(57)【要約】【課題】連続合成方法に適用可能な、サブミクロンサイズ以上の微粒子の製造方法を提供する。【解決手段】  微粒子を製造する微粒子製造方法であって、一般式ＲＳｉ（ＯＲ’）３(式中、Ｒ及びＲ’は、アルキル基を示す。)で表される珪素化合物を、水を主成分とする溶媒に溶解させる溶解ステップと、溶解後の珪素化合物と、塩基性触媒とを連続的に混合する混合ステップと、混合ステップで混合された混合液を流通させながら、反応させる反応ステップとを含む。【選択図】図１
2007254176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＲＳｉ（ＯＲ’）３で表される珪素化合物を、水を主成分とする溶媒に溶解させる溶解ステップと、
溶解後の珪素化合物と、塩基性触媒とを連続的に混合する混合ステップと、
混合ステップで混合された混合液を流通させる流通ステップと
を含む微粒子製造方法。
但し、前記一般式中、Ｒ及びＲ’は、アルキル基を示す。
【請求項２】
複数の流体を内部空間に流通させながら混合する混合ユニットを備えるスタティックミキサーであって、
前記混合ユニットの入口側には、当該混合ユニットとは別体の入口支持部材が取り付けられ、
前記入口支持部材は、表面に、少なくとも２つの流体流入口と、前記混合ユニットの入口に対向する１つの流体流出口とが開設され、内部に、合流箇所と、第１の流体流入口から流入した流体と第２の流体流入口から流入した流体とを合流箇所まで導く個別通路と、合流箇所から流体流出口まで、合流された流体を導く合流通路とを含むスタティックミキサー。
【請求項３】
複数の流体を内部空間に流通させながら混合する混合ユニットを備えるスタティックミキサーであって、
前記混合ユニットの出口側には、当該混合ユニットとは別体の出口支持部材が取り付けられ、
前記出口支持部材は、表面に、その１つが前記混合ユニットの出口に対向する少なくとも２つの流体流入口と、１つの流体流出口とが開設され、内部に、合流箇所と、第１の流体流入口から流入した流体と第２の流体流入口から流入した流体とを合流箇所まで導く個別通路と、合流箇所から流体流出口まで、合流された流体を導く合流通路とを含むスタティックミキサー。
【請求項４】
スタティックミキサーを用いて、連続的に複数の流体を混合する原料混合方法であって、
前記各流体を合流させる合流ステップと、
合流された後の合流液に分割剤を導入して分割する分割ステップと、
分割された合流液を流通させながら混合する混合ステップと
を含む混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単分散微粒子を製造する技術に関し、特に、サブミクロンサイズ以上の単分散微粒子を製造する技術、微粒子製造に用いるスタティックミキサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に用いられてきたナノオーダーの微粒子の製造方法としては、金属アルコキシド法がある。
この製造方法は、代表的な例としてシリカを挙げると、ストーバー（Stober）らが提案した方法で、TEOS（テトラアルコキシシラン）をアンモニアの触媒下で、エタノール溶液中で加水分解後、重縮合することにより、シリカ微粒子を製造する方法であり、バッチ式だけでなく、管型反応器を用い、反応液を管型反応器中に流通させてシリカ微粒子を製造する連続合成法においても使用されている（非特許文献１）。
【０００３】
この方法より、単分散性の均一なシリカ微粒子を製造することができる。
又、サブミクロンサイズ以上の比較的大きい微粒子を製造する技術として、特許文献１に、アルコキシランの加水分解によりシリカのシード粒子をまず生成し、その後反応液をアルカリ性に保ちながらアルコキシランを添加し、その加水分解により、生成したシード粒子の表面にシリカを付着させ、シード粒子を成長させることにより、所望の大きさのシリカ微粒子を製造する方法が開示されている。
【０００４】
これにより、シード粒子を成長させ、容易に所望の大きさのシリカ微粒子を製造することができる。
又、微粒子の連続合成法では、バッチ方式のように、攪拌機を用いて攪拌しながら、微粒子生成反応を進行させる代わりに、例えば、ビーズを充填したミキサーを用いて、複数の原料液を合流させて、ミキサーの内部空間を流通させて混合した後、さらにマイクロ反応管を流通させながら反応を進行させるという処理が行われている。
【０００５】
これにより、攪拌機を用いることなく、反応液の攪拌効率を高め、反応を均一に進行させることができる。
【非特許文献１】村尾直純、森康雄；“セグメントフロー反応器を用いた単分散シリカ粒子の連続合成”,化学工学会第３６回秋季大会（2003.9）
【特許文献１】特公平３−５２０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載された連続合成法の技術では、製造できる微粒子の粒径の大きさに限界があり、サブミクロンサイズ以上の粒径の微粒子を生成するのが困難であるという問題がある。
又、特許文献１に開示された製造方法は、シード粒子と原料とを混合して反応を進行させなければならず、連続的な攪拌が可能なバッチ方式の製造方法には、適用できても、反応液を流通させながら反応させる連続合成方法では、反応液を流通させている間、原料を段階的に混合することは難しい（特に直線的な速度で混合してゆくことは不可能）。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明の第１の目的は、連続合成方法に適用可能な、サブミクロンサイズ以上の微粒子を製造するのに適した製造方法を提供することにある。
又、連続合成方法では、原料液の混合は、ポンプ等を用いて、各原料液を合流管内に導入し、合流管内で合流させた後、合流管に接続された連結用配管を介してミキサー内に送出し、ミキサー内を流通させることにより、行われるが、合流管内では、原料の混合は、十分に行われていないにもかかわらず反応が進行することになる。
【０００８】
又、図４に示すように、２液合流したのち直線的な流路を流通する際に、管内の中央部と管壁部とでは、流速が中央部（符号２で示す。）で早く、管壁部（符号１、３で示す）で遅くなる傾向があるため、反応が均一に進行しない。特に、合流管を混合液が流通する距離が長くなると、微粒子生成反応が不均一に進行する期間が長くなり、生成微粒子の大きさが不均一となる原因になりやすい。
【０００９】
又、合流した液がミキサーに入るまでに、連結用の配管を通過するので、そのつなぎ目で液がよどんで反応が不均一になることがある。
上記問題点に鑑み、本発明の第２の目的は、原料が十分混合されることなく、反応が進行するのを防止することが可能なミキサーを提供することにある。
更に、ミキサーで混合された後、すみやかに混合液を少量単位に分割し、攪拌効率を高めることが可能なミキサーを提供することにある。
【００１０】
又、微粒子生成反応においては、初期反応であるシード粒子生成反応において生成されるシード粒子の粒径が均一でない場合には、単分散性の微粒子が生成されにくく、シード粒子生成反応を均一に進行させることは、単分散性の微粒子を生成させる上で重要であるが、シード粒子生成反応は、短時間（例えば、チタニア、シリカの場合には、数十秒程度）で進行するため、スタティックミキサー内での攪拌効率をできるだけ高めて、シード粒子生成反応を均一に進行させる必要がある。
【００１１】
上記必要性に鑑み、本発明の第３の目的は、ミキサー内での攪拌効率を高める混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記第１の発明の目的を達成するために、シリカ微粒子の粒径と原料及び溶媒との関係について検討を重ね、種々の実験を試み、メチルトリエトキシシランを、水を主成分とする溶媒に溶解させたものを原料液として用い、塩基性触媒下で反応させた場合に、サブミクロンサイズ以上のシリカ微粒子（ポリオルガノシロキサン微粒子）を生成することができることを見出した。
【００１３】
従来の連続合成法においては、シリカ微粒子の製造の原料であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）の溶媒としては、凝集をおこしやすい水を主成分とする溶媒は避けられ、エタノールなどの有機溶媒が利用されていたが、本発明者は、メチルトリエトキシシランを原料として用いた場合には、水を主成分とする溶媒に溶解させた場合においても、凝集などは認められず、長時間安定であり、連続合成法へ適用可能であることを確認した。
【００１４】
本発明は、具体的には、微粒子製造方法であって、一般式ＲＳｉ（ＯＲ’）３で表される珪素化合物を、水を主成分とする溶媒に溶解させる溶解ステップと、溶解後の珪素化合物と、塩基性触媒とを連続的に混合する混合ステップと、混合ステップで混合された混合液を流通させる流通ステップとを含む(但し、前記一般式中、Ｒ及びＲ’は、アルキル基を示す。以下、「構成１」という。)。
【００１５】
本発明の第２の目的を達成するために、本発明は、複数の流体を内部空間に流通させながら混合する混合ユニットを備えるスタティックミキサーであって、
前記混合ユニットの入口側には、当該混合ユニットとは別体の入口支持部材が取り付けられ、前記入口支持部材は、表面に、少なくとも２つの流体流入口と、前記混合ユニットの入口に対向する１つの流体流出口とが開設され、内部に、合流箇所と、第１の流体流入口から流入した流体と第２の流体流入口から流入した流体とを合流箇所まで導く個別通路と、合流箇所から流体流出口まで、合流された流体を導く合流通路とを含む(以下、「構成２」という。)。
【００１６】
又、本発明は、複数の流体を内部空間に流通させながら混合する混合ユニットを備えるスタティックミキサーであって、前記混合ユニットの出口側には、当該混合ユニットとは別体の出口支持部材が取り付けられ、前記出口支持部材は、表面に、その１つが前記混合ユニットの出口に対向する少なくとも２つの流体流入口と、１つの流体流出口とが開設され、内部に、合流箇所と、第１の流体流入口から流入した流体と第２の流体流入口から流入した流体とを合流箇所まで導く個別通路と、合流箇所から流体流出口まで、合流された流体を導く合流通路とを含むこととすることができる（以下、「構成３」という。）。
【００１７】
本発明の第３の目的を達成するために、本発明は、スタティックミキサーを用いて、連続的に複数の流体を混合する原料混合方法であって、前記各流体を合流させる合流ステップと、合流された後の合流液に分割剤を導入して分割する分割ステップと、分割された合流液を流通させながら混合する混合ステップとを含む（以下、「構成４」という。）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、「構成１」の構成を備えることにより、連続合成法において、サブミクロンサイズ以上の微粒子を生成することができる。
本発明は、「構成２」の構成を備えることにより、各原料液を、混合ユニットの入口側に取り付けられた入口支持部材の内部流路を介して合流させた後、連結用の配管を通過させることなく、すぐに混合ユニットで混合することができるので、原料液合流後、混合液が不均一の状態で流通される距離を小さくすることができる。
【００１９】
従って、反応が不均一に進行する期間を短くできる。
本発明は、「構成３」の構成を備えることにより、スタティックミキサー内での混合が完了した直後に、混合ユニットの出口側に取り付けられた出口支持部材の出口に対向していない流体流入口を介して、分割剤を導入し、混合後の溶液を少量単位に分割することができるので、溶液を流通させて反応させる場合に、攪拌効率の低い、非分割状態での混合後の溶液の流通時間を極短時間にすることができ、混合直後から、溶液の攪拌効率を高め、溶液が均一化された状態で反応を進行させることができる。
【００２０】
本発明は、「構成４」の構成を備えることにより、合流された後の合流液が微少量単位に分割された状態で流通しながら強制的に混合（例えば、スタティックミキサーの羽根でねじり回転させられながら混合）されるので、分割された合流液の区画内において、流動方向とは別方向に二次的な流れが生じやすくなり、分割された各区画内における攪拌効率を高めることができ、反応が不均一に進行するのを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態１）
＜微粒子製造方法＞
本実施形態１に係る微粒子製造方法は、水を主成分とする水性溶媒に、アルキル基とアルコキシル基を有するケイ素化合物を溶解させた後、溶解液と微量の塩基性触媒とを連続的に混合し、マイクロ反応管を用いてケイ素化合物の加水分解、縮合反応を進行させることにより、サブミクロンサイズ以上のシリカ微粒子（ポリオルガノシロキサン微粒子）を製造することを特徴とする。
（原料）
本製造方法においては、一般式Ｒ１Ｓｉ（ＯＲ２）3で表されるケイ素化合物を原料として用いることができる。
【００２２】
上記一般式において、Ｒ１は炭素数１〜２０のアルキル基、（メタ）アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数６〜２０のアリール基又は炭素数７〜２０のアラルキル基を示し、Ｒ２は炭素数１〜６のアルキル基であって、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、その例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
【００２３】
ケイ素化合物を溶解する水性溶媒としては、水のみを用いることとしてもよいし、水と有機溶媒との混合液を用いることとしてもよい。有機溶媒としては、例えば、アセトンや低級アルコール（メタノール、エタノール、プロパノールなど）を用いることができる。
又、塩基性触媒としては、例えばアンモニアを用いることができる。
（原料混合工程）
上記一般式で表されるケイ素化合物のいずれかを選択し、水性溶媒に溶解させた溶液を塩基性触媒と混合して、ケイ素化合物の加水分解、縮合反応を開始させる。
【００２４】
水性溶媒に対する溶解容易性の観点より、上記一般式で表されるケイ素化合物の内、特に、Ｒ１としてメトキシ基、エトキシ基を有するケイ素化合物を用いることが望ましい。
両原料の混合は、例えば、プランジャーポンプ、ローラポンプ、ダイヤフラムポンプなどほぼ一定の流量で連続的に送液することが可能なポンプを用いて、
各原料をそれぞれマイクロミキサー内に送出し、マイクロミキサー内で両原料混合することにより行うことができる。
【００２５】
原料混合工程で使用するマイクロミキサーとしては、原料を連続的に混合するスタティックミキサーを用いることが望ましい。
（分割剤導入工程）
原料混合工程で混合された反応液に分割剤を導入することにより、反応液を微少量単位に分割する。
【００２６】
分割剤の導入は、例えば、原料混合工程において混合された反応液の送出用の主管に対しＴ字状に接続させた導入管を介してポンプを用いて行うことができる。
又、分割剤は、反応液との混合性がないものであればよく、例えば、空気、窒素、水素や、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることができる。
又、反応液が親水性の場合には、へキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの疎水性溶媒を分割剤として用いることができ、反応液が疎水性の場合には、水、メチルアルコール、エチルアルコールなどの親水性溶媒を分割剤として用いることができる。
【００２７】
ここで、微少量単位とは、例えば、数nl〜数千μl程度の容量をいう。
（反応工程）
分割剤導入工程で分割された各反応液を、温度調節槽内に配置され、所定の温度に調節されたマイクロ反応管内において、所定の流速で流通させてマイクロ反応管の全長に応じた所定の時間、反応を進行させる。
【００２８】
温度調節槽内の温度は、設定温度に調整された熱媒体を流通させることにより、所定の温度に調節される。
なお、室温で反応させる場合には、温度調節槽は、不要である。
マイクロ反応管の管径は、特に限定されず、流速と、反応時間と、チューブ長とから規定される。通常管径が数十μm〜数mmの範囲のものを用いる。
【００２９】
又、マイクロ反応管の形状は、コイル状であってもよいし、波形状であってもよいし、直線状に伸びた形状、その他の形状であってもよいが、コイル状にすることにより、コイルの中心軸方向の長さを短くするとともに、管断面方向の流れを増加させて管内の反応液の攪拌を促進することができる。
（分離工程）
マイクロ反応管を流通させた後の反応液から、生成された微粒子を必要がある場合には分離する。
【００３０】
分離方法として、例えば、ろ過装置、ロータリーエバポレータ、連続遠心機などの分離装置、溶媒蒸発装置を用いて分離することができる。
図１は、本微粒子製造方法に用いる微粒子製造装置の一例を示す図である。図１の符号１１は、ケイ素化合物の溶解液を貯留する原料タンクＡを表し、符合１２は、塩基性触媒を溶解させた溶液を貯留する原料タンクＢを表し、符合１３は、原料タンクＡから原料液を送出させるために用いるポンプＰ１を表し、符合１４は、原料タンクＢから原料液を送出させるために用いるポンプＰ２を表し、符合１５は、各ポンプを用いて送出された原料液を混合するスタティックミキサーを表し、符号１６は、分割剤を貯留する分割剤貯留槽を表し、符合１７は、分割剤をタンクから送出させるために用いるポンプＰ３を表し、符合１８は、分割された各反応液を流通させるためのマイクロ反応管を表し、符号１９は、温度調節槽を表し、符号２０は、反応後の反応液を希釈して貯留するための貯留槽を表す。
（実施例１）
（原料）
イオン交換水とケイ素化合物（メチルトリエトキシシラン（以下、「ＭＴＥＳ」という。）とを、それぞれ体積比１００：２０の割合で混合したものを原料１とし、塩基性触媒として、イオン交換水１００ｍｌに２８％アンモニア水０．２ｍｌを添加したものを原料２とした。
（原料混合工程）
原料１と原料２とを、スタティックミキサーを用いて体積比１：１の割合で連続的に混合する。
（分割剤導入工程）
原料溶液とアンモニア水とを混合した反応液に、ポンプを用いて導入管から空気を導入することにより、反応液を微少量単位（数μ〜数千μl）に分割する。
（反応工程）
微少量単位に分割された各反応液を、管径が２ｍｍのコイル状のマイクロ反応管内において、室温で２時間、流通させる。
（分離工程）
マイクロ反応管流通後の反応液をろ過して生成された微粒子を分離する。
【００３１】
上記各工程を経て得られた微粒子の平均粒子径を電子顕微鏡を用いて測定すると、平均粒子径が１．５μｍであった。又、ＣＶ値（標準偏差／平均粒子径）は１％であった。
（実施例２）
イオン交換水とケイ素化合物（メチルトリメトキシシラン（以下、「ＭＴＭＳ」という。）とを、それぞれ体積比１００：２０の割合で混合したものを原料１とし、塩基性触媒として、イオン交換水１００ｍｌに２８％アンモニア水０．２ｍｌを添加したものを原料２とした。
【００３２】
上記以外の各工程は、実施例１の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
実施例２による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．０μｍであった。又、ＣＶ値（標準偏差／平均粒子径）は１％であった。
（実施例３）
実施例１では、ＭＴＥＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例３においては、水性溶媒として水とメタノールの混合溶液を用いる点において、実施例１の場合と異なる。
【００３３】
実施例３においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（メタノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＥＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＥＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例１と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例１の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００３４】
実施例３による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．７μｍであった。
（実施例４）
実施例１では、ＭＴＥＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例４においては、水性溶媒として水とエタノールの混合溶液を用いる点において、実施例１の場合と異なる。
【００３５】
実施例４においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（エタノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＥＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＥＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例１と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例１の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００３６】
実施例４による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．９μｍであった。
（実施例５）
実施例１では、ＭＴＥＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例５においては、水性溶媒として水と２−プロノールの混合溶液を用いる点において、実施例１の場合と異なる。
【００３７】
実施例５においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（エタノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＥＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＥＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例１と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例１の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００３８】
実施例５による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、２．１μｍであった。
（実施例６）
実施例２では、ＭＴＭＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例６においては、水性溶媒として水とメタノールの混合溶液を用いる点において、実施例２の場合と異なる。
【００３９】
実施例６においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（メタノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＭＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＭＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例２と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例２の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００４０】
実施例６による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．２μｍであった。
（実施例７）
実施例２では、ＭＴＭＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例７においては、水性溶媒として水とエタノールの混合溶液を用いる点において、実施例２の場合と異なる。
【００４１】
実施例６においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（エタノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＭＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＭＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例２と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例２の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００４２】
実施例７による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．４μｍであった。
（実施例８）
実施例２では、ＭＴＭＳを溶解させる水性溶媒を水のみとしたが、実施例６においては、水性溶媒として水と２−プロパノールの混合溶液を用いる点において、実施例２の場合と異なる。
【００４３】
実施例８においては、イオン交換水の代わりに、有機溶媒（２−プロパノール）をイオン交換水１００に対して、５％添加したものを、ＭＴＭＳの溶媒とし、実施例１の場合と同じ体積比でＭＴＭＳを溶解させたものを、原料１として用い、
他は、反応時間を３時間とした点以外は、実施例２と同じ条件で微粒子を製造した。
上記以外の各工程は、実施例２の場合と同様であるので、各工程についての説明を省略する。
【００４４】
実施例８による製造方法により得られた微粒子の平均粒子径は、１．６μｍであった。
上記実施例の結果に示されるように、有機溶媒としてアルコールを添加することにより、生成されるシリカ微粒子の粒径を大きくすることができる。又、アルコールの炭素数を増大させることにより、生成されるシリカ微粒子を大きくすることができる。
このように、溶媒として水を主成分としつつ、有機溶媒を添加することにより、溶媒の極性を変化させることにより、生成されるシリカ微粒子の粒径の大きさを制御することができる。
【００４５】
又、本製造方法を用いると、短時間でマイクロサイズのオーダのシリカ微粒子を生成することができ、マイクロサイズのオーダを生成するのに、約２４時間の反応時間を要する、ストーバー（Stober）らが提案した、ＴＥＯＳを原料として用いる方法に比べ、製造時間等の製造工程を単純化することができる点において利点がある。
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る発明は、連続的に微粒子生成反応を進行させる微粒子生成装置において使用されるスタティックミキサーにおいて、原料液を予備混合後、予備混合液がスタティックミキサーの混合ユニットに導入されるまでの滞留時間を少なくし、予備混合液が不均一に混合された状態で長時間滞留し、反応が不均一に進行するのを防止するために、出発原料を合流させて予備混合するための予備原料混合部とスタティックミキサーとを一体化することにより、原料液を予備混合後、予備混合液がスタティックミキサー内の混合ユニットに導入されるまでの予備混合液の滞留時間をごく短時間に調整することを特徴とする。
【００４６】
更に、分割剤を導入するための分割剤導入部をスタティックミキサーと一体化することにより、混合ユニット内での混合が完了した直後において、分割剤の導入を可能とし、非分割状態での混合後の溶液の流通時間を極短時間にして、混合直後から、溶液の攪拌効率を高め、溶液が均一化された状態で反応を進行させることを特徴とする。
図２は、本実施の形態２に係るスタティックミキサー１００の構成を示す機能ブロック図である。スタティックミキサー１００は、プラグユニットＡ１０１、混合ユニット１０３、プラグユニットＢ１０２から構成される。
（プラグユニットＡ１０１）
プラグユニットＡ１０１は、ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２をそれぞれ形成する開口部と、支持部材１０１３、各開口部と連通するＹ字状の内部流路１０１４、混合ユニット１０３の後述する外套体１０３２の雄ねじ部１０３１１と螺合する雌ねじ部１０１３１を内周壁に有する凹部１０１６から構成される。
【００４７】
なお、ポートの数は、ここでは、説明の便宜上２つとしているが、２つに限らず３つ以上であってもよく、混合すべき原料液の種類数に応じて増減することができる。
（ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２）
ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２は、原料液を導入するための入口となり、開口部周縁に、雄ねじと螺合可能な雌ねじ部１０１１１、１０１２１を有する。
【００４８】
雌ねじ部１０１１１、１０１２１は、原料液を流通させるチューブを通す貫通孔１０１１３、１０１２３を有する雄ねじ１０１１２、１０１２２とそれぞれ螺合される。
（支持部材１０１３）
混合ユニット１０３の入口側の支持部材である。
（内部流路１０１４）
支持部材１０１３の内部に設けられたＹ字状の内部流路である。内部流路１０１４は、ポートＡ１０１１と連通し、連通部から内方に延びる原料液流入用流路Ａ１０１４１と、ポートＢ１０１２と連通し、連通部から内方に延びる原料液流入用流路Ｂ１０１４２と、両者の原料液流入用流路が合流する合流部１０１４３と、合流部１０１４３から外方に延びて、混合ユニット１０３の入口と連通する原料液流出用流路１０１４４とからなる。
【００４９】
なお、原料液流入用流路の数は、２つに限らず、ポートの数に応じて増減できる。
ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２からそれぞれ導入された原料液は、内部流路１０１４介して混合され、混合ユニット１０３に送出される。
（混合ユニット１０３）
複数の混合エレメント（図２では、４つの混合エレメント（符号１０３１で示す））が中空の円柱状の外套体１０３２に収納されて構成されている。
【００５０】
外套体１０３２の両端周辺の外周壁部には、プラグユニットＡ１０１の雌ねじ部１０１３１と螺合する雄ねじ部１０３１１と、後述するプラグユニットＢ１０２の雌ねじ部１０２３１と螺合する雄ねじ部１０３１２とが設けられ、混合ユニット１０３は、各雄ねじ部と対応する雌ねじ部と螺合されて、プラグユニットＡ１０１及びプラグユニットＢ１０２とそれぞれ締め付け固定されている。
【００５１】
又、外套体１０３２の両端側に位置する混合エレメント１０３１における、原料液流出用流路１０１４４と対向する側の混合エレメント１０３１の表面には、上下面が平坦で、中央部に流出用流路１０１４４と連通する孔を有する天板１０３３が当接され、又、後述するプラグユニットＢ１０２の混合液流出用流路１０２４１と対向する側の混合エレメント１０３１の表面には、上下面が平坦で、中央部に混合液流出用流路１０２４１と連通する孔を有する、天板１０３４が当接されている。
【００５２】
なお、天板１０３３、１０３４の周囲にそれぞれ、リング状のパッキンをはめ込むこととしてもよい。
これにより、上記締め付け固定時における、各混合エレメント間の密着性を高めることができる。
各混合エレメントは、混合された原料液を４分割し、螺旋状にねじって回転させた後、合流させる構造を有する。
【００５３】
複数の混合エレメントを連結させて、分割、回転、合流を繰り返すことにより、原料液が混合される。
各混合エレメントは、例えば、回転の向きが右方向又は左方向の羽根形形状をしたねじり羽根を有する構造とし、各混合エレメントは、隣接する混合エレメントと、回転の向きが異なるように接合することができる。
【００５４】
ねじり羽根は、例えば、ステンレス等の金属板を長手方向の中心軸の周りに所定角度（例えば１８０°）右又は左方向にねじって形成することができる。
プラグユニットＢ１０２は、ポートＪ１０２１、ポートＫ１０２２をそれぞれ形成する開口部と、支持部材１０２３、混合ユニット１０３の出口及び各開口部と連通するＴ字状の内部流路１０２４、混合ユニット１０３の外套体１０３２の雄ねじ部１０３１２と螺合する雌ねじ部１０２３１を内周壁に有する凹部１０２５から構成される。
【００５５】
（ポートＪ１０２１）
混合ユニット１０３で混合された原料液をスタティックミキサー１００から流出させる出口となり、開口部周縁に、雄ねじと螺合可能な雌ねじ部１０２１１を有する。
雌ねじ部１０２１１は、混合された原料液を流出させるチューブを通す貫通孔１０２１３を有する雄ねじ１０２１２と螺合される。
【００５６】
（ポートＫ１０２２）
分割剤を導入するための入口であり、開口部周縁に、雄ねじと螺合可能な雌ねじ部１０２２１を有する。
雌ねじ部１０２２１は、分割剤を導入するためのチューブを通す貫通孔１０２２３を有する雄ねじ１０２２２と螺合される。
【００５７】
ここで、分割剤は、混合液との混合性がないものであればよく、例えば、空気、窒素、水素や、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス、不溶性溶媒を用いることができる。
（支持部材１０２３）
混合ユニット１０３の出口側の支持部材である。
（内部流路１０２４）
支持部材１０２３の内部に設けられたＴ字状の内部流路である。内部流路１０２４は、混合ユニット１０３の出口と連通し、連通部から内方に延びて、ポートＪ１０２１と連通する混合液流出用流路１０２４１と、ポートＫ１０２２と連通し、連通部から内方に延びて、混合液流出用流路１０２４１と合流する分割剤導入用流路１０２４２とからなる。
【００５８】
混合ユニット１０３内で混合された後の混合液は、混合ユニット１０３の出口から、混合液流出用流路１０２４１に送出され、分割剤導入用流路１０２４２から導入される分割剤と合流された後、ポートＪ１０２１を介して、外部へ送出される。
なお、スタティックミキサー１００の構成要素として、図２のポートＫ１０２２を、除くこととしてもよい。
【００５９】
又、複数のスタティックミキサー１００を配管で接続することとしてもよい。
具体的には、一方のスタティックミキサー１００のポートＪ１０２１の雌ねじ部１０２１１に、雄ねじ１０２１２を螺合させ、貫通孔１０２１３にチューブを通して、チューブの一端をポートＪ１０２１と接続し、チューブの他端を配管の一端と接続し、配管の他端と、もう一方のスタティックミキサー１００のポートＡ１０１１又はポートＢ１０１２の何れかのポートとを当該ポートの雌ねじ部と螺合させた雄ねじの貫通孔を介してチューブで接続することとしてもよい。
【００６０】
又、配管を介さず、一方のスタティックミキサー１００のポートＪ１０２１の雌ねじ部１０２１１と螺合させた雄ねじ１０２１２の貫通孔１０２１３からチューブの一端を挿入して、ポートＪ１０２１と接続し、他端を、他方のスタティックミキサー１００のポートＡ１０１１又はポートＢ１０１２の何れかのポートの雌ねじ部と螺合させた雄ねじの貫通孔を介して、当該ポートと接続させることにより、両者のスタティックミキサーをチューブで直接接続することとしてもよい。
【００６１】
上記のように２つのスタティックミキサー１００を連結した構成は、例えば、
３成分を混合する場合に利用することができる。
具体例として、最初のスタティックミキサー１００を用いて、触媒とｐＨ調整液を混合してｐＨを所定範囲のｐＨに調整し、後のスタティックミキサー１００を用いて原料とｐＨ調整された触媒とを混合する場合が挙げられる。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る発明は、連続的に微粒子生成反応を進行させる微粒子生成装置において使用されるスタティックミキサーにおいて、混合ユニット内における攪拌効率を高め、混合ユニット内における微粒子生成反応を均一に進行させるために、実施の形態２に係るスタティックミキサーの構成に加え、混合ユニットに導入される原料の混合液を、微少量単位に分割するための分割剤導入用の入口を設けたことを特徴とする。
【００６３】
これにより、図５（ｂ）に示すように、混合ユニット内に導入された混合液が分割剤によって各分画の混合液に区画され、流動方向（符号５１で示す）以外に、管断面方向（符号５２で示す）に２次的な流れが生じ、各区画内において、混合液の攪拌効率を高めることができる。
一方、図５（ａ）に示すように、分割剤を導入しない場合には、流動方向においてのみ、流れが生じ、分割剤を導入した場合に比べ、攪拌効率が悪くなる。
【００６４】
図３は、本実施の形態３に係るスタティックミキサー２００の構成を示す機能ブロック図である。スタティックミキサー２００は、プラグユニットＡ’１１１、混合ユニット１０３、プラグユニットＢ’１１２から構成される。
ここで、実施の形態２に係るスタティックミキサー１００と共通の構成要素については、同一の番号を付し、異なる構成要素については、異なる番号を付している。
【００６５】
以下、スタティックミキサー１００と相違する構成要素について説明し、共通する構成要素については、説明を省略する。
（プラグユニットＡ’１１１）
プラグユニットＡ’１１１は、ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２、ポートＣ１０１５をそれぞれ形成する開口部と、支持部材１０１３、各開口部と連通する三叉路状の内部流路１１１４、凹部１０１６から構成される。
【００６６】
ここで、実施の形態２に係るプラグユニットＡ１０１と共通する構成要素については同一の番号を付し、異なる構成要素については、異なる番号を付している。
以下、プラグユニットＡ１０１と相違する構成要素について説明し、共通する構成要素については説明を省略する。
（ポートＣ１０１５）
分割剤を導入するための入口となり、開口部周縁に、雄ねじと螺合可能な雌ねじ部１０１５１を有する。
【００６７】
雌ねじ部１０１５１は、分割剤を流通させるチューブを通す貫通孔１０１５３を有する雄ねじ１０１５２と螺合される。
なお、ポートＣ１０１５の配置位置は、各成分に均一的に分割剤が接触するようにとの観点からは、図３の紙面に垂直方向に設けることが好ましい。更に、入口側にバックプレッシャーがかからないようにするという観点からは、入口側に向けて鋭角の角度になるように設けることが望ましい。
【００６８】
（内部流路１１１４）
支持部材１０１３の内部に設けられた三叉路状の内部流路である。内部流路１０１４は、ポートＡ１０１１と連通し、連通部から内方に延びる原料液流入用流路Ａ１１１４１と、ポートＢ１０１２と連通し、連通部から内方に延びる原料液流入用流路Ｂ１１１４２と、ポートＣ１０１５と連通し、連通部から内方に延びる分割剤導入用流路１１１４３と、原料液流入用流路Ａ１１１４１と、原料液流入用流路Ｂ１１１４２と分割剤導入用流路１１１４３とが合流する合流部１１１４４と、合流部１１１４４から外方に延びて、混合ユニット１０３の入口と連通する原料液流出用流路１１１４５とからなる。
【００６９】
なお、原料液流入用流路の数は、３つに限らず、ポートの数に応じて増減できる。
ポートＡ１０１１、ポートＢ１０１２からそれぞれ導入された原料液は、原料液流入用流路Ａ１１１４１と原料液流入用流路Ｂ１１１４２とを介して混合され、さらに、ポートＣ１０１５から分割剤導入用流路１１１４３を介して導入された分割剤によって混合液が微少量単位に分割され、分割された各混合液は、原料液流出用流路１１１４５を介して混合ユニット１０３に送出される。
【００７０】
ここで、分割剤は、混合液との混合性がないものであればよく、例えば、空気、窒素、水素や、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス、不溶性溶媒を用いることができる。
又、微少量単位とは、例えば、数μ〜数千μl程度の容量をいう。
プラグユニットＢ’１１２は、ポートＫ１０２２を有さない点においてのみ、プラグユニットＢ１０２と相違する。ポートＫ１０２２以外の構成要素については、実施の形態２において説明済みであるので、説明を省略する。  
【００７１】
なお、実施の形態１に記載のシリカ微粒子の製造方法において、実施の形態２又は３に記載したスタティックミキサーを用いることにより、流路内に目詰まりなどが起こりにくく、効率よく単分散性の高いサブミクロンサイズ以上のシリカ系微粒子の製造をすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、単分散微粒子を製造する技術において、特に、サブミクロンサイズ以上の単分散微粒子を製造する技術、微粒子製造に用いるスタティックミキサーに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本微粒子製造方法に用いる微粒子製造装置の一例を示す図である。
【図２】本実施の形態２に係るスタティックミキサー１００の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本実施の形態３に係るスタティックミキサー２００の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】合流管内における原料混合液の流速分布を示す模式図である。
【図５】分割剤の導入有無によって生じる、混合ユニット内に導入された混合液に生じる流れの方向の相違点を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１  原料タンクＡ
１２  原料タンクＢ
１３  ポンプＰ１
１４  ポンプＰ２
１５  スタティックミキサー
１６  分割剤貯留槽
１７  ポンプＰ３
１８  マイクロ反応管
１９  温度調節槽
２０  貯留槽
１００、２００  スタティックミキサー
１０１  プラグユニットＡ１０１
１０２  プラグユニットＢ１０２
１０３  混合ユニット
１１１  プラグユニットＡ’
１１２  プラグユニットＢ’
１０１１  ポートＡ
１０１２  ポートＢ
１０１４、１０２４、１１１４  内部流路
１０１５  ポートＣ
１０１３、１０２３  支持部材
１０１６、１０２５  凹部
１０２１  ポートＪ
１０２２  ポートＫ
１０３１  混合エレメント
１０３２  外套体
１０３３、１０３４  天板
１０１１１、１０１２１、１０１３１、１０１５１、１０２１１、１０２２１、１０２３１  雌ねじ部
１０１１２、１０１２２、１０１５２、１０２１２、１０２２２  雄ねじ
１０１１３、１０１２３、１０１５３、１０２１３、１０２２３  貫通孔
１０１４１、１１１４１  原料液流入用流路Ａ
１０１４２、１１１４２  原料液流入用流路Ｂ
１０１４３、１１１４４  合流部
１０１４４、１１１４５  原料液流出用流路
１０２４１  混合液流出用流路
１０２４２、１１１４３  分割剤導入用流路
１０３１１、１０３１２  雄ねじ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007254176.tif 000007