KR101912141B1 - 미립자의 제조 방법 - Google Patents

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엠. 테크닉 가부시키가이샤
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Abstract

미립자의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. (Ⅰ) 고속 교반 또는 초음파를 사용해서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해함으로써 미립자 원료 용액을 조제하는 공정과, (Ⅱ) 상기 미립자 원료 용액과, 상기 미립자 원료를 석출시키기 위한 적어도 1종류의 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 미립자를 석출시키는 공정 중 적어도 상기 2개의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공한다.

Description

미립자의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING MICROPARTICLES}
본 발명은 미립자의 제조 방법에 관한 것이다.
금속이나 산화물, 의약품이나 식품, 화장품 등의 생체 섭취물, 안료 등의 미립자가 산업계에 있어서의 넓은 분야에 있어서 필요로 되어 있다.
미립자의 제조 방법은 빈용매법이나 정석, 산화나 환원 등의 반응을 특허문헌 1에 기재되어 있는 플라스크나 비이커, 탱크 등을 사용해서 행하는 경우가 일반적이지만, 그러한 용기를 사용했을 경우에는 용기 내에 있어서의 농도나 온도를 균일하게 유지하는 것이 어렵기 때문에 얻어지는 미립자의 입자 지름 분포가 넓어지기 쉽고, 또한 2종 이상의 원소를 포함하는 합금이나 복합 산화물 등의 미립자를 제작할 경우에 균질한 원소비로 미립자를 제작하는 것이 곤란했다. 또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 마이크로 리액터를 사용한 미립자의 제조 방법도 제공되어 있지만, 일반적인 마이크로 리액터를 사용했을 경우에는 반응물의 폐색이나 스케일 업을 할 수 없는 것 등 현상과제가 많다. 그 때문에 균질하며 또한 균일한 미립자를 안정적이며 또한 저에너지, 저비용으로 제조하는 방법이 간원되어 있었다.
본원출원인에 의해 특허문헌 3에 기재된 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 미립자의 원료를 용해한 미립자 원료 용액과 미립자를 석출시키기 위한 석출용 용매를 혼합하는 미립자의 제조 방법이 제공되었다.
그러나, 특허문헌 3에 기재된 방법을 사용했을 경우에도 안정적으로 미립자를 제작하는 것이 어려운 경우나 2종 이상의 분자나 원소를 포함하는 미립자를 제작할 경우에 국소적인 원소비에 불균형이 있어 균일하며 또한 균질한 미립자를 제작하는 것이 어려운 경우가 있었다.
일본 특허 공개 2002-97281호 공보 일본 특허 공개 2006-193652호 공보 국제 공개 WO 2009/008393호 팜플렛
본 발명은 상기 문제를 해결하는 것이며, 그 목적은 미립자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 예의 검토의 결과 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 있어서 미립자를 용매에 용해한 미립자 원료 용액과 미립자 원료를 석출시키기 위한 석출용 용매를 혼합해서 미립자를 석출시킬 때에 상기 미립자 원료 용액의 조제를 고속 교반 또는 초음파를 사용해서 행함으로써 목적으로 하는 미립자가 안정적으로 얻어지고, 또한 2종 이상의 분자나 원소를 포함하는 미립자에 대해서도 지금까지 이상으로 균일하며 또한 균질한 미립자를 제작할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
본원의 청구항 1에 의한 발명은 (Ⅰ) 고속 교반을 사용해서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해함으로써 미립자 원료 용액을 조제하는 공정과, (Ⅱ) 상기 미립자 원료 용액과, 상기 미립자 원료를 석출시키기 위한 적어도 1종류의 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 미립자를 석출시키는 공정 중 적어도 상기 2개의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공한다.
본원의 청구항 2에 의한 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 고속 교반을 사용해서 미립자 원료를 용매에 용해할 때의 교반 날개의 둘레 속도가 1m/s 이상인 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공한다.
본원의 청구항 3에 의한 발명은 (Ⅰ) 초음파를 사용해서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해함으로써 미립자 원료 용액을 조제하는 공정과, (Ⅱ) 상기 미립자 원료 용액과, 상기 미립자 원료를 석출시키기 위한 적어도 1종류의 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 미립자를 석출시키는 공정 중 적어도 상기 2개의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공한다.
본원의 청구항 4에 의한 발명은 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 미립자 원료 용액의 조정을 고속 교반 또는 초음파를 사용해서 행함으로써 석출되는 미립자의 입자 지름을 제어하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 실시형태의 단순한 일례를 나타내면 적어도 2종류의 피처리 유동체를 사용하는 것이며, 그 중에서 적어도 1종류의 피처리 유동체에 대해서는 상기 미립자 원료 용액이며, 상기 미립자 원료 용액 이외의 피처리 유동체 중에서 적어도 1종류의 피처리 유동체에 대해서는 상기 석출용 용매이며, 피처리 유동체에 압력을 부여하는 유체압 부여 기구와, 상기 적어도 2개의 처리용 면 중 제 1 처리용 면을 구비한 제 1 처리용 부와, 상기 적어도 2개의 처리용 면 중 제 2 처리용 면을 구비한 제 2 처리용 부를 구비하고, 이들 처리용 부를 상대적으로 회전시키는 회전 구동 기구를 구비하고, 상기 각 처리용 면은 상기 압력이 부여된 피처리 유동체가 흐르는 밀봉된 유로의 일부를 구성하는 것이며, 상기 제 1 처리용 부와 제 2 처리용 부 중 적어도 제 2 처리용 부는 수압면을 구비하는 것이며, 또한 이 수압면 중 적어도 일부가 상기 제 2 처리용 면에 의해 구성되고, 이 수압면은 상기 유체압 부여 기구가 피처리 유동체에 부여하는 압력을 받아서 제 1 처리용 면으로부터 제 2 처리용 면을 이반시키는 방향으로 이동시키는 힘을 발생시켜 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 제 1 처리용 면과 제 2 처리용 면 사이에 상기 압력이 부여된 피처리 유동체가 통해짐으로써 상기 피처리 유동체가 상기 박막 유체를 형성하고, 이 박막 유체 중에 있어서 미립자를 석출시키는 미립자의 제조 방법으로서 실시할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시형태의 단순한 일례를 나타내면 상기 피처리 유동체 중 적어도 어느 1종의 유체가 상기 박막 유체를 형성하면서 상기 양쪽 처리용 면 사이를 통과하고, 상기 적어도 어느 1종의 유체가 흐르는 유로와는 독립된 별도의 도입로를 구비하고 있고, 상기 제 1 처리용 면과 제 2 처리용 면 중 적어도 어느 한쪽이 상기 도입로로 통하는 개구부를 적어도 하나 구비하고, 상기 적어도 어느 1종의 유체와는 다른 적어도 1종의 유체를 상기 개구부로부터 상기 처리용 면 사이로 도입하고, 상기 피처리 유동체를 상기 박막 유체 중에서 혼합하여 이 박막 유체 중에 있어서 미립자를 석출시키는 미립자의 제조 방법으로서 실시할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 균일하며 또한 균질한 미립자의 제조를 지금까지 이상으로 간단하며 또한 저에너지, 저비용으로 행할 수 있기 때문에 미립자를 저렴하며 또한 안정적으로 제공할 수 있다. 또한, 입자 지름의 제어에 대해서도 용이하게 행할 수 있기 때문에 목적에 따른 미립자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 유체 처리 장치의 대략 단면도이다.
도 2(A)는 도 1에 나타내는 유체 처리 장치의 제 1 처리용 면의 대략 평면도이며, 도 2(B)는 동 장치의 처리용 면의 요부 확대도이다.
도 3(A)는 동 장치의 제 2 도입부의 단면도이며, 도 3(B)는 동 제 2 도입부를 설명하기 위한 처리용 면의 요부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 고속 교반기의 정면도이다.
도 5는 동 고속 교반기의 내부 구조 설명도이다.
이하, 본 발명에 대해서 상세를 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 하기 실시형태 및 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서의 미립자의 종류로서는 특별히 한정되지 않고, 일례로서는 유기물이나 무기물, 유기 무기의 복합물 등을 들 수 있다. 기타로서는 금속 및/또는 비금속이나 그들의 화합물 등을 들 수 있다. 금속 및/또는 비금속의 화합물로서는 특별히 한정되지 않지만 일례를 들면 금속 또는 비금속의 염, 산화물, 수산화물, 수산화산화물, 질화물, 탄화물, 착체, 유기염, 유기착체, 유기 화합물 또는 그들의 수화물, 유기 용매화물 등을 들 수 있다. 특별히 한정되지 않지만 금속 또는 비금속의 질산염이나 아질산염, 황산염이나 아황산염, 포름산염이나 아세트산염, 인산염이나 아인산염, 차아인산염이나 염화물, 옥시염이나 아세틸아세토네이트염 또는 그들의 수화물, 유기 용매화물 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 미립자를 석출이나 침전 또는 정석시키기 위한 빈용매법이나 산화 반응, 환원 반응 등의 반응을 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 형성되는 박막 유체 중에 있어서 행함으로써 미립자를 제작할 수 있다. 구체적으로는 목적으로 하는 미립자의 원료인 미립자 원료를 용매에 혼합 또는 용해한 미립자 원료 용액과 미립자 원료를 석출시키기 위한 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 있어서 혼합함으로써 미립자를 석출시킨다.
본 발명에 있어서의 미립자 원료로서는 상기에 열거한 미립자와 같은 것을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명에 있어서의 미립자 원료 용액은 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 혼합 또는 용해(이하, 간단하게 용해라고 한다)함으로써 조제한다. 바람직하게는 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해 또는 분자 분산시켜서 실시하는 것으로 한다.
상기 미립자 원료를 용해하기 위한 용매로서는, 예를 들면 물이나 유기 용매 또는 그들의 복수로 이루어지는 혼합 용매를 들 수 있다. 상기 물로서는 수돗물나 이온 교환수, 순수나 초순수, RO수 등을 들 수 있고, 유기 용매로서는 알코올 화합물 용매, 아미드 화합물 용매, 케톤 화합물 용매, 에테르 화합물 용매, 방향족 화합물 용매, 이황화탄소, 지방족 화합물 용매, 니트릴 화합물 용매, 술폭시드 화합물 용매, 할로겐 화합물 용매, 에스테르 화합물 용매, 이온성 액체, 카르복실산 화합물, 술폰산 화합물 등을 들 수 있다. 상기 용매는 각각 단독으로 사용해도 좋고,또는 복수 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.
또한, 상기 용매에 염기성 물질 또는 산성 물질을 혼합 또는 용해해도 실시할 수 있다. 염기성 물질로서는 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 금속 수산화물, 나트륨메톡시드나 나트륨이소프로폭시드와 같은 금속 알콕시드, 또한 트리에틸아민이나 2-디에틸아미노에탄올, 디에틸아민 등의 아민계 화합물 등을 들 수 있다. 산성 물질로서는 왕수, 염산, 질산, 발연 질산, 황산, 발연 황산 등의 무기산이나 포름산, 아세트산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산, 옥살산, 트리플루오로아세트산, 트리클로로아세트산 등의 유기산을 들 수 있다. 이들 염기성 물질 또는 산성 물질은 상기한 바와 같이 각종 용매와 혼합해도 실시할 수 있고, 각각 단독이어도 사용할 수 있다.
그 외 상기 용매에 산화제나 환원제를 혼합 또는 용해해도 실시할 수 있다. 산화제로서는 특별히 한정되지 않지만 질산염이나, 차아염소산염, 과망간산염이나 과산화물을 들 수 있다. 환원제로서는 수소화알루미늄리튬이나 수소화붕소나트륨, 히드라진이나 히드라진의 수화물, 아황산염, 금속의 이온, 특히 전이 금속의 이온(철 이온이나 티탄 이온 등) 등을 들 수 있다.
상기 미립자 원료 용액과 혼합해서 미립자 원료를 석출시키기 위한 석출용 용매로서는 상기 용매와 마찬가지의 것을 사용할 수 있다. 상기 미립자 원료를 용해시키기 위한 용매와 석출시키는 용매는 목적으로 하는 미립자에 의해 용해하기 위한 용매와, 석출시키기 위한 용매를 선택해서 실시할 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 미립자 원료 용액의 조제에 대해서 고속 교반기를 사용해서 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 미립자 원료를 상기 용매에 용해할 때에 고속 교반기를 사용한다. 이것에 의해 지금까지 미립자 원료 용액 중에 있어서의 미용해물이 원인이 되는 조대 입자의 발생을 억제할 수 있는 것은 당연하지만, 2종 이상의 분자나 원소를 용해할 경우에도 보다 균일한 용해 상태인 미립자 원료 용액을 신속하게 제작할 수 있다. 그 때문에 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 형성되는 박막 유체 중에 있어서 미립자를 석출시켰을 경우에 있어서도 지금까지 이상으로 균일하며 또한 균질한 미립자를 제작하는 것이 가능해졌다.
일반적인 교반자를 사용해서 장시간의 교반 혼합을 행하는 것은 미립자 원료에 포함되는 분자나 이온 등이 부분적으로 분해되는 등의 문제가 있기 때문에 바람직하지 않지만, 본 발명에 있어서 고속 교반기를 사용한 교반 시간을 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 있어서의 고속 교반의 방법은 특별히 한정되지 않지만 각종 전단식, 마찰식, 고압 제트식, 초음파식 등의 교반기나 용해기, 유화기, 분산기, 호모지나이저 등을 사용해서 실시할 수 있다. 일례로서는 울트라 투렉스(IKA사제), 폴리트롬(Kinematica AG제), TK 호모믹서(PRIMIX Corporation제), 에바라 마일더(EBARA CORPORATION제), TK 호모믹라인플로(PRIMIX Corporation제), 콜로이드 밀(Shinko Pantec Co.,Ltd.제), 슬러셔(NIPPON COKE & ENGINEERING. CO., LTD.제), 트리고날 습식 미분쇄기(Mitsui Miike Chemical Engineering Machinery, Co., Ltd.제), 캐비트론(Eurotec Limited제), 화인플로 밀(Pacific Machinery & Engineering Co.,Ltd제) 등의 연속식 유화기, 클레어믹스(M. Technique Co., Ltd제), 클레어믹스 디졸버(M. Technique Co., Ltd제), 필믹스(PRIMIX Corporation제) 등의 배치식 또는 연속 양용 유화기를 들 수 있다. 기타, 초음파식의 호모지나이저나 초음파 세정기 등을 사용해서 미립자 원료 용액을 조제해도 좋다.
이어서, 고속 교반은 상술한 바와 같이 여러 가지 형태의 것을 사용할 수 있지만, 여기에서 도 4 및 도 5를 참조해서 그 일례를 설명한다.
이 고속 교반기는 도 4에 나타내는 바와 같이 피처리 유동체를 수용하는 수용조(101) 내에 덮개체(102)를 관통해서 삽입된다.
이 고속 교반기는 도 5에 나타내는 바와 같이 교반실(103)과, 이 교반실(103)을 지지하는 지지통(104)을 구비한다. 교반실(103)의 내부에는 날개차(105)가 수용되어 있다. 이 날개차(105)는 회전축(106)의 선단에 설치되어 있고, 회전축(106)은 지지통(104) 내부에 배치되어 있다. 지지통(104) 및 교반실(103)에 대하여 회전축(106) 및 날개차(105)는 역방향으로 회전한다. 지지통(104) 및 회전축(106)의 각각의 기단은 별개의 회전 구동 수단(도시 생략)에 접속되어 있다.
교반실(103)은 지지통(104)의 선단에 설치된 하우징(121)과, 하우징(121)의 선단측에 설치된 스크린(122)을 구비한다. 하우징(121)에 흡입구(123)가 형성되어 있고, 스크린(122)에 토출구(125)가 형성되어 있다. 날개차(105)의 회전에 의해 이 흡입구(123)로부터 피처리 유동체가 교반실(103) 내로 도입되어 분산, 용해 등 처리 후에 상기 토출구(125)로부터 외부로 피처리 유동체가 토출된다. 또한, 토출구(125)를 흡입구로 하고, 흡입구(123)를 토출구로 해서 실시해도 좋다. 스크린(122)의 내부와, 하우징(121)의 내부를 구획하기 위해서 칸막이(124)를 설치할 수도 있지만, 설치하지 않고 실시할 수도 있다.
상기 예에서는 교반실(103)과 날개차(105)를 서로 역방향으로 회전시킴으로써 토출구(125)가 날개차(105)의 회전 방향과 역방향으로 회전한다. 이것에 의해 양자간의 상대적인 회전수를 높일 수 있고, 피처리 유동체의 전단 처리 능력을 높일 수 있다. 특히, 스크린(122)의 내벽과 날개차(105)의 날개(107)의 선단 사이의 미소한 간극에 있어서 피처리 유동체에 대하여 큰 전단력이 가해진다.
본원발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 토출구(125)를 갖는 스크린(122)을 떼어내고, 흡입구(123)를 갖는 하우징(121)만을 설치해서 이것을 회전시키도록 해도 좋다. 스크린(122)을 떼어냄으로써 피처리 유동체에 전단력을 부여하지 않고 케비테이션 제어를 행하면서 단시간에 피처리 유동체의 용해를 이룰 수 있다.
이와 같이 교반실(103)에 형성된 흡입구(123) 및 토출구(125)의 일방 또는 쌍방이 회전하기 때문에 교반실(103)의 외부의 피처리 유동체에 대하여 피처리 유동체의 흡입 또는 토출 또는 그 쌍방의 위치를 순차 바꾸어 가게 되어 순환으로부터 소외된 피처리 유동체의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 교반실(103)을 설치하지 않고 실시하여 날개차(105)만을 노출하게 해서 회전시키도록 해도 좋다.
피처리 유동체의 순환을 수용조(101) 전체 영역에 걸쳐 확실하게 행하기 위해서 지지통(104)의 길이 방향을 따라 나선상으로 권회하는 도입핀(131)을 설치해도 좋다. 이 도입핀(131)이 지지통(104)과 동체에 회전함으로써 수용조(101) 내 상방에 위치하는 피처리 유동체가 지지통(104) 외주를 따라 강하하고, 흡입구(123)로 도입된다. 또한, 상기 도입핀(131)과 역방향으로 권회되는 순환핀(132)을 설치하는 것도 가능하다. 이 순환핀(132)은 도입핀(131)의 외측에 배치되어 토출구(125)로부터 토출된 피처리 유동체를 수용조(101)의 상방으로 순환시킨다.
또한, 도 4 및 도 5에 나타내어진 고속 교반기는 상술한 클레어믹스 디졸버(M. Technique Co., Ltd제)로서 제품화되어 있다.
또한, 상기 고속 교반을 사용해서 미립자 원료를 용매에 용해할 때의 교반 날개의 둘레 속도는 특별히 한정되지 않지만, 1m/s 이상인 것이 바람직하다. 용매의 점도나 온도 또는 용해하는 미립자 원료의 농도에 따라 적당히 구별하여 사용할 수 있다.
이하, 도면을 사용해서 상기 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 있어서 미립자를 석출시키는 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1~도 3에 나타내는 유체 처리 장치는 특허문헌 3에 기재된 장치와 마찬가지이며, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 처리용 부에 있어서의 처리용 면 사이에서 피처리물을 처리하는 것으로서, 피처리 유동체 중 제 1 피처리 유동체인 제 1 유체를 처리용 면 사이로 도입하고, 상기유체를 도입한 유로와는 독립적으로 처리용 면 사이로 통하는 개구부를 구비한 별도의 유로로부터 피처리 유동체 중 제 2 피처리 유동체인 제 2 유체를 처리용 면 사이로 도입해서 처리용 면 사이에서 상기 제 1 유체와 제 2 유체를 혼합·교반해서 처리를 행하는 장치이다. 또한, 도 1에 있어서 U는 상방을 S는 하방을 각각 나타내고 있지만, 본 발명에 있어서 상하 전후 좌우는 상대적인 위치 관계를 나타내는 것에 그치고, 절대적인 위치를 특정하는 것은 아니다. 도 2(A), 도 3(B)에 있어서 R은 회전 방향을 나타내고 있다. 도 3(B)에 있어서 C는 원심력 방향(반경 방향)을 나타내고 있다.
이 장치는 피처리 유동체로서 적어도 2종류의 유체를 사용하는 것이며, 그 중에서 적어도 1종류의 유체에 대해서는 피처리물을 적어도 1종류 포함하는 것이며, 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면을 구비하고, 이들 처리용 면 사이에서 상기 각 유체를 합류시켜서 박막 유체로 하는 것이며, 상기 박막 유체 중에 있어서 상기 피처리물을 처리하는 장치이다. 이 장치는 상술한 바와 같이 복수의 피처리 유동체를 처리할 수 있지만 단일의 피처리 유동체를 처리할 수도 있다.
이 유체 처리 장치는 대향하는 제 1 및 제 2의 2개의 처리용 부(10, 20)를 구비하고, 적어도 한쪽의 처리용 부가 회전한다. 양쪽 처리용 부(10, 20)의 대향하는 면이 각각 처리용 면이 된다. 제 1 처리용 부(10)는 제 1 처리용 면(1)을 구비하고, 제 2 처리용 부(20)는 제 2 처리용 면(2)을 구비한다.
양쪽 처리용 면(1, 2)은 피처리 유동체의 유로에 접속되어 피처리 유동체의 유로의 일부를 구성한다. 이 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이의 간격은 적당히 변경해서 실시할 수 있지만 통상은 1㎜ 이하, 예를 들면 0.1㎛~50㎛ 정도의 미소 간격으로 조정된다. 이것에 의해 이 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이를 통과하는 피처리 유동체는 양쪽 처리용 면(1, 2)에 의해 강제된 강제 박막 유체가 된다.
이 장치를 사용해서 복수의 피처리 유동체를 처리할 경우 이 장치는 제 1 피처리 유동체의 유로에 접속되어 상기 제 1 피처리 유동체의 유로의 일부를 형성함과 아울러 제 1 피처리 유동체와는 별도의 제 2 피처리 유동체의 유로의 일부를 형성한다. 그리고, 이 장치는 양쪽 유로를 합류시켜서 처리용 면(1, 2) 사이에 있어서 양쪽 피처리 유동체를 혼합하고, 반응시키는 등의 유체의 처리를 행한다. 또한, 여기에서 「처리」란 피처리물이 반응하는 형태에 한정되지 않고, 반응을 수반하지 않고 혼합·분산만이 이루어지는 형태도 포함한다.
구체적으로 설명하면 상기 제 1 처리용 부(10)를 유지하는 제 1 홀더(11)와, 제 2 처리용 부(20)를 유지하는 제 2 홀더(21)와, 접면압 부여 기구와, 회전 구동 기구와, 제 1 도입부(d1)와, 제 2 도입부(d2)와, 유체압 부여 기구(p)를 구비한다.
도 2(A)에 나타내는 바와 같이 이 실시형태에 있어서 제 1 처리용 부(10)는 환상체이며, 보다 상세하게는 링형상의 디스크이다. 또한, 제 2 처리용 부(20)도 링형상의 디스크이다. 제 1, 제 2 처리용 부(10, 20)의 재질은 금속 이외에 세라믹이나 소결 금속, 내마모강, 사파이어, 기타 금속에 경화 처리를 실시한 것이나 경질재를 라이닝이나 코팅, 도금 등을 실시한 것을 채용할 수 있다. 이 실시형태에 있어서 양쪽 처리용 부(10, 20)는 서로 대향하는 제 1, 제 2 처리용 면(1, 2) 중 적어도 일부가 경면 연마되어 있다.
이 경면 연마의 면조도는 특별히 한정되지 않지만 바람직하게는 Ra 0.01~1.0㎛, 보다 바람직하게는 Ra 0.03~0.3㎛로 한다.
적어도 한쪽의 홀더는 전동기 등의 회전 구동 기구(도시 생략)이며, 다른쪽의 홀더에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다. 도 1의 50은 회전 구동 기구의 회전축을 나타내고 있고, 이 예에서는 이 회전축(50)에 부착된 제 1 홀더(11)가 회전하고, 이 제 1 홀더(11)에 지지된 제 1 처리용 부(10)가 제 2 처리용 부(20)에 대하여 회전한다. 물론, 제 2 처리용 부(20)를 회전시키도록 해도 좋고, 쌍방을 회전시키도록 해도 좋다. 또한, 이 예에서는 제 1, 제 2 홀더(11, 21)를 고정해 두고, 이 제 1, 제 2 홀더(11, 21)에 대하여 제 1, 제 2 처리용 부(10, 20)가 회전하도록 해도 좋다.
제 1 처리용 부(10)와 제 2 처리용 부(20)는 중 적어도 어느 한쪽이 적어도 어느 다른쪽에 접근·이반 가능하게 되어 있어 양쪽 처리용 면(1, 2)은 접근·이반할 수 있다.
이 실시형태에서는 제 1 처리용 부(10)에 대하여 제 2 처리용 부(20)가 접근·이반하는 것이며, 제 2 홀더(21)에 형성된 수용부(41)에 제 2 처리용 부(20)가 출몰 가능하게 수용되어 있다. 단, 이와는 반대로 제 1 처리용 부(10)가 제 2 처리용 부(20)에 대하여 접근·이반하는 것이어도 좋고, 양쪽 처리용 부(10, 20)가 서로 접근·이반하는 것이어도 좋다.
이 수용부(41)는 제 2 처리용 부(20)의 주로 처리용 면(2)측과 반대측의 부위를 수용하는 오목부이며, 평면으로 볼 때에 원을 나타내는, 즉 환상으로 형성된 홈이다. 이 수용부(41)는 제 2 처리용 부(20)를 회전시킬 수 있는 충분한 클리어런스를 갖고 제 2 처리용 부(20)를 수용한다. 또한, 제 2 처리용 부(20)는 축 방향으로 평행 이동만이 가능하도록 배치해도 좋지만 상기 클리어런스를 크게 함으로써 제 2 처리용 부(20)는 수용부(41)에 대하여 처리용 부(20)의 중심선을 상기 수용부(41)의 축방향과 평행의 관계를 무너뜨리도록 경사지게 변위할 수 있도록 해도 좋고, 또한 제 2 처리용 부(20)의 중심선과 수용부(41)의 중심선이 반경 방향으로 어긋나도록 변위할 수 있도록 해도 좋다.
이와 같이 3차원적으로 변위 가능하게 유지하는 플로팅 기구에 의해 제 2 처리용 부(20)를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 피처리 유동체는 각종 펌프나 위치 에너지 등에 의해 구성되는 유체압 부여 기구(p)에 의해 압력이 부여된 상태에서 제 1 도입부(d1)와, 제 2 도입부(d2)로부터 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이로 도입된다. 이 실시형태에 있어서 제 1 도입부(d1)는 환상의 제 2 홀더(21)의 중앙에 형성된 통로이며, 그 일단이 환상의 양쪽 처리용 부(10, 20)의 내측으로부터 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이로 도입된다. 제 2 도입부(d2)는 제 1 피처리 유동체와 반응시키는 제 2 피처리 유동체를 처리용 면(1, 2)으로 공급한다. 이 실시형태에 있어서 제 2 도입부(d2)는 제 2 처리용 부(20)의 내부에 형성된 통로이며, 그 일단이 제 2 처리용 면(2)에서 개구한다. 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 제 1 피처리 유동체는 제 1 도입부(d1)로부터 양쪽 처리용 부(10, 20)의 내측의 공간으로 도입되고, 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2) 사이를 지나 양쪽 처리용 부(10, 20)의 외측으로 빠져나가려고 한다. 이들 처리용 면(1, 2) 사이에 있어서 제 2 도입부(d2)로부터 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 제 2 피처리 유동체가 공급되고, 제 1 피처리 유동체와 합류하여 혼합, 교반, 유화, 분산, 반응, 정출, 정석, 석출 등의 여러 가지 유체 처리가 이루어지고, 양쪽 처리용 면(1, 2)으로부터 양쪽 처리용 부(10, 20)의 외측으로 배출된다. 또한, 감압 펌프에 의해 양쪽 처리용 부(10, 20)의 외측의 환경을 부압으로 할 수도 있다.
상기 접면압 부여 기구는 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2)을 접근시키는 방향으로 작용시키는 힘을 처리용 부에 부여한다. 이 실시형태에서는 접면압 부여 기구는 제 2 홀더(21)에 설치되고, 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)를 향해서 바이어싱한다.
상기 전면압 부여 기구는 제 1 처리용 부(10)의 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 부(20)의 제 2 처리용 면(2)이 접근하는 방향으로 누르는 힘(이하, 접면압력이라고 한다)을 발생시키기 위한 기구이다. 이 접면압력과, 유체압력 등의 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이를 이반시키는 힘의 균형에 의해 ㎚ 단위 또는 ㎛ 단위의 미소한 막두께를 갖는 박막 유체를 발생시킨다. 바꿔 말하면, 상기 힘의 균형에 의해 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이의 간격을 소정의 미소 간격으로 유지한다.
도 1에 나타내는 실시형태에 있어서 접면압 부여 기구는 상기 수용부(41)와 제 2 처리용 부(20) 사이에 배위된다. 구체적으로는 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)에 근접하는 방향으로 바이어싱하는 스프링(43)과, 공기나 기름 등의 바이어싱용 유체를 도입하는 바이어싱용 유체 도입부(44)로 구성되고, 스프링(43)과 상기 바이어싱용 유체의 유체압력에 의해 상기 접면압력을 부여한다. 이 스프링(43)과 상기 바이어싱용 유체의 유체압력은 어느 한쪽이 부여되는 것이면 좋고, 자력이나 중력 등의 다른 힘이어도 좋다. 이 접면압 부여 기구의 바이어싱에 저항해서 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 피처리 유동체의 압력이나 점성 등에 의해 발생하는 이반력에 의해 제 2 처리용 부(20)는 제 1 처리용 부(10)로부터 멀어져 양쪽 처리용 면 사이에 미소한 간격을 형성한다. 이와 같이 이 접면압력과 이반력의 밸런스에 의해 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2)은 ㎛ 단위의 정밀도로 설정되어 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이의 미소 간격의 설정이 이루어진다. 상기 이반력으로서는 피처리 유동체의 유체압이나 점성과, 처리용 부의 회전에 의한 원심력과, 바이어싱용 유체 도입부(44)에 부압을 가했을 경우의 상기 부압, 스프링(43)을 인장 스프링으로 했을 경우의 스프링의 힘 등을 들 수 있다. 이 접면압 부여 기구는 제 2 처리용 부(20)가 아니라 제 1 처리용 부(10)에 설치해도 좋고, 쌍방에 설치해도 좋다.
상기 이반력에 대해서 구체적으로 설명하면 제 2 처리용 부(20)는 상기 제 2 처리용 면(2)과 함께 제 2 처리용 면(2)의 내측[즉, 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2) 사이로의 피처리 유동체의 진입구측]에 위치해서 상기 제 2 처리용 면(2)에 인접하는 이반용 조정면(23)을 구비한다. 이 예에서는 이반용 조정면(23)은 경사면으로서 실시되어 있지만 수평면이어도 좋다. 피처리 유동체의 압력이 이반용 조정면(23)에 작용해서 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)로부터 이반시키는 방향으로의 힘을 발생시킨다. 따라서, 이반력을 발생시키기 위한 수압면은 제 2 처리용 면(2)과 이반용 조정면(23)이 된다.
또한, 이 도 1의 예에서는 제 2 처리용 부(20)에 근접용 조정면(24)이 형성되어 있다. 이 근접용 조정면(24)은 이반용 조정면(23)과 축방향에 있어서 반대측의 면(도 1에 있어서는 상방의 면)이며, 피처리 유동체의 압력이 작용해서 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)에 접근시키는 방향으로의 힘을 발생시킨다.
또한, 제 2 처리용 면(2) 및 이반용 조정면(23)에 작용하는 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압은 기계 밀봉에 있어서의 오프닝 포스를 구성하는 힘으로서 이해된다. 처리용 면(1, 2)의 접근·이반의 방향, 즉 제 2 처리용 부(20)의 출몰 방향(도 1에 있어서는 축방향)과 직교하는 가상 평면 상에 투영된 근접용 조정면(24)의 투영 면적(A1)과, 상기 가상 평면 상에 투영한 제 2 처리용 부(20)의 제 2 처리용 면(2) 및 이반용 조정면(23)의 투영 면적의 합계 면적(A2)의 면적비(A1/A2)는 밸런스비(K)로 불리고, 상기 오프닝 포스의 조정에 중요하다. 이 오프닝 포스에 대해서는 상기 밸런스 라인, 즉 근접용 조정면(24)의 면적(A1)을 변경함으로써 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압에 의해 조정할 수 있다.
슬라이딩면의 실면압(P), 즉 접면압력 중 유체압에 의한 것은 다음 식에 의해 계산된다.
P=P1×(K-k)+Ps
여기에서 P1은 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압을 나타내고, K는 상기 밸런스비를 나타내고, k는 오프닝 포스 계수를 나타내고, Ps는 스프링 및 배압력을 나타낸다.
이 밸런스 라인의 조정에 의해 슬라이딩면의 실면압(P)을 조정함으로써 처리용 면(1, 2) 사이를 소망의 미소 간극량으로 하여 피처리 유동체에 의한 유동체막을 형성시키고, 생성물 등의 처리된 피처리물을 미세하게 하고, 또한 균일한 반응 처리를 행하는 것이다.
또한, 도시는 생략하지만 근접용 조정면(24)을 이반용 조정면(23)보다 넓은 면적을 가진 것으로서 실시하는 것도 가능하다.
피처리 유동체는 상기 미소한 간극을 유지하는 양쪽 처리용 면(1, 2)에 의해 강제된 박막 유체가 되고, 환상의 양쪽 처리용 면(1, 2)의 외측으로 이동하려고 한다. 그런데, 제 1 처리용 부(10)는 회전하고 있으므로 혼합된 피처리 유동체는 환상의 양쪽 처리용 면(1, 2)의 내측으로부터 외측으로 직선적으로 이동하는 것이 아니라 환상의 반경 방향으로의 이동 벡터와 둘레 방향으로의 이동 벡터의 합성 벡터가 피처리 유동체에 작용해서 내측으로부터 외측으로 대략 소용돌이상으로 이동한다.
또한, 회전축(50)은 연직으로 배치된 것에 한정되는 것은 아니고, 수평 방향으로 배위된 것이어도 좋고, 경사져서 배위된 것이어도 좋다. 피처리 유동체는 양쪽 처리용 면(1, 2) 사이의 미세한 간격으로 처리가 이루어지는 것이며, 실질적으로 중력의 영향을 배제할 수 있기 때문이다. 또한, 이 접면압 부여 기구는 상술한 제 2 처리용 부(20)를 변위 가능하게 유지하는 플로팅 기구와 병용함으로써 미진동이나 회전 얼라인먼트의 완충 기구로서도 기능한다.
제 1, 제 2 처리용 부(10, 20)는 그 적어도 어느 한쪽을 냉각 또는 가열해서 그 온도를 조정하도록 해도 좋고, 도 1에서는 제 1, 제 2 처리용 부(10, 20)에 온조 기구(온도 조정 기구)(J1,J2)를 설치한 예를 도시하고 있다. 또한, 도입되는 피처리 유동체를 냉각 또는 가열해서 그 온도를 조정하도록 해도 좋다. 이들의 온도는 처리된 피처리물의 석출을 위해서 사용할 수도 있고, 또한 제 1, 제 2 처리용 면(1, 2) 사이에 있어서의 피처리 유동체에 베나르 대류 또는 마랑고니 대류를 발생시키기 위해서 설정해도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 처리용 부(10)의 제 1 처리용 면(1)에는 제 1 처리용 부(10)의 중심측으로부터 외측을 향해서, 즉 지름 방향에 대해서 연장되는 홈상의 오목부(13)를 형성해서 실시해도 좋다. 이 오목부(13)의 평면형상은 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 제 1 처리용 면(1) 위를 커브하거나 또는 소용돌이상으로 연장되는 것이나 도시는 하지 않지만 바로 외측 방향으로 연장되는 것, L자상 등으로 굴곡 또는 만곡하는 것, 연속한 것, 단속하는 것, 분기되는 것이어도 좋다. 또한, 이 오목부(13)는 제 2 처리용 면(2)에 형성하는 것으로 해도 실시 가능하며, 제 1 및 제 2 처리용 면(1, 2)의 쌍방에 형성하는 것으로 해도 실시 가능하다. 이와 같은 오목부(13)를 형성함으로써 마이크로 펌프 효과를 얻을 수 있어 피처리 유동체를 제 1 및 제 2 처리용 면(1, 2) 사이로 흡인할 수 있는 효과가 있다.
이 오목부(13)의 기단은 제 1 처리용 부(10)의 내주에 도달하는 것이 바람직하다. 이 오목부(13)의 선단은 제 1 처리용 부 면(1)의 외주면측을 향해서 연장되는 것이며, 그 깊이(횡단 면적)는 기단으로부터 선단을 향함에 따라 점차 감소하는 것으로 하고 있다.
이 오목부(13)의 선단과 제 1 처리용 면(1)의 외주면 사이에는 오목부(13)가 없는 평탄면(16)이 형성되어 있다.
상술한 제 2 도입부(d2)의 개구부(d20)를 제 2 처리용 면(2)에 형성할 경우는 대향하는 상기 제 1 처리용 면(1)의 평탄면(16)과 대향하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
이 개구부(d20)는 제 1 처리용 면(1)의 오목부(13)보다 하류측(이 예에서는 외측)에 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 마이크로 펌프 효과에 의해 도입될 때의 흐름 방향이 처리용 면 사이에서 형성되는 스파이럴상으로 층류의 흐름 방향으로 변환되는 점보다 외경측의 평탄면(16)에 대향하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 도 2(B)에 있어서 제 1 처리용 면(1)에 형성된 오목부(13)의 가장 외측의 위치로부터 지름 방향으로의 거리(n)를 약 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 유체 중으로부터 미립자를 석출시킬 경우에는 층류 조건 하에서 복수의 피처리 유동체의 혼합과 미립자의 석출이 행해지는 것이 바람직하다.
이 제 2 도입부(d2)는 방향성을 갖게 할 수 있다. 예를 들면, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 처리용 면(2)의 개구부(d20)로부터의 도입 방향이 제 2 처리용 면(2)에 대하여 소정의 앙각(θ1)으로 경사지고 있다. 이 앙각(θ1)은 0°를 초과해서 90°미만으로 설정되어 있고, 또한 반응 속도가 빠른 반응의 경우에는 1° 이상 45° 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 처리용 면(2)의 개구부(d20)로부터의 도입 방향이 상기 제 2 처리용 면(2)을 따르는 평면에 있어서 방향성을 갖는 것이다. 이 제 2 유체의 도입 방향은 처리용 면의 반경 방향의 성분에 있어서는 중심으로부터 멀어지는 외측 방향이며, 또한 회전하는 처리용 면 사이에 있어서의 유체의 회전 방향에 대한 성분에 있어서는 순방향이다. 바꿔 말하면, 개구부(d20)를 지나는 반경 방향이며 외측 방향의 선분을 기준선(g)으로 해서 이 기준선(g)으로부터 회전 방향(R)으로의 소정의 각도(θ2)를 갖는 것이다. 이 각도(θ2)에 대해서도 0°를 초과해서 90° 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
이 각도(θ2)는 유체의 종류, 반응 속도, 점도, 처리용 면의 회전 속도 등의 여러 가지 조건에 따라 변경해서 실시할 수 있다. 또한, 제 2 도입부(d2)에 방향성을 전혀 갖게 하지 않을 수도 있다.
상기 피처리 유동체의 종류와 그 유로의 수는 도 1의 예에서는 2개로 했지만 1개이어도 좋고, 3개 이상이어도 좋다. 도 1의 예에서는 제 2 도입부(d2)로부터 처리용 면(1, 2) 사이로 제 2 유체를 도입했지만 이 도입부는 제 1 처리용 부(10)에 설치해도 좋고, 쌍방에 설치해도 좋다. 또한, 1종류의 피처리 유동체에 대하여 복수의 도입부를 준비해도 좋다. 또한, 각 처리용 부에 형성되는 도입용의 개구부는 그 형상이나 크기나 수는 특별히 제한 없이 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 처리용 면 사이(1, 2)의 직전 또는 또한 상류측에 도입용의 개구부를 더 형성해도 좋다.
또한, 처리용 면(1, 2) 사이에서 상기 처리를 행할 수 있으면 좋으므로 상기 와는 반대로 제 1 도입부(d1)로부터 제 2 유체를 도입하고, 제 2 도입부(d2)로부터 제 1 유체를 도입하는 것이어도 좋다. 즉, 각 유체에 있어서의 제 1, 제 2 라는 표현은 복수 존재하는 유체의 제 n 번째라는 식별을 위한 의미를 갖는 것에 지나지 않는 것이며, 제 3 이상의 유체도 존재할 수 있다.
상기 장치에 있어서는 석출·침전 또는 결정화와 같은 처리가 도 1에 나타내는 바와 같이 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1, 2) 사이에서 강제적으로 균일 혼합하면서 일어난다. 처리된 피처리물의 입자 지름이나 단분산도는 처리용 부(10, 20)의 회전수나 유속, 처리용 면(1, 2) 사이의 거리나 피처리 유동체의 원료 농도 또는 피처리 유동체의 용매종 등을 적당히 조정함으로써 제어할 수 있다.
이하, 상기 장치를 사용해서 행하는 미립자의 제조 방법의 구체적인 실시형태에 대해서 설명한다.
상기 장치에 있어서 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면 사이에 형성되는 박막 유체 중에서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해한 미립자 원료 용액과, 적어도 1종류의 석출용 용매를 혼합시켜 미립자를 석출시킨다. 그때 상기 미립자 원료 용액의 조제를 고속 교반 또는 초음파를 사용해서 행하는 것으로 한다.
상기 미립자의 석출 반응은 본원의 도 1에 나타내는 장치의 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1, 2) 사이에서 강제적으로 균일 혼합하면서 일어난다.
우선, 1개의 유로인 제 1 도입부(d1)로부터 제 1 유체로서 적어도 1종류의 석출용 용매를 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1, 2) 사이로 도입해서 이 처리용 면 사이에 제 1 유체로 구성된 박막 유체인 제 1 유체막을 제작한다.
이어서, 별도의 유로인 제 2 도입부(d2)로부터 제 2 유체로서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해한 미립자 원료 용액을 상기 처리용 면(1, 2) 사이에 제작된 제 1 유체막에 직접 도입한다.
상기한 바와 같이 피처리 유동체의 공급압과 회전하는 처리용 면 사이에 가해지는 압력의 압력 밸런스에 의해 거리가 고정된 처리용 면(1, 2) 사이에서 제 1 유체와 제 2 유체가 혼합되어 미립자의 석출 반응을 행할 수 있다.
또한, 처리용 면(1, 2) 사이에서 상기 반응을 행할 수 있으면 좋으므로 상기 와는 반대로 제 1 도입부(d1)로부터 제 2 유체를 도입하고, 제 2 도입부(d2)로부터 제 1 유체를 도입하는 것이어도 좋다. 즉, 각 유체에 있어서의 제 1, 제 2 라는 표현은 복수 존재하는 유체의 제 n 번째라는 식별을 위한 의미를 갖는 것에 지나지 않는 것이며, 제 3 이상의 유체도 존재할 수 있다.
상술한 바와 같이 제 1 도입부(d1), 제 2 도입부(d2) 이외에 제 3 도입부(d3)를 처리 장치에 형성할 수도 있고, 이 경우에 있어서는, 예를 들면 각 도입부로부터 제 1 유체, 제 2 유체, 제 1 유체 및 제 2 유체와는 다른 제 3 유체를 각각 따로따로 처리 장치에 도입하는 것이 가능하다. 그러면, 각 용액의 농도나 압력을 각각 관리할 수 있어 석출 반응을 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 각 도입부로 도입하는 피처리 유동체(제 1 유체~제 3 유체)의 조합은 임의로 설정할 수 있다. 제 4 이상의 도입부를 형성했을 경우도 마찬가지이며, 이렇게 처리 장치로 도입하는 유체를 세분화할 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 유체 등의 피처리 유동체의 온도를 제어하거나 제 1 유체와 제 2 유체 등의 온도차(즉, 공급하는 각 피처리 유동체의 온도차)를 제어할 수도 있다. 공급하는 각 피처리 유동체의 온도나 온도차를 제어하기 위해서 각 피처리 유동체의 온도[처리 장치, 보다 상세하게는 처리용 면(1, 2) 사이로 도입되기 직전의 온도]를 측정하고, 처리용 면(1, 2) 사이로 도입되는 각 피처리 유동체의 가열 또는 냉각을 행하는 기구를 부가해서 실시하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 본 발명에 대해서 실시예를 들어서 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하의 실시예에 있어서 「중앙으로부터」라는 것은 도 1에 나타내는 처리 장치의 「제 1 도입부(d1)로부터」라는 의미이며, 제 1 유체는 제 1 도입부(d1)로부터 도입되는 상술한 제 1 피처리 유동체를 가리키고, 제 2 유체는 도 1에 나타내는 처리 장치의 제 2 도입부(d2)로부터 도입되는 상술한 제 2 피처리 유동체를 가리킨다.
ICP 발광 분광 분석에는 Shimadzu Corporation제, ICPS-8100(시퀀셜형)을 사용해서 얻어진 미립자 분체에 대해서 아연(Zn)과 게르마늄(Ge)의 농도(mol 농도)를 측정했다.
TEM 관찰 및 EDX 측정에는 JEOL Ltd.제, JEM-2100을 사용해서 1차 입자 지름의 관찰 또는 1차 입자 중에 있어서의 아연(Zn)과 게르마늄(Ge)의 농도(mol 농도)를 복수 시야에 대해서 관찰 및 측정해서 원소비율을 산출했다. 또한, TEM 관찰 및 EDX 측정에 있어서의 관측 조건으로서는 관찰 배율 25만배 이상으로 해서 원소비율의 확인을 100개소 행하고, 평균값을 사용했다.
(실시예 1~6, 비교예 1~2)
실시예 1~6으로서 도 1에 나타내는 바와 같이 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능한 처리용 면을 갖는 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1, 2) 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 균일하게 확산·교반·혼합하는 반응 장치를 사용해서 미립자 원료 용액과 석출용 용매를 혼합하고, 박막 유체 중에서 석출 반응을 행한다.
중앙으로부터 제 1 유체의 석출용 용매로서 1wt% 암모니아수를 공급압력/배압력=0.5㎫/0.02㎫, 회전수 1500rpm으로 송액하면서 질산 아연과 4염화게르마늄을 이온 교환수에 용해한 미립자 원료 용액[질산 아연 3wt%, 4염화게르마늄 0.18wt%(mol비 95:5)]을 제 2 유체로서 처리용 면 사이로 도입했다. 제 1 유체와 제 2 유체는 박막 유체 중에서 혼합되고, 미립자로서 게르마늄 도프 산화아연 미립자가 분산된 게르마늄 도프 산화아연 미립자 분산액으로서 처리용 면으로부터 토출되었다. 제 1 유체 및 제 2 유체의 송액 온도를 표 1에 나타낸다. 이 송액 온도는 제 1 유체와 제 2 유체의 각각의 온도를 처리 장치에 도입되기 직전[바꿔 말하면, 각각의 유체가 처리용 면(1, 2) 사이로 도입되기 직전]에서 측정했다. 토출된 게르마늄 도프 산화아연 미립자 분산액 중으로부터 불순물을 제거하기 위해서 게르마늄 도프 산화아연 미립자를 천천히 응집시키고, 세정 조작으로서 원심분리기(×18000G)로 게르마늄 도프 산화아연 미립자를 침강시켜 상청액을 제거한 후 순수를 첨가해서 게르마늄 도프 산화아연 미립자를 재분산하고, 다시 원심분리기를 사용해서 침강시켰다. 상기 세정 조작을 3회 행한 후 최종적으로 얻어진 게르마늄 도프 산화아연 미립자의 페이스트를 50°, -0.1㎫G에서 진공 건조했다. 얻어진 게르마늄 도프 산화아연 미립자 분말의 ICP 측정을 행하고, 아연과 게르마늄의 원소비율(mol비)을 산출했다. 또한, 게르마늄 도프 산화아연 미립자 분말의 TEM 관찰 및 EDX 측정을 행하여 아연과 게르마늄의 원소비율(mol비)을 산출했다.
실시예 1~6에 대해서는 제 2 유체인 미립자 원료 용액을 고속 교반기로서 클레어믹스 디졸버(M. Technique Co., Ltd제)를 사용해서 조제했다. 구체적으로는 클레어믹스 디졸버를 사용해서 이온 교환수를 표 1에 기재한 둘레 속도로 교반하면서 질산 아연과 4염화게르마늄을 투입하여 용해했다.
또한, 비교예 1~2에 대해서는 교반자와 마그네틱 스티어러를 사용해서 질산 아연과 4염화게르마늄을 이온 교환수에 용해했다. 다른 조건은 상기의 실시예 1~6과 동일하게 해서 실시했다. 표 1에 처리 조건과, ICP 측정 결과 및 TEM-EDX 측정 결과에 의한 원소비율 및 TEM 관찰에 의한 1차 입자 지름을 함께 나타낸다.
클레어믹스 디졸버를 사용해서 제작한 제 2 유체를 사용한 실시예 1~6은 IPC 측정 결과와 TEM-EDX 측정 결과에 차가 없는 것을 알 수 있었다. IPC 측정에 있어서는 게르마늄 도프 산화아연 미립자 분말 전체의 원소비율을 측정하고 있는 것에 대하여 TEM-EDX 측정에 있어서는 복수 시야에 있어서 미립자를 관찰 및 측정하고 있는 점에서 미립자에 포함되는 원소가 편재화되어 있는 것을 알 수 있었다. 양자의 측정 결과를 비교함으로써 미립자가 보다 균일하며 또한 균질한 원소비로 제작되어 있는 것을 평가할 수 있다.
또한, 실시예 1~3과 실시예 4~6에 있어서 클레어믹스 디졸버의 둘레 속도를 변화시켜도 얻어진 게르마늄 도프 산화아연 미립자의 원소비율이 크게 변화되는 일은 없었다.
이어서, 제작된 미립자의 입자 지름과 그 분포를 보면, 실시예 1~3은 비교예 1에 비해 입자 지름이 작고, 또한 입자 지름 분포의 범위가 좁은 게르마늄 도프 산화아연 미립자가 얻어지고, 실시예 4~6은 비교예 2에 비해 입자 지름이 작고, 또한 입자 지름 분포의 범위가 좁은 게르마늄 도프 산화아연 미립자가 얻어졌다.
또한, 실시예 1~3과 실시예 4~6을 비교하면, 제 1 유체의 송액 속도가 빠른 편이 입자 지름이 큰 게르마늄 도프 산화아연 미립자가 얻어졌다.
그 외에 실시예 1~3과 실시예 4~6에 있어서 클레어믹스 디졸버의 둘레 속도를 변화시켜도 얻어진 게르마늄 도프 산화아연 미립자의 입자 지름의 크기는 거의 변화되는 일은 없었다.
이상의 점에서 고속 교반기를 사용해서 미립자 원료 용액을 제작함으로써 복수의 원소를 포함하는 미립자이어도 균일하며 또한 균질한 미립자를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 제작된 미립자의 입자 지름의 제어가 가능한 것이 확인되었다.
Figure 112018028320592-pct00008
(실시예 7~8, 비교예 3~4)
실시예 7~8로서 도 1에 나타내는 바와 같이 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능한 처리용 면을 갖는 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1, 2) 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 균일하게 확산·교반·혼합하는 반응 장치를 사용해서 미립자 원료 용액과 석출용 용매를 혼합하고, 박막 유체 중에서 석출 반응을 행했다.
중앙으로부터 제 1 유체의 석출용 용매로서 메탄올을 공급압력/배압력=0.5㎫/0.02㎫, 회전수 2000rpm으로 송액하면서 유기 안료인 C．I．Pigｍent Violet 19(PV-19)를 농황산에 용해한 미립자 원료 용액(농도 2wt%)을 제 2 유체로서 처리용 면 사이로 도입했다. 제 1 유체와 제 2 유체는 박막 유체 중에서 혼합되어 미립자로서 PV-19 미립자가 분산되된 PV-19 미립자 분산액이 처리용 면으로부터 토출되었다. 제 1 유체 및 제 2 유체의 송액 온도를 표 2에 나타낸다. 이 송액 온도는 제 1 유체와 제 2 유체의 각각의 온도를 처리 장치에 도입되기 직전[바꿔 말하면, 각각의 유체가 처리용 면(1, 2) 사이로 도입되기 직전]에서 측정했다. 토출된 PV-19 미립자 분산액 중으로부터 불순물을 제거하기 위해서 PV-19 미립자를 천천히 응집시키고, 세정 조작으로서 원심분리기(×18000G)로 PV-19 미립자를 침강시켜 상청액을 제거한 후 순수를 첨가해서 PV-19 미립자를 재분산하고, 다시 원심분리기를 사용해서 침강시켰다. 상기 세정 조작을 3회 행한 후 최종적으로 얻어진 PV-19 미립자의 페이스트를 50°, -0.1㎫G에서 진공 건조했다. 얻어진 PV-19 미립자 분말의 TEM상을 관찰했다.
실시예 7~8에 대해서는 제 2 유체인 미립자 원료 용액을 고속 교반기로서 클레어믹스 디졸버(M. Technique Co., Ltd제)를 사용해서 조제했다. 구체적으로는 클레어믹스 디졸버를 사용해서 농황산을 표 2에 기재한 둘레 속도로 교반하면서 PV-19를 투입하여 용해했다. 또한, 비교예 3~4에 대해서는 교반자와 마그네틱 스티어러를 사용해서 PV-19를 농황산에 혼합·용해했다. 다른 조건은 상기 실시예 7~8과 동일하게 해서 실시했다. 표 2에 처리 조건과, TEM에서 관찰된 PV-19 미립자의 입자 지름과 입자 형상을 함께 나타냈다.
클레어믹스 디졸버를 사용해서 제작한 제 2 유체를 사용함으로써 구형의 미립자가 얻어지는 것에 대하여 교반자와 마그네틱 스티어러를 사용해서 제작한 제 2 유체를 사용하면 입자 지름이 커지고, 또한 구형이 아닌 입자가 생성되었다. 또한, 클레어믹스 디졸버의 둘레 속도를 높이고, 또한 제 2 유체의 송액 속도가 빠른 편이 입자 지름이 큰 PV-19 미립자가 얻어져 입자 지름의 제어가 가능한 것이 발견되었다.
이상의 점에서 고속 교반기를 사용해서 미립자 원료 용액을 제작함으로써 균일하며 또한 균질한 미립자를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
Figure 112013078548842-pct00002
1 : 제 1 처리용 면 2 : 제 2 처리용 면
10 : 제 1 처리용 부 11 : 제 1 홀더
20 : 제 2 처리용 부 21 : 제 2 홀더
d1 : 제 1 도입부 d2 : 제 2 도입부
d20 : 개구부

Claims (4)

  1. (Ⅰ) 고속 교반기를 사용해서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해함으로써 미립자 원료 용액을 조제하는 공정과,
    (Ⅱ) 상기 미립자 원료 용액과, 상기 미립자 원료를 석출시키기 위한 적어도 1종류의 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 미립자를 석출시키는 공정을 포함하는 미립자의 제조 방법으로서,
    상기 석출용 용매가 상기 박막 유체를 형성하면서 상기 처리용 면의 사이를 통과하고,
    상기 석출용 용매가 흐르는 유로와는 독립된 별도의 도입로를 구비하고 있고,
    상기 적어도 2개의 처리용면 중 적어도 어느 한쪽이 상기 도입로로 통하는 개구부를 적어도 하나 구비하고,
    상기 미립자 원료 용액을 상기 개구부로부터 상기 처리용 면 사이로 도입하고, 상기 석출용 용매와 상기 미립자 원료 용액을 상기 박막 유체 중에서 혼합하여 이 박막 유체 중에 있어서 미립자를 석출시키는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고속 교반기는 교반 날개를 구비하고,
    상기 고속 교반기를 사용해서 미립자 원료를 용매에 용해할 때의 상기 교반 날개의 둘레 속도는 1m/s 이상인 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법.
  3. (Ⅰ) 초음파식의 교반기를 사용해서 적어도 1종류의 미립자 원료를 용매에 용해함으로써 미립자 원료 용액을 조제하는 공정과,
    (Ⅱ) 상기 미립자 원료 용액과, 상기 미립자 원료를 석출시키기 위한 적어도 1종류의 석출용 용매를 대향해서 배치되고, 접근·이반 가능하고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 미립자를 석출시키는 공정을 포함하는 미립자의 제조 방법으로서,
    상기 석출용 용매가 상기 박막 유체를 형성하면서 상기 처리용 면의 사이를 통과하고,
    상기 석출용 용매가 흐르는 유로와는 독립된 별도의 도입로를 구비하고 있고,
    상기 적어도 2개의 처리용 면 중 적어도 어느 한쪽이 상기 도입로로 통하는 개구부를 적어도 하나 구비하고,
    상기 미립자 원료 용액을 상기 개구부로부터 상기 처리용 면 사이로 도입하고, 상기 석출용 용매와 상기 미립자 원료 용액을 상기 박막 유체 중에서 혼합하여 이 박막 유체 중에 있어서 미립자를 석출시키는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 미립자 원료 용액의 조제를 고속 교반기 또는 초음파식의 교반기를 사용해서 행함으로써 석출되는 미립자의 입자 지름을 제어하는 것을 특징으로 하는 미립자의 제조 방법.













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