JP4081544B2 - Method and apparatus for forming silver halide emulsion grains - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法及び装置に係り、特に、静的混合装置を使用してハロゲン化銀乳剤粒子を形成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ハロゲン化銀感光材料に使用するハロゲン化銀乳剤粒子を形成する場合、大きく分けて2つのポイントとなる工程がある。1つはハロゲン化銀乳剤粒子の種粒子を形成する核形成工程であり、もう1つは核形成工程で形成された種粒子を感光材料に好適な大きさの粒子に成長させる粒子成長工程である。
【0003】
先ず、核形成工程において、例えば形の揃った平板粒子を調製するには、平板粒子の元になる種粒子の段階で粒子サイズ分布が揃った、二重双晶の発生確率を上げることが必要である。また、このような平板粒子を成長させる為には、成長方向を規制するために、成長用のホスト粒子が存在する系に、核形成で形成した成長用の種粒子を添加し、オストワルド熟成を進行させることが有効である。このような種粒子は微小サイズで単分散性に優れていることが要求される。
【0004】
このような種粒子を形成するためには、銀塩水溶液(以下「硝酸銀水溶液」の例で説明する)とハロゲン塩水溶液を非常に低濃度の状態で混合反応装置で混合して両液を反応させるならば、余程弱い攪拌又は混合条件でない限り所望の双晶の種粒子を形成することは可能であるが、低濃度条件では工業的に採算がとれない。従って、工業的に採算がとれる濃度レベルで種粒子を形成したり、種粒子を成長させたりするためには、高濃度条件での反応が必要である。
【0005】
また、核形成工程や粒子成長工程において微小なハロゲン化銀乳剤粒子を安定して形成するためには、核形成と粒子成長が同時に起こらない装置的工夫が必要であり、そのための混合装置としては、逆流を発生させない小容量の静的混合装置を使用することが望ましい。ここで、静的混合装置とは、混合場に攪拌機等の攪拌手段を有しない混合装置をいう。
【0006】
このような静的混合装置を使用したハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法としては、特開平4−292416号公報、特開平11−217217号公報、特開2000−187293号公報等があり、これらは、高Re(レイノルズ数)の硝酸銀水溶液とハロゲン塩水溶液の2つのジェット噴流を、T字管やY字管のような非常に狭い配管の交点で衝突させることにより両液を瞬時に混合反応させ、混合反応液を短時間で排出するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の静的混合装置のように、高速乱流である両液を衝突させて混合効率を上げるためには、ジェット噴流の速度を大きくすることが必要であるが、ジェット噴流の速度を大きくすると、両液の液液摩擦による摩擦熱が発生する。ハロゲン化銀乳剤粒子の形成のための反応は発熱反応であるために、発熱反応に摩擦熱が加わると、硝酸銀水溶液とハロゲン塩水溶液との反応で形成された種粒子に、オストワルド熟成による成長が進行してしまい、微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀乳剤粒子が形成されにくいという欠点がある。
【0008】
また、高速乱流なジェット噴流は、キャビテーションが生じ易く、キャビテーションによる気泡が集まって静的混合装置内に気液界面が形成され易く、これにより混合や反応の不均一が生じるため、微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀乳剤粒子が形成されにくいという欠点がある。
【0009】
このような背景から、ハロゲン塩水溶液や硝酸銀水溶液を低速で噴出しても良好な混合性能を得ることができ、しかもハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を高濃度にしても微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀乳剤粒子を形成することのできる静的混合装置が要望されていた。
【0010】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたもので、硝酸銀水溶液とハロゲン塩水溶液との混合時の摩擦熱の減少や、キャビテーションの発生を防止し、混合反応を効率的に行うことができ、静的混合における混合状態を最適化することができるので、微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀乳剤粒子を形成することのできるハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、ハロゲン塩水溶液や硝酸銀水溶液を低速で噴出しても良好な混合性能を得ることができ、しかもハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を高濃度にしても微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀乳剤粒子を形成することのできるハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、前記目的を達成する為に、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とをそれぞれのノズルから該ノズルの口径よりも大径な混合室に噴出して混合反応させると共に混合反応液を前記混合室の径よりも小径な排出口から排出することでハロゲン化銀乳剤粒子を形成する方法であって、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を薄膜状な乱流の直進流として前記混合室に噴出し、該直進流が小径なノズルから大径な混合室に噴出されることで形成される渦粘性が最大になる以前の位置に、他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として噴出することにより前記一方の液と他方の液を瞬時に混合反応することを特徴とする。
【0013】
また、本発明は前記目的を達成するために、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とをそれぞれのノズルから該ノズルの口径よりも大径な混合室に噴出して混合反応させると共に混合反応液を前記混合室の径よりも小径な排出口から排出することでハロゲン化銀乳剤粒子を形成する方法であって、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を薄膜状な乱流の直進流として前記混合室に噴出し、該直進流が最大流速の1/10以下に減少する以前の位置に、他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として噴出することにより前記一方の液と他方の液を瞬時に混合することを特徴とする。
【0014】
また、本発明は前記目的を達成するために、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを静的混合装置で混合して反応させることによりハロゲン化銀乳剤粒子を形成するハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置において、前記静的混合装置は、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを混合して反応させる筒状の混合室が形成された混合器と、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を乱流の直進流として前記混合室に噴出させる第1ノズルと、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として前記混合室に噴出すると共に、前記第1ノズルから噴出される直進流によって前記混合室に発生する渦粘性が最大になる以前の位置から噴出されるように位置決めされた第2ノズルと、前記混合室で混合されて反応した混合反応液を該混合室から排出する排出口と、を有し、前記混合室の筒径は、前記第1ノズル、第2ノズル及び排出口の口径よりも大径に形成されていると共に、前記第1ノズルと第2ノズルのうちの少なくとも第1ノズルは噴出流形状が薄膜状になるように形成されていることを特徴とする。
【0015】
また、本発明は前記目的を達成するために、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを静的混合装置で混合して反応させることによりハロゲン化銀乳剤粒子を形成するハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置において、前記静的混合装置は、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを混合して反応させる筒状の混合室が形成された混合器と、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を乱流の直進流として前記混合室に噴出させる第1ノズルと、前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として前記混合室に噴出すると共に、前記第1ノズルから噴出される直進流が噴出時における最大流速の1/10以下に減少する以前の位置から噴出されるように位置決めされた第2ノズルと、前記混合室で混合されて反応した混合反応液を該混合室から排出する排出口と、を有し、前記混合室の筒径は、前記第1ノズル、第2ノズル及び排出口の口径よりも大径に形成されていると共に、前記第1ノズルと第2ノズルのうちの少なくとも第1ノズルは噴出流形状が薄膜状になるように形成されていることを特徴とする。
【0016】
ここで、本発明において「他方の液を直進流に対して略直交する直交流として混合室に噴出する」とは、直交流が直進流に対して完全に直交しなくても、直交する速度ベクトル成分を主成分とするものであればよいことを意味する。
【0017】
また、本発明において、直進流は基本的に1本であるが、直交流は複数本であってもよい。例えば、ハロゲン塩水溶液の1本の直進流に対して銀塩濃度或いは銀塩の種類(硝酸銀、沃化銀等)等の異なる複数種類の銀塩水溶液を複数本の直交流として噴出するようにしてもよい。この場合、直交流のノズル位置を複数設けて複数種類の銀塩水溶液を噴出するようにしても良く、或いは1つのノズル位置から複数種類の銀塩水溶液を、反応初期、反応中期、反応終期に分けて順番に噴出するようにしてもよい。従って、直進流の第1ノズルは基本的に1本であるが、直交流の第2ノズルは複数本あってもよい。
【0018】
本発明は、従来の静的混合装置のように、銀塩水溶液の高速乱流とハロゲン塩水溶液の高速乱流とをT字管やY字管のような非常に狭い配管の交点で衝突させて、その衝突場において瞬時に混合反応させるというよりも、乱流場での混合性評価として知られている渦粘性に着目し、静的混合装置内でハロゲン塩水溶液(又は銀塩水溶液)の直進流と、銀塩水溶液(又はハロゲン塩水溶液)を直交流として混合室に添加し、直進流に同伴されることで形成される渦粘性を利用することで、両液を瞬時に混合反応させるように構成したものである。
【0019】
特に本発明は、直進流を薄膜状に噴出したので、直進流を低速化することができる。従って、直進流による液液摩擦の摩擦熱の発生を抑制することができ、形成された粒子のオストワルド熟成による成長を抑制することができる。また、直進流を薄膜状に噴出することによって同伴界面積が増加するので、直進流の噴出流速が低速で且つ高濃度のハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を使用しても、良好な混合性能が得られる。直進流を薄膜状に噴出する場合、直交流は、直進流の薄膜面に対して略直交するように噴出され、直交流も薄膜状にすることがより好ましい。
【0020】
即ち、静的混合装置は、混合室に渦粘性が発生するように、筒状の混合室が形成された混合器に、混合室の筒径よりも小さな口径の第1ノズルと第2ノズルを形成すると共に、直進流を噴出する第1ノズルに例えばスリット状薄膜或いは扇状薄膜が形成されるオリフィスを設けた。そして、小径なノズルからそれよりも大径な混合室に液を噴出することで渦粘性が形成されるようにすると共に、排出口の口径を絞って混合室に圧力が付与されるようにすることで、混合室にキャビテーションによる気液界面が形成されにくくなるようにした。第1ノズルから噴出されるジェット流は、その流れの幅よりも広い場所に噴出されることで乱流による渦流れが発生し、この渦流れに同伴される第2ノズルからの同伴流があることで渦粘性が発生し、混合効果を顕著に上げることが可能であるが、前述したT字管やY字管のように管径が変化しない場合には、このような効果を期待できない。
【0021】
また、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を第1ノズルから噴出した直進流で渦粘性を形成する際に、第1ノズルから少し離れた噴出距離の位置で渦粘性が最大になり、この最大渦粘性の位置で両液の混合効率が最大になることに着目し、他方の液である直交流を渦粘性が最大になる以前の位置から混合室に噴出されるように第1ノズルと第2ノズルの位置関係を規定した。渦粘性が最大になる位置は、流動解析ソフトとして既に日本で市販されているアールフロー社製の数値解析ソフト、R−Flowを用いて予めシミュレーションを行い、渦粘性が出現する領域を把握し、この中心ポイントを把握し、このポイントより直進流の噴射ノズル側に第2のノズルである直交流を添加する位置を決定する。
【0022】
また、混合室において渦粘性が最大になる位置は、第1ノズルからの直進流の最大速度が1/10に減少する位置に略相当するので、直進流が最大流速の1/10以下に減少する以前に直交流を噴出するように第2ノズルを位置決めしてもよい。
【0023】
また、渦粘性を利用して直交流と直進流とを効率良く混合するには、直交流の噴出時の噴出流速を直進流の噴出時の噴出流速の同等以下にして高速な直進流に同伴される同伴流に直交流が巻き込まれるようにすることが好ましい。
【0024】
このように、本発明は、直進流の噴出流速が低速で且つ高濃度のハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を使用しても、単分散性に優れたハロゲン化銀乳剤粒子を形成することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。また、本実施の形態では、1本の直進流と1本の直交流の例で説明する。
【0026】
図1は、本発明のハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置を備えたハロゲン化銀感光材料の製造ライン10を概念的に示した図である。
【0027】
ハロゲン化銀感光材料の製造ライン10は、ハロゲン化銀乳剤粒子の微粒子核を形成する核形成工程と、核形成工程で形成された微粒子核を、成長用のハロゲン化銀乳剤粒子に接触させて微粒子核を成長させる核成長工程とから構成される。そして、核形成工程に本発明のハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置である静的混合装置12が配設され、核成長工程に加熱用ジャケット14を備えた成長用タンク16が配設される。
【0028】
静的混合装置12では、硝酸銀水溶液Xとハロゲン塩水溶液Yとが瞬時に混合反応されてハロゲン化銀乳剤粒子の微粒子核を含む混合反応液Zが形成され、直ちに核成長用タンク16に送られる。成長用タンク16に送られた微粒子核は、成長用のハロゲン化銀乳剤粒子の溶液中で攪拌機18で攪拌されながらオストワルド熟成して成長する。この核成長工程での成長用のハロゲン化銀乳剤粒子の形成にも核形成工程で使用したと同じ静的混合装置を用いることが好ましい。
【0029】
図2は、本発明における静的混合装置12の構造を示した概念図である。
【0030】
図2に示すように、静的混合装置12は、硝酸銀水溶液Xとハロゲン塩水溶液Yとを混合して反応させる筒状の混合室20が形成された混合器22の一端側開口に、ハロゲン塩水溶液Yを混合室20に導入する第1の導管24が接続されると共に、他端側開口に混合室20で混合反応された混合反応液の排出管26が接続される。また、混合器22の側面側で第1の導管24の出口近傍に、硝酸銀水溶液Xを混合室20に導入する第2の導管28が接続される。尚、本実施の形態では、第1の導管24からハロゲン塩水溶液Yを導入し、第2の導管28から硝酸銀水溶液Xを導入するようにしたが、両液を逆にしてもよい。また、排出管26の接続位置は、混合器22の他端側近傍であれば、混合器22の側面部に接続してもよい。
【0031】
第1の導管24と第2の導管28の先端内部には、それぞれ第1のオリフィス30と第2のオリフィス32が形成され、これにより、第1の導管24と第2の導管28には乱流の液体を噴射する第1ノズル34と第2ノズル36が形成される。ブロック状のオリフィス材23に、第1及び第2のオリフィス30、32を穿設加工する方法としては、金属、セラミックス、ガラス等のオリフィス材23に100μm程度の噴出孔を精密に開ける加工方法として公知のマイクロ切削加工、マイクロ研削加工、噴射加工、マイクロ放電加工、LIGA法、レーザー加工、SPM加工等を好適に使用できる。オリフィス材23の材質としては、加工性が良く、硬度がダイヤモンドに近い材質のものが好ましい。従って、ダイヤモンド以外の材質としては、種々の金属や金属合金に焼入れ、窒化処理、焼結処理等の硬化処理したものを好適に使用することができる。また、セラミックスも硬度が高く、ダイヤモンドよりも加工性が優れているので好適に使用できる。尚、本実施の形態では、第1ノズル34及び第2ノズル36の絞り構造としてオリフィスの例で説明するが、乱流の液体を噴射する機能を有するものであれば、オリフィスに限らず他の方法を用いることができる。
【0032】
また、第1の導管24と第2の導管28には、図示しない加圧手段が設けられ、ハロゲン塩水溶液Yと硝酸銀水溶液Xとが第1及び第2ノズル34、36に加圧供給される。液体に高圧力をかける加圧手段としては、種々の手段が知られており何れの手段も使用可能であるが、比較的入手し易く安価な手段としてはプランジャーポンプや増圧ポンプのような往復ポンプを使用することが好ましい。また、往復ポンプほど高圧を発生することはできないが、ロータリポンプの中にも高圧発生型のものがあるので、このようなポンプを使用することもできる。
【0033】
そして、第1ノズル34からハロゲン塩水溶液Yが乱流の直進流Aとして混合室20に噴出され、第2ノズル36から硝酸銀水溶液Xが直進流Aに対して略直交する直交流Bとして混合室20に噴出されて2つの溶液が混合して反応し、ハロゲン化銀乳剤粒子を含む混合反応液Zが形成される。この場合、直交流Bが直進流Aに対して90の角度で完全に直交しなくても、直交する速度ベクトル成分を主成分とするものであればよい。また、図2では直交流Bを噴出する第2ノズル36を混合器22の上側に配置しているが、混合器22の下側に配置しても側方側に配置してもよく、要は直交流Bが直進流Aに対して略直交するように噴出できればよい。
【0034】
かかる混合反応は、図3に模式的に示すように、乱流の高速な直進流Aに同伴される同伴流に、直進流Aに対して略直交方向から噴出される直交流Bを巻き込むことにより、乱流の直進流Aと直交流Bとが混ざり合って発生する大きな渦粘性を利用することで高性能な混合効率を得るものであり、静的混合装置12の上記した混合室20、第1及び第2ノズル34,36、排出管26は次の関係を有するように形成される。
【0035】
即ち、混合室20に渦粘性が形成されることが必要であり、混合室20の筒径D1 が第1ノズル34のオリフィス径D2 、第2ノズル36のオリフィス径D3 よりも大径に形成される。特に直進流Aの作る渦粘性は混合効率を良くする上で重要であり、第1ノズル34のオリフィス径D2 に対する混合室20の筒径D1 の寸法比は、1.1倍〜50倍の範囲が好ましく、更に好ましくは1.1倍〜20倍の範囲である。また、直交流Bが直進流Aに巻き込まれ易くするためには、直交流Bの噴出流速は直進流Aの噴出流速の同等以下であることが好ましく、具体的には直進流Aの噴出流速に対する直交流Bの噴出流速の流速比は、0.05倍〜0.4倍、更に好ましくは0.1倍〜0.3倍がよい。
【0036】
また、直進流Aが小径な第1ノズル34からそれよりも大径な混合室20に噴出されることにより形成される渦粘性Cが最大になる以前の位置で直交流Bを混合室20に噴出させることが必要であり、第1ノズル34と渦粘性Cの最大位置との間に第2ノズル36を配置することが必要である。従って、渦粘性Cが最大になる位置を知る必要があるが、渦粘性Cが最大になる混合室20の位置は、流動解析ソフトとして既に日本で市販されて流動解析ソフトとして良く知られているアールフロー社製の数値解析ソフト、R−Flowを用いて予めシミュレーションを行うことによって把握することができる。この場合、図3から分かるように、渦粘性Cが最大になる位置はピンポイントではなく領域を有するので、渦粘性Cの最大位置を渦粘性Cの略中心部であるポイントPとすればよい。従って、ポイントP以前に第2ノズル36を位置決めすればよいが、より好ましくは渦粘性Cの形成初期の段階で直交流Bを噴出できるように第2ノズル位置を位置決めするのが好ましい。
【0037】
ちなみに、渦粘性Cを形成する混合室20がない場合や第1ノズル34と第2ノズル36の位置関係が適切でない場合には、直進流Aは途中から添加された直交流Bを伴って混合される以前に混合場から持ち出されるか、完全に混合するためには非常に長い混合場が必要になり、最初に混合されたものと最後に混合されたものの時間間隔が長くなり、ハロゲン化銀乳剤粒子の粒子サイズ分布が大きくなる。
【0038】
また、上記の数値解析ソフトで解析すると、渦粘性Cが出現する領域の中心ポイントPは直進流Aの流速と関係があり、直進流Aの最大流速(通常は第1ノズル位置での流速)が1/10に減少する位置に略相当する。従って、直進流Aの最大流速が1/10に減少する位置を計算して、そのポイント以前に直交流Bを噴出できるように第2ノズル36を位置決めすれば、渦粘性Cの最大位置であるポイントPを計算する必要もない。
【0039】
また、最大の渦粘性Cを混合室20に形成するために必要な混合室20の長さL(図2参照)を確保する必要があるが、あまり長すぎると混合反応液Zが混合室20で滞留や逆流が生じ易くなり、ハロゲン化銀粒子の粒子サイズの微粒子化や単分散性に悪影響を及ぼす。従って、混合室20の長さLは第1ノズル34から渦粘性Cの最大位置であるポイントPまでの距離の2倍〜5倍が好ましく、更に好ましくは2倍〜3倍がよい。
【0040】
更に、小径な第1や第2ノズル34、36からそれよりも大径な混合室20に高速流で液体が噴出されると、キャビテーションを起こし易く、このキャビテーションにより混合室20に気液界面が形成されて混合効率を低下させる。従って、渦粘性Cを利用して混合効率を上げるためには、混合室20に気液界面が形成されないようにすることが必要である。従って、図2のように、排出管26の口径D4 を第3のオリフィス38で絞って混合室20の筒径D1 よりも小さくし、混合室20の圧力を上げた状態で混合することが必要である。これにより、キャビテーションを解消できるので、混合効率が一層向上する。尚、排出管26内の混合に寄与しない部分での滞留時間を極力短くする為、混合室20内の出口を絞るとともに、少なくとも混合室20の筒径D1 よりも小さな内径の排出管26を極力短くして成長用タンク16に接続するとよい。
【0041】
また、第1ノズル34及び第2ノズル36から混合室20へ噴出される噴出流形状は第1及び第2ノズル34,36に設けた第1及び第2のオリフィス30,32により規制され、この噴出流形状は混合性能に影響する。従って、混合反応の目的に応じて、糸線状、円錐状、スリット状、扇状等の噴出流形状を形成するオリフィスを適宜使用することが好ましい。例えば、ミリ秒オーダーの非常に反応速度の速い反応の場合には、瞬時にできるだけ狭い範囲で渦粘性Cが最大になるように直進流Aと直交流Bを噴出させることが必要であり、糸線状の噴出流形状を形成するオリフィスが好ましい。また、反応速度が比較的遅い場合には、できるだけ広い範囲で渦粘性Cが最大になるように直進流Aと直交流Bを噴出させて、直進流Aが作る同伴界面積を増やす方がよく、この場合には薄膜な噴出流形状を形成するオリフィスが好ましい。また、ミリ秒オーダーの非常に反応速度と比較的遅い反応速度との中間的な反応速度の場合には、円錐状の噴出流形状を形成するオリフィスが好ましい。
【0042】
図4〜図7は糸線状、円錐状、スリット状、扇状の各噴出流形状を形成するためのオリフィスを図示したものであり、それぞれの図における(a)はオリフィス先端側から見た図、(b)はオリフィスの縦断面図、(c)はオリフィスの横断面図である。
【0043】
図4は、糸線状の直進流Aを混合室20に噴出するための第1のオリフィス30であり、真っ直ぐな糸線状に形成される。図5は、円錐状の直進流Aを混合室20に噴出するための第1のオリフィス30であり先端部が開いたラッパ管状に形成される。図6は、薄膜の直進流Aを混合室20に噴出するための第1のオリフィス30であり矩形なスリット状に形成される。図7は、扇状な薄膜の直進流Aを混合室20に噴出するための第1のオリフィス30であり、先端部が扇状に拡径して形成される。
【0044】
尚、図6に示したスリット状の第1のオリフィス30のように、管路の断面が円形でない場合のレイノルズ数に関しては『化学工学通論』(疋田晴夫著、朝倉書店)に、次のように取り扱えることが示されている。すなわち、Sを「断面積」、lpを「流体が接触している固体壁周辺の長さ」とした時、相当直径Deは、De=4S/lpで定義される。スリット状のオリフィスは閉溝構造であることから、短辺をa、長辺をbとすれば、lp=2(a+b)で示される。従って、相当直径Deは、以下の式(1)で示される。
【0045】
【数1】
De=4(ab)/2(a+b)=2ab/(a+b)…式(1)
本発明で表現する乱流を計算する場合、円相当直径として式(1)で計算されたDeが使用される。
【0046】
次に、上記の如く構成した静的混合装置12を用いてハロゲン化銀乳剤粒子を形成する方法を説明する。
【0047】
第1ノズル34からハロゲン塩水溶液Yを乱流の直進流Aとして混合室20に噴出し、該直進流Aが小径な第1ノズル34から大径な混合室20に噴出されることで形成される渦粘性Cが最大になる以前の位置に、又は直進流Aの最大流速が1/10以下に減少する以前の位置に、第2ノズル36から硝酸銀水溶液Xを直進流Aに対して略直交する直交流Bとして噴出して直進流Aに同伴させることにより2つの溶液を瞬時に混合して反応させ、混合反応液Zを排出管26から排出する。
【0048】
かかる渦粘性Cを利用した混合反応において、混合室20での混合反応性を向上させるためには2つの方法がある。
【0049】
1つ目の方法は、直進流Aを糸線状の高速流で噴射して、瞬時にできるだけ狭い範囲で渦粘性Cが最大になるようにする方法である。この為には、直進流Aを噴出する第1ノズル34の第1のオリフィス30として、図4の糸線状の噴出流を形成する第1のオリフィス30を用いるとよい。
【0050】
混合という観点では、直進流Aは高速流の方が良いが、この反応生成物を所望の粒子サイズ、サイズ分布に制御する為には高速流により発生する液液摩擦による摩擦熱の反応への影響を考慮しなくてはならない。このような対策として、予め反応液の温度を低くして使用する、又は、添加配管、オリフィス部、混合室部、排出部を二重構造にし冷却して使用する、或いは、その両方を行うなどが効果的である。また、高速流は噴出する流量に応じて加えられる噴出圧力と第1のオリフィス30の内径とで決定されるので、より高速流を作るためには、第1のオリフィス30の内径をできる限り小さくし、液体に加える圧力を上げなくてはならない。従って、高速流になればなるほど第1のオリフィス30の磨耗が問題になるが、耐久性の良いダイヤモンド等を使用することで対応可能である。
【0051】
2つ目の方法は、直進流Aを薄膜状の噴出流形状とし、直進流Aが作る同伴界面積を増やす方法である。この為には、直進流Aの噴出する第1ノズル34の第1のオリフィス30として、図6及び図7に示したスリット状や扇状の噴出流形状を形成する第1のオリフィス30を用いるとよい。この場合、直交流Bが直進流Aの薄膜を破らないように直交流Bの噴出流速を調整することが必要である。また、より好ましくは、第2ノズル36の第2のオリフィス32も図6や図7のようにして、直交流Bも直進流Aと同様にスリット状や扇状の薄膜な噴出流形状にするとよい。
【0052】
この2つ目の方法は、より大きな渦粘性領域を確保することができるので、直進流Aの噴出流速を糸線状の噴出流形状の場合より小さくしても良好な混合性能を得ることができる。従って、直進流Aを低速化することができるので、直進流Aによる液液摩擦の摩擦熱が発生することを抑制することができる。これにより、形成された粒子のオストワルド熟成による成長を抑制することができ、より微粒子のハロゲン化銀乳剤粒子を形成することが可能となる。また、直進流の流速を小さくするので、第1及び第2ののオリフィス30、32の磨耗性が改善されるので、加工性の良い金属、金属処理品、セラミックスなどでオリフィスを製作することが可能になる。
【0053】
このように、本発明における静的混合装置12は、従来にない発想のもとに構成されたもので、この静的混合装置12を使用することにより次の効果を得ることができる。
【0054】
▲1▼静的混合装置を渦粘性を発生させる構造にすることにより、静的混合における最適な混合反応状態を得ることができるので、微粒子で単分散性の良いハロゲン化銀粒子を形成することができる。
【0055】
▲2▼渦粘性を利用して混合反応させることで、ハロゲン塩水溶液Yや硝酸銀水溶液Xの噴出流速を遅くしても良好な混合性能を得ることができるので、噴出圧力を下げることができる。これにより、装置の製作のし易さ、安定性及び保全性を向上できる。特に、第1及び第2のオリフィス30、32の材質としてダイヤモンド以外の低価で加工性の良いものに変えることが可能になる。
【0056】
▲3▼少なくとも直進流を薄膜状にして噴出することにより、ハロゲン塩水溶液Yと硝酸銀水溶液Xの高濃度での混合反応が可能になる。これにより、工業的に採算がとれる高濃度レベルでハロゲン化銀乳剤粒子の種粒子を形成したり、種粒子を成長させたりすることが可能となる。特に、ハロゲン塩水溶液Yと硝酸銀水溶液Xを高濃度で混合反応させる粒子成長工程でのハロゲン化銀乳剤粒子の形成に好適である。
【0057】
▲4▼また、少なくとも直進流を薄膜状にして噴出することにより、ハロゲン塩水溶液Yと硝酸銀水溶液Xの噴出速度を遅くできるので、液液摩擦による摩擦熱の発生を抑制することができる。特に、核形成工程で微細粒子の種粒子を形成する際に、オストワルド熟成が発生しにくくなり、より粒子サイズの小さなハロゲン化銀乳剤粒子を形成することができる。
【0058】
【実施例】
(実施例1)
実施例1は、図2に示した静的混合装置を使用して、糸線状の直進流Aの噴出流速を約233m/秒の高速にすると共に、ハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液の濃度を高濃度にした試験である。
【0059】
即ち、静的混合装置12は、筒径が3mm、長さが20mmの混合室20が形成された混合器22の一端側に糸線状の直進流Aを導入する0.2mmφの第1のオリフィス30を備えた第1ノズル34を設けると共に、混合器22の他端側に口径が1.2mmφの第3のオリフィス38を備えた排出管26を接続して構成した。そして、数値解析ソフト、R−Flowを用いて予めシミュレーションを行い、渦粘性Cが出現する領域を把握し、この中心ポイントP(図3参照)を把握し、このポイントPより第1ノズル34側になるように、第1ノズル34の噴出口から0.5mmの位置に0.6mmφの第2のオリフィス32を備えた第2ノズル36を設けた。第1ノズル34から乱流の直進流Aとして、2.2mol/Lの臭化カリウム水溶液(保護コロイドとして1%のゼラチンを含有、液粘度10Cp)を室温(25°C)で混合室20に噴出し、第2ノズル36から乱流の直交流Bとして、2.2mol/Lの硝酸銀水溶液Xを室温(25°C)で混合室20に噴出した。また、直進流Aの噴出流速を約233m/秒、噴出圧力を約30Mpaとし、直交流Bの噴出流速を約25m/秒、噴出圧力を約0.27Mpaとした。
【0060】
そして、形成したハロゲン化銀乳剤粒子を液体窒素で急速に凍結させ、電子顕微鏡により粒子サイズを測定した。その結果、ハロゲン化銀乳剤粒子の平均粒子サイズは、10.5nmであった。
【0061】
また、排出管26から排出される混合反応液の液温を測定したところ、反応粘及び摩擦熱によって、混合室20に噴出する前のハロゲン塩水溶液や硝酸銀水溶液の液温よりも約7°C温度上昇が確認された。
【0062】
(実施例2)
実施例2は第1ノズル34から薄膜状の直進流Aを噴出することで、直進流Aの噴流速度を実施例1の約1/10まで遅くし、ハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液の濃度を実施例1の約1/2まで小さくした試験である。
【0063】
薄膜状の直進流Aを形成するため、第1ノズル34の第1のオリフィス30を図6のスリット状にし、スリット状オリフィスの寸法は、スリット厚み0.6mm、スリット幅2.0mmとした。また、直進流Aの噴出流速を約22m/秒の低速とし、直交流Bも直進流Aの薄膜を破らないように約15m/秒の低速とした。そして、第1ノズル34から乱流の直進流Aとして、1.0mol/Lの臭化カリウム水溶液(保護コロイドとして1%のゼラチンを含有、液粘度10Cp)を室温(25°C)で混合室20に噴出し、第2ノズル36から乱流の直交流Bとして、1.0mol/Lの硝酸銀水溶液を室温(25°C)で混合室20に噴出した。
【0064】
その結果、排出管26から排出される混合反応液の液温を測定してところ、混合室20に噴出する前のハロゲン塩水溶液や硝酸銀水溶液の液温よりも約1℃しか温度上昇しなかった。そして、形成されたハロゲン化銀乳剤粒子の平均粒子サイズは、直進流Aを低速にしたにも係わらず、8.5nmで小さく非常に単分散であった。
【0065】
(実施例3)
実施例3は、実施例2の薄膜状の直進流Aの低速な噴出速度のままで、ハロゲン塩水溶液及び硝酸銀水溶液Xの濃度を実施例1と同じ高濃度にした試験である。
【0066】
即ち、第1ノズル34から乱流の直進流Aとして、2.2mol/Lの臭化カリウム水溶液(保護コロイドとして1%のゼラチンを含有、液粘度10Cp)を室温(25°C)で混合室20に噴出し、第2ノズル36から乱流の直交流Bとして、2.2mol/Lの硝酸銀水溶液Xを室温(25°C)で混合室20に噴出した。また、直交流Bの第2ノズル36の位置を実施例2と同じにすることを前提として、渦粘性Cが最大になるように第1ノズル34のスリット状オリフィスの寸法を計算し、スリット状オリフィスの寸法を、スリット厚みが0.58mm、スリット幅が2.0mmになるようにした。
【0067】
その結果、排出管26から排出される混合反応液の液温を測定したところ、混合室20に噴出する前のハロゲン塩水溶液や硝酸銀水溶液の液温よりも約2℃しか温度上昇しなかった。そして、形成されたハロゲン化銀乳剤粒子の平均粒子サイズは8.6nmで小さく非常に単分散であった。
【0068】
以上、実施例1〜3の結果から、直進流Aの噴出流形状を薄膜なスリット状や扇状にすることで、低速な噴出流速であっても十分に粒子サイズの小さなハロゲン化銀乳剤粒子を形成することができることが分かった。更に、実施例3の結果から、直進流Aの噴出流速が低速で且つ高濃度のハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を使用しても、直進流Aの噴出流形状を薄膜なスリット状や扇状にすることで、十分に小さなハロゲン化銀乳剤粒子を形成できることがわかった。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法及び装置によれば、銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液との混合時の摩擦熱の減少や、キャビテーションの発生を防止し、混合反応を効率的に行うことができ、静的混合における混合状態を最適化することができるので、粒子サイズが小さく単分散性に優れたハロゲン化銀乳剤粒子を形成することができる。
【0070】
更には、直進流の噴出流速が低速で且つ高濃度のハロゲン塩水溶液と硝酸銀水溶液を使用しても、直進流の噴出流形状を薄膜なスリット状や扇状にすることで、十分に小さなハロゲン化銀乳剤粒子を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置を備えたハロゲン化銀感光材料の製造ラインの概念図
【図2】本発明のハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置における静的混合装置の概念図
【図3】静的混合装置の混合室に形成された渦粘性を説明する模式図
【図4】糸線状の噴出流形状を形成するオリフィスの形状を説明する説明図
【図5】円錐状の噴出流形状を形成するオリフィスの形状を説明する説明図
【図6】薄膜状でスリット状の噴出流形状を形成するオリフィスの形状を説明する説明図
【図7】薄膜状で扇状の噴出流形状を形成するオリフィスの形状を説明する説明図
【符号の説明】
10…ハロゲン化銀感光材料の製造ライン、12…静的混合装置、16…成長用タンク、20…混合室、22…混合器、23…オリフィス材、24…第1の導管、26…排出管、28…第2の導管、30…第1のオリフィス、32…第2のオリフィス、34…第1ノズル、36…第2ノズル、38…第3のオリフィス、A…直進流、B…直交流、C…渦粘性、X…硝酸銀水溶液、Y…ハロゲン塩水溶液[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for forming silver halide emulsion grains, and more particularly to a technique for forming silver halide emulsion grains using a static mixing apparatus.
[0002]
[Prior art]
When forming silver halide emulsion grains for use in a silver halide light-sensitive material, there are two main steps. One is a nucleation process for forming seed grains of silver halide emulsion grains, and the other is a grain growth process for growing the seed grains formed in the nucleation process into grains having a size suitable for a photosensitive material. is there.
[0003]
First, in the nucleation process, for example, to prepare tabular grains with uniform shapes, it is necessary to increase the probability of double twins with uniform grain size distribution at the seed grain stage that is the source of tabular grains. It is. In order to grow such tabular grains, in order to regulate the growth direction, seed grains for growth formed by nucleation are added to a system in which host grains for growth exist, and Ostwald ripening is performed. It is effective to make it progress. Such seed particles are required to have a fine size and excellent monodispersibility.
[0004]
In order to form such seed particles, a silver salt aqueous solution (explained in the example of “silver nitrate aqueous solution” below) and a halogen salt aqueous solution are mixed at a very low concentration in a mixing reactor to react both solutions. If so, it is possible to form the desired twin seed particles unless the stirring or mixing conditions are too weak, but it is not industrially profitable at low concentration conditions. Therefore, in order to form seed particles or grow seed particles at an industrially profitable concentration level, a reaction under a high concentration condition is required.
[0005]
In addition, in order to stably form fine silver halide emulsion grains in the nucleation step and grain growth step, it is necessary to devise a device that does not cause nucleation and grain growth at the same time. It is desirable to use a small volume static mixing device that does not generate backflow. Here, the static mixing device refers to a mixing device having no stirring means such as a stirrer in the mixing field.
[0006]
Examples of methods for forming silver halide emulsion grains using such a static mixing device include JP-A-4-292416, JP-A-11-217217, JP-A-2000-187293, and the like. The two jets of high Re (Reynolds number) silver nitrate solution and halogen salt solution collide with each other at the intersection of very narrow pipes such as T-shaped tubes and Y-shaped tubes, and both liquids are mixed and reacted instantaneously. The mixed reaction liquid is discharged in a short time.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to increase the mixing efficiency by colliding both liquids, which are high-speed turbulent flow, as in the conventional static mixing device, it is necessary to increase the speed of the jet jet. When it is increased, frictional heat is generated by liquid-liquid friction between both liquids. Since the reaction for forming silver halide emulsion grains is an exothermic reaction, when frictional heat is added to the exothermic reaction, the seed grains formed by the reaction of the silver nitrate aqueous solution and the halogen salt aqueous solution grow by Ostwald ripening. There is a drawback that the silver halide emulsion grains having fine monodispersibility are difficult to be formed due to the progress.
[0008]
In addition, high-speed turbulent jet jets are prone to cavitation, and bubbles due to cavitation tend to collect to form a gas-liquid interface in the static mixing device, resulting in nonuniform mixing and reaction. There is a disadvantage that silver halide emulsion grains having good dispersibility are difficult to form.
[0009]
Against this background, good mixing performance can be obtained even when a halogen salt aqueous solution or silver nitrate aqueous solution is ejected at low speed, and even if the concentration of the halogen salt aqueous solution and the silver nitrate aqueous solution is high, fine particles and monodisperse halogen There has been a need for a static mixing device capable of forming silver halide emulsion grains.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the frictional heat at the time of mixing the silver nitrate aqueous solution and the halogen salt aqueous solution, prevent the occurrence of cavitation, and can efficiently perform the mixing reaction. It is an object of the present invention to provide a silver halide emulsion grain forming method and apparatus capable of forming a silver halide emulsion grain having fine grains and good monodispersibility because the mixing state in the mechanical mixing can be optimized. .
[0011]
In addition, the present invention can obtain a good mixing performance even when a halogen salt aqueous solution or a silver nitrate aqueous solution is ejected at a low speed. An object of the present invention is to provide a silver halide emulsion grain forming method and apparatus capable of forming silver halide emulsion grains.
[0012]
[Means for solving the problems]
In order to achieve the above object, the present invention ejects a silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution from each nozzle into a mixing chamber having a diameter larger than the diameter of the nozzle to cause a mixing reaction, and the mixed reaction solution is mixed with the mixing reaction solution. A method of forming silver halide emulsion grains by discharging from a discharge port having a diameter smaller than the chamber diameter, wherein one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is converted into a thin turbulent straight flow The other liquid is applied to the straight flow at a position before the eddy viscosity formed by jetting the straight flow from the small diameter nozzle to the large diameter mixing chamber is maximized. The one liquid and the other liquid are instantaneously mixed and reacted by being ejected as a substantially orthogonal cross flow.
[0013]
In order to achieve the above object, the present invention jets a silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution from the respective nozzles into a mixing chamber having a diameter larger than the diameter of the nozzles and causes a mixing reaction, A method of forming silver halide emulsion grains by discharging from a discharge port having a diameter smaller than that of the mixing chamber, wherein one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is moved straight in a thin film turbulent flow. The flow is ejected as a flow into the mixing chamber, and the other liquid is ejected as an orthogonal flow substantially orthogonal to the straight flow at a position before the straight flow is reduced to 1/10 or less of the maximum flow velocity. It is characterized in that the liquid and the other liquid are mixed instantaneously.
[0014]
In order to achieve the above object, the present invention provides a silver halide emulsion grain forming apparatus for forming silver halide emulsion grains by mixing and reacting an aqueous silver salt solution and an aqueous halogen salt solution with a static mixing device. The static mixing device comprises: a mixer in which a cylindrical mixing chamber for mixing and reacting the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is formed; and one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution. A first nozzle for ejecting the liquid as a turbulent straight flow into the mixing chamber; and the other liquid of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution as an orthogonal flow substantially orthogonal to the straight flow into the mixing chamber. And a second nozzle positioned so as to be ejected from a position before the eddy viscosity generated in the mixing chamber is maximized by the straight flow ejected from the first nozzle, and mixed in the mixing chamber. And a discharge port for discharging the reacted reaction mixture from the mixing chamber, and the cylindrical diameter of the mixing chamber is formed larger than the diameters of the first nozzle, the second nozzle, and the discharge port. In addition, at least the first nozzle of the first nozzle and the second nozzle is formed such that the jet flow shape is a thin film.
[0015]
In order to achieve the above object, the present invention provides a silver halide emulsion grain forming apparatus for forming silver halide emulsion grains by mixing and reacting an aqueous silver salt solution and an aqueous halogen salt solution with a static mixing device. The static mixing device comprises: a mixer in which a cylindrical mixing chamber for mixing and reacting the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is formed; and one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution. A first nozzle for ejecting the liquid as a turbulent straight flow into the mixing chamber; and the other liquid of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution as an orthogonal flow substantially orthogonal to the straight flow into the mixing chamber. A second nozzle positioned so as to be ejected from a position before the straight flow ejected from the first nozzle decreases to 1/10 or less of the maximum flow velocity at the time of ejection; and the mixing chamber And a discharge port for discharging the mixed reaction liquid that has been combined and reacted from the mixing chamber, and the cylindrical diameter of the mixing chamber is larger than the diameters of the first nozzle, the second nozzle, and the discharge port In addition, at least the first nozzle of the first nozzle and the second nozzle is formed such that the jet flow shape is a thin film.
[0016]
Here, in the present invention, “the other liquid is jetted into the mixing chamber as a cross flow substantially orthogonal to the straight flow” means that the cross flow is orthogonal even if the cross flow is not completely orthogonal to the straight flow. This means that any vector component may be used.
[0017]
In the present invention, the straight flow is basically one, but there may be a plurality of orthogonal flows. For example, a plurality of types of silver salt aqueous solutions having different silver salt concentrations or silver salt types (silver nitrate, silver iodide, etc.) are jetted out as a plurality of orthogonal flows with respect to one straight flow of the halogen salt aqueous solution. May be. In this case, a plurality of cross-flow nozzle positions may be provided to eject a plurality of types of silver salt aqueous solutions, or a plurality of types of silver salt aqueous solutions may be ejected from one nozzle position at the initial reaction stage, the middle reaction stage, and the final reaction stage. You may make it divide and eject in order. Accordingly, the number of first nozzles for straight flow is basically one, but there may be a plurality of second nozzles for cross flow.
[0018]
As in the conventional static mixing device, the present invention makes high-speed turbulent flow of silver salt aqueous solution and high-speed turbulent flow of halogen salt aqueous solution collide at the intersection of very narrow pipes such as T-shaped tubes and Y-shaped tubes. Focusing on the eddy viscosity, which is known as the evaluation of mixing in a turbulent flow field, rather than causing an instantaneous mixing reaction in the collision field, the halogen salt aqueous solution (or silver salt aqueous solution) A straight flow and a silver salt aqueous solution (or halogen salt aqueous solution) are added to the mixing chamber as a cross flow, and the two liquids are mixed and reacted instantaneously by utilizing the eddy viscosity formed by accompanying the straight flow. It is comprised as follows.
[0019]
In particular, according to the present invention, since the straight flow is ejected in a thin film shape, the straight flow can be slowed down. Therefore, generation of frictional heat of liquid-liquid friction due to a straight flow can be suppressed, and growth due to Ostwald ripening of the formed particles can be suppressed. In addition, since the entrained interfacial area is increased by jetting the straight flow into a thin film, good mixing performance can be obtained even when a high-concentration halogen salt aqueous solution and silver nitrate aqueous solution are used at a low jet flow velocity. It is done. When jetting a straight flow in a thin film, the cross flow is jetted so as to be substantially perpendicular to the thin film surface of the straight flow, and it is more preferable that the cross flow is also made into a thin film.
[0020]
That is, in the static mixing device, the first nozzle and the second nozzle having a smaller diameter than the cylinder diameter of the mixing chamber are provided in the mixer in which the cylindrical mixing chamber is formed so that eddy viscosity is generated in the mixing chamber. For example, an orifice in which a slit-like thin film or a fan-like thin film is formed is provided in the first nozzle that ejects a straight flow. Then, eddy viscosity is formed by ejecting liquid from a small diameter nozzle to a larger diameter mixing chamber, and pressure is applied to the mixing chamber by reducing the diameter of the discharge port. This makes it difficult for the gas-liquid interface to be formed by cavitation in the mixing chamber. The jet flow ejected from the first nozzle is ejected to a place wider than the width of the flow, thereby generating a vortex flow due to the turbulent flow, and there is an accompanying flow from the second nozzle accompanied by the vortex flow. As a result, eddy viscosity is generated, and the mixing effect can be remarkably improved. However, such an effect cannot be expected when the tube diameter does not change like the T-shaped tube and the Y-shaped tube described above.
[0021]
In addition, when eddy viscosity is formed by a straight flow in which one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is jetted from the first nozzle, the eddy viscosity is maximized at the position of the jet distance slightly away from the first nozzle. Note that the mixing efficiency of both liquids is maximized at the position of the maximum eddy viscosity, and the other liquid, the cross flow, is injected into the mixing chamber from the position before the vortex viscosity is maximized. The positional relationship between the first nozzle and the second nozzle was defined. The position where the eddy viscosity becomes maximum is obtained by conducting a simulation in advance using R-Flow, a numerical analysis software made by R-Flow, which is already commercially available in Japan as a flow analysis software, and grasping the region where the eddy viscosity appears, The center point is grasped, and a position at which the orthogonal flow as the second nozzle is added to the straight flow jet nozzle side from this point is determined.
[0022]
Further, the position where the eddy viscosity becomes maximum in the mixing chamber substantially corresponds to the position where the maximum velocity of the straight flow from the first nozzle is reduced to 1/10, so the straight flow is reduced to 1/10 or less of the maximum flow velocity. You may position a 2nd nozzle so that a crossflow may be ejected before doing.
[0023]
In order to efficiently mix the cross flow and the straight flow using eddy viscosity, the jet flow velocity at the time of cross flow ejection is equal to or less than the jet flow velocity at the time of straight flow ejection and is accompanied by a high-speed straight flow. It is preferable that a cross flow is involved in the entrained flow.
[0024]
As described above, the present invention can form silver halide emulsion grains excellent in monodispersity even when a high-concentration halogen salt aqueous solution and a silver nitrate aqueous solution are used at a low jet flow velocity.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a method and apparatus for forming silver halide emulsion grains according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an example of one straight flow and one cross flow will be described.
[0026]
FIG. 1 is a diagram conceptually showing a
[0027]
The silver halide photosensitive
[0028]
In the
[0029]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the structure of the
[0030]
As shown in FIG. 2, the
[0031]
A
[0032]
The
[0033]
The halogen salt aqueous solution Y is jetted from the
[0034]
Such a mixing reaction involves, as schematically shown in FIG. 3, an orthogonal flow B ejected from a direction substantially orthogonal to the straight flow A in the accompanying flow accompanying the high-speed straight flow A of the turbulent flow. By using the large eddy viscosity generated by mixing the straight flow A and the cross flow B of the turbulent flow, high-performance mixing efficiency is obtained, and the mixing
[0035]
That is, it is necessary that eddy viscosity be formed in the mixing
[0036]
Further, the orthogonal flow B is transferred to the mixing
[0037]
Incidentally, when there is no mixing
[0038]
Further, when analyzed with the above numerical analysis software, the central point P of the region where the eddy viscosity C appears is related to the flow velocity of the straight flow A, and the maximum flow velocity of the straight flow A (usually the flow velocity at the first nozzle position). Is substantially equivalent to a position where 1 is reduced to 1/10. Therefore, if the position where the maximum flow velocity of the straight flow A decreases to 1/10 is calculated and the
[0039]
In addition, it is necessary to secure the length L (see FIG. 2) of the mixing
[0040]
Further, when liquid is ejected from the first and
[0041]
In addition, the shape of the jet flow ejected from the
[0042]
FIGS. 4 to 7 illustrate orifices for forming the shape of each of the thread-line, conical, slit, and fan-like jets, and (a) in each figure is a view as seen from the orifice tip side. (B) is a longitudinal sectional view of the orifice, and (c) is a transverse sectional view of the orifice.
[0043]
FIG. 4 shows a
[0044]
As for the Reynolds number when the cross section of the pipe is not circular like the slit-shaped
[0045]
[Expression 1]
De = 4 (ab) / 2 (a + b) = 2ab / (a + b) (1)
When calculating the turbulent flow expressed by the present invention, De calculated by Equation (1) is used as the equivalent circle diameter.
[0046]
Next, a method for forming silver halide emulsion grains using the
[0047]
The halogen salt aqueous solution Y is ejected from the
[0048]
In the mixing reaction using the eddy viscosity C, there are two methods for improving the mixing reactivity in the mixing
[0049]
The first method is a method in which the straight flow A is injected as a yarn-like high-speed flow so that the eddy viscosity C is instantaneously maximized in the narrowest possible range. For this purpose, as the
[0050]
From the viewpoint of mixing, the straight flow A is preferably a high-speed flow, but in order to control the reaction product to a desired particle size and size distribution, the reaction to the reaction of frictional heat caused by the liquid-liquid friction generated by the high-speed flow. The impact must be taken into account. As such a countermeasure, the temperature of the reaction solution is lowered in advance, or the addition pipe, the orifice part, the mixing chamber part, the discharge part are cooled in a double structure, or both are used. Is effective. Further, since the high-speed flow is determined by the ejection pressure applied according to the flow rate to be ejected and the inner diameter of the
[0051]
The second method is a method in which the straight flow A is made into a thin-film jet flow shape and the interfacial area produced by the straight flow A is increased. For this purpose, as the
[0052]
Since this second method can secure a larger eddy viscosity region, good mixing performance can be obtained even if the jet flow velocity of the straight flow A is smaller than that of the yarn-like jet flow shape. it can. Accordingly, since the straight flow A can be reduced in speed, it is possible to suppress the generation of frictional heat of liquid-liquid friction due to the straight flow A. As a result, the growth of the formed grains due to Ostwald ripening can be suppressed, and more fine silver halide emulsion grains can be formed. In addition, since the flow velocity of the straight flow is reduced, the wearability of the first and
[0053]
As described above, the
[0054]
(1) By using a structure that generates eddy viscosity in the static mixing device, an optimal mixing reaction state in static mixing can be obtained, so that fine silver halide grains with good monodispersity can be formed. Can do.
[0055]
(2) Mixing reaction utilizing eddy viscosity makes it possible to obtain good mixing performance even when the jetting flow velocity of the halogen salt aqueous solution Y or the silver nitrate aqueous solution X is slowed, so that the jetting pressure can be lowered. Thereby, the ease of manufacture of an apparatus, stability, and maintainability can be improved. In particular, the material of the first and
[0056]
(3) By jetting at least a straight flow in the form of a thin film, a mixed reaction of the halogen salt aqueous solution Y and the silver nitrate aqueous solution X at a high concentration becomes possible. As a result, it is possible to form seed grains of silver halide emulsion grains and grow seed grains at a high concentration level that is industrially profitable. In particular, it is suitable for the formation of silver halide emulsion grains in a grain growth step in which a halogen salt aqueous solution Y and a silver nitrate aqueous solution X are mixed and reacted at a high concentration.
[0057]
{Circle around (4)} Since the jet speed of the halogen salt aqueous solution Y and the silver nitrate aqueous solution X can be slowed by ejecting at least a straight flow in a thin film state, generation of frictional heat due to liquid-liquid friction can be suppressed. In particular, when forming seed grains of fine grains in the nucleation step, Ostwald ripening is less likely to occur, and silver halide emulsion grains having a smaller grain size can be formed.
[0058]
【Example】
Example 1
Example 1 uses the static mixing apparatus shown in FIG. 2 to increase the jet flow velocity of the straight linear flow A to about 233 m / sec and to increase the concentration of the halogen salt aqueous solution and the silver nitrate aqueous solution. Concentration test.
[0059]
That is, the
[0060]
The formed silver halide emulsion grains were rapidly frozen with liquid nitrogen, and the grain size was measured with an electron microscope. As a result, the average grain size of the silver halide emulsion grains was 10.5 nm.
[0061]
Further, when the liquid temperature of the mixed reaction liquid discharged from the
[0062]
(Example 2)
In the second embodiment, the thin film-like straight flow A is ejected from the
[0063]
In order to form the thin-film straight flow A, the
[0064]
As a result, when the liquid temperature of the mixed reaction liquid discharged from the
[0065]
(Example 3)
Example 3 is a test in which the concentrations of the halogen salt aqueous solution and the silver nitrate aqueous solution X were set to the same high concentrations as in Example 1 while maintaining the low-speed jet speed of the thin-film straight flow A of Example 2.
[0066]
That is, a 2.2 mol / L potassium bromide aqueous solution (containing 1% gelatin as a protective colloid,
[0067]
As a result, when the liquid temperature of the mixed reaction liquid discharged from the
[0068]
As described above, from the results of Examples 1 to 3, silver halide emulsion grains having a sufficiently small grain size can be obtained by making the jet shape of the straight flow A into a thin slit or fan shape even at a low jet velocity. It was found that it can be formed. Further, from the results of Example 3, even when the jet flow velocity of the straight flow A is low and a high-concentration halogen salt aqueous solution and silver nitrate aqueous solution are used, the jet flow shape of the straight flow A is made into a thin slit or fan shape. It was found that sufficiently small silver halide emulsion grains can be formed.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the method and apparatus for forming silver halide emulsion grains of the present invention, the reduction of frictional heat and the occurrence of cavitation during mixing of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution are prevented, and the mixing reaction Can be performed efficiently, and the mixing state in static mixing can be optimized, so that silver halide emulsion grains having a small grain size and excellent monodispersibility can be formed.
[0070]
Furthermore, even if a high-concentration halogen salt aqueous solution and silver nitrate aqueous solution are used, the straight flow flow velocity is low, and the straight flow shape is made into a thin slit or fan shape, resulting in sufficiently small halogenation. Silver emulsion grains can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a production line for a silver halide light-sensitive material equipped with a silver halide emulsion grain forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a static mixing device in the silver halide emulsion grain forming device of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating eddy viscosity formed in a mixing chamber of a static mixing device.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the shape of an orifice forming a yarn-like jet flow shape
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the shape of an orifice forming a conical jet flow shape.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the shape of an orifice forming a slit-like jet flow shape in a thin film form
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the shape of an orifice forming a fan-like jet flow shape in a thin film shape
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を薄膜状な乱流の直進流として前記混合室に噴出し、該直進流が小径なノズルから大径な混合室に噴出されることで形成される渦粘性が最大になる以前の位置に、他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として噴出することにより前記一方の液と他方の液を瞬時に混合反応することを特徴とするハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法。A silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution are ejected from each nozzle into a mixing chamber having a diameter larger than the diameter of the nozzle to cause a mixing reaction, and the mixed reaction liquid is discharged from a discharge port having a diameter smaller than the diameter of the mixing chamber. A method of forming silver halide emulsion grains,
One of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is jetted into the mixing chamber as a straight turbulent flow in the form of a thin film, and the straight flow is jetted from a small diameter nozzle to a large diameter mixing chamber. The one liquid and the other liquid are instantaneously mixed and reacted by ejecting the other liquid as a cross flow substantially orthogonal to the straight flow at a position before the eddy viscosity formed becomes maximum. A method for forming a silver halide emulsion grain characterized by the above.
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を薄膜状な乱流の直進流として前記混合室に噴出し、該直進流が最大流速の1/10以下に減少する以前の位置に、他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として噴出することにより前記一方の液と他方の液を瞬時に混合することを特徴とするハロゲン化銀乳剤粒子の形成方法。A silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution are ejected from each nozzle into a mixing chamber having a diameter larger than the diameter of the nozzle to cause a mixing reaction, and the mixed reaction liquid is discharged from a discharge port having a diameter smaller than the diameter of the mixing chamber. A method of forming silver halide emulsion grains,
One of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is jetted into the mixing chamber as a straight turbulent flow in the form of a thin film, at a position before the straight flow is reduced to 1/10 or less of the maximum flow velocity, A method of forming silver halide emulsion grains, wherein the one liquid and the other liquid are instantaneously mixed by ejecting the other liquid as a cross flow substantially orthogonal to the straight flow.
前記静的混合装置は、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを混合して反応させる筒状の混合室が形成された混合器と、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を乱流の直進流として前記混合室に噴出させる第1ノズルと、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として前記混合室に噴出すると共に、前記第1ノズルから噴出される直進流によって前記混合室に発生する渦粘性が最大になる以前の位置から噴出されるように位置決めされた第2ノズルと、
前記混合室で混合されて反応した混合反応液を該混合室から排出する排出口と、を有し、
前記混合室の筒径は、前記第1ノズル、第2ノズル及び排出口の口径よりも大径に形成されていると共に、前記第1ノズルと第2ノズルのうちの少なくとも第1ノズルは噴出流形状が薄膜状になるように形成されていることを特徴とするハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置。In a silver halide emulsion grain forming apparatus for forming silver halide emulsion grains by mixing and reacting a silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution with a static mixing apparatus,
The static mixing device is:
A mixer in which a cylindrical mixing chamber is formed in which the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution are mixed and reacted;
A first nozzle that ejects one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution into the mixing chamber as a turbulent straight flow;
The other liquid of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is jetted into the mixing chamber as a cross flow that is substantially orthogonal to the straight flow, and into the mixing chamber by the straight flow jetted from the first nozzle. A second nozzle positioned to be ejected from a position before the generated eddy viscosity is maximized;
A discharge port for discharging the mixed reaction solution mixed and reacted in the mixing chamber from the mixing chamber;
The cylinder diameter of the mixing chamber is formed larger than the diameters of the first nozzle, the second nozzle, and the discharge port, and at least the first nozzle of the first nozzle and the second nozzle is a jet flow. An apparatus for forming silver halide emulsion grains, characterized in that the silver halide emulsion grains are formed in a thin film shape.
前記静的混合装置は、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液とを混合して反応させる筒状の混合室が形成された混合器と、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの一方の液を乱流の直進流として前記混合室に噴出させる第1ノズルと、
前記銀塩水溶液とハロゲン塩水溶液のうちの他方の液を前記直進流に対して略直交する直交流として前記混合室に噴出すると共に、前記第1ノズルから噴出される直進流が噴出時における最大流速の1/10以下に減少する以前の位置から噴出されるように位置決めされた第2ノズルと、
前記混合室で混合されて反応した混合反応液を該混合室から排出する排出口と、を有し、
前記混合室の筒径は、前記第1ノズル、第2ノズル及び排出口の口径よりも大径に形成されていると共に、前記第1ノズルと第2ノズルのうちの少なくとも第1ノズルは噴出流形状が薄膜状になるように形成されていることを特徴とするハロゲン化銀乳剤粒子の形成装置。In a silver halide emulsion grain forming apparatus for forming silver halide emulsion grains by mixing and reacting a silver salt aqueous solution and a halogen salt aqueous solution with a static mixing apparatus,
The static mixing device is:
A mixer in which a cylindrical mixing chamber is formed in which the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution are mixed and reacted;
A first nozzle that ejects one of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution into the mixing chamber as a turbulent straight flow;
The other liquid of the silver salt aqueous solution and the halogen salt aqueous solution is jetted into the mixing chamber as a cross flow substantially orthogonal to the straight flow, and the straight flow jetted from the first nozzle is the maximum at the time of jetting. A second nozzle positioned to be ejected from a previous position that decreases to 1/10 or less of the flow velocity;
A discharge port for discharging the mixed reaction solution mixed and reacted in the mixing chamber from the mixing chamber;
The cylinder diameter of the mixing chamber is formed larger than the diameters of the first nozzle, the second nozzle, and the discharge port, and at least the first nozzle of the first nozzle and the second nozzle is a jet flow. An apparatus for forming silver halide emulsion grains, characterized in that the silver halide emulsion grains are formed in a thin film shape.
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