JPH1129601A - 二酸化窒素によるトリカルボキシ多糖類の製造方法 - Google Patents

二酸化窒素によるトリカルボキシ多糖類の製造方法

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JPH1129601A
JPH1129601A JP18524997A JP18524997A JPH1129601A JP H1129601 A JPH1129601 A JP H1129601A JP 18524997 A JP18524997 A JP 18524997A JP 18524997 A JP18524997 A JP 18524997A JP H1129601 A JPH1129601 A JP H1129601A
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JP
Japan
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polysaccharide
nitrogen dioxide
starch
tricarboxypolysaccharide
pyranose
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JP18524997A
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English (en)
Inventor
Masabumi Jinpo
正文 神宝
Kazuyuki Tomita
和幸 冨田
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スケール付着防止剤、顔料分散剤、サイズ剤、
コンクリ−ト混和剤の他、特に洗剤ビルダーとして好適
に利用できるトリカルボキシ多糖類ポリマーの製造方法
を提供する。 【解決手段】多糖類を、多糖類を構成するピラノース単
位モル数の4倍以上の二酸化窒素/四酸化二窒素で酸化
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多糖類の酸化によ
り、高度にカルボキシル化されたトリカルボキシ多糖類
又はその塩を製造する方法に関する。本発明により得ら
れるトリカルボキシ多糖類又はその塩は、スケール付着
防止剤、顔料分散剤、サイズ剤、コンクリート混和剤の
他、特に洗剤ビルダーとして好適に利用できる。
【0002】
【従来の技術】地球上に遍在する再生可能な資源とし
て、多糖類を工業的に利用する試みが種々なされてい
る。特公昭49-1281 号公報には、過ヨウ素酸と亜塩素酸
塩の組み合わせ又は次塩素酸塩を使用して多糖類を酸化
する方法が開示されており、多糖類の2位及び3位を酸
化して得られるジカルボキシデンプンが洗剤ビルダー機
能を有することが記載されている。
【0003】さらに多糖類を酸化してトリカルボキシ多
糖類を製造する方法として、特公昭47-40552号公報及び
チェコスロバキア特許235576号公報には、デンプンを過
ヨウ素酸塩でアルデヒド化した後、四酸化二窒素により
酸化カルボキシル化する方法が開示されている。しか
し、特公昭49-1281 号公報、特公昭47-40552号公報及び
チェコスロバキア特許235576号公報に記載されている方
法は、高価な過ヨウ素酸塩を使用しなければならないの
で、工業化に不利を伴う。
【0004】また、欧州特許542496号公報には、デンプ
ンを硝酸/硫酸溶媒中でバナジウム塩と亜硝酸塩を加え
て酸化カルボキシル化する方法が開示されている。しか
し、欧州特許542496号公報に記載されている方法は、高
濃度の硫酸を溶媒に使用して飴状のデンプンを硝酸酸化
する方法であるために反応液の処理が容易でなく、工業
的な製造方法としては適当でない。特開平9-71601 号公
報には、ルテニウム触媒の存在下、次亜塩素酸塩を用い
てデンプンをトリカルボキシル化する方法が開示されて
いる。
【0005】特表平7-500853号公報、特表平7-503495号
公報及び特表平8-510494号公報には、デンプンを四酸化
二窒素/二酸化窒素で酸化してピラノース単位の6位-C
H2OH基をカルボキシル基に酸化してモノカルボキシデン
プンを製造する一連の技術が開示されている。しかし、
記載された方法では二酸化窒素の使用量はデンプンを構
成するピラノース単位の1〜2倍モル程度であり、その
結果、ピラノース単位の6位が-COOH 基に転化したモノ
カルボキシデンプンが主に生成する。重量当りの機能活
性のより高い洗剤ビルダーとして使用するには、カルボ
キシル基の含有率のさらに高いポリカルボン酸構造が求
められる。
【0006】一般に、機能活性の高い洗剤ビルダーを得
るためには、高いCaイオン封鎖能が必要で、そのため
には分子内にカルボキシル基を高密度に含有するポリカ
ルボン酸構造が重要であり、また、高分子構造が重要で
ある。しかしながら、多糖類を原料に用い、多糖類固有
の高分子構造を過度に分解することなく、高度に酸化カ
ルボキシル化することは極めて困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多糖
類を原料にして、多糖類由来の分子量の極端な低下を伴
うことなく酸化して、-CH2OH基及び-CHOH-基が-COOH 基
に転換した、カルボキシル基含有率のきわめて高いポリ
カルボン酸ポリマーの製造方法の提供である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、多糖類を
原料に用いて、カルボキシル基含有率のきわめて高いポ
リカルボン酸ポリマーを製造する方法を鋭意検討した結
果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
多糖類を、そのピラノース構成単位モル数の4倍以上の
二酸化窒素/四酸化二窒素で酸化することを特徴とする
トリカルボキシ多糖類の製造方法である。
【0009】本発明のトリカルボキシ多糖類は、(1) ピ
ラノース単位の6位の-CH2OH基の平均80% 以上が酸化さ
れて-COOH 基又はその塩に転化し、かつ、(2) ピラノー
ス単位の2位及び3位の-CHOH-基の平均20% 以上が、酸
化開裂されて-COOH 基又はその塩に転化したポリカルボ
ン酸構造からなる分子量1,000 以上10万以下のポリマー
である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明で原料となる多糖類には、
ピラノース(無水グルコース)単位からなる重合体であ
るデンプンやセルロースが挙げられる。反応の行ない易
さから、デンプンが好ましい。デンプンには、トウモロ
コシデンプン、馬鈴薯デンプン、タピオカデンプン、小
麦デンプン、甘薯デンプン、米デンプン等が挙げられ、
これらを原料として低分子化させた水溶性デンプンも使
用できる。工業的に実施する上で特に好ましくは、トウ
モロコシデンプン及びタピオカデンプンである。多糖類
の含水率は低い方が良く、20%以下が好ましい。
【0011】本発明は、酸化反応活性種として二酸化窒
素/四酸化二窒素を使用する。二酸化窒素/四酸化二窒
素なる表現は、二酸化窒素とその二量体の四酸化二窒素
との、反応条件下における平衡混合物を意味する。
【0012】本発明においては、二酸化窒素/四酸化二
窒素の使用量は、平衡を理論上完全に二酸化窒素の側に
移行する場合に、多糖類を構成するピラノース単位モル
数の4倍以上の量である。好ましい二酸化窒素の使用量
は、多糖類を構成するピラノース単位の6倍モル以上5
0倍モル以下、より好ましくは7倍モル以上15倍モル
以下の量である。
【0013】二酸化窒素/四酸化二窒素の使用量が前記
範囲より少ない場合は、多糖類の酸化反応がピラノース
単位の2位及び3位の-CHOH-基のカルボキシル化におい
て不十分であり、本発明のトリカルボキシ多糖類が生成
しない。二酸化窒素の使用量が前記範囲より過剰の場合
は、経済的に無駄であるばかりか、トリカルボキシ多糖
類の過度の分解による低分子量化が進行する。
【0014】供給時の二酸化窒素/四酸化二窒素は、液
体状態でも気体状態でもよい。又は、四塩化炭素などの
溶媒に溶解させた溶液として、二酸化窒素/四酸化二窒
素を供給することもできる。気体状態で供給する場合、
窒素や一酸化窒素など二酸化窒素/四酸化二窒素以外の
気体との混合気体として供給することもできる。二酸化
窒素/四酸化二窒素と酸素との混合気体を使用すること
も好ましい。
【0015】本発明においては、多糖類の酸化反応は、
50℃以上の高温条件にて行われる。酸化反応温度の上限
は、生成するトリカルボキシ多糖類の安定性を勘案し
て、通常、 120℃である。より好ましい酸化反応温度範
囲は 60 〜100 ℃、最も好ましくは70〜90℃である。酸
化反応温度が低い場合は、反応がモノカルボキシル化段
階で停止し、トリカルボキシル化する反応速度が低すぎ
て実用的でない。酸化反応温度があまりに高い場合は、
トリカルボキシ多糖類の過度の分解による低分子量化が
進行する。
【0016】反応は、通常、常圧又は加圧で行われる。
反応の圧力は好ましくは、0.01〜20MPa 、より好ましく
は0.1 〜5MPaである。反応後の気体は、回収した後、必
要に応じて酸化して再度二酸化窒素/四酸化二窒素とし
て使用できる。
【0017】酸化反応は、通常、気−固2相系で行われ
るが、気−液2相系又は気−液−固3相系で行なうこと
もできる。液相を利用する場合には、酸化反応に安定な
溶媒を使用することができる。溶媒としては、四塩化炭
素に例示されるハロゲン化炭化水素などの非プロトン性
有機溶媒が好ましい。
【0018】本発明の酸化反応は、触媒の存在下に行う
こともできる。触媒は、好ましくは、周期率表の4A、
5A、6A、7A、8、1B及び2B族からなる群から
選ばれた少なくとも一種の元素を含有する遷移金属化合
物から選ばれる。中でも、5A族又は6A族元素を含有
する化合物が好ましく、副反応の少なさから、バナジン
酸アンモニウム、バナジン酸ナトリウム、五酸化バナジ
ウム、酸化バナジウムアセチルアセトナートに例示され
る、バナジウムを含有する化合物が特に好ましい。触媒
の使用量は、多糖類原料の0.001 〜20重量%、好ましく
は0.01〜5 重量%である。
【0019】本発明で得られる酸化反応混合物に対して
精製操作を行なうことにより、用途に適したトリカルボ
キシ多糖類を分離することができる。精製操作には、溶
媒抽出、キレート抽出、イオン交換樹脂処理、限外膜処
理、透析膜処理、RO膜処理、イオン選択膜処理、精密
濾過、濃縮、凍結乾燥が例示される。さらに、必要に応
じて、生成物を水に溶解した後、低級アルコールあるい
は低級ケトンを加えることによって沈澱化させ、精製す
ることもできる。
【0020】
【実施例】以下、実施例により詳しく説明する。実施例
において、生成物のカルボキシル基の含有率は、試料を
精秤後、水に溶解し、N/20水酸化ナトリウム水溶液で滴
定した。生成物の構造は、13C−NMRにより解析し
た。また、分子量は、0.3MNaCl,0.1M NaH2PO4, 0.33M
KH2P04水溶液を溶離液としてGPC(カラム:Shodex O
Hpack SB-G /Shodex OHpack SB-803HQ 8mmID×300mmL,
RI検出器)により、多糖類を標品として重量平均分子量
を測定した。
【0021】実施例1 撹拌機、圧力計、温度計及びガス抜き管を備えたSUS316
製オートクレーブ反応器にトウモロコシデンプン3.60g
(乾燥量3.15g 、ピラノース単位19.4ミリモル)及び四
塩化炭素80mlを入れ、氷浴で冷却した容器に量り取っ
た、二酸化窒素/四酸化二窒素の液化混合物8.95g (二
酸化窒素として194 ミリモル、原料デンプンピラノース
単位の10倍モル)を加え、密閉後、熱水浴に浸漬する。
撹拌しながら加熱し、反応器内部温度70℃にて 6時間保
った。オートクレーブ内は20MPa に昇圧した。冷却後、
反応器内の気体を放出し、空気置換した。四塩化炭素相
を捨て、反応器内に付着して残留するペースト状物を水
に溶解して回収し、濃縮後、凍結乾燥して生成物 2.98g
を得た。
【0022】生成物のカルボキシル基の含有率は9.2 ミ
リ当量/gであった。生成物の構造は、原料デンプンを
構成するピラノース単位の6位-CH2OH基のほぼ100%及び
2位及び3位の-CHOH-基のほぼ 35%がカルボキシル基に
酸化開裂した、重量平均分子量3,300 のトリカルボキシ
デンプンであった。
【0023】実施例2 二酸化窒素と四酸化二窒素の液化混合物を5.96g (二酸
化窒素として130 ミリモル、原料デンプンピラノース単
位の 6.7倍モル)を加えた以外は、実施例1と同様にし
て反応を行なった。70℃にて 6時間保った結果、オート
クレーブ内は、2.4MPaに昇圧した。実施例1と同様に処
理して生成物を得た。
【0024】生成物のカルボキシル基の含有率は、 8.2
ミリ当量/gであった。生成物の構造は、原料デンプン
を構成するピラノース単位の6位-CH2OH基のほぼ100%及
び2位及び3位の-CHOH-基のほぼ25% がカルボキシル基
に酸化開裂した、重量平均分子量3,400 のトリカルボキ
シデンプンであった。
【0025】比較例1 二酸化窒素と四酸化二窒素の液化混合物を1.78g (二酸
化窒素として38.7ミリモル、原料デンプンピラノース単
位の 2倍モル)を加え、反応器内部温度を50℃とした以
外は、実施例1と同様にして反応を行なった。50℃にて
6時間保った結果、オートクレーブ内は0.08MPa に昇圧
した。実施例1と同様に処理して生成物を得た。
【0026】生成物のカルボキシル基の含有率は3.3 ミ
リ当量/gであった。生成物の構造は、原料デンプンを
構成するピラノース単位の6位-CH2OH基のほぼ60% がカ
ルボキシル基に酸化開裂し、2位及び3位の-CHOH-基が
変化していない、モノカルボキシデンプンであった。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、多糖類を原料にして、
分子量をある程度保ちつつ酸化して原料多糖類を構成す
るピラノース単位の-CH2OH基及び-CHOH-基が共に-COOH
基に転換した、カルボキシル基含有率の高いポリマーで
あるトリカルボキシ多糖類を工業的に製造する方法が提
供される。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多糖類を、多糖類を構成するピラノース
    単位モル数の4倍以上の二酸化窒素/四酸化二窒素で酸
    化することを特徴とするトリカルボキシ多糖類の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 トリカルボキシ多糖類が、原料多糖類を
    構成するピラノース単位の6位の-CH2OH基並びにピラノ
    ース単位の2位及び3位の-CHOH-基が共に酸化開裂され
    て-COOH 基又はその塩に転化した、分子量1,000 以上10
    万以下のポリカルボン酸構造からなることを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 多糖類がデンプンである請求項1記載の
    方法。
JP18524997A 1997-07-10 1997-07-10 二酸化窒素によるトリカルボキシ多糖類の製造方法 Pending JPH1129601A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011083443A3 (en) * 2010-01-11 2011-12-08 Ecolab Usa Inc. Control of hard water scaling in electrochemical cells
US8729006B2 (en) 2011-06-28 2014-05-20 Ecolab Usa Inc. Methods and compositions using sodium carboxymethyl cellulose as scale control agent
CN106632707A (zh) * 2016-12-27 2017-05-10 浙江科技学院 一种新型氧化淀粉止血材料的制备方法

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