JP2004148174A

JP2004148174A - 超臨界流体を利用して微粒子を製造する方法および装置

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Publication number: JP2004148174A
Application number: JP2002314917A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Fukusato; 隆一福里; Kazuhiro Uehara; 一浩上原; Yoshiyuki Nagase; 佳之長瀬
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】液滴・粒子の微細化を図ると共に、十分な処理量を確保しつつ、流路閉塞等の問題を解消する技術を提供すること。
【解決手段】被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる微粒子製造方法において、前記液体を噴射口先端部近傍に障害物が設けられている噴射手段に通して該障害物と衝突させるプロセスを包含することに要旨を有する微粒子の製造方法。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒操作を利用した微粒子の製造技術に関し、より詳細には、液体中に溶解している溶質を微粒子状で析出させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノテクノロジーは電子材料・医療・環境・バイオなどあらゆる分野において世界的に注目されている。例えば電子材料分野では、ナノサイズの金属微粒子を用いた触媒の研究開発が進められている。この微粒状触媒については▲１▼高い触媒活性を示すと共に、各種媒体への分散性に優れていること、▲２▼光との相互作用により様々な表面増強電磁気過程を引き起こすことが知られており、特に貴金属微粒子は高い非線形光学特性を有することが明らかにされている。また医療分野においては、例えばナノテクノロジーを利用した医薬品の研究開発が進められており、特にＤＤＳ（ＤｒａｇＤｅｌｉｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍ）の分野では、薬剤の溶解性を制御するため、薬剤の微粒子化が研究されている。
【０００３】
こうしたナノレベルの微粒子の製造においては、一般的に熱操作（温度操作）や溶媒操作による相分離が利用されている。溶媒操作を利用した製造方法の一例として貧溶媒法が知られている。貧溶媒法としては、被微粒化物が溶解している溶液を貧溶媒化し、塩析（Ｓａｌｔｉｎｇｏｕｔ）効果によって微粒子を析出させる技術や、被微粒化物が溶解している溶液を大量の貧溶媒に供給し、被微粒化物の析出を制御しつつ微粒子を製造する技術が知られている。この様な溶媒操作による微粒子の製造には、主にスプレーノズルなどの様に液膜（供給液）から液滴へ変換する手段を利用し、液体の微粒化を図っている。
【０００４】
スプレーノズルを利用した微粒化技術としては、液体の連続微粒化方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、有限径の壁に所定の隙間を開け、ノズル先端を対向させて形成した円筒隙間から液体を流出させて放射状の液膜流れを形成させ、該放射状液膜流れに乱流遷移を起こさせて微細な液滴に連続的に変化させるものである。この方法によれば、液体を数十μｍの粒径の液滴に連続的に変化させることができる。
【０００５】
近年、より効率的に微粒子を製造する方法が研究されており、超臨界流体或いは亜臨界流体を利用する技術が注目されている。超臨界流体或いは亜臨界流体を利用する技術は、主に急激膨張法と貧溶媒化法とに大別される。急激膨張法は被微粒化物が溶解している超臨界流体を減圧することによって微粒子を製造する技術である。この方法は、従来の様に有機溶媒を使用しなくても微粒子を製造できることから、環境調和型の製造方法として注目されている。一方、貧溶媒化法は、被微粒化物を溶媒に溶解させた溶液に、超臨界流体を吹き込むことによって該溶媒の溶解力を低下させ、被微粒化物を微粒子状で析出させる技術である。また次世代型の貧溶媒化法として、被微粒化物が溶解している超臨界流体と溶媒とを混合した混合流体から微粒子を製造する技術（ＡＳＥＳ法）や、被微粒化物が溶解している溶液と超臨界流体を別々の流路から導入し、両者を同一ノズルを通して噴霧することによって微粒子を製造する技術（ＳＥＤＳ法）の研究が進められている。
【０００６】
この様な次世代型の貧溶媒化法としては、溶液と超臨界流体を夫々別の流路から導入し両者を同一ノズルを通して噴霧する手段として、二重管ノズルや三重管ノズルを用いる技術が提案されている。またノズル内の流速を制御することにより、所望のサイズを有する微粒子を製造する技術も提案されている（例えば特許文献２〜６参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第１８０７１０７号
【特許文献２】
ＷＯ９５／０１１２２１号公報
【特許文献３】
ＷＯ９６／００６１０号公報
【特許文献４】
ＷＯ９７／３１６９１号公報
【特許文献５】
米国特許第５８３３８９１号
【特許文献６】
米国特許第５８７４０２９号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
超臨界流体を用いる微粒子の製法を実用化するにあたっては大量生産手段の確立が求められるが、被微粒化物を微粒子状で析出させるためには、先ず微細液滴を形成しなければならない。液滴を微細化するには液噴射手段としてミクロンレベルの口径を有するキャピラリーやオリフィス等を用いなくてはならず、これらは口径が小さいため十分な処理量の確保が難しい。またミクロンレベルの口径では、内壁の磨耗や圧損が激しく、また流路の閉塞なども生じ易いため工業規模の生産には適用が難しい。一方、ミリレベルの口径とすれば、流路の閉塞や内壁の摩耗を低減することができ、しかも十分な処理量を確保できるが、形成される液滴が大きくなるため、微粒子が得られ難くなる。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は液滴・粒子の微細化を図ると共に、十分な処理量を確保しつつ、流路閉塞等の問題を解消する技術を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し得た本発明とは、被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる微粒子製造方法において、前記液体を噴射口先端部近傍に障害物が設けられている噴射手段に通して該障害物と衝突させるプロセスを包含することに要旨を有する微粒子の製造方法である。
【００１１】
前記液体としては超臨界流体、亜臨界流体、水、有機溶媒よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが推奨され、超臨界流体及び亜臨界流体としては二酸化炭素、水、炭化水素類よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００１２】
噴射口先端部近傍に設けられている障害物は、前記液体の噴射方向に対して交差方向に設置されていることが望ましく、また噴射手段の噴射口内径が１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１３】
また微粒子回収率を向上させるには、析出した微粒子を分離して回収する微粒子回収手段を設けることが望ましい。
【００１４】
また本発明は被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる微粒子の製法を実施する際に、前記液滴の製造に用いる噴射装置を提供するものであって、該噴射装置の噴射口先端部近傍に障害物が設けられていることに要旨を有する。
【００１５】
上記噴射口の内径は処理量確保の観点から１ｍｍ以上であることが望ましく、効果的な微細化効果を発揮させるには、障害物を液体の噴射方向に対して交差方向に設置することが好ましい。
【００１６】
本発明の噴射装置には、流路内で被微粒化物が溶解している液体と超臨界流体または亜臨界流体が合流する単流スプレーノズル、或いは該液体と該流体が噴射口近傍まで分流する多流体スプレーノズルであって、且つ該ノズル先端部に障害物が設けられているものを用いてもよい。この際、障害物を円錐状、又は板状とすれば、より効果的な微細化効果が発揮されるので望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させることによって微粒子を製造する際に、前記液体を噴射口先端部近傍に障害物が設けられている噴射手段に通して噴出させ、該障害物と衝突させるプロセスを包含する。
【００１８】
噴射手段の噴射口先端近傍に障害物を設けて被微粒化物を含む液体を該障害物と衝突させると、該液体は液膜から微細液滴状に変換されるため、該微細液滴を貧溶媒化すると被微粒化物は微粒子状となって析出する。即ち、噴射口内径の大きい（例えば１ｍｍ以上）噴射手段を用いた場合であっても、該噴射口の先端部近傍に障害物を設け、噴射される流通する液体を該障害物に衝突させることによって、従来では数十〜数百ミクロンオーダーの口径を有するキャピラリーあるいはオリフィスを用いなければ形成できなかった微細液滴と同レベルの微細液滴を形成できる。したがってこの微細液滴化作用を超臨界流体又は亜臨界流体の貧溶媒化作用を併用すれば、該微細液滴からナノミクロンレベル〜ミクロンレベルの微粒子を析出させることが可能となる。しかも従来よりも大口径噴射手段の使用が可能となるので、処理量も増大でき、工業レベルの生産が可能となる。
【００１９】
以下、本発明について詳述する。
【００２０】
例えば本発明を超臨界流体又は亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して液滴中に溶解している被微粒化物を微粒子状で析出させる技術に利用する場合、被微粒化物（溶質）を任意の有機溶媒や水などに溶解させてなる液体を、噴射口先端近傍に障害物を設けた噴射手段に通すことによって、該液体を微細液滴状で噴霧することができる。この際、噴霧するチャンバー内に超臨界流体（又は亜臨界流体）を供給すると共に、チャンバー内の雰囲気を超臨界状態（又は亜臨界状態）を維持できる様に温度、圧力等を制御することが望ましい。そしてチャンバー内に微細液滴が噴霧され、超臨界流体（又は亜臨界流体）と接触すると、超臨界流体（又は亜臨界流体）の貧溶媒化作用によって該液滴から被微粒化物が微粒子状で析出する。即ち、貧溶媒化法の場合、液滴が超臨界流体（又は亜臨界流体）と接触すると、液滴の体積が膨張すると共に、当該液滴内で溶質に対する溶媒の溶解力が低下し、溶解している溶質が過飽和状態となり、微細な粒子として析出する。
【００２１】
また本発明の方法を急激膨張法に利用する場合は、被微粒化物が溶解している超臨界流体（又は亜臨界流体）を上記の如く噴射口先端近傍に障害物を設けた噴射手段によって微細液滴状で噴霧すればよい。この際、該流体が噴霧されるチャンバー内の圧力を大気圧未満に減圧しておけば、該減圧チャンバー内で該微細液滴状の超臨界流体（又は亜臨界流体）が膨張し、同様に溶質に対する溶解力が低下して、溶質が過飽和状態となるため、被微粒化物は微細な粒子として析出する。急激膨張法は有機溶媒を用いなくてもよいので望ましい。
【００２２】
本発明の方法をＡＳＥＳ法（ＡｅｒｏｓｏｌＳｏｌｖｅｎｔＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）に利用する場合、被微粒化物が溶解している液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）との混合流を噴射手段内の流路で形成し、該混合流を上記の如く障害物を設けた噴射手段を通して微細液滴状で噴霧すればよい。該液滴は該液体と該流体を含んでいるため、上記の如く超臨界流体（又は亜臨界流体）の貧溶媒化作用により、被微粒化物は微細な粒子として析出する。尚、ＡＳＥＳ法の場合、上記の様にチャンバー内の圧力や雰囲気条件を操作することなく、該液滴から溶質を微粒子状で析出させることができるので望ましい。
【００２３】
更に本発明の方法をＳＥＤＳ法（ＳｏｌｖｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｄＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｂｙＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｓ）に利用する場合、被微粒化物が溶解している液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を、噴射口先端部近傍に障害物が設けられていると共に、夫々独立の流路が内部に形成されている多流体噴射手段に通して噴霧すると、該流体と該液体を含む微細液滴が得られるため、上記の如くチャンバー内条件を制御することなく、該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出できる。
【００２４】
勿論、本発明の適用例は上記に限定されず、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用する微粒子製造方法であればいずれも適用可能である。
【００２５】
本発明において被微粒化物が溶解している液体とは、溶媒に被微粒化物が溶解しているものをいう。溶媒としては被微粒化物を溶解し得るものであればよく、アセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジクロルエタン、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、ＭＥＫ、ＮＭＰ、メタノール、エタノール、プロパノ−ル、ブタノールなどの有機溶媒、超臨界流体、亜臨界流体、水などが例示され、単独、或いは２種以上の混合溶媒であってもよい。これらの中でもトルエンが好ましい。
【００２６】
本発明の超臨界流体或いは亜臨界流体としては、パラフィン、オレフィンなどの炭化水素類、二酸化炭素、水、これらの混合物などを超臨界状態（又は亜臨界状態）にしたものが例示されるが、これらに特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。これらの中でも二酸化炭素は使用後に大気中に放出しても環境負荷が生じないため推奨される。尚、超臨界流体とは臨界点以上の温度・圧力の状態にある流体をいい、例えば二酸化炭素の場合、臨界点（温度３１℃、圧力７．３ＭＰａ）以上のものをいう。また亜臨界流体とは臨界点に僅かに達しない温度・圧力の状態にある流体をいい、例えば二酸化炭素の場合、２０℃以上３１℃未満程度で、且つ６ＭＰａ以上７．３ＭＰａ未満程度のものをいう。勿論、本発明で用いる上記液体や超臨界流体或いは亜臨界流体には必要に応じて窒素やアルコール類などの各種添加物を任意の割合で混入させてもよい。
本発明において被微粒化物とは微粒子を形成する物質（溶質）をいい、例えば有機化合物、高分子、無機化合物等が挙げられる。
【００２７】
液体中の被微粒化物の濃度は、飽和濃度までの任意の濃度でよいが、被微粒化物の種類によっては高濃度にすると粘性が高くなり、詰まりを生じる原因になるなど取扱性が低下することがあるので、好ましくは１〜２０質量％程度とすることが望ましい。尚、本発明では貧溶媒（溶液に添加すると溶媒を除去しなくても溶質を析出させることができる溶媒）を用いることが望ましい。
【００２８】
被微粒化物を溶解させる液体として超臨界流体（又は亜臨界流体）以外を用いる場合、該液体を超臨界流体（又は亜臨界流体）と接触させて貧溶媒化する場合の該流体と該流体との割合は、使用する液体の種類、温度、圧力、被微粒化物の性質等を考慮し、該液体から被微粒化物が析出する様に適宜決定すればよい。
【００２９】
液滴のサイズを微細化すれば、それに応じて析出する被微粒化物のサイズも微細化するので、微粒子のサイズを制御するには液滴のサイズを調整すればよい。例えばナノ微粒子を得るためには液滴を微細化することが望ましい。この様な微細液滴を得るには、ミクロンレベルの噴射口径を有する噴射手段を用いて通常の噴射圧（例えば数気圧〜５０気圧程度）で液体を噴射すればよいが、通常、口径を１ｍｍ未満にすると、処理量が減少してしまい、工業レベルの生産量を確保することが難しくなる。また噴射圧力を高めて処理量の増大を図ると圧損や流路内壁の損耗が激しくなる。そこで処理量を増大させるためには口径を１ｍｍ以上とすることが望ましいが、１ｍｍ以上の大口径とすると、通常の噴射圧ではナノレベル〜ミクロンレベルの微細液滴を生成することができないため、ナノ微粒子〜ミクロン微粒子を析出させることができない。勿論、噴射圧を高めて微粒子の微細化を図ることも可能であるが、１ｍｍ以上の大口径の噴射手段を用いる場合、流体の噴射圧力を高めて上記の如き微細液滴を形成するには、圧力を極端に高くしなければならないため、特別な加圧手段が必要となり、該圧力に対するシステムや噴射手段の耐久性を高めなくてはならず、実用的ではない。
【００３０】
そこで通常の圧力であっても、上記の如き微細な液滴を形成するには、噴射手段の噴射口先端部近傍に障害物を設けて、該噴射手段を流通する液体を該障害物と衝突させれば、噴射口径を１ｍｍ以上の大口径としても液滴の微細化を図ることができる。ひいては当該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させることが可能となる。
【００３１】
勿論、液滴の微細化を図るという観点から噴射口先端部近傍に設ける障害物は１ｍｍ未満の噴射口径を有する噴射手段先端部近傍に設けてもよい。
【００３２】
本発明では、工業的規模の処理量を確保する観点から、噴射口先端部の内径は好ましくは１ｍｍ以上であることが望ましい。この様に大口径の噴射手段を用いることによって、処理量を増大することができると共に、噴射手段内部での流路閉塞や圧損、内壁損耗を低減できるので望ましい。
【００３３】
噴射口先端部近傍の障害物は、▲１▼噴射手段から噴射された液体と衝突する場合と、▲２▼噴射手段内部（噴射前）で液体と衝突する場合があるが、障害物がない場合の液滴に比べて、障害物と衝突して形成される液滴のサイズを小さくできるものをいう。
【００３４】
微細液滴のサイズは、障害物と液体との衝突角度、衝突圧、液体の性質、噴射手段と障害物の距離などによって調節することができる。例えば同一の液体供給量、衝突角度であれば、噴射口径を変更することによって液滴のサイズを調整することができるが、噴射口先端部と障害物とで形成される隙間の距離を適宜調節できる様に、障害物を移動可能にしておけば、隙間間隔の広狭を調節するだけで、液滴のサイズをコントロールすることが可能となるので望ましい。
【００３５】
尚、障害物は液体の衝突で所望サイズの液滴を形成し得るものであれば、その設置方法、衝突角度等は特に限定されないが、より効率的な衝突を図るには、液体の噴射方向に対して交差方向に障害物を設置することが望ましい。また均一な微細液滴を生成させるためには、液体が同一条件で均一に障害物と衝突することが望ましいので、この様な条件を満たす限り障害物の形状は一切制限されないが、好ましくは板状、円盤状、円錐状、角錐状、球状などのシンメトリーを有するものが望ましい。また障害物の設置に際しては、障害物と接触した液体が均一サイズの液滴となる様にすることが好ましい。例えば噴射口中心線上に障害物が左右対称（該中心線を中心とした任意の対称点）となる様に設置すればよい。
【００３６】
尚、効率的に被微粒化物の析出を行なうためには予め液体（および／または超（亜）臨界流体）を熱交換器などの加熱手段で昇温しておくことが好ましい。
【００３７】
本発明で用いる噴射手段とは、液体を数〜５０気圧程度の圧力で液体を噴射できるものをいい、この様な噴射手段としては具体的にはスプレーノズルやオリフィスなどが例示される。
【００３８】
本発明では析出した微粒子の回収率を高めるため、微粒子を分離して回収するための微粒子回収手段を設けることが望ましい。微粒子回収手段の設置位置は特に限定されないが、障害物の外周端部近傍に微粒子回収手段を設けると、容易に微粒子を回収できるので望ましい。この様な回収手段の構成も特に限定されないが、微粒子のサイズ以下の編目を有するフィルターを用いて析出した微粒子を液滴等から分離することが望ましく、特にフィルターは無菌フィルターが好ましい。
【００３９】
以下、本発明を図１〜図４に例示するプロセスに基づいて説明するが、本発明は前述した基本的な方法や作用効果を阻害しない範囲でプロセスに適宜変更を加えることができ、本発明の適用は図１〜図４に例示するプロセスに限定されるものではない。
【００４０】
図１〜図４は被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させるためのプロセス概略図である。
【００４１】
図１では、所望の被微粒化物を溶媒に溶解した液体が図示しないラインを介して溶液タンク１０へ供給されている。該液体は溶液タンク１０からスプレーノズル１１を通して析出槽６内に噴射されるが、スプレーノズル１１へ供給するラインの任意の位置に送液ポンプ９や圧力制御弁８を設けて液体の供給量や圧力を適宜制御することが望ましい。また熱交換器７などの温度調節手段を設け、液体を所望の温度にすることが望ましい。
【００４２】
また二酸化炭素などの超臨界流体源をガスシリンダー１へ供給し、シリンダー操作によって超臨界流体（又は亜臨界流体）を生成しつつ、該超臨界流体（又は亜臨界流体）を前記液体と同様にポンプ２、圧力制御弁３などによって供給量や圧力を適宜調節しつつ、必要に応じて熱交換器４などの加熱手段により温度調節してから析出槽６へ供給する。尚、図示する恒温槽５の様に、析出槽６の温度を一定に保つための温度調節手段を設けてもよい。
【００４３】
液体はスプレーノズル１１の噴射口から噴射されるが、この際、該ノズルから噴射される液体が障害物１２（尚、図１では円盤状である）に対して略垂直方向から衝突する様に障害物１２を設置している。尚、障害物１２の設置位置については特に限定されず、例えば図５の様に、障害物１２をノズル噴射口先端部近傍に設置して該ノズルから噴射された液体が障害物１２に対して略垂直方向から衝突する様に構成する場合、所望の微細液滴が生成できる様に噴射口先端部と障害物とで形成される隙間を適宜変更すればよい。噴射口先端部と障害物との距離を短くすれば噴射される液体の衝突圧が高くなり、衝突によって形成される液滴をより微細化できる。
【００４４】
また図６に示す様にノズル内に円錐形の障害物１２を設置する場合、ノズル内で障害物と衝突した液体が所望の滴状サイズで噴霧される様に、噴射口内壁先端部と、該先端部に直近する障害物とで形成される隙間を適宜調節すればよい。
【００４５】
尚、図５に示す様にノズルから噴射された液体が障害物に対して略垂直方向から衝突する様な構成を採用すると、衝突時のインパクトが強いため該衝突によって形成される液滴の微細化効果が高いので望ましい。一方、図６に示す様に液体が障害物に対して鈍角方向から衝突する様な構成を採用すると、衝突時のインパクトを低減できるため、凝集性の高い被微粒化物を用いる場合には、衝突による凝集を抑制しつつ、液滴の微細化を図れるために望ましい。
【００４６】
ノズルに供給した液体は障害物１２との間に形成される隙間を通して析出槽内に微細液滴状で噴霧される。そしてこの微細液滴が析出槽内に存在する超臨界流体（又は亜臨界流体）と接触すると、液体が貧溶媒化して被微粒化物が微粒状で析出する。
【００４７】
図２は被微粒化物が溶解している液体と該液体の貧溶媒化に利用する超臨界流体（又は亜臨界流体）を同一ノズル１１（単流ノズル、或いは多流体ノズル）を通して析出槽６へ噴射することによって、該液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を含む微細液滴を形成し、該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる例を示すプロセス図である。
【００４８】
単流ノズルを用いる場合、ガスシリンダー１から供給される超臨界流体（又は亜臨界流体）と溶液タンク１０から供給される液体を流路内で合流させて混合流を形成し、該混合流が単流ノズルを通して噴射される様にしてもよい。例えば図７に示す様なＴ字型単流ミキシングノズル１７を用い、略対向方向から液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を供給して混合流を形成し、該混合流を略直角方向の流路に流通させ、ノズル先端部近傍に設けられた障害物１２と衝突する様に噴射する様にしてもよい。噴射された混合流を障害物１２に衝突させると、液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を含む微細液滴が析出槽内へ噴霧されるため、析出槽内の雰囲気を上記の様に調整せずとも、該微細液滴から被微粒化物を微粒状で析出できる。特に被微粒化物の析出性・凝集性が低く、且つ液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）との混合性が高い場合は、図７に示す様なＴ字型単流ミキシングノズルと板状（又は円盤状）障害物を利用すると、被微粒化物の析出性が高まるので望ましい。勿論、図示するようなＴ字型単管ミキシングノズルに限らず、Ｙ字型単管ミキシングノズルや、各流体の衝突角が鋭角〜直角となる様に供給して混合流を形成するノズルなど、各種ノズルを用いることができる。特に各流体の衝突角が略対向方向とならない様にノズルを形成したＹ字型単管ミキシングノズルは、供給する流体の圧力が異なる場合に生じる混合流形成障害を抑制できるので望ましい。
【００４９】
また流路内で混合した混合流を単流ノズルを通して噴射する際に、例えば図８に示す如く、ノズル噴射口先端部近傍に円錐形障害物を設けたノズル（例えばノズル内にコーン先端部を有し、コーン側面とノズル先端部との間隔を調整することによって流量を調整できる機構を備えたコーンノズル）を用いてもよい。該微細液滴は上記の如く液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を含んでいるため、該液滴内に存在する被微粒化物を微粒状で析出できる。特に被微粒化物の凝集性が高い場合は、混合流を障害物に対して鈍角方向から衝突させると、衝突時の凝集が緩和され、凝集による微粒子の粗大化を抑制できるので望ましい。尚、コーンノズルは図示する形状に限定されず、ノズル先端部内に構造体を設けて所望のスプレーパターン（例えば円錐、角錐、多頭円錐など）を形成する様にしてもよく、要するに混合流が任意の形状の障害物に衝突して微細液滴を形成できればよい。
【００５０】
液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を同一ノズルを通して析出槽内へ噴射させる場合には、該液体と該流体を夫々独立の流路を通してノズル先端部近傍まで流通させる多流体ノズルを用いてもよい。多流体ノズルとしては、公知の二流体ノズルや三流体ノズルを用いることができ、また各液体の混合部はノズル先端部内で混合する内部混合型、或いはノズル先端部外で混合する外部混合型のいずれであってもよい。
【００５１】
図９は二流体ノズルとノズル先端近傍に障害物１２が設置されている例であり、また図１０は三流体ノズルとノズル先端近傍に障害物１２が設置されている例である。図示例では液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を異なる流路を通してノズル先端部近傍まで流通させ、該ノズル噴射口近傍に設けた障害物１２に噴射して微細液滴を形成している。この微細液滴には該液と該流体が含まれているので、上記の如く被微粒化物が微粒子状で析出する。
【００５２】
多流体ノズルは、液体供給量が少なく、且つ該液体と該流体の供給圧力が異なる場合に用いることが望ましい。供給圧力が異なる場合、図７に示す様に流路内で合流させると十分な混合ができず、また噴射時の圧力が不安定になることがあるからである。
【００５３】
尚、複数の被微粒化物を夫々異なる溶媒に溶解させ、これらを同時に微粒状で析出させる場合（即ち、液体も複数である）や、液体同士或いは液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）が反応性を有する場合には、２以上の液体（液体Ａ，液体Ｂ）と超臨界流体（又は亜臨界流体）を夫々独立の流路を通して噴射口近傍まで分流させ、障害物１２と衝突させて微細液滴を形成することが望ましい。
【００５４】
また凝集性や核成長性が高い溶質を含む液体を用いる場合、障害物１２との衝突による凝集や核成長を抑制する観点から、図１１、図１２に示す様に、液体が障害物に対して鈍角方向から衝突する様に障害物１２を設置することが望ましい。液体を鈍角方向から衝突させることによって衝突圧を低減できるため、被微粒化物の凝集や核成長を抑制できる。例えば図１１は二流体ノズル、図１２は三流体ノズルを用いた例であるが、該図示例では液体と超臨界流体（又は亜臨界流体）を異なる流路を流通させて噴射口先端部近傍に設けた円錐状の障害物に衝突させて微細液滴を形成している。この際に形成される微細液滴は液体と超臨界流体を含んでいるため、析出槽内の雰囲気を調整することなく被微粒化物を微粒状で析出できる。
【００５５】
尚、多流体ノズルを用いる場合、液体や超臨界流体（又は亜臨界流体）の流通位置は図示例に限定されず、任意の流路を分流させればよいが、圧力の高い該流体をノズル中央部に流通させると、障害物に衝突して障害物外周部へ拡散する際に、該流体よりも外側を流通する低圧の液体と衝突するため、噴霧される微細液滴に含まれる高圧流体と低圧流体との混合性を高めることができ、且つ微細液滴自体のサイズも微細化できるので好ましい。したがって通常は、超臨界流体（又は亜臨界流体）をノズル中央部に流通させることが望ましい。
【００５６】
急激膨張法を利用する場合、例えば図３に示す様に、溶媒（例えば二酸化炭素等）をポンプ２により加圧して超臨界流体（又は亜臨界流体）としてから熱交換（熱交換器４）し、次いで予め混合槽２９内に仕込まれている被微粒化物を該流体に溶解させて得られる流体をノズル１１を通して大気圧状態の析出槽６内へ噴霧することによって該流体の溶解度を低下せしめ、被微粒化物を微粒子状で析出させるためのプロセス概略図である。この際に用いるノズルとしては、上記図５〜図１２に示す様な各種ノズルを用いればよい。また供給する超臨界流体の圧力は制御弁３，２７にて適宜制御すればよい。
【００５７】
図示例のプロセスでは、析出槽６内に液滴状で噴霧された微細液滴は、超臨界流体（或いは亜臨界流体）の作用により溶媒が貧溶媒化されて被微粒化物は微粒子状で析出するが、該析出後の液体は不要物として析出槽６から適宜排出される。尚、この際、析出槽６内の圧力を制御するために、図示する如く制御弁１３を設けて圧力が一定となる様に排出量を制御することが望ましい。析出槽６から排出された超臨界流体（又は亜臨界流体）に用いた物質（例えば二酸化炭素）や溶媒は溶媒回収槽１４に供給される。溶媒回収槽１４の構成は特に限定されないが、気液分離器などの気液分離手段を用いると溶媒と該物質を容易に分離することができ、再利用することが可能となるので望ましい。
【００５８】
析出させた微粒子は析出槽６から回収されるが、この際、析出槽内に溶媒と微粒子を分離する手段を設けると微粒子回収率が高まるので望ましい。例えば図４に示す様に析出槽６内にフィルター容器を設置してフィルターによって微粒子と溶媒を分離し、析出した微粒子をフィルターで捕捉させると、微粒子回収率を高めることができる。
【００５９】
【実施例】
実施例１
図１に示す様なプロセスを用いて微粒子製造実験を行なった。溶媒にはトルエンを用い、被微粒化物（溶質）にはポリスチレンを用いた。また溶液タンク１０にはトルエンにポリスチレン含量が５ｍａｓｓ％となる様に溶解させた調整液を図示しないラインを介して供給した。ガスシリンダー１には超臨界流体源として二酸化炭素を供給した。
【００６０】
恒温槽５を図示しない加熱手段を用いて該槽５内が５０℃となる様に制御し、該槽内に設置した析出槽６（ステンレス製：内径４０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）を加熱した。尚、析出槽６内には、図５に示す様な単流ノズル（孔径１ｍｍ）、及び円盤状の障害物（ステンレス製：外径３０ｍｍ）が設置されている。
【００６１】
シリンダー１内の超臨界二酸化炭素（超臨界流体）はポンプ２により圧送（５ｃｍ^３／ｓ）した。尚、供給する超臨界流体の圧力は制御弁３にて制御（２２ＭＰａ）すると共に、熱交換器４にて超臨界流体の温度を５０℃に昇温してから析出槽６へ供給した。析出槽６の圧力は制御弁１３によって制御（２０ＭＰａ）した。
【００６２】
尚、析出槽６の内部温度及び圧力が定常であることを確認するために、図示しないラインからトルエンを溶液ポンプ９に供給してトルエンを圧送（０．５ｃｍ^３／ｓ）すると共に、制御弁８にてトルエンの圧力を制御（２５ＭＰａ）し、熱交換器７にて昇温してから析出槽６に供給した。この際、トルエンと共に超臨界二酸化炭素も析出槽６に供給し、トルエンが溶液回収槽１４から排出されることを確認した。
【００６３】
溶液タンク１０に充填されているポリスチレンを溶解したトルエン溶液（液体）を、溶液ポンプ９に供給して圧送（０．５ｃｍ^３／ｓ）すると共に、制御弁８にて液体の圧力を制御（２５ＭＰａ）し、熱交換器７で昇温してから析出槽６へ供給するとともに、上記の如く二酸化炭素を析出槽６へ供給して微粒子の製造を行なった。
【００６４】
微粒子製造開始１時間経過後、液体の供給を停止し、二酸化炭素のみを流通させて系内の乾燥を行なった。乾燥後二酸化炭素の供給を停止させ、系内の圧力を大気圧まで開放してから析出槽内の微粒子を回収し、微粒子の平均粒子径を測定したところ、平均粒径が２０μｍのポリスチレン粒子が得られた。
【００６５】
実施例２〜４
ノズル噴射口の口径を表１に示す様に変更した以外は実施例１と同様にして微粒子を製造した。尚、ノズルの圧力損失が生じた場合、液体の圧力は液体が供給できる様に適宜変更した。得られた微粒子の平均粒子径を表１に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
実施例５〜８
各実施例のノズル噴射口の口径を１ｍｍとし、液体の流量を表２に示す様に変更した以外は実施例１と同様にして微粒子の製造を行なった。得られた微粒子の平均粒子径を表２に示す。
【００６８】
【表２】

【００６９】
実施例９
図４に示す如く析出槽内の障害物周囲にメッシュサイズ１ｍｍの焼結金属フィルター容器を設置した以外は実施例１と同様にして微粒子の製造を行なった。
【００７０】
実験終了後、析出槽内のポリスチレン粒子を回収したところ、供給したポリスチレンのうち、８０％程度が回収できた。尚、実施例１では、ポリスチレン粒子の回収率は３０％程度であった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズル径が１ｍｍ以上であっても障害物と衝突させることにより、ミクロンレベルの口径の噴射手段と同等の微細液滴を得ることができるので、結果として数μｍオーダーの平均粒径を有する微粒子を製造することができる。
【００７２】
しかも本発明によれば、ミリメートルオーダーの大口径ノズルが使用できるため、工業規模の処理が実施できる様になった。さらに粒子径の制御は噴射口先端部と障害物とで形成される隙間の調整によって行なうことができるため、極めて効率的な処理が可能となった。
【００７３】
このような本発明は、ナノテクノロジーの応用分野として期待されている電子材料、医薬品、化粧品、農薬、各種化学品、食品関連など多岐に亘る分野において超臨界流体あるいは亜臨界流体を利用してナノ微粒子の効率な量産を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粒子製造プロセスの概略説明図である。
【図２】微粒子製造プロセスの概略説明図である。
【図３】微粒子製造プロセスの概略説明図である。
【図４】微粒子製造プロセスの概略説明図である。
【図５】噴射口先端部近傍（ノズル外側）に障害物が設けられている単流ノズルの概略断面図である。
【図６】噴射口先端部近傍（ノズル内側）に障害物が設けられている単流ノズルの概略断面図である。
【図７】混合流を形成する流路と噴射口先端部近傍（ノズル外側）に障害物が設けられている単流ノズルの概略断面図である。
【図８】混合流を形成する流路と噴射口先端部近傍（ノズル内側）に障害物が設けられている単流ノズルの概略断面図である。
【図９】各流体がノズル先端部近傍まで分流する流路と、噴射口先端部近傍（ノズル外側）に障害物が設けられている多流体ノズル（二流体ノズル）の概略断面図である。
【図１０】各流体がノズル先端部近傍まで分流する流路と、噴射口先端部近傍（ノズル外側）に障害物が設けられている多流体ノズル（三流体ノズル）の概略断面図である。
【図１１】各流体がノズル先端部近傍まで分流する流路と、噴射口先端部近傍（ノズル内側）に障害物が設けられている多流体ノズル（二流体ノズル）の概略断面図である。
【図１２】各流体がノズル先端部近傍まで分流する流路と、噴射口先端部近傍（ノズル内側）に障害物が設けられている多流体ノズル（三流体ノズル）の概略断面図である。
【符号の説明】
１ガスシリンダー
２ポンプ
３圧力制御弁
４熱交換器
５恒温槽
６析出槽
７熱交換器
８圧力制御弁
９送液ポンプ
１０溶液タンク
１１スプレーノズル
１２障害物
１３制御弁
１４溶媒回収槽
１７Ｔ字ノズル
２７制御弁
２９混合槽
３２制御弁
４３多流体ノズル
４５多流体ノズル

Claims

被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる微粒子製造方法において、前記液体を噴射口先端部近傍に障害物が設けられている噴射手段に通して該障害物と衝突させるプロセスを包含することを特徴とする微粒子の製造方法。
前記液体が超臨界流体、亜臨界流体、水、有機溶媒よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の方法。
前記超臨界流体及び亜臨界流体が二酸化炭素、水、炭化水素類よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２に記載の方法。
前記障害物が前記液体の噴射方向に対して交差方向に設置されている請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
前記噴射手段の噴射口内径が１ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
前記析出した微粒子を分離して回収する微粒子回収手段が設けられている請求項１〜５に記載の方法。
被微粒化物が溶解している液体を噴射手段を通して噴射して液滴を形成し、超臨界流体または亜臨界流体の貧溶媒化作用を利用して該液滴から被微粒化物を微粒子状で析出させる微粒子の製法を実施する際に、前記液滴の製造に用いる噴射装置であって、該噴射装置の噴射口先端部近傍に障害物が設けられていることを特徴とする噴霧装置。
前記噴射口の内径が１ｍｍ以上である請求項７に記載の装置。
前記障害物が前記液体の噴射方向に対して交差方向に設置されている請求項７または８に記載の装置。
前記噴射装置が流路内で被微粒化物が溶解している液体と超臨界流体または亜臨界流体が合流する単流スプレーノズル、或いは該液体と該流体が噴射口近傍まで分流する多流体スプレーノズルであって、且つ該ノズル先端部に障害物が設けられている請求項７〜９のいずれかに記載の装置。
前記障害物が、円錐状又は板状である請求項７〜１０のいずれかに記載の装置。