JP6210070B2 - Method for producing spherical particles - Google Patents
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- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
- B01F25/3142—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
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Description
本発明は、球状粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing spherical particles.
球状粒子は、その粒子径、細孔構造、表面特性の多様性から、例えば、トナー、断熱材、食品添加剤、医療用診断剤、塗料用フィラー、化粧品用フィラー、樹脂フィルム用フィラー、液晶用スペーサー、クロマトグラフィー用充填剤、触媒、触媒担体、樹脂充填剤、吸着剤、乾燥剤等に広く用いることができる。 Spherical particles have various particle diameters, pore structures, and surface characteristics. For example, toner particles, heat insulating materials, food additives, medical diagnostic agents, paint fillers, cosmetic fillers, resin film fillers, and liquid crystal It can be widely used for spacers, chromatographic fillers, catalysts, catalyst carriers, resin fillers, adsorbents, desiccants and the like.
球状粒子としては、シリカやアルミナ等の無機化合物、ポリスチレンやポリメタクリル酸メチル等の有機化合物、これらの無機化合物と有機化合物との混合物等の球状粒子がある。これらの球状粒子の製造方法としては、従来、種々の方法が提案されている。 Examples of the spherical particles include spherical particles such as inorganic compounds such as silica and alumina, organic compounds such as polystyrene and polymethyl methacrylate, and mixtures of these inorganic compounds and organic compounds. Various methods have been proposed for producing these spherical particles.
特許文献1には、無機質微小球体の製造方法において、分散相となる無機化合物を含む水溶液をミクロ多孔膜体を通して有機溶剤中に圧入してW/O型懸濁液を作製し、このW/O型懸濁液の作製前もしくは後に特定の化合物を添加して無機質微小球体を製造する方法が開示されている。
In
特許文献2には、撥水処理した金属シートに複数個の微小孔を形成し、無機化合物を含む水性液状体を、この微小孔を通して、流速0.001〜2m/sかつ層流状態で流れる有機液体中に押し出してW/O型エマルションを形成し、このW/O型エマルション中の無機化合物を含む水性液状体を固形化して無機質球状体を製造する方法が開示されている。
In
特許文献1の方法では、W/O型懸濁液の作製において有機溶剤の流れを制御しにくいため、懸濁液の液滴径分布が広がり、粒子径の均一な無機質微小球体を得ることが難しい。
In the method of
特許文献2の方法では、粒子径の均一な無機質球状体を製造することができるが、分散相である無機化合物である水性液状体の流量を増加させるとエマルションの液滴径が不均一となることがあるため、生産性を高めることが難しい。特許文献2の例1では、実験データから算出した微小孔部形成領域の単位面積当たりの分散相の流量が0.51m3/m2・hrであり、生産性をより高めることが望まれる。In the method of
本発明の一目的としては、粒子径の均一な球状粒子を高い生産性で得ることである。 One object of the present invention is to obtain spherical particles having a uniform particle diameter with high productivity.
本発明の一側面としては、隔壁で区画された流路中を0.3〜10m/sの流速で流れる連続相液体に、前記隔壁に形成した微小孔部を通して、球状粒子前駆体を含む分散相液体を1孔当たり0.1〜5m/sの流速で押し出して、エマルションを作製する工程、前記球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化して球状粒子を形成する工程、及び前記球状粒子を回収する工程を含む、球状粒子の製造方法である。 As one aspect of the present invention, a dispersion containing a spherical particle precursor is passed through a micropore formed in the partition into a continuous phase liquid flowing at a flow rate of 0.3 to 10 m / s in a flow path partitioned by the partition. A step of extruding a phase liquid at a flow rate of 0.1 to 5 m / s per hole to produce an emulsion, a step of solidifying emulsion droplets containing the spherical particle precursor to form spherical particles, and the spherical particles It is a manufacturing method of spherical particles including the process of collect | recovering.
本発明の他の側面としては、隔壁で区画された流路中を流れる連続相液体に、前記隔壁に形成した微小孔部を通して、球状粒子前駆体を含む分散相液体を1孔当たり0.1〜5m/sの流速で押し出してエマルションを作製し、前記球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化し球状粒子を形成し、前記球状粒子を回収する球状粒子の製造方法であって、前記流路中を流れる連続相液体のレイノルズ数が500〜10000である、球状粒子の製造方法である。 As another aspect of the present invention, the dispersed phase liquid containing the spherical particle precursor is added to the continuous phase liquid flowing in the flow path partitioned by the partition walls through the micropores formed in the partition walls. A method for producing spherical particles in which an emulsion is produced by extruding at a flow rate of ˜5 m / s, and emulsion droplets containing the spherical particle precursor are solidified to form spherical particles, and the spherical particles are recovered. It is a manufacturing method of a spherical particle whose Reynolds number of the continuous phase liquid which flows in a path | route is 500-10000.
本発明によれば、粒子径の均一な球状粒子を高い生産性で得ることができる。 According to the present invention, spherical particles having a uniform particle diameter can be obtained with high productivity.
以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本実施形態における例示が本発明を限定することはない。 Hereinafter, although the embodiment concerning the present invention is described, the illustration in this embodiment does not limit the present invention.
本発明の一実施形態による球状粒子の製造方法としては、隔壁で区画された流路中を0.3〜10m/sの流速で流れる連続相液体に、隔壁に形成した微小孔部を通して、球状粒子前駆体を含む分散相液体を1孔当たり0.1〜5m/sの流速で押し出して、エマルションを作製する工程、球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化して球状粒子を形成する工程、及び球状粒子を回収する工程を含むことを特徴とする。 As a method for producing spherical particles according to an embodiment of the present invention, a spherical liquid is formed by passing through a micropore formed in a partition wall into a continuous phase liquid flowing at a flow rate of 0.3 to 10 m / s in a flow path partitioned by the partition walls. A step of extruding a dispersed phase liquid containing a particle precursor at a flow rate of 0.1 to 5 m / s per hole to produce an emulsion, and a step of solidifying emulsion droplets containing a spherical particle precursor to form spherical particles And a step of collecting spherical particles.
これによれば、粒子径の均一な球状粒子を高い生産性で得ることができる。 According to this, spherical particles with a uniform particle diameter can be obtained with high productivity.
従来、膜乳化では、特許文献2にあるようにレイノルズ数が小さな(文献値=約213)層流領域で、かつ分散相液体の1孔当たりの流速が遅い(文献値=2×10−3m/s)条件でしか均一な球状粒子が得られないことが知られている。しかし、本発明では、分散相液体および連続相液体ともに高流速で供給することで、高レイノルズ数条件下でも粒子径の均一な球状粒子を高い生産性で得ることができるという知見を得た。Conventionally, in membrane emulsification, as disclosed in
作製されるエマルションでは、隔壁で区画された流路中を流れる連続相液体が連続相となり、微小孔部を通して押し出される分散相液体が分散相となる。本実施形態では、エマルションの連続相及び分散相は互いに相溶性が低くエマルションを作製すればよく、W/O(油中水型)エマルション及びO/W(水中油型)エマルションのいずれの形態であってもよい。連続相液体に有機液体、分散相液体に水性液体を用いる場合はW/Oエマルションを得ることができ、また、連続相液体に水性液体、分散相液体に有機液体を用いる場合はO/Wエマルションを得ることができる。 In the produced emulsion, the continuous phase liquid flowing in the flow path partitioned by the partition walls becomes the continuous phase, and the dispersed phase liquid extruded through the micropores becomes the dispersed phase. In the present embodiment, the continuous phase and the dispersed phase of the emulsion are low in compatibility with each other, and an emulsion may be prepared. In any form of a W / O (water-in-oil) emulsion and an O / W (oil-in-water) emulsion. There may be. When using an organic liquid as the continuous phase liquid and an aqueous liquid as the dispersed phase liquid, a W / O emulsion can be obtained. When using an aqueous liquid as the continuous phase liquid and an organic liquid as the dispersed phase liquid, an O / W emulsion can be obtained. Can be obtained.
分散相液体と連続相液体との室温(20〜23℃)における体積比は、得られるエマルション中の連続相/分散相の体積比として、例えば1〜100であり、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜5である。 The volume ratio of the dispersed phase liquid and the continuous phase liquid at room temperature (20 to 23 ° C.) is, for example, 1 to 100, more preferably 1 to 10, as the volume ratio of the continuous phase / dispersed phase in the obtained emulsion. More preferably, it is 1-5.
(連続相液体及び分散相液体)
「W/Oエマルション」
W/Oエマルションを作製する場合の連続相液体としては、分散相液体に対して溶解性の低い、好ましくは不溶性の有機液体を用いることができる。有機液体の例としては、脂肪族炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類、エーテル類、エステル類、含フッ素化合物類等を挙げることができる。(Continuous phase liquid and dispersed phase liquid)
"W / O emulsion"
As a continuous phase liquid for preparing a W / O emulsion, an organic liquid having low solubility, preferably insoluble in a dispersed phase liquid can be used. Examples of the organic liquid include aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ethers, esters, fluorine-containing compounds and the like.
有機液体としては、具体的には、下記に示す炭素数9〜12の飽和炭化水素、n−ヘキサン、イソヘキサン、n−ヘプタン、イソヘプタン、n−オクテン、イソオクテン等の脂肪族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘキセン等の脂環式炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、クメン、メシチレン、テトラリン、スチレン等の芳香族炭化水素類;プロピルエーテル、イソプロピルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−プチル、酢酸イソプチル、酢酸−n−アミル、酢酸イソアミル、乳酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル等のエステル類;1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル等の含フッ素化合物類等を挙げることができる。これらは、単独で、または組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the organic liquid include aliphatic hydrocarbons such as saturated hydrocarbons having 9 to 12 carbon atoms, n-hexane, isohexane, n-heptane, isoheptane, n-octene, and isooctene shown below; cyclopentane Cyclohexane, cyclohexene, and other alicyclic hydrocarbons; benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, propylbenzene, cumene, mesitylene, tetralin, styrene, and other aromatic hydrocarbons; propyl ether, isopropyl ether, and other ethers; acetic acid Ethyl, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isoptyl acetate, n-amyl acetate, isoamyl acetate, butyl lactate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, Esters such as butyl butyrate; 1, , It can be exemplified fluorine-containing compounds such as 2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether. These may be used alone or in combination.
有機液体としては、炭素数9〜12の飽和炭化水素が好ましく、操作性、火気への安全性、固形化した粒子と有機液体との分離性、水への有機液体の溶解性などを総合的に考慮して選定される。炭素数が9〜12の飽和炭化水素は、単独で使用してもよいし、このうちの二種以上を混合して使用してもよい。また、炭素数が9〜12の飽和炭化水素は、その化学的安定性が良好であれば、直鎖状炭化水素であってもよいし、側鎖を有する炭化水素であってもよい。 As the organic liquid, saturated hydrocarbons having 9 to 12 carbon atoms are preferable, and comprehensive operations such as operability, safety to fire, separation between solidified particles and organic liquid, solubility of organic liquid in water, etc. Selected in consideration of The saturated hydrocarbon having 9 to 12 carbon atoms may be used alone, or two or more of them may be mixed and used. In addition, the saturated hydrocarbon having 9 to 12 carbon atoms may be a linear hydrocarbon or a hydrocarbon having a side chain as long as its chemical stability is good.
炭素数9〜12の飽和直鎖炭化水素としては、n−ノナン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカンを挙げることができ、炭素数9〜12の飽和分岐鎖炭化水素としては、イソノナン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン等を挙げることができる。 Examples of the saturated straight chain hydrocarbon having 9 to 12 carbon atoms include n-nonane, n-decane, n-undecane, and n-dodecane. The saturated branched chain hydrocarbon having 9 to 12 carbon atoms includes isononane. , Isodecane, isoundecane, isododecane and the like.
有機液体の引火点としては、20〜80℃のものが好ましく、より好ましくは30〜60℃のものが好ましい。また、不燃性または難燃性の有機液体を好ましく用いることができる。 The flash point of the organic liquid is preferably 20 to 80 ° C, more preferably 30 to 60 ° C. Moreover, a nonflammable or a flame-retardant organic liquid can be used preferably.
引火点が20℃未満の飽和炭化水素を有機液体とした場合、引火点が低すぎるため、防火上、作業環境上の対策が必要である。有機液体の引火点が20℃以上であることで、防火性を高めて作業環境を改善することができる。一方、80℃以下であることで、揮発性を十分に得て、球状粒子を有機液体から回収する際に、球状粒子に有機液体が付着して混入することを防止することができる。 When a saturated hydrocarbon having a flash point of less than 20 ° C. is used as an organic liquid, since the flash point is too low, measures for fire prevention and work environment are required. When the flash point of the organic liquid is 20 ° C. or higher, the work environment can be improved by improving the fire resistance. On the other hand, when the temperature is 80 ° C. or lower, sufficient volatility can be obtained, and when the spherical particles are recovered from the organic liquid, the organic liquid can be prevented from adhering to and mixed into the spherical particles.
このような引火点の有機液体としては、炭素数9〜12の飽和炭化水素の中から選択することがより好ましい。 The organic liquid having such a flash point is more preferably selected from saturated hydrocarbons having 9 to 12 carbon atoms.
本実施形態では、連続相液体及び分散相液体からエマルションを作製し、エマルション液滴を固形化して球状粒子を形成した後に、球状粒子と連続相液体とは通常固液分離される。分離後の球状粒子に連続相液体が付着又は吸着する場合は、濾過操作、洗浄操作、乾燥操作などにより分離することが好ましい。 In the present embodiment, an emulsion is prepared from a continuous phase liquid and a dispersed phase liquid, and emulsion droplets are solidified to form spherical particles, and then the spherical particles and the continuous phase liquid are usually separated into solid and liquid. When the continuous phase liquid adheres to or adsorbs on the spherical particles after separation, it is preferable to separate them by filtration operation, washing operation, drying operation or the like.
連続相液体には、乳化剤として界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等の中から選択したものを用いることが出来る。 A surfactant may be added as an emulsifier to the continuous phase liquid. As the surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, or the like can be used.
アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸塩等を挙げることができる。 Examples of the anionic surfactant include fatty acid sodium, alkyl sulfate, alkyl benzene sulfonate, and alkyl phosphate.
カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等を挙げることができる。 Examples of the cationic surfactant include alkyl trimethyl ammonium salt, dialkyl dimethyl ammonium salt, alkyl benzyl dimethyl ammonium salt and the like.
両性界面活性剤としては、例えば、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン等を挙げることができる。 Examples of amphoteric surfactants include alkyl dimethylamine oxide and alkyl carboxybetaine.
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等を挙げることができる。 Nonionic surfactants include, for example, polyethylene glycol fatty acid esters, polypropylene glycol fatty acid esters, polyethylene glycol alkyl ethers, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene alkylphenyl ethers, polyoxyethylene alkyl ethers, and the like. Can be mentioned.
これらの界面活性剤は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。 These surfactants can be used alone or in combination of two or more.
界面活性剤の使用量は、界面活性剤の種類、界面活性剤の親水性あるいは疎水性の程度を表す指標であるHLB(Hydrophile−lipophile balance)、目的とする球状粒子の粒子径などの条件により異なるが、上記連続相液体中に0.01〜2質量%、好ましくは0.1〜0.5質量%で含有させることが好ましい。 The amount of the surfactant used depends on conditions such as the type of the surfactant, HLB (Hydrophile-lipophile balance) which is an index indicating the degree of hydrophilicity or hydrophobicity of the surfactant, and the particle size of the target spherical particles. Although it is different, it is preferable to make it contain in 0.01-2 mass% in the said continuous phase liquid, Preferably it is 0.1-0.5 mass%.
0.01質量%以上であることで、均一に乳化することができ、エマルションをより安定化することができる。一方、2質量%以下であることで、最終製品である球状粒子に界面活性剤が付着して混入することを防止することができる。分散相液体の粘度が低い場合、均一に乳化するためには界面活性剤の濃度がより低い方が好ましい。 By being 0.01 mass% or more, it can emulsify uniformly and an emulsion can be stabilized more. On the other hand, when the content is 2% by mass or less, it is possible to prevent the surfactant from adhering to and mixing with the spherical particles as the final product. When the viscosity of the dispersed phase liquid is low, a lower surfactant concentration is preferable in order to uniformly emulsify.
本実施形態においては、連続相液体の流速が速いことで、連続相液体の流れの剪断力によって、分散相液体が微小孔部の出口側で切り離されてエマルション液滴になる作用をより強く得ることができる。界面活性剤の作用による乳化とともに、この剪断力による作用が働くため、エマルション液滴の生成において界面活性剤の依存度が低下する。すなわち、分散相液体および連続相液体の流量条件が同じ場合、生成する球状粒子の粒子径が界面活性剤の濃度の影響をほとんど受けず、球状粒子の粒子径(例えば平均粒子径D50)をより一定にすることができる。 In the present embodiment, since the flow rate of the continuous phase liquid is high, the action of shearing the flow of the continuous phase liquid causes the dispersed phase liquid to be separated at the outlet side of the micropores and become an emulsion droplet more strongly. be able to. The effect of this shearing force works together with the emulsification by the action of the surfactant, so that the dependency of the surfactant in the formation of emulsion droplets decreases. That is, when the flow rate conditions of the disperse phase liquid and the continuous phase liquid are the same, the particle diameter of the produced spherical particles is hardly affected by the concentration of the surfactant, and the particle diameter of the spherical particles (for example, the average particle diameter D50) is further increased. Can be constant.
また、界面活性剤の濃度の影響をほとんど受けずに、球状粒子の粒子径をより一定値にすることができるため、連続相液体をリサイクルして循環して用いても、球状粒子の粒子径をより一定に保つことが容易となる。 In addition, since the particle size of the spherical particles can be made more constant without being affected by the concentration of the surfactant, the particle size of the spherical particles can be used even if the continuous phase liquid is recycled and used. Can be kept more constant.
一方、連続相液体の流速が遅い場合では、剪断力による作用が小さく、乳化の進行が界面活性剤の作用に依存して、球状粒子の粒子径が界面活性剤の濃度によって変動することがある。この場合、連続相液体をリサイクルして循環して用いると、系内で界面活性剤の作用が低下することがあり、これによって、球状粒子の粒子径が循環回数にしたがって大きくなり、粒子径分布が広がることがある。 On the other hand, when the flow rate of the continuous phase liquid is low, the effect of shearing force is small, and the progress of emulsification depends on the action of the surfactant, and the particle size of the spherical particles may vary depending on the concentration of the surfactant. . In this case, when the continuous phase liquid is recycled and used, the action of the surfactant may be reduced in the system, whereby the particle size of the spherical particles increases according to the number of circulations, and the particle size distribution. May spread.
連続相液体には、増粘剤等のその他の任意成分を添加してもよい。増粘剤としては、例えば、親油性スクメタイトや流動パラフィン等が挙げられる。増粘剤は、連続相液体全体に対し、0.1〜10質量%で配合することができる。 You may add other arbitrary components, such as a thickener, to a continuous phase liquid. Examples of the thickener include lipophilic scumite and liquid paraffin. A thickener can be mix | blended with 0.1-10 mass% with respect to the whole continuous phase liquid.
W/Oエマルションを作製する場合の分散相液体としては、連続相液体に対して溶解性の低い、好ましくは不溶性の水性液体を用いることができ、また、固形化によって球状粒子前駆体の沈殿物を形成することができる水性液体であることが好ましい。水性液体の主成分は水とすることができ、水溶性の有機液体が任意に含まれてもよい。 As the dispersed phase liquid in preparing the W / O emulsion, an aqueous liquid having low solubility, preferably insoluble, in the continuous phase liquid can be used, and the precipitate of the spherical particle precursor is obtained by solidification. It is preferable that the liquid is an aqueous liquid capable of forming. The main component of the aqueous liquid can be water, and a water-soluble organic liquid may optionally be included.
分散相液体に含まれる球状粒子前駆体としては、無機化合物及び有機化合物のいずれであってもよく、両者のハイブリッド体であってもよい。球状粒子前駆体として、2種以上の無機化合物及び/または有機化合物を用いることで、複合材料の球状粒子を得ることができる。 The spherical particle precursor contained in the dispersed phase liquid may be either an inorganic compound or an organic compound, or a hybrid of both. By using two or more inorganic compounds and / or organic compounds as the spherical particle precursor, spherical particles of the composite material can be obtained.
具体的には、無機化合物を含む水性液体としては、アルカリ金属(主にリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム)のケイ酸塩、アルミン酸塩;ケイ素、アルミニウム、チタン、亜鉛、セリウムまたは錫の酸化物;アルカリ土類金属(主にカルシウム、ストロンチウム、バリウム)のハロゲン化物;銅の酸化物、硫酸塩、塩酸塩及び硝酸塩;鉄、コバルトまたはニッケルの酸化物、硫酸塩、塩酸塩及び硝酸塩等を含む水性液体を挙げることができる。これらは、単独で、または組み合わせて用いてもよい。 Specifically, as an aqueous liquid containing an inorganic compound, an alkali metal (mainly lithium, sodium, potassium, rubidium) silicate or aluminate; an oxide of silicon, aluminum, titanium, zinc, cerium or tin ; Halides of alkaline earth metals (mainly calcium, strontium, barium); copper oxides, sulfates, hydrochlorides and nitrates; including oxides of iron, cobalt or nickel, sulfates, hydrochlorides and nitrates, etc. Mention may be made of aqueous liquids. These may be used alone or in combination.
また、シリカゾル、アルミナゾル等のコロイド溶液を用いることができる。 Further, a colloidal solution such as silica sol or alumina sol can be used.
有機化合物としては、ポリビニルアルコール、キトサン、キチン等を挙げることができる。これらは、単独で、または組み合わせて用いてもよい。 Examples of the organic compound include polyvinyl alcohol, chitosan, chitin and the like. These may be used alone or in combination.
本実施形態では、球状粒子前駆体を含む分散相液体として、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム及びシリカからなる群より選ばれる1種以上を含む水性液体を用いることが好ましい。 In the present embodiment, it is preferable to use an aqueous liquid containing at least one selected from the group consisting of potassium silicate, sodium silicate, sodium aluminate and silica as the dispersed phase liquid containing the spherical particle precursor.
具体的には、水溶性シリカが溶解した水溶液、有機ケイ素化合物を加水分解して得られたシリカゾル及び市販のシリカゾルなどの固体シリカが分散した水性分散液(コロイド状シリカ)や、ケイ酸カリウム又はケイ酸ナトリウムの水溶液等を挙げることができる。 Specifically, an aqueous solution in which water-soluble silica is dissolved, an aqueous dispersion (colloidal silica) in which solid silica is dispersed, such as silica sol obtained by hydrolyzing an organosilicon compound and commercially available silica sol, potassium silicate, Examples thereof include an aqueous solution of sodium silicate.
なかでも入手の容易さ、経済的理由により、ケイ酸ナトリウムが特に好ましい。ナトリウムとケイ酸の割合は、SiO2/Na2O(モル比)で2.0〜3.8が好ましく、さらには2.0〜3.5が好ましい。また、水性液体中のケイ酸アルカリ又はシリカの濃度は、SiO2濃度として1〜30質量%が好ましく、さらには5〜25質量%が好ましい。
Of these, sodium silicate is particularly preferred because of its availability and economic reasons. The ratio of sodium and silicic acid is preferably 2.0 to 3.8 in terms of SiO2 / Na2O (molar ratio), more preferably 2.0 to 3.5. Further, the concentration of alkali silicate or silica in the aqueous liquid is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 25% by mass as the
「O/Wエマルション」
O/Wエマルションを作製する場合の連続相液体には、分散相液体に対して溶解性の低い、好ましくは不溶性の水性液体を用いることができる。水性液体の主成分は水とすることができ、水溶性の有機液体が任意に含まれてもよい。"O / W emulsion"
As the continuous phase liquid for producing the O / W emulsion, an aqueous liquid having low solubility, preferably insoluble in the dispersed phase liquid can be used. The main component of the aqueous liquid can be water, and a water-soluble organic liquid may optionally be included.
連続相液体として水性液体を用いる場合は、界面活性剤、増粘剤等の任意成分を適宜添加することができる。界面活性剤としては、上記したW/Oエマルションと共通するものを用いることができる。また、増粘剤としては、例えば、セルロース、エチルセルロース、アラビアガム等を挙げることができる。界面活性剤と増粘剤の配合量は、上記したW/Oエマルションの場合と共通する。 When an aqueous liquid is used as the continuous phase liquid, optional components such as a surfactant and a thickener can be appropriately added. As the surfactant, those common to the above-described W / O emulsion can be used. Examples of the thickener include cellulose, ethyl cellulose, gum arabic and the like. The compounding quantity of surfactant and a thickener is common in the case of the above-mentioned W / O emulsion.
O/Wエマルションを作製する場合の分散相液体としては、連続相液体に対して溶解性の低い、好ましくは不溶性の有機液体を用いることができ、また、固形化によって球状粒子前駆体の沈殿物を形成することができる有機液体であることが好ましい。 As the dispersed phase liquid in preparing the O / W emulsion, an organic liquid having low solubility, preferably insoluble, in the continuous phase liquid can be used, and the precipitate of the spherical particle precursor is obtained by solidification. It is preferable that the liquid is an organic liquid capable of forming.
O/Wエマルションの分散相液体の一例としては、球状粒子前駆体として重合性モノマーを含み、固形化によってこれが重合して球状の樹脂粒子を生成するものがある。重合性モノマーは分散相液体に主成分として配合されて有機液体を構成してもよい。また、重合性のない希釈溶剤を任意で配合してもよい。このような重合性モノマーとしては、具体的には、テトラエトキシシラン、シロキサンオリゴマー、アルミニウムイソプロポキシド、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル等を挙げることができる。シロキサンオリゴマーとしては、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラフェノキシシラン等の加水分解物を挙げることができる。 As an example of the dispersed phase liquid of the O / W emulsion, there is one that contains a polymerizable monomer as a spherical particle precursor, which is polymerized by solidification to produce spherical resin particles. The polymerizable monomer may be blended as a main component in the dispersed phase liquid to constitute an organic liquid. Moreover, you may mix | blend the dilution solvent which does not have polymericity arbitrarily. Specific examples of such a polymerizable monomer include tetraethoxysilane, siloxane oligomer, aluminum isopropoxide, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, vinyl acetate, and vinyl chloride. Examples of the siloxane oligomer include hydrolysates such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetraphenoxysilane.
重合性モノマーを分散相液体に用いる場合は、分散相液体にあらかじめ反応触媒や重合開始剤を含有させておいても良いし、後から添加してもよい。具体的には、1種または2種以上の酸触媒、塩基触媒、過酸化物系重合開始剤、アゾ系重合開始剤等の公知のラジカル重合用重合開始剤を使用することができる。具体的には、酸触媒としては塩酸、硝酸等、塩基触媒としては水酸化ナトリウム、アンモニア等、過酸化物系重合開始剤としては過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンパーオキサイド等、アゾ系重合開始剤としては2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等を挙げることができる。 When a polymerizable monomer is used for the dispersed phase liquid, a reaction catalyst or a polymerization initiator may be previously contained in the dispersed phase liquid, or may be added later. Specifically, known polymerization initiators for radical polymerization such as one or two or more acid catalysts, base catalysts, peroxide polymerization initiators, and azo polymerization initiators can be used. Specifically, hydrochloric acid, nitric acid, etc. as the acid catalyst, sodium hydroxide, ammonia, etc. as the base catalyst, benzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, etc. as the peroxide polymerization initiator, Examples include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), and the like.
(エマルション作製工程)
本実施形態では、隔壁で区画された流路中を流れる連続相液体に、隔壁に形成した微小孔部を通して、球状粒子前駆体を含む分散相液体を押し出して、エマルションを作製する。これによって、連続相中に球状粒子前駆体を含む液滴、すなわちエマルション液滴が分散相となったエマルションを作製することができる。(Emulsion preparation process)
In this embodiment, an emulsion is prepared by extruding a dispersed phase liquid containing a spherical particle precursor through a micropore formed in a partition wall into a continuous phase liquid flowing in a flow path partitioned by partition walls. As a result, it is possible to produce a droplet containing spherical particle precursors in a continuous phase, that is, an emulsion in which emulsion droplets are in a dispersed phase.
連続相液体が流れる隔壁で区画された流路の形状は特に制限されない。例えば、連続相液体の流れ方向に直交する流路の断面形状(以下、単に「流路の断面形状」と称することがある)が円形、だ円、ドーナツ形、矩形、三角形、多角形等であってよいが、好ましくは矩形である。 The shape of the flow path partitioned by the partition wall through which the continuous phase liquid flows is not particularly limited. For example, the cross-sectional shape of the flow channel orthogonal to the flow direction of the continuous phase liquid (hereinafter sometimes simply referred to as “the cross-sectional shape of the flow channel”) is a circle, an ellipse, a donut shape, a rectangle, a triangle, a polygon, etc. It may be, but is preferably rectangular.
ドーナツ形状の流路の断面形状を図2に示す。このドーナツ形状の流路30aでは、外側の円筒状の隔壁30と、内側の円筒状の隔壁40とによって、連続相液体の流路30aが形成される。内側の円筒状の隔壁40の全周にわたって微小孔部40aが形成される。微小孔部40aは内側の円筒状の隔壁の軸方向に複数個形成されてもよい。分散相液体は、内側の円筒状の隔壁40内に供給され、微小孔部40aから流路30aに押し出される。
FIG. 2 shows a cross-sectional shape of the donut-shaped channel. In the donut-shaped channel 30a, the outer
隔壁で区画された流路は1本でもよいが、高い生産性を得るためには複数本設けることが好ましい。 Although one channel may be defined by the partition walls, it is preferable to provide a plurality of channels in order to obtain high productivity.
流路を区画する隔壁としては、連続相液体と分散相液体とを隔離する部材であって、隔壁の厚み方向に貫通した微小孔部を有する板状や膜状の部材である。隔壁の材質としては、分散相液体及び連続相液体に対して耐性を有するものが好ましい。例えば、ガラスやセラミックス等の無機材料、ニッケルやニッケル合金、ステンレス鋼等の金属材料、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材料等を挙げることができる。中でも、比較的安価で入手しやすく、優れた耐性や加工性を有する点からステンレス鋼のシートを用いることが好ましい。 The partition that divides the flow path is a member that separates the continuous phase liquid and the dispersed phase liquid, and is a plate-like or membrane-like member that has micropores penetrating in the thickness direction of the partition. As the material of the partition wall, a material having resistance to the dispersed phase liquid and the continuous phase liquid is preferable. Examples thereof include inorganic materials such as glass and ceramics, metal materials such as nickel and nickel alloys, stainless steel, and resin materials such as polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide, polyamideimide, acrylic, and polyethylene terephthalate. Among them, it is preferable to use a stainless steel sheet because it is relatively inexpensive and easily available, and has excellent resistance and workability.
微小孔部の全体的な形状としては、特に制限されず、例えば、平板、円盤、円筒、角筒等であってよい。分散相液体の流れ方向に直交する微小孔部の断面形状(以下、単に「微小孔部の断面形状」と称することがある)としては、特に制限されず、例えば、円形、楕円、矩形、三角形、多角形等であってよい。これに限定されないが、微小孔部の出口部分、すなわち連続相の流路側の断面形状の短手方向長さとしては例えば0.1〜100μmとすることができ、長手方向長さとしては0.1〜100μmとすることができる。 The overall shape of the minute hole is not particularly limited, and may be, for example, a flat plate, a disk, a cylinder, a square tube, or the like. The cross-sectional shape of the micropores orthogonal to the flow direction of the dispersed phase liquid (hereinafter sometimes simply referred to as “the cross-sectional shape of the micropores”) is not particularly limited, and for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a triangle It may be a polygon or the like. Although not limited to this, the length in the short direction of the cross-sectional shape of the outlet portion of the micropores, that is, the flow path side of the continuous phase can be set to, for example, 0.1 to 100 μm. It can be set to 1 to 100 μm.
隔壁には、微小孔部を1個または複数個で設けることができる。流路が複数本ある場合には、それぞれの流路に対して1個または複数個の微小孔を設けることができる。 One or a plurality of micropores can be provided in the partition wall. When there are a plurality of channels, one or a plurality of micropores can be provided for each channel.
本実施形態では、隔壁で区画された流路を流れる連続相液体の流速を0.3〜10m/sとすることにより、粒子径分布の狭いエマルション液滴が得られ、それを固形化した球状粒子の粒子径分布も狭くすることができる。連続相液体の流速としては、好ましくは1.0m/s以上であり、より好ましくは2.0m/s以上であり、一方、好ましくは9.0m/s以下であり、より好ましくは8.0m/s以下である。ここで、連続相液体の流速とは、単位時間当たりに隔壁で区画された流路に流れる連続相液体の流量(m3/s)を流路の断面積(m2)で割った値のことである。In this embodiment, by setting the flow rate of the continuous phase liquid flowing in the flow path partitioned by the partition wall to 0.3 to 10 m / s, emulsion droplets having a narrow particle size distribution can be obtained and solidified into spherical shapes. The particle size distribution of the particles can also be narrowed. The flow rate of the continuous phase liquid is preferably 1.0 m / s or more, more preferably 2.0 m / s or more, and preferably 9.0 m / s or less, more preferably 8.0 m. / S or less. Here, the flow rate of the continuous phase liquid is a value obtained by dividing the flow rate (m 3 / s) of the continuous phase liquid flowing in the flow path partitioned by the partition per unit time by the cross-sectional area (m 2 ) of the flow path. That is.
隔壁で区画された流路の高さとしては、200μm〜1mmであることが好ましい。 The height of the flow path partitioned by the partition walls is preferably 200 μm to 1 mm.
流路の高さが200μm以上であることで、高い生産性となるように微小孔部から分散相液体を高流速で圧入しても、より均一なエマルション液滴の生成が可能となる。また、流路の高さが200μm未満であると、分散相液体が高流速で圧入される場合に、連続相液体の流れによって切り離される前に、微小孔部が形成された隔壁に対向する隔壁に到達してしまい、目視で確認できる程の粗大なエマルション液滴が生成し、均一なエマルション液滴の生成ができなくなるため、生産性を高めることができないことがある。 When the height of the flow path is 200 μm or more, even if the dispersed phase liquid is injected from the micropores at a high flow rate so as to achieve high productivity, more uniform emulsion droplets can be generated. Further, when the height of the flow path is less than 200 μm, when the dispersed phase liquid is injected at a high flow rate, the partition wall is opposed to the partition wall in which the micropores are formed before being separated by the flow of the continuous phase liquid. Thus, coarse emulsion droplets that can be visually confirmed are generated, and uniform emulsion droplets cannot be generated. Therefore, productivity may not be improved.
一方、流路の高さが1mm以下であることで、連続相液体の過剰な消費をより防止することができる。また、流路の高さが1mmを超えると、微小孔部の出口側でせん断力を十分に与えることができなくなり、目的とする粒子径や粒子径分布が得られないことがある。 On the other hand, when the height of the flow path is 1 mm or less, excessive consumption of the continuous phase liquid can be further prevented. On the other hand, when the height of the flow path exceeds 1 mm, a sufficient shearing force cannot be applied on the outlet side of the micropores, and the target particle size and particle size distribution may not be obtained.
流路の高さとしては、好ましくは300μm以上であり、より好ましくは400μm以上であり、一方、好ましくは900μm以下であり、より好ましくは800μm以下である。 The height of the flow path is preferably 300 μm or more, more preferably 400 μm or more, and preferably 900 μm or less, more preferably 800 μm or less.
ここで、流路の高さとしては、微小孔部が形成された隔壁とこの隔壁に対向する隔壁との間の距離である。また、流路の幅としては連続相の流れ方向に対し直交し、かつ流路の高さと直交する方向の隔壁の間の距離である。流路の幅としては、特に制限されないが、例えば0.1〜10mmの範囲とすることができる。 Here, the height of the flow path is the distance between the partition wall in which the micropores are formed and the partition wall facing this partition wall. The width of the flow path is the distance between the partition walls in the direction orthogonal to the flow direction of the continuous phase and in the direction orthogonal to the height of the flow path. Although it does not restrict | limit especially as a width | variety of a flow path, For example, it can be set as the range of 0.1-10 mm.
例えば、流路の断面形状が矩形の場合は、微小孔部が形成されている隔壁とこの隔壁と対向する隔壁との間の距離が流路の高さとなる。図2に示すドーナツ形も同様である。また、流路の断面形状が円形である場合は、流路の高さ及び幅が円の直径となる。 For example, when the cross-sectional shape of the flow path is rectangular, the distance between the partition wall in which the micropores are formed and the partition wall facing this partition wall is the height of the flow channel. The same applies to the donut shape shown in FIG. Moreover, when the cross-sectional shape of a flow path is circular, the height and width of a flow path become a diameter of a circle.
流路の長さとしては、特に制限されないが、例えば1〜500mmの範囲とすることができる。500mmを超えると圧力損失が大きくなるため、流路外への漏洩が起きる可能性が高まり好ましくない。また、1mm未満だと隔壁に形成できる微小孔の数が少なくなるため生産性が低くなり好ましくない。流路の全長を通して、流路の断面形状が変化する構成では、流路の高さとしては、流路全長を通して最小の部分の高さとし、また、流路の幅としては、流路全長を通して最小の部分の幅とする。 Although it does not restrict | limit especially as length of a flow path, For example, it can be set as the range of 1-500 mm. If it exceeds 500 mm, the pressure loss increases, which increases the possibility of leakage to the outside of the flow path, which is not preferable. On the other hand, when the thickness is less than 1 mm, the number of micropores that can be formed in the partition is reduced, and thus productivity is lowered, which is not preferable. In a configuration in which the cross-sectional shape of the flow path changes throughout the length of the flow path, the height of the flow path is the minimum height throughout the flow path length, and the width of the flow path is the minimum throughout the flow path length. The width of the part.
本実施形態では、連続相液体の流速が0.3〜10m/sであることで、分散相液体を微小孔部の1孔当たり0.1〜5m/sの流速で押し出すことにより、粒子径分布の狭いエマルション液滴を得ることができ、それを固形化した球状粒子の粒子径分布を狭くすることができる。ここで、分散相液体の流速は、1孔の微小孔に単位時間当たりに流れる分散相液体の流量(m3/s)を微小孔の断面積(m2)で割った値のことである。In this embodiment, when the flow rate of the continuous phase liquid is 0.3 to 10 m / s, the dispersed phase liquid is extruded at a flow rate of 0.1 to 5 m / s per hole of the micropores, thereby reducing the particle diameter. Emulsion droplets having a narrow distribution can be obtained, and the particle size distribution of spherical particles obtained by solidifying the emulsion droplets can be narrowed. Here, the flow velocity of the dispersed phase liquid is a value obtained by dividing the flow rate (m 3 / s) of the dispersed phase liquid flowing per unit time into one micropore by the cross-sectional area (m 2 ) of the micropore. .
分散相液体の流速が0.1m/s未満の場合、粒子径分布の広いエマルション液滴が生成することがある。一方、5m/s超過の場合、粗大なエマルルション液滴が生成することがあり、粒子径分布の狭い球状粒子を得ることができないことがある。 When the flow rate of the dispersed phase liquid is less than 0.1 m / s, emulsion droplets having a wide particle size distribution may be generated. On the other hand, if it exceeds 5 m / s, coarse emulsion droplets may be generated, and spherical particles with a narrow particle size distribution may not be obtained.
微小孔部の1孔当たりの流速は、好ましくは0.5m/s以上であり、より好ましくは1.0m/s以上である。 The flow rate per hole of the micropores is preferably 0.5 m / s or more, more preferably 1.0 m / s or more.
流路中を流れる連続相液体のレイノルズ数は500〜10000であることが好ましい。ここで、流路の断面が円形である場合のレイノルズ数は下記式1で計算され、流路の内径Dは流路の断面における最小径を使用する。ここで、D(流路の内径:m)、u(平均流速:m/s)、ρ(流体密度:kg/m3)、μ(流体粘度:Pa・s)である。
レイノルズ数(−)=D・u・ρ/μ・・・式1。The Reynolds number of the continuous phase liquid flowing in the flow path is preferably 500 to 10,000. Here, the Reynolds number when the cross section of the flow path is circular is calculated by the following
Reynolds number (−) = D · u · ρ /
また、流路の断面が円形でない場合のレイノルズ数は下記式2で計算される。ここで、rは流路動水半径(m)=流路の断面積(m2)/流路断面の流体に接する周長(m)であり、u、ρ、μは式1と同様である。
レイノルズ数(−)=4×r・u・ρ/μ・・・式2。The Reynolds number when the cross section of the flow path is not circular is calculated by the
Reynolds number (−) = 4 × r · u · ρ /
レイノルズ数が500以上であることで、微小孔部から高流速で押し出される分散相液体を切り離すのに十分なせん断力を与えることができ、連続相液体中で分散相液体をエマルション液滴に形成することを促進することができる。 When the Reynolds number is 500 or more, sufficient shearing force can be applied to separate the dispersed phase liquid extruded from the micropores at a high flow rate, and the dispersed phase liquid is formed into emulsion droplets in the continuous phase liquid. Can be promoted.
一方、レイノルズ数が10000以下であることで、流路での液体の流れの乱れを防止して、粒子径の均一なエマルション液滴を形成することができ、均一な粒子径の球状粒子を得ることができる。 On the other hand, when the Reynolds number is 10,000 or less, disturbance of the liquid flow in the flow path can be prevented, and emulsion droplets having a uniform particle diameter can be formed, and spherical particles having a uniform particle diameter can be obtained. be able to.
レイノルズ数は、好ましくは700以上であり、より好ましくは1000以上であり、一方、好ましくは7000以下であり、より好ましくは5000以下である。 The Reynolds number is preferably 700 or more, more preferably 1000 or more, and preferably 7000 or less, more preferably 5000 or less.
(乳化装置)
以下、本実施形態に用いられる乳化装置の一例について図1を参照して説明する。以下の説明では、分散相液体に水性液体を用い、連続相液体に有機液体を用い、W/Oエマルションを作製する方法について説明する。なお、同様の乳化装置及び方法を用いて、分散相液体に有機液体を用い、連続相液体に水性液体を用い、O/Wエマルションを作製することも可能である。(Emulsifying device)
Hereinafter, an example of the emulsification apparatus used in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, a method for producing a W / O emulsion using an aqueous liquid as a dispersed phase liquid and an organic liquid as a continuous phase liquid will be described. In addition, it is also possible to produce an O / W emulsion using the same emulsification apparatus and method, using an organic liquid as the dispersed phase liquid and an aqueous liquid as the continuous phase liquid.
図1において、1及び2はアクリル樹脂製部材、3は流路3aが形成されたステンレス鋼板、4は複数の微小孔部4aが形成されたステンレス鋼板である。ステンレス鋼板3の流路3aにステンレス鋼板4の微小孔部4aが対向するようにステンレス鋼板3及びステンレス鋼板4を重ね合わせ、ステンレス鋼板3側にアクリル樹脂製部材1が配置され、ステンレス鋼板4側にアクリル樹脂製部材2が配置される。ステンレス鋼板3及び4は、アクリル樹脂製部材1及び2によって挟み込まれ、液体の流路3aを形成する。
In FIG. 1, 1 and 2 are acrylic resin members, 3 is a stainless steel plate with a flow path 3a formed thereon, and 4 is a stainless steel plate with a plurality of minute holes 4a formed therein. The
アクリル樹脂製部材1には、連続相入口部5及びエマルション出口部6が設けられ、連続相液体が連続相入口部5から供給されエマルション出口部6方向に流れる。アクリル樹脂製部材2には、分散相供給部7が設けられ、分散相液体が分散相供給部から供給され、微小孔部4aを通して、流路3aに押し出される。流路3aにおいて、連続相及び分散相からエマルションが作製されて、エマルション出口部6から排出される。
The
なお、微小孔部4aより押し出される分散相液体は、界面張力に起因して、微小孔部4aの出口においてその孔径よりも大きく成長する。その後、分散相液体は、連続相液体の流れにより切り離され、連続相液体中でエマルション液滴を形成する。 Note that the dispersed phase liquid pushed out from the micropore 4a grows larger than the pore diameter at the outlet of the micropore 4a due to the interfacial tension. Thereafter, the dispersed phase liquid is separated by the flow of the continuous phase liquid to form emulsion droplets in the continuous phase liquid.
ステンレス鋼板3の流路3aは、複数本の流路3aが連続相液体の流れ方向に沿って形成されていてもよい。また、ステンレス鋼板4の微小孔部4aは、それぞれの流路3aに対し複数個の微小孔部4aが形成されていてもよい。
As for the flow path 3a of the
本実施形態では、連続相液体が流れる流路3aを形成するステンレス鋼板3の厚さを200μm〜1mmにすることで、流路3aの高さを200μm〜1mmにすることができる。ステンレス鋼板3の厚さは、より好ましくは400〜800μmである。
In this embodiment, the height of the flow path 3a can be set to 200 μm to 1 mm by setting the thickness of the
ステンレス鋼板4の厚さは、特に制限されず、例えば10〜500μmとすることができる。10μm以上であることで、鋼板の強度を確保して折れ曲がりを防止して、鋼板の平面性を保つことができ、また、複数の微小孔部4aから流路3aに圧入される分散相液体の液滴が合一することを防止して、より均一な粒子径の液滴を形成することができる。一方、500μm以下であることで、鋼板の加工性に優れ、低コストで加工精度を高めることができる。ステンレス鋼板4の厚さは、好ましくは30〜200μmである。
The thickness of the
流路3a及び微小孔部4aの形成方法にとしては、特に制限されず、レーザー加工、エッチング加工、エレクトロフォーミング加工、プレス加工など種々の加工法が適用できるが、加工の簡便さやコストの点からエキシマレーザー、UV−YAGレーザー、フェムト秒レーザー、ピコ秒レーザーなどのレーザー加工法を用いることが好ましい。 The method for forming the flow path 3a and the minute hole 4a is not particularly limited, and various processing methods such as laser processing, etching processing, electroforming processing, and press processing can be applied. However, from the viewpoint of simplicity of processing and cost It is preferable to use a laser processing method such as an excimer laser, a UV-YAG laser, a femtosecond laser, or a picosecond laser.
分散相液体が水性液体である場合、ステンレス鋼板4は、少なくとも微小孔部4aの流路3a側の表面が撥水処理してあることが好ましい。この撥水処理は、ステンレス鋼板4の表面のうち、少なくとも連続相液体としての有機液体と接触する部分に対して行うことが好ましい。例えば、ステンレス鋼板4に微小孔部4aを形成した後に、ステンレス鋼板4の表面全体を撥水処理することができる。
When the dispersed phase liquid is an aqueous liquid, it is preferable that the
これによって、分散相液体が微小孔部4aの出口部分で切り離される作用を促進して、より均一な粒子径のエマルション液滴を形成することができる。ステンレス鋼板4が親水性の場合、分散相液体である水性液体が微小孔部4aから押し出された後に、ステンレス鋼板4の表面に沿って流れてしまい、エマルション液滴の粒子径が不均一になる現象がある。この現象は、高速度カメラでの観察により確認されている。
As a result, it is possible to promote the action of the dispersed phase liquid being cut off at the outlet portion of the micropore 4a, and to form emulsion droplets with a more uniform particle diameter. When the
撥水処理は、疎水性樹脂又はシランカップリング剤を溶剤に溶解した撥水処理剤を用いて、ステンレス鋼板4の表面をコーティングすることで行うことができる。疎水性樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いると好ましい。これは、コーティングの際に微小孔部4aが閉塞した場合であっても、加熱処理により孔を貫通させられるためである。また、疎水性樹脂として、耐久性の観点から、溶媒可溶型のフッ素樹脂を用いることが好ましい。コーティングには任意の方法を用いることができるが、撥水処理剤をディップコートすることで、薄く均一にコーティングできる。
The water repellent treatment can be performed by coating the surface of the
撥水処理では、ステンレス鋼板4表面に0.001〜5μmの膜厚を有する撥水性の処理膜を形成することが好ましい。0.001μm以上であることで、耐久性及び機械的強度を高めることができ、また、ピンホールの発生を防ぐことができる。一方、5μm以下であることで、微小孔部4aが撥水処理剤によって被覆されて閉塞されることを防止することができる。
In the water repellent treatment, it is preferable to form a water repellent treated film having a thickness of 0.001 to 5 μm on the surface of the
微小孔部4aの断面形状としては、内側に凸面を有さない形状であることが好ましく、例えば、円形、楕円、矩形、三角形、多角形等を挙げることができる。中でも円形が好ましい。このような形状であることで、加工性に優れ、また、より均一な粒子径のエマルション液滴を形成することができる。 The cross-sectional shape of the micropore 4a is preferably a shape that does not have a convex surface on the inside, and examples thereof include a circle, an ellipse, a rectangle, a triangle, and a polygon. Of these, a circle is preferable. Such a shape makes it possible to form emulsion droplets with excellent processability and a more uniform particle size.
また、微小孔部4aは、ステンレス鋼板4の流路3a側の開口部を反対面側の開口部よりも小さくして、ステンレス鋼板4の厚み方向に傾斜を有する形状としてもよい。これによって、分散相液体を、微小孔部4aを通して流路3aに押し出す際の圧力を低減することができる。
In addition, the minute hole portion 4a may have a shape in which the opening on the flow path 3a side of the
微小孔部4aの断面形状が円形以外である場合、微小孔部4aの流路3a側の開口部で、分散相液体がエマルション液滴となった時点でエマルション液滴は曲率分布を有し、比較的早期に分散相液体から自発的に切り離され連続相液体中でエマルション液滴になるものと推定される。そのため、円形状の微小孔部4aの場合と比べ、比較的エマルション液滴の粒子径が小さいものが得られやすいという利点を有する。 When the cross-sectional shape of the micropore 4a is other than circular, the emulsion droplet has a curvature distribution when the dispersed phase liquid becomes an emulsion droplet at the opening on the flow path 3a side of the micropore 4a, It is estimated that it is spontaneously separated from the dispersed phase liquid relatively early and becomes emulsion droplets in the continuous phase liquid. Therefore, compared to the case of the circular micropore 4a, there is an advantage that it is easy to obtain an emulsion droplet having a relatively small particle size.
微小孔部4aの断面の動水半径rの4倍値は、0.1〜100μmであることが好ましい。より好ましくは1〜80μmである。この微小孔部4aの断面の動水半径rは、微小孔部4aの流路3a側の開口部での値である。 The quadruple value of the hydrodynamic radius r in the cross section of the microhole 4a is preferably 0.1 to 100 μm. More preferably, it is 1-80 micrometers. The hydrodynamic radius r of the cross section of the microhole 4a is a value at the opening of the microhole 4a on the flow path 3a side.
ここで、動水半径rは、上記式2で定義した「流路動水半径(m)」と同様に、微小孔部の断面の動水半径r(m)=微小孔部の断面積(m2)/微小孔部断面の流体に接する周長(m)である。したがって、微小孔部4aの断面形状が円形の場合、動水半径r=円の内径D/4となるから、動水半径rの4倍値は円の内径Dに相当する。Here, the hydrodynamic radius r is the hydrodynamic radius r (m) of the cross-section of the micropore = the cross-sectional area of the micropore (like the “flow-path hydrodynamic radius (m)” defined in
微小孔部4aの断面の動水半径rの4倍値が0.1μm以上であることで、分散相液体の供給量を増加させて、生産性を高めることができる。一方、100μm以下であることで、エマルション液滴の粒子径が過剰に増大することを防止して、より均一な粒子径のエマルション液滴を形成することができる。 When the quadruple value of the hydrodynamic radius r in the cross section of the microhole portion 4a is 0.1 μm or more, the supply amount of the dispersed phase liquid can be increased and the productivity can be increased. On the other hand, by being 100 μm or less, it is possible to prevent an excessive increase in the particle size of the emulsion droplets and to form emulsion droplets with a more uniform particle size.
球状粒子前駆体を含む分散相液体を供給する微小孔部4aは、生産性の観点から、ステンレス鋼板4の厚さ方向に貫通するように、複数個設けることが好ましい。1つの流路3aに対する微小孔部4aの個数としては、例えば1000個以上とすることができ、より好ましくは5000個以上であり、さらに好ましくは20000個以上であり、50000個以上としてもよい。
From the viewpoint of productivity, it is preferable to provide a plurality of micropores 4 a for supplying the dispersed phase liquid containing the spherical particle precursor so as to penetrate in the thickness direction of the
ステンレス鋼板4に流路3aに対向して形成される微小孔部4aの配列としては、特に限定されないが、生産性及び加工性の観点から、ステンレス鋼板4の幅方向(流路3aの幅方向)及び/または長さ方向(連続相液体の流れ方向)に複数個の微小孔部4aを一定間隔またはランダムに形成することができる。
Although it does not specifically limit as an arrangement | sequence of the micropore part 4a formed in the
例えば、ステンレス鋼板4の幅方向及び長さ方向に一定のピッチで複数個の微小孔部4aを並列配列で形成することができる。また、ステンレス鋼板4の幅方向及び長さ方向に並列配列した微小孔部4aのうち、幅方向に隣接する2つの微小孔部4aと、長さ方向に隣接する2つの微小孔部4aとを選び、これらの微小孔部4aの中心を結んで形成される長方形の対角線の中心にもう1個の微小孔部4aを形成して千鳥配列で形成することができる。この千鳥配列では、微小孔部4aを密に配列することができ、ステンレス鋼板4aの開口率を高くして、生産性をより高めることができる。
For example, a plurality of microholes 4a can be formed in a parallel arrangement at a constant pitch in the width direction and the length direction of the
複数の微小孔部4aを形成する際の隣接する微小孔部4aの間隔(ピッチ)としては、特に制限されないが、微小孔部4aの断面形状に外接する円の直径の1/2以上の間隔を設けて、隣接する微小孔部4aをステンレス鋼板4に形成することが好ましい。より好ましくは、微小孔部4aの断面形状に外接する円の直径以上の間隔を設ける。
The interval (pitch) between adjacent microhole portions 4a when forming the plurality of microhole portions 4a is not particularly limited, but is an interval of 1/2 or more of the diameter of a circle circumscribing the cross-sectional shape of the microhole portions 4a. It is preferable to form the adjacent micropores 4 a in the
隣接する微小孔部4aの間隔が上記した範囲であることで、エマルション液滴が形成された後に、複数のエマルション液滴が合一することを防いで、エマルション液滴の粒子径をより均一にすることができる。一方、エマルション液滴の合一を防げる範囲で複数の微少孔部4aを密接して配置することで、生産性を高めることができる。 Since the interval between the adjacent micropores 4a is in the above-described range, the emulsion droplets are prevented from coalescing after the emulsion droplets are formed, and the particle size of the emulsion droplets is made more uniform. can do. On the other hand, productivity can be improved by closely arranging the plurality of minute hole portions 4a within a range where coalescence of emulsion droplets can be prevented.
本実施形態に用いることが可能な乳化装置としては、図1に示す乳化装置のように、ステンレス鋼板4が水平面に対して平行、もしくは垂直になるように設置することができる。水平面に対して垂直に置く場合、連続相の流れが上方から下方になっても、下方から上方になってもどちらでもよい。
As an emulsifying apparatus that can be used in the present embodiment, the
ステンレス鋼板4が水平面に対して角度を有するように設置した場合、高さ方向の所定水平面においては、分散相液体側及び連続相液体側それぞれにおいて液深に起因する圧力が印加される。特定水平面において、分散相液体、連続相液体の液深がほぼ同等と仮定すると、分散相液体と連続相液体との密度差に起因し、((分散相液体密度−連続相液体密度)×液深)に相当する圧力が加わる。そのため、連続相液体の密度が分散相液体の密度より小さい場合は連続相液体を下方から上方へ、反対の場合は上方から下方へ流せば、連続相液体の流路3aを水平面に対して平行に形成した場合と比較して、全流路における分散相液体側と連続相液体側の圧力差の変化を相対的に狭くできる。その結果、ステンレス鋼板4に形成された各微小孔部4aからの分散相液体の供給量を安定化して、エマルション液滴の粒子径をより均一化して、得られる球状粒子の粒子径をより均一化することができる。
When the
エマルション液滴の粒子径としては、微小孔部4aの設置条件の他、分散相液体の流れ方向の流速に対する連続相液体の流れ方向の流速の比によっても影響を受ける。 The particle diameter of the emulsion droplets is influenced by the ratio of the flow velocity in the flow direction of the continuous phase liquid to the flow velocity in the flow direction of the dispersed phase liquid in addition to the installation conditions of the micropores 4a.
この流速の比は、0.1〜100であることが好ましい。より好ましくは0.5〜50であり、さらに好ましくは1〜10である。 The flow rate ratio is preferably 0.1 to 100. More preferably, it is 0.5-50, More preferably, it is 1-10.
この比が100以下であることで、連続相液体が過剰に消費されないようにして、その供給量を調整することができる。一方、0.5以上であることで、分散相液体が連続相液体の流れによって切り離されてエマルション液滴を形成することを促進して、エマルション液滴の粒子径をより均一にすることができる。 When the ratio is 100 or less, the supply amount can be adjusted so that the continuous phase liquid is not excessively consumed. On the other hand, by being 0.5 or more, the dispersed phase liquid can be separated by the flow of the continuous phase liquid to promote the formation of emulsion droplets, and the particle size of the emulsion droplets can be made more uniform. .
球状粒子の生産性が高いことは、微小孔部形成領域の単位面積当たりの分散相液体の供給量が多いことからわかる。また、この供給量を多くすることは装置の小型化にもつながる。 The high productivity of the spherical particles can be seen from the large amount of dispersed phase liquid supplied per unit area of the micropore formation region. Further, increasing the supply amount leads to miniaturization of the apparatus.
ここで、微小孔部形成領域の単位面積当たりの分散相液体の供給量としては、単位時間当たりに微小孔部4aへと供給される分散相液体の供給量を、微小孔部形成領域の面積で割った値である。微小孔部形成領域としては、隔壁の微小孔部4aの出口側の面で、微小孔部4aの外周部と接する直線で囲まれる矩形の領域である。例えば、複数の微小孔部4aが配列して全体的に四角形に形成される場合は、外側の微小孔部4aの外周部と接する直線で囲まれた矩形の領域が微小孔部形成領域となる。また、複数の微小孔部4aが配列して全体的に円形や三角形に形成される場合では、同様にして矩形の領域が最小面積となるようにして微小孔部形成領域を決定する。 Here, as the supply amount of the dispersed phase liquid per unit area of the micropore formation region, the supply amount of the dispersed phase liquid supplied to the micropores 4a per unit time is defined as the area of the micropore formation region. The value divided by. The microhole part forming area is a rectangular area surrounded by a straight line in contact with the outer peripheral part of the microhole part 4a on the exit side surface of the microhole part 4a of the partition wall. For example, in the case where a plurality of microholes 4a are arranged and formed into a quadrangle as a whole, a rectangular region surrounded by a straight line in contact with the outer peripheral part of the outer microhole 4a is the microhole formation region. . Further, in the case where a plurality of minute hole portions 4a are arranged and formed in a circular shape or a triangular shape as a whole, the minute hole forming region is similarly determined so that the rectangular region has a minimum area.
微小孔部形成領域の単位面積当たりの分散相液体の供給量としては、3m3/m2・hr以上とすることができる。好ましくは20m3/m2・hr以上であり、より好ましくは40m3/m2・hr以上である。本実施形態では、連続相液体の流速が0.3〜10m/sであるため、分散相液体の供給量を増加させて生産性を高めても、乳化安定性を高めてエマルションの液滴径を均一化し、結果としてより均一な粒子径の球状粒子を得ることができる。The supply amount of the dispersed phase liquid per unit area of the micropore formation region can be 3 m 3 / m 2 · hr or more. Preferably it is 20 m 3 / m 2 · hr or more, more preferably 40 m 3 / m 2 · hr or more. In this embodiment, since the flow rate of the continuous phase liquid is 0.3 to 10 m / s, even if the supply amount of the dispersed phase liquid is increased to increase the productivity, the emulsion droplet size can be improved by improving the emulsion stability. As a result, spherical particles having a more uniform particle diameter can be obtained.
微小孔部形成領域の単位面積当たりの分散相液体の供給量の上限値としては、均一な粒子径の球状粒子を得るためには、300m3/m2・hr以下であることが好ましく、より好ましくは250m3/m2・hr以下である。The upper limit of the supply amount of the dispersed phase liquid per unit area of the micropore formation region is preferably 300 m 3 / m 2 · hr or less in order to obtain spherical particles having a uniform particle diameter, Preferably, it is 250 m 3 / m 2 · hr or less.
(固形化工程)
次に、球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化して球状粒子を形成する。この固形化工程では、エマルション液滴1個から球状粒子1個を形成することが好ましい。例えば、球状粒子前駆体を含むエマルション液滴をゲル化して、球状粒子を得る方法がある。(Solidification process)
Next, the emulsion droplets containing the spherical particle precursor are solidified to form spherical particles. In this solidification step, it is preferable to form one spherical particle from one emulsion droplet. For example, there is a method of obtaining spherical particles by gelling emulsion droplets containing spherical particle precursors.
この固形化工程としては、沈殿剤を添加して球状粒子前駆体を沈殿させる方法を用いることができる。沈殿剤としては、例えば、アルカリ金属のハロゲン化物あるいは炭酸塩、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩、アルカリ土類金属のハロゲン化物等を挙げることができる。具体的には、炭酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化カリウム、炭酸水素カリウム等の水溶液が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 As the solidification step, a method of adding a precipitant and precipitating the spherical particle precursor can be used. Examples of the precipitating agent include alkali metal halides or carbonates, inorganic acids, organic acids, ammonium salts of inorganic acids, ammonium salts of organic acids, alkaline earth metal halides, and the like. Specific examples include aqueous solutions of ammonium hydrogen carbonate, ammonium sulfate, potassium chloride, potassium hydrogen carbonate and the like, but are not limited thereto.
分散相液体中の球状粒子前駆体がケイ酸アルカリ又はシリカの場合は、エマルションをゲル化することにより、球状であるエマルション液滴はこの形状を保持したままゲル化され、球状のシリカヒドロゲルが得られる。ゲル化には、エマルション中にゲル化剤を導入するのが好ましい。ゲル化剤としては、無機酸や有機酸などの酸が用いられ、特に無機酸である硫酸、塩酸、硝酸、炭酸などが好ましい。操作の容易性などの点で、最も簡便で好ましいのは、炭酸ガスを用いる方法である。炭酸ガスは、100%濃度の純炭酸ガスを導入してもよいし、空気や不活性ガスで希釈した炭酸ガスを導入してもよい。ゲル化に要する時間は、通常1〜30分が好ましく、ゲル化時の温度は5〜30℃が好ましい。 When the spherical particle precursor in the dispersed phase liquid is alkali silicate or silica, the emulsion droplets that are spherical are gelled while maintaining this shape by gelling the emulsion to obtain a spherical silica hydrogel. It is done. For gelation, it is preferable to introduce a gelling agent into the emulsion. As the gelling agent, an acid such as an inorganic acid or an organic acid is used, and sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, carbonic acid, etc., which are inorganic acids, are particularly preferable. From the standpoint of ease of operation, the most simple and preferred method is a method using carbon dioxide gas. As the carbon dioxide, pure carbon dioxide having a concentration of 100% may be introduced, or carbon dioxide diluted with air or an inert gas may be introduced. The time required for gelation is usually preferably 1 to 30 minutes, and the temperature during gelation is preferably 5 to 30 ° C.
(回収工程)
次に、球状粒子を回収する。この回収工程では、固形化された球状粒子を連続相から分離することで球状粒子を回収することができる。好ましくは、球状粒子と連続相とを固液分離する。(Recovery process)
Next, the spherical particles are collected. In this recovery step, the spherical particles can be recovered by separating the solidified spherical particles from the continuous phase. Preferably, the spherical particles and the continuous phase are subjected to solid-liquid separation.
分散相液体中の球状粒子前駆体がケイ酸アルカリ又はシリカの場合は、ゲル化終了後に反応系を静置して、連続相とシリカヒドロゲルを含む分散相とに2相分離させてシリカヒドロゲルを分離するのが好ましい。連続相液体として飽和炭化水素を用いて分散相液体として水を用いた場合は、上層に連続相が、下層にシリカヒドロゲルを含む水性液状体相が分離するので、両者を公知の手段により分離する。その際には分離装置を用いて分離すると好ましい。 When the spherical particle precursor in the dispersed phase liquid is alkali silicate or silica, the reaction system is allowed to stand after the gelation is completed, and the silica hydrogel is separated into a continuous phase and a dispersed phase containing silica hydrogel. It is preferable to separate. When saturated hydrocarbon is used as the continuous phase liquid and water is used as the dispersed phase liquid, the continuous phase is separated in the upper layer and the aqueous liquid phase containing silica hydrogel is separated in the lower layer. . In that case, it is preferable to separate using a separation device.
シリカヒドロゲルの水スラリーは熟成処理することが好ましい。熟成処理では、所望により、硫酸などの酸を添加してpHを1〜5程度に調整してゲル化を完結させ、次に、60〜150℃、好ましくは80〜120℃の温度で水蒸気蒸留して当該水スラリー中に残留している僅かの飽和炭化水素を留出して除去し、さらにはpH7〜9程度の適当なpHで加温してシリカヒドロゲルの熟成を行う。 The aqueous slurry of silica hydrogel is preferably aged. In the aging treatment, if desired, an acid such as sulfuric acid is added to adjust the pH to about 1 to 5 to complete the gelation, and then steam distillation at a temperature of 60 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C. Then, a slight amount of saturated hydrocarbon remaining in the water slurry is distilled off and further heated at an appropriate pH of about pH 7-9 to age the silica hydrogel.
必要に応じて、上記の熟成処理を行った後、水スラリーをろ過してシリカヒドロゲルを得、これを100〜150℃程度の温度で、1〜30h程度乾燥することにより、シリカ球状粒子を得ることができる。 If necessary, after performing the above-mentioned aging treatment, the water slurry is filtered to obtain a silica hydrogel, which is dried at a temperature of about 100 to 150 ° C. for about 1 to 30 hours to obtain silica spherical particles. be able to.
なお、分散相液体の水性液体としてケイ酸アルカリ水溶液を用い、ゲル化剤として酸を用いた場合、アルカリ金属塩(例えばゲル化剤が炭酸であれば炭酸ナトリウムなど)を副生するので、この塩がシリカ球状粒子へ混入することを防止するため、ろ過した際のウエットケーキ(水分を含むシリカヒドロゲル)は十分水洗することが好ましい。場合によっては、水洗後のウエットケーキに再度水を添加してスラリーとして、再度ろ過、水洗を繰り返してもよい。なお、この際、所望により当該スラリーのpHを1〜5程度に調整して再度熟成する操作を行ってもよい。 In addition, when an alkali silicate aqueous solution is used as the aqueous liquid of the dispersed phase liquid and an acid is used as the gelling agent, an alkali metal salt (for example, sodium carbonate if the gelling agent is carbonic acid) is by-produced. In order to prevent the salt from being mixed into the silica spherical particles, it is preferable to sufficiently wash the wet cake (silica hydrogel containing water) when filtered. In some cases, water may be added again to the wet cake after washing to form a slurry to repeat filtration and washing again. At this time, if necessary, an operation of adjusting the pH of the slurry to about 1 to 5 and aging again may be performed.
O/Wエマルションの場合では、例えば、重合性モノマーを含む分散相液滴であるエマルション液滴を重合して固形化し、連続相である水性液体から回収することで、樹脂球状粒子を得ることができる。 In the case of an O / W emulsion, for example, emulsion droplets, which are dispersed phase droplets containing a polymerizable monomer, are polymerized and solidified, and recovered from an aqueous liquid that is a continuous phase, thereby obtaining resin spherical particles. it can.
(球状粒子の物性等)
得られる球状粒子の形状としては、球状であれば特に限定されず、真球体及び楕円体を含めた球状とすることができる。球状粒子の形状は、走査型電子顕微鏡等を用いて形状観察することで確認することができる。(Physical properties of spherical particles)
The shape of the obtained spherical particles is not particularly limited as long as it is spherical, and may be spherical including true spheres and ellipsoids. The shape of the spherical particles can be confirmed by observing the shape using a scanning electron microscope or the like.
得られる球状粒子は、D90/D10が1.8以下であることが好ましく、より好ましくは1.75以下であり、さらに好ましくは1.70以下である。ここで、D90は、90%体積換算粒子径であって、粒子の体積を粒子径の小さな側から積算していった場合に合計体積の90%となるときの粒子径であり、D10は、10%体積換算粒子径であって、同様に積算体積が10%となる粒子径である。球状粒子のD90及びD10は、ベックマンコールター社製のコールターカウンタを用いて測定した値である。 The obtained spherical particles preferably have a D90 / D10 of 1.8 or less, more preferably 1.75 or less, and still more preferably 1.70 or less. Here, D90 is a 90% volume conversion particle diameter, and is a particle diameter when the particle volume is 90% of the total volume when the volume of the particle is integrated from the smaller particle diameter side, D10 is The particle diameter is 10% by volume, and the particle diameter is similarly 10%. The spherical particles D90 and D10 are values measured using a Coulter counter manufactured by Beckman Coulter.
本実施形態によれば、分散相液体の供給量を増加させて生産性を高めた場合でも、球状粒子のD90/D10を1.8以下として、粒子径分布が狭くより均一な粒子径の球状粒子を提供することができる。 According to the present embodiment, even when the supply amount of the dispersed phase liquid is increased and the productivity is increased, the spherical particle D90 / D10 is set to 1.8 or less, the particle size distribution is narrow, and the spherical particle having a more uniform particle size. Particles can be provided.
本実施形態による製造方法は、球状シリカの体積換算平均粒子径(D50:50%体積換算粒子径)に制限なく、その効果を得ることができる。球状粒子のD50は、粒子の体積を粒子径の小さな側から積算していった場合に合計体積の50%となるときの粒子径であり、上記したD90及びD10と同様にして求めることができる。 The production method according to the present embodiment can obtain the effect without limitation on the volume-converted average particle diameter of spherical silica (D50: 50% volume-converted particle diameter). The D50 of the spherical particle is a particle diameter when the particle volume is 50% of the total volume when the volume of the particle is integrated from the smaller particle diameter side, and can be obtained in the same manner as D90 and D10 described above. .
本実施形態による製造方法に適した球状粒子の体積換算平均粒子径(D50)としては、10μm以上であり、より好ましくは15μm以上であり、さらに好ましくは20μm以上である。 The volume-converted average particle diameter (D50) of the spherical particles suitable for the production method according to the present embodiment is 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and further preferably 20 μm or more.
また、本実施形態による製造方法に適した球状粒子の体積換算平均粒子径(D50)としては、100μm以下であり、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは50μm以下である。 Further, the volume-converted average particle diameter (D50) of the spherical particles suitable for the production method according to the present embodiment is 100 μm or less, more preferably 80 μm or less, and further preferably 50 μm or less.
また、本実施形態の製造方法に適した球状粒子の細孔容積としては、特に制限されないが、0.1〜5cm3/gであり、より好ましくは0.5〜4cm3/gである。特に、本実施形態による製造方法は、多孔質シリカ球状粒子の製造に適している。As the pore volume of the spherical particles suitable for the production method of the present embodiment is not particularly limited, a 0.1 to 5 cm 3 / g, more preferably 0.5~4cm 3 / g. In particular, the manufacturing method according to the present embodiment is suitable for manufacturing porous silica spherical particles.
上記した製造方法によって得られる球状粒子は、例えば、トナー、断熱材、食品添加剤、医療用診断剤、塗料用フィラー、化粧品用フィラー、樹脂フィルム用フィラー、液晶用スペーサー、クロマトグラフィー用充填剤、触媒、触媒担体、樹脂充填剤、吸着剤、乾燥剤等に広く用いることができる。 The spherical particles obtained by the production method described above are, for example, toner, heat insulating material, food additive, medical diagnostic agent, filler for paint, filler for cosmetics, filler for resin film, spacer for liquid crystal, filler for chromatography, It can be widely used for catalysts, catalyst carriers, resin fillers, adsorbents, desiccants and the like.
本実施形態による球状粒子は、ほぼ真球状で粒子径が均一であるため、触媒担体の形状を反映したポリマー形状となるポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂を製造する際に、触媒担体として好ましく用いることができる。 Since the spherical particles according to the present embodiment are substantially spherical and have a uniform particle diameter, they are preferably used as a catalyst carrier when producing a resin such as polyethylene or polypropylene that has a polymer shape reflecting the shape of the catalyst carrier. it can.
(その他の実施形態)
本発明の他の実施形態による球状粒子の製造方法としては、隔壁で区画された流路中を流れる連続相液体に、隔壁に形成した微小孔部を通して、球状粒子前駆体を含む分散相液体を1孔当たり0.1〜5m/sの流速で押し出してエマルションを作製し、球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化し球状粒子を形成し、球状粒子を回収する球状粒子の製造方法であって、流路中を流れる連続相液体のレイノルズ数が500〜10000であることを特徴とする。(Other embodiments)
As a method for producing spherical particles according to another embodiment of the present invention, a dispersed phase liquid containing a spherical particle precursor is passed through a micropore formed in a partition wall into a continuous phase liquid flowing in a flow path partitioned by partition walls. This is a method for producing spherical particles in which an emulsion is produced by extruding at a flow rate of 0.1 to 5 m / s per hole, emulsion droplets containing spherical particle precursors are solidified to form spherical particles, and the spherical particles are recovered. The Reynolds number of the continuous phase liquid flowing in the flow path is 500 to 10,000.
本実施形態では、連続相液体の流速に制限されないで、流路中を流れる連続相液体のレイノルズ数を500〜10000とすることで、均一な球状粒子を高い生産性で得ることができる。 In this embodiment, without limiting to the flow rate of the continuous phase liquid, uniform spherical particles can be obtained with high productivity by setting the Reynolds number of the continuous phase liquid flowing in the flow channel to 500 to 10,000.
この場合、隔壁で区画された流路中を流れる連続相液体の流速が0.3〜10m/sであることが好ましい。さらに、隔壁で区画された流路の高さが200μm〜1mmであることが好ましい。 In this case, it is preferable that the flow rate of the continuous phase liquid flowing in the flow path partitioned by the partition wall is 0.3 to 10 m / s. Furthermore, the height of the flow path partitioned by the partition walls is preferably 200 μm to 1 mm.
上記した各条件の詳細、原料、得られる球状粒子の特性等は、上記した実施形態と共通する。 Details of each condition described above, raw materials, characteristics of the obtained spherical particles, and the like are common to the above-described embodiment.
以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
<分散相及び連続相の供給量及び界面活性剤濃度の試験>
以下の試験を通じて、分散相であるケイ酸ソーダ及び連続相であるn−デカンの供給量並びに界面活性剤濃度に関して、得られる球状粒子であるシリカ粒子の平均粒子径(D50)及びD90/D10を評価した。シリカ粒子の製造条件及び評価結果を表1に示す。
なお、以下の実施例等に使用した各乳化装置の設定条件を表4にまとめて示す。<Test of supply amount and surfactant concentration of dispersed phase and continuous phase>
Through the following tests, the average particle size (D50) and D90 / D10 of the silica particles, which are spherical particles, are obtained with respect to the supply amount of sodium silicate as a dispersed phase and n-decane as a continuous phase and the surfactant concentration. evaluated. The production conditions and evaluation results of the silica particles are shown in Table 1.
Table 4 summarizes the setting conditions of each emulsifying device used in the following examples and the like.
(実施例1)
「1.分散相及び連続相の調製」
分散相として、3号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、ケイ酸ナトリウム水溶液、Na2O/SiO2(モル比)=3.09)を水で薄めて、SiO2濃度を24質量%としたものを使用した。このときの密度は1315kg/m3であった。連続相の有機液体としてn−デカン(C10H22、密度730kg/m3)を使用した。また、あらかじめ、このn−デカンに界面活性剤としてモノオレイン酸ソルビタン(三洋化成工業株式会社製、イオネットS80)を0.3質量%溶解したものを準備した。Example 1
"1. Preparation of dispersed phase and continuous phase"
As a dispersed phase, No. 3 sodium silicate (manufactured by AGC S-Tech Co., Ltd., sodium silicate aqueous solution, Na 2 O / SiO 2 (molar ratio) = 3.09) was diluted with water to have a
「2.乳化装置A作製」
実施例1では、乳化装置Aを用いて乳化を行った。乳化装置Aの断面模式図は図1に示す通りである。また、乳化装置Aの設定条件を表4に示す。“2. Emulsification device A”
In Example 1, emulsification was performed using the emulsifier A. A schematic cross-sectional view of the emulsifier A is as shown in FIG. Table 4 shows the setting conditions of the emulsifier A.
乳化装置Aにおいて、ステンレス鋼板3は、厚さ600μmのSUS304製のシートに対し、流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mm×長さ74mmの1本の貫通加工部(3a)がエッチング加工されたものであり、すなわち幅3.0mm×高さ600μmの流路3aが形成されている。
In the emulsification apparatus A, the
ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aが加工されたものである。微小孔部4aは流路の中央部の2.61mm×37.9mmの面積(9.89×10−5m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が8μmである円形の貫通孔部4bが65μmピッチで23944個加工してある。The
ステンレス鋼板3の流路aが形成された面及びステンレス鋼板4の微小孔部4aが形成された面に撥水処理を施した。撥水処理は、溶媒可溶型フッ素樹脂(旭硝子株式会社製「サイトップ」)を溶媒(旭硝子株式会社製「CT−Solv100」)に溶解した溶液を、乾燥後の被覆厚が0.1μmになるようにディップコート法により被覆した。
Water repellent treatment was performed on the surface of the
このステンレス鋼板3とステンレス鋼板4とを図1のように重ね、分散相入口部7を有する分散相流路形成用のアクリル製部材2と、連続相入口部5及びエマルション出口部6のそれぞれの流路を有するアクリル製部材1とで挟み込み、乳化装置Aを作製した。乳化装置Aの4辺をクランプにて均等な力で締め付けて固定し、事前に水を供給することで漏洩がないことを確認した。
The
「3.エマルション作製」
上記「2」で作製した乳化装置Aを流路が水平方向になるように置いて使用し、連続相入口部5より上記「1」で調製した界面活性剤を溶解したn−デカンを、分散相入口部7より微小孔部4aを通して上記「1」で調製した3号ケイ酸ソーダを供給することで、3号ケイ酸ソーダが界面活性剤を溶解したn−デカン中に分散したW/O型エマルションを連続的に製造した。“3. Preparation of emulsion”
The emulsifier A prepared in the above “2” is used with the flow path in the horizontal direction, and the n-decane in which the surfactant prepared in the above “1” is dissolved is dispersed from the continuous phase inlet portion 5. By supplying the No. 3 sodium silicate prepared in the above “1” from the phase inlet portion 7 through the micropores 4a, No. 3 sodium silicate is dispersed in n-decane in which the surfactant is dissolved. A mold emulsion was continuously produced.
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり16.2L/hであり、流路における流れ方向の線速(流速)は2.5m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、下記式2aより、流路の動水半径:250μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ1967であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Aでは9.89×10−5m2)の単位面積あたり3.99L/h(40.3m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の線速(流速)は0.92m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 16.2 L / h per flow channel, and the linear velocity (flow velocity) in the flow direction in the flow channel was 2.5 m / s. The experiment was performed at room temperature. At this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the following formula 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 250 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s, 1967. Met. The amount of No. 3 sodium silicate supplied was 3.99 L / h (40.3 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (9.89 × 10 −5 m 2 in the emulsifying apparatus A). The linear velocity (flow velocity) in the flow direction per one hole (4b) of the microhole portion 4a was 0.92 m / s.
レイノルズ数(−)=4×r・u・ρ/μ・・・式2a。
ここで、rは流路動水半径(m)=流路の断面積(m2)/流路断面の流体に接する周長(m)であり、u(平均流速:m/s)、ρ(流体密度:kg/m3)、μ(流体粘度:Pa・s)である。平均流速uは、連続相の流路における流れ方向の流速である。Reynolds number (−) = 4 × r · u · ρ / μ Equation 2a.
Here, r is the flow path radius (m) = the cross-sectional area of the flow path (m 2 ) / the circumference of the flow path in contact with the fluid (m), u (average flow velocity: m / s), ρ (Fluid density: kg / m 3 ) and μ (fluid viscosity: Pa · s). The average flow velocity u is a flow velocity in the flow direction in the continuous phase flow path.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は2.7であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 2.7.
「4.ゲル化及び回収」
上記「3」で作製したW/O型エマルションを採取した後、撹拌しながら100質量%濃度の炭酸ガスを300mL/分の供給速度で15分間吹き込んでゲル化を行った。生成したシリカヒドロゲルに対し、水200mLを加えて10分間静置させた後、比重差により2相分離してシリカヒドロゲルの水スラリー(水相)を得た。次いで、得られたシリカヒドロゲルの水スラリーに0.1規定の硫酸水溶液を加え、25℃でpH2に調整して30分間静置した。次いで、ろ過及び水洗を行い、120℃で20時間乾燥することでシリカ多孔質球状体を得た。"4. Gelation and recovery"
After collecting the W / O type emulsion prepared in “3” above, gelation was performed by blowing carbon dioxide gas having a concentration of 100% by mass at a supply rate of 300 mL / min for 15 minutes while stirring. To the produced silica hydrogel, 200 mL of water was added and allowed to stand for 10 minutes, and then two phases were separated due to the difference in specific gravity to obtain an aqueous slurry (aqueous phase) of silica hydrogel. Next, a 0.1 N aqueous sulfuric acid solution was added to the resulting silica hydrogel water slurry, adjusted to
「5.形状確認」
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。“5. Shape confirmation”
The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタ(ベックマンコールター社製、以下同じ)にて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50:平均粒子径)は36.1μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.45であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Further, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter (manufactured by Beckman Coulter, the same shall apply hereinafter), the 50% volume equivalent particle diameter (D50: average particle diameter) was 36.1 μm, and the 90% volume equivalent particle diameter. The ratio (D90 / D10) of (D90) and 10% volume equivalent particle diameter (D10) was 1.45. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(実施例2)
界面活性剤の濃度を0.7質量%に変更した以外は、上記実施例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 2)
A W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as in Example 1 except that the surfactant concentration was changed to 0.7% by mass.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は36.2μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.43であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 36.2 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.43. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(実施例3)
界面活性剤の濃度を1.0質量%とした以外は、上記実施例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 3)
A W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as in Example 1 except that the surfactant concentration was 1.0% by mass.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は36.0μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.42であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 36.0 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.42. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(参考例1)
「1.分散相及び連続相の調製」
上記実施例1と同様にして分散相及び連続相を調製した。(Reference Example 1)
"1. Preparation of dispersed phase and continuous phase"
A dispersed phase and a continuous phase were prepared in the same manner as in Example 1.
「2.乳化装置B作製」
参考例1では、乳化装置Bを用いて乳化を行った。乳化装置Bの断面模式図は図1に示す通りである。また、乳化装置Bの設定条件を表4に示す。“2. Emulsification device B production”
In Reference Example 1, emulsification was performed using the emulsification apparatus B. A schematic cross-sectional view of the emulsifying device B is as shown in FIG. Table 4 shows the setting conditions of the emulsifier B.
乳化装置Bにおいて、ステンレス鋼板3は、厚さ200μmのSUS304製のシートに対し、流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mmの1本の貫通孔(3a)がエッチング加工されたものであり、すなわち幅3.0mm×高さ200μmの流路3aが形成されている。
In the emulsification apparatus B, the
ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aを有し、表面が疎水化処理されている。微小孔部4aは流路の中央部の2.72mm×22.9mmの面積(6.23×10−5m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が20μmである円形の貫通孔が100μmピッチで6440個加工してある。また、スレンレス鋼板3及び4は、上記乳化装置Aと同様に撥水処理を施した。The
このステンレス鋼板3とステンレス鋼板4とを図1のように重ね、分散相入口部7を有する分散相流路形成用のアクリル製部材2と、連続相入口部5及びエマルション出口部6のそれぞれの流路を有するアクリル製部材1とで挟み込み、乳化装置Bを作製した。乳化装置Bの4辺をクランプにて均等な力で締め付けて固定し、事前に水を供給することで漏洩がないことを確認した。
The
「3.エマルション作製」
上記「2」で作製した乳化装置Bを流路が水平方向になるように置いて使用し、連続相入口部5より上記「1」で調製した界面活性剤を溶解したn−デカンを、分散相入口部7より微小孔部4aを通して上記「1」で調製した3号ケイ酸ソーダを供給することで、3号ケイ酸ソーダが界面活性剤を溶解したn−デカン中に分散したW/O型エマルションを連続的に製造した。“3. Preparation of emulsion”
The emulsifier B prepared in the above “2” is used with the flow path in a horizontal direction, and the n-decane in which the surfactant prepared in the above “1” is dissolved is dispersed from the continuous phase inlet 5. By supplying the No. 3 sodium silicate prepared in the above “1” from the phase inlet portion 7 through the micropores 4a, No. 3 sodium silicate is dispersed in n-decane in which the surfactant is dissolved. A mold emulsion was continuously produced.
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり0.432L/hであり、流路における流れ方向の流速は0.20m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:93.8μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ59であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Bでは6.23×10−5m2)の単位面積あたり0.0142L/h(0.228m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.0020m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 0.432 L / h per flow path, and the flow velocity in the flow direction in the flow path was 0.20 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above formula 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 93.8 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s. However, it was 59. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 0.0142 L / h (0.228 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (6.23 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus B). ), And the flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the minute hole portion 4a was 0.0020 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は103であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 103.
「4.ゲル化及び回収」
上記実施例1と同様にしてゲル化及び回収を行った。"4. Gelation and recovery"
Gelation and recovery were performed in the same manner as in Example 1 above.
「5.形状確認」
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。“5. Shape confirmation”
The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は39.7μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.40であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 39.7 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.40. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(参考例2)
界面活性剤の濃度を0.7質量%に変更した以外は、参考例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Reference Example 2)
A W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as in Reference Example 1, except that the surfactant concentration was changed to 0.7% by mass.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は36.3μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.41であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 36.3 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.41. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(参考例3)
界面活性剤の濃度を1.0質量%とした以外は、参考例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Reference Example 3)
A W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as in Reference Example 1 except that the surfactant concentration was 1.0% by mass.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は34.6μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.40であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 34.6 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.40. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(比較例1)
比較例1では、以下の点を除いて、参考例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as in Reference Example 1, except for the following points.
n−デカンの供給量は1流路あたり4.32L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.0m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は590であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Bでは6.23×10−5m2)の単位面積あたり0.0142L/h(0.228m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.0020m/sであった。The supply amount of n-decane was 4.32 L / h per flow path, and the flow velocity in the flow direction in the flow path was 2.0 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 590. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 0.0142 L / h (0.228 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (6.23 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus B). ), And the flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the minute hole portion 4a was 0.0020 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は1025であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction in the microhole portion 4a of sodium silicate supplied from the microhole portion 4a was 1025.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は10.2μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.92であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 10.2 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.92. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
表1に示すとおり、実施例1〜3によれば、連続相の流速を増加させてレイノルズ数を大きくすることで、分散相の供給量を増加させて生産量を高めても、ほぼ真球状のシリカ粒子を得ることができた。また、このシリカ粒子は、D90/D10が小さく均一であった。参考例1〜3のように、連続相の流速が遅くレイノルズ数が小さい条件では、均一なシリカ粒子を得るためには分散相の供給量を少なくしなければならず、生産性を十分に高めることができなかった。また、比較例1のように連続相の流速が速く、レイノルズ数が大きい条件でも、分散相の供給量が少ないと均一なシリカ粒子は得られなかった。 As shown in Table 1, according to Examples 1 to 3, even when the flow rate of the continuous phase is increased to increase the Reynolds number, the supply amount of the disperse phase is increased to increase the production amount. Of silica particles could be obtained. The silica particles had a small D90 / D10 and were uniform. As in Reference Examples 1 to 3, under conditions where the flow rate of the continuous phase is slow and the Reynolds number is small, in order to obtain uniform silica particles, the supply amount of the dispersed phase must be reduced, and the productivity is sufficiently increased. I couldn't. Further, even when the flow rate of the continuous phase was high and the Reynolds number was large as in Comparative Example 1, uniform silica particles could not be obtained if the amount of dispersed phase supplied was small.
実施例1〜3から、界面活性剤の濃度が変化しても50%体積換算粒子径(D50)が一定であることがわかった。これは、連続相であるn−デカンの流速が速いため、分散相であるケイ酸ソーダを液滴化するためのせん断力が強く、界面活性剤の濃度の差異は、液滴化に対する影響が小さいためと考えられる。 From Examples 1 to 3, it was found that the 50% volume conversion particle diameter (D50) was constant even when the surfactant concentration was changed. This is because the flow rate of n-decane, which is a continuous phase, is high, so that the shearing force for forming droplets of sodium silicate, which is a dispersed phase, is strong, and the difference in surfactant concentration has an effect on droplet formation. It is thought that it is small.
参考例1〜3から、界面活性剤の濃度が減少すると50%体積換算粒子径(D50)が増大することが明らかとなった。これは、実施例1〜3とは逆に、n−デカンの流速が遅いためケイ酸ソーダを液滴化するためのせん断力が弱く、微小孔部4aから圧入されたケイ酸ソーダへの界面活性剤の濃度が液滴化に影響を及ぼす因子であるためと考えられる。 From Reference Examples 1 to 3, it was revealed that the 50% volume conversion particle diameter (D50) increases as the surfactant concentration decreases. This is contrary to Examples 1 to 3, since the flow rate of n-decane is slow, the shearing force for forming sodium silicate into droplets is weak, and the interface to the sodium silicate injected from the micropores 4a. This is presumably because the concentration of the activator is a factor that affects droplet formation.
<分散相及び連続相の供給量の試験>
以下の試験を通じて、分散相であるケイ酸ソーダ及び連続相であるn−デカンの供給量に関して、得られる球状粒子であるシリカ粒子の平均粒子径(D50)及びD90/D10を評価した。シリカ粒子の製造条件及び評価結果を表2に示す。<Test of supply amount of dispersed phase and continuous phase>
Through the following tests, the average particle diameter (D50) and D90 / D10 of the silica particles, which are spherical particles, were evaluated with respect to the supply amount of sodium silicate as a dispersed phase and n-decane as a continuous phase. The production conditions and evaluation results of the silica particles are shown in Table 2.
(実施例4)
「1.分散相及び連続相の調製」
分散相は、3号ケイ酸ソーダを水で薄めて、SiO2濃度を17質量%とした以外は実施例1と同様に調製した。このときの3号ケイ酸ソーダの密度は1215kg/m3であった。連続相は、実施例1と同様に調製した。Example 4
"1. Preparation of dispersed phase and continuous phase"
The dispersed phase was prepared in the same manner as in Example 1 except that No. 3 sodium silicate was diluted with water to make the
「2.乳化装置C作製」
実施例4では、乳化装置Cを用いて乳化を行った。乳化装置Cの断面模式図は図1に示す通りである。また、乳化装置Cの設定条件を表4に示す。"2. Production of emulsifier C"
In Example 4, emulsification was performed using the emulsification apparatus C. A schematic cross-sectional view of the emulsifier C is as shown in FIG. Table 4 shows the setting conditions of the emulsifier C.
乳化装置Cにおいて、ステンレス鋼板3は、厚さ600μmのSUS304製のシートに対し、流路(マイクロチャネル)に相当する幅1.7mm×長さ74mmの1本の貫通加工部(3a)がエッチング加工されたものであり、すなわち幅1.7mm×高さ600μmの流路3aが形成されている。
In the emulsification apparatus C, the
ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aを有し、表面が疎水化処理されたものである。微小孔部4aは流路の中央部の1.31mm×37.9mmの面積(4.96×10−5m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が12.7μmである円形の貫通孔部4bが100μmピッチで5320個加工してある。また、スレンレス鋼板3及び4は、上記乳化装置Aと同様に撥水処理を施した。The
このステンレス鋼板3とステンレス鋼板4とを図1のように重ね、分散相入口部7を有する分散相流路形成用のアクリル製部材2と、連続相入口部5及びエマルション出口部6のそれぞれの流路を有するアクリル製部材1とで挟み込み、乳化装置Cを作製した。乳化装置Cの4辺をクランプにて均等な力で締め付けて固定し、事前に水を供給することで漏洩がないことを確認した。
The
「3.エマルション作製」
上記「2」で作製した乳化装置Cを流路が水平方向になるようにに置いて使用し、連続相入口部5より上記「1」で調製した界面活性剤を溶解したn−デカンを、分散相入口部7より微小孔部4aを通して上記「1」で調製した3号ケイ酸ソーダを供給することで、3号ケイ酸ソーダが界面活性剤を溶解したn−デカン中に分散したW/O型エマルションを連続的に製造した。“3. Preparation of emulsion”
The emulsifying device C prepared in the above “2” is used so that the flow path is in the horizontal direction, and n-decane in which the surfactant prepared in the above “1” is dissolved from the continuous phase inlet portion 5 is used. By supplying the No. 3 sodium silicate prepared in the above “1” from the dispersed phase inlet 7 through the micropores 4a, the No. 3 sodium silicate is dispersed in n-decane in which the surfactant is dissolved. An O-type emulsion was continuously produced.
このときn−デカンの供給量は1流路あたり9.21L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.5m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:222μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ1752であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Cでは4.96×10−5m2)の単位面積あたり2.37L/h(47.7m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.0m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 9.21 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 2.5 m / s. The experiment was performed at room temperature. At this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above equation 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 222 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s, 1752. Met. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate was 2.37 L / h (47.7 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (4.96 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus C). The flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the microhole portion 4a was 1.0 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は2.6であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 2.6.
「4.ゲル化及び回収」
上記実施例1と同様にしてゲル化及び回収を行った。"4. Gelation and recovery"
Gelation and recovery were performed in the same manner as in Example 1 above.
「5.形状確認」
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。“5. Shape confirmation”
The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は30.4μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.42であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 30.4 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.42. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(実施例5)
実施例5では、以下の点を除いて、実施例4と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 5)
In Example 5, production of W / O emulsion, gelation, and recovery were performed in the same manner as in Example 4 except for the following points.
このときn−デカンの供給量は1流路あたり4.19L/hであり、流路における流れ方向の流速は1.1m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は768であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域の単位面積あたり2.47L/h(49.7m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.0m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 4.19 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 1.1 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 768. In addition, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 2.47 L / h (49.7 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region, and per 1 hole (4b) of the micropore 4a. The flow velocity in the flow direction was 1.0 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は1.1であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 1.1.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は43.8μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.77であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は0.9cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 43.8 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.77. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 0.9 cm 3 / g.
(実施例6)
実施例6では、以下の点を除いて、実施例4と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 6)
In Example 6, production of W / O emulsion, gelation, and recovery were performed in the same manner as in Example 4 except for the following points.
このときn−デカンの供給量は1流路あたり18.4L/hであり、流路における流れ方向の流速は5.0m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は3500であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域の単位面積あたり2.47L/h(49.7m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.0m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 18.4 L / h per flow path, and the flow velocity in the flow direction in the flow path was 5.0 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 3,500. In addition, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 2.47 L / h (49.7 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region, and per 1 hole (4b) of the micropore 4a. The flow velocity in the flow direction was 1.0 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は4.9であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 4.9.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は20.9μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.57であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 20.9 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.57. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(実施例7)
実施例7では、以下の点を除いて、実施例4と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 7)
In Example 7, except for the following points, a W / O emulsion was produced, gelled, and recovered in the same manner as in Example 4.
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり22.2L/hであり、流路における流れ方向の流速は6.0m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は4223であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域の単位面積あたり2.45L/h(49.3m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.0m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 22.2 L / h per flow path, and the flow velocity in the flow direction in the flow path was 6.0 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 4223. In addition, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 2.45 L / h (49.3 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region, and per 1 hole (4b) of the micropore 4a. The flow velocity in the flow direction was 1.0 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は6.0であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 6.0.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は16.8μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.74であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は0.9cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 16.8 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.74. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 0.9 cm 3 / g.
(実施例8)
実施例8では、以下の点を除いて、実施例4と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。(Example 8)
In Example 8, except for the following points, W / O emulsion was prepared, gelled, and recovered in the same manner as Example 4.
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり10.9L/hであり、流路における流れ方向の流速は3.0m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は2074であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域の単位面積あたり5.98L/h(120m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は2.5m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 10.9 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 3.0 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 2074. Further, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 5.98 L / h (120 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region, and the flow per one hole (4b) of the micropore 4a. The flow velocity in the direction was 2.5 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は1.2であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 1.2.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は30.9μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.60であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 30.9 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.60. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(参考例4)
「1.分散相及び連続相調製」
分散相として、3号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、Na2O/SiO2(モル比)=3.09)を水で薄めて、SiO2濃度を24.4質量%としたものを使用した。このときの密度は1320kg/m3であった。連続相の有機液体としてイソノナン(C9H20、密度730kg/m3)を使用した。また、あらかじめ、このイソノナンに界面活性剤としてモノオレイン酸ソルビタン(三洋化成工業株式会社製、イオネットS80)を0.5質量%溶解したものを準備した。(Reference Example 4)
“1. Preparation of dispersed phase and continuous phase”
As the dispersed phase, No. 3 sodium silicate (manufactured by AGC S-Tech Co., Ltd., Na 2 O / SiO 2 (molar ratio) = 3.09) was diluted with water to make the
「2.乳化装置D作製」
参考例4では、乳化装置Dを用いて乳化を行った。乳化装置Dの断面模式図は図1に示す通りである。また、乳化装置Dの設定条件を表4に示す。“2. Emulsification device D production”
In Reference Example 4, emulsification was performed using the emulsification apparatus D. A schematic cross-sectional view of the emulsifying device D is as shown in FIG. Table 4 shows the setting conditions of the emulsifying device D.
乳化装置Dにおいて、ステンレス鋼板3は、厚さ400μmのSUS304製のシートに対し、流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mm×長さ74mmの1本の貫通加工部(3a)がエッチング加工されたものであり、すなわち幅3.0mm×高さ600μmの流路3aが形成されている。
In the emulsification apparatus D, the
ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aを有し、表面が疎水化処理されたものである。微小孔部4aは流路の中央部の2.73mm×22.9mmの面積(6.25×10−5m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が30μmである円形の貫通孔部4bが100μmピッチで6440個加工してある。また、スレンレス鋼板3及び4は、上記乳化装置Aと同様に撥水処理を施した。The
このステンレス鋼板3とステンレス鋼板4とを図1のように重ね、分散相入口部7を有する分散相流路形成用のアクリル製部材2と、連続相入口部5及びエマルション出口部6のそれぞれの流路を有するアクリル製部材1とで挟み込み、乳化装置Dを作製した。乳化装置Dの4辺をクランプにて均等な力で締め付けて固定し、事前に水を供給することで漏洩がないことを確認した。
The
「3.エマルション作製」
上記「2」で作製した乳化装置Dを流路が水平方向になるように置いて使用し、連続相入口部5より上記「1」で調製した界面活性剤を溶解したイソノナンを、分散相入口部7より微小孔部4aを通して上記「1」で調製した3号ケイ酸ソーダを供給することで、3号ケイ酸ソーダが界面活性剤を溶解したイソノナン中に分散したW/O型エマルションを連続的に製造した。“3. Preparation of emulsion”
The emulsifying device D produced in the above “2” is used with the flow path being in the horizontal direction, and the isononane prepared by dissolving the surfactant prepared in the above “1” from the continuous phase inlet portion 5 is added to the dispersed phase inlet. By supplying the No. 3 sodium silicate prepared in the above “1” from the part 7 through the micropores 4a, the No. 3 sodium silicate continuously has a W / O emulsion dispersed in isononane in which the surfactant is dissolved. Manufactured.
このときイソノナンの供給量は1流路あたり1.35L/hであり、流路における流れ方向の流速は0.31m/sであった。実験は常温で行い、このとき、イソノナンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:176μm、粘度:7.5×10−4Pa・sから計算したところ214であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Dでは6.25×10−5m2)の単位面積あたり0.0322L/h(0.515m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.0020m/sであった。At this time, the supply amount of isononane was 1.35 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 0.31 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the Reynolds number of the flow of isononane was 214 calculated from the above equation 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 176 μm and the viscosity: 7.5 × 10 −4 Pa · s. It was. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 0.0322 L / h (0.515 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (6.25 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus D). ), And the flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the minute hole portion 4a was 0.0020 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、イソノナンの流れ方向の流速の比は159であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of isononane to the flow rate in the flow direction in the microhole portion 4a of sodium silicate supplied from the micropore portion 4a was 159.
「4.ゲル化及び回収」
上記実施例1と同様にしてゲル化及び回収を行った。"4. Gelation and recovery"
Gelation and recovery were performed in the same manner as in Example 1 above.
「5.形状確認」
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。“5. Shape confirmation”
The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は49.8μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.40であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 49.8 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.40. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(比較例2)
比較例2では、以下の点を除いて、実施例4と同様にしてW/Oエマルションの作製を行った。(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a W / O emulsion was prepared in the same manner as in Example 4 except for the following points.
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり0.730L/hであり、流路における流れ方向の流速は0.20m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は139であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域の単位面積あたり2.47L/h(49.7m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.0m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 0.730 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 0.20 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the calculated value of the Reynolds number of the flow of n-decane was 139. In addition, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 2.47 L / h (49.7 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region, and per 1 hole (4b) of the micropore 4a. The flow velocity in the flow direction was 1.0 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は0.19であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 0.19.
上記した条件では、目視で確認できるほどの粗大なエマルションが生成したため、乳化不良と判断し、ゲル化及び回収を行わなかった。 Under the conditions described above, a coarse emulsion that could be visually confirmed was generated, so it was determined that emulsification was poor, and gelation and recovery were not performed.
表2に示すとおり、実施例4〜8によれば、連続相であるn−デカンの流速を1.1〜6.0m/sとし、分散相であるケイ酸ソーダの流速を1.0〜2.5として、レイノルズ数が768〜4223の条件化においても、ほぼ真球状で、D90/D10が小さく粒子径が均一なシリカ粒子を得ることができた。 As shown in Table 2, according to Examples 4 to 8, the flow rate of n-decane which is a continuous phase is 1.1 to 6.0 m / s, and the flow rate of sodium silicate which is a dispersed phase is 1.0 to Even when the Reynolds number was 2.5 to 768 to 4223, silica particles having a substantially spherical shape, a small D90 / D10, and a uniform particle diameter could be obtained.
実施例6及び7のような高レイノルズ数条件下でも、D90/D10が1.8以下を満たす均一な粒子径のシリカ粒子を高い生産性で得ることができた。また、実施例8のように、分散相の流速をさらに高めても、D90/D10が小さく粒子径が均一なシリカ粒子を得ることができた。 Even under the high Reynolds number conditions as in Examples 6 and 7, silica particles having a uniform particle diameter satisfying D90 / D10 of 1.8 or less could be obtained with high productivity. Further, as in Example 8, even when the flow rate of the dispersed phase was further increased, silica particles having a small D90 / D10 and a uniform particle diameter could be obtained.
参考例4では、D90/D10が小さく粒子径が均一なシリカ粒子が得られているが、連続相及び分散相の流速が低く、また、レイノルズ数が小さく、分散相の供給量が少なく、生産性が低下した。 In Reference Example 4, silica particles having a small D90 / D10 and a uniform particle diameter are obtained, but the flow rates of the continuous phase and the dispersed phase are low, the Reynolds number is small, the supply amount of the dispersed phase is small, and the production is performed. Decreased.
比較例2では、エマルション液滴が粗大化して乳化不良となった。これは、連続相であるn−デカンの流速が低く、微小孔部4aの出口側でせん断力を十分に得られなかったため、微小孔部4aから圧入されたケイ酸ソーダが液滴になる前に、微小孔部4aが形成された隔壁とこの隔壁に対向する隔壁に到達し、粗大なエマルション液滴が生成したと考えられる。 In Comparative Example 2, the emulsion droplets became coarse and poorly emulsified. This is because the flow rate of n-decane, which is a continuous phase, is low, and a sufficient shearing force cannot be obtained on the outlet side of the micropore 4a, so that the sodium silicate injected from the micropore 4a becomes droplets. In addition, it is considered that coarse emulsion droplets were generated by reaching the partition wall in which the micropores 4a were formed and the partition wall facing this partition wall.
<流路の高さの試験>
以下の実施例9〜10の試験を通じて、流路の高さに関して、得られる球状粒子であるシリカ粒子の平均粒子径(D50)及びD90/D10を評価した。シリカ粒子の製造条件及び評価結果を実施例1および後述の実施例11の評価結果と合わせて表3に示す。<Test of flow path height>
Through the tests of Examples 9 to 10 below, the average particle diameter (D50) and D90 / D10 of silica particles, which are spherical particles, were evaluated with respect to the height of the flow path. The production conditions and evaluation results of the silica particles are shown in Table 3 together with the evaluation results of Example 1 and Example 11 described later.
(実施例9)
実施例9では、上記乳化装置Aにおいて流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mm×長さ74mmの1本の貫通加工部(3a)をエッチング加工してあるステンレス鋼板3を、厚さ400μmのSUS304製のシートに変更した乳化装置A*を用いて、以下の点を除いては、実施例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。すなわち、実施例9では、実施例1で用いた乳化装置Aにおいて流路の高さを400μmとした。乳化装置A*の設定条件を表4に示す。Example 9
In Example 9, in the emulsification apparatus A, the
このとき、n−デカンの供給量は1流路あたり10.7L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.5m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:176μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ1372であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置A*では9.89×10−5m2)の単位面積あたり3.94L/h(39.8m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.91m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 10.7 L / h per flow path, and the flow velocity in the flow direction in the flow path was 2.5 m / s. The experiment was performed at room temperature. At this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above equation 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 176 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s 1372. Met. The amount of No. 3 sodium silicate supplied was 3.94 L / h (39.8 m 3 / m 2 · 3 ) per unit area of the micropore formation region (9.89 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus A * ). h), and the flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the minute hole portion 4a was 0.91 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は2.7であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 2.7.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は28.4μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.48であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 28.4 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.48. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
(実施例10)
実施例10では、上記乳化装置Aにおいて流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mmの1本の貫通孔(3a)をエッチング加工してあるステンレス鋼板3を、厚さ800μmのSUS304製のシートに変更した乳化装置A**を用いて、以下の点を除いては、実施例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。すなわち、実施例10では、実施例1で用いた乳化装置Aにおいて流路の高さを800μmとした。乳化装置A**の設定条件を表4に示す。(Example 10)
In Example 10, a
このときn−デカンの供給量は1流路あたり21.3L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.5m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:316μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ2451であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置A**では9.89×10−5m2)の単位面積あたり4.03L/h(40.7m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.93m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 21.3 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 2.5 m / s. The experiment was performed at room temperature. At this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above formula 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 316 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s 2451. Met. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 4.03 L / h (40.7 m 3 / m 2 ) per unit area of the micropore formation region (9.89 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus A ** ). H), and the flow velocity in the flow direction per hole (4b) of the microhole portion 4a was 0.93 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は2.6であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the micropores 4a was 2.6.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は39.3μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.46であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 39.3 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.46. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
表3に示すとおり、実施例1、9及び10によれば、流路の高さを変更しても、ほぼ真球状で、D90/D10が小さく粒子径が均一なシリカ粒子を得ることができた。 As shown in Table 3, according to Examples 1, 9 and 10, silica particles having a substantially spherical shape, a small D90 / D10, and a uniform particle diameter can be obtained even if the height of the flow path is changed. It was.
<循環回数の試験>
以下の試験を通じて、連続相の循環回数に関して、得られる球状粒子であるシリカ粒子の平均粒子径(D50)及びD90/D10を評価した。シリカ粒子の製造条件及び評価結果を表3に併せて示す。<Circulation number test>
Through the following tests, the average particle diameter (D50) and D90 / D10 of the silica particles, which are spherical particles, were evaluated with respect to the number of circulations of the continuous phase. The production conditions and evaluation results of the silica particles are also shown in Table 3.
(実施例11)
「1.分散相及び連続相の調製」
実施例1と同様に分散相及び連続相を調製した。(Example 11)
"1. Preparation of dispersed phase and continuous phase"
A dispersed phase and a continuous phase were prepared in the same manner as in Example 1.
「2−1.乳化装置作製」
実施例1と同様に乳化装置Aを作製した。"2-1. Production of emulsifying device"
An emulsification apparatus A was produced in the same manner as in Example 1.
「2−2.試験設備作製」
連続相を循環させるための試験設備の概略図を図3に示す。“2-2. Test equipment production”
A schematic diagram of a test facility for circulating the continuous phase is shown in FIG.
図3に示す試験設備では、上記「2」で作製した乳化装置8を流路が水平方向になるように置き、エマルション出口部6の垂直下方にエマルション受槽9を配置した。エマルション受槽9の側面に備え付けたノズルと連続相供給槽11の側面に備え付けたノズルをフッ素樹脂チューブで連結した。連続相供給槽11の底面近くまでフッ素樹脂チューブを差し込み、ギアポンプを介して乳化装置8と接続した。また分散相供給槽12を設置し、こちらも底面近くまでフッ素樹脂チューブを差し込み、ギアポンプを介して乳化装置8と接続した。 In the test facility shown in FIG. 3, the emulsifying device 8 produced in the above “2” is placed so that the flow path is in the horizontal direction, and the emulsion receiving tank 9 is arranged vertically below the emulsion outlet portion 6. The nozzle provided on the side surface of the emulsion receiving tank 9 and the nozzle provided on the side surface of the continuous phase supply tank 11 were connected by a fluororesin tube. A fluororesin tube was inserted to the bottom of the continuous phase supply tank 11 and connected to the emulsifying device 8 via a gear pump. In addition, a dispersed phase supply tank 12 was installed, and a fluororesin tube was also inserted to the vicinity of the bottom surface, and connected to the emulsifying device 8 via a gear pump.
「3.エマルション作製」
連続相供給槽11に上記「1」で調製した界面活性剤入りn−デカンを8L張り込んだ。n−デカンの供給量は実施例1と同様に1流路あたり16.2L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.5m/sであった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Aでは9.89×10−5m2)の単位面積あたり3.99L/h(40.3m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.92m/sであった。実験は常温で行い、このときのn−デカンの流れのレイノルズ数の計算値は1967であった。エマルション出口部6から排出されたエマルションはエマルション受槽9に溜めて、静置させることでエマルションとn−デカンに二相分離させた。上澄みのn−デカンは連続相供給槽11に送られ、再度乳化のための連続相として使用した。エマルション受槽9で二相分離されたエマルションは随時エマルション抜出し出口部10から抜出した。“3. Preparation of emulsion”
8 L of the surfactant-containing n-decane prepared in the above “1” was put into the continuous phase supply tank 11. The supply amount of n-decane was 16.2 L / h per flow channel as in Example 1, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 2.5 m / s. The amount of No. 3 sodium silicate supplied was 3.99 L / h (40.3 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (9.89 × 10 −5 m 2 in the emulsifying apparatus A). The flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the microhole portion 4a was 0.92 m / s. The experiment was performed at room temperature, and the calculated value of the Reynolds number of the n-decane flow at this time was 1967. The emulsion discharged from the emulsion outlet 6 was stored in an emulsion receiving tank 9 and allowed to stand to cause two-phase separation into an emulsion and n-decane. The supernatant n-decane was sent to the continuous phase supply tank 11 and used again as a continuous phase for emulsification. The emulsion separated in two phases in the emulsion receiving tank 9 was extracted from the
n−デカン、3号ケイ酸ソーダの供給は合計で12時間行った。このときn−デカンは約24回繰り返し使用した。 The supply of n-decane and No. 3 sodium silicate was carried out for a total of 12 hours. At this time, n-decane was repeatedly used about 24 times.
「4.ゲル化及び回収」
エマルション出口部6から抜き出したエマルションについて、上記実施例1と同様にしてゲル化及び回収を行った。"4. Gelation and recovery"
About the emulsion extracted from the emulsion exit part 6, it gelatinized and collect | recovered similarly to the said Example 1. FIG.
「5.形状確認」
12時間経過時のエマルションを採取し、ゲル化後に形状確認を行ったところ、真球状であることが確認された。“5. Shape confirmation”
When the emulsion after 12 hours was collected and the shape was confirmed after gelation, it was confirmed to be spherical.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は36.5μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.43であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 36.5 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.43. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
表3に示すとおり、実施例1及び11から、連続相であるn−デカンを繰り返し使用してもD50やD90/D10にほとんど変化がないことがわかった。 As shown in Table 3, from Examples 1 and 11, it was found that there was almost no change in D50 or D90 / D10 even when n-decane as a continuous phase was repeatedly used.
<シリカ球状粒子の微小化試験>
(実施例12)
実施例12では、上記乳化装置Aにおいて流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mmの1本の貫通孔(3a)をエッチング加工してあるステンレス鋼板3を、厚さ200μmのSUS304製のシートに変更した乳化装置Eを用いて、以下の点を除いては、実施例1と同様にしてW/Oエマルションの作製、ゲル化及び回収を行った。分散相は、SiO2濃度が21.5質量%となるように3号珪酸ソーダを水で薄めて調製した。また、ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aを有し、表面が疎水化処理されている。微小孔部4aは流路の中央部の2.63mm×38.3mmの面積(1.01×10−4m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が7μmである円形の貫通孔が57μmピッチで31584個加工してある。乳化装置Eの設定条件を表4に示す。<Small size test of spherical silica particles>
Example 12
In Example 12, the
このときn−デカンの供給量は1流路あたり13.2L/hであり、流路における流れ方向の流速は6.1m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:93.8μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ1804であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Eでは1.01×10−4m2)の単位面積あたり2.40L/h(23.8m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は0.55m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 13.2 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 6.1 m / s. The experiment was performed at room temperature, and at this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above formula 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 93.8 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s. It was 1804. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 2.40 L / h (23.8 m 3 / m 2 · h) per unit area of the micropore formation region (1.01 × 10 −4 m 2 in the emulsification apparatus E). The flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the microhole portion 4a was 0.55 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は11.1であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 11.1.
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。 The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は10.1μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.66であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は1.0cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume conversion particle diameter (D50) was 10.1 μm, the 90% volume conversion particle diameter (D90) and the 10% volume conversion particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.66. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 1.0 cm 3 / g.
<高細孔容積シリカ多孔質球状体作製の試験>
以下の試験を通じて、高細孔容積シリカ多孔質球状体作製に関して、得られる球状粒子であるシリカ粒子の平均粒子径(D50)及びD90/D10を評価した。<Test for production of high pore volume silica porous sphere>
Through the following tests, the average particle diameter (D50) and D90 / D10 of the silica particles, which are the spherical particles obtained, were evaluated for the production of high pore volume silica porous spheres.
(実施例13)
「1.分散相及び連続相の調製」
分散相は、SiO2濃度が10質量%、硫酸ナトリウム濃度が8.5%となるように3号珪酸ソーダと硫酸ナトリウム水溶液を混合して調製した。このときの3号ケイ酸ソーダの密度は1150kg/m3であった。連続相は、実施例1と同様に調製した。(Example 13)
"1. Preparation of dispersed phase and continuous phase"
The dispersed phase was prepared by mixing No. 3 sodium silicate and an aqueous sodium sulfate solution so that the SiO2 concentration was 10% by mass and the sodium sulfate concentration was 8.5%. The density of No. 3 sodium silicate at this time was 1150 kg / m 3 . The continuous phase was prepared as in Example 1.
「2.乳化装置F作製」
実施例13では、乳化装置Fを用いて乳化を行った。乳化装置Fの断面模式図は図1に示す通りである。また、乳化装置Fの設定条件を表4に示す。"2. Emulsification device F"
In Example 13, emulsification was performed using the emulsifier F. A schematic cross-sectional view of the emulsifying device F is as shown in FIG. Table 4 shows the setting conditions of the emulsifying device F.
乳化装置Fにおいて、ステンレス鋼板3は、厚さ600μmのSUS304製のシートに対し、流路(マイクロチャネル)に相当する幅3.0mm×長さ74mmの1本の貫通加工部(3a)がエッチング加工されたものであり、すなわち幅3.0mm×高さ600μmの流路3aが形成されている。
In the emulsification apparatus F, the
ステンレス鋼板4は、厚さ50μmのSUS304製のシートに対し、ステンレス鋼板3と重ね合わせた際に流路3aの中央部に微小孔部4aが重なるような位置に微小孔部4aを有し、表面が疎水化処理されたものである。微小孔部4aは流路の中央部の2.61mm×37.9mmの面積(9.89×10−5m2)に、出口側(下側、すなわちステンレス鋼板3側)の孔径が12.7μmである円形の貫通孔部4bが100μmピッチで10260個加工してある。また、スレンレス鋼板3及び4は、上記乳化装置Aと同様に撥水処理を施した。The
このステンレス鋼板3とステンレス鋼板4とを図1のように重ね、分散相入口部7を有する分散相流路形成用のアクリル製部材2と、連続相入口部5及びエマルション出口部6のそれぞれの流路を有するアクリル製部材1とで挟み込み、乳化装置Fを作製した。乳化装置Fの4辺をクランプにて均等な力で締め付けて固定し、事前に水を供給することで漏洩がないことを確認した。
The
「3.エマルション作製」
上記「2」で作製した乳化装置Fを流路が水平方向になるようにに置いて使用し、連続相入口部5より上記「1」で調製した界面活性剤を溶解したn−デカンを、分散相入口部7より微小孔部4aを通して上記「1」で調製した3号ケイ酸ソーダを供給することで、3号ケイ酸ソーダが界面活性剤を溶解したn−デカン中に分散したW/O型エマルションを連続的に製造した。“3. Preparation of emulsion”
The emulsifying device F produced in the above “2” is used so that the flow path is in the horizontal direction, and n-decane in which the surfactant prepared in the above “1” is dissolved from the continuous phase inlet portion 5 is used. By supplying the No. 3 sodium silicate prepared in the above “1” from the dispersed phase inlet 7 through the micropores 4a, the No. 3 sodium silicate is dispersed in n-decane in which the surfactant is dissolved. An O-type emulsion was continuously produced.
このときn−デカンの供給量は1流路あたり14.8L/hであり、流路における流れ方向の流速は2.3m/sであった。実験は常温で行い、このとき、n−デカンの流れのレイノルズ数は、上記式2aより、流路の動水半径:250μm、粘度:9.28×10−4Pa・sから計算したところ1797であった。また、3号ケイ酸ソーダの供給量は微小孔部形成領域(乳化装置Fでは9.89×10−5m2)の単位面積あたり5.01L/h(50.6m3/m2・h)であり、微小孔部4aの1孔(4b)あたりの流れ方向の流速は1.1m/sであった。At this time, the supply amount of n-decane was 14.8 L / h per flow channel, and the flow velocity in the flow direction in the flow channel was 2.3 m / s. The experiment was performed at room temperature. At this time, the Reynolds number of the flow of n-decane was calculated from the above formula 2a from the hydrodynamic radius of the flow path: 250 μm and the viscosity: 9.28 × 10 −4 Pa · s, 1797. Met. Moreover, the supply amount of No. 3 sodium silicate is 5.01 L / h (50.6 m 3 / m 2 · h per unit area of the micropore formation region (9.89 × 10 −5 m 2 in the emulsification apparatus F)). The flow velocity in the flow direction per one hole (4b) of the microhole portion 4a was 1.1 m / s.
このとき、微小孔部4aから供給されるケイ酸ソーダの微小孔部4aでの流れ方向の流速に対する、n−デカンの流れ方向の流速の比は2.1であった。 At this time, the ratio of the flow rate in the flow direction of n-decane to the flow rate in the flow direction of the sodium silicate micropores 4a supplied from the microholes 4a was 2.1.
「4.ゲル化及び熟成」
上記「3」で作製したW/O型エマルションを300ml採取した後、液温度を10℃になるまで冷却し、撹拌しながら100質量%濃度の炭酸ガスを100mL/分の供給速度で25分間吹き込んでゲル化を行った。生成したシリカヒドロゲルに対し、水200mLを加えて10分間静置させた後、比重差により2相分離してシリカヒドロゲルの水スラリー(水相)を得た。得られたシリカヒドロゲルの水スラリーをろ過して、イオン交換水2Lで洗浄した後、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pH9とした。次いで、熟成工程として93℃に昇温後、1時間攪拌した。"4. Gelation and aging"
After collecting 300 ml of the W / O type emulsion prepared in “3” above, the solution temperature is cooled to 10 ° C., and carbon dioxide gas having a concentration of 100% by mass is blown in at a supply rate of 100 mL / min for 25 minutes while stirring. Gelation was performed. To the produced silica hydrogel, 200 mL of water was added and allowed to stand for 10 minutes, and then two phases were separated due to the difference in specific gravity to obtain an aqueous slurry (aqueous phase) of silica hydrogel. The obtained silica hydrogel water slurry was filtered and washed with 2 L of ion-exchanged water, and 1N aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 9. Then, as a ripening step, the mixture was heated to 93 ° C. and stirred for 1 hour.
「5.洗浄および回収」
上記「4」で熟成をかけた水スラリーに0.1既定の硫酸を添加し、pH2とした。次いで水スラリーをろ過して、イオン交換水2Lで洗浄した後、最終的にイオン交換水を加えて10%スラリーとした。このシリカスラリーをスプレードライ乾燥機(日本ビュッヒ製ミニスプレードライヤーB290)にて200℃で乾燥し、球状シリカ粉体を得た。"5. Cleaning and recovery"
0.1 predetermined sulfuric acid was added to the water slurry aged in the above “4” to adjust the pH to 2. Next, the water slurry was filtered, washed with 2 L of ion exchange water, and finally ion exchange water was added to make a 10% slurry. This silica slurry was dried at 200 ° C. with a spray dryer (Nibuchi Mini Spray Dryer B290) to obtain spherical silica powder.
「6.形状確認」
得られたシリカ多孔質球状体は走査型電子顕微鏡写真よりほぼ真球状であることが確認された。“6. Shape confirmation”
The obtained porous silica spherical body was confirmed to be almost spherical from a scanning electron micrograph.
また、このシリカ多孔質球状体をコールターカウンタにて測定したところ、50%体積換算粒子径(D50)は27.4μm、90%体積換算粒子径(D90)と10%体積換算粒子径(D10)の比(D90/D10)は1.37であった。また、窒素吸着法により測定した細孔容積は2.6cm3/gであった。Moreover, when this silica porous spherical body was measured with a Coulter counter, the 50% volume equivalent particle diameter (D50) was 27.4 μm, the 90% volume equivalent particle diameter (D90) and the 10% volume equivalent particle diameter (D10). The ratio (D90 / D10) was 1.37. The pore volume measured by the nitrogen adsorption method was 2.6 cm 3 / g.
表4に、上記試験に用いた乳化装置A〜F、A*、A**の詳細をまとめて示す。Table 4 summarizes the details of the emulsifiers A to F, A * , and A ** used in the above test.
本発明に係る球状粒子の製造方法は、粒子径分布の狭い球状粒子を高い生産性で提供することができ、様々な分野に利用することが可能である。例えば、トナー、断熱材、食品添加剤、医療用診断剤、塗料用フィラー、化粧品用フィラー、樹脂フィルム用フィラー、液晶用スペーサー、クロマトグラフィー用充填剤、触媒、触媒担体、樹脂充填剤、吸着剤、乾燥剤等に用いることができる。
なお、2012年12月28日に出願された日本特許出願2012−286913号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。The method for producing spherical particles according to the present invention can provide spherical particles having a narrow particle size distribution with high productivity and can be used in various fields. For example, toner, heat insulating material, food additive, medical diagnostic agent, paint filler, cosmetic filler, resin film filler, liquid crystal spacer, chromatography filler, catalyst, catalyst carrier, resin filler, adsorbent It can be used as a desiccant and the like.
The entire contents of the specification, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2012-286913 filed on Dec. 28, 2012 are cited here as disclosure of the specification of the present invention. Incorporated.
1 アクリル樹脂製部材
2 アクリル樹脂製部材
3 ステンレス鋼板
3a 流路
4 ステンレス鋼板
4a 微小孔部
4b 貫通孔部
5 連続相入口部
6 エマルション出口部
7 分散相入口部
8 乳化装置
9 エマルション受槽
10 エマルション抜出し出口部
11 連続相供給槽
12 分散相供給槽DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記球状粒子前駆体を含むエマルション液滴を固形化して球状粒子を形成する工程、及び
前記球状粒子を回収する工程を含む、球状粒子の製造方法。 The compartmentalized flow path in a continuous phase liquid flowing at a flow rate not less than than 10 m / s to 2.0 m / s with a septum, through the minute holes formed in the partition wall, the dispersed phase liquid containing spherical particle precursor 1 Extruding at a flow rate of 0.1 to 5 m / s per pore to produce an emulsion,
A method for producing spherical particles, comprising: solidifying emulsion droplets containing the spherical particle precursor to form spherical particles; and collecting the spherical particles.
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