JPH09208601A - カルボキシメチルセルロースエーテルアルカリ塩の製法 - Google Patents

カルボキシメチルセルロースエーテルアルカリ塩の製法

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JPH09208601A
JPH09208601A JP1974896A JP1974896A JPH09208601A JP H09208601 A JPH09208601 A JP H09208601A JP 1974896 A JP1974896 A JP 1974896A JP 1974896 A JP1974896 A JP 1974896A JP H09208601 A JPH09208601 A JP H09208601A
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water
alkali
cmc
organic solvent
etherifying agent
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JP1974896A
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Takayuki Sasaki
孝行 佐々木
Masakatsu Hondo
正勝 本藤
Shinji Miura
眞司 三浦
Kazutoshi Kinoshita
和俊 木下
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
Original Assignee
Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 乾燥条件の影響を受け難いと共に各種の品質
にも優れるCMCの製法を提供することに在る。 【解決手段】 含水有機溶媒中でセルロース質原料をエ
ーテル化することにより得られるカルボキシメチルセル
ロースエーテルアルカリ塩の製造において、有機溶媒と
水との重量比が80:20〜93:7である含水有機溶
媒中で使用アルカリの総モル数A1とエーテル化剤の中
和に消費されるアルカリのモル数A2とが使用エーテル
化剤のモル数Eとの間で次式を満たすことを特徴とする
カルボキシメチルセルロースエーテルアルカリ塩の製
法。 0.85≦(A1−A2)/E<1. 00

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はカルボキシメチルセ
ルロースエーテルアルカリ塩(以下、CMCと略す)の
製法に関する。さらに詳しくは、反応生成物を乾燥する
際の乾燥条件の影響を受け難く各種の品質に優れるCM
Cの製法に関する。
【0002】
【従来の技術】CMCは木材パルプ、リンターパルプな
どのセルロース質原料に水酸化アルカリなどの存在化モ
ノクロル酢酸などを作用させた後、中和、精製、乾燥、
粉砕などの後工程を経て得られるセルロースエーテルで
あり、水溶性高分子電解質として増粘剤、分散剤、保護
コロイド剤、接着剤、石油ボーリング用泥水調整剤、養
魚飼料用粘結剤、捺染糊などとして広く一般に使用され
ている。
【0003】CMCの製造方法は、反応媒体として水を
使用する水媒法と有機溶媒を使用する溶媒法とに大別さ
れる。溶媒法は水媒法に比べ少量のアルカリ量でアルカ
リセルロースを得ることができる。またエーテル化反応
が比較的短時間で達成され、エーテル化剤の有効利用率
が高く、少量のエーテル化剤の使用で済むなどのメリッ
トをもたらすので、工業的に広く実用化されている。
【0004】溶媒法に属する製法としては、特公昭60
−42241号公報、特公昭63−55523号公報、
特開平3−210301号公報などに記載の方法が挙げ
られる。
【0005】特公昭60−42241号公報に記載の方
法は、含水有機溶媒中でCMCを製造するに際し、エー
テル化剤の中和に使用されるアルカリ量を差し引いたア
ルカリ量がエーテル化剤1モルに対して0.10〜0.
90モルとなるようなエーテル化剤過剰の系でエーテル
化反応を開始し、その後、残りの0.90〜0.10モ
ル以上のアルカリを分割添加して反応を完了させ、過剰
のアルカリを酢酸で中和、精製して、80〜100℃で
乾燥することにより均一な置換基分布を有するCMCを
エーテル化剤の有効利用率を上げて製造する方法であ
る。
【0006】また、特公昭63−55523号公報に記
載の方法は、含水有機溶媒中でCMCを製造するに際
し、エーテル化剤の添加に先立ちエーテル化剤の一部を
水酸化アルカリで中和したものを使用してエーテル化を
実施、完了させ、過剰のアルカリを酢酸で中和、精製し
て、乾燥することによりDSが均一なCMCを製造する
方法である。
【0007】さらに、特開平3−210301号公報に
記載の方法は、含水有機溶媒中でCMCを製造するに際
し、モノクロル酢酸と等量の水酸化アルカリをモノクロ
ル酢酸に加えて調製したモノクロル酢酸アルカリ金属塩
の含水有機溶媒液を添加した後、さらに水酸化アルカリ
を固形状態で添加してエーテル化を実施、完了させ、過
剰のアルカリを酢酸で中和、精製して、乾燥することに
より高いDSで高粘度のCMCを製造する方法である。
【0008】しかしながら、このような従来の溶媒法に
属する製法では全て、酢酸などによる中和が必要であっ
たので、得られるCMCのカルボキシル基の一部は酸型
とならざるをえなかった。したがって、その後の乾燥工
程で酸型カルボキシル基(Cell−O−CH2 −CO
OH)は高温で加熱されるとCMCの分子鎖中の未置換
の水酸基(Cell−OH)と分子内および隣接分子の
水酸基とエーテル結合(Cell−O−CH2 −COO
−Cell)により架橋構造が導入されるので、乾燥条
件によってはCMC水溶液の透明度や耐塩水性などの品
質は大きく低下した。
【0009】故に、従来の製法から得られるCMCは、
透明度や耐塩水性などの品質の低下を抑え得る程度にま
で乾燥温度を下げて、即ち乾燥時間を延ばすなどの対応
を実施しなければ良品質なCMCは得られなかったの
で、生産性の低下を招いていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は乾燥条件の影
響を受け難いと共に各種の品質にも優れるCMCの製法
を提供することに在る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、含水有機
溶媒中でセルロース質原料をエーテル化することにより
得られるカルボキシメチルセルロースエーテルアルカリ
塩の製造において、有機溶媒と水との重量比が80:2
0〜93:7である含水有機溶媒中で使用アルカリの総
モル数A1とエーテル化剤の中和に消費されるアルカリ
のモル数A2とが使用エーテル化剤のモル数Eとの間で
関係式0.85≦(A1−A2)/E<1. 00を満た
す製法により、乾燥条件の影響を受け難く各種の品質に
も優れるCMCの製造を達成できることを見いだした。
【0012】セルロース質原料とは、通常CMCの製造
に使用されているリンターパルプ、木材パルプなどであ
ればいずれも使用することができ、特に限定はされな
い。
【0013】含水有機溶媒とは、セルロース質原料をエ
ーテル化するためにCMCの製造に通常使用されている
ものであれば、特に限定されない。具体的には、例えば
メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルア
ルコール、イソプロピルアルコール(IPA)、ブチル
アルコール類などのアルコール類、アセトン、メチルエ
チルケトンなどのケトン類などの親水性有機溶媒、或い
はこれらにベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素類
を混合したものの少なくとも1種と水との混合物が挙げ
られるが、本製法では中でも現在溶媒法CMCの製造に
最も一般に使用されているイソプロピルアルコールとメ
チルアルコールと水との混合物が好ましい。イソプロピ
ルアルコールとメチルアルコールの重量比は80:20
〜98:2の範囲からCMCの要求品質に応じて適宜選
択すればよい。
【0014】アルカリとは、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウムなどを使
用し得るが、経済的な理由から水酸化ナトリウムが好ま
しい。
【0015】エーテル化剤とは、モノクロル酢酸あるい
はその一部中和物、モノクロル酢酸ナトリウムなどが使
用可能である。
【0016】本発明で有機溶媒と水との重量比が80:
20〜93:7である含水有機溶媒中で、使用アルカリ
の総モル数A1とエーテル化剤の中和に消費されるアル
カリのモル数A2とが使用エーテル化剤のモル数Eとの
間で関係式0.85≦(A1−A2)/E<1.00を
満たすことが必要であるとしたのは、有機溶媒が80重
量%未満で水が20重量%超あるいは有機溶媒が93重
量%超で水が7重量%未満ではいずれも本発明で限定す
るアルカリとエーテル化剤の関係式を満たしてもCMC
水溶液の透明度や耐塩水性などの品質が低下すると共に
エーテル化剤の有効利用率も低下するなど経済的にも不
利となるため好ましくない。
【0017】また、有機溶媒と水との重量が80:20
〜93:7である含水有機溶媒中でもアルカリとエーテ
ル化剤の関係式が(A1−A2)/E<0.85ではC
MC水溶液の透明度が低下すると共にエーテル化剤の有
効利用率が低下するなど経済的にも不利となるため好ま
しくない。(A1−A2)/E≧1.00では中和によ
りCMCの一部のカルボキシメチル基が酸型となり、さ
らに乾燥工程で熱架橋してCMC水溶液の透明度や耐塩
水性を低下させたり熱架橋を抑制する程に乾燥条件を甘
くすると乾燥時間が遅延化して生産性の低下を招くなど
いずれも好ましくない。
【0018】本願発明において、最も好ましい含水有機
溶媒の有機溶媒と水との重量比は、85:15〜93:
7の範囲である。また、本願発明で使用されるアルカリ
とエーテル化剤の量は、関係式(1)が0.92〜0.
98の範囲にあることが最適である。
【0019】本発明はアルカリやエーテル化剤の添加方
法には関係なく適用される。従って、使用アルカリの全
量をエーテル化剤添加の前に全量添加する方法や使用ア
ルカリをエーテル化剤添加の前後に分割して添加する方
法あるいは使用アルカリの全量をエーテル化剤添加の後
に添加する方法さらには使用アルカリの全量とエーテル
化剤を同時に添加する方法などいずれの添加方法にも好
適に適用される。
【0020】本発明では、酢酸など酸による中和は必要
なく、CMCの製造において広く一般に実施されている
含水メチルアルコールなどで反応完了後のCMCを精製
して食塩などの副生物を除去した後、乾燥すればよい。
尚、本発明の反応完了後のCMCはアルカリ性を示すの
で、極々少量の酢酸などを用いてpH調整することは何
等差し支えない。
【0021】以上のように、本発明は、従来の技術では
生成CMCの溶解性を著しく低下させるとされてきたア
ルカリとエーテル化剤のモル比〔使用アルカリの総モル
数A1、エーテル化剤の中和に消費されるアルカリのモ
ル数A2、使用エーテル化剤のモル数Eとした場合のモ
ル比=(A1−A2)/E〕が1.00未満の領域であ
っても、極めて限定されたモル比と特定な有機溶媒と水
との重量比を組み合わせることによりのみ達成される技
術である。
【0022】尚、本発明で使用するCMCの品質および
エーテル化剤の有効利用率の測定方法および評価方法は
次の通りである。
【0023】(1)DS(置換度) CMC(無水物)1.0gを精秤し、白金皿に入れて5
50〜600℃で灰化し、灰化によって生成した酸化ナ
トリウムを0.1N硫酸でフェノールフタレインを指示
薬として滴定し、その滴定量Amlを次式で計算しDS
(mol/c6) を求める。 DS={162×A×f}/{10000−80×A×
f} (式中、fは0.1N硫酸の力価)
【0024】(2)粘度 CMC(無水物)10gを精秤し、1000mlビーカ
ーに入れ、純水990gを加え、トライアングル撹拌棒
を用いて撹拌、溶解し25±0.2℃に液温を調整して
BM型粘度計(東京計器社製)を用いて、回転数30r
pmで3分間回転させた後の粘度を読みとる。
【0025】(3)透明度 一定光源下でのCMC1%水溶液の透明性を管底φ30
mmの液柱の高さで表したものを透明度とする。透明度
の数値は大きいほど優れるとして評価した。
【0026】(4)耐塩水性 CMC(無水物)10gを精秤し、1000mlビーカ
ーに入れ、4%食塩水990gを加え、トライアングル
撹拌棒を用いて撹拌、溶解し25±0.2℃に液温を調
整してBM型粘度計(東京計器社製)を用いて、回転数
30rpmで3分間回転させた後の粘度を読みとる。耐
塩水性は前記(1)粘度の数値を使用して、次式から求
める。耐塩水性はその数値が大きいほど優れるとして評
価した。 耐塩水性=(4%食塩水中でのCMC1%粘度)/(純水中
でのCMC1%粘度)
【0027】(5)エーテル化剤の有効利用率 使用エーテル化剤の対グルコース単位当たりのモル数
(mol/c6 ) とDS(mol/c6 )を使用して、
次式から求める。 エーテル化剤の有効利用率(%)=(DS/エーテル化剤の
モル数)×100%
【0028】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例により示すが本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
【0029】
【実施例】
実施例1 容量5Lの2軸ニーダにIPA1604gとメチルアル
コール139gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
125.2gを水178gに溶解したものを投入した。
温度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ
(商品名:Buckeye HVE 、Buckeye Cellulous Corporat
ion 製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら6
0分間撹拌、混合した。次いで、モノクロル酢酸15
1.7gをIPA214gと水22gの混合液に溶解し
たものを加え、30分間撹拌、混合した後、70℃に昇
温してこの温度を60分保った。その後冷却して、反応
物を65%メチルアルコール10Lで2回精製し、脱液
した後、送風乾燥機(型式:SPS−12、タバイエス
ペック株式会社製)で90℃で1時間と140℃で1時
間各々乾燥して、乾燥条件の異なる2種類のCMCを得
た。
【0030】実施例2 容量5Lの2軸ニーダにIPA1515gとメチルアル
コール132gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
119.7gを水153gに溶解したものを投入した。
温度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ
(商品名:Buckeye HVE 、Buckeye Cellulous Corporat
ion 製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら6
0分間撹拌、混合して、モノクロル酢酸262.5gを
IPA373gと水35gの混合液に溶解したものを加
え、さらに60分間撹拌、混合した。次いで、水酸化ナ
トリウム97.0gを固形状態で添加して60分間撹
拌、混合した後、70℃に昇温してこの温度を60分保
った。その後冷却して、反応物を75%メチルアルコー
ル13Lで2回精製し、脱液した後、送風乾燥機(型
式:SPS−12、タバイエスペック株式会社製)で9
0℃で1時間と140℃で1時間各々乾燥して、乾燥条
件の異なる2種類のCMCを得た。
【0031】実施例3 容量5Lの2軸ニーダにIPA803gとメチルアルコ
ール70gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム7
7.1を水119gに溶解したものを投入した。温度を
30℃に保ちながら水分7%の木材パルプ(商品名:N
−DPS、日本製紙社製)215gを仕込んだ。この温
度を保ちながら60分間撹拌、混合した。次いで、モノ
クロル酢酸93.3gをIPA128gと水17gの混
合液に溶解したものを加え、30分間撹拌、混合した
後、70℃に昇温してこの温度を60分保った。その後
冷却して、反応物を65%メチルアルコール10Lで2
回精製し、脱液した後、送風乾燥機(型式:SPS−1
2、タバイエスペック株式会社製)で90℃で1時間と
140℃で1時間各々乾燥して、乾燥条件の異なる2種
類のCMCを得た。
【0032】比較例1 容量5Lの2軸ニーダにIPA1604gとメチルアル
コール139gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
134.0gを水178gに溶解したものを投入した。
温度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ
(商品名:Buckeye HVE 、Buckeye Cellulous Corporat
ion 製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら6
0分間撹拌、混合した。次いで、モノクロル酢酸15
1.7gをIPA214gと水22gの混合液に溶解し
たものを加え、30分間撹拌、混合した後、70℃に昇
温してこの温度を60分保った。その後冷却して、反応
物を酢酸で中和して、65%メチルアルコール10Lで
2回精製し、脱液した後、送風乾燥機(型式:SPS−
12、タバイエスペック株式会社製)で90℃で1時間
と140℃で1時間各々乾燥して、乾燥条件の異なる2
種類のCMCを得た。
【0033】比較例2 容量5Lの2軸ニーダにIPA1604gとメチルアル
コール139gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
117.5gを水178gに溶解したものを投入した。
温度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ
(商品名:Buckeye HVE 、Buckeye Cellulous Corporat
ion 製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら6
0分間撹拌、混合した。次いで、モノクロル酢酸15
1.7gをIPA214gと水22gの混合液に溶解し
たものを加え、30分間撹拌、混合した後、70℃に昇
温してこの温度を60分保った。その後冷却して、反応
物を65%メチルアルコール10Lで2回精製し、脱液
した後、送風乾燥機(型式:SPS−12、タバイエス
ペック株式会社製)で90℃で1時間と140℃で1時
間各々乾燥して、乾燥条件の異なる2種類のCMCを得
た。
【0034】比較例3 容量5Lの2軸ニーダにIPA618gとメチルアルコ
ール54gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム12
5.2を水178gに溶解したものを投入した。温度を
30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ(商品
名:Buckeye HVE、Buckeye Cellulous Corporation
製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら60分
間撹拌、混合した。次いで、モノクロル酢酸151.7
gをIPA214gと水22gの混合液に溶解したもの
を加え、30分間撹拌、混合した後、70℃に昇温して
この温度を60分保った。その後冷却して、反応物を6
5%メチルアルコール10Lで2回精製し、脱液した
後、送風乾燥機(型式:SPS−12、タバイエスペッ
ク株式会社製)で90℃で1時間と140℃で1時間各
々乾燥して、乾燥条件の異なる2種類のCMCを得た。
【0035】比較例4 容量5Lの2軸ニーダにIPA2576gとメチルアル
コール224gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
125.2を水178gに溶解したものを投入した。温
度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ(商
品名:BuckeyeHVE 、Buckeye Cellulous Corporation
製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら60分
間撹拌、混合した。次いで、モノクロル酢酸151.7
gをIPA214gと水22gの混合液に溶解したもの
を加え、30分間撹拌、混合した後、70℃に昇温して
この温度を60分保った。その後冷却して、反応物を6
5%メチルアルコール10Lで2回精製し、脱液した
後、送風乾燥機(型式:SPS−12、タバイエスペッ
ク株式会社製)で90℃で1時間と140℃で1時間各
々乾燥して、乾燥条件の異なる2種類のCMCを得た。
【0036】比較例5 容量5Lの2軸ニーダにIPA1700gとメチルアル
コール148gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム
134.1gを水172gに溶解したものを投入した。
温度を30℃に保ちながら水分7%のリンターパルプ
(商品名:Buckeye HVE 、Buckeye Cellulous Corporat
ion 製)215gを仕込んだ。この温度を保ちながら6
0分間撹拌、混合して、モノクロル酢酸262.5gを
IPA373gと水35gの混合液に溶解したものを加
え、さらに60分間撹拌、混合した。次いで、水酸化ナ
トリウム97.0gを固形状態で添加して60分間撹
拌、混合した後、70℃に昇温してこの温度を60分保
った。その後冷却して、反応物を75%メチルアルコー
ル13Lで2回精製し、脱液した後、送風乾燥機(型
式:SPS−12、タバイエスペック株式会社製)で9
0℃で1時間と140℃で1時間各々乾燥して、乾燥条
件の異なる2種類のCMCを得た。
【0037】比較例6 容量5Lの2軸ニーダにIPA857gとメチルアルコ
ール74gを投入した。次いで、水酸化ナトリウム8
2.1gを水127gに溶解したものを投入した。温度
を30℃に保ちながら水分7%の木材パルプ(商品名:
N−DPS、日本製紙社製)215gを仕込んだ。この
温度を保ちながら60分間撹拌、混合した。次いで、モ
ノクロル酢酸93.1gをIPA128gと水17gの
混合液に溶解したものを加え、30分間撹拌、混合した
後、70℃に昇温してこの温度を60分保った。その後
冷却して、反応物を酢酸で中和して、65%メチルアル
コール10Lで2回精製し、脱液した後、送風乾燥機
(型式:SPS−12、タバイエスペック株式会社製)
で90℃で1時間と140℃で1時間各々乾燥して、乾
燥条件の異なる2種類のCMCを得た。
【0038】以上の実施例1〜3及び比較例1〜6の反
応条件から得られたCMCの品質を表1に示した。実施
例1〜3は本発明の製法に従って得られたCMCであ
る。乾燥温度に関わらず、透明度、耐塩水性などの品質
に優れ、且つエーテル化剤の有効利用率も良好であっ
た。
【0039】一方、比較例1、5および6は本発明の製
法で限定するアルカリとエーテル化剤との関係式は満た
さず(A1−A2)/Eは1.00以上であった。乾燥
温度を高くすると透明度、耐塩水性などの品質は大きく
劣った。
【0040】また、比較例2は本発明の製法で限定する
アルカリとエーテル化剤との関係式は満たさず(A1−
A2)/Eは0.85未満であった。乾燥温度に拘わら
ず、透明度は大きく劣り、エーテル化剤の有効利用率も
劣った。
【0041】比較例3は本発明の製法で限定する溶媒と
水の重量比を満たさず、溶媒は80重量%未満で水は2
0重量%超であった。乾燥温度に拘わらず、透明度、耐
塩水性などの品質は劣り、またエーテル化剤の有効利用
率も劣った。
【0042】比較例4は本発明の製法で限定する溶媒と
水の重量比を満たさず、溶媒は93重量%超で水は7重
量%未満であった。乾燥温度に拘わらず、透明度、耐塩
水性などの品質は劣った。
【0043】
【表1】
【0044】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の製法に従え
ば、従来の製法で得られるCMCでは透明度や耐塩水性
などの品質が大きく劣る乾燥条件でも、透明度や耐塩水
性に優れるCMCが得られることが判明した。
【0045】従って、従来の製法では透明度や耐塩水性
などの品質の劣化を抑え得る程度にまで乾燥温度を下げ
て乾燥時間を延ばすなどの対応が必要であったが本製法
ではその必要ないので、生産性は大きく向上すると共に
水酸化ナトリウムや酢酸などの使用量の削減にも寄与す
るなど、工業的に得られる利益は大きいことが判明し、
本発明を完成した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 和俊 島根県江津市江津町1280 日本製紙株式会 社江津工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 含水有機溶媒中でセルロース質原料をエ
    ーテル化することにより得られるカルボキシメチルセル
    ロースエーテルアルカリ塩の製造において、有機溶媒と
    水との重量比が80:20〜93:7である含水有機溶
    媒中で使用アルカリの総モル数A1とエーテル化剤の中
    和に消費されるアルカリのモル数A2とが使用エーテル
    化剤のモル数Eとの間で次式を満たすことを特徴とする
    カルボキシメチルセルロースエーテルアルカリ塩の製
    法。 0.85≦(A1−A2)/E<1. 00・・・(1)
  2. 【請求項2】 (1)式の値が0.92〜0.98であ
    る請求項1記載のカルボキシメチルセルロースエーテル
    アルカリ塩の製法。
  3. 【請求項3】 有機溶媒と水との重量比が85:15〜
    93:7である請求項1又は2記載のカルボキシメチル
    セルロースエーテルアルカリ塩の製法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001114801A (ja) * 1999-10-19 2001-04-24 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 耐塩水性に優れたカルボキシメチルセルロースアルカリ金属塩の製造法
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JP2014011077A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Toyota Motor Corp 非水電解質二次電池の製造方法および非水電解質二次電池

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