WO2006057374A1

WO2006057374A1 - 複合微粒子の製造方法

Info

Publication number: WO2006057374A1
Application number: PCT/JP2005/021753
Authority: WO
Inventors: Kenji Mishima; Kiyoshi Matsuyama
Original assignee: Japan Science And Technology Agency
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-06-01
Also published as: CN100556531C; EP1842586A1; US20080274275A1; JPWO2006057374A1; KR100880117B1; KR20070086857A; CN101068615A; AU2005308133A1; AU2005308133B2

Abstract

本発明は、高分子材料と芯物質との複合微粒子の製造方法を提供し、この方法は、１Ｐａ以上の剪断応力により、超臨界流体および添加溶媒を含む高圧流体に高分子材料および芯物質をそれぞれ溶解および分散させる工程；および、該高分子材料および該芯物質を含む高圧流体を貧溶媒中に噴出させて、急速膨張させる工程を含む。本発明の方法によれば、数マイクロメートル以下の大きさ、より好ましくは、ナノメートルオーダーのサイズ（１μｍ以下の大きさ）の、均一なサイズの複合微粒子を得ることができる。

Description

明細書複合微粒子の製造方法技術分野

本発明は高分子材料と芯物質との複合微粒子を製造する方法に関する。さらに詳しくは、数ミクロンからナノメートルオーダーの均一なサイズの複合微粒子を製造する方法に関する。背景技術

無機粒子などの芯物質を内包する高分子微粒子やマイクロカプセルの製造には、界面活性剤、乳化剤などを用いる分散重合や乳化重合が利用されている（特開昭 5 6— 7 6 4 4 7号公報参照）。しかしながら、これらの手法により得られた粒子を単離するには、粒子表面に残存する界面活性剤、乳化剤、および水分を、洗浄、除去、および乾燥する必要がある。そのため、このェ程において粒子が融着し、結果的に大きな粒子や塊になるという問題がある。このような問題を解決するために、超臨界二酸化炭素などの高圧流体を用いて高分子微粒子を製造する方法が開発されている（特開平 8—1 0 4 8 3 0号公報参照）。この方法は、超臨界二酸化炭素の欠点である高分子に対する低い溶解力を 1 0 0 0倍以上に上昇させる貧溶媒の特異共存効果を熱力学的考察から導き出すことによってなされたものである。すなわち、本来、ある種の高分子に対して貧溶媒であるエタノールなどを添加溶媒として用い、超臨界流体とこの添加溶媒との混合時にのみ特異的に高分子の溶解度を上昇させ、次いでこの混合物を減圧下で急速膨張させることによつて高分子微粒子を製造することが可能となった。この方法によれば、溶解した高分子を含む高圧流体を減圧下急速膨張させる過程で、超臨界流体と添加溶媒とが分離することにより、急速に高分子の溶解度が低下して微粒子が生成する。さらに、添加溶媒自身が揮発性であり、かつ高分子に対して貧溶媒であることから、急速膨張過程で生成した高分子微粒子間の癒着も少ない。

さらに、上記貧溶媒の特異共存効果を利用して、芯物質となるタンパク質、薬剤、有機微粒子、無機微粒子、液状物質、ならびにその混合物を、アタリル樹脂などの高分子有機化合物、有機無機化合物、またはそれらとその他の化合物との混合物でコーティングする方法も開発されている（特開平 1 1一 1 9 7 4 9 4号公報参照）。この方法では、超臨界流体と添加溶媒とを含む高圧流体に上述の物質を溶解し、この混合物を大気中に急速膨張させることにより、コーティングされた微粒子が製造できる。

し力し、上記特開平 1 1一 1 9 7 4 9 4号公報に記載された方法では、数マイクロメ一トルオーダーの粒子を高分子で被覆 (コーティング）することは可能であるが、ナノメートルオーダーのサイズの無機粒子をコーティングすることはできない。通常、液体溶媒中においては、数 m以下のサイズの無機粒子を分散させるには、ホモジナイザーやボールミルなどが用いられている。しかしながら、超臨界流体などの高圧流体中では、高圧容器中に汎用のホモジナイザーやポールミルを導入することが困難である。さらに、特開 2 0 0 0 - 3 5 4 7 5 1号公報に記載されたような特殊なメカニカル手法により粒子に剪断力を加えて、粒子を分散させることも困難である。

発明の開示

本発明は、数マイクロメートル以下の大きさ、より好ましくは、ナノメートルオーダーのサイズ（Ι μ πι以下の大きさ）の、高分子材料と芯物質との複合微粒子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、高分子材料と芯物質との複合微粒子の製造方法を提供し、該方法は、 1 P a以上の剪断応力により、超臨界流体および添加溶媒を含む高圧流体に高分子材料および芯物質をそれぞれ溶解および分散させる工程；および、該高分子材料および該芯物質を含む高圧流体を貧溶媒中に噴出させて、急速膨張させる工程；を含む。

1つの実施態様では、上記溶解および分散工程は、メカニカルシールを備える高速攪拌装置を用いて行われる。：

他の実施態様では、上記芯物質の分散は、 1 P a以上の剪断応力を利用して行われる。

別の実施態様では、上記複合微粒子において、上記芯物質が上記高分子材料でコーティングされている。

ある実施態様では、上前記芯物質は無機粒子である。

さらなる実施態様では、上記超臨界流体は、二酸化炭素、アンモニア、メタン、ェタン、エチレン、ブタン、およびプロパンからなる群より選択され、上記添加溶媒は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、およびこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも 1種であり、そして上記貧溶媒は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、液体窒素、およびこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも 1種である。

本発明の方法によれば、超臨界二酸化炭素などを含む高圧流体に、高速攪拌装置を用！/、て高分子材料および芯物質をそれぞれ溶解および分散させた後、急速膨張させることによって、数マイクロメートル以下、好ましくはナノメ一トルオーダーのサイズの、高分子材料と芯物質との複合微粒子を製造することができる。高圧流体への溶解性を考慮して種々の高分子材料および芯物質を組み合わせることによって、種々の複合微粒子が製造され得る。例えば、高圧流体に可溶性の高分子材料と高圧流体に不溶性の物質（例えば、無機粒子）を芯物質とを用いることにより、芯物質が高分子材料内に分散された (すなわち、芯物質が高分子材料でコーティングされた）複合微粒子を得ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の複合微粒子の製造方法に用いる装置の模式図である。図 2は、本発明の方法により製造されたポリ乳酸一酸化チタン複合微粒子の走査電子顕微鏡写真である（実施例 1 ) 。

図 3は、本発明の方法により製造されたポリ乳酸一酸化チタン複合微粒子の透過型電子顕微鏡写真である（実施例 1 ) 。

図 4は、本発明の方法により得られたポリ乳酸—酸化チタン複合微粒子の粒度分布図である（剪断応力： 5 P a ) (実施例 2 ) 。

図 5は、遅い攪拌速度によって得られたポリ乳酸一酸化チタン複合微粒子の粒度分布図である（剪断応力： 0 . 0 0 1 P a ) (比較例 1 ) 。

図 6は、本発明の方法により製造されたポリ乳酸一酸化チタン複合粒子の X線回析装置による分析結果（2 7 ° におけるルチル型酸ィ匕チタンの強度）と攪拌による剪断応力との関係を示すグラフである。

図 7は、剪断応力を説明するための模式図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の複合微粒子の製造方法は、 1 P a以上の剪断応力により、超臨界流体および添加溶媒を含む高圧流体中に高分子材料を溶解および芯物質を分散させ、次いでこの高圧流体を貧溶媒中に噴出させて、急速膨張させる工程を含む。本発明の方法では、例えば、高速攪拌装置を用いて、高圧流体中で芯物質をナノメートルオーダーのサイズの微粒子に分散させ、急速膨張することによって、高圧流体中に溶解している高分子材料と芯物質との複合微粒子を析出させることができる。あるいは、分散している芯物質微粒子の周囲に溶解していた高分子材料を過飽和析出させることによって、芯物質が高分子材料に被覆された、すなわち、芯物質が高分子材料によってコーティングされた複合微粒子が製造される。

(複合微粒子）

本明細書において、複合微粒子とは、高分子材料と芯物質とから構成される、 1 0 μ m以下の大きさ、好ましくは数 n m以下のオーダーのサイズの粒子をいう。複合微粒子としては、高分子材料内に芯物質が分散している複合微粒子、すなわち、芯物質が高分子材料で被覆された（コーティングされた）複合微粒子が挙げられる。

(超臨界流体）

本発明において、「超臨界流体」とは、臨界温度おょぴ臨界圧力を超えた温度おょぴ圧力下の流体をいうが、亜臨界流体を包含する場合もある。このような超臨界流体としては、その化学種は特に限定されない。例えば、常温で気体状態の有機ガスが用いられ得る。二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニァ、メタン、ェタン、プロパン、エチレン、ブタンなどが好ましく、二酸化炭素、アンモニア、メタン、ェタン、エチレン、およびブタンがより好ましく、二酸化炭素およびエチレンがさらに好ましい。

(添加溶媒）

本発明において、「添加溶媒」とは、目的とする複合微粒子の芯物質をコ一ティングする高分子材料の高圧流体への溶解性を高めることを目的として添加される溶媒をいう。通常、使用する高分子に対する貧溶媒（以下で詳述）力ら選択される。添加溶媒は、例えば、高圧流体ではない流体（例えば、急速膨張の過程における圧力下の流体、常圧における流体など）では、高分子材料の溶解度は低いまたは極めて低いことが望ましい。このような添加溶媒は、常温で気体状態あるいは液体状態の溶媒であってもよい。例えば、二酸化炭素、メタン、ェタン、エチレン、プロパン、プタン、酢酸、水、メタノール、エタノール、アンモニアなどの低分子量の化学物質が好適である。本発明においては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、およびこれらの混合物がより好適である。

(貧溶媒）

本発明において、「貧溶媒」とは、高分子材料を溶解する能力を有する力溶解度が極めて低い溶媒をいう。したがって、貧溶媒は、使用する高分子材料の種類に応じて適宜選択される。このような貧溶媒としては、極性溶媒が好ましく、常温で液状態の溶媒がより好ましい。例えば、水；メタノール、ェタノール、プロパノールなどの低級アルコール；ァセトン；酢酸などの低分子量の溶媒が挙げられる。あるいは、液体窒素も用いられ得る。なお、本発明の方法で使用される添加溶媒と貧溶媒とは、同じでもよく、異なっていてもよい。

(高圧流体）

本発明において「高圧流体」とは、超臨界〜臨界圧力下の流体をいい、本発明においては、特に超臨界流体おょぴ添加溶媒を含む流体をいう。高圧流体は、通常、気体状態であるが、液状態の物質を含んでいてもよい。

(高分子材料）

本発明において、「高分子材料」とは、目的の複合微粒子をコーティングするための原料として用いられる材料をいう。高分子材科は特に限定されず、例えば、以下の物質が挙げられる：ポリアミド（ナイロン 6、ナイロン 6— 6など）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプテン、ポリエチレンダリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビュルアルコール、ポリアクリルアミド、アタリル榭脂（ポリアクリル酸；ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリル酸エステル）、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリテトラフルォロエチレン、'ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリシロキサン、デキストラン、ゼラチン、でん粉、セルロース類（酪酸セルロース、ニトロセルロースなど）、糖類、キチン類、ポリペプチド、およびそれらを構成成分とする高分子共重合体、ならびにそれらを含む混合物など。

(芯物質）

芯物質は、高分子材料で被覆されて複合微粒子となり得る物質をいい、高圧流体に不溶性の有機物質および無機物質であり得る。芯物質は、複合微粒子の用途に応じて選定され、例えば、医薬品、食品添加物、複写 ·記録 ·表示用に使用する物質、電子素子、燃料電池などの材料として使用される物質が挙げられる。

芯物質として適した有機物質としては、例えば、タンパク質（例えば、ッベラクチノマイシン、ポリミキシン、インスリン、リゾチーム、 CK—キモトリプシン、ペプシン、卵白アルブミン、血清アルブミン、アミラーゼ、リパーゼ、カゼィンなど）；染料および塗料（例えば、口ィコ染料、セラック、マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、カーボンブラックなど）が挙げられる。芯物質として適した無機物質としては、電子機器分野などの当業者に公知の硫化物、珪素化合物、金属、金属化合物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類化合物などの任意の無機物質が用いられ得る。このような無機物質としては、例えば、以下の物質が挙げられる：硫化物（例えば、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化ナトリウムなど）；珪素化合物（例えば、二酸化珪素など）；金属（例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ステンレス、錮、亜鉛など）；酸化物（例えば、酸化鉄、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸ィヒコノレト、酸化モリブデン、酸化マンガン、酸化銅、酸化タルタンなど）；金属化合物（例えば、フェライト、 MnF e₂〇₄、 MnF e₂0 ₄、 ZnFe₂〇₄、 N i Fe ₂0₄、 CuF e₂〇₄など）；炭化物（P d_C、白金担持カーボン P t— C) など。

(高速攪拌装置）

本発明の方法においては、高圧流体中で高分子材料および芯物質に剪断応力を加えるため、大きな剪断応力を得るには高速に攪拌可能な攪拌装置を用いることが好ましい。高速攪拌装置としては、高圧容器内に備えられ、そして芯物質を数 /zm以下、好ましくはナノメートルオーダーのサイズに安定に分散できる装置であれば、特に制限はない。攪拌装置としては、例えば、メ力二カルシールを備えた攪拌装置などが挙げられる。従来用いられている磁力型誘導攪拌装置は、数千 r pm以上の高速攪拌を行った場合、攪拌機内部に設置されている磁石によつて電磁誘導加熱現象が起こり発熱するため、安定的な攪拌が困難となる場合が多い。そこで、本発明では、メカ二カルシールを備えた攪拌装置を採用することにより、 5， O O O r pm以上、好ましくは 10, O O O r pm以上、より好ましくは 15， 000 r p m以上の高速攪拌を安定した状態で行うことができる。このような高速攪拌を行うことにより、 1 P a以上の剪断応力を攪拌翼と攪拌容器壁面との間に存在する高圧流体に加えることができ、芯物質の粒子が、数 zm以下、より好ましくはナノメートルオーダーのサイズで高圧流体中に分散される。

また、本発明に用いる高速攪拌装置は、芯物質の分散が攪拌翼と攪拌容器壁面との間に発生する 1 P a以上の剪断応力を利用して行われることが好ましい。効果的に剪断力を発生させるために、攪拌翼と攪拌容器壁面との距離は、 0. 5〜： L 0mm、より好ましくは 1〜 5 mmである。

このような高速攪拌装置を用いることにより、高圧流体中で凝集しやすいナノ微粒子である芯物質の凝集が防止され、微粒子は分散された状態で次の急速膨張工程に供されるので、分散した複合微粒子を製造できる。

(剪断応力）

本発明においては、上記高速攪拌装置において、 1 P a以上の剪断応力下で攪拌が行われる。攪拌装置で発生される剪断応力については、以下のようにして算出される。

平面上に流体を載せ、さらにその上に載せた平板を滑らせた場合（図 7を参照のこと）、以下の式（1) で表されるように、摩擦力は、流体の粘度 77、平板の速度ひ、および平板の面積^ に比例し、平面と平板との間隔に反比例する。 h

また、摩擦力は、以下の式（2) で表されるように、剪断応力 τ (単位面積当たりの摩擦力）と平板の面積^ 4の積で表すことができる。

F= て A (2)

上記式（1) および（2) より、剪断応力ては、以下の式（3) で表される。

τ =^ψ- (3)

h

したがって、式（3) より、攪拌により発生する剪断応力てを算出することができる。

なお、速度 (m/s e c) は、装置の回転速度および攪拌筒の直径により決定される。例えば、回転速度 =5000 r pm (83.3回転 Z秒）で回転を行った場合の周速度ま、次のように計算できる。攪拌筒の直径が =0.15 6m (半径/ ·=0.078ηι) である場合、攪拌筒の円周は、

L= 2 π r = 2 Χ3.14X0.078=0.489m

よって、周速度ま、

e cである。

(複合微粒子の製造方法） '

本発明の複合微粒子の製造方法においては、まず、 1 P a以上の剪断応力下で攪拌しながら、超臨界流体および添加溶媒を含む高圧流体に、高分子材料を溶解および芯物質を分散させる。この工程において、超臨界流体、添カロ溶媒、高分子材料、および芯物質を混合する順序は、特に限定されない。例えば、予め超臨界流体と添加溶媒とを含む流体を調製し、これに高分子材料を溶解および芯物質を分散させてもよい。あるいは、予め添加溶媒と高分子材料および芯物質とを混合した後、さらに超臨界流体を加えて、高分子材料を溶解および芯物質を分散させてもよい。このとき、高分子材料および芯物質は、予め少量の添加溶媒にそれぞれ溶解および分散させていてもよい。本発明においては、高分子材料 1質量部に対して、芯物質は、約 0 . 0 1 〜2質量部、好ましくは約 0 . 1〜1質量部の割合で添加される。超臨界流体は、高分子材料 1質量部に対して、約 2 0〜 1 0 0質量部、好ましくは約 3 0〜8 0質量部の割合で使用される。また、添加溶媒は、高分子材料 1質量部に対して、約 1〜 1 0 0質量部、好ましくは約 1 0〜 5 0質量部の割合で使用される。

この工程における圧力は、次の工程において高圧流体の急速膨張を効率的に行うために、 7 . 2〜3 O MP aであることが好ましく、より好ましくは 1 5〜2 5 MP aである。温度は 2 7 3〜3 5 3 Kであることが好ましく、より好ましくは 2 9 8〜 3 1 3 Kである。

上記臨界温度および臨界圧力下で、メカニカルシールを備えた高速攪拌装置を用いて、高分子材料および芯物質を含む高圧流体を攪拌する。このような高速攪拌は、 1 P a以上、好ましくは 2 P a以上、より好ましくは 5 P a 以上の剪断応力下で行われる。

次いで、溶解した高分子材料および分散した芯物質を含む高圧流体を貧溶媒中へ噴出させて急速膨張させる。この工程において、高圧流体を貧溶媒中へ噴出させる手段は、特に限定されない。例えば、高圧状態下の高圧流体を、ノズルなどを用いて貧溶媒中に噴出させる手段；貧溶媒中に界面活性剤などを予め溶解させて、高圧流体を吹き込む手段などであってもよい。用いる高分子材料および芯物質の溶解度などを考慮して、貧溶媒の種類、圧力、温度などを適宜変化させることにより、複合微粒子の分散性をさらに良好にすることができる。貧溶媒の温度は、 2 7 3〜3 5 3 Kであることが好ましく、より好ましくは 2 9 8〜 3 1 3 Kである。こうして、比較的均一な平均粒子径を有する複合微粒子が得られる。このような本発明の方法に使用され得る装置としては、高圧流体を高速攪拌する手段（例えば、メカニカルシールを備えた高速攪拌装置）および高圧流体を貧溶媒中に噴出させて急速に膨張させる手段（例えば、ノズル）を備えた装置であれば、特に制限はない。例えば、図 1に示すような装置を使用することができる。以下、図 1に基づいて、本発明の複合微粒子の製造方法をより具体的に説明する。

図 1に示す装置は、ボンべ 1からストップパルプ V— 2までの昇圧部、その下流のストップパルプ V— 5までの混合部、および微粒子を急速に膨張させて分散させるための貧溶媒を含む粒子分散部から構成される。

昇圧部は、主として、超臨界流体（例えば、二酸化炭素）の供給用ボンべ

(またはタンク） 1、およぴ昇圧用ポンプ 5を備えている。必要に応じて、添加溶媒の供給用タンクおよび昇圧用ポンプを別途備えてもよい。

液体二酸化炭素が充填されるボンべ 1と昇圧用ポンプ 5との間には、乾燥管 2、冷却ユニット 3、およびフィルター 4が設けられている。ボンべ 1からの液体二酸化炭素は、乾燥管 2、冷却ユニット 3、およびフィルター 4を通過して昇圧ポンプ 5で昇圧され、混合部に送られる。

乾燥管 2には、乾燥剤が充填されており、通過する液体二酸化炭素から水分を除去する。なお、以下に記載の実施例においては、乾燥管 2としては、ジーエルサイエンス株式会社製のキヤリヤーガス乾燥管（G a s D r i e r s ；材質 S U S 3 1 6、最高使用圧力 2 O M P a、内径 3 5 . 5 mm、長さ 3 1 0 mm) 、乾燥剤として、ジーエルサイエンス株式会社製のモレキュラーシーブ 5 A ( 1 / 1 6インチペレツト) を使用している。

冷却ユニット 3内には、例えば、エチレングリコールが充填され、そしてこのエチレングリコールは約 2 6 0 Kに冷却されるように構成される。乾燥管 2によって水分が除去された液体二酸ィ匕炭素は、このエチレングリコールによって冷却される。以下に記載の実施例においては、冷却ユエット 3として、ャマト科学製 BL— 22を用いている。

冷却ユニット 3の後には、フィルター 4が設けられている。このフィルタ一 4によって、ゴミなどの不純物を除去し、昇圧用ポンプ 5内に不純物が混入するのを防止する。なお、以下に記載の実施例においては、フィルター 4 として、細孔平均径が約 1 Ο μπιのフィルター (ジーエルサイエンス株式会社製 FT 4— 10型）を使用している。

昇圧用ポンプ 5は、以下に記載の実施例においては、ジーエルサイエンス株式会社製の高圧用シングルプランジャーポンプ AP S— 5 L (最大圧力 5 8. 8MP a、常用圧力 49. OMP a, ¾¾*0. 5〜5. 2 m 1 分）を使用している。昇圧用ポンプ 5のヘッド部分には、液体二酸化炭素の気化を防ぐために冷却器が装着される。

また、昇圧部には、圧力調節弁 V— 1が設けられ、この圧力調節弁 V— 1 によって、昇圧部おょぴ混合部の系内の圧力を任意の圧力に設定する。以下に記載の実施例においては、圧力調節弁 V— 1として、 TESCOM製の 2 6_ 1 721— 24を使用している。この圧力調節弁 V— 1は、圧力 ± 0.

IMP a以内の精度で系内の圧力を制御でき、最大使用圧力は 41. 5MP aである o

昇圧部には、圧力計 6が設けられ、圧力計 6によって系内の圧力を測定する。圧力計 6には、上限接点出力端子が設けられ、指定圧力で、昇圧ポンプ 5の電源を切るように設定される。以下に記載の実施例においては、圧力計

6として、プルドン式のジーエルサイエンス株式会社製 L CG— 350 (最大使用圧力 34. 3MP a) を使用した。なお、この圧力計 6 Aは、株式会社司測研製エコノミー圧力計 PE— 3 3—A (歪ゲージ式、精度 ± 0. 3%) によって検定されたものを使用した。

なお、図示しないが、添加溶媒タンクを設ける場合、添加溶媒タンクと高圧セル 10との間には、昇圧用ポンプ、逆止弁、およびストップパルプが配置される。添加溶媒タンクに充填された添加溶媒（エタノール）は、昇圧用ポンプにより逆止弁を通過し、高圧セル 10内に供給され、ボンべ 1から供給された二酸化炭素と混合される。添加溶媒タンクを設けない場合、添加溶媒は、超臨界流体と予め混合されてもよく、あるいは以下に詳述する混合部の高圧セル 10内に高分子材料とともに供給されてもよい。

昇圧部と混合部との間には、ストップパルプ V— 2が配置され、このストップパルプ V— 2によって混合部の流体の流出を制御できる。以下に記載の実施例においては、ストップバルブ V— 2として、ジーエルサイエンス株式会社製の 2 Wa y Va l v e O 2-01 20 (最大使用圧力 98. 0MP a) を使用している。

また、昇圧部と混合部との間には、安全性を確保するために、安全弁 7が設けられている。以下に記載の実施例においては、安全弁 7として、 NUP RO製のスプリング式の安全弁を使用し、そして配管には、ステンレス管を使用した。

次に、混合部は、主として、恒温水槽 12、ならびにその内部に配置される予熱管 8、逆止弁 9、および高速攪拌装置 1 1を備えた高圧セル 10から構成される。

' 恒温水槽 1 2は、内部に配置される高圧セル 10の温度を制御するように構成される。温度制御は、以下に記載の実施例においては、株式会社チノ一の温度制御器 DB 1000を用いて行われる。この温度制御器は、水温を土

0. 1°Cで制御できる。なお、温度測温部 16として、株式会社チノ一製の白金抵抗測温体 1 T P F 483を使用した。

昇圧部から供給される超臨界流体（例えば、二酸化炭素）と添加溶媒（例えば、エタノール）との混合物は、予熱管 8へ送られて、臨界温度以下から臨界温度以上へと加熱されて、超臨界流体（臨界温度以上の流体）にされる。次いで、この混合物は、ストップパルプ V— 3および V— 4を調節することにより、高圧セル 10に導入される。予熱カラム 8とストップバルブ V— 3 および V— 4との間には逆止弁 9が配置されている。以下に記載の実施例においては、逆止弁 9として、 AK I CO製 S S— 53 F4 ：最大使用圧力 3 4. 3MP aを使用している。

高圧セル 10としては、以下に記載の実施例においては、 AK I CO製クイツク開閉型抽出セル（材質 SUS 316、設計圧力 39. 2MP a (40 0 k g / c m 2 ) 、設計温度 423. 15 K ( 1 50 °C) 、内径 55 mm、高さ 1 10mm、内容積 25 Oml) が使用されている。

この高圧セル 10には、通常、高分子材料および芯物質が予め投入されている。必要に応じて、添加溶媒も予め投入されていてもよい。これらの混合物に超臨界流体が添加されて、メカニカルシール 19でシールされた高速攪拌装置 1 1を用いて高圧流体を高速攪拌する。攪拌速度は、通常、 5000 〜15000 r pmとし、例えば、デジタル回転表示計により攪拌シャフトの回転数を表示する。以下に記載の実施例においては、メカ-カルシールを備えた高速攪拌装置 1 1として、株式会社タンケンシールセーコゥ製 45ノ 40_B 023R4 s pを使用した。高圧セル 10内の圧力は、以下に記載の実施例においては、有限会社山崎計器製作所製ブルドン式圧力計 E 930 04 6 B (最大圧力 49. OMP a) により測定する（図示せず）。この圧力計の検定には、株式会社司測研製エコノミー圧力計 PE— 33—A (歪ゲージ式、精度 ±0. 3%FS、 FS ： k g f/cm²) が使用される。さらに、高圧セル 10内の圧力上昇による爆発を防止する目的で、高圧セル 10の上部には、安全弁 14を設置し得る。以下に記載の実施例においては、安全弁 14は、 NUPRO社製（スプリング式、 1 77— R3AK I— G) を使用している。

混合部に続く粒子分散部は、空気恒温槽 18内に、貧溶媒を含む貧溶媒セル 21と圧力緩衝用セル 22とを備えている。高分子材料を溶解および芯物質を分散した高圧流体は、パルプ V— 5を通じて保護管 1 ⁵を通り、ノズル 17力ら、空気恒温槽 18中に設置された貧溶媒（例えば、水）を含む貧溶媒セル 21内に噴射され、貧溶媒中に粒子が分散される。貧溶媒セル 21内に生じる余分な圧力は、ストップバルブ V— 6を介して連通している圧力緩衝用セル 22により緩衝され得る。貧溶媒中に噴射された高圧流体が急速膨張する際に温度調節を行うために、貧溶媒セル 21および圧力緩衝用セル 2 2は、ヒータを備えている。また、減圧に伴う試料の凝縮および超臨界流体 (二酸化炭素）によるドライアイスの発生を防ぐために、保護管 15およびノズル 17もヒータを備えている。なお、以下に記載の実施例においてほ、貧溶媒セル 21および圧力緩衝用のセル 22として、ジーエルサイエンス株式会社製のセル（ S U S 316、設計圧力 34. 3 MP a、設計温度 373. 15 K ( 100 °C) 、内径 45 mm、高さ 161. 5 mm, 内容積 250m 1) を使用した。保護管 1 9は、 1/8インチステンレス管.（SUS 3 16、外径 3. 1 75 mm, 内径 2. 1 7 mm, 長さ約 lm) を使用した。空気恒温槽 23の内容積は、 1 25 d m³であり、株式会社チノ一製温度制御器 D B 1000により、恒温槽内の温度が土 0. 05°Cで制御される。ノズル 2 0としては、スプレーイングシステムスジャパン株式会社製ュニジエツトノズル（オリフィス直径 0. 28mm、最高使用圧力 280 k gノ c m²) を用いた。

高分子材料を溶解および芯物質を分散した高圧流体が貧溶媒セル 21中で急速膨張すると、溶解していた高分子材料が貧溶媒セル 21中で析出し、芯物質との複合微粒子が得られる。パルプ V— 6を開けて貧溶媒セル 21内部を減圧した後、貧溶媒セル 21および圧力緩衝用セル 22を開け、複合微粒子が分散している貧溶媒を取り出す。減圧乾燥により貧溶媒を除去することによって、複合微粒子のみを回収できる。実施例

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例では、上記例示した機器、装置などを具備した製造装置を用いた。

(実施例 1 )

図 1の装置を用いて、ポリ乳酸で被覆された酸ィヒチタンからなる複合微粒子を、以下のように製造した。

予め、高圧セル 10の中にポリ乳酸 5 g (分子量 10000) 、酸化チタン（平均一次粒子径 35 nm) 1 g、および添加溶媒であるエタノール 20 0mlを加えた。また、貧溶媒セル 21に貧溶媒としての水を充填した後、これらの高圧セル 10および貧溶媒セル 21をそれぞれ所定の位置に設置した。

次いで、パルプ V— 2を閉じた状態で、ボンべ 1より二酸ィ匕炭素を供給し、二酸化炭素の上限圧力を圧力調節弁 V—1で調節し、恒温水槽 12の温度を温度制御器によって 313. 15±0. 2Kに、ヒータ 1 5の温度を 350. 1 5±0. 5Kにした。次いで、混合部の全てのバルブ V— 5を閉じた状態で、パルプ V— 3または V— 4を開け、混合部へ二酸化炭素を送った。パルブ V— 4を開け、高圧セル 10内が所定の圧力（25MP a) になるまでしばらく放置した。高圧セル 10内を攪拌モーター 1 1により攪拌した。デジタル回転表示計により攪拌シャフトの回転速度を 10， O O O r pmに調整して剪断力を 5 P aにし、系全体を 25 MP aまで加圧 '調整し、圧力が一定となった後、さらに 1分間、攪拌を続けた。

次いで、パルプ V— 5を開け、 25MP aから 2 OMP aまで減圧させながら、溶解したポリ乳酸および分散した芯物質を含む高圧流体を、ノズル 1 7より貧溶媒を含む貧溶媒セル 21中に急速噴射して分散させた。同時に、バルブ V— 6を開けて圧力緩衝用セル 22で圧力を緩衝させた後、貧溶媒である水と一緒に複合微粒子を回収した。

得られた複合微粒子を、株式会社島津製作所製走査電子顕微鏡（SEM— EDX) S SX— 550、ならぴに株式会社日立製作所製透過型電子顕微鏡

(H— 7100 FA型）により観察した。走査型電子顕微鏡写真を図 2に、および透過型電子顕微鏡写真を図 3に示す。図 2からわかるように、数 μπι の直径を有するポリ乳酸の微粒子が多数得られた。また、図 3からわかるように、得られたポリ乳酸微粒子の内部には、酸ィ匕チタン粒子が分散した状態で存在していた。すなわち、酸化チタンは、ポリ乳酸により被覆されていた。

(実施例 2)

平均一次粒子径 100 nmの酸化チタンを用いたこと、およぴ髙圧セル 1 0内の圧力を 2 OMP aにしたこと以外は、上記実施例 1と同様にして、ポリ乳酸一酸化チタン複合体微粒子を製造した。得られた複合微粒子について、粒度分布測定装置（日機装株式会社製マイクロトラック）により粒度分布を測定した。結果を図 4に示す。得られた複合微粒子は、約 4 /zmの粒子サイズをピークとする正規分布を示し、平均粒子径の均一な複合微粒子が得られたことがわかった。

(比較例 1 )

平均一次粒子径 10◦ nmの酸化チタンを用いたこと、高圧セル 10内の圧力を 2 OMP aにしたこと、および攪拌装置の回転速度を 1， 000 r p mとし、剪断応力を 0. 001 P aとしたこと以外は、上記実施例 1と同様にして、ポリ乳酸—酸化チタン複合体微粒子を製造した。得られた複合微粒子について、上記実施例 2と同様に粒度分布測定装置（日機装株式会社製マイクロトラック）により粒度分布を測定した。結果を図 5に示す。攪拌速度が低い（1, 000 r pm) 場合に得られた複合微粒子は、多分散型の粒度分布を示した。これは、酸化チタン粒子の分散が十分でなかったことによると考えられる。 (実施例 3 )

剪断応力を 0から 2 O P aまで変化させたこと以外は、上記実施例 1と同様にして、ポリ乳酸一酸ィヒチタン複合体粒子を製造した。得られた複合粒子中に含まれる酸化チタンの量は、 X線回析装置（株式会社マック 'サイェンス製 1 9 8 X H F— S R A) を用いて観察した。酸化チタンの含有量が増加するほど、ルチル型酸ィヒチタンの 2 7 ° における強度が増加する。結果を図 6に示す。図 6に示すように、攪拌速度の增カ卩にともなう剪断応力の増加にともなって、ルチル型酸化チタンの 2 7 ° における強度も増加し、複合粒子中における酸ィ匕チタンの内包量も増加していることがわかった。産業上の利用可能性

本発明の方法によれば、ナノメートルオーダーのサイズの、平均粒子径の均一な高分子材料と芯物質との複合微粒子が得られる。芯物質および高分子材料の組み合わせによって、芯物質が高分子で被覆された（すなわち、芯物質の表面がコーティングされた）種々の複合微粒子を製造することができる。このようなナノメートルオーダーのサイズの高分子一芯物質の複合微粒子は、高分子および芯物質のそれぞれが有する性質や機能などに応じて、種々の用途、例えば、食品、医薬品、化粧品、微小画像素子、トナー、塗料、燃料電池などの触媒担体、液体クロマトグラフ用分離カラムの充填剤の担体などに利用され得る。

Claims

請求の範囲

1 . 1 P a以上の剪断応力により、超臨界流体および添加溶媒を含む高圧流体に高分子材料および芯物質をそれぞれ溶解および分散させる工程；および該髙分子材料および該芯物質を含む高圧流体を貧溶媒中に噴出させて、急速膨張させる工程；

を含む、高分子材料と芯物質との複合微粒子の製造方法。

2 . 前記溶解および分散工程が、メカニカルシールを備える高速攪拌装置を用いて行われる、請求項 1に記載の方法。

3 . 前記芯物質の分散が、 1 P a以上の剪断応力を利用して行われる、請求項 1または 2に記載の方法。

4 . 前記複合微粒子において、前記芯物質が上記高分子材料でコーティングされている、請求項 1から 3のいずれかの項に記載の方法。

5 . 前記芯物質が無機粒子である、請求項 1から 4のいずれかの項に記載の方法。

6 . 前記超臨界流体が、二酸化炭素、アンモニア、メタン、ェタン、ェチレン、ブタン、およびプロパンからなる群より選択される、請求項 1から 5の V、ずれかの項に記載の方法。

7 . 前記添加溶媒が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ァセトン、およびこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも 1種である、請求項 1カゝら 6のいずれかの項に記載の方法。

8 . 前記貧溶媒が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、液体窒素、およびこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも 1種である、請求項 1から 7のいずれかの項に記載の方法。