JPH03259934A - 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
−船釣に固定・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４ｓ
４５−６ｏ７５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メツシユ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
／ｃ＋ａ以下で１６〜１７０メツシユのほぼ中央部に大
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
の球状粒子を作威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３０〜５００μｍ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成せしめ、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３００ａｍ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　ｄｌ／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）が多数おいている構
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太きな空孔を
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０．０５ａｍ＋〜１０閣の
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、−船釣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、 （Ａ）セルロースから戒り、 （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）　＜４）内部は空孔及び隔壁から戒っており、（
Ｅｌ）その中心側と表面側では空孔の大きさ及び構造が
異なり、　（ハ）表面側は空孔が内部より表面に向かっ
て放射線状に多数存在し、　（＝）中心側は空孔がラン
ダムに大小とりまぜて混在し、　（ネ）いずれの空孔も
隔壁を介して夫々独立して、或いは一部連通しており、
（へ）該空孔の大きさは該粒子の短径側のほぼ中央部断
面に於いて、表面側では開孔部の大部分が３０μｍ以上
の空孔が占めており、中心側では１００　μｍ以上の空
孔であり、（ト）空孔はいずれもその形状は円柱状乃至
円錐状であり、 （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。

〔発明の作用並びに構成〕

本発明の粒子は、原則的には上記（Ａ）〜（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戒っている。

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
成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１０ａｍ以下好ましくは５μｍ以下である。被膜が
形成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なっており、且つ球の
中心側と表面側とは空孔の大きさ及び構造が異なってい
る。表面側は空孔が内部より表面に向かって放射線状に
延びて表面まで達しており、この領域の開孔部の大部分
が該粒子の短径側のほぼ中央部断面に於いて径が３０μ
ｍ以上、１５０μｍ以下好ましくは６０μｍ〜１００μ
ｍ程度である。はぼ中央部とは中心から±１０％好まし
くは±５％の範囲をいう。表面側の孔構造の隔壁の厚み
は一定しないが通常３〜３０μｍ好ましくは５〜１０μ
ｍ程度の厚さである。

中心側は空孔がランダムに大小とりまぜて存在し、この
領域の開孔部の大部分が上記中央部断面に於いて径が１
００〜３００μｍ好ましくは１００〜２００μｍである
。中心側の隔壁の厚さは一定しないが、通常１０μｍ以
上である。

中心側、表面側とも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と連通しており、また空孔の
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８〜３０％
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、凍結乾燥粒予約２ｇをｉｆビー
カー内に入れ、２　Ｎ　−ＮａＯＨ５００−を投入する
。７ｃｍの回転羽根をもった撹拌機で５０Ｏｒ、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メツ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。

これから明らかな通り、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
する。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５ｇ〜１
５ｇ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ース多孔質粒子に
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、またイオン交換体用などとして工業的な
大量使用が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
た必要に応してその後脱硫、漂白、水洗、乾燥を行う方
法である。

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成す
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
生条件などに応し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３〜１５重量％（以下ｗｔ％で表す）、
好ましくは４ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。塩化アンモニ
ウム価は３〜工２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２〜１５−ｔ％好ましくは５〜１
３ｗｔ％である。

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

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
砕は易くなる。

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＃）
０．１〜ＩＯ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成に
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、撹拌機やニーダ
−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、ギヤーポンプによ
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０．１ｍｍ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＋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
ｍより小さいノズルで作成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
浴で作成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Ｌｏｇ／　１〜９０ｇ／ｌ
より好ましくは１５ｇ／　１〜７０ｇ／　ｌ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Ｏ〜４００ｇ／　ｌより好ましくは１００〜２
００ｇ／ｊｌ！である。凝固・再生浴温は通常１０〜５
０°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
ス多孔質粒子が作成可能である。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１０ｇ／　
１〜９０ｇ／　ｆ、浴温は１０〜５０°Ｃ１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Ｏ〜４００ｇ／ｌ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
が早く進行する条件にてセルロース粒子を作成した場合
、つまり塩化アンモニウム価の低い（所謂熟成が進んで
いる）ビスコースと高酸濃度で低塩濃度でかつ浴温か高
い凝固・再生浴を組み合わせて使った場合には、作成さ
れるセルロース多孔質粒子は球の中心側と表面側では構
造が異なり、表面側は小径の孔が多数内部から表面へ放
射線状に延びた構造をしており、中心側は比較的大径の
孔がランダムに大小とりまぜて存在している構造のもの
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４〜６．５、凝固・再生浴酸濃度は塩酸で５０
〜８０ｇ／　１、塩濃度は塩化ナトリウムと塩化カルシ
ウムの合計でＯ〜２００ｇ＃！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図と第３図は中央断面写真である。

［実　施　例］ 以下実施例により本発明を詳述する。

実施例１ セルロース濃度９．０％、粘度４，５００センチポイズ
、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４００　ｇと炭酸カルシウム（日東粉化工業
■　ＳＳ”３０　　平均粒径７．４．ｃｚｍ）　３７ｇ
を１２ビーカーに入れて撹拌機にて７００　ｒ、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。その後チユーブポンプ（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５Ｅビー
カー上に落とした。凝固・再生浴の塩酸濃度は２５ｇ／
　ｆ、温度は２５°Ｃ１塩濃度は塩化ナトリウムと塩化
カルシウムの合計で２５０　ｇ／ｌであった。凝固・再
生浴である５１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・再生温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塔にて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
．６　ｇｅｌの次亜塩素酸ソーダの入った漂白浴にて２
０°Ｃｌ２Ｏ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閣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１図と第２図
、第３図に示す。

第１図は表面、第２図、第３図は中央部断面である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３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） ≦２イ１ Ｃｆ′ジ エ トヌく１ １ヌ１ ン゛ｆろ ：３ し日 手続令甫正書（方式） ％式％ 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　　一部 ４、代理人 〒５３０　　大阪市北区南森町ｌの１の２５６゜ ７゜ ８゜ 補正の対象 明細畜牛図面の簡単な説明の欄 補正の内容 別紙の通り 添付書類の目録 （１）補正の内容 補正の内容 １、明細書第１９頁第１５〜１６行（図面の簡単な説明
の欄中）「セルロース多孔質粒子の走査型電子顕微鏡写
真を示す。」とあるを下記の通り訂正する。 「セルロース多孔質粒子の粒子構造を示す。」（以　上
）

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）（イ）内部は空孔及び隔壁から成っており、 （ロ）その中心側と表面側では空孔の大きさ及び構造が
   異なり、 （ハ）表面側は空孔が内部より表面に向かって放射線状
   に多数存在し、 （ニ）中心側は空孔がランダムに大小とりまぜて混在し
   、 （ホ）いずれの空孔も隔壁を介して夫々独立して、或い
   は一部連通し ており、 （ヘ）該空孔の大きさは該粒子の短径側のほぼ中央部断
   面に於いて、表面側で は開孔部の大部分が３０μｍ以上の空孔が占めており、
   中心側では１００μｍ以上の空孔であり、 （ト）表面側及び中心側いずれも空孔の形状は円柱状乃
   至円錐状であり、 （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。