連續乳化方法和用於該方法的乳化設備的製作方法

2023-05-24 05:02:26 5

專利名稱：連續乳化方法和用於該方法的乳化設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種乳化方法和乳化設備，用於連續和穩定地大量生產具 有分散相均勻顆粒尺寸的乳液。本發明還涉及使用由所述方法和設備生產 的乳液的微膠囊和聚合物精細顆粒。
背景技術：
乳液包括與連續液態相不相溶並分散在該連續液態相中的液態相物
質。作為這種乳液，公知的是o/w乳液和w/o乳液，在o/w乳液中，油
滴分散在含水的連續相中，在W/0乳液中，含水的液滴分散在油連續相中。
另外，公知的是，這種乳液可以通過使用乳化劑的界面化學方法或通過使 用特定乳化設備的機械方法來製造。這兩種方法通常結合使用，以產生穩 定的乳液。但是，在後者機械方法中，通常公知的是，根據所使用的乳化 設備的不同，最終產生的乳液的性質(分散相的液滴直徑和其液滴直徑分 布)有很大的不同。
目前，乳液作為各種工業領域中的原材料和產品佔據很重要的地位， 例如，在化妝品、食品、塗料、造紙、薄膜、記錄材料等領域中。作為這 種乳液的性質，構成分散相的液滴顆粒尺寸和顆粒尺寸分布是嚴重影響乳 液穩定性或最終產品性質的重要因素。特別地，在化妝品乳液等中，與皮 膚的配合性根據已乳化的且已分散的液滴的平均顆粒尺寸和顆粒尺寸分布 的不同而不同。另外，其產品穩定性也因此受到很大影響。
包括有在乳液的連續相和分散相之間的界面中形成的聚合物膜等的微 膠囊或者通過使由聚合分散相構成的乳化液聚合而獲得的聚合物精細顆粒 通過例如聚合、過濾、清洗、乾燥、過篩、以及聚合體斷裂這樣的過程來 處理乳液而產生。這種微膠囊或聚合物精細顆粒還用於各種工業領域。微 膠囊用作信息記錄材料，其特性為壓力敏感、熱敏感、光敏感，包括用於
複印機和印表機的色粉；作為顯示材料例如電子紙；另外，作為藥物、農 藥、殺蟲劑、香味劑、熱存儲介質等。聚合物精細顆粒用作塑料膜的防粘結劑；作為光學材料用於產生防止光擴散/反射功能或作間隔件用，作為塗 料和墨水用於提供例如起霜、塗色、或建築材料的觸覺敏感物或汽車內飾; 作為化妝材料用於相對於基底提供滑動特性；作為樹脂添加劑用於提供各 種性能，例如提高耐熱性和耐溶性或降低收縮性；還用作診斷測試劑和醫 療領域的微粒製劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用於各種用途， 例如顏料、染料、導電元件、熱敏記錄紙、樹脂增強件、油脂添加劑、人 造石、色譜分析等。因為在這些微膠囊和聚合物精細顆粒中，所產生的顆 粒的顆粒尺寸和顆粒尺寸分布基本在乳化階段就已確定，所以不誇張地說， 乳液的性能決定了產品的最終性能。因此，需要開發出能容易地生產具有 理想平均顆粒尺寸和顆粒分布的產品的乳化設備，特別地，需要窄顆粒尺 寸分布，而不考慮產品是否以乳液形式使用或以微膠囊形式或聚合物精細 顆粒的形式使用。
已提出了用於乳液機械生產的各種方法。最常用的乳化方法包括將原 材料進給到一批處理罐中並通過以高速旋轉的剪切葉片攪拌罐中的內容 物。但是，這種方法也有不足，例如，在最終的乳液中形成非連續相(分 散相)的不均勻顆粒尺寸，或由於罐內仍殘留有不流動的部分而導致具有 殘留的未乳化原材料，或很難規模化生產。雖然提出了安裝有用於使罐內 整個內容物流動且與剪切葉片獨立的攪拌裝置的設備，且其作為防範措施 用於防止這些麻煩，但也很難很好地解決上述問題。另外，需要增加成本 來擴大規模，因為剪切葉片及其驅動單元也要因此而擴大。這種方法在維 修上也具有缺點，因為以高速旋轉的驅動部件具有精密的結構。另外，當 乳化量很大時，因為乳化操作要佔用很長的時間，在乳過程中有可能產生 內容物的變性。
另一方面，為了解決上述問題，也提出了用於連續進行乳化的方法。 在專利文獻1中，例如，通過使具有特定梢部形狀攪拌葉片在管道內 的很窄區域中以高速旋轉並將原材料引入外壁和攪拌葉片梢部之間的窄區 域中來進行連續乳化。在這種方法中，因為剪切力基於葉片的旋轉來確定， 在需要大剪切力時或在要獲得具有小分散相液滴的乳液時就需要極大功率 輸出部件。另外，當乳化量增加時就會發生問題，不可能得到具有均勻顆 粒尺寸分布的分散相的乳化液，因為乳化設備中的滯留時間被縮短。另外，攪拌葉片很難製造和維護，因為其梢部形狀複雜，且在梢部和外壁之間的 間隙非常窄。
在專利文獻2的乳化設備中，需要原材料的初步混合罐，且乳化通過 使原材料混合物通過其中剪切力連續變化的後續的乳化機(在線)來進行 乳化。其中描述到，根據此方法，可以獲得具有寬範圍顆粒尺寸分布的乳 液，乳液可以有極大的顆粒也可以有極小的顆粒。但是，在這種方法中，因 為原材料裝載量和乳化機的轉數必須要得到控制，操作變得很複雜。另外， 如果待乳化材料是活性的，可能會產生堵塞。
在專利文獻3中，通過從窯爐底部連續進給原材料、攪拌窯爐中的內 容物、並連續從窯爐上部排出等於被裝載量的內容物量來進行乳化。其中 描述到，通過使用該方法，在乳化設備中永遠不會產生堵塞，即使待乳化 原材料是活性化合物。但是，當乳化速度增加時，在極壞情況下就有可能 會發生分散相的顆粒尺寸分布惡化以及未乳化原材料的短路排出。
在專利文獻4中，描述了使用多孔玻璃管的連續乳化方法。在這種方 法中，需要昂貴的設備，且如果原材料為活性的話，就可能產生多孔玻璃 管的堵塞。乳液的顆粒尺寸由將待乳化原材料推出多孔玻璃管時的壓力以 及形成連續相的液體的流動狀態來確定。因此，用於控制顆粒尺寸的操作 條件變得複雜和困難。另外，因為多孔玻璃管很昂貴，可能產生的問題在 於需要增加成本來擴大規模。
另外，在專利文獻5和6中，描述了通過使待乳化原材料在超高壓力 和高速下碰撞來進行瞬時乳化的方法。使用這種方法的設備存在的問題在 於，設備本身必須具有結實的結構，很強的耐磨性等，這是由於設備中極 高的操作壓力所要求的。另外，設備的缺點在於，乳化效果很難控制，因 為其乳化是基於待乳化原材料的碰撞的衝擊力來確定的，從而乳化液中分 散相液滴的顆粒尺寸分布變得很不均勻。
在專利文獻7和8中，提供了具有這樣一種結構的乳化設備，其中兩 個或更多個片狀元件被阻擋壁分隔成多個多邊形，或其中直接設置具有多 個細孔部件的片狀元件。在這些設備中，待乳化原材料的混合和乳化通過 使原材料穿過由所述兩個或更多個片狀元件形成的分開的流道而進行。但 是，這種方法的問題在於，除了所使用的元件的複雜形狀以外，還必須要對每個元件在設備內的布局進行嚴格調整。另外，上述利用分隔方法的乳 化設備還有缺點在於，當乳化液中分散相液滴的顆粒尺寸變小時分隔效果 減小，且設備本身的乳化效果也減小。
另外，在專利文獻9中，描述了具有這樣一種結構的乳化設備，該結 構由兩個或更多個被具有一個或多個小孔的阻擋壁分隔開的空間構成。在 此設備中，通過在將原材料以高速和高壓穿過小孔吹入相鄰空間時的強衝 擊力的作用下粉碎和破碎原材料來對待乳化原材料進行乳化，可獲得的的 乳化液的顆粒尺寸分布原則上趨於非均勻，因為由衝擊產生的破碎現象很 難控制。即，只有由衝擊產生的破碎現象用作乳化原理。另外，該乳化設 備需要笨重的結構來使用高壓吹入原材料。
專利文獻1:日本專利申請公開號No,H5(1993)-49912 專利文獻2:日本專利申請公開號No.H6(1994)-142492 專利文獻3:日本專利申請公開號No.H9(1997)-029091 專利文獻4:日本專利申請公開號No.H5(1993)-212270 專利文獻5:日本專利申請公開號No.H2(19卯)-261525 專利文獻6:日本專利申請公開號No.H9(1997)-201521 專利文獻7:日本專利申請公開號No. 2000-254469 專利文獻8:日本專利申請公開號No. 2002-28463 專利文獻9:日本專利申請公開號No. 2002-159832 如上所述，傳統的連續乳化方法和設備的問題在於，產生的最終乳化 液中分散相液滴的均勻性極差，很難擴大規模、且設備複雜、維修複雜， 很不令人滿意。

發明內容
為了解決傳統連續乳化方法和設備中的問題，本發明提供一種連續乳 化方法和設備，用於提供包含具有所需平均顆粒尺寸和所需顆粒尺寸分布 的液滴的乳液，特別是窄(均勻的)顆粒尺寸分布，適用於以上所述各種 用途，其具有容易控制、可簡單地擴大規模、可以簡單的結構進行維護的 優點，另外，乳化材料產量足以滿足工業生產。本發明的目的還在於通過 使用該方法和設備所獲得的乳化液來提供各種工業產品，如具有所需平均顆粒尺寸和所需顆粒尺寸分布的微膠囊和聚合物精細顆粒，特別是具有窄 範圍(均勻)顆粒尺寸分布，其適用於各種上述用途。
根據本發明的第一方面，提供一種乳化方法，包括使兩種或更多種彼 此充分不相溶的液體連續或逐漸穿過以一定間隔設在具有乳化劑的流道中 的兩個或更多個篩網元件。
根據本發明的第二方面，提供一種乳化設備，包括用於供給彼此充分 不相溶的兩種或更多種液體的液體供給泵、以及圓柱形流道，所述兩種或 更多種液體被液體供給泵穿過所述流道的一端被引入流道中，並朝流道另 一端輸送，所述圓柱形流道包括以一定間隔設在其中的兩個或更多個篩網 元件，從而通過使液體逐漸地通過所述兩個或更多個篩網元件來進行乳化。
所述篩網元件由例如金屬絲網構成。
另外，本發明涉及使用由上述方法和設備獲得的乳劑液體製造的微膠 囊或聚合物精細顆粒。
發明效果
根據本發明，通過使用具有極簡單結構如僅設置在流體流道中的兩個 或更多個篩網元件如金屬絲網的乳化設備，可大量連續獲得具有所需顆粒 尺寸和顆粒尺寸分布的乳化液，同時控制分散相液滴。根據本發明，可獲 得具有比現有技術範圍更窄的液滴顆粒尺寸分布的均勻乳液。該設備容易 組裝，因為結構簡單，且維護性能優秀。可使用由該乳化設備獲得的乳化 液來得到具有所需顆粒尺寸和顆粒尺寸分布的微膠囊和聚合物顆粒。根據 本發明，可獲得具有比現有技術更窄的液滴顆粒尺寸分布的均勻微膠囊和 聚合物顆粒。通過本發明中的乳化方法所獲得的乳化液可以適用於作為工 業領域的原材料和產品，例如化妝品、食品、塗料、造紙、薄膜、記錄材 料等領域。在化妝品應用中，可保證與皮膚的良好匹配性以及極好的產品 穩定性。
由所述乳化液得到的微膠囊被用作信息記錄材料，具有壓力敏感、熱
敏感、光敏感性，包括用於複印機和印表機的色粉；作為顯示材料例如電 子紙；另外，作為藥物、農藥、殺蟲劑、香味劑、熱存儲介質等。由所述 乳化液得到的聚合物精細顆粒被用作塑料膜的防粘結劑；作為光學材料用於產生防止光擴散/反射功能或作間隔件用；作為塗料和墨水用於提供例如 起霜、塗色、或建築材料的觸覺敏感物功能或汽車內飾；作為化妝材料用 於提供相對於基底等的滑動性能；作為樹脂添加劑用於提供各種性能，例 如提高耐熱性和耐溶性或降低收縮性；還用作診斷測試劑和醫療領域的微 粒製劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用於各種用途，例如顏料、 染料、導電元件、熱敏記錄紙、樹脂增強件、油脂添加劑、人造石、色譜 分析等。因為微膠囊和聚合物精細顆粒包括具有所需顆粒尺寸和顆粒尺寸 分布特別是窄顆粒尺寸分布的產品，在用於這些用途時，它們顯示出比傳 統產品更優秀的性能。


圖1是在根據本發明的連續乳化設備中的構造的一個實施例的透視圖； 圖2是用於本發明中的間隔件c的透視圖3是作為本發明一個實施例的由10個單元構成的乳化設備的剖視
圖4是流程圖，示出了包括待乳化原材料罐、柱塞泵、乳化設備F以 及產品罐，其中a表示外殼，b表示金屬絲網，c表示間隔件，2a表示止動 件。
具體實施例方式
在本發明的乳化方法中，通31^ 匕充分不相溶的兩種或更多種液體供給到
流道，並4妙;fia給的液體逐船ikm:設在瀬宣內兩個或更多個位置處的篩網元件 細亍乳化。
作為待乳化原材料的所述兩種或更多種液體不必進行補步混合就進給 到流道中。每種待乳化原材料可使用適當的進給泵(液體進給泵)單獨進 給。例如，在o/w型乳化液等的情況下，油和水可以使用單獨進給泵分別 進給到流道中。當然，油和水也可以事先進行適當混合再進給。在引入到 乳化設備的過程中進行混合併不特別受到限制，且不需要用於混合的裝置 例如攪拌器。通常，引入優選地與具一定混合程度的在線混合一起執行。 當然，液體也可以補步混合。優選的是使待乳化原材料以一定程度的初步混合狀態被帶入篩網元件，因為在絕對未混合的狀態下很難執行由流體分 隔進行的乳化，從而每種待乳化原材料到達篩網元件形成絕對分隔的流動。 這種混合程度可由如上所述的在線混合來充分獲得。
對被進給的待乳化原材料而言，乳化劑或分散劑可以事先被適當地混 合。如果需要的話，這樣的乳化劑或分散劑可以單獨和直接地進給到乳化 機中。其類型和添加量可適當確定。
考慮到本發明下面要描述的乳化機構，在乳化設備的流道中流動的流 體的流速不必太高到引起碰撞或斷裂。當然，因為過低流速增加了已分開 的液滴再聚合的可能性，所以要保持適當的流速。對於待乳化原材料和乳
化液而言，往流道中的進給通常是以約0.1-50cm/秒的線性速度來進行的。 在本發明中，如下所述使用具有較大開口面積的兩個或更多個篩網元件， 例如，金屬絲網，但是無論如何可因此減少流體系統的壓力損失，因為篩 網元件以預定的間隔設置。因此，流體的線性速度可以相對增加，且本發 明中的材料產量可以因此增加。
篩網元件在流道中兩個或更多個位置以預定間隔布置，且所供給的待 乳化原材料逐漸穿過所述兩個或更多個篩網元件，在此過程中，乳化逐漸 進行並完成。雖然，通過此方法，乳化機構以及篩網元件的作用和效果還 不確定，但顯然， 一旦到達篩網元件的流體被篩網元件的一系列小孔分成 小液滴，所產生的小液滴就被穩定，同時流體到達下一篩網元件，且分散 相液滴的顆粒尺寸就因此被均勻化。如果使流體到達下一篩網元件的時間 很長，所產生的小液滴就可能會聚結。因此，將間隔確定到適當距離是很 重要的，不能太長也不能太短。
因為流體被帶到篩網元件中，不會因為那時的碰撞產生液滴的粉碎， 而是被篩網元件的小孔流體分隔，所以流體速度或壓力不必增加。高速或 高壓流體反倒有可能會不穩定，因為流體在兩個或更多個篩網元件的間隔 中用於穩定的時間很短，或流體被過度分隔或增強碰撞或粉碎。
具體而言，隨著流道中流體流速、流體粘度等而變化的篩網元件的間 隔可以優選地被設定為通常5-200mm，更優選為10-100mm。優選地，在 較高的流速下採用較長的間隔，相反在較高流體粘度下採用較短間隔。
重要的是，沿流道在兩個或更多個位置設置篩網元件，且布置位置的數量優選設為5-50個，更優選為10-50個位置，特別優選為20-40個位置。 所進給的待乳化原材料被逐漸且連續地穿過從流道入口朝其出口在兩個或 更多個位置設置的篩網元件。
作為篩網元件，可以傳統地採用與金屬篩網元件相對應的金屬絲網， 因為小孔的開口率、密度等可根據篩網尺寸進行不同選擇，同時確保一定 的機械強度。也可適當採用由與金屬絲網相對應的其他材料製成的任何篩 網元件。
金屬絲網優選地具有35-4000的目數，更優選為如ASTM標準中所規 定的150-3000目，如下所述。金屬絲網可以適當地具有多層重疊結構，用 於增強等作用。不優選過厚的篩網元件。因此，金屬絲網即使為多層重疊 體，也優選用於被下述分隔件等適當支撐以確保機械強度，同時通常具有 幾毫米或更小的厚度。用於過濾器等的金屬絲網厚度等通常就足矣。
用於乳化的流道可以適當被冷卻或加熱，用於調節流體粘度，但對流 道中的溫度、壓力等並不特別限制。壓力可以適當變化以調節流體的粘度。 即，壓力達到足以提供適當的流速，且不需要特別高的壓力。
實施本發明方法的設備將在下面結合附圖進行詳細描述。
圖1是在根據本發明的乳化設備中的構造的一個實施例的透視圖2是用於本發明中的間隔件c的透視圖3是作為本發明一個實施例的由10個單元構成的乳化設備的剖視
圖4是流程圖，示出了包括待乳化原材料罐、柱塞泵、乳化設備F以 及產品罐。
圖1所示乳化設備包括圓柱形外殼a、以及止動件2a，用於將由一對 金屬絲網b和分隔件c組成的單元固定在外殼中。
分隔件c用於保持所述兩個或更多個金屬絲網b，使其間具有預定間隔。
外殼a的長度根據由金屬絲網b和分隔件c組成的單元的長度以及要 在外殼中固定的單元的數量來確定。外殼的抗壓性能根據在其中流過的待 乳化原材料的裝載量(裝載壓力)來確定，並被適當設計以固定這些單元。 從易加工性、抗壓或防止已在其內穿過的液體的殘留來看，要在其中插入各單元的外殼的截面形狀優選為如圖1所示的圓柱形，但並不特別限制於
此。作為外殼a、金屬絲網b、分隔件c以及止動件2a的材料，可以不受 限制地採用不被在其內穿過的待乳化原材料腐蝕並具有能忍受在乳化過程 中產生的壓力的強度的任何材料。
金屬絲網b具有與圖1中所示的圓柱形外殼a的內部橫截面大體相同 的形狀和尺寸。據此，金屬絲網可以固定在圓柱形外殼a內而不會產生扭 曲，且待乳化原材料可以確保穿過由兩個或更多個單元構成的流道。當金 屬絲網b重疊在分隔件c上以形成該單元時，二者的接觸面可以緊密配合。 因此，待乳化原材料可以僅穿過由金屬絲網b和分隔件c形成的流道，從 而確保進行乳化。
作為金屬絲網b，可使用由ASTM標準規定的具有35-4000目數的金 屬絲網。要施加的篩網元件可根據要使用的待乳化原材料和想要的分散相 液滴直徑來適當選擇。小於35目的目數是不優選的，因為乳化效果急劇下 降。4000或以上目數也不優選，因為乳化操作過程中的操作壓力變得太高 以致於不能進行乳化。具有150-3000目的金屬絲網是優選的例子。雖然金 屬絲網形狀不特別限制，優選採用平織、斜紋、平網織、斜網織、半斜紋 金屬絲網。
在本發明中，金屬絲網可以具有多層結構，其中兩個或更多個層被重 疊，以進行表面保護、保持強度、以及分散控制。在多層結構中用於乳化 的金屬絲網以後可以稱為主金屬絲網。衝壓金屬、金屬絲網等優選地用作 該材料，但要被重疊到主金屬絲網上的材料的形狀不特別限制，只要它可 以獲得主金屬絲網的表面保護、保持強度、以及分散控制就行。當金屬絲 網(以下稱為子金屬絲網)用於此目的時，子金屬絲網的目數(ASTM標 準)等於或小於主金屬絲網的目數。在本發明的乳化設備中，最終乳化液 的性質取決於設置在乳化設備的流道中的具有最大目數的金屬絲網(主金 屬絲網)。因此，不優選將子金屬絲網的目數設為大於主金屬絲網的目數。 當使用由兩個或更多個重疊的層構成的主金屬絲網時，優選地，通過例如 燒結等手段固定各層，以防止主金屬絲網在乳化設備中流道內的變形等。
圖2示出了分隔件c。在本發明的乳化設備中，重要的是使金屬絲網隔 離，且為此例如使用了分隔件。分隔件除了具有在圓柱形流道內固定金屬絲網的作用外，還具有使通 過金屬絲網所獲得的乳化液穩定的效果，因此可使分散相液滴的顆粒尺寸 均勻。
分隔件的長度L並不特別限制，但是優選設為5-200mm，更優選為 7-100mm，特別優選為10-100mm。當分隔件長度小於5mm時，乳化液中 分散相液滴的顆粒尺寸就變得非常不均勻。當分隔件長度大於200mm時， 就會使得在分隔件部分處產生乳化液的分散相液滴的聚結，或由於乳化設 備本體最終過長的長度而形成死空間。分隔件的外徑dl在其可插入圓柱形 外殼a的範圍內優選接近外殼的內徑。因此，金屬絲網可以優選地被固定 到流道中，且待乳化原材料可能確保被引導到由分隔件和金屬絲網形成的 流道中。分隔件的內徑d2優選地相對於分隔件外徑dl設在(dl-d2) /dl=0.01-0.5的範圍內，更優選為在0.1-0.3的範圍內。0.01或更小的值是 不希望的，因為對金屬絲網的固定不充分。當該值大於0.5時，流道大大變 窄，從而乳化效率不希望地被降低。
本發明的乳化設備通過將兩個或更多個單元插入到圓柱形外殼a內來 使用，其中所述單元每個都由一對金屬絲網b和分隔件c構成。要插入的 單元的數量並不特別限制，只要它是兩個或更多個，優選為5-50個。當單 元的數量小於5個時，最終乳化液中分散相液滴的顆粒尺寸分布會不希望 地變得不均勻。當單元的數量超過50時，乳化過程中的壓力顯著增加，這 是不希望的。單元的數量進一步優選為10-50，特別優選為20-40。
在圖3中，示出了作為一個實施例的由IO個單元構成的乳化設備，在 圖3所示的實施例中，除了每個都由金屬絲網和分隔件構成的10個單元以 外， 一個分隔件進一步被插入到外殼中，從而防止金屬絲網與止動件之間 的接觸而導致的金屬絲網的損壞。在此實施例中，每個單元在外殼中的固 定是通過使止動件螺合在外殼內部來實現的，但是，可以採用任何具有同 樣功能的止動件，而不限於其形狀。例如，夾卡式止動件、凸緣式止動件 等都可採用。
在本發明的乳化設備中，乳化過程中的溫度可以通過從外面加熱或冷 卻圓柱形外殼來根據需要而調節。外殼的溫度例如可以通過在外殼外部附 加帶狀或條狀加熱器、應用開口的或密封的管狀電爐、或者對外殼的外部附加加熱/冷卻套的方式來被調節。
將原材料引入本發明的乳化設備中並進行乳化的過程將參照圖4進行 具體描述，在圖4中，罐A和罐B分別為待乳化原材料罐。
例如疏水液體，例如碳氫化合物液體存儲在罐A中，且水存儲在另一 罐B中。
分散劑(乳化劑)被充到原材料罐中的任一個中。在此例中，其存儲 為罐B中的水溶液。
要使用的分散劑的量和類型並不特別限制。可採用例如陰離子、陽離 子、非離子、或兩性表面活化劑的分散劑或乳化劑。例如，PVA (聚乙烯 醇)可以假定作為用於使碳氫化合物液體乳化到水中的分散劑，且因此可 以使用約1%質量的水溶液。
可適當地添加攪拌裝置、加熱裝置等到罐A和B中，用於準備待乳化 原材料。泵C和D分別為流量可調節的柱塞泵，用於將待乳化原材料以可 選比率引入到乳化設備中。液體供給量通常設定為約6-3000ml/cm2/min， 但這並不特別限制。
待乳化原材料從每個泵中被供給，並在乳化設備F的入口側管線中進 行在線混合，且最終混合的液體被引入到乳化設備F中。
用於抑制流體脈動的蓄積器可以設在乳化設備F的待乳化原材料入口 的泵側。任何能穩定供給所需流率的泵都可以用來將原材料引入到乳化設 備F中，而並不對其形狀進行具體限制。例如可使用上述的柱塞泵。
在乳化設備F中完成乳化後，最終產物被容納於罐G中。罐G是作為 產品的乳化液的容納罐。
攪拌裝置、加熱裝置等可以被添加到產品罐G上，用於使用乳化液進 行反應，例如膠囊化、聚合等。
在乳化操作時，原材料從罐A和B通過泵C和D以可選比率和流速 被分別引入到乳化設備F中，且最終的乳化液被引導到容納罐G。
根據本發明，碳氫化合物液體和單體例如丙烯酸單體(例如甲基丙烯 酸甲酯(MMA))或苯乙烯單體可以被乳化到適當的介質例如水中。
乳液可以具有通常為0.1-200ix m顆粒尺寸範圍的顆粒，但顆粒尺寸並 不限制於此，具有作為CV值(％)的35%或更小的窄顆粒尺寸分布，如下所述。
另外，通過普通方法，通過添加形成單體的膠囊膜例如羥甲基蜜胺到 最終乳液中以使顆粒界面處的液滴聚合來簡單進行液滴的膠囊化。最終膠 囊的顆粒狀態和分散狀態與這些乳液對應。
類似地，具有與原始乳液的顆粒(乳化)狀態和分散狀態相對應的顆 粒狀態和分散狀態的聚合物顆粒可以例如通過普通方法通過製備根據本發
明的單體的水溶液(包含引發劑的甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體或苯乙烯 單體)並將它加熱以使液滴聚合來獲得。
根據本發明，通過使用具有極簡單結構的乳化設備，其中兩個或更多 個篩網元件例如金屬絲網僅設置在流體的流道中，可以大量連續生產具有 均勻分散相液滴直徑的乳化液。另外，該設備容易組裝，且由於結構簡單 而具有良好的維護性能。通過使由此乳化設備獲得的乳化液，可生產具有 均勻顆粒尺寸的微膠囊和聚合物顆粒。
下面根據示例詳細描述本發明。
示例1
乳化設備通過將10組單元插入到內徑為20mm的圓柱形外殼中而構 成，每個單元由1400目主金屬絲網構成的金屬絲網和分隔件組成，分隔件 具有10mm長度和15mm內徑。外殼的長度約為120mm。
作為待乳化原材料，碳氫化合物基的溶液(Nisseki Naphtesol (200級)) (密度813kg/m3 (15°C)，蒸餾沸點範圍201-217°C，由Nippon油脂公 司供給)主要包括環烷(環烷烴)基碳氫化合物混合物及分散劑水溶液(1% 質量PVA205，由Kuraray有限公司供給)，且通過將原材料分別在100ml/min 和200ml/min的流速下通過獨立柱塞泵引入到乳化設備中來進行乳化，從 而獲得o/w乳化液。乳化液的分散相液滴的體積平均直徑(以後稱為"體 積平均顆粒尺寸")和液滴直徑分布可以使用庫爾特乳粒測定儀(由 Beckman Coulter Inc., Multixizer II供給)來測量。所測的顆粒數量為 100,000。結果，液滴的體積平均顆粒尺寸為20um，且CV值為30。/。。
用作液滴直徑分布指數的CV值根據下面的公式來計算
CV值=液滴直徑分布的標準偏差/體積平均顆粒尺寸X100在下面的例子和比較例中，體積平均顆粒尺寸和cv值通過相同方法 來測量。
示例2
通過與示例1相同的操作來製備乳化液，只是要插入外殼中的單元的 數量為40。分散相的體積平均顆粒尺寸為18um，且CV值為240/。。
示例3
通過與示例1相同的操作來製備乳化液，只是用250目金屬絲網來作 為主金屬絲網。分散相的體積平均顆粒尺寸為55um，且0/值為25%。
示例4
通過與示例1相同的操作來製備乳化液，只是用2400目金屬絲網來作 為主金屬絲網。分散相的體積平均顆粒尺寸為10um，且CV值為24。/。。
示例5
通過與示例1相同的操作來製備乳化液，只是待乳化原材料變為碳氫 化合物基的溶液(Nisseki Hisol SAS (296級))(密度987kg/m3 U5。C)， 蒸餾沸點範圍290-305°C,由Nippon油脂公司供給)，主要包括芳族碳氫 化合物混合物(其具有二芳基鏈垸結構，其中溶解有5%質量的結晶紫內酯) 及分散劑水溶液(5%重量Micron 8020 ，由Nissho Kogyo有限公司供給)。 羥甲基蜜胺M3 (由Sumika Chemtex有限公司供給)被添加到最終乳化液 中從而羥甲基蜜胺相對於SAS296的固體含量百分比為20%質量，且通過 在6(TC下加熱和攪拌3小時來進行膠囊化。膠囊的體積平均顆粒尺寸為10 y m，且CV值為28%。最終膠囊漿料用水稀釋4倍，且稀釋後的溶液被施 加到可商業上獲得的CF紙上。結果看不到顏色，確認完成了膠囊。
示例6
通過與示例1相同的操作來製備乳化液，只是待乳化原材料變為甲基 丙烯酸甲酯(MMA)(其中溶解有1%質量的過氧苯甲醯)及分散劑水溶液(1%質量的PVA205，由Kuraray有限公司提供)。最終乳液被在60'C下在 氮氣中加熱和攪拌8小時從而去除水，且得到固體MMA聚合物精細顆粒。 該聚合物精細顆粒被分散在水中，以通過與示例1中相同的方法來測量體 積平均顆粒尺寸。結果體積平均顆粒尺寸為10um，且CV值為26y。。
示例7
通過與示例5相同的操作來製備乳化液，只是待乳化原材料變為苯乙 烯(其中溶解有1%質量的過氧苯甲醯)。通過與示例1中相同的方法來測 量聚合物精細顆粒的體積平均顆粒尺寸為11 " m，且CV值為24%。
比較示例1
使用300部分的"Nisseki Naphtesol (200級)"和600部分的分散劑 水溶液(P/。質量PVA205，由Kuraray有限公司供給)，乳化/分散通過使用 T.K. Homomixer (由Tokushu Kika Kogyo有限公司供給)來進行，直到體 積平均顆粒尺寸為20 u m，且此時CV值為42%。
比較示例2
用與比較例1相同的操作執行乳化/分散直到分散相液滴直徑變為10 um，只是待乳化原材料變為300部分的"NissekiffisolSAS(296級)"(其 中溶解有5%質量的結晶紫內酯)及600部分的分散劑水溶液(5%重量 Micron 8020，由Nissho Kogyo有限公司供給)。使用最終乳化液，通過與 示例5中相同的處理來進行膠囊化，隨後被評估。最終膠囊的體積平均顆 粒尺寸為10um，且CV值為42。/。。作為評估結果，在可商業上得到的CF 紙中可觀察到顏色。顏色的產生完全可能由於膠囊漿料中出現的大顆粒尺 寸膠囊的斷裂造成。
比較示例3
用與比較例1相同的操作執行乳化/分散，只是待乳化原材料變為300 部分的甲基丙烯酸甲酯(MMA)(其中溶解有1%質量的過氧苯甲醯)和 600部分的分散劑水溶液(1%質量PVA205,由Kuraray有限公司供給)。此後，乳化液中的MMA通過示例6中的方法被聚合，從而獲得MMA聚 合物顆粒。MMA聚合物顆粒的體積平均顆粒尺寸為9 ix m，且CV值為58%。
工業實用性
因為通過本發明的方法和設備獲得的乳化液具有可控制的顆粒尺寸分 布，特別是比現有技術窄的均勻顆粒尺寸分布，乳液可穩定地用在化妝品、 食品、塗料、造紙、薄膜、記錄材料等領域中。在其化妝品的應用中，可 確保與皮膚的良好配合，以及良好的產品穩定性。
因為由該乳化液獲得的微膠囊和聚合物顆粒具有可控制的顆粒尺寸分 布，特別是比現有技術窄的均勻顆粒尺寸分布。微膠囊可以穩定地用作用 作信息記錄材料，其特性為壓力敏感、熱敏感、光敏感，包括用於複印機 和印表機的色粉；作為顯示材料例如電子紙；另外，作為藥物、農藥、殺 蟲劑、香味劑、熱存儲介質等。由該乳化液獲得的聚合物精細顆粒用作塑 料膜的防粘結劑；作為光學材料用於產生防止光擴散/反射功能或作間隔件 用；作為塗料和墨水用於提供例如起霜、塗色、或建築材料的觸覺敏感物 或汽車內飾；作為化妝材料用於為基底提供滑動特性；作為樹脂添加劑用 於提供各種性能，例如提高耐熱性和耐溶性或降低收縮性；還用作診斷測 試劑和醫療領域的微粒製劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用於 各種用途，例如顏料、染料、導電元件、熱敏記錄紙、樹脂增強件、油脂 添加劑、人造石、色譜分析等。
權利要求
1. 一種乳化方法，包括使彼此實質上不相溶的兩種或更多種液體連續並逐漸地通過兩個或更多個篩網元件，其中所述兩個或更多個篩網元件以一定間隔設置在具有乳液的流道內。
2. 根據權利要求1戶皿的方法，，徵在於，戶皿篩網元件以5-200mm的間 隔設置。
3. 根據權利要求1或2戶腿的方法，辦徵在於，要豐皮設置的戶脫兩個頓 多個篩網元件的數量為5-50個。
4. 根據權利要求1-3中任一I砂腐的方法，辦徵在於，戶;ftE篩網元件的篩網細度對應於ASTM標準中規定的篩號354000的目數。
5. 根據權利要求14中^f Jl^^的方法，^ff徵在於，戶;f^篩網元件具有 多層結構。
6. —種乳化設備，包括用^^合彼此實質上不相溶的兩種，多種液體的液 體進給泵、以及圓S^流道，Sil戶脫液體進給魏給的戶脫兩種或更多種液體a3i0f述流道的一端被弓i入到戶做流道中，並朝潦at另一端a51,該圓柱形流道 包括以預定間隔設在其內的兩個或更多個篩網元件，從而m;4妙;m液體逐m 過戶脫兩個鞭多個篩網元件而進行乳化。
7. 根據^l利要求6戶，的乳化設備，，徵在於，要i皮^g的戶; 3^篩網元件的數量為5-50個。
8. 根據權利要求6所述的乳化設備，欺寺徵在於，所3^篩網元件的篩網細度 對應於ASTM標準中規定的篩號35"4000的目數。
9. 根據權利要求6戶，的乳化設備，欺寺徵在於，戶;M篩網元件具有多層結構。
10. 根據權利要求6戶腿的孚L化設備，期寺徵在於，戶腿篩網元件由爐絲網 構成。
11. 根據權利要求6戶腿的乳化設備，辦徵在於，戶腿液體i^線為分別用於^&t皿給戶;M兩種^多種液體的兩個^多^。
12. —#[頓根據權利要求1-5中任一項戶誠的方法或根據權利要求6-11中任 一項戶腿的乳化設備所獲得的乳化液製造的繊囊。
13. —種j頓根據權利要求l-5中任一I則誠的方法或根據權利要求641中任 一項戶脫的乳化設備所獲得的乳化液製造的聚合物顆粒。
全文摘要
本發明涉及一種乳化方法和乳化設備，能夠容易地控制顆粒尺寸以及顆粒尺寸分布，使規模化生產和維護都比較簡單，並提供足以用於工業生產的乳化量。即，該方法包括使彼此充分地不相溶的兩種或更多種液體連續並逐漸地通過兩個或更多個篩網元件，其中所述兩個或更多個篩網元件以一定的間隔設置在具有乳化劑的流道內。還涉及一種執行該方法的乳化設備，包括用於進給彼此充分地不相溶的兩種或更多種液體的液體進給泵、以及圓柱形流道，所述兩種或更多種液體通過液體進給泵被進給到所述流道中，該圓柱形流道包括以預定間隔設在其內的預定數量的金屬絲網。
文檔編號B01F5/06GK101421027SQ20078001267
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月9日 優先權日2006年4月10日
發明者戶上恭男, 林照三, 高木彰 申請人:新日本石油株式會社