JPH03170501A - セルロース多孔質球状粒子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は菌体・酵素の固定化担体やイオン交換体や香料
・薬品等の吸着用担体などに好適なセルロース多孔質球
状粒子に関する。

（従来の技術） セルロース粒子は菌体・酵素の固定化担体や香料・薬品
等の吸着用担体や化粧品添加剤などとして、又各種官能
基を導入して種々のイオン交換体として多くの分野で広
く使用されるようになっている。これらの用途には充填
層、撹拌タンクなどいずれの方法で使用する場合でも、
流動性に優れ、機械的強度のある球形が有利である。又
一般的に固定・吸着される菌体・酵素・薬剤の量や導入
できる官能基の数は粒子の表面及び内部の表面積に比例
する。従って粒子を多孔質にした方が有利である。セル
ロース球状粒子及び多孔質球形粒子については現在まで
に数多くの特許出願がなされている。例えば特開昭４８
−６０７５３号公報ではビスコースを液滴状に吐出し凝
固再生させて１６〜１７０メッシュの多孔質セルロース
粒子を得る方法が開示されている。

特公昭５７−７１６２号公報には見掛密度が０．４　ｇ
／ｃｒ）以下で１６〜１７０メッシュのほぼ中央部に大
きな空隙を有する中空状セルロース微粒状物が開示され
ている。

特公昭５７−４５２５４号公報には、クロロベンゼン中
でビスコース懸濁液を連続的に撹拌しながら加熱固化し
、粒径１５０〜３５０μｍの粒子が８５容積％を占める
粒子が得られることが開示されている。

特公昭５５−３９５６５号公報には三酢酸セルロースの
有機溶媒溶液をゼラチンの如き分散剤の入った水性媒体
中に撹拌しながら滴下し、加熱固化し三酢酸セルロース
の球状粒子を作或し次いでこれをケン化してセルロース
球状粒子を製造する方法が開示されている。この方法で
得られる粒子の粒径は３０〜５００ｕｍである。

特開昭６３−９０５０１号公報にはビスコースと水溶性
高分子化合物の混合物をアニオン性の水溶性高分子化合
物と混合して微粒子分散液を生戒せしめ、加熱又は凝固
剤で凝固し酸で再生させる方法が開示されている。この
方法に於いては凝固・再生・水洗の工程で水溶性高分子
が除去され、平均粒径が３００μｍ以下で孔径０．０２
〜０．８μｍの区間に孔容積の極大値を有し、同区間に
ある孔の全孔容積が０．０２５　ｔｎｌ／ｇ以上である
多孔性微少セルロース粒子を得るものである。

しかしこれらの従来の粒子は全て小径の粒子（５００μ
ｍ以下）に微細な孔（５μｍ以下）が多数あいている構
造のものである。

しかし乍らこのような小粒径で微細孔しか有しないもの
では前記した用途に適用する場合には決して優れたもの
とは言い難い。

このために近時、できるだけ大径のしかも大きな空孔を
有するこの種セルロース粒子の開発がなされ、これにつ
いてもいくつか特許が出願されており、例えば特開昭６
４−４３５３０号公報では、セルロース溶液の液滴を固
化温度以下に冷却・凍結させ、その後溶媒を除去して、
２μｍ以上の孔を多数有し、かつお互いに連通した連続
孔構造をもったセルロース多孔粒子の製造法が開示され
ている。

特開昭６０−１５５２４５号公報ではケン化すればセル
ロース多孔質粒子となる、径０．０５ｍｍ−１０叩の酢
酸セルロース多孔質球状粒子の製造法が開示されている
。

又、大口径セルロース構造体としてはセルロースポンジ
が知られている。その孔径は数百μｍ以上でありこのセ
ルローススポンジをスライスして、キュービック状にし
た大径の孔（数百μｍ以上）の連続孔構造をもったセル
ロース多孔質体も知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が解決しようとする課題は、この種セルロース多
孔質粒子であって、大径なしかも大きな空孔を多数有し
、しかもこれ等空孔が連通し、粒子自身かなりの機械的
強度を有するものを新たに開発することである。

元来セルロース多孔質粒子を担体やイオン交換体などの
用途に使用する場合、一般的に粒子内の表面積が大きい
程単位担体量の固定化量やイオン交換能は大きくなり、
所謂性能のよい粒子となる。

しかし内部表面積が大きくなるということは小径の孔が
増えるということであり隔壁部が減ることでありその分
強度が弱くなり撹拌操作時などに減量することは避けら
れない。

又小径の孔が多くなると、乾燥時に孔構造が変化し、再
び水や薬品で膨潤させた場合に元の孔構造にもどらず、
保水量や保有薬品量が減少し、所謂反応性が低下する。

従って内部表面積がある程度大きく、かつ強度もあり復
元性も良い大口径セルロース球状粒子が極めて好ましい
。

本発明はこのようなセルロース粒子を開発することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は次の様なセルロース粒子を提供することによ
り解決される。即ち、 （八）セノレロースから戒り、 （Ｂ）水で膨潤させた時に径０　．　５　ｍｍ以上の球
状を呈し、表面なだらかな凹凸があって亀裂乃至小孔が
多数存在して全体として球状を呈し、 （Ｃ）内部は空孔及び隔壁から戒っていて、空孔がラン
ダムに数多く大小とりまぜて存在し、隔壁を介して夫々
独立して、或いは一部連通しており、該空孔の一つの大
きさは該空孔の短径側のほぼ中央部断面に於いて径が１
５０μｍ以上で、ほぼ円乃至多角形の形状をなし、且つ
該空孔は隔壁を貫通する小孔又は亀裂により隣接する空
孔の一部又は全部と連通し、 （Ｄ）全体として部分的連続孔構造をなして多孔質であ
る 粒子である。

〔発明の作用並びに構戒〕

本発明の粒子は、原則的には上記（＾）〜（Ｄ）の要件
を具備するものである。以下に図面を参照しつつ各項目
について説明する。

先ず本発明粒子はセルロースから成っている。

セルロースとしては従来から知られるものであり、いず
れも従来からセルロースとして知られるものがいずれも
含まれ、場合によっては再生セルロースも含まれる。

本発明粒子の外観は水で膨潤させた時に径が０．５Ｍ以
上の球状を呈す。但し球状とは真球状ばかりでなく、楕
円形状や粒状をも含む広い概念である。表面は被膜が形
威されている場合といない場合があり被膜の厚さは平均
して１０μｍ以下好ましくは５μｍ以下である。被膜が
形威されている場合でもこの被膜は小さな孔や亀裂が存
在し多孔質となっている。被膜が形成されている場合で
もこれが無い場合でも表面はなだらかな凹凸があって小
さな孔や亀裂が多数存在している。

内部構造の基本は空孔と隔壁から戒っており、これ等空
孔は大小とりまぜて数多くランダムに存在している。空
孔の一つの大きさは該空孔の短径側のほぼ中央部断面に
於いて径が１５０μｍ以上好ましくは２００μｍ程度で
ある。ほぼ中央部とは中心から±ｌＯ％好ましくは±５
％の範囲をいう。隔壁はその厚さは一定しないが、通常
２０〜５　０　０　ｔｔｍ、好ましくは４０〜１００ｕ
ｍ程度の厚さであり、粒子全体の体積の３〜３０％好ま
しくは２０％程度を占めている。

空孔はこの隔壁を貫通する小孔又は亀裂により隣接する
空孔の一部と連通している．空孔の数は上記中央部断面
に於いて２個以上好ましくは３０個以下特に４〜２０個
が好ましい。空孔自体の形状は通常円柱状乃至円錐状で
ある。

本発明粒子は上記の様な構造を有するため全体として多
孔質となっている。

本発明粒子の物性としてはその機械的強度は５〜１５％
である。但しこの機械的強度は、一定条件下で粒子を撹
拌してせん断力を与え、撹拌前後の重量から、せん断に
よって粒子から分離した部分を求め機械的強度の指標と
したものである。即ち、凍結乾燥粒子約２ｇを１１ビー
カー内に入れ、２　Ｎ　−ＮａＯＨ　　５　０　０ｍｌ
を投入する。７　ｃｍの回転羽根をもった撹拌機で５　
０　Ｏｒ．ｐ．ｍ．の回転数で２時間撹拌する。系の温
度は２５゜Ｃに保っておく。撹拌後４０メッシュのステ
ンレス金属にて濾別して、大量の水で水洗し、その後熱
風乾燥させ、重量を測定する。

この結果から明らかな通り、重量減少が大きい粒子は強
度が弱く、重量減少が小さい粒子は強度が強いというこ
とになる。その他物性としては例えば、保水量は粒子の
大きさ、孔の構造により異なるが、粒子１ｇ当たり４ｇ
−１２ｇである。

本発明粒子は上記の如き基本構造を有しており、特に大
径であるため、流動性、作業性に優れている。また大径
の孔の連続孔構造のため物質移動が速やかで菌体固定化
や、吸着剤固定化やイオン交換反応などの速度が速く効
率が良い。又大径の孔構造のため、乾燥時に微細構造が
変化し再膨潤させた時に保水量や保有薬品量やイオン交
換量が著しく少なくなるという点が大幅に改善される。

又、内部に多数の空孔を有しているにも関わらず従来品
の如く小径の孔が多数存在するセルロ−ス多孔質粒子に
比し一般的にイオン交換量や固定化量は若干少なくなる
が、強度は向上し反応時、培養時の撹拌などによる減量
が少なくなる。尚菌体の固定化量は表面積以外の要因が
大きく影響し内部表面積の大きいセルロース粒子よりも
本発明の内部表面積を抑えた構造の方が固定化量も多く
て付着強度も強いという場合も多々有る。

以上の通り本発明のセルロース多孔質球状粒子は固定化
担体用としてイオン交換体用などとして工業的な大量使
用も可能な条件を備えており、かつセルロースであるた
め化学薬品に対して安定であり、毒性もないという特性
も備えているので医薬品や食品などの産業分野で広範囲
に使用することができる。

本発明のセルロース多孔質粒子を製造する方法自体は何
等限定されないが、その好ましい製法について以下に説
明する。

この製法は原則的にはビスコースと炭酸カルシウムを混
合し、該混合液を加圧しノズルより液滴状に押し出し、
凝固・再生浴上に落下させ、液滴状のままセルロースの
凝固・再生と炭酸カルシウムの酸分解を同時に行い、ま
た必要に応じてその後脱硫、漂白、水洗、乾燥を行う方
法である。

尚本明細書に於いて粒子径、孔径等の大きさはそれらが
球や円でない場合はその中へ入る一番大きな球や円の直
径でもって表示してある。

この方法に於いては先ずビスコースと炭酸カルシウムを
混合し炭酸カルシウムを含有するビスコース液を作戒す
る。該溶液を加圧しノズルを通して液滴状に押し出し、
該液滴を凝固・再生浴上に落下させる。その後所定時間
撹拌することによって、各ビスコース条件及び凝固・再
生条件などに応じた内部空孔構造を持ったセルロース多
孔質粒子を製造する方法である。

使用するビスコースは例えば次のような性質を持つ。セ
ルロース濃度が３〜ｌ５重量％（以下−ｔ％で表す）、
好ましくは４ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。

塩化アンモニウム価は３〜１２好ましくは４〜９である
。アルカリ濃度は苛性ソーダとして２〜１５ｗｔ％好ま
しくは５〜１３ｗｔ％である。

ビスコースの粘度は２０″Ｃに於いて５０センチボイズ
〜１０，０００センチボイズ好ましくは１００センチボ
イズ〜７，０００センチポイズである。

この際セルロース濃度、塩化アンモニウム価及びアルカ
リ濃度が上記所定の範囲外となると、次のような望まし
くない原因となる。即ちセルロース濃度が低い場合は作
成された粒子の機械的強度が小さくなり、高い場合は液
の粘度が上昇しノズルからの吐出が均一でなくなり不揃
いな粒子となる。塩化アンモニウム価が高い場合は作成
された粒子の形状がいびつになりかつ一定しない。又低
い場合は粒子表面の機械的強度が弱く撹拌中に表面が砕
けて小さくなってしまう。又アルカリ濃度が高い場合も
粒子形状がいびつになり易く、低い場合表面が撹拌中に
砕け易くなる。

使用する炭酸カルシウムは特に制限はなく、軽質炭酸カ
ルシウムでも重質炭酸カルシウムでも構わない。通常混
合のしやすさやノズル詰まりなどの作業性の観点より平
均粒径が１μｍ〜１５μｍのものが使用される。この炭
酸カルシウムの平均粒子径によってセルロース多孔質粒
子の内部空孔構造が大きく影響されることはない。炭酸
カルシウムはビスコース中セルロース１重量部当たり０
．１−１０重量部好ましくは０．４〜７重量部用いられ
る。炭酸カルシウムの量は粒子の基本的な内部空孔構造
を変化させず、孔の数特に３０μｍ以下の細かい孔の生
或に関与し、炭酸カルシウムの量が増えれば孔の数も増
えるという関係にある。

ビスコースと炭酸カルシウムの混合は、撹拌機や二一グ
ーによる撹拌で行い、撹拌中のビスコースへ炭酸カルシ
ウム粉末を直接加えても良いし、予め炭酸カルシウム粉
末を水に分散させておいてその分散液を加えても構わな
い。

加圧はノズルからの吐出圧が変動しにくいものであるか
ぎりどのような方法でも構わないが、ギャーポンプによ
る加圧とエアー圧による加圧が工業的に有利である。加
圧の際の圧力は、ノズルより上記混合液を吐出できる圧
力でよい。

ノズルは口径が０．１師以上であれば良く、材質、形状
に特に制限はない。口径が０．１ｍ＋ｎより小さいとノ
ズルが詰まりやすくなり生産性が悪い。又口径が０．１
ｍｍより小さいノズルで作威されるような小さい粒子は
本発明の目的とするところではない。

セルロースの凝固・再生と発泡剤である炭酸カルシウム
の酸分解を行う凝固・再生剤としては塩酸、リン酸、炭
酸、硫酸等の無機酸が使われるが塩酸が好ましい。凝固
・再生浴は１個ではなく複数個設置して直列に又は並列
に使用する方が生産性の観点から有利であるばかりでな
く、各凝固・再生浴の条件を変化させておけば、１個の
浴で作威したものとは異なる内部空孔構造を持った粒子
を製造可能である点からも有利である。凝固・再生浴中
酸の濃度は塩酸の場合で通常１０ｇ＃！〜９０ｇ＃！よ
り好ましくは１５ｇ／ｆｆｉ〜１０ｇ／Ｅ浴中の塩の濃
度は塩化カルシウムと塩化ナトリウムの場合で、２つの
合計が０〜４００ｇ＃！より好ましくは１００〜２００
ｇ＃２である。凝固・再生浴温は通常１０〜５０″Ｃで
あり、より好ましくは２０〜４０’Ｃである。

本発明の製造法によればビスコースの塩化アンモニウム
価、凝固再生浴の酸の濃度と浴の温度及び塩の濃度など
を調整することで各種の内部空孔構造を持ったセルロー
ス多孔質粒子が作威可能である。前記のように本発明の
製造法では通常ビスコースの塩化アンモニウム価３〜１
２、凝固・再生浴中酸の濃度は塩酸の場合でＬｏｇｉ１
〜９０ｇ／ｌ、浴温は１０〜５０’Ｃ、浴中塩濃度は塩
の種類が塩化カルシウムと塩化ナトリウムの場合で２つ
の合計で０〜４００ｇ／ｊ２の条件でセルロース多孔質
粒子を作成する。この時セルロースの凝固・再生反応が
緩やかに進行する条件にてセルロース粒子を作威した場
合、つまり塩化アンモニウム価の高い（所謂熟威が進ん
でいない）ビスコースと低酸濃度で高塩濃度でかつ浴温
か低い凝固・再生浴を組み合わせて使った場合には、作
威されるセルロース多孔質粒子は１５０μｍ以上の大径
の孔が複数個あいており、隔壁の厚い内部表面積のさほ
ど大きくないものが得られる。

この場合の製造条件としては通常ビスコース塩化アンモ
ニア価は７〜１１、凝固・再生浴酸濃度は塩酸で２０〜
４０ｇ／ｌ、塩濃度は塩化ナトリウムと塩化カルシウム
の合計で２００〜４００ｇ／４２である。このタイプの
内部空孔構造を持ったセルロース多孔質粒子の走査型電
子顕微鏡写真を第１図と第２図に示す。第１図は表面写
真で第２図は中央断面写真である。

上記方法に於いてその凝固・再生反応をもう少し速く進
行する条件で作或すると空孔の径が若干小さくしかも数
が多くなり、また隔壁の厚みも若干薄くなる。

この方法で得たセルロース多孔質粒子は上記の場合に比
し、若干空孔の大きさが減少するが、数は若干多く存在
する。このタイプの粒子の走査型電子顕微鏡写真を第３
図と第４図に示す。

製造条件は通常ビスコース塩化アンモニウム価６〜８凝
固・再生浴酸濃度は塩酸で３０〜６０ｇ／ｌ塩濃度は塩
化ナトリウムと塩化カルシウムの合計で１５０〜２５０
ｇ＃！である。

〔実　施　例〕

以下実施例により本発明を詳述する。

実施例ｌ セルロース濃度９．０％、粘度４，５００センチボイズ
、塩化アンモニウム価８．５、アルカリ濃度６．１％の
ビスコース４００ｇと炭酸カルシウム（日東粉化工業（
ｍ　　ＳＳ”３０　　平均粒径７．４μｍ）　３７ｇを
ｌｌビーカーに入れて撹拌機にて７００ｒ．ｐ．ｍ．で
２０分間撹拌を行い、炭酸カルシウムを含有するビスコ
ース液を作成した。その後チューブポンプ（東京理化器
械■　ミクロチューブポンプＭＰ−３）でビスコース液
をビーカーより吸引、加圧し、口径１．２ｍｍの注射針
が５本組み込んである吐出口より５　ｃｃ／分の速度で
液滴状に押し出し、凝固・再生浴とした５ｌビーカー上
に落とした。

凝固・再生浴の塩酸濃度は２５ｇ／１、温度は２５゜Ｃ
、塩濃度は塩化ナトリウムと塩化カルシウムの合計で２
５０ｇ／４１！であった。凝固・再生浴である５ｌビー
カー中に液滴が滴下し始めた時点から滴下終了まで約１
時間かかり、その後２時間セルロースの凝固・再生・炭
酸カルシウムの酸分解を行った。凝固・再生浴は絶えず
撹拌を行って、均一に凝固・再生・酸分解がなされるよ
うに注意した。

次いで大過剰の水で洗浄し、２ｇ／ｌの苛性ソーダと２
　ｇ／　ｌの硫化ソーダの入った脱硫浴にて７０゜Ｃで
１時間脱硫を行った。その後大過剰の水で洗浄し、次い
で２．６ｇ＃！の次亜塩素酸ソーダの入った漂白浴にて
２０゜Ｃ、２０分間漂白を行い、再び大過剰の水で洗浄
してセルロース多孔質粒子を得た。得られた粒子の形状
は水膨潤状態で平均粒子径３　．　４　ｍｍの球状粒子
であった。得られた粒子の走査型電子顕微鏡写真を第ｌ
図と第２図に示す。第１図は表面、第２図は中央部断面
である。

実施例２ 使ったビスコースがセルロース濃度９．２％、粘度５．
２００センチボイズ、塩化アンモニウム価６．８、アル
カリ濃度６．３％であり、用いた凝固・再生浴の条件が
塩酸濃度３３ｇ／ｆ、温度３０℃、塩濃度が塩化ナトリ
ウムと塩化カルシウムの合計で１５０ｇ／ｆであること
以外は実施例１と同じにしてセルロース多孔質粒子を得
た。得られた粒子の形状は水膨潤状態で平均粒子径３　
．　２　ｍｍの球状粒子であった。得られた粒子の走査
型電子顕微鏡写真を第３図と第４図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図はいずれもセルロース多孔質粒子の走査型電
子顕微鏡写真を示す。 （以　上） 第 １ 図 第 ２ 図 ３ 図 ４ 図 手続主ｎＴ正書（方式） １．事件の表示 平戒１年　特　許　願　第３１１４２９号２．発明の名
称 セルロース多孔質球状粒子 ３．補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　　特許出願人住所　　
福井県坂井郡金津町旭第９６号１１番地氏名　　福井化
学工業株式会社 代表者　竹　内　　一　郎 ４．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（Ａ）セルロースから成り、 （Ｂ）水で膨潤させた時に径０．５ｍｍ以上の球状を呈
   し、表面なだらかな凹凸があって亀裂乃至小孔が多数存
   在して全体として球状を呈し、 （Ｃ）内部は空孔及び隔壁から成っていて、空孔がラン
   ダムに数多く大小とりまぜて存在し、隔壁を介して夫々
   独立して、或いは一部連通しており、該空孔の一つの大
   きさは該空孔の短径側のほぼ中央部断面に於いて径が１
   ５０μｍ以上で、ほぼ円乃至多角形の形状をなし、且つ
   該空孔は隔壁を貫通する小孔又は亀裂により隣接する空
   孔の一部又は全部と連通し、 （Ｄ）全体として部分的連続孔構造をなして多孔質であ
   る ことを特徴とするセルロース多孔質球状粒子。