專利名稱：對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，更具體地說(shuō)，涉及通過(guò)使用微流道來(lái)對(duì)微粒分散液中含有的微粒進(jìn)行分級(jí)的方法。除此之外，本發(fā)明還涉及對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的裝置，更具體地說(shuō)，還涉及通過(guò)使用微流道來(lái)對(duì)微粒分散液中含有的微粒進(jìn)行分級(jí)的裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法包括干式分級(jí)方法和濕式分級(jí)方法。
由于在流體和微粒之間的比重有很大不同，干式分級(jí)方法可以具有較高的精確度。
另一方面，根據(jù)濕式分級(jí)方法，在液體和微粒之間的比重的差別是小的。然而，微粒在液體中易于分散。因而，特別是在微粒的尺寸范圍方面，可獲得高的分級(jí)精確度。在干式分級(jí)方法和濕式分級(jí)方法中，分級(jí)裝置一般都有旋轉(zhuǎn)部分。此外，主流的方法是通過(guò)利用離心力和慣性力的平衡來(lái)對(duì)微粒分級(jí)。然而，由于旋轉(zhuǎn)部分的存在，相關(guān)的分級(jí)裝置有磨損性的污染物和清潔該分級(jí)裝置的問(wèn)題。用于干式分級(jí)方法的分級(jí)裝置，其利用“附壁效應(yīng)(Coanda effect)”而不具有旋轉(zhuǎn)部分，該分級(jí)裝置已經(jīng)商業(yè)化。然而，仍然無(wú)法獲得能夠高效地進(jìn)行濕式分級(jí)方法的無(wú)旋轉(zhuǎn)部分的分級(jí)裝置。
同時(shí)，最近已經(jīng)在研究在微觀領(lǐng)域中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和單元操作的多種方法。不產(chǎn)生污染物的有效地對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法和裝置也已經(jīng)在研究。
“采用微流道中的層流系統(tǒng)對(duì)微粒進(jìn)行連續(xù)分級(jí)的方法的開(kāi)發(fā)”(日本化學(xué)工程師學(xué)會(huì)第69屆年會(huì)會(huì)刊，No.201)中提出了使用含有部分地變細(xì)的部件(收縮道)的微流道并且利用微流道中的特征性流動(dòng)的分布圖的方法和裝置，來(lái)作為對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法和裝置，這樣，可以僅僅通過(guò)引入微粒對(duì)垂直于流的方向上的微粒進(jìn)行分級(jí)。該文獻(xiàn)報(bào)道該方法可以對(duì)直徑為15微米和30微米的微粒進(jìn)行分級(jí)。
“采用歐拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)方法對(duì)微量分離器/分級(jí)裝置內(nèi)行為的研究”(日本化學(xué)工程師學(xué)會(huì)第69屆年會(huì)會(huì)刊，No.202)中報(bào)道了一種對(duì)微粒進(jìn)行分離和分級(jí)的方法，該方法通過(guò)利用流體和微粒之間的比重差異，此外還利用與流體的流速有關(guān)的離心力和上升力，在截面為矩形的類似圓弧的微流道中對(duì)微粒進(jìn)行分離和分級(jí)。
然而，前一種方法對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)時(shí)沒(méi)有利用重力和離心力，在微粒的比重大于流體的比重的情況下，存在著微粒沉降且沉積在流道底面上的問(wèn)題。另一方面，后一方法利用了離心力，并且在微粒和流體之間比重差異大的情況下有良好的分級(jí)性能。然而，微粒的沉降也變得容易。因此，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高分級(jí)效率與防止微粒沉積和流道堵塞的效果。
在分級(jí)以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行的情況下，前一方法和后一方法都存在沉積量增加和流道堵塞的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明已經(jīng)完成，本發(fā)明提供了對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法和裝置。也就是說(shuō)，本發(fā)明一些方面的優(yōu)點(diǎn)是，提供了可以長(zhǎng)時(shí)間使用且不會(huì)引起微粒阻塞及堵塞流道的微粒分級(jí)方法和分級(jí)裝置。此外，本發(fā)明一些方面的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，提供了不會(huì)產(chǎn)生例如磨損性物質(zhì)等污染物且分級(jí)效率優(yōu)異的微粒分級(jí)方法和分級(jí)裝置。
本發(fā)明可以提供一種對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，所述方法包括將含有微粒的微粒分散液從微流道的入口部分引入所述微流道，所述微流道具有所述入口部分和回收部分；通過(guò)在重力方向上施加的電場(chǎng)使微粒轉(zhuǎn)移到微流道的內(nèi)上面；以及將所述微粒分散液以層流狀態(tài)輸送到所述回收部分；其中，所述輸送步驟包括根據(jù)所述微粒之間的沉降速度的差來(lái)對(duì)所述微粒進(jìn)行分級(jí)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述微粒選自由樹(shù)脂微粒、無(wú)機(jī)物微粒、金屬微粒以及陶瓷微粒組成的組。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述微粒的體積平均粒徑為0.1微米～1000微米。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述微粒分散液中微粒的含量比率為0.1體積％～40體積％。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述的分級(jí)步驟包括施加第二電場(chǎng)，所述第二電場(chǎng)增大了隨微粒大小的不同而導(dǎo)致的微粒之間的沉降速度差。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述微粒的ζ電勢(shì)的絕對(duì)值為1毫伏～1,000毫伏。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，施加到電極上的所述在重力方向上施加的電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.1伏～5伏。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述增大所述微粒之間的沉降速度差的電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.1伏～5伏。
本發(fā)明可以提供一種對(duì)分散在微粒分散液的介質(zhì)液中的微粒進(jìn)行分級(jí)的裝置，所述裝置包括引入部分，該部分包括引入所述微粒分散液的引入道；施加電場(chǎng)的電場(chǎng)施加部分；分級(jí)部分，該部分通過(guò)使層流狀態(tài)下的微粒沉降或漂浮來(lái)對(duì)所述微粒進(jìn)行分級(jí)；以及回收部分，該部分包括從中回收經(jīng)分級(jí)的微粒的回收道。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述回收道包括多個(gè)回收道。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述多個(gè)回收道分別布置在重力方向上的不同高度處。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述分級(jí)部分包括第二電場(chǎng)施加部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述引入道和所述回收道相對(duì)于重力方向以0°～45°的角度來(lái)布置。
本發(fā)明可以提供一種對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法和裝置，其可以長(zhǎng)時(shí)間使用，而不會(huì)引起微粒阻塞及堵塞流道。本發(fā)明還可以提供一種對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法和裝置，其不會(huì)產(chǎn)生如磨損物質(zhì)等污染物，而且分級(jí)效率優(yōu)異。


下面將以下述附圖為基礎(chǔ)詳細(xì)敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中圖1是圖解說(shuō)明可以用于本發(fā)明所述方法的微粒分級(jí)裝置的實(shí)例的構(gòu)造的示意圖；圖2是圖解說(shuō)明可以用于本發(fā)明所述方法的微粒分級(jí)裝置的另一個(gè)實(shí)例的構(gòu)造的示意圖；圖3是圖解說(shuō)明實(shí)施例1所用微粒分級(jí)裝置的構(gòu)造的示意圖；圖4是圖解說(shuō)明實(shí)施例2所用微粒分級(jí)裝置的構(gòu)造的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法(在下文中，亦將“對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法”簡(jiǎn)稱為“分級(jí)方法”)是通過(guò)使用微流道來(lái)對(duì)微粒分散液中所含的微粒進(jìn)行分級(jí)的方法。本方法的特征在于本方法包括按下述順序進(jìn)行的下述步驟。即，本方法包括從微流道的入口部分以層流狀態(tài)輸送微粒分散液的液體輸送步驟；通過(guò)在重力方向上施加的電場(chǎng)使微粒移動(dòng)到微流道的內(nèi)上面的電場(chǎng)施加步驟；以及根據(jù)微粒之間的沉降速度差來(lái)對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的分級(jí)步驟。
優(yōu)選的是，本發(fā)明所述的分級(jí)方法進(jìn)一步包括回收經(jīng)分級(jí)的微粒的回收步驟。
本發(fā)明利用了以下事實(shí)在微流道中的流體是層流，并且在輸送微粒分散液的情況下，具有相同密度的微粒的沉降速度與該微粒的粒徑的平方成正比，因此，微粒的粒徑越大，該微粒的沉降速度越高。在利用微粒之間的沉降速度差進(jìn)行分級(jí)的方法中，重要的是將微粒分散液穩(wěn)定地引入到層流區(qū)。
本發(fā)明提供一種分級(jí)方法和分級(jí)裝置，其通過(guò)著眼于微粒的極性來(lái)控制微粒，而且其可以以良好的精確度穩(wěn)定地對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。即，將在重力方向上排列的上電極和下電極(相當(dāng)于電場(chǎng)施加部分)設(shè)置在流道上與重力方向交叉(即基本上水平地配置)的部分上。根據(jù)微粒的極性來(lái)施加電場(chǎng)。上述電場(chǎng)的施加使得微粒可移動(dòng)到流道的內(nèi)上面。在分級(jí)部分設(shè)置于電場(chǎng)施加部分的下游區(qū)的情況下，可以使微粒從分級(jí)部分所處的位置沉降。因此，可以以優(yōu)良的精確度對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。
本發(fā)明所述的分級(jí)方法使用了微流道。優(yōu)選的是，使用含有流道的微量反應(yīng)裝置，所述流道的寬度為幾微米到幾千微米。本發(fā)明所述的分級(jí)方法中所使用的微量反應(yīng)裝置是具有多個(gè)微米級(jí)流道(通道)的反應(yīng)裝置。微量反應(yīng)裝置的流道是微米級(jí)的，因此，流道中的流體的尺寸和流速較小。流道中的流體的雷諾數(shù)等于或小于2300。因此，具有微米級(jí)流道的反應(yīng)裝置不是流體的流動(dòng)由湍流支配的普通反應(yīng)裝置，而是流體的流動(dòng)由層流支配的反應(yīng)裝置。
附帶說(shuō)明，在本發(fā)明的說(shuō)明書中，專用術(shù)語(yǔ)“微流道”表示微米級(jí)流道。然而，“微流道”包括毫米級(jí)流道?！拔⒘鞯馈庇袝r(shí)還表示包括上述流道的裝置。同樣，所述裝置可以統(tǒng)稱為微量反應(yīng)裝置。
附帶說(shuō)明，雷諾數(shù)(Re)以下述等式表示Re＝uL/v其中，“u”表示流速，“L”代表特征長(zhǎng)度，“v”表示運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。在雷諾數(shù)等于或小于2300的情況下，流體的流動(dòng)由層流支配。
如上所述，在流體的流動(dòng)由層流支配而且微粒分散液中含有的微粒的比重大于用作分散介質(zhì)的液體的比重的情況下，所述微粒將在該液體中沉降。在那種情況下沉降速度隨微粒的比重或粒徑而變化。本發(fā)明所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法是通過(guò)利用微粒之間的沉降速度差來(lái)對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。特別是，在微粒的粒徑彼此不同的情況下，沉降速度與粒徑的平方成正比，因此，微粒的粒徑越大，微粒的沉降速度越快。由此，本發(fā)明所述的分級(jí)方法適用于對(duì)粒徑彼此不同的微粒進(jìn)行分級(jí)。
另一方面，在流道直徑大而且微粒分散液的流動(dòng)是湍流的情況下，微粒的沉降位置會(huì)變化。因而，基本上，分級(jí)精確度會(huì)降低。
圖1顯示了可以用于本發(fā)明所述方法的微粒分級(jí)裝置的實(shí)例的構(gòu)造。
本發(fā)明所述的微粒分級(jí)裝置(在下文中，“微粒分級(jí)裝置”亦簡(jiǎn)稱為“分級(jí)裝置”)包括從中引入微粒分散液的微粒分散液引入口1、用于施加電場(chǎng)的電場(chǎng)施加部分20、分級(jí)部分30以及由其回收經(jīng)分級(jí)的微粒的回收口51、52和53。電場(chǎng)施加部分20具有在微流道中在重力方向上配置的上下電場(chǎng)施加用電極21。此外，回收口51～53在重力方向上低于分級(jí)部分30。
另外，本發(fā)明所述的微粒分級(jí)裝置可以裝有從中引入不包含微粒的流體的流體引入口。
在圖1中所示的微粒分級(jí)裝置是具有流道的微量反應(yīng)裝置10，所述流道的寬度為幾微米到幾千微米。微量反應(yīng)裝置10裝有從中可將微粒分散液A引入微流道的微粒分散液引入口1。雖然微量反應(yīng)裝置10可以只裝有一個(gè)微粒分散液引入口，但是微量反應(yīng)裝置10也可以裝有多個(gè)微粒分散液引入口。
將從微粒分散液引入口1注入的微粒分散液A引入微流道。引入微流道的微粒分散液A以層流狀態(tài)通過(guò)電場(chǎng)施加部分20和分級(jí)部分30向下游流動(dòng)。
附帶說(shuō)明，在本說(shuō)明書中，從微粒分散液引入口延伸到電場(chǎng)施加部分的微流道被稱為引入流道。
本發(fā)明所述的微粒分級(jí)裝置裝有用于向已引入的微粒分散液所含的微粒施加電場(chǎng)的電場(chǎng)施加部分20。電場(chǎng)施加部分20具有在微流道中在重力方向上配置的上下電場(chǎng)施加用電極21。上下電場(chǎng)施加用電極21通過(guò)通電用電線22與電源23連通。附帶說(shuō)明，在本說(shuō)明書中，電場(chǎng)施加部分的微流道被稱為電場(chǎng)施加流道。
優(yōu)選的是，對(duì)電場(chǎng)施加流道的長(zhǎng)度值進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，使其達(dá)到使微粒足以移動(dòng)到流道的內(nèi)上面的程度。
在分級(jí)裝置不具有電場(chǎng)施加部分的情況下，微粒不能穩(wěn)定地被引入到分級(jí)部分。因此，不能獲得高的分級(jí)精確度。電場(chǎng)施加部分將電場(chǎng)施加到微粒上，由此使得微?？梢砸淮涡砸苿?dòng)到流道的內(nèi)上面。因此，可將微粒穩(wěn)定地從流道的內(nèi)上面引入到設(shè)置在電場(chǎng)施加部分的下游處的分級(jí)部分。于是，提高了分級(jí)精確度。
雖然所述電場(chǎng)施加用電極在微流道中位于重力方向上的上部和下部，但是，在能夠通過(guò)電場(chǎng)的施加使微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)上面的范圍內(nèi)，還可以對(duì)重力方向上的上部和下部的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
同樣，雖然可以適當(dāng)?shù)剡x擇電場(chǎng)施加部分的電極的形狀，但是優(yōu)選的是，在流道的截面大體上為矩形的情況下，將板狀電極設(shè)置于在流道的重力方向上布置的流道內(nèi)壁的內(nèi)上面和內(nèi)下面。另外，在流道的截面大體上為圓形的情況下，優(yōu)選的是，將呈球形而與流道形狀匹配的電極設(shè)置于在重力方向上布置的微流道內(nèi)壁的上部和下部。此外，優(yōu)選的是，將兩個(gè)電極隔著微流道相對(duì)設(shè)置。此外，還可以將電極設(shè)置在流道內(nèi)壁上而與流體介質(zhì)接觸。作為選擇，也可以通過(guò)用適當(dāng)?shù)牟牧细采w電極而使其不直接與流體介質(zhì)接觸，從而將該電極設(shè)置在流道內(nèi)壁上。
優(yōu)選的是，根據(jù)微粒的特征，適當(dāng)?shù)剡x擇施加于電場(chǎng)施加部分的電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)電場(chǎng)的方向和強(qiáng)度進(jìn)行選擇，以便使微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)上面。
在實(shí)際中，在將電場(chǎng)施加到帶負(fù)電荷的微粒的情況下，所施加的電場(chǎng)是上部電極為正極的電場(chǎng)。相反，在將電場(chǎng)施加到帶正電荷的微粒的情況下，所施加的電場(chǎng)是上部電極是負(fù)極的電場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，施加到電極的電壓強(qiáng)度可隨著微粒分散液種類的變化而變化，且優(yōu)選為0.5伏～10伏，更優(yōu)選為1伏～5伏。電壓強(qiáng)度在上述范圍內(nèi)時(shí)，例如水等介質(zhì)液體不會(huì)被電解，因而不產(chǎn)生氣泡，而且可充分實(shí)現(xiàn)微粒向流道的內(nèi)上面的移動(dòng)，因而是優(yōu)選的。
優(yōu)選的是，除所述引入流道、電場(chǎng)施加部分和分級(jí)部分之外，流道的所有部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～45°，更優(yōu)選的是，流道的所有部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～30°，進(jìn)一步優(yōu)選的是，流道的所有部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～15°，特別優(yōu)選的是，流道的所有部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～10°。
優(yōu)選所述流道相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～45°，這是因?yàn)檫@樣微粒不會(huì)因?yàn)槌两刀诹鞯纼?nèi)壁表面附著和沉積，而且不會(huì)發(fā)生流道的堵塞。
將電場(chǎng)施加部分20中移動(dòng)到流道的內(nèi)上面的微粒與液體一起以層流狀態(tài)輸送到分級(jí)部分30。引入到分級(jí)部分的微粒分散液A在分級(jí)部分30中以層流狀態(tài)向下游進(jìn)行流動(dòng)。使微粒在分級(jí)部分30中以層流狀態(tài)沉降，由此對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。在微粒分散液通過(guò)分級(jí)部分向下游流動(dòng)的過(guò)程中，因?yàn)槲⒘７稚⒁汉械奈⒘５谋戎卮笥谖⒘７稚⒁旱慕橘|(zhì)液體的比重，所以所述微粒緩慢沉降。
此時(shí)，微粒的沉降速度隨它的密度或粒徑而變化。因而，在微粒到達(dá)分級(jí)部分的下游側(cè)末端時(shí)，微粒分布在重力方向上的不同高度。因此，微粒流入分別配置在重力方向上的不同高度處的回收道41～43。這樣，從回收口51～53可以分別獲得經(jīng)分級(jí)的微粒。
在圖1所示的分級(jí)裝置中，從回收口51回收較大的微粒。從回收口53回收較小的微粒。
附帶說(shuō)明，在本說(shuō)明書中，分級(jí)部分的微流道亦稱為分級(jí)流道。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明所述的分級(jí)裝置中，引入流道、電場(chǎng)施加部分和分級(jí)部分大體上水平安裝。優(yōu)選的是，在水平方向與這些單元之間各自形成的角度為0°～45°。更優(yōu)選的是，在水平方向與這些單元之間各自形成的角度為0°～30°。進(jìn)一步優(yōu)選的是，在水平方向與這些單元之間各自形成的角度為0°～15°。
優(yōu)選的是，本發(fā)明所述的分級(jí)裝置具有多個(gè)回收道。更優(yōu)選的是，所述回收道在重力方向上的不同位置或者在微粒分散液(或者微粒分散液與流體的液態(tài)混合物)的流動(dòng)方向上的不同位置，與分級(jí)部分連通。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述回收道在重力方向和在微粒分散液(或者微粒分散液與流體的液態(tài)混合物)的流動(dòng)方向這兩個(gè)方向上的不同位置與分級(jí)部分連通。
在流道具有流道直徑或者形狀發(fā)生變化的壁表面部分的情況下，優(yōu)選的是，所述壁表面部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～45°。更優(yōu)選的是，所述壁表面部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～30°。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述壁表面部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～15°。特別優(yōu)選的是，所述壁表面部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度為0°～10°。
優(yōu)選所述壁表面部分相對(duì)于重力方向的傾斜角度處于上述范圍內(nèi)。這是因?yàn)檫@樣微粒即使在流速低時(shí)都不會(huì)沉降，微粒不會(huì)因?yàn)槌两刀诹鞯赖膬?nèi)壁表面附著和沉積，而且不會(huì)發(fā)生流道的堵塞。
附帶說(shuō)明，在流道的形狀隨著流道的各部分而不同的情況下，相對(duì)于重力方向的角度是指各流道的中心線與重力方向之間形成的角度。
另外，圖1所示的微粒分級(jí)裝置中，微粒分散液引入流道、電場(chǎng)施加部分的流道和分級(jí)部分的流道以及回收道的截面形狀均為矩形。然而，它們的截面形狀并不受此限制，可以是其它任何形狀，例如橢圓形、圓形以及帶圓角的準(zhǔn)矩形。
同樣，如圖2所示的除微粒分散液引入口之外還具有流體引入口4的微量反應(yīng)裝置也可以應(yīng)用在本發(fā)明所述的方法中。
從微粒分散液引入口1引入的微粒分散液A流過(guò)微粒分散液引入道2，并且從連通部分3被導(dǎo)入微流道。另一方面，將流體E從流體引入口4引入。使所引入的流體E流過(guò)液體引入道5，并且將其導(dǎo)入微流道。被導(dǎo)入微流道的微粒分散液A和流體E以層流狀態(tài)通過(guò)電場(chǎng)施加部分20和分級(jí)部分30向下游流動(dòng)。
在圖2所示的微粒分級(jí)裝置中，微粒分散液引入口1設(shè)置在重力方向上比電場(chǎng)施加部分和分級(jí)部分靠上的位置。然而，可以將微粒分散液從這一方向的任何位置引入。本發(fā)明中，可通過(guò)上述電場(chǎng)施加部分的作用使微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)上面，并且穩(wěn)定地輸送到分級(jí)部分。這樣，只要可以引入微粒分散液，可以用任何其他方式引入微粒。
在圖1和圖2所示的分級(jí)裝置中，優(yōu)選的是，通過(guò)使用微量注射器、旋轉(zhuǎn)泵、螺桿泵、離心泵以及壓電泵(piezo pump)對(duì)液體和流體進(jìn)行壓入配合(press-fitting)，從而將微粒分散液A引入微粒分散液引入口1，將流體E引入流體引入口4。
在圖1所示的微粒分級(jí)裝置中，優(yōu)選的是，微粒分散液A的流速為0.002毫升/小時(shí)～1,000毫升/小時(shí)。更優(yōu)選的是，微粒分散液A的流速為0.1毫升/小時(shí)～500毫升/小時(shí)。
在圖2所示的微粒分級(jí)裝置中，優(yōu)選的是，微粒分散液A在微粒分散液引入道2中的流速為0.001毫升/小時(shí)～100毫升/小時(shí)。更優(yōu)選的是，微粒分散液A在微粒分散液引入道2中的流速為0.01毫升/小時(shí)～500毫升/小時(shí)。
同樣，優(yōu)選的是，流體E在流體引入道5中的流速為0.002毫升/小時(shí)～1,000毫升/小時(shí)。更優(yōu)選的是，流體E在流體引入道5中的流速為0.01毫升/小時(shí)～500毫升/小時(shí)。
作為本發(fā)明所述的分級(jí)裝置中所用的微量反應(yīng)裝置的材料，可采用通常使用的相對(duì)絕緣的材料例如陶瓷、塑料和玻璃。優(yōu)選的是，根據(jù)所輸送的介質(zhì)液體的情況適當(dāng)?shù)剡x擇微量反應(yīng)裝置的材料。
本發(fā)明所述的具有電場(chǎng)施加部分的分級(jí)裝置，可以在通過(guò)通常已知的方法制成沒(méi)有電極的微量反應(yīng)裝置之后通過(guò)氣相沉積或電鍍向該處加裝電極來(lái)獲得。然而，還可以通過(guò)在流道的壁表面內(nèi)埋入電極來(lái)制作所述電極。
在本發(fā)明所述的方法中使用的微粒分散液A如下所述。
優(yōu)選的是，微粒分散液A是以下所述的微粒分散液將體積平均粒徑為0.1微米～1,000微米的微粒分散在介質(zhì)液體中，并且所述微粒和介質(zhì)液體之間的比重差為0.01～20。
作為本發(fā)明所述的方法所用的微粒分散液中含有的微粒，只要是通過(guò)向其施加電場(chǎng)即可使其移動(dòng)的微粒，就可以有利地使用。附帶說(shuō)明，通過(guò)向其施加電場(chǎng)即可使其移動(dòng)的微粒是具有動(dòng)電勢(shì)(ζ電勢(shì))的那些微粒。
通過(guò)向其施加電場(chǎng)即可使其移動(dòng)的微粒的動(dòng)電勢(shì)可以用能夠測(cè)定動(dòng)電勢(shì)的普通設(shè)備來(lái)測(cè)定。在本發(fā)明所述的方法的情況下，通過(guò)使用Spectrometer DT1200(由分散技術(shù)公司(Dispersion Technology Inc.)制造)測(cè)定動(dòng)電勢(shì)。優(yōu)選的是，分散液所含的微粒的動(dòng)電勢(shì)的絕對(duì)值為1毫伏～1,000毫伏。從生產(chǎn)性出發(fā)，更優(yōu)選的是，分散液所含的微粒的動(dòng)電勢(shì)的絕對(duì)值為30毫伏～300毫伏。
優(yōu)選的是，微粒的體積平均粒徑為0.1微米～1,000微米。更優(yōu)選的是，微粒的體積平均粒徑為0.1微米～500微米。進(jìn)一步優(yōu)選的是，微粒的體積平均粒徑為0.1微米～200微米。微粒的體積平均粒徑在上述范圍內(nèi)時(shí)，可通過(guò)電場(chǎng)使微粒穩(wěn)定移動(dòng)，并且不會(huì)發(fā)生流道的堵塞，所以是優(yōu)選的。
對(duì)在本發(fā)明所述的方法中使用的微粒的形狀沒(méi)有特別限制。然而，在微粒形狀為針狀的情況下，特別是，其長(zhǎng)軸長(zhǎng)度大于流道寬度的1/4的情況下，流道發(fā)生堵塞的可能性變高。根據(jù)這一觀點(diǎn)，優(yōu)選的是微粒的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度與其短軸長(zhǎng)度之比值(即長(zhǎng)軸長(zhǎng)度/短軸長(zhǎng)度)為1～50。更優(yōu)選的是，所述比值為1～20。附帶說(shuō)明，優(yōu)選的是，流道寬度可根據(jù)微粒的粒徑和微粒形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
在本發(fā)明所述的方法中使用的微粒在介質(zhì)液體中具有正極性或負(fù)極性。例如，在水介質(zhì)中，在各微粒的表面上存在分子末端如-COOH、-CN或-SO2的情況下，該微粒具有負(fù)極性。另一方面，在各微粒表面上存在分子末端如-NH3或-NH4+的情況下，該微粒具有正極性。
在介質(zhì)液體中具有負(fù)極性的微粒的實(shí)例作為例如陰離子性聚合物時(shí)，可以是下述陰離子性聚合性單體的聚合物，所述單體是含有羥基、羧基、磺酸基、磷酸基以及酸酐的下述單體，即2-丙烯酰氨-2-甲基丙烷磺酸、N-羥甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酸-2-羥乙基酯、甲基丙烯酸-2-羥丙基酯、甲基丙烯酸縮水甘油基酯、聚丙二醇單甲基丙烯酸酯、聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸四氫化糠基酯、甲基丙烯酸磷酸氧基乙酯(acidphophooxy ethyl methacrylate)以及馬來(lái)酸酐。此外，所述微粒的其它實(shí)例是這些單體和一種或多種下述單體的共聚物。即，下述單體中的一種，如苯乙烯類，例如苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、對(duì)甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、對(duì)正丁基苯乙烯、對(duì)叔丁基苯乙烯、對(duì)正十二烷基苯乙烯、對(duì)氯苯乙烯以及對(duì)苯基苯乙烯；乙烯基萘類；乙烯基不飽和單烯烴，例如乙烯、丙烯和異丁烯；乙烯基酯類，例如氯乙烯、乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯以及苯甲酸乙烯酯；α-亞甲基脂肪族一元羧酸酯類，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷酯、丙烯酸月桂基酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-氯乙基酯、丙烯酸苯酯、α-氯代丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯以及甲基丙烯酸二乙氨基乙酯；丙烯酸和甲基丙烯酸的衍生物，例如丙烯腈、甲基丙烯腈和丙烯酰胺；乙烯基醚類，例如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚和乙烯基異丁基醚；乙烯基酮類，例如乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮和甲基異丙烯基酮；以及N-乙烯基化合物，例如N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚和N-乙烯基吡咯烷酮。作為選擇，可以將所述單體中兩種或多于兩種的單體用作構(gòu)成所述共聚物的單體。作為選擇，在所述聚合性單體中可以含有這些單體中的一種或多種單體。在所述聚合物和共聚物之中，聚丙烯酸和聚丙烯腈的共聚物或混合物為優(yōu)選。
另一方面，在介質(zhì)液體中具有負(fù)極性的微粒的實(shí)例作為陽(yáng)離子性聚合物時(shí)，可以是下述陽(yáng)離子性聚合性單體的聚合物，所述單體是例如含氮的單體，如甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、丙烯酸二乙氨基乙酯、N-正丁氧基丙烯酰胺、三甲基氯化銨、二丙酮丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-乙烯基咔唑、乙烯基吡啶、2-乙烯基咪唑、(2-羥基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)三甲基氯化銨、(2-羥基-3-丙烯酰氧基丙基)三甲基氯化銨或者通過(guò)季銨化所述單體中的氮原子而獲得的單體的聚合物。在介質(zhì)液體中具有負(fù)極性的微粒的其他實(shí)例作為陽(yáng)離子性聚合物時(shí)，可以是所述含氮單體和一種或多種下述單體的共聚物，所述單體是例如苯乙烯類，如苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、對(duì)甲基苯乙烯、對(duì)甲氧基苯乙烯、對(duì)苯基苯乙烯、對(duì)氯苯乙烯、3，4-二氯苯乙烯、對(duì)乙基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、對(duì)正丁基苯乙烯、對(duì)叔丁基苯乙烯、對(duì)正己基苯乙烯、對(duì)正辛基苯乙烯、對(duì)正壬基苯乙烯、對(duì)正癸基苯乙烯、對(duì)正十二烷基苯乙烯；或者，例如，乙烯基不飽和單烯烴，如乙烯、丙烯、丁烯和異丁烯；乙烯基鹵化物，例如氯乙烯、1，1-二氯乙烯、溴乙烯和氟乙烯；乙烯基酯類，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯和丁酸乙烯酯；α-亞甲基脂肪族一元羧酸酯類，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-氯乙基酯、丙烯酸苯酯以及α-氯代丙烯酸甲酯；乙烯基醚類，例如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚和乙烯基異丁基醚；乙烯基酮類，例如乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮和甲基異丙烯基酮；N-乙烯基化合物，例如N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚和N-乙烯基吡咯烷酮；乙烯基萘類；以及丙烯酸或者甲基丙烯酸的衍生物，例如丙烯腈、甲基丙烯腈和丙烯酰胺。在所述聚合物之中，優(yōu)選的是聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的共聚物或含有聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物。
在本發(fā)明所述的方法中使用的微粒之中，由例如二氧化硅和二氧化鈦等金屬氧化物制成的無(wú)機(jī)物微粒具有負(fù)極性。由例如氧化鋁制成的無(wú)機(jī)物微粒具有正極性。眾所周知，用硅烷偶聯(lián)劑處理過(guò)的微粒根據(jù)偶聯(lián)劑所具有的端基的種類和比例的不同而具有正極性或者負(fù)極性。例如，在用含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑處理二氧化硅的情況下，該二氧化硅制成的微粒具有正極性。
在本發(fā)明所述的方法中使用的微粒的極性，不僅僅取決于它表面的化學(xué)特性，還取決于介質(zhì)中所含有的溶解離子的種類或表面活性劑的種類，并且可以基本上得到控制。
可以采用生產(chǎn)所述微粒的多種方法。大多數(shù)情況下，通過(guò)在介質(zhì)液體中合成來(lái)生產(chǎn)微粒，然后在不作改性的條件下直接對(duì)該微粒進(jìn)行分級(jí)。微?？梢酝ㄟ^(guò)用機(jī)械方法破碎塊狀物來(lái)制得，之后將微粒分散在介質(zhì)液體中。在這種情況下，經(jīng)常在介質(zhì)液體中來(lái)破碎塊狀物。同樣，在這種情況下，直接對(duì)所制得的微粒進(jìn)行分級(jí)而不作改性。
另一方面，在對(duì)用干法生產(chǎn)的粉末或微粒進(jìn)行分級(jí)的情況下，必須預(yù)先在介質(zhì)液體中分散該微粒。在介質(zhì)液體中分散干燥粉末的方法的實(shí)例是分別使用下述裝置的方法砂磨機(jī)、膠體磨、磨碎機(jī)(Atitor，由MitsuiMiike Kabushiki kaisha制造)、球磨機(jī)、珠磨機(jī)(DYHO mill，由ShinmaruEnterprises Corporation制造)、高壓勻化器、超聲波分散器、共球磨機(jī)(Co-ball mill，由ITOCHU FOODEC公司制造)以及輥磨機(jī)。在這種情況下，優(yōu)選的是，在初級(jí)顆粒沒(méi)有被分散過(guò)程所粉碎的條件下實(shí)施本方法。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，從微粒的比重中減去介質(zhì)液體的比重所得的差為0.01～20。更優(yōu)選的是，從微粒的比重中減去介質(zhì)液體的比重所得的差為0.05～11。進(jìn)一步優(yōu)選的是，從微粒的比重中減去介質(zhì)液體的比重所得的差為0.05～4。在微粒的比重減去介質(zhì)液體的比重所得的差小于0.01的情況下，有時(shí)微粒不會(huì)沉降。另一方面，在微粒的比重減去介質(zhì)液體的比重所得的差大于20的情況下，微粒會(huì)急劇沉降，以致有時(shí)難以輸送微粒。
只要從微粒的比重中減去介質(zhì)液體的比重所得的差為0.01～20，該介質(zhì)液體就可以優(yōu)選用作本發(fā)明所述的方法中使用的介質(zhì)液體。所述介質(zhì)液體的實(shí)例是水、水性介質(zhì)以及有機(jī)溶劑型介質(zhì)。
同時(shí)，盡管基本上可以使用任何介質(zhì)液體，但優(yōu)選的是，該介質(zhì)液體的電導(dǎo)率為0～50μs/cm。更優(yōu)選的是，介質(zhì)液體的電導(dǎo)率為0～20μs/cm。更進(jìn)一步優(yōu)選的是，介質(zhì)液體的電導(dǎo)率為0～10μs/cm。在介質(zhì)液體的電導(dǎo)率超過(guò)50μs/cm的情況下，微粒在電場(chǎng)中的移動(dòng)有時(shí)不穩(wěn)定。
在本發(fā)明所述的方法中優(yōu)選使用的介質(zhì)液體是水或者乙醇。特別是優(yōu)選為水性介質(zhì)。
作為上述的水，可以舉出例如離子交換水、蒸餾水、電解離子水等。同樣，作為上述有機(jī)溶劑類介質(zhì)，具體地說(shuō)，可以舉出例如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、苯甲醇、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丙酮、甲基乙基酮、環(huán)己酮、乙酸甲酯、乙酸正丁酯、二噁烷、四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿、氯苯、甲苯、二甲苯以及所述化合物中兩種或多于兩種組成的混合物。
作為微粒和介質(zhì)液體的優(yōu)選組合，可以舉出以下組合在其表面上具有羧基的聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物微?；蛘呔埘?shù)脂微粒和水性介質(zhì)的組合，以及含有氨基或季銨化銨基的聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物微?；蛘呔埘?shù)脂微粒和水性介質(zhì)的組合。在所述組合之中，更優(yōu)選的是前一組合。
優(yōu)選的是，在微粒分散液中微粒的百分含量為0.1體積％～60體積％。更優(yōu)選的是，在微粒分散液中微粒的百分含量為5體積％～25體積％。在微粒分散液中微粒的百分含量小于0.1體積％的情況下，微粒的回收有時(shí)會(huì)存在問(wèn)題。在該百分含量大于40體積％的情況下，發(fā)生流道堵塞的可能性增加。
附帶說(shuō)明，除了所述微粒的體積平均粒徑等于或者小于5微米的情況之外，微粒的體積平均粒徑是通過(guò)使用TA-II型庫(kù)爾特粒度儀(由Beckman Coulter，Inc.制造)測(cè)定的數(shù)值。通過(guò)使用根據(jù)微粒的粒徑級(jí)別而優(yōu)化的孔徑測(cè)定體積平均粒徑。但是，在微粒的體積平均粒徑等于或者小于5微米的情況下，體積平均粒徑通過(guò)使用激光散射粒徑分布測(cè)定裝置(由堀場(chǎng)制作所制造的LA-920)來(lái)測(cè)定。同樣，在粒徑的數(shù)量級(jí)為納米級(jí)的情況下，體積平均粒徑通過(guò)使用BET型比表面積測(cè)定裝置(由島津制作所制造的Flow SurbII2300)來(lái)測(cè)定。
微粒的比重使用由Yuasa Ionics Co.，Ltd.制造的Ultra-Pycnometer1000通過(guò)氣相置換法(比重計(jì)法)來(lái)測(cè)定。
同樣，任何液體介質(zhì)的比重用由A&D Instrument有限公司制造的密度測(cè)定盒AD-1653來(lái)測(cè)定。
在本發(fā)明所述的分級(jí)裝置中，流體E是不含需分級(jí)的微粒的液體。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，介質(zhì)液體和所述流體是相同的液體。
同樣，在流體E與介質(zhì)液體不同的情況下，優(yōu)選的是，流體E是與介質(zhì)液體的具體例的種類一樣的同一類液體。
同樣，所述流體的比重相對(duì)于微粒的比重的優(yōu)選比率與介質(zhì)液體的比重相對(duì)于微粒的比重的比率相似。
本發(fā)明所述的微粒分級(jí)方法的優(yōu)選實(shí)施方案包括施加電場(chǎng)的第二電場(chǎng)施加步驟，所述電場(chǎng)增加了由微粒大小的不同所致的微粒之間的沉降速度差。在將電場(chǎng)施加于在與重力方向相反的方向上移動(dòng)的微粒的情況下，第二電場(chǎng)施加步驟是優(yōu)選的。
移動(dòng)到流道的內(nèi)上部的微粒在分級(jí)部分由于重力的作用而沉降。在這種情況下，重力與微粒的粒徑的立方成正比。另一方面，通過(guò)電場(chǎng)的施加提供給微粒的表面電荷的能量強(qiáng)度與微粒的粒徑的平方成正比。因此，當(dāng)向微粒施加適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)時(shí)，較重的微粒在重力方向上沉降，因?yàn)樽饔迷谄渖系闹亓Φ牧恐荡笥谟呻妶?chǎng)施加的電力的量值。相反，較輕的微粒在重力方向上上浮，因?yàn)橛呻妶?chǎng)施加的電力的量值大于作用在其上的重力的量值。
于是，通過(guò)進(jìn)行第一電場(chǎng)施加步驟將微粒從流道內(nèi)上面穩(wěn)定地引入到分級(jí)部分。隨后，通過(guò)進(jìn)行第二電場(chǎng)施加步驟使較重的微粒沉降，并使較輕的微粒上浮。所以，可以以較高的精確度對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。因此，第二電場(chǎng)施加步驟是優(yōu)選的。
可將第二電場(chǎng)施加部分設(shè)置在分級(jí)部分中。與第一電場(chǎng)施加部分相似，將上部和下部電極分別布置在微流道中在重力方向上的上部和下部位置上。在能夠通過(guò)電場(chǎng)的施加使微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)上面和內(nèi)下面的范圍內(nèi)，可以對(duì)重力方向上的所述上部和下部的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。即，特別優(yōu)選的是將適合的電場(chǎng)施加到微粒，以便使一部分微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)上面，而且使其他微粒移動(dòng)到流道的內(nèi)下面。
第二電場(chǎng)施加部分具有布置在微流道中在重力方向上的上下電場(chǎng)施加用電極。上下電場(chǎng)施加電極通過(guò)通電用電線與電源連通。
第二電場(chǎng)施加部分的電極的形狀可以適當(dāng)?shù)剡x擇。然而，在流道的截面形狀大體上為矩形的情況下，優(yōu)選的是，設(shè)置板狀電極以使其在重力方向上排列。另外，在流道的截面形狀大體上為圓形的情況下，優(yōu)選的是，將呈球形而與流道形狀匹配的電極放置于在重力方向上排列的上部和下部位置。此外，優(yōu)選的是，將兩個(gè)電極隔著微流道相對(duì)設(shè)置。
優(yōu)選的是，根據(jù)微粒的特征，適當(dāng)?shù)剡x擇施加于第二電場(chǎng)施加部分的電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)電場(chǎng)的方向和強(qiáng)度進(jìn)行選擇，以便使粒徑相對(duì)較大的微粒在重力的作用下沉降，同時(shí)使粒徑相對(duì)較小的微粒在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)到流道的內(nèi)上面。
在實(shí)際中，在將電場(chǎng)施加到帶負(fù)電荷的微粒的情況下，所施加的電場(chǎng)是上部電極為正極的電場(chǎng)。相反，在將電場(chǎng)施加到帶正電荷的微粒的情況下，所施加的電場(chǎng)是上部電極是負(fù)極的電場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，施加到電極的電壓強(qiáng)度可隨著微粒分散液種類的變化而變化，且優(yōu)選為0.1伏～5伏，更優(yōu)選為0.5伏～3伏。電壓強(qiáng)度在上述范圍內(nèi)時(shí)，例如水等介質(zhì)液體不會(huì)被電解，因而不產(chǎn)生氣泡，而且可充分實(shí)現(xiàn)微粒向流道的內(nèi)上面的移動(dòng)，因而是優(yōu)選的。
在分級(jí)部分中，可以在整個(gè)分級(jí)流道的范圍內(nèi)設(shè)置第二電場(chǎng)施加部分。然而，優(yōu)選的是，在一部分分級(jí)流道上設(shè)置第二電場(chǎng)施加部分。優(yōu)選的是，第二電場(chǎng)施加部分的長(zhǎng)度為整個(gè)分級(jí)流道長(zhǎng)度的10％～90％。更優(yōu)選的是，第二電場(chǎng)施加部分的長(zhǎng)度為整個(gè)分級(jí)流道長(zhǎng)度的10％～50％。
優(yōu)選的是，第二電場(chǎng)施加部分對(duì)正在進(jìn)行分級(jí)的微粒施加電場(chǎng)。同樣，優(yōu)選的是，在分級(jí)部分的后半部分設(shè)置第二電場(chǎng)施加部分。
實(shí)施例實(shí)施例1圖3是圖解實(shí)施例1中所用的分級(jí)裝置的示意圖。所述分級(jí)裝置是具有電場(chǎng)施加部分20和分級(jí)部分30的微量反應(yīng)裝置10。將引入道L1、電場(chǎng)施加道L2和分級(jí)流道L3布置成垂直于重力方向而延伸的形式，即，將它們水平布置。布置回收道L4至L6，使其相對(duì)于水平方向或者重力方向的傾斜角度如后文所述。
通過(guò)使用上述分級(jí)裝置對(duì)苯乙烯-丙烯酸正丁酯樹(shù)脂的微粒分散液(組合比例為75∶25，并且重均分子量為35,000)進(jìn)行分級(jí)。該樹(shù)脂的比重為1.08。該微粒的粒徑為3微米～18微米。該微粒的體積平均粒徑為12微米。該樹(shù)脂微粒分散液是含有12體積％微粒的水分散液。
本實(shí)施例中使用的分級(jí)裝置用通常公知的微量反應(yīng)裝置制造方法制造。即用端銑刀在一塊丙烯酸酯板材上鑿出符合要求的溝槽。然后，將該丙烯酸酯板材和另一丙烯酸酯板材放在一起以形成流道，通過(guò)利用加熱和加壓使它們互相熱熔。此時(shí)，必須考慮因熱熔所致的流道尺寸的縮小來(lái)決定溝槽的深度。接著，分別在相當(dāng)于入口和出口的位置開(kāi)孔并安裝接合頭從而連接從注射泵等引出的管或者連接排出管等。然后，在該孔上安裝龍頭(tapped)并完成。下文將描述流道的尺寸。
接著，為了形成流道，在用加熱加壓接合丙烯酸酯板材之前，通過(guò)在電場(chǎng)施加流道L2內(nèi)壁的重力方向上的內(nèi)上面和內(nèi)下面進(jìn)行鍍金而形成施加電場(chǎng)用電極。同樣，電場(chǎng)施加用電線也通過(guò)電鍍制得。
附帶說(shuō)明，在下文對(duì)尺寸的敘述中，術(shù)語(yǔ)“寬”對(duì)應(yīng)于在分級(jí)流道中在與微粒分散液A的流動(dòng)方向垂直的方向上延伸的水平邊。術(shù)語(yǔ)“高”對(duì)應(yīng)與用術(shù)語(yǔ)“寬”表示的邊垂直的邊。此外，術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)度”表示在分級(jí)流道兩端的矩形的中心點(diǎn)之間的距離(同樣適用于以下實(shí)施例)。
引入流道L1的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為20毫米。
電場(chǎng)施加流道L2的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為10毫米。
分級(jí)流道L3的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為150毫米。
回收道L4有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高150微米×寬200微米的矩形，該回收道L4的長(zhǎng)度為大約70毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為45°。
回收道L5有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高150微米×寬200微米的矩形，該回收道L5的長(zhǎng)度為大約60毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為55°。
回收道L6有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高200微米×寬200微米的矩形，該回收道L6的長(zhǎng)度為大約50毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為75°。
用微量注射器以2.0毫升/小時(shí)的速率將微粒分散液輸送到分級(jí)裝置。附帶說(shuō)明，在本實(shí)施例中，分級(jí)裝置沒(méi)有流體引入口。用微量注射器將微粒分散液水平地輸送到分級(jí)裝置。
將L1至L3各流道中的微粒分散液的流速調(diào)節(jié)為4.3毫米/秒。
在電場(chǎng)施加部分中，施加3伏的電壓，使上部電極的極性為正極，并繼續(xù)輸送液體。
結(jié)果，經(jīng)確認(rèn)，從回收口B回收的微粒的粒徑為3微米～10微米，從回收口C回收的微粒的粒徑為10微米～14微米，從回收口D回收的微粒的粒徑為14微米～18微米，因而，微粒的分級(jí)具有良好的精確度。
將液體的輸送連續(xù)進(jìn)行大約5小時(shí)。但沒(méi)有出現(xiàn)微粒沉積和流道堵塞的跡象。
此外，該分級(jí)裝置沒(méi)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這樣，例如磨損性的金屬片等異物不會(huì)進(jìn)入分級(jí)裝置?？梢匀菀椎剡M(jìn)行分級(jí)裝置的清潔?；厥瘴⒘r(shí)的效率非常高，幾乎為100％。
比較例1除了沒(méi)有施加電場(chǎng)之外，在與實(shí)施例1的情況相似的條件下，對(duì)微粒分散液中所含微粒進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從回收口D獲得的微粒中包括粒徑為3微米～18微米的微粒，因而，不能實(shí)現(xiàn)微粒的高精確度分級(jí)。
實(shí)施例2圖4是圖解實(shí)施例1中所用分級(jí)裝置的示意圖。所述分級(jí)裝置是具有電場(chǎng)施加部分20和分級(jí)部分30的微量反應(yīng)裝置10。此外，分級(jí)部分30具有第二電場(chǎng)施加部分35。
將引入道L1、電場(chǎng)施加道L2和分級(jí)流道L3-1至L3-3布置成垂直于重力方向而延伸的形式，即，將其水平布置。布置回收道L4至L6，使其相對(duì)于水平方向或者重力方向的傾斜角度如后文所述。
通過(guò)使用上述分級(jí)裝置對(duì)苯乙烯-丙烯酸正丁酯樹(shù)脂的微粒分散液(組合比例為75∶25，并且重均分子量為35,000)進(jìn)行分級(jí)。該樹(shù)脂的比重為1.08。該微粒的粒徑為3微米～18微米。該微粒的體積平均粒徑為12微米。該樹(shù)脂微粒分散液是含有12體積％微粒的水分散液。
本實(shí)施例中使用的分級(jí)裝置用通常公知的制造微量反應(yīng)裝置的方法制造。即用端銑刀在一塊丙烯酸酯板材上鑿出符合要求的溝槽。然后，將該丙烯酸酯板和另一丙烯酸酯板放在一起以形成流道，通過(guò)利用加熱和加壓使它們互相熱熔。此時(shí)，必須考慮因熱熔所致的流道尺寸的縮小來(lái)決定溝槽的深度。接著，分別在相當(dāng)于入口和出口的位置開(kāi)孔并安裝接合頭從而連接從注射泵等引出的管或者連接排出管等。然后，在孔上安裝龍頭并完成。下文將描述流道的尺寸。
接著，為了形成流道，在用加熱加壓接合丙烯酸酯板材之前，通過(guò)在電場(chǎng)施加流道L2和分級(jí)流道L3-2各自的內(nèi)壁的重力方向上的內(nèi)上面和內(nèi)下面進(jìn)行鍍金而形成施加電場(chǎng)用電極。同樣，用于施加電場(chǎng)的導(dǎo)線也用電鍍制得。
附帶說(shuō)明，在下面對(duì)容積的敘述中，術(shù)語(yǔ)“寬”對(duì)應(yīng)于在各個(gè)分級(jí)流道L3-1至L3-3中在與微粒分散液A的流動(dòng)方向垂直的方向上延伸的水平邊。術(shù)語(yǔ)“高”對(duì)應(yīng)與用術(shù)語(yǔ)“寬”表示的邊垂直的邊。此外，術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)”表示在分級(jí)流道兩端的矩形的中心點(diǎn)之間的距離(同樣適用于以下實(shí)施例)。
引入流道L1的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為20毫米。
電場(chǎng)施加流道L2的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為10毫米。
分級(jí)流道L3-1的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為150毫米。
分級(jí)流道L3-2的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為50毫米。
分級(jí)流道L3-3的截面形狀是高500微米×寬200微米的矩形，且長(zhǎng)度為25毫米。
回收道L4有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高150微米×寬200微米的矩形，該回收道L4的長(zhǎng)度為大約70毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為45°。
回收道L5有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高150微米×寬200微米的矩形，回收道L5的長(zhǎng)度為大約60毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為55°。
回收道L6有一個(gè)與分級(jí)流道L3接合的接合面，該接合面的形狀是高200微米×寬200微米的矩形，該回收道L6的長(zhǎng)度為大約50毫米，且相對(duì)于水平方向的傾斜角度為75°。
用微量注射器以2.0毫升/小時(shí)的速率將微粒分散液輸送到分級(jí)裝置。附帶說(shuō)明，在本實(shí)施例中，分級(jí)裝置沒(méi)有流體引入口。用微量注射器將微粒分散液水平地輸送到分級(jí)裝置。
將L1至L3-3各流道的微粒分散液的流速調(diào)節(jié)為4.3毫米/秒。
在電場(chǎng)施加部分中，施加3伏的電壓，使上部電極的極性為正極，并繼續(xù)輸送液體。
同樣，在第二電場(chǎng)施加部分中，施加1伏的電壓，使上部電極的極性為正極，并繼續(xù)輸送液體。
結(jié)果，經(jīng)確認(rèn)，從回收口B回收的微粒的粒徑為3微米～10微米，從回收口C回收的微粒的粒徑為10微米～14微米，從回收口D回收的微粒的粒徑為14微米～18微米，因而，微粒的分級(jí)具有良好的精確度。特別是，在仔細(xì)檢查微粒的粒度分布時(shí)，發(fā)現(xiàn)所回收的各粒徑級(jí)別的微粒幾乎沒(méi)有與略高的粒徑級(jí)別的微粒和略低的粒徑級(jí)別的微?；旌?，而且所回收的微粒的粒徑級(jí)別彼此之間明顯不同。
液體的輸送持續(xù)進(jìn)行大約5小時(shí)。但沒(méi)有出現(xiàn)微粒沉積和流道堵塞的跡象。
并且，該分級(jí)裝置沒(méi)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。例如磨損性的金屬片等異物不會(huì)進(jìn)入分級(jí)裝置?？梢匀菀椎剡M(jìn)行分級(jí)裝置的清潔。回收微粒時(shí)的效率非常高，幾乎為100％。
將2005年11月25日提交的日本專利申請(qǐng)2005-339574號(hào)包括說(shuō)明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要在內(nèi)的全部公開(kāi)內(nèi)容在此整體性地引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，該方法包括將含有所述微粒的微粒分散液從微流道的入口部分引入所述微流道，所述微流道具有所述入口部分和回收部分；通過(guò)在重力方向上施加的電場(chǎng)使微粒移動(dòng)到所述微流道的內(nèi)上面；以及將所述微粒分散液以層流狀態(tài)輸送到所述回收部分；其中，所述輸送步驟包括根據(jù)所述微粒之間的沉降速度差來(lái)對(duì)所述微粒進(jìn)行分級(jí)。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，所述微粒選自由樹(shù)脂微粒、無(wú)機(jī)物微粒、金屬微粒以及陶瓷微粒組成的組。
3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，所述微粒的體積平均粒徑為0.1微米～1000微米。
4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，在所述微粒分散液中所述微粒的含量比率為0.1體積％～40體積％。
5.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，所述的分級(jí)步驟包括施加第二電場(chǎng)，所述第二電場(chǎng)增大了隨微粒大小的不同而導(dǎo)致的微粒之間的沉降速度差。
6.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，所述微粒的ζ電勢(shì)的絕對(duì)值為1毫伏～1,000毫伏。
7.如權(quán)利要求1所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，施加到電極上的所述在重力方向上施加的電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.1伏～5伏。
8.如權(quán)利要求5所述的對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其中，所述增大所述微粒之間的沉降速度差的電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.1伏～5伏。
9.一種對(duì)分散在微粒分散液中的介質(zhì)液中的微粒進(jìn)行分級(jí)的裝置，所述裝置包括引入部分，該部分包括引入所述微粒分散液的引入道；電場(chǎng)施加部分，該部分施加電場(chǎng)；分級(jí)部分，該部分通過(guò)使層流狀態(tài)下的微粒沉降或漂浮來(lái)對(duì)所述微粒進(jìn)行分級(jí)；以及回收部分，該部分包括從中回收經(jīng)分級(jí)的微粒的回收道。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述回收道包括多個(gè)回收道。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述多個(gè)回收道分別布置在重力方向上的不同高度處。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述分級(jí)部分包括第二電場(chǎng)施加部分。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述引入道和所述回收道相對(duì)于重力方向以0°～45°的角度來(lái)布置。
全文摘要
一種對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)的方法，其包括將含有微粒的微粒分散液從具有入口部分和回收部分的微流道的入口部分引入該微流道；通過(guò)在重力方向上施加電場(chǎng)使微粒移動(dòng)到微流道的內(nèi)上面；將微粒分散液以層流狀態(tài)輸送到回收部分。所述輸送步驟包括根據(jù)微粒之間的沉降速度差來(lái)對(duì)微粒進(jìn)行分級(jí)。
文檔編號(hào)B03B5/28GK1970161SQ200610073339
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者高木誠(chéng)一, 岡田興昌, 太田哲生 申請(qǐng)人:富士施樂(lè)株式會(huì)社