(57)【要約】【課題】チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する運転方法において、簡便な方法でチャンバーの閉塞度合いを管理する、高圧ホモジナイザーの運転方法を提供すること。【解決手段】チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する運転方法において、チャンバーの表面温度を計測することによりチャンバーの閉塞度合いを管理する、高圧ホモジナイザーの運転方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する運転方法において、チャンバーの表面温度を計測することによりチャンバーの閉塞度合いを管理する、高圧ホモジナイザーの運転方法。
【請求項２】
高圧ホモジナイザーが複数のチャンバーを用いた高圧ホモジナイザーであって、該複数のチャンバーの中から閉塞の進行したチャンバーを特定する、請求項１に記載の運転方法。
【請求項３】
チャンバーの表面温度が設定温度よりも１０℃以下である温度のチャンバーを、閉塞の進行したチャンバーとして特定する、請求項２記載の運転方法。
【請求項４】
流体が固体を含む流体である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の運転方法。
【請求項５】
高圧ホモジナイザーが液−壁衝突型チャンバーを有する高圧ホモジナイザーである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子を分散させるか又は粉砕して微粒子を製造するための高圧ホモジナイザーの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ナノサイズの粒子が多くの分野に適用されるようになったのに伴い、高圧ホモジナイザーを利用して、固体粒子を分散させるか又は粉砕してナノサイズの微粒子を得る製造技術が知られている。例えば、電子部品の分野では、積層型セラミックコンデンサの誘電体層としてチタン酸バリウムをナノサイズに微粒化する技術が知られている（特許文献１）。また、表示材料の分野では、耐光性に優れているという理由から、有機顔料を分散させたインクをインクジェット方式で印字する印字方式が広く用いられるようになった。近年のインクジェットプリンタヘッドの高精細化により、有機顔料のさらなる微粒化技術が求められており、かかる分野でも高圧ホモジナイザーを利用した技術が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０４０７０号公報
【特許文献２】特開２００８−１２０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体を分散させるか又は粉砕する際には、ビーズミル、サンドミル、均質バルブを有する高圧ホモジナイザー（以下、均質バルブ型高圧ホモジナイザーという）、チャンバーを有する高圧ホモジナイザー（以下、チャンバー型高圧ホモジナイザーという）等の分散機が用いられている。
【０００５】
チャンバーを用いた高圧ホモジナイザーで固体を含む流体を分散処理する際には、チャンバー内の流路が狭いため、分散処理時にチャンバー内部が閉塞することがある。また、処理能力の向上のため、１台の高圧ホモジナイザーにチャンバーを複数個装着したり、高圧ホモジナイザーそのものを並列に接続して運転することがある。その結果、チャンバーの装着個数が増え、チャンバー内部が閉塞、すなわち処理流量が低下した場合に、どのチャンバーが閉塞したのかを特定することが困難となる。従って、処理流量が低下した場合には、一旦運転を停止し、すべてのチャンバーを洗浄した後に運転を再開することが実情であり、このような一連の作業は生産効率を低下させる一つの要因である。よって本発明の課題は、チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する高圧ホモジナイザーの運転方法において、簡便な方法でチャンバーの閉塞度合いを管理する、高圧ホモジナイザーの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者らが鋭意検討した結果、チャンバーの表面温度を測定するという簡便な方法により、意外にも閉塞の進行したチャンバーを特定できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
即ち、本発明は、チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する運転方法において、チャンバーの表面温度を計測することによりチャンバーの閉塞度合いを管理する、高圧ホモジナイザーの運転方法、に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、チャンバーを有する高圧ホモジナイザーの閉塞度合いを、表面温度を測定するという簡便な方法で管理することができる。そのため、例えば複数のチャンバーが装着されている場合、閉塞の進行したチャンバーを容易に特定できる。流量低下時には、特定されたチャンバーのみを洗浄すればよいため、本発明によって、生産効率を飛躍的に向上できるという効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、液−液衝突型チャンバーの一例を示す模式図である。
【図２】図２は、液−壁衝突型チャンバーの一例を示す模式図である。
【図３】図３は、試験例１における処理時間と流量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の対象となる高圧ホモジナイザーは、チャンバーを有する高圧ホモジナイザー（チャンバー型高圧ホモジナイザー）である。
【００１１】
チャンバー型高圧ホモジナイザーは、部材の磨耗による不純物の混入がなく、耐久性に優れており、しかも高せん断力を発揮する分散能力の高い分散機として知られている。
【００１２】
チャンバー型高圧ホモジナイザーの具体例としては、例えばマイクロフルイダイザー〔Microfluidics社、商品名〕、ナノマイザー〔ナノマイザー株式会社、商品名〕、スターバースト〔スギノマシン株式会社、商品名〕、ジーナスPY〔白水化学株式会社、商品名〕、DeBEE2000〔日本ビーイーイー株式会社、商品名〕等が挙げられる。
【００１３】
チャンバー型高圧ホモジナイザーに用いられるチャンバーには、大きく分けて液−液衝突型チャンバーと液−壁衝突型チャンバーとが知られており、本発明はいずれのタイプのチャンバーにも適用することができる。本発明において適用することができる具体的なチャンバーとしては、Ｙ型チャンバー、Ｚ型チャンバー（マイクロフルイディックス社）、分離チャンバー（スギノマシン）等が挙げられる。
【００１４】
液−液衝突型チャンバーの一例を図１に示す。図１に示されているように、液−液衝突型チャンバーは、複数の液体の流入管路１、流入管路と同じ数のせん断管路２及び単一の流出管路３が順次連結され、複数のせん断管路の流出管路に近い方の端が１カ所で接続されており、該接続箇所での液体流同士の衝突で分散させるものである。
【００１５】
次に、液−壁衝突型チャンバーの一例を図２に示す。図２に示されているように、液−壁衝突型チャンバーは、各々単一の、液体の流入管路１、せん断管路２及び流出管路３が順次連結され、せん断管路２と流出管路３のなす角度が直角であり、せん断管路２の液体流を流出管路３の内壁に衝突させるものである。
【００１６】
チャンバー型高圧ホモジナイザーの分散機構は、せん断管路におけるせん断応力、液−液衝突型チャンバーの場合には液同士の衝突による衝撃力、液−壁衝突型チャンバーの場合には液と壁との衝突による衝撃力、加えて拡大される流出管路での圧力降下によるキャビテーションによるものとされている。従って、せん断応力を増加させ、分散性を増加させるには、せん断管路の内径をできるだけ小さくする必要がある。
【００１７】
しかしながら、固体を含む流体を処理する場合には、せん断管路の内径が小さいとそれだけ管路での固体粒子の閉塞が生じる可能性が高くなる。せん断管路が閉塞すると流量が低下するため生産性が低下したり、又は処理自体の継続が困難となる。加えて、せん断管路の内径が小さいため、同じ圧力では処理流量が低下する。高圧ホモジナイザーに加える圧力にも限界があることから、処理量を増加させるためには、１台の高圧ホモジナイザーにチャンバーを複数個装着したり、あるいは高圧ホモジナイザー自体の台数を増すことで処理量を増加させている。従って、１つの分散処理に複数個のチャンバーが必要となる場合が多い。
【００１８】
複数個のチャンバーを用いて処理を行った場合にも、チャンバーの閉塞による流量の低下が発生する。その場合にはどのチャンバーが閉塞したのかを特定することは容易ではない。というのは、流量計は通常、複数個のチャンバーが装着された高圧ホモジナイザーであっても、チャンバーの下流側に１個のみ設けられているからである。それぞれのチャンバーに流量計を設置することは、分散機の構成面及び費用面において合理的ではない。
【００１９】
又、固体を含む流体の分散処理を、流量計や圧力計が設置された高圧ホモジナイザーを用いて行うと、流量計や圧力計を接続する配管部に固体が閉塞する場合があり、更に処理する品種の切換の際の洗浄に多大の労力を要する。従って固体を含む流体の分散処理を行う高圧ホモジナイザーの流路は、できるだけ分岐の少ない簡略な流路構成が好ましい。
【００２０】
分散処理の過程において、チャンバーに付与されたエネルギーの一部は熱に変換され、チャンバーは熱を帯びてくる。本発明の一つの特徴は、この発生した熱をチャンバーの表面温度として測定し、チャンバーの管理に用いることである。チャンバーにおける表面温度の測定位置としては、特に限定されるわけではないが、例えば、胴部、流入管部、流出管部が挙げられる。表面温度の測定に用いることができる温度計としては特に限定されないが、市販の表面温度計が挙げられる。例えば、図１及び図２で示されるチャンバーの表面を、市販の表面温度計を用いて温度を計測する。
【００２１】
分散処理を実施すると、運転開始時には周囲の雰囲気と同じ温度であったチャンバー表面が次第に熱を帯びてくる。その後、時間の経過に伴って温度の上昇が低下し、ほぼ一定の温度が保たれる。この場合、所定の流量が確保されていると言える。このような一定の温度が保たれている場合の温度を、チャンバーの設定温度とする。チャンバーの設定温度は、分散対象の固体の種類、装置の運転条件等により異なるため、採用される分散処理系ごとに、実験的に求めることとなる。通常、運転開始から、おおよそ３０分経過後に、設定温度に到達することが多い。
【００２２】
さらに分散処理を続けると、固体を含む流体の処理の場合には、次第にチャンバー内部が閉塞し、流量が低下してくる。このような場合、意外にもチャンバーの表面温度も設定温度より低くなる。本発明では、分散処理時のチャンバーの表面温度を継続して測定することにより、流量の低下を推定することができる。例えば、設定温度よりも好ましくは１０℃以下、より好ましくは２０℃以下、さらに好ましくは３０℃以下の温度になった場合、そのチャンバーを閉塞したチャンバーと特定することができる。複数のチャンバーを同時に使用している際には、閉塞が進行したチャンバーの温度のみが設定温度から低下することから、流量の低下したチャンバーを容易に特定することができる。処理量が低下し生産性が低下したことが確認されれば、特定されたチャンバーのみを洗浄又は交換すればよいため、生産効率が飛躍的に高まる。
【００２３】
更に高圧ホモジナイザーが図２に示す液−壁衝突型チャンバーを有する高圧ホモジナイザーの場合には、流量の低下したチャンバーの流出管路３側に液を流入させ、流入管路１から処理液を流出させる操作（逆洗操作）後に、逆洗操作の流路のまま分散処理操作が可能である。このことから、液−壁衝突型チャンバーを有する高圧ホモジナイザーを用いることが、更に生産効率を高めることができるため好ましい。
【００２４】
チャンバーを有する高圧ホモジナイザーで流体を処理する高圧ホモジナイザーの運転方法において、当該高圧ホモジナイザーの運転の条件、例えば圧力、運転時間、流体の種類等は、公知の条件をそのまま採用することができる。さらに、本発明の運転方法は、高圧ホモジナイザーを用いて分散処理することができる公知のあらゆる固体粒子に適用させることができる。
【００２５】
この管理方法（運転方法）は固体を含む流体の分散処理の管理方法（運転方法）に好ましく適用することができ、固体の種類はまったく問わない。本発明において適用可能な固体としては、例えば、有機固体（有機顔料、プラスチック、医薬品、化粧料）、無機固体（無機顔料、無機鉱物）等が挙げられる。以下では一例として、有機顔料の分散処理を行って顔料分散体を製造した際の例を示す。
【実施例】
【００２６】
以下の製造例等において、「部」及び「％」とは、特記しない限りそれぞれ「重量部」及び「重量％」のことである。
（製造例１）
反応容器内に、メチルエチルケトン８．２部（４．１ｋｇ）、重合連鎖移動剤（２−メルカプトエタノール）０．０３部、及び表１に示すモノマー混合物２００部のうちの１０％を入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行い、混合溶液を得た。
【００２７】
【表１】
2011136290.tif 000002
【００２８】
表中の数値は有効分の重量％である。
なお、表１に示す化合物の詳細は、以下のとおりである。
スチレンマクロマー（東亜合成株式会社製、商品名：ＡＳ−６Ｓ、数平均分子量：６０００、重合性官能基：メタクロイルオキシ基）
Ｍ−９０Ｇ（ポリエチレングリコールモノメタクリレート（エチレンオキシド平均付加モル数＝９、末端メチル基）：新中村化学工業株式会社製、商品名：ＮＫエステルＭ−９０Ｇ）
ＰＰ−８００（ポリプロピレングリコールモノメタクリレート（プロピレンオキシド平均付加モル数＝１３、末端水酸基）：日本油脂株式会社製、商品名：ブレンマーＰＰ−８００）
【００２９】
一方、滴下ロートに、表１に示すモノマー混合物の残りの９０％を仕込み、重合連鎖移動剤（２−メルカプトエタノール）０．２８部、メチルエチルケトン７３．６部及び２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）１．８部を入れて混合し、十分に窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。
【００３０】
窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら７５℃まで昇温し、滴下ロート中の混合溶液を５時間かけて反応容器に滴下した。滴下終了から７５℃で２時間経過後、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）１．６部をメチルエチルケトン２１．８部に溶解した溶液を反応容器に加え、更に７５℃で２時間、８０℃で２時間撹拌を続け、ポリマー溶液を得た。
【００３１】
（試験例１）
製造例１で得られたポリマー溶液を減圧乾燥させて得られたポリマー２５部（２５ｋｇ）をメチルエチルケトン１４２部に溶かし、その中に中和剤（５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液）５．７部（中和度７５％）及びイオン交換水４２５部を加えて中和し、乳化組成物を得た。そしてイエロー顔料：ジアゾ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー７４〔ＰＹ７４〕、山陽色素株式会社製、商品名：FY7413）７５部を加え、ディスパー翼で２０℃で１時間混合して予備分散体を得た（第１工程）。
【００３２】
次に、得られた予備分散体をウルトラ・アペックス・ミル（寿工業株式会社、メディア式分散機、商品名）を用いて、メディア粒子として粒径０．０５ｍｍのジルコニアビーズ、ビーズ充填率８０％、撹拌翼周速１２ｍ／ｓの条件で２時間の分散処理を行って、分散体を得た（第２工程）。
【００３３】
次に、更に分散の安定化を図るために、上記で得られた分散体（６００ｋｇ）について、マイクロフルイダイザー（Microfluidics社製、高圧ホモジナイザー、商品名）を用いて、１８０ＭＰａの圧力で１０パスの分散処理を行った（第３工程）。チャンバーはＺ型マルチスロット型（液−壁衝突型チャンバー）を使用した。
【００３４】
使用したマイクロフルイダイザーは三台並列で運転し、それぞれに、チャンバーが１つずつ装着されていた。流量計は、三台のマイクロフルイダイザーの出口配管の合流部に設置されており、それぞれのチャンバーの流量の測定は不可能であった。
【００３５】
図３に運転データを示した。図３において、横軸は処理時間を示し、縦軸は出口配管の合流部に設置された流量計が示す流量を示す。図３で示したとおり、運転開始から流量が次第に低下したため、一定の流量を下回った時点で一旦運転を停止し、すべてのチャンバーを取り外して逆向きに装着するという逆洗操作を行った。その結果、流量の回復が認められた。しかし、再度流量の低下が認められたため、同じ操作を行った。充分に分散体の粒径が小さくなるとチャンバーの閉塞すなわち流量の低下がなくなった。この運転では、３つのチャンバーの取り外しと装着を合計６回行った。
【００３６】
（実施例１）
使用したマイクロフルイダイザーは三台並列で運転し、それぞれに、チャンバーが２つずつ装着されていた。流量計は、三台のマイクロフルイダイザーの出口配管の合流部に設置されており、それぞれのチャンバーの流量の測定は不可能であった。分散処理開始時のチャンバーの表面温度は、いずれも室温と同じ２３℃であった。１８０ＭＰａの圧力で１０パスの分散処理を行った。チャンバーはＺ型マルチスロット型（液−壁衝突型チャンバー）を使用した。
【００３７】
上記の試験例１で用いた分散体（６００ｋｇ）を、本例における分散対象の固体とした。高圧分散機に導入する前の温度（分散原料温度）は、１３から１５℃になるように別途調整した。６つのチャンバーの胴部の表面温度を表面温度計（TASCO社製：TNA-110）を用いて確認したところ、当初の温度の２３℃から次第に上昇し、運転開始時から０．５時間後には４８℃に到達した。チャンバーの胴部の表面温度は４８℃±１℃の範囲で推移したため、本操作系での設定温度を４８℃とした。 設定温度は、分散原料温度、分散圧力、被分散体の比熱等の物性に依存するため、各分散対象によってそれぞれ設定されるべきものである。分散処理開始の流量は１８ｋｇ／ｍｉｎであったが、次第に流量の低下が認められ、パスの処理中（分散処理開始から２時間後）には１５ｋｇ／ｍｉｎまで低下した。流量が１５ｋｇ／ｍｉｎまで低下した時点のチャンバーの胴部の表面温度を確認したところ、そのうちの５つは４８℃であったのに対して、ひとつは２３℃であった。このことから、温度が低いチャンバーの閉塞が進行したと考えて、このチャンバーのみ、チャンバー入口と出口流路を逆に切換えて再度運転を行った。その結果、流量は１８ｋｇ／ｍｉｎまで回復した。
【００３８】
以上のように、複数のチャンバーを同時に用いて分散させる操作において、チャンバーの表面温度を測定することにより、閉塞が進行したチャンバーを容易に特定でき、すべてのチャンバーを逆洗する必要がなくなった。そのため、作業効率の向上を図ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の運転方法は、チャンバーを有する高圧ホモジナイザーを用いて微粒子を製造する分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    流入管路
２    せん断管路
３    流出管路
【図１】
2011136290.tif 000003
【図２】
2011136290.tif 000004
【図３】
2011136290.tif 000005