專利名稱：連續(xù)乳化方法和用于該方法的乳化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乳化方法和乳化設(shè)備，用于連續(xù)和穩(wěn)定地大量生產(chǎn)具 有分散相均勻顆粒尺寸的乳液。本發(fā)明還涉及使用由所述方法和設(shè)備生產(chǎn) 的乳液的微膠囊和聚合物精細顆粒。
背景技術(shù)：
乳液包括與連續(xù)液態(tài)相不相溶并分散在該連續(xù)液態(tài)相中的液態(tài)相物
質(zhì)。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(xù)相中，在W/0乳液中，含水的液滴分散在油連續(xù)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(xué)方法或通過使 用特定乳化設(shè)備的機械方法來制造。這兩種方法通常結(jié)合使用，以產(chǎn)生穩(wěn) 定的乳液。但是，在后者機械方法中，通常公知的是，根據(jù)所使用的乳化 設(shè)備的不同，最終產(chǎn)生的乳液的性質(zhì)(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(yè)領(lǐng)域中的原材料和產(chǎn)品占據(jù)很重要的地位， 例如，在化妝品、食品、涂料、造紙、薄膜、記錄材料等領(lǐng)域中。作為這 種乳液的性質(zhì)，構(gòu)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(wěn)定性或最終產(chǎn)品性質(zhì)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(jù)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(chǎn)品穩(wěn)定性也因此受到很大影響。
包括有在乳液的連續(xù)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(gòu)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、干燥、過篩、以及聚合體斷裂這樣的過程來 處理乳液而產(chǎn)生。這種微膠囊或聚合物精細顆粒還用于各種工業(yè)領(lǐng)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，包括用于
復(fù)印機和打印機的色粉；作為顯示材料例如電子紙；另外，作為藥物、農(nóng) 藥、殺蟲劑、香味劑、熱存儲介質(zhì)等。聚合物精細顆粒用作塑料膜的防粘結(jié)劑；作為光學(xué)材料用于產(chǎn)生防止光擴散/反射功能或作間隔件用，作為涂 料和墨水用于提供例如起霜、涂色、或建筑材料的觸覺敏感物或汽車內(nèi)飾; 作為化妝材料用于相對于基底提供滑動特性；作為樹脂添加劑用于提供各 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(yī) 療領(lǐng)域的微粒制劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用于各種用途， 例如顏料、染料、導(dǎo)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(chǎn)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，所以不夸張地說， 乳液的性能決定了產(chǎn)品的最終性能。因此，需要開發(fā)出能容易地生產(chǎn)具有 理想平均顆粒尺寸和顆粒分布的產(chǎn)品的乳化設(shè)備，特別地，需要窄顆粒尺 寸分布，而不考慮產(chǎn)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。
已提出了用于乳液機械生產(chǎn)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并通過以高速旋轉(zhuǎn)的剪切葉片攪拌罐中的內(nèi)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(xù)相(分 散相)的不均勻顆粒尺寸，或由于罐內(nèi)仍殘留有不流動的部分而導(dǎo)致具有 殘留的未乳化原材料，或很難規(guī)?；a(chǎn)。雖然提出了安裝有用于使罐內(nèi) 整個內(nèi)容物流動且與剪切葉片獨立的攪拌裝置的設(shè)備，且其作為防范措施 用于防止這些麻煩，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(guī)模，因為剪切葉片及其驅(qū)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(zhuǎn)的驅(qū)動部件具有精密的結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng) 乳化量很大時，因為乳化操作要占用很長的時間，在乳過程中有可能產(chǎn)生 內(nèi)容物的變性。
另一方面，為了解決上述問題，也提出了用于連續(xù)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(nèi) 的很窄區(qū)域中以高速旋轉(zhuǎn)并將原材料引入外壁和攪拌葉片梢部之間的窄區(qū) 域中來進行連續(xù)乳化。在這種方法中，因為剪切力基于葉片的旋轉(zhuǎn)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(dāng)乳化量增加時就會發(fā)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(shè)備中的滯留時間被縮短。另外，攪拌葉片很難制造和維護，因為其梢部形狀復(fù)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(shè)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(xù)變化的后續(xù)的乳化機(在線)來進行 乳化。其中描述到，根據(jù)此方法，可以獲得具有寬范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(zhuǎn)數(shù)必須要得到控制，操作變得很復(fù)雜。另外， 如果待乳化材料是活性的，可能會產(chǎn)生堵塞。
在專利文獻3中，通過從窯爐底部連續(xù)進給原材料、攪拌窯爐中的內(nèi) 容物、并連續(xù)從窯爐上部排出等于被裝載量的內(nèi)容物量來進行乳化。其中 描述到，通過使用該方法，在乳化設(shè)備中永遠不會產(chǎn)生堵塞，即使待乳化 原材料是活性化合物。但是，當(dāng)乳化速度增加時，在極壞情況下就有可能 會發(fā)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(xù)乳化方法。在這種方 法中，需要昂貴的設(shè)備，且如果原材料為活性的話，就可能產(chǎn)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(xù)相的液體的流動狀態(tài)來確定。因此，用于控制顆粒尺寸的操作 條件變得復(fù)雜和困難。另外，因為多孔玻璃管很昂貴，可能產(chǎn)生的問題在 于需要增加成本來擴大規(guī)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(shè)備存在的問題在 于，設(shè)備本身必須具有結(jié)實的結(jié)構(gòu)，很強的耐磨性等，這是由于設(shè)備中極 高的操作壓力所要求的。另外，設(shè)備的缺點在于，乳化效果很難控制，因 為其乳化是基于待乳化原材料的碰撞的沖擊力來確定的，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(jié)構(gòu)的乳化設(shè)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(shè)置具有多 個細孔部件的片狀元件。在這些設(shè)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，這種方法的問題在于，除了所使用的元件的復(fù)雜形狀以外，還必須要對每個元件在設(shè)備內(nèi)的布局進行嚴格調(diào)整。另外，上述利用分隔方法的乳 化設(shè)備還有缺點在于，當(dāng)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(shè)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(jié)構(gòu)的乳化設(shè)備，該結(jié) 構(gòu)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(gòu)成。在 此設(shè)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沖 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于非均勻，因為由沖擊產(chǎn)生的破碎現(xiàn)象很 難控制。即，只有由沖擊產(chǎn)生的破碎現(xiàn)象用作乳化原理。另外，該乳化設(shè) 備需要笨重的結(jié)構(gòu)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(tǒng)的連續(xù)乳化方法和設(shè)備的問題在于，產(chǎn)生的最終乳化 液中分散相液滴的均勻性極差，很難擴大規(guī)模、且設(shè)備復(fù)雜、維修復(fù)雜， 很不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)連續(xù)乳化方法和設(shè)備中的問題，本發(fā)明提供一種連續(xù)乳 化方法和設(shè)備，用于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，適用于以上所述各種 用途，其具有容易控制、可簡單地擴大規(guī)模、可以簡單的結(jié)構(gòu)進行維護的 優(yōu)點，另外，乳化材料產(chǎn)量足以滿足工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的目的還在于通過 使用該方法和設(shè)備所獲得的乳化液來提供各種工業(yè)產(chǎn)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 范圍(均勻)顆粒尺寸分布，其適用于各種上述用途。
根據(jù)本發(fā)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(xù)或逐漸穿過以一定間隔設(shè)在具有乳化劑的流道中 的兩個或更多個篩網(wǎng)元件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種乳化設(shè)備，包括用于供給彼此充分 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，并朝流道另 一端輸送，所述圓柱形流道包括以一定間隔設(shè)在其中的兩個或更多個篩網(wǎng) 元件，從而通過使液體逐漸地通過所述兩個或更多個篩網(wǎng)元件來進行乳化。
所述篩網(wǎng)元件由例如金屬絲網(wǎng)構(gòu)成。
另外，本發(fā)明涉及使用由上述方法和設(shè)備獲得的乳劑液體制造的微膠 囊或聚合物精細顆粒。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，通過使用具有極簡單結(jié)構(gòu)如僅設(shè)置在流體流道中的兩個 或更多個篩網(wǎng)元件如金屬絲網(wǎng)的乳化設(shè)備，可大量連續(xù)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(jù)本發(fā)明，可獲 得具有比現(xiàn)有技術(shù)范圍更窄的液滴顆粒尺寸分布的均勻乳液。該設(shè)備容易 組裝，因為結(jié)構(gòu)簡單，且維護性能優(yōu)秀?？墒褂糜稍撊榛O(shè)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(jù) 本發(fā)明，可獲得具有比現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明中的乳化方法所獲得的乳化液可以適用于作為工 業(yè)領(lǐng)域的原材料和產(chǎn)品，例如化妝品、食品、涂料、造紙、薄膜、記錄材 料等領(lǐng)域。在化妝品應(yīng)用中，可保證與皮膚的良好匹配性以及極好的產(chǎn)品 穩(wěn)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，包括用于復(fù)印機和打印機的色粉；作為顯示材料例如電 子紙；另外，作為藥物、農(nóng)藥、殺蟲劑、香味劑、熱存儲介質(zhì)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(jié)劑；作為光學(xué)材料用于產(chǎn)生防止光擴散/反射功能或作間隔件用；作為涂料和墨水用于提供例如 起霜、涂色、或建筑材料的觸覺敏感物功能或汽車內(nèi)飾；作為化妝材料用 于提供相對于基底等的滑動性能；作為樹脂添加劑用于提供各種性能，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(yī)療領(lǐng)域的微 粒制劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用于各種用途，例如顏料、 染料、導(dǎo)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(chǎn)品，在用于這些用途時，它們顯示出比傳 統(tǒng)產(chǎn)品更優(yōu)秀的性能。


圖1是在根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)乳化設(shè)備中的構(gòu)造的一個實施例的透視圖； 圖2是用于本發(fā)明中的間隔件c的透視圖3是作為本發(fā)明一個實施例的由10個單元構(gòu)成的乳化設(shè)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(shè)備F以 及產(chǎn)品罐，其中a表示外殼，b表示金屬絲網(wǎng)，c表示間隔件，2a表示止動 件。
具體實施例方式
在本發(fā)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，并4妙;fia給的液體逐船ikm:設(shè)在瀬宣內(nèi)兩個或更多個位置處的篩網(wǎng)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(dāng)?shù)倪M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(dāng)然，油和水也可以事先進行適當(dāng)混合再進給。在引入到 乳化設(shè)備的過程中進行混合并不特別受到限制，且不需要用于混合的裝置 例如攪拌器。通常，引入優(yōu)選地與具一定混合程度的在線混合一起執(zhí)行。 當(dāng)然，液體也可以補步混合。優(yōu)選的是使待乳化原材料以一定程度的初步混合狀態(tài)被帶入篩網(wǎng)元件，因為在絕對未混合的狀態(tài)下很難執(zhí)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(wǎng)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(dāng)?shù)鼗?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(dāng)確定。
考慮到本發(fā)明下面要描述的乳化機構(gòu)，在乳化設(shè)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(dāng)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(dāng)?shù)牧魉?。對于待乳化原材料和?br> 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(fā)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(wǎng)元件， 例如，金屬絲網(wǎng)，但是無論如何可因此減少流體系統(tǒng)的壓力損失，因為篩 網(wǎng)元件以預(yù)定的間隔設(shè)置。因此，流體的線性速度可以相對增加，且本發(fā) 明中的材料產(chǎn)量可以因此增加。
篩網(wǎng)元件在流道中兩個或更多個位置以預(yù)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(wǎng)元件，在此過程中，乳化逐漸 進行并完成。雖然，通過此方法，乳化機構(gòu)以及篩網(wǎng)元件的作用和效果還 不確定，但顯然， 一旦到達篩網(wǎng)元件的流體被篩網(wǎng)元件的一系列小孔分成 小液滴，所產(chǎn)生的小液滴就被穩(wěn)定，同時流體到達下一篩網(wǎng)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(wǎng)元件的時間 很長，所產(chǎn)生的小液滴就可能會聚結(jié)。因此，將間隔確定到適當(dāng)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(wǎng)元件中，不會因為那時的碰撞產(chǎn)生液滴的粉碎， 而是被篩網(wǎng)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(wěn)定，因為流體在兩個或更多個篩網(wǎng)元件的間隔 中用于穩(wěn)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(wǎng)元件的間 隔可以優(yōu)選地被設(shè)定為通常5-200mm，更優(yōu)選為10-100mm。優(yōu)選地，在 較高的流速下采用較長的間隔，相反在較高流體粘度下采用較短間隔。
重要的是，沿流道在兩個或更多個位置設(shè)置篩網(wǎng)元件，且布置位置的數(shù)量優(yōu)選設(shè)為5-50個，更優(yōu)選為10-50個位置，特別優(yōu)選為20-40個位置。 所進給的待乳化原材料被逐漸且連續(xù)地穿過從流道入口朝其出口在兩個或 更多個位置設(shè)置的篩網(wǎng)元件。
作為篩網(wǎng)元件，可以傳統(tǒng)地采用與金屬篩網(wǎng)元件相對應(yīng)的金屬絲網(wǎng)， 因為小孔的開口率、密度等可根據(jù)篩網(wǎng)尺寸進行不同選擇，同時確保一定 的機械強度。也可適當(dāng)采用由與金屬絲網(wǎng)相對應(yīng)的其他材料制成的任何篩 網(wǎng)元件。
金屬絲網(wǎng)優(yōu)選地具有35-4000的目數(shù)，更優(yōu)選為如ASTM標準中所規(guī) 定的150-3000目，如下所述。金屬絲網(wǎng)可以適當(dāng)?shù)鼐哂卸鄬又丿B結(jié)構(gòu)，用 于增強等作用。不優(yōu)選過厚的篩網(wǎng)元件。因此，金屬絲網(wǎng)即使為多層重疊 體，也優(yōu)選用于被下述分隔件等適當(dāng)支撐以確保機械強度，同時通常具有 幾毫米或更小的厚度。用于過濾器等的金屬絲網(wǎng)厚度等通常就足矣。
用于乳化的流道可以適當(dāng)被冷卻或加熱，用于調(diào)節(jié)流體粘度，但對流 道中的溫度、壓力等并不特別限制。壓力可以適當(dāng)變化以調(diào)節(jié)流體的粘度。 即，壓力達到足以提供適當(dāng)?shù)牧魉?，且不需要特別高的壓力。
實施本發(fā)明方法的設(shè)備將在下面結(jié)合附圖進行詳細描述。
圖1是在根據(jù)本發(fā)明的乳化設(shè)備中的構(gòu)造的一個實施例的透視圖2是用于本發(fā)明中的間隔件c的透視圖3是作為本發(fā)明一個實施例的由10個單元構(gòu)成的乳化設(shè)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(shè)備F以 及產(chǎn)品罐。
圖1所示乳化設(shè)備包括圓柱形外殼a、以及止動件2a，用于將由一對 金屬絲網(wǎng)b和分隔件c組成的單元固定在外殼中。
分隔件c用于保持所述兩個或更多個金屬絲網(wǎng)b，使其間具有預(yù)定間隔。
外殼a的長度根據(jù)由金屬絲網(wǎng)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(shù)量來確定。外殼的抗壓性能根據(jù)在其中流過的待 乳化原材料的裝載量(裝載壓力)來確定，并被適當(dāng)設(shè)計以固定這些單元。 從易加工性、抗壓或防止已在其內(nèi)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(yōu)選為如圖1所示的圓柱形，但并不特別限制于
此。作為外殼a、金屬絲網(wǎng)b、分隔件c以及止動件2a的材料，可以不受 限制地采用不被在其內(nèi)穿過的待乳化原材料腐蝕并具有能忍受在乳化過程 中產(chǎn)生的壓力的強度的任何材料。
金屬絲網(wǎng)b具有與圖1中所示的圓柱形外殼a的內(nèi)部橫截面大體相同 的形狀和尺寸。據(jù)此，金屬絲網(wǎng)可以固定在圓柱形外殼a內(nèi)而不會產(chǎn)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(gòu)成的流道。當(dāng)金 屬絲網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)b，可使用由ASTM標準規(guī)定的具有35-4000目數(shù)的金 屬絲網(wǎng)。要施加的篩網(wǎng)元件可根據(jù)要使用的待乳化原材料和想要的分散相 液滴直徑來適當(dāng)選擇。小于35目的目數(shù)是不優(yōu)選的，因為乳化效果急劇下 降。4000或以上目數(shù)也不優(yōu)選，因為乳化操作過程中的操作壓力變得太高 以致于不能進行乳化。具有150-3000目的金屬絲網(wǎng)是優(yōu)選的例子。雖然金 屬絲網(wǎng)形狀不特別限制，優(yōu)選采用平織、斜紋、平網(wǎng)織、斜網(wǎng)織、半斜紋 金屬絲網(wǎng)。
在本發(fā)明中，金屬絲網(wǎng)可以具有多層結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)中用于乳化 的金屬絲網(wǎng)以后可以稱為主金屬絲網(wǎng)。沖壓金屬、金屬絲網(wǎng)等優(yōu)選地用作 該材料，但要被重疊到主金屬絲網(wǎng)上的材料的形狀不特別限制，只要它可 以獲得主金屬絲網(wǎng)的表面保護、保持強度、以及分散控制就行。當(dāng)金屬絲 網(wǎng)(以下稱為子金屬絲網(wǎng))用于此目的時，子金屬絲網(wǎng)的目數(shù)(ASTM標 準)等于或小于主金屬絲網(wǎng)的目數(shù)。在本發(fā)明的乳化設(shè)備中，最終乳化液 的性質(zhì)取決于設(shè)置在乳化設(shè)備的流道中的具有最大目數(shù)的金屬絲網(wǎng)(主金 屬絲網(wǎng))。因此，不優(yōu)選將子金屬絲網(wǎng)的目數(shù)設(shè)為大于主金屬絲網(wǎng)的目數(shù)。 當(dāng)使用由兩個或更多個重疊的層構(gòu)成的主金屬絲網(wǎng)時，優(yōu)選地，通過例如 燒結(jié)等手段固定各層，以防止主金屬絲網(wǎng)在乳化設(shè)備中流道內(nèi)的變形等。
圖2示出了分隔件c。在本發(fā)明的乳化設(shè)備中，重要的是使金屬絲網(wǎng)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(nèi)固定金屬絲網(wǎng)的作用外，還具有使通 過金屬絲網(wǎng)所獲得的乳化液穩(wěn)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并不特別限制，但是優(yōu)選設(shè)為5-200mm，更優(yōu)選為 7-100mm，特別優(yōu)選為10-100mm。當(dāng)分隔件長度小于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(dāng)分隔件長度大于200mm時， 就會使得在分隔件部分處產(chǎn)生乳化液的分散相液滴的聚結(jié)，或由于乳化設(shè) 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的范圍內(nèi)優(yōu)選接近外殼的內(nèi)徑。因此，金屬絲網(wǎng)可以優(yōu)選地被固定 到流道中，且待乳化原材料可能確保被引導(dǎo)到由分隔件和金屬絲網(wǎng)形成的 流道中。分隔件的內(nèi)徑d2優(yōu)選地相對于分隔件外徑dl設(shè)在(dl-d2) /dl=0.01-0.5的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為在0.1-0.3的范圍內(nèi)。0.01或更小的值是 不希望的，因為對金屬絲網(wǎng)的固定不充分。當(dāng)該值大于0.5時，流道大大變 窄，從而乳化效率不希望地被降低。
本發(fā)明的乳化設(shè)備通過將兩個或更多個單元插入到圓柱形外殼a內(nèi)來 使用，其中所述單元每個都由一對金屬絲網(wǎng)b和分隔件c構(gòu)成。要插入的 單元的數(shù)量并不特別限制，只要它是兩個或更多個，優(yōu)選為5-50個。當(dāng)單 元的數(shù)量小于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(dāng)單元的數(shù)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(shù)量進一步優(yōu)選為10-50，特別優(yōu)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(gòu)成的乳化設(shè)備，在 圖3所示的實施例中，除了每個都由金屬絲網(wǎng)和分隔件構(gòu)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(wǎng)與止動件之間 的接觸而導(dǎo)致的金屬絲網(wǎng)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(nèi)部來實現(xiàn)的，但是，可以采用任何具有同 樣功能的止動件，而不限于其形狀。例如，夾卡式止動件、凸緣式止動件 等都可采用。
在本發(fā)明的乳化設(shè)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(jù)需要而調(diào)節(jié)。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(yīng)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(diào)節(jié)。
將原材料引入本發(fā)明的乳化設(shè)備中并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并不特別限制?？刹捎美珀庪x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)可以假定作為用于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(zhì)量的水溶液。
可適當(dāng)?shù)靥砑訑嚢柩b置、加熱裝置等到罐A和B中，用于準備待乳化 原材料。泵C和D分別為流量可調(diào)節(jié)的柱塞泵，用于將待乳化原材料以可 選比率引入到乳化設(shè)備中。液體供給量通常設(shè)定為約6-3000ml/cm2/min， 但這并不特別限制。
待乳化原材料從每個泵中被供給，并在乳化設(shè)備F的入口側(cè)管線中進 行在線混合，且最終混合的液體被引入到乳化設(shè)備F中。
用于抑制流體脈動的蓄積器可以設(shè)在乳化設(shè)備F的待乳化原材料入口 的泵側(cè)。任何能穩(wěn)定供給所需流率的泵都可以用來將原材料引入到乳化設(shè) 備F中，而并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(shè)備F中完成乳化后，最終產(chǎn)物被容納于罐G中。罐G是作為 產(chǎn)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(chǎn)品罐G上，用于使用乳化液進 行反應(yīng)，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(shè)備F中，且最終的乳化液被引導(dǎo)到容納罐G。
根據(jù)本發(fā)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(dāng)?shù)慕橘|(zhì)例如水中。
乳液可以具有通常為0.1-200ix m顆粒尺寸范圍的顆粒，但顆粒尺寸并 不限制于此，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(tài)和分散狀態(tài)與這些乳液對應(yīng)。
類似地，具有與原始乳液的顆粒(乳化)狀態(tài)和分散狀態(tài)相對應(yīng)的顆 粒狀態(tài)和分散狀態(tài)的聚合物顆?？梢岳缤ㄟ^普通方法通過制備根據(jù)本發(fā)
明的單體的水溶液(包含引發(fā)劑的甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體或苯乙烯 單體)并將它加熱以使液滴聚合來獲得。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用具有極簡單結(jié)構(gòu)的乳化設(shè)備，其中兩個或更多 個篩網(wǎng)元件例如金屬絲網(wǎng)僅設(shè)置在流體的流道中，可以大量連續(xù)生產(chǎn)具有 均勻分散相液滴直徑的乳化液。另外，該設(shè)備容易組裝，且由于結(jié)構(gòu)簡單 而具有良好的維護性能。通過使由此乳化設(shè)備獲得的乳化液，可生產(chǎn)具有 均勻顆粒尺寸的微膠囊和聚合物顆粒。
下面根據(jù)示例詳細描述本發(fā)明。
示例1
乳化設(shè)備通過將10組單元插入到內(nèi)徑為20mm的圓柱形外殼中而構(gòu) 成，每個單元由1400目主金屬絲網(wǎng)構(gòu)成的金屬絲網(wǎng)和分隔件組成，分隔件 具有10mm長度和15mm內(nèi)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)，蒸餾沸點范圍201-217°C，由Nippon油脂公 司供給)主要包括環(huán)烷(環(huán)烷烴)基碳氫化合物混合物及分散劑水溶液(1% 質(zhì)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(shè)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(以后稱為"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(shù)量為 100,000。結(jié)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(shù)的CV值根據(jù)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相同的操作來制備乳化液，只是要插入外殼中的單元的 數(shù)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相同的操作來制備乳化液，只是用250目金屬絲網(wǎng)來作 為主金屬絲網(wǎng)。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相同的操作來制備乳化液，只是用2400目金屬絲網(wǎng)來作 為主金屬絲網(wǎng)。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相同的操作來制備乳化液，只是待乳化原材料變?yōu)樘細?化合物基的溶液(Nisseki Hisol SAS (296級))(密度987kg/m3 U5。C)， 蒸餾沸點范圍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(jié)構(gòu)，其中溶解有5%質(zhì)量的結(jié)晶紫內(nèi)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于SAS296的固體含量百分比為20%質(zhì)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，且稀釋后的溶液被施 加到可商業(yè)上獲得的CF紙上。結(jié)果看不到顏色，確認完成了膠囊。
示例6
通過與示例1相同的操作來制備乳化液，只是待乳化原材料變?yōu)榧谆?丙烯酸甲酯(MMA)(其中溶解有1%質(zhì)量的過氧苯甲酰)及分散劑水溶液(1%質(zhì)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(jié)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相同的操作來制備乳化液，只是待乳化原材料變?yōu)楸揭?烯(其中溶解有1%質(zhì)量的過氧苯甲酰)。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(zhì)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(zhí)行乳化/分散直到分散相液滴直徑變?yōu)?0 um，只是待乳化原材料變?yōu)?00部分的"NissekiffisolSAS(296級)"(其 中溶解有5%質(zhì)量的結(jié)晶紫內(nèi)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，隨后被評估。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(jié)果，在可商業(yè)上得到的CF 紙中可觀察到顏色。顏色的產(chǎn)生完全可能由于膠囊漿料中出現(xiàn)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(zhí)行乳化/分散，只是待乳化原材料變?yōu)?00 部分的甲基丙烯酸甲酯(MMA)(其中溶解有1%質(zhì)量的過氧苯甲酰)和 600部分的分散劑水溶液(1%質(zhì)量PVA205,由Kuraray有限公司供給)。此后，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(yè)實用性
因為通過本發(fā)明的方法和設(shè)備獲得的乳化液具有可控制的顆粒尺寸分 布，特別是比現(xiàn)有技術(shù)窄的均勻顆粒尺寸分布，乳液可穩(wěn)定地用在化妝品、 食品、涂料、造紙、薄膜、記錄材料等領(lǐng)域中。在其化妝品的應(yīng)用中，可 確保與皮膚的良好配合，以及良好的產(chǎn)品穩(wěn)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(xiàn)有技術(shù)窄的均勻顆粒尺寸分布。微膠囊可以穩(wěn)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，包括用于復(fù)印機 和打印機的色粉；作為顯示材料例如電子紙；另外，作為藥物、農(nóng)藥、殺 蟲劑、香味劑、熱存儲介質(zhì)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(jié)劑；作為光學(xué)材料用于產(chǎn)生防止光擴散/反射功能或作間隔件 用；作為涂料和墨水用于提供例如起霜、涂色、或建筑材料的觸覺敏感物 或汽車內(nèi)飾；作為化妝材料用于為基底提供滑動特性；作為樹脂添加劑用 于提供各種性能，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(yī)療領(lǐng)域的微粒制劑。另外，所述微膠囊和聚合物精細顆粒還用于 各種用途，例如顏料、染料、導(dǎo)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(quán)利要求
1. 一種乳化方法，包括使彼此實質(zhì)上不相溶的兩種或更多種液體連續(xù)并逐漸地通過兩個或更多個篩網(wǎng)元件，其中所述兩個或更多個篩網(wǎng)元件以一定間隔設(shè)置在具有乳液的流道內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1戶皿的方法，，征在于，戶皿篩網(wǎng)元件以5-200mm的間 隔設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2戶腿的方法，辦征在于，要豐皮設(shè)置的戶脫兩個頓 多個篩網(wǎng)元件的數(shù)量為5-50個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一I砂腐的方法，辦征在于，戶;ftE篩網(wǎng)元件的篩網(wǎng)細度對應(yīng)于ASTM標準中規(guī)定的篩號354000的目數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求14中^f Jl^^的方法，^ff征在于，戶;f^篩網(wǎng)元件具有 多層結(jié)構(gòu)。
6. —種乳化設(shè)備，包括用^^合彼此實質(zhì)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，并朝潦at另一端a51,該圓柱形流道 包括以預(yù)定間隔設(shè)在其內(nèi)的兩個或更多個篩網(wǎng)元件，從而m;4妙;m液體逐m 過戶脫兩個鞭多個篩網(wǎng)元件而進行乳化。
7. 根據(jù)^l利要求6戶，的乳化設(shè)備，，征在于，要i皮^g的戶; 3^篩網(wǎng)元件的數(shù)量為5-50個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的乳化設(shè)備，欺寺征在于，所3^篩網(wǎng)元件的篩網(wǎng)細度 對應(yīng)于ASTM標準中規(guī)定的篩號35"4000的目數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6戶，的乳化設(shè)備，欺寺征在于，戶;M篩網(wǎng)元件具有多層結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6戶腿的孚L化設(shè)備，期寺征在于，戶腿篩網(wǎng)元件由爐絲網(wǎng) 構(gòu)成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6戶腿的乳化設(shè)備，辦征在于，戶腿液體i^線為分別用于^&t皿給戶;M兩種^多種液體的兩個^多^。
12. —#[頓根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項戶誠的方法或根據(jù)權(quán)利要求6-11中任 一項戶腿的乳化設(shè)備所獲得的乳化液制造的繊囊。
13. —種j頓根據(jù)權(quán)利要求l-5中任一I則誠的方法或根據(jù)權(quán)利要求641中任 一項戶脫的乳化設(shè)備所獲得的乳化液制造的聚合物顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乳化方法和乳化設(shè)備，能夠容易地控制顆粒尺寸以及顆粒尺寸分布，使規(guī)?；a(chǎn)和維護都比較簡單，并提供足以用于工業(yè)生產(chǎn)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(xù)并逐漸地通過兩個或更多個篩網(wǎng)元件，其中所述兩個或更多個篩網(wǎng)元件以一定的間隔設(shè)置在具有乳化劑的流道內(nèi)。還涉及一種執(zhí)行該方法的乳化設(shè)備，包括用于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(yù)定間隔設(shè)在其內(nèi)的預(yù)定數(shù)量的金屬絲網(wǎng)。
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(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者戶上恭男, 林照三, 高木彰 申請人:新日本石油株式會社