이에서 발생되는 전단응력 및 상승되는 압력에 의해서 보다 작은 크기로 분할되어 미소화된 마이크로캡슐을 제조할 수 있는 것이다.

도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태 및 마이크로캡슐의 외경 크기를 도시한 상태도이고, 도 6a 내지 도 6d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 모식도이다.

즉, 반응조의 내부에 다공체를 배치하지 않지 않거나 반응조의 내부에 관통공의 크기가 1㎟, 4㎟ 및 8㎟인 다공체를 배치하고, 상기 임펠러의 회전속도를 500rpm 으로 일정시간 유지하고, 수평면에 대하여 32°로 경사진 3개의 회전날개를 갖는 임펠러를 500rpm 의 회전속도로 일정하게 유지하는 상태에서 상기 반응조의 내부에 배치된 임펠러의 회전에 의해 교반되는 혼합액의 내부유동상태 및 마이크로캡슐의 외경 크기를 관찰하였다.

도 5a 와 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 반응조의 내부에 다공체를 사용하지 않은 경우, 임펠러의 회전축을 기준으로 하여 수면의 경사도가 반응조측으로 높아져 상기 회전축과 만나는 혼합액의 수면에서 공동부인 캐비테이션(cavitation)이 발생함을 확인할 수 있다.

그러나, 도 5b 내지 도 5d 및 도 6b 내지 도 6d 에 도시한 바와 같이, 반응조의 내부에 관통공의 크기가 1㎟ 인 다공체를 배치하는 경우(도 5b 와 도 6b), 관통공의 크기가 4㎟ 인 다공체를 배치하는 경우(도 5c 와 도 6c) 및 관통공의 크기가 8㎟ 인 다공체를 배치하는 사용하는 경우(도 5d 와 도 6d)에는 상기 회전축과 만나는 혼합액의 수면에서 공동부인 캐비테이션(cavitation)의 발생이 현저히 감소하게 됨은 물론, 반응조 내에서 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 작아지면서 외경 크기의 균일해짐을 확인할 수 있다.

이때, 상기 관통공의 크기가 가변되는 다공체의 내에 배치되는 임펠러의 회전날개에 형성되는 블레이드의 각도는 32°로 일정하게 유지하였다.

도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 정면도이고, 도 8a 내지 도 8d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기 변화에 따른 혼합액의 내부유동상태를 도시한 측면도이다.

즉, 반응조의 내부에 다공체를 배치하지 않지 않거나 반응조의 내부에 관통공의 크기가 1㎟, 4㎟ 및 8㎟인 다공체를 배치하고, 상기 임펠러의 회전속도를 500rpm 으로 일정시간 유지하고, 수평면에 대하여 32°로 경사진 3개의 회전날개를 갖는 임펠러를 500rpm 의 회전속도로 일정하게 유지하는 상태에서 상기 반응조의 내부에서 회전되는 임펠러의 회전날개인 블레이드 단부에서 발생하는 와류 및 내부유동상태를 관찰하였다.

도 7a 와 도 8a에 도시한 바와 같이, 상기 반응조의 내부에서 회전되는 임펠러의 회전날개인 블레이드 단부에서 발생하는 와류 및 내부유동의 속도가 상기 임펠러의 회전날개가 통과하는 영역과 통과하지 않는 영역에서 서로 차이가 많이 발생함을 확인할 수 있고, 이로 인하여 다공체를 사용하지 않는 경우 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 불균일해지고, 크기 분포의 산포도가 높아짐을 알 수 있다.

그러나, 도 7b 내지 도 7d 및 도 8b 내지 도 8d 에 도시한 바와 같이, 반응조의 내부에 관통공의 크기가 1㎟ 인 다공체를 배치하는 경우(도 7b 와 도 7b), 관통공의 크기가 4㎟ 인 다공체를 배치하는 경우(도 7c 와 도 8c) 및 관통공의 크기가 8㎟ 인 다공체를 배치하는 경우(도 7d 와 도 8d)에는 상기 반응조의 내부에서 회전되는 임펠러의 회전날개인 블레이드 단부에서 발생하는 와류 및 내부유동의 속도가 상기 임펠러의 회전날개가 통과하는 영역과 통과하지 않는 영역에서 서로 차이가 많이 발생하지 않음을 확인할 수 있고, 이로 인하여 다공체를 사용하는 경우 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 균일해지고, 크기 분포의 산포도가 낮아짐을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하는 경우, 다공체의 관통공 크기의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자크기 변화를 도시한 그래프이다.

즉, 상기 임펠러의 회전날개에 형성되는 블레이드의 각도는 32°이고, 상기 임펠러의 회전속도를 500rpm 으로 유지한 상태에서, 다공체를 사용하지 않는 종래예(BA32-NM), 다공체에 형성된 관통공의 크기가 1㎟ 인 실시예 1(BA32-M1), 다공체에 형성된 관통공의 크기가 4㎟ 인 실시예 2(BA32-M4) 및 다공체에 형성된 관통공의 크기가 8㎟ 인 실시예 3(BA32-M8)에서 제조된 마이크로캡슐을 각각 수거하여 그 외경크기를 입도분석기(Particle Size Analyzer ; PSA )(Mastersizer 2000, Malvern Instrument, 영국)를 이용하여 측정하였다.

이러한 종래예 및 실시예 1 내지 실시예 3에 대한 표 1과 같은 측정결과, 임펠러의 회전날개에 대한 각도 및 회전속도를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체의 관통공에 대한 크기를 변화시킴으로써 마이크로캡슐의 외경 크기가 변화되고, 외경 크기를 작게 조절할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 종래예(BA32-NM)는 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 221 ㎛ 인 반면에, 실시예 1(BA32-M1)는 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경크기가 92 ㎛ 이고, 실시예 2(BA32-M4)는 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 122 ㎛이고, 실시예 3(BA32-M8)은 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 140 ㎛ 인 것으로 확인됨에 따라 다공체에 형성된 관통공의 크기가 작아짐에 따라 이를 통과하여 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기도 작아짐을 알 수 있다.

그리고, 종래예(BA32-NM)는 측정그래프의 최대 정점 50% 위치에서 측정되는 마이크로캡슐의 외경 크기 편차(최대크기-최소크기)가 149 ㎛ 인 반면에, 실시예 1(BA32-M1)는 마이크로캡슐의 외경 크기 편차가 65 ㎛ 이고, 실시예 2(BA32-M4)는 마이크로캡슐의 외경 크기 편차가 72 ㎛이고, 실시예 3(BA32-M8)은 마이크로캡슐의 외경 크기 편차가 113 ㎛ 인 것으로 확인됨에 따라 다공체에 형성된 관통공의 크기가 작아지면서 마이크로캡슐의 외경 크기도 작아짐은 물론 외경 크기 편차가 줄어들고, 이로 인하여 제조되는 마이크로캡슐의 산포도가 낮아져서 균일한 외경 크기를 갖는 마이크로캡슐을 대량생산함과 동시에 그 수율을 높일 수 있는 것이다.

즉, 상기 마이크로캡슐의 외경 크기를 균일하게 하면서 그 외경 크기를 조절하는 공정은 상기 임펠러의 회전속도를 일정하게 유지한 상태에서 상기 다공체의 관통공 크기를 가변시켜 마이크로캡슐의 외경 크기를 조절할 수 있는 것이다.

한편, 상기 임펠러의 회전속도 및 상기 다공체에 형성된 관통공의 크기를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 임펠러에 구비되는 회전날개의 블레이드 각도를 반응조의 수평면에 대하여 커지도록 조절함으로써 상기 블레이드와 혼합액 간의 마찰저항을 상승시킴과 동시에 반응조 내에서 혼합액의 난류 운동에너지를 상승시킬 수 있기 때문에 상기 다공체의 관통공을 통과하는 예비 마이크로캡슐에 전달되는 전단응력을 상승시켜 마이크로캡슐의 외경 크기를 보다 작게 하는 미소화가 가능해지게 된다.

도 10은 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하면서 회전날개의 블레이드 각도 크기의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자크기 변화를 도시한 그래프이고, 도 11a 내지 도 11c 는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체를 사용하면서 회전날개의 블레이드 각도 크기의 변화에 따라 제조된 마이크로캡슐을 촬영한 확대사진이다.

즉, 상기 임펠러의 회전속도를 500rpm 으로 유지하고, 상기 다공체에 형성된 관통공의 크기를 1㎟ 로 유지한 상태에서, 회전날개의 블레이드 각도가 26°인 실시예 4(BA26-M1), 회전날개의 블레이드 각도가 32°인 실시예 5(BA32-M1) 및 회전날개의 블레이드 각도가 43°인 실시예 6(BA43-M1)에서 제조된 마이크로캡슐을 각각 수거하여 그 외경 크기를 입도분석기(Particle Size Analyzer ; PSA )(Mastersizer 2000, Malvern Instrument, 영국)를 이용하여 측정하였다.

이러한 실시예 4 내지 실시예 6에 대한 하기 표 2와 같은 측정결과, 임펠러의 회전속도 및 다공체의 관통공 크기를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 임펠러의 회전날개 블레이드 각도 크기를 변화시킴으로써 마이크로캡슐의 외경 크기가 변화되고, 외경 크기를 작게 조절할 수 있음을 알 수 있다.

즉, 실시예 4(BA26-M1)는 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 101 ㎛ 이고, 실시예 5(BA32-M1)는 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 93 ㎛이고, 실시예 6(BA43-M1)은 측정그래프의 최대 정점에서 가장 많이 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기가 77 ㎛ 인 것으로 확인됨에 따라 상기 회전날개의 블레이드 각도 크기가 커짐에 따라 다공체를 통과하여 제조되는 마이크로캡슐의 외경 크기도 작아짐을 알 수 있다.

도 12는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 마이크로캡슐 제조방법에서 다공체의 관통공 크기와 블레이드의 각도 크기 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자크기 변화를 도시한 그래프이다.

즉, 상기 임펠러의 회전속도를 500rpm 으로 유지한 상태에서, 회전날개의 블레이드 각도가 32°이고, 다공체를 사용하지 않는 종래예(BA32-NM), 다공체에 형성된 관통공의 크기가 8㎟ 이고, 블레이드 각도가 26°인 실시예 7(BA26-M8), 다공체에 형성된 관통공의 크기가 8㎟ 이고, 블레이드 각도가 32°인 실시예 8(BA32-M4), 다공체에 형성된 관통공의 크기가 1㎟ 이고, 블레이드 각도가 32°인 실시예 9 및 다공체에 형성된 관통공의 크기가 1㎟ 이고, 블레이드 각도가 43°인 실시예 10(BA32-M8)에서 제조된 마이크로캡슐을 각각 수거하여 그 외경 크기를 입도분석기(Particle Size Analyzer ; PSA )(Mastersizer 2000, Malvern Instrument, 영국)를 이용하여 측정하였다.

이러한 종래예 및 실시예 7 내지 실시예 10에 대한 하기 표 3과 같은 측정결과, 임펠러의 회전속도를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체의 관통공에 대한 크기 및 블레이드의 각도를 변화시킴으로써 마이크로캡슐의 외경 크기를 작게 조절하면서 종래에 비하여 작은 외경 크기를 갖는 마이크로캡슐을 대량생산함과 동시에 그 외경 크기를 일정하게 유지하여 수율을 높일 수 있는 것이다.

또한, 상기 임펠러의 회전속도 및 회전날개의 블레이드 각도를 일정하게 유지하고, 상기 다공체의 관통공 크기를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체와 임펠러 사이의 간격을 넓히거나 좁히도록 가변하여 조절함으로써 상기 블레이드와 예비 마이크로캡슐 간의 마찰저항을 높이거나 낮춤과 동시에 반응조 내에서 예비 마이크로캡슐을 포함하는 혼합액의 난류 운동에너지를 높이거나 낮출 수 있기 때문에 상기 다공체의 관통공을 통과하는 예비 마이크로캡슐에 전달되는 전단응력을 조절하여 마이크로캡슐의 외경 크기를 보다 작게 하는 미소화 조절이 가능해지게 된다.

최종적으로, 상기 반응조의 다공체 내측에서 제조된 예비 마이크로캡슐이 다공체를 통과하면서 미소화된 마이크로캡슐은 흡기장치에 의해서 흡입되어 수용액으로부터 분리한다.

이어서, 상기 반응조에 수거분리된 마이크로캡슐은 탈이온수로 세척한 다음, 진공오븐에서 건조하여 최종적으로 미소화된 마이크로캡슐을 제조할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 반응조
2 : 임펠러
3 : 다공체
4 : 수조
100 : 마이크로캡슐
100a : 예비마이크로캡슐
110 : 박막쉘
120 : 코어

Claims (6)

1. 혼합액의 유동성을 안정적으로 확보하여 마이크로캡슐의 외경 크기를 균일하게 하는 마이크로캡슐 제조방법으로서,
   증류수와 에멀션화제가 혼합된 수용액에 일정량의 1차 첨가제를 첨가하여 일정크기의 반응조에 1차 혼합액을 준비하는 단계;
   상기 반응조에 배치된 임펠러를 회전시켜 상기 1차 혼합액을 1차 교반하는 단계;
   상기 1차 혼합액에 일정량의 자기치료제를 혼합한 2차 혼합액이 에멀션화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 상기 2차 혼합액을 2차 교반하는 단계;
   상기 반응조에서 에멀션화된 2차 혼합액에 2차 첨가제를 첨가한 다음, 일정온도 상승률로 사전에 설정된 반응온도까지 에멀션화된 2차 혼합액을 가열하는 단계;
   상기 반응온도를 유지하여 에멀션화된 2차 혼합액의 표면에 구형의 박막이 형성된 예비 마이크로캡슐을 생성하는 동안, 상기 예비 마이크로캡슐이 상기 반응조 내에 배치되는 다공체에 형성된 관통공을 통과하면서 미소화되도록 상기 임펠러를 회전시켜 3차 교반하는 단계;를 포함하며,
   상기 다공체는 상기 임펠러의 반경 방향 최 외측과 상기 반응조의 내면 사이에 고정 배치되고,
   상기 반응조는 상기 다공체에 의해 구획되는, 상기 혼합액 또는 상기 예비 마이크로 캡슐이 상기 임펠러에 의해 회전되는 상기 다공체 내측의 회전영역과, 상기 관통공을 통과하여 미소화된 상기 마이크로 캡슐이 위치하는 상기 다공체 외측의 생성영역을 포함하는 마이크로캡슐 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전날개에 대한 각도와 상기 임펠러의 회전속도 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체의 관통공에 대한 크기를 가변시켜 상기 반응조에 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경크기를 작거나 크게 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전속도와 상기 다공체의 관통공 크기 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 임펠러의 회전날개 각도를 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경크기를 작거나 크게 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 3차 교반하는 단계는 상기 다공체의 관통공 크기와 상기 임펠러의 회전날개의 각도 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서 상기 임펠러의 회전속도를 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경크기를 작거나 크게 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 3차 교반하는 단계는 상기 임펠러의 회전속도, 상기 임펠러의 회전날개 각도 및 상기 다공체의 관통공 크기 중 어느 하나를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 다공체와 임펠러사이의 간격을 넓히거나 좁히도록 가변시켜 상기 반응조에서 제조되어 얻어지는 마이크로캡슐의 외경크기를 작거나 크게 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서,
   상기 2차 교반하는 단계 이전에 상기 2차 혼합액에 수소이온농도를 갖도록 일정량의 수산화나트륨 수용액을 일정량 첨가하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐 제조방법.

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