JPH09202801A - 置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロース - Google Patents
置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロースInfo
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Abstract
さず、また熱可塑化温度も高くなるように置換度分布が
制御されたヒドロキシプロピルセルロース及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 アルカリセルロースにプロピレンオキシ
ドを反応させて得られるヒドロキシプロピルセルロース
において、無水グルコース単位当りのヒドロキシプピロ
ル基の平均置換モル数が2〜3のものであって、当該ヒ
ドロキシプロピルセルロース中のヒドロキシプロピル基
置換モル数2の置換体とヒドロキシプロピル基置換モル
数3の置換体の合計の比率が80mol%以上でヒドロ
キシプロピル基置換モル数3の置換体比率が65mol
%以上、かつ無置換体の比率が3mol%以下、ヒドロ
キシプロピル基置換モル数4の置換体比率が6mol%
以下であるヒドロキシプロピルセルロース及びその製造
方法。
Description
化粧品、食品、押出し成形、塗料リムーバー、医薬品、
PVC懸濁重合助剤等広い用途分野に利用されるヒドロ
キシプロピルセルロースに関する。
ースに水酸化アルカリを反応させて得られるアルカリセ
ルロースと、プロピレンオキシドとを反応させることに
より製造される非イオン性ポリマーである。ヒドロキシ
プロピルセルロースは、冷水溶解性、熱水不溶解性、熱
可塑性、多数の有機溶媒に対する溶解性等の有用な物性
を有し、広い用途分野に利用されている。これらの特性
はセルロースに対するヒドロキシプロピル基の置換数に
よって異なる。置換基数の表出方法としては、その構造
単位である無水グルコース単位当りの置換基の平均置換
モル数「MS」が最も一般的で広く使用されている方法
である。一方、ヒドロキシプロピルセルロースが多方面
に利用されるための重要な要素のひとつとして、溶液の
性質が優れていること、溶液中で完全に溶解しているこ
とが挙げられる。
4754号には、MSが2以上のヒドロキシプロピルセ
ルロースの製造方法が開示されているが、この方法によ
るヒドロキシプロピルセルロースは冷水溶解性は示すも
のの、有機溶媒溶解性は必ずしも満足するものではなか
った。
溶媒溶解性の改善されたヒドロキシプロピルセルロース
の製造方法が提案されている。この場合のヒドロキシプ
ロピルセルロースのMSは3以上であった。しかしなが
ら、MSが3を超える高い置換度を有するヒドロキシプ
ロピルセルロースは、良好な有機溶媒溶解性を示す一方
で、このヒドロキシプロピルセルロースを用いた粉末、
顆粒あるいはフィルム状態に成形されたものがブロッキ
ングと呼ばれる凝集を起こすと言う問題があり、製品と
して取り扱うに際して重大な欠点となる。また、MSが
3を超える高置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、
MS値の増加にともなって熱可塑化する温度が低下する
傾向があるが、可塑化温度の低いものは、製品を粉砕し
て粉末状に成形するに際し、粉砕機内で可塑化して作業
を困難にするという問題があった。
昭52−14262号、特開昭54−156086号、
特開昭56−802号等で開示される製造方法より得ら
れるヒドロキシプロピルセルロースのMSも3以上であ
り、ブロッキングを起こし、また熱可塑化温度も低いも
のであった。
質に優れ、ブロッキングを起こさないヒドロキシプロピ
ルセルロースのMSは、2以上で3を超えないものが好
ましいと考えられるが、MSが2〜3の範囲にあるもの
であっても、上記要求物性を十分に満足するものではな
かった。良好な物性を確保するためにMS値の管理のみ
では十分ではなく、ヒドロキシプロピルセルロース中の
ヒドロキシプロピル基置換モル数の異なる置換体の組成
比が重要である。この比率を制御して、溶液の性質に優
れかつブロッキングを起こさないヒドロキシプロピルセ
ルロースの出現が望まれるが、十分に満足するものは未
だない。
キングを起こさず、また熱可塑化温度も高くなるように
置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロース
及びその製造方法を提供することを目的とする。
の解決のために鋭意検討した結果、本発明に想到した。
上記目的を達成するため、請求項1に記載された発明
は、アルカリセルロースにプロピレンオキシドを反応さ
せて得られるヒドロキシプロピルセルロースにおいて、
無水グルコース単位当りのヒドロキシプロピル基の平均
置換モル数が2〜3のものであって、当該ヒドロキシプ
ロピルセルロース中のヒドロキシプロピル基置換モル数
2の置換体とヒドロキシプロピル基置換モル数3の置換
体の合計の比率が80mol%以上でヒドロキシプロピ
ル基置換モル数3の置換体比率が65mol%以上、か
つ無置換体の比率が3mol%以下、ヒドロキシプロピ
ル基置換モル数4の置換体比率が6mol%以下である
ヒドロキシプロピルセルロースである。
ヒドロキシプロピルセルロースの製造方法であって、原
料パルプを10〜60重量%濃度の水酸化アルカリ水溶
液に浸漬した後圧搾して余剰の水酸化アルカリ水溶液を
除去して得られる、セルロースに対する重量比で水酸化
アルカリ量0.01〜0.20、水分量0.1〜2.0
の範囲のアルカリセルロースを用いて、温度50〜90
℃下でセルロースに対する重量比で2.0〜3.5のプ
ロピレンオキシドを、反応系内に少量ずつ連続的に投与
する方法で反応することを特徴とする。
本発明のヒドロキシプロピルセルロースは、構造単位で
ある無水グルコース単位当りのヒドロキシプロピル基置
換モル数(MS)が2〜3、好ましくは2.5〜2.8
ものであって、ヒドロキシプロピルセルロース中のヒド
ロキシプロピル基置換モル数が異なる置換体の組成比
が、ヒドロキシプロピル基置換モル数2の置換体とヒド
ロキシプロピル基置換モル数3の置換体の比率の合計が
80mol%以上、好ましくは85mol%以上で、ヒ
ドロキシプロピル基置換モル数3の置換体比率が65m
ol%以上、好ましくは75mol%以上、かつ無置換
体の比率が3mol%以下、好ましくは1.5mol%
以下、ヒドロキシプロピル基置換モル数4の置換体比率
が6mol%以下、好ましくは4mol%以下である。
足する物性が得られない。ヒドロキシプロピル基置換モ
ル数2の置換体とヒドロキシプロピル基置換モル数3の
置換体の比率の合計が80mol%以下であると、溶液
の性質に問題があり、水及び有機溶剤に対する溶解性が
不足する。また、ヒドロキシプロピル基置換モル数3の
置換体比率が65mol%以下であると、水及び有機溶
剤に対する溶解性が不足し、特に水及び有機溶剤に溶解
した際の溶液の透明性が十分得られない。無置換体の比
率が3mol%を超えるものは溶液の性質、特に有機溶
剤に対する溶解性が不足する。また、ヒドロキシプロピ
ル基置換モル数4の置換体比率が6mol%より大きい
場合にはブロッキングを起こし、また熱可塑化温度も低
くなる。
は、例えば以下の手順に従って製造することができる。
第一段階としては、セルロースを水酸化アルカリと処理
してアルカリセルロースを調製する。アルカリセルロー
ス中の水酸化アルカリは、プロピレンオキシドの反応に
対しては触媒として重要な働きをし、またセルロースの
反応性を高め活性化のための役割も持つ。一方、アルカ
リセルロース中の水分は、プロピレンオキシドと反応し
て生成物から除去されなければならない不純物を生じ望
ましくない。したがって、アルカリセルロースとプロピ
レンオキシドとの反応によってヒドロキシプロピルセル
ロースを効果的に得るためには、アルカリセルロースの
調製に際し、アルカリセルロース中の水酸化アルカリ量
と水分量とを目標とする置換度を得るために制御する必
要がある。
おける置換体組成を得る上において、アルカリセルロー
ス中の水酸化アルカリ量と水分量の制御は重要であり、
セルロースに対する重量比で水酸化アルカリ量0.01
〜0.20、好ましくは、0.05〜0.10、水分量
0.1〜2.0、好ましくは0.3〜1.0である。こ
の範囲を外れた場合にあっては、目的とする組成比率の
ものが得られない。水酸化アルカリ量がセルロースに対
する重量比0.01より小さい場合は反応が十分に進行
せず、逆に0.20を超える場合は、ヒドロキシプロピ
ルセルロース中のヒドロキシプロピル基置換モル数4の
置換体比率が6mol%より多くなる傾向を示す。ま
た、セルロースに対する水分量の重量比が0.1より小
さい場合は反応が十分に進行せず、逆に2.0を超える
場合は水がプロピレンオキシドと反応して好ましくない
不純物の生成を増加させてしまい、所定量のヒドロキシ
プロピル基置換度のものが得られない。
原料パルプを水酸化アルカリ水溶液に浸漬後、圧搾して
余剰の水酸化アルカリ水溶液を除き、また必要に応じて
水洗や乾燥によって、上記アルカリセルロースの組成と
する方法が好適である。アルカリセルロースの調製方法
として、他にパルプを有機溶剤等の分散溶媒中で水酸化
アルカリ水溶液と混合する方法、また粉砕されたパルプ
に水酸化アルカリ水溶液を直接噴霧する方法等がある
が、水酸化アルカリ水溶液に浸漬して得られるアルカリ
セルロースに比べて組成が不均一であり、続くエーテル
化反応が均一に進行せず、目的とする置換体組成のヒド
ロキシプロピルセルロースが得られない。
は分子量等特に限定はなく、木材パルプ、綿リンター
等、いずれも使用でき、またシート状のもの、粉砕して
粉末状にしたもの等形状による限定はなくいずれのもの
も使用できる。
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が用いられる
が、水酸化ナトリウムが好適である。また水酸化アルカ
リは水溶液として用いられるがその濃度は、10重量%
以上、好ましくは20〜60重量%で、10重量%より
低い場合はセルロースが十分に膨潤せず次のプロピレン
オキシドとの反応が進行し難くなる。
製造における第二段階では、アルカリセルロースとプロ
ピレンオキシドとを十分に混合して反応させる。温度5
0〜90℃、好ましくは70〜80℃下で、セルロース
に対する重量比で2.0〜3.5のプロピレンオキシド
を、反応系内に少量ずつ連続的に投与する方法で反応を
実施する。
行が極端に遅くなって長時間にわたるため実用的とは言
えず、90℃よりも高温下ではヒドロキシプロピルセル
ロース中ヒドロキシプロピル基置換モル数4の置換体比
率の増加や、プロピレンオキシドが水と反応して生成す
る不純物が増加する等好ましくない。また、90℃を超
える高温では、プロピレンオキシドとの反応が急激に進
むため反応の制御が難しく、異常昇温を起こす等安全上
問題がある。
ない場合は、ヒドロキシプロピルセルロース中の無置換
体の比率が増加し、逆に多い場合はヒドロキシプロピル
基置換モル数4の置換体比率が増加して、所望の置換体
比率のものは得られない。
量ずつ連続的に投与する。プロピレンオキシドの添加速
度は、反応系内のプロピレンオキシドができるだけ一定
量となるよう、エーテル化反応速度に応じて設定され
る。一般に、反応速度は反応温度によって異なり、反応
温度が高い場合には速く、反応温度が低い場合は遅くな
ることから、反応温度に対応する添加速度がある。これ
が速すぎると反応系内のプロピレンオキシド濃度が高く
なって、異常昇温を引き起こすおそれがある。また、遅
い場合に不必要に反応時間が長くなる。反応によって消
費されるプロピレンオキシド量に相当する量を連続的に
添加する方法を実施することによって良好な物性が確保
され、反応を安全にかつ短時間で完結させることができ
る。例えば、前記の好ましい温度条件である70〜80
℃下で実施する場合には、セルロースに対する重量比で
2.0〜3.5のプロピレンキシドを反応系内に、4〜
6時間で連続的に、また添加速度が一定となるように投
与する。これに対して、所定量のプロピレンオキシドを
一度に全量加える方法ではヒドロキシプロピルセルロー
ス中のヒドロキシプロピル基置換モル数4の置換体比率
が増加してしまい好ましくなく、また一度に大量のプロ
ピレンオキシドを反応系に加えることは、反応の暴走を
引き起こす危険性があり、安全上も好ましいものではな
い。
応性が小さい有機溶媒を分散媒体として用いて実施する
ことも可能である。
オキシドと水との反応より生ずる不純物等を含んでいる
が、50℃以上の熱水中で処理することにより容易に精
製され、乾燥後、不純物を含まない純度の高いヒドロキ
シプロピルセルロースとして得られる。
ルセルロースの置換体組成は、既知の方法、例えばCarb
hydro.Res., vol .170,p.207(1987) に記載の方法等に
よって求めることができる。置換体組成の測定方法を例
示すれば、アルカリ存在下ヨードメタン等のメチル化剤
と反応させて遊離の水酸基をメチル化したヒドロキシプ
ロピルセルロースを、トリフルオロ酢酸等により酸分解
した後、還元してソルビトール誘導体とする。無水酢酸
等を用いてアセチル化したものをガスクロマトグラフィ
ーに供すれば、ヒドロキシプロピル基の置換数、置換位
置の異なるものが分離され、それぞれの比率を求めるこ
とができる。
ロピルセルロースは、いずれもMS2〜3で、置換体組
成はヒドロキシプロピル基置換モル数2の置換体とヒド
ロキシプロピル基置換モル数3の置換体の比率の合計が
80mol%以上でヒドロキシプロピル基置換モル数3
の置換体比率が65mol%以上、かつ無置換体の比率
が3mol%以下、ヒドロキシプロピル基置換モル数4
の置換比率が6mol%以下であり、水に完全に溶解
し、またメタノール、エタノール、イソプロパノール、
メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、クロロホルム、
ジクロルメタン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジ
メチルスルフォキシド等多くの有機溶剤に対しても溶解
して、高い透明性を示した。また、本発明を粉砕して粉
末状にしたものや、本発明品を用いてフィルム状に成形
したものは高湿度下においてもブロッキングを起こさな
いことから、安定した製品形態を保つことができるもの
であった。
らに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例又は比
較例の記載に限定されるものではない。
ナトリウム水溶液に室温下で1時間浸漬した。加圧濾過
して余剰の水酸化ナトリウム水溶液を除き、セルロース
に対する重量比が水酸化アルカリ量0.1、水分量0.
5のアルカリセルロースを得た。内部攪拌機を備えたオ
ートクレーブに前記のアルカリセルロース160重量部
を仕込み、70〜80℃の温度下で攪拌しながらプロピ
レンオキシド240重量部を5時間かけて全量添加し
た。さらに同温度を2時間保持して反応を完結させた。
反応物は酢酸で中和後、50〜60℃の温水を用いて洗
浄した。80℃で送風乾燥して無色固体のヒドロキシプ
ロピルセルロース195重量部を得た。Zeisel法により
求めたMSは2.7であった。
部をジメチルスルフォキシド250重量部に溶解した。
この溶液に粉末状の水酸化ナトリウム30重量部を加え
た後攪拌しながらヨウ化メチル100重量部を加え、6
0℃で4時間反応した。反応物を1000重量部の熱水
に注ぎ込んでメチル化ヒドロキシプロピルセルロースを
晶出させた。晶出物を回収して70℃下6時間乾燥し
た。得られたメチル化ヒドロキシプロピルセルロース5
重量部に2mol%トリフルオロ酢酸水溶液300重量
を加えて120℃で3時間処理した後、炭酸バリウムを
用いてpHを7に調整した。これへホウ素水素ナトリウ
ム1.5重量部を加えて室温下1時間攪拌した後、10
0℃で蒸発乾固させた。残った内容物に無水酢酸100
重量部、ピリジン200重量部を加え、120℃で3時
間処理した。冷却後水500重量部を加えたものを、四
塩化炭素50重量部を用いて2回抽出した。四塩化炭素
を蒸発させ残留物をGC(ガスクロマトグラフ)分析に
供した。GC分析上のピーク面積より、各置換体の組成
比率を求めた結果を表1に示した。
びエタノールに溶解してそれぞれ2重量%溶液を調製
し、光電比色計(5E型)を用いてブランク(それぞれ
水、エタノール)に対する可視光線の透過率を測定し
た。
して平均粒径100μmの粉末に、25℃にて相対湿度
75%RH雰囲気下に放置して、平衡吸湿量の測定及び
凝集状態を目視観察した。
をジメチルホルムアミドに溶解し、ガラス板上にキャス
ティングし、100℃で2時間、次いで120℃で2時
間乾燥し、厚さ約50μmのフィルムを作成した。フィ
ルムを3mm×10mm短冊型に裁断して試験片とし、
熱機械的分析機(TMA;セイコー電子社製)を用いて
軟化温度を測定した。以上の測定結果を表1に示した。
0重量部を用い、20重量%水酸化ナトリウム水溶液に
室温下で1時間浸漬した後圧搾して余剰の水酸化ナトリ
ウム水溶液を除き、さらに40℃の温水に浸漬、圧搾し
た後粉砕して調製した、セルロースに対する重量比が水
酸化アルカリ量0.1、水分量0.5の粉末状アルカリ
セルロースを用いる以外は、実施例1の(1)と同様な
方法によって製造を行い、ヒドロキシプロピルセルロー
ス191重量部を得た。MS値は2.7であった。この
ものの置換基組成及び溶液物性、固体物性等を実施例1
と同様の方法で求めた結果を表1に示した。
スとヘキサン500重量部を仕込む以外は、実施例1の
(1)同様な方法によって製造し、ヒドロキシプロピル
セルロース201重量部を得た。MS値は2.8であっ
た。このものの置換基組成及び溶液物性、固体物性等を
実施例1と同様の方法で求めた結果を表1に示した。
重量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液60重量部を噴霧
して得た、セルロースに対する重量比が水酸化アルカリ
量0.1、水分量0.5の粉末状アルカリセルロースを
用いる以外は、実施例1の(1)と同様な方法により製
造を行って、ヒドロキシプロピルセルロース196重量
部を得た。MS値は2.6であった。このものの置換基
組成及び溶液物性、固体物性等を実施例1と同様の方法
で求めた結果を表1に示した。
ースと同時に加え70〜80℃で7時間反応する以外
は、実施例1の(1)と同様な方法により製造を行っ
て、ヒドロキシプロピルセルロース202重量部を得
た。MS値は2.8であった。このものの置換基組成及
び溶液物性、固体物性等を実施例1と同様の方法で求め
た結果を表1に示した。
00℃の温度条件下で実施する以外は、実施例1の
(1)と同様な方法によるヒドロキシプロピルセルロー
スの製造を試みた。途中反応温度が140〜160℃に
上昇したため、プロピレンオキシドの供給を一時停止し
たが、反応温度100℃に制御するのは困難であった。
得られた195重量部のヒドロキシプロピルセルロース
のMS値は2.6であった。このものの置換基組成及び
溶液物性、固体物性等を実施例1と同様の方法で求めた
結果を表1に示した。
0℃の温度条件下で実施する以外は、実施例1の(1)
と同様な方法によるヒドロキシプロピルセルロースの製
造を試みた。得られた195重量部のヒドロキシプロピ
ルセルロースのMS値は1.5であった。このものの置
換基組成及び溶液物性、固体物性等を実施例1と同様の
方法で求めた結果を表1に示した。
5980SERIES IIガスクロマトグラフ カラム:5% フェニルメチルシリコーン 0.2mmφ×25m サンプル:1μ1 インジェクターとデテクターの温度:250℃ オーヴン温度:170℃から300 ℃まで昇温(昇温速度:2.5
℃/分) 3) 粘度:ウベローデ粘度計(20℃) 透光度:光電比色計 5E型、20mmセル、可視光線(20
℃) 4) 75%RH,25℃ 目視により5段階評価 1:粉末状、2:一部ブロック化、3:半分程度ブロッ
ク化、4:大部分ブロック化、5:完全ブロック化(凝
集) 熱機械的分析機:TMA(セイコー電子社製)、昇温速度
10℃/min
ロピルセルロースは、従来のヒドロキシプロピルセルロ
ースに比較してヒドロキシプロピル基置換モル数の異な
る置換体の組成比率が制御されたもので、特に無置換体
及びヒドロキシプロピル基置換モル数4以上の高置換体
の比率を低下させることによって、溶液の性質に優れか
つブロッキングを起こさず安定した製品を提供すること
ができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 アルカリセルロースにプロピレンオキシ
ドを反応させて得られるヒドロキシプロピルセルロース
において、無水グルコース単位当りのヒドロキシプロピ
ル基の平均置換モル数が2〜3のものであって、当該ヒ
ドロキシプロピルセルロース中のヒドロキシプロピル基
置換モル数2の置換体とヒドロキシプロピル基置換モル
数3の置換体の合計の比率が80mol%以上でヒドロ
キシプロピル基置換モル数3の置換体比率が65mol
%以上、かつ無置換体の比率が3mol%以下、ヒドロ
キシプロピル基置換モル数4の置換体比率が6mol%
以下であるヒドロキシプロピルセルロース。 - 【請求項2】 原料パルプを10〜60重量%濃度の水
酸化アルカリ水溶液に浸漬した後圧搾して余剰の水酸化
アルカリ水溶液を除去して得られる、セルロースに対す
る重量比で水酸化アルカリ量0.01〜0.20、水分
量0.1〜2.0の範囲のアルカリセルロースを用い
て、温度50〜90℃下でセルロースに対する重量比で
2.0〜3.5のプロピレンオキシドを、反応系内に少
量ずつ連続的に投与する方法で反応することを特徴とす
る請求項1のヒドロキシプロピルセルロースの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01137896A JP3996653B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロース |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01137896A JP3996653B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロース |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09202801A true JPH09202801A (ja) | 1997-08-05 |
| JP3996653B2 JP3996653B2 (ja) | 2007-10-24 |
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ID=11776359
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01137896A Expired - Lifetime JP3996653B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 置換度分布が制御されたヒドロキシプロピルセルロース |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3996653B2 (ja) |
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