JPH09227601A - スルホン酸基含有セルロース誘導体の製造法 - Google Patents

スルホン酸基含有セルロース誘導体の製造法

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JPH09227601A
JPH09227601A JP3588196A JP3588196A JPH09227601A JP H09227601 A JPH09227601 A JP H09227601A JP 3588196 A JP3588196 A JP 3588196A JP 3588196 A JP3588196 A JP 3588196A JP H09227601 A JPH09227601 A JP H09227601A
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JP
Japan
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cellulose
sulfonic acid
acid group
cellulose derivative
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JP3588196A
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Soji Tanioka
荘治 谷岡
Ikuo Fukui
育生 福井
Yoshiro Onda
吉朗 恩田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応効率および反応の均一性に優れ、しかも
低コストでかつ工業的規模での生産が可能なスルホン酸
基含有セルロース誘導体の製造法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明はセルロース類をアルカリ物質の
存在下、下記一般式で表される共役ジエンのスルホン化
物と反応させるスルホン酸基含有セルロース誘導体の製
造法を提供するものである。 【化1】 (式中R1 〜R6 は、−SO3 X、炭素数1〜8のアル
キル基または水素原子であり、かつR1 〜R6 の少なく
とも一つは−SO3 Xである。ここでXは水素原子、ア
ルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム
基を示す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスルホン酸基含有セ
ルロース誘導体の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】メチルセルロース、ヒドロキシプロピル
メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等で代
表される水溶性セルロースエーテルは、優れた増粘性、
保護コロイド性、界面活性、皮膜形成性を有しており、
様々な工業分野で使用されている。しかし、これらの水
溶性セルロースエーテルはそれぞれ一長一短があり、そ
の改善が期待されている。たとえば、カルボキシメチル
セルロースは比較的安価なセルロースエーテルであり、
繊維糊剤、製紙用サイジング剤、食品用増粘剤として多
用されているが、分子内に弱酸塩基であるカルボン酸ナ
トリウム塩基(−COONa)を含んでいるため、酸あ
るいは多価金属イオンの存在下では不溶化あるいはゲル
化等の現象を生じ、実際に使用できる用途分野には制限
がある。一方、メチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロースは、代表的なノニオン性のセルロースエーテ
ルであり、カルボキシメチルセルロースで見られるよう
な酸あるいは多価金属イオンの存在下での不溶化、ゲル
化は起こりにくい。しかし、水溶液を一定以上の高温に
放置しておくとゲル状に変化するといういわゆる熱ゲル
化現象を起こす。従って、これらのセルロースエーテル
を含む製品の製造工程において高温雰囲気下におかれる
工程があれば、これらのセルロースエーテルがゲル化
し、十分にその性能を発揮し得ない場合が生じる。
【0003】一方、このような水溶性セルロースエーテ
ルの課題を解決するためスルホン酸基あるいはその金属
塩基をセルロース分子に導入しようとする試みがなされ
ている。スルホン酸はカルボン酸とは異なり強酸である
ため、スルホン酸基あるいはその金属塩基を含むセルロ
ース誘導体は酸あるいは多価金属イオンの存在下でも不
溶化あるいはゲル化することがなく、また熱ゲル化性を
示さないという特長を有しておりかなり広範な工学分野
での応用が期待できる。
【0004】スルホン酸基含有セルロース誘導体として
は、これまでスルホエチルセルロース、スルホエチルヒ
ドロキシプロピルセルロース、スルホエチルカルボキシ
メチルセルロース等のスルホエチルセルロースエーテ
ル、スルホプロピルセルロース、スルホプロピルメチル
セルロース等のスルホプロピルセルロースエーテルが知
られている。これらのセルロース誘導体は、セルロース
あるいはカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロ
ピルセルロース、メチルセルロース等のセルロースエー
テルに、ビニルスルホン酸あるいはその金属塩、β−ク
ロロエタンスルホン酸あるいはその金属塩、プロパンサ
ルトン等のスルホアルキル化剤と反応させて製造するこ
とができる。しかし、これらのスルホアルキル化剤のう
ちビニルスルホン酸あるいはその金属塩は、単独では不
安定であるため一般に30〜40%の水溶液として販売
されている。従って、スルホエチル化反応の際の重要な
要素である反応系中の水分を自由に制御できず反応の効
率あるいは均一性を高めることができない。また、β−
クロロエタンスルホン酸あるいはその塩は、現状では市
販されていない上、これを合成しようとしても生産性が
極めて悪く、事実上工業的製造原料としては使用するこ
とが困難である。プロパンサルトンは市販されている
が、価格が極めて高く、これをスルホアルキル化剤とし
て使用しても製品の製造コストが高くなり工業的に実施
することは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術の問題点を背景にしてなされたもので反応効率お
よび反応の均一性に優れ、しかも低コストでかつ工業的
規模での生産が可能なスルホン酸基含有セルロース誘導
体の製造法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はセルロース類を
アルカリ物質の存在下、下記一般式(1)で表される共
役ジエンのスルホン化物と反応させるスルホン酸基含有
セルロース誘導体の製造法を提供するものである。
【化2】 (式中R1 〜R6 は、−SO3 X、炭素数1〜8のアル
キル基または水素原子であり、かつR1 〜R6 の少なく
とも一つは−SO3 Xである。ここでXは水素原子、ア
ルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム
基を示す。)
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で用いるセルロース類と
は、セルロースあるいはセルロースを原料としたセルロ
ース誘導体をいう。セルロースとしては、具体的には、
セルロースを高純度に含む木材由来のウッドパルプある
いは綿花由来のリンターパルプを使用することができ
る。また、セルロース誘導体としては、セルロース分子
中の水酸基の一部の水素原子を種々の置換基により置換
したものを使用することができ、アルキルセルロース、
ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルア
ルキルセルロース、カルボキシアルキルセルロース等を
例示することができる。アルキルセルロースとしては、
メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシアル
キルセルロースとしては、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシアルキル
アルキルセルロースとしては、ヒドロキシプロピルメチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒ
ドロキシエチルエチルセルロース、カルボキシアルキル
セルロースとしては、カルボキシメチルセルロースが挙
げられる。
【0008】本発明で用いる共役ジエンのスルホン化物
は、特開平1−263103号の方法に従い共役ジエン
と三酸化イオウとの反応により、極めて容易に製造する
ことができるものである。たとえば、2−メチル−1,
3−ブタンジエンスルホン酸、1,3−ブタンジエンス
ルホン酸、2−エチル−1,3−ブタンジエンスルホン
酸、2,3−ジメチル−1,3−ブタンジエンスルホン
酸、2−ブチル−1,3−ブタンジエンスルホン酸、2
−ヘキシル−1,3−ブタンジエンスルホン酸、2−メ
チル−1,3−ブタンジエン−2−スルホン酸、4−メ
チル−1,3−ブタンジエン−2−スルホン酸、あるい
はそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、ある
いはアンモニウム塩等を挙げることができる。
【0009】セルロース類をアルカリ存在下、共役ジエ
ンのスルホン化物と反応させる方法に特に制限はない
が、一般に粉末状のセルロース類を親水性溶媒に分散さ
せた後、アルカリ物質の水溶液を添加し混合してアルカ
リセルロースとした後、共役ジエンのスルホン化物を添
加し、所定温度に昇温させて反応させる。反応終了後、
生成したスルホン酸基含有セルロース誘導体と溶媒とを
分離した後、生成物を洗浄、乾燥すればよい。
【0010】本発明で用いるアルカリ物質としては、た
とえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナト
リウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属化合物、水酸化
カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属
水酸化物等を用いることができる。このうち、特に水酸
化ナトリウムが好適に使用できる。
【0011】本発明で用いる親水性溶媒としては、メタ
ノール、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコ
ール類、アセトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等
を例示することができ、これらの溶媒を単独で用いまた
は併用することができる。
【0012】本発明で用いる共役ジエンのスルホン化物
の添加量は所望するスルホン酸変性度により任意に選択
されるが、原料であるセルロースあるいはセルロース誘
導体の無水グルコース単位当たりモル比0.1倍〜10
倍であることが好ましい。0.1倍未満であると水溶性
とならず、10倍をこえてもコストアップに見合うだけ
の性能がでない。反応に際しての水の添加量は、原料で
あるセルロースあるいはセルロース誘導体の無水グルコ
ース単位当たり、モル比2〜80倍であり、好ましくは
無水グルコース単位当たりモル比5〜40倍である。2
倍未満であるとアルカリセルロースが不均一となり均一
な反応が起こらず、80倍をこえるとスルホン化物の反
応効率が低下する。本発明で用いるアルカリ物質の添加
量は、原料であるセルロースあるいはセルロース誘導体
の無水グルコース単位当たり、モル比0.01〜10倍
である。0.01倍未満であると反応速度が遅くなり、
10倍をこえると生成物の加水分解が進み高粘度品が製
造できない。反応温度については、40℃〜溶媒の沸点
である。40℃未満であると反応速度が遅くなり、沸点
をこえると耐圧反応器が必要となるが、それに見合うメ
リットがでない。
【0013】なお、セルロース類を共役ジエンのスルホ
ン化物と反応させる際に、メチルクロライド、エチルク
ロライド、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイ
ド、モノクロロ酢酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナト
リウム等、従来から知られているエーテル化剤を必要に
応じて添加し、反応させることも可能である。
【0014】セルロース類が共役ジエンのスルホン化物
と反応する様式は、いわゆる1,2−マイケル付加反応
あるいは1,4−マイケル付加反応である。たとえば、
前述の共役ジエンのスルホン化物でR1 が−SO3 Xの
場合には、次のようなスルホン酸基含有セルロース誘導
体が生成する。
【化3】 (式中Cell−OHは、セルロース類を示す。)
【0015】なお、この場合、生成するスルホン酸基含
有セルロース誘導体にエチレン性不飽和結合が含まれて
いるので、反応条件によっては、このエチレン性不飽和
結合が介在した架橋反応等が起こる可能性がある。本発
明は、このような生成物の二次的反応をも含むものであ
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例1〜2、比較例1によ
り説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。 実施例1 攪拌装置および冷却管を備えた反応器中で、リンターパ
ルプ粉末(無水グルコース単位当たりの分子量:16
2)20.8gを200gのイソプロピルアルコールに
分散させた後、30.8%の水酸化ナトリウム水溶液3
0gを加えて15分間攪拌し、アルカリセルロース分散
液を得た。次に、この分散液を加熱してイソプロピルア
ルコールを還流(還流温度82〜84℃)させながら、
2−メチル−1,3−ブタンジエンスルホン酸ナトリウ
ム(分子量:170)17.5g(0.103モル)を
加え、攪拌しながら2時間反応させた。系内の水酸化ナ
トリウムを酢酸で中和し反応物を濾過し、濾過残さを7
0%含水メタノールで2回洗浄し、さらにメタノールで
1回洗浄した後、乾燥し生成物30gを得た。このよう
にして製造したスルホン酸変性セルロース誘導体につい
て、下記方法を用いてエーテル化度(セルロースの無水
グルコース単位当たりの平均のスルホン酸ナトリウム塩
の含有モル数)を測定したところ、その数値は、0.4
8(反応効率60%)であり、また、その水溶液は透明
であった。
【0017】(エーテル化度)試料5gを80%含水メ
タノール100gで4回洗浄したものについて、炎光分
析法によりNa含有量を測定し、次の計算式により、エ
ーテル化度を求めた。 エーテル化度=162A/(2300−170A) A:Na重量%
【0018】実施例2 攪拌装置および冷却管を備えた反応器中でヒドロキシプ
ロピルメチルセルロース(信越化学工業社製メトローズ
60SH−4000、メトキシ基置換モル数1.88、
ヒドロキシプロポキシル基置換モル数0.23、無水グ
ルコース単位当たりの分子量:202)粉末26gを使
用する以外は、実施例1と同様にして反応および精製を
行い、生成物31.2gを得た。このようにして製造し
たスルホン酸変性ヒドロキシプロピルメチルセルロース
について、実施例1と同様の方法でNa含有量を測定
し、次の計算式によりエーテル化度を求めたところ、
0.32(反応効率40%)であり、また、その水溶液
は透明であった。 エーテル化度=202A/(2300−170A) A:Na重量%
【0019】比較例1 実施例1における2−メチル−1,3−ブタンジエンス
ルホン酸ナトリウム17.5gの代わりに、ビニルスル
ホン酸ナトリウム(分子量:130)34%水溶液3
9.4g(0.103モル)を使用する以外は、実施例
1と同様に反応させた。得られたスルホン酸変性セルロ
ース誘導体のエーテル化度を測定したところ、その数値
は0.19(反応効率23%)であり、また、その水溶
液は白く濁っており、反応が不均一であることがわかっ
た。 エーテル化度=162A/(2300−130A) A:Na重量%
【0020】
【発明の効果】従来の反応効率は20%程度であり、ま
た、従来の反応は不均一のため、その水溶液は不透明で
ある。本発明は、実施例1〜2で明らかなように従来の
スルホンアルキル化剤の欠点を克服し、反応効率および
反応の均一性に優れ、しかも低コストでかつ工業的規模
での生産が可能なスルホン酸基含有セルロース誘導体の
製造法を提供する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セルロース類をアルカリ物質の存在下、
    下記一般式(1)で表される共役ジエンのスルホン化物
    と反応させるスルホン酸基含有セルロース誘導体の製造
    法。 【化1】 (式中R1 〜R6 は、−SO3 X、炭素数1〜8のアル
    キル基または水素原子であり、かつR1 〜R6 の少なく
    とも一つは−SO3 Xである。ここでXは水素原子、ア
    ルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム
    基を示す。)
  2. 【請求項2】 上記セルロース類が、セルロース、アル
    キルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒド
    ロキシアルキルアルキルセルロース、またはカルボキシ
    アルキルセルロースであることを特徴とする請求項1に
    記載のスルホン酸基含有セルロース誘導体の製造法。
JP3588196A 1996-02-23 1996-02-23 スルホン酸基含有セルロース誘導体の製造法 Pending JPH09227601A (ja)

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Cited By (5)

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KR100738016B1 (ko) * 2005-12-29 2007-07-16 삼성정밀화학 주식회사 고수율의 히드록시알킬알킬셀룰로오스 제조방법
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