JPH05184895A - エマルジョンの製造方法 - Google Patents

エマルジョンの製造方法

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JPH05184895A
JPH05184895A JP4024573A JP2457392A JPH05184895A JP H05184895 A JPH05184895 A JP H05184895A JP 4024573 A JP4024573 A JP 4024573A JP 2457392 A JP2457392 A JP 2457392A JP H05184895 A JPH05184895 A JP H05184895A
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emulsion
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particles
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Yukio Otsuka
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41Emulsifying
    • B01F23/4105Methods of emulsifying

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分散相粒子の粒径が均一なエマルジョンを製
造する。 【構成】 分散相となるべき液体を、細孔を有するミク
ロ多孔膜体1を通し連続相となる液体中に圧入すること
によってしてエマルジョンを製造する。ここで、順次生
成するエマルジョンを安定化させるために必要な最小限
量の100〜150%量の界面活性剤を連続相中に加え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、O/W型、W/O型な
ど各種のエマルジョンの製造方法に関し、より詳しくは
粒径の均一なエマルジョンを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】均一な粒径の分散相粒子を有するエマル
ジョンの製造方法として、特開平2−95433号公報
には、分散相となる液体を、均一な孔径の微細孔を有す
るミクロ多孔膜体を通して連続相となる液体中に圧入す
ることにより、該分散相を微粒子として該連続相中に分
散させる方法が開示されている。この公報に記載の方法
によれば分散相粒子の粒径が比較的均一なエマルジョン
を得ることができる。
【0003】例えば、図1に示したようなエマルジョン
の製造装置を使用し、上記公報に記載の方法に従ってエ
マルジョンを製造する場合には、以下のように行う。ま
ず、均一な細孔径を有し、かつ分散相よりも連続相に濡
れやすいミクロ多孔膜体1を、MPGモジュール2に装
着する。連続相は、連続相循環槽5からポンプ6を備え
たライン7を経て、MPGモジュール2内のミクロ多孔
膜体1の内側に入り、圧力計8および流量計9を備えた
ライン10を経て循環している。分散相は、窒素ボンベ
11、圧力タンク12を備えたライン13からの圧力を
受け、分散相タンク3からライン4を経てMPGモジュ
ール2内に入り、ミクロ多孔膜体1の外側から内側へ押
し出されることで連続相が循環するミクロ多孔膜体1内
部へ圧入される。上記のように分散相が連続相中に圧入
されると、分散相粒子が連続相中に分散したエマルジョ
ンが形成され始め、このエマルジョンはライン10を通
って連続相循環槽5に入る。製造開始当初ではエマルジ
ョンの濃度は低いが、連続相とともに上記循環経路(連
続相循環槽5−ライン7−ミクロ多孔膜体1の内部−ラ
イン10)を繰り返し循環する間に次第に濃度が高くな
り、やがては所望の濃度に到達する。製造されたエマル
ジョンは、連続相循環槽5から抜き出し口15を経て取
り出される。
【0004】上記方法によってエマルジョンを製造する
と、分散相粒子の粒径が比較的小さい場合、あるいはエ
マルジョンの濃度が比較的低い場合には、粒径分布が狭
く、粒径が均一なエマルジョンが得られる。しかしなが
ら、該粒径が比較的大きいエマルジョン、または該粒径
が小さくても濃度の高いエマルジョンを製造する場合に
は、粒径分布の狭いエマルジョンを安定して得ることが
できないという欠点があることがわかった。この理由
は、上記方法においては、生成した分散相粒子が連続相
の上記循環経路内で常に剪断力を受けているため、循環
中に、この剪断力によって分散相粒子が再度分裂するこ
とがあるためと思われる。分散相粒子の粒径が大きいエ
マルジョンおよび長時間運転を必要とする濃度が高いエ
マルジョンを得たい場合には、その影響を受けやすいの
で、ミクロ多孔膜体1表面で生成した分散相粒子(以
下、1次粒子という)がさらに分裂することにより生じ
るより微細な分散相粒子(以下、2次粒子という)が生
じやすくなると推測される。
【0005】分散相粒子の粒径およびエマルジョンの濃
度は、エマルジョンに要求される性質およびエマルジョ
ンの用途によって様々である。該粒径およびエマルジョ
ンの濃度は、広い範囲で要求されており、経済的理由か
ら特に工業的な製品を製造する場合には濃度が高いもの
が要求され、しかも粒径が均一であるエマルジョンが要
求されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分散相粒子
の粒径が比較的大きい場合、およびエマルジョンの濃度
が高い場合においても、分散相粒子の粒径が均一なエマ
ルジョンを製造する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記公報記
載の方法について検討した結果、界面活性剤が上記1次
粒子を安定化をさせるために必要な最低限量よりもかな
り過剰に分散相中に存在する場合に、上記剪断力による
2次粒子が多く発生することがわかった。そして、上記
最低限量より過剰な界面活性剤が分散相中にない状態、
すなわち分散相中にフリーの界面活性剤が存在しない状
態においては、1次粒子に上記剪断力が働いてもその分
裂が起りにくく、2次粒子が生じにくいことがわかっ
た。
【0008】本発明のエマルジョンの製造方法は、分散
相となるべき液体を、細孔を有するミクロ多孔膜体を通
し連続相となる液体中に圧入することによりエマルジョ
ンを製造する方法において、順次生成するエマルジョン
を安定化させるために必要な最小限量の100〜150
%量の界面活性剤を該連続相に加えることを特徴とし、
そのことにより上記目的が達成される。
【0009】以下、本発明を詳しく説明する。
【0010】本発明は図1の装置を用いて実施すること
ができ、この装置において、連続相および分散相の循環
経路は、上述の従来技術と同様である。
【0011】本発明に使用する界面活性剤としては、ア
ニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤および非イオン
界面活性剤のいずれをも使用し得る。
【0012】アニオン界面活性剤としては、例えば、ア
ルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫
酸塩、N−アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレンアル
キルエーテル酢酸塩、アルキルスルフォカルボン酸塩等
が挙げられる。
【0013】カチオン界面活性剤としては、例えば、ア
ルキルアンモニウム塩、アルキルベンジルアンモニウム
塩、ベタイン、イミダゾリウムベタイン、レシチン等が
挙げられる。
【0014】非イオン界面活性剤としては、ソルビタン
脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリエチ
レングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテル等が挙げられる。
【0015】本発明において、界面活性剤の上記1次粒
子を安定化させるために必要な最低限量は、実験データ
を解析し得られた結果から以下のようにして求められ
る。
【0016】連続相に分散している分散相粒子の総表面
積Stを求め、これを、界面活性剤1分子が分散相粒子
に配位したときに分散相粒子の表面で占める面積(以
下、界面活性剤配位面積という)fで割ることにより、
必要な界面活性剤の分子数Nが求められる。この分子数
Nをアボガドロ数(NA=6.022×1023)で割る
ことによって必要な界面活性剤のモル数が求められるの
で、このモル数に界面活性剤の分子量をかけると必要な
界面活性剤の重量(g)が求められる。具体的には、下
式〔I〕のようになる。
【0017】
【数1】
【0018】連続相に分散させる分散相粒子の総表面積
tは(分散相粒子1個の表面積S1×総分散相粒子数
n)で求められる。
【0019】総分散相粒子数nは(分散相粒子の全体積
V÷分散相粒子1個の体積V1)で求められ、分散相粒
子の全体積Vは(分散相の重量w÷分散相の比重d)で
求められる。すなわち、
【0020】
【数2】
【0021】上記Vの単位はmlであるのでこれを立方
オングストロームに換算し、分散相の粒径をDオングス
トロームとすると、上記式〔II〕は、下記式〔II〕′と
なる。
【0022】
【数3】
【0023】この式〔II〕′を上記式〔I〕に代入し、
整理すると以下のようになり、下記式〔I〕′が得られ
る。
【0024】
【数4】
【0025】界面活性剤配位面積fは、界面活性剤の種
類により異なるが、ほぼ20〜50平方オングストロー
ムの範囲にある。
【0026】界面活性剤は、上記計算によって求められ
る最低限量の100〜150%の範囲で連続相に添加さ
れる。つまり、連続相中に分散相を圧入して順次生成す
るエマルジョン中の分散相粒子の粒径と分散相粒子の総
重量を測定し、上記式〔I〕′から該最低限量が算出さ
れるので、その100〜150%の量が連続相中に含有
されるように界面活性剤を順次連続相に添加する。特に
好ましい範囲は100〜130%である。上記最低限量
の150%を超えて添加すると、2次粒子が発生する恐
れがある。
【0027】上記界面活性剤は、図1の装置において、
通常は定量ポンプ(図示しない)によって連続相循環槽
5内の連続相に加えられる。界面活性剤の添加方法は、
エマルジョンの製造中を通して常に一定量で連続して連
続相に加える連続添加方式、および界面活性剤の全量を
数回分に分割し、エマルジョンの製造開始前および製造
中に数回に分けて間欠的に添加する分割添加方式のどち
らでも選択し得る。分割添加方式の場合には、全量の5
%程度を製造開始前に連続相に添加し、残りは生成する
エマルジョンの濃度に比例して添加するのが好ましい。
分割添加方式で行う場合に、例えば、2分割など分割の
回数が粗いと得られるエマルジョンの粒径が均一でなく
なる場合があるので、分割回数は多い程好ましい。
【0028】
【実施例】
(実施例1)図1の装置を用いて、O/W型エマルジョ
ンを製造した。ミクロ多孔膜体2として、無機質ミクロ
多孔膜体(孔径1.25μ)を用いた。分散相として、
ジビニルベンゼン(ジビニルベンゼン50%、エチルビ
ニルベンゼン50%を含有する市販品)50重量部、テ
トラメチロールプロパンテトラアクリレート49重量
部、および重合触媒として過酸化ベンゾイル1重量部よ
りなる混合物300gを用いた。この混合物の比重は
1.02である。界面活性剤として、ドデシルベンゼン
スルフォン酸ソーダ(以下、DBSとする)を用いた。
該混合物300gを粒径7μに細粒化し、安定化させる
のに必要なDBSの量W(g)を上記式〔I〕′によっ
て計算すると(DBSの分子量:348、DBSの配位
面積:30平方オングストローム)、
【0029】
【数5】
【0030】となるので、DBSの添加量を0.503
gとし、これを水100gに溶解して水溶液とした。
【0031】連続相循環槽5に水3000gを入れ、分
散相タンク3に該混合物300gをいれた後、連続相を
流速3m/secで循環させ、分散相のフラックスが3
g/cm2・hrとなるように分散相に圧力0.40k
g/cm2をかけてエマルジョンの製造を開始した。同
時に定量ポンプ(図示しない)を用いて、DBS水溶液
を50ml/hrにて連続相循環槽5に添加した。この
ときの分散相の連続相への圧入速度および界面活性剤の
連続相への添加速度は、下記表1のとおりであった。
【0032】
【表1】
【0033】2時間後、分散相300gを含んだエマル
ジョン3400gが得られた。
【0034】得られたエマルジョンの平均粒径は7.0
9μ、粒径分布の標準偏差は1.50、CV値(CV値
=標準偏差/平均粒径)は21.2%であった。
【0035】上記で得られたエマルジョンを内容積5リ
ットルのセパラブルフラスコに入れ、穏やかに攪拌しな
がら80℃で5時間重合反応させ、さらに90℃で5時
間加熱して重合反応を終了させた。重合後、得られたポ
リマーを洗浄し乾燥させた。図2は得られたポリマーの
粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。図2から、2次
粒子がほとんどないことがわかる。
【0036】(比較例1)DBS0.503g全量を、
エマルジョン製造開始前に水3000gに溶解し、連続
相循環槽5に入れたこと以外は実施例1と同様に行い、
分散相300gを含んだエマルジョン3300gが得ら
れた。得られたエマルジョンの平均粒径は5.17μ、
粒径分布の標準偏差は1.99、CV値は38.5%で
あった。
【0037】上記で得られたエマルジョンを実施例1と
同様にして重合した。図3は得られたポリマーの粒子構
造を示す電子顕微鏡写真である。図2と比較して、2次
粒子が多いことがわかる。
【0038】(実施例2)ミクロ多孔膜体2として無機
質ミクロ多孔膜体(孔径2.24μ)を用い、実施例1
で用いた分散相を実施例1と同量用いて、粒径12.0
μのエマルジョンを製造した。界面活性剤は実施例1と
同じDBSを用いた。粒径12.0μのエマルジョンを
安定化させるのに必要なDBSの重量は、実施例1と同
様にして計算すると、0.283gとなる。この量の
1.05倍量の0.297gを水105gに溶解し、水
溶液とした。このDBS水溶液5gを水2595gとと
もに連続相循環槽5に入れた。分散相タンク3に分散相
となる混合物300gを入れた後、連続相を流速2.7
m/secで循環させ、分散相のフラックスが2.7g
/cm2・hrとなるように分散相に圧力0.043k
g/cm2をかけてエマルジョンの製造を始めた。同時
に定量ポンプ(図示しない)を用いて、残りのDBS水
溶液を50ml/hrにて連続相循環槽5に添加した。
【0039】2時間後、分散相300gを含んだエマル
ジョン3000gが得られた。
【0040】得られたエマルジョンの分散相粒子の平均
粒径は12.1μ、粒径分布の標準偏差は3.90、C
V値は32.3%であった。
【0041】上記で得られたエマルジョンを実施例1と
同様にして重合した。図4は得られたポリマーの粒子構
造を示す電子顕微鏡写真である。図4から、2次粒子が
ほとんどないことがわかる。
【0042】(比較例2)DBS0.347gをエマル
ジョン製造開始前に水2700gに溶解し、連続相循環
槽5に入れたこと以外は、実施例2と同様に行い、分散
相300gを含んだエマルジョン3000gが得られ
た。得られたエマルジョンの分散相粒子の平均粒径は
6.73μ、粒径分布の標準偏差は4.63、CV値は
68.8%であった。
【0043】上記で得られたエマルジョンを実施例1と
同様にして重合した。図5は得られたポリマーの粒子構
造を示す電子顕微鏡写真である。図4と比較して、2次
粒子が多いことがわかる。
【0044】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、分散相粒子
の粒径が比較的大きい場合またはエマルジョンの濃度が
相当高い場合でも、分散相粒子が分割することがなく、
分散相粒子の粒径が均一なエマルジョンを製造すること
ができる。
【0045】本発明の製造方法は、均一な粒径が要求さ
れる様々なエマルジョンを製造する産業に用いることが
でき、例えば、高分子エマルジョンの製造、均一粒子ト
ナーの製造、高濃度油脂エマルジョンの製造などあらゆ
る分野において用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用されるエマルジョン製造装置の概
略図である。
【図2】実施例1で製造したエマルジョンを重合して得
たポリマーの粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図3】比較例1で製造したエマルジョンを重合して得
たポリマーの粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図4】実施例2で製造したエマルジョンを重合して得
たポリマーの粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図5】比較例2で製造したエマルジョンを重合して得
たポリマーの粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 ミクロ多孔膜体 3 分散相タンク 5 連続相循環槽

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分散相となるべき液体を、細孔を有するミ
    クロ多孔膜体を通し連続相となる液体中に圧入すること
    によりエマルジョンを製造する方法において、順次生成
    するエマルジョンを安定化させるために必要な最小限量
    の100〜150%量の界面活性剤を該連続相に加える
    ことを特徴とするエマルジョンの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04154605A (ja) * 1990-10-16 1992-05-27 Agency Of Ind Science & Technol 無機質微小球体の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04154605A (ja) * 1990-10-16 1992-05-27 Agency Of Ind Science & Technol 無機質微小球体の製造方法

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