CN118055952A - 新颖的羟烷基甲基纤维素及其用途 - Google Patents
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Abstract
一种新颖的羟烷基甲基纤维素及其用途,披露了一种羟烷基甲基纤维素,其中该羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的羟烷基的取代模式使得s6(羟烷基)为0.01‑0.1,其中s6是其中在脱水葡萄糖单元的6位上的羟基被羟烷基取代的羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中该羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的甲氧基的取代模式使得s23/s26(甲基)比率为0.36至0.60,其中s23是其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中s26是其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。
Description
技术领域
本发明涉及新颖的羟烷基甲基纤维素及其用于陶瓷挤出、食物组合物中和作为口服剂型中的赋形剂的用途。
背景技术
羟烷基甲基纤维素(如羟丙基甲基纤维素)在药物应用中被广泛使用和接受,例如用于生产硬胶囊、片剂包衣或作为片剂、烘烤食品馅料、油炸食物、肉和肉类似物中的基质聚合物,以及用于无机材料、特别是陶瓷形成材料的有机粘结剂。
已知羟烷基甲基纤维素(如羟丙基甲基纤维素)在水中展现出反向热胶凝,换句话说,水性羟丙基甲基纤维素材料在较低温度下可溶并且在较高温度下胶凝。在N.Sarkar的文章Thermal Gelation Properties of Methyl and Hydroxypropyl Methylcellulose[甲基和羟丙基甲基纤维素的热胶凝特性],Journal of Applied Polymer Science[应用高分子科学杂志],第24卷,1073-1087(1979)中详细讨论了在水中的反向热胶凝。具体描述为,当将羟丙基甲基纤维素的水溶液加热时,发生位于分子中的疏水性甲氧基的脱水,并且其变成含水凝胶。另一方面,当使所得凝胶冷却时,疏水性甲氧基被再水合,由此凝胶返回到初始的水溶液。与甲基纤维素相比,已知羟烷基甲基纤维素具有低储能模量。展现低储能模量的羟烷基甲基纤维素不能形成强凝胶。即使形成弱凝胶也需要高浓度(Haque,A;Richardson,R.K.;Morris,E.R.,Gidley,M.J和Caswell,D.C在Carbohydrate Polymers[碳水化合物聚合物]22(1993)第175页中;以及Haque,A和Morris,E.R.在CarbohydratePolymers[碳水化合物聚合物]22(1993)第161页中)。例如,在2wt.-%的相同浓度下,在高温下,METHOCELTMK4M HPMC的最大储能模量典型地小于约100Pa,而METHOCELTMA4M甲基纤维素的最大储能模量典型地高于约1000Pa。
发明内容
已出人意料地发现,可以制备与以上汇总的文献中披露的羟烷基甲基纤维素不同的,在高温下展现出增强的凝胶强度的羟烷基甲基纤维素。
因此,本发明涉及一种羟烷基甲基纤维素,其中该羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的羟烷基的取代模式使得s6(羟烷基)为0.01-0.1,其中s6是其中在脱水葡萄糖单元的6位上的羟基被羟烷基取代的羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中该羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的甲氧基的取代模式使得s23/s26(甲基)比率为0.36至0.60,其中s23是其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中s26是其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。
在另一个方面,本发明涉及一种用于制造挤出成型陶瓷体的组合物,该组合物包含由于烘烤或烧结而凝固的无机材料、本文所述的羟烷基甲基纤维素和水。
在还另一个方面,本发明涉及一种设计用于热处理的固体食物组合物,该固体食物组合物包含本文所述的羟烷基甲基纤维素。
具体实施方式
在本发明的羟烷基甲基纤维素中,醚取代基是甲基、羟烷基以及任选地不同于甲基的烷基。羟烷基可以彼此相同或不同。优选地,羟烷基甲基纤维素包含一种或两种羟烷基、更优选地一种或多种羟基-C1-3-烷基,如羟丙基和/或羟乙基。有用的任选烷基是例如乙基或丙基,乙基是优选的。优选的羟烷基甲基纤维素是羟基-C1-3-烷基甲基纤维素,如羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素。
新颖的羟烷基甲基纤维素的据信对于其在高温下形成凝胶的能力关键的基本特征是其羟烷基在脱水葡萄糖单元上的独特分布,使得s6(羟烷基)为0.01至0.1,其中s6是其中脱水葡萄糖单元的6位上的羟基被羟烷基取代的羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。在优选实施例中,本发明羟烷基甲基纤维素的s6(羟烷基)为0.04至0.06。在一些实施例中,该s6(羟烷基)高于0.015,如高于0.020,如高于0.025,如高于0.030,如高于0.035,如高于0.040。在一些实施例中,该s6(羟烷基)低于0.095,如低于0.090,如低于0.085,如低于0.080,如低于0.075,如低于0.070,如低于0.065,如低于0.060。
这些新颖的羟烷基甲基纤维素的还据信对于其在高温下形成凝胶的能力关键的另一个基本特征是其甲基在脱水葡萄糖单元上的独特分布,使得s23/s26为0.36至0.60、优选地0.40至0.48。在一些实施例中,该s23/s26(甲基)比率高于0.37,如高于0.38,如高于0.39,如高于0.40。在一些实施例中,该s23/s26(甲基)比率低于0.59,如低于0.58,如低于0.57,如低于0.56,如低于0.55,如低于0.54,如低于0.53,如低于0.52,如低于0.51,如低于0.50,如低于0.49,如低于0.48,如低于0.47,如低于0.46。
在比率s23/s26中,s23是其中仅在该脱水葡萄糖单元的2位和3位上的两个羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且s26是其中仅在该脱水葡萄糖单元的2位和6位上的两个羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。为了确定s23,术语“其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的两个羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数”意指6位未被甲基取代;例如,其可以是未取代的羟基,或者其可以被羟烷基、甲基化羟烷基、不同于甲基的烷基或烷基化羟烷基取代。为了确定s26,术语“其中仅在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的两个羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数”意指3位未被甲基取代;例如,其可以是未取代的羟基,或者其可以被羟烷基、甲基化羟烷基、不同于甲基的烷基或烷基化羟烷基取代。
下式I和II说明了脱水葡萄糖单元中羟基的编号。式I和II仅出于说明目的且不表示本发明的羟烷基甲基纤维素。
羟烷基甲基纤维素优选地具有1.0至2.0、更优选地1.2至1.8的DS(甲基)。纤维素醚的甲基取代度DS(甲基)是被甲基取代的OH基团的平均数目/脱水葡萄糖单元。
羟烷基甲基纤维素具有0.05至0.5、优选地0.1至0.3的MS(羟烷基)。羟烷基取代度是由MS(摩尔取代度)来描述。MS(羟烷基)是通过醚键结合的羟烷基的平均数目/摩尔的脱水葡萄糖单元。在羟烷基化期间,多个取代可以导致侧链。
羟丙基甲基纤维素中甲氧基%和羟基丙氧基%的确定是根据美国药典(USP 32)进行的。
获得的值为甲氧基%和羟基丙氧基%。随后将这些转换为甲基取代基的取代度(DS)和羟基丙氧基取代基的摩尔取代度(MS)。转换时已将盐的残留量考虑在内。羟乙基甲基纤维素中的DS(甲基)和MS(羟乙基)是通过用碘化氢进行蔡塞尔(Zeisel)裂解然后用气相色谱法来实施的。(G.Bartelmus和R.Ketterer,Z.Anal.Chem.[分析化学]286(1977)161-190)。
在本发明的一个实施例中,羟烷基甲基纤维素的粘度为150mPa×s至100,000mPa×s,该粘度是在具有杯形和摆锤形几何形状(CC-27)的安东帕公司(Anton Paar)PhysicaMCR 501流变仪中在20℃下并且在2.51s-1的剪切速率下以20℃的2重量%水溶液来测定的。具有这样的粘度的羟烷基甲基纤维素可用于各种应用,例如作为食物成分、用于陶瓷挤出和作为口服剂型的赋形剂。
已出人意料地发现,与常规羟烷基甲基纤维素等级不同,具有大于150mPa×s的粘度(如以上所定义在20℃下以2wt.%水溶液测量的)的本发明的羟烷基甲基纤维素的优选实施例在高温下以2wt.%不会沉淀。相比之下,已发现本发明的羟烷基甲基纤维素展现出在55℃-85℃范围内的胶凝温度。胶凝温度是G`/G``=1时的温度,G`是2wt.-%纤维素醚水溶液的储能模量并且G``是该纤维素醚水溶液的损耗模量。图1说明了本发明的羟烷基甲基纤维素的胶凝温度。为了表征2重量百分比的纤维素醚水溶液胶凝的温度依赖特性,在振荡剪切流中使用具有杯形和摆锤形设置(CC-27)和帕尔贴(peltier)温度控制系统的安东帕公司Physica MCR 501流变仪(奥斯特菲尔登(Ostfildern),德国)。测量的细节描述于实例部分中。已出人意料地发现,胶凝发生在窄温度区间内,如在10℃区间内,其表现为在10℃的温度区间内,储能模量G`比G`=G``的交叉点处的储能模量急剧增加至少5倍、或甚至至少10倍。储能模量G`的此种急剧增加在其中发生胶凝之前的宽温度窗有助于稳定加工的应用中是有利的,例如,当羟烷基甲基纤维素用作陶瓷挤出中或设计用于热处理的固体食品中的成分时。
还出人意料地发现,具有大于150mPa×s的粘度的本发明的羟烷基甲基纤维素具有出人意料地高凝胶强度,该粘度是如以上所定义在20℃下并且在2.51s-1的剪切速率下以2重量%水溶液确定的。当羟烷基甲基纤维素的水溶液的特征在于G`/G``≥1时,即当其形成凝胶时,将凝胶强度被测量为储能模量G`。具有大于150mPa×s的粘度(在20℃下并且在2.51s-1的剪切速率下以2重量%水溶液所确定的)的本发明的羟烷基甲基纤维素通常具有在10-10000Pa范围内的储能模量G`,如在12-9500Pa的范围内,如在14-9000Pa的范围内,如在16-8500Pa的范围内,如在18-8000Pa的范围内,如在20-7500Pa的范围内,如在23-7000Pa的范围内,如在25-7000Pa的范围内,如在10-5000Pa的范围内,如在25-5000Pa的范围内,如在30-5000Pa的范围内,如在40-5000Pa的范围内,如在50-5000Pa的范围内,如在60-5000Pa的范围内,如在70-5000Pa的范围内,如在80-5000Pa的范围内,如在90Pa至5000Pa的范围内。
储能模量G`、损耗模量G``以及G`/G``=1的胶凝温度是各自以2重量百分比的纤维素醚水溶液,在振荡剪切流中使用具有珀尔帖温度控制系统的安东帕公司Physica MCR501在温度扫描实验中来测量的。使用杯形和摆锤形几何形状(CC-27)。这些测量是在2Hz.的恒定频率和0.5%的恒定应变(变形振幅)下从20℃到85℃进行的。这些测量是以1℃/min的加热速率以及4点/分钟的数据收集速率进行的。从振荡测量获得的储能模量G`表示溶液的弹性特性。从振荡测量获得的损耗模量G``表示溶液的粘性特性。在样品的胶凝过程期间,G`超过G`'。G`和G`'的交叉点表示胶凝温度。
制造本发明的新颖的羟烷基甲基纤维素的方法详细描述于实例中。用于制造新颖的羟烷基甲基纤维素的方法的一些方面更一般地描述于下文。
一般来说,将纤维素浆或随着纤维素浆向羟烷基甲基纤维素反应的进行部分反应的纤维素浆用碱金属氢氧化物、更优选地氢氧化钠的碱性水溶液在一个或多个反应器中在两个或更多个阶段中、优选地在两个或三个阶段中碱化。碱性水溶液优选地具有基于碱性水溶液的总重量从30至70%、更优选地从35至60%、最优选地从48至52%的碱金属氢氧化物含量。
在一个实施例中,将有机溶剂如二甲醚作为稀释剂和冷却剂添加到反应器中。同样地,任选地用惰性气体(如氮气)吹扫反应器的顶部空间以控制纤维素醚产物的氧催化的解聚。
典型地,在第一阶段中添加1.2至5.0摩尔当量的碱金属氢氧化物/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元。浆中的均匀溶胀和分布任选地通过混合和搅动来控制。在第一阶段中,碱金属氢氧化物试剂的添加速率不是很关键。它可以分几部分,例如分2至4部分添加,或连续地添加。使碱金属氢氧化物与纤维素浆接触的第一阶段的温度典型地在25℃-65℃的范围内、优选地在40℃-50℃的范围内。碱化的第一阶段典型地持续15至60分钟。
典型地在添加碱金属氢氧化物之后,还将甲基化剂如氯甲烷或硫酸二甲酯添加到纤维素浆中。甲基化剂的总量通常为3至5.3摩尔/摩尔的脱水葡萄糖单元。甲基化剂可以在单一阶段或在两个阶段中添加到纤维素中,或随着纤维素浆向羟烷基甲基纤维素反应进行,添加到部分反应的纤维素浆中。
如果甲基化剂是在单一阶段中添加,则其通常以3.4至5.3摩尔的甲基化剂/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加,但在任何情况下,在加热反应混合物之前,其以与碱金属氢氧化物添加的总摩尔量相比至少等摩尔量添加。
如果甲基化剂是在两个阶段中添加,则在第一阶段中,其通常在加热反应混合物之前以1.6至2.0摩尔的甲基化剂/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加,但在任何情况下,其以与碱金属氢氧化物添加的第一阶段中添加的碱金属氢氧化物的摩尔量相比至少等摩尔量添加。
单一阶段或第一阶段的甲基化剂可以与悬浮剂预混合。在这种情况下,基于甲基化剂和悬浮剂的总重量,悬浮剂和甲基化剂的混合物优选地包含20至50重量百分比、更优选地30至50重量百分比的悬浮剂。一旦纤维素已经与碱金属氢氧化物和甲基化剂接触,反应温度就典型地在30至45分钟的时间段内升高至约70℃-85℃、优选地约75℃-80℃的温度,并且在该温度下反应80-100分钟。
如果甲基化剂是在两个阶段中添加,则通常在将反应混合物加热至约70℃-85℃的温度达10至30分钟之后,将第二阶段的甲基化剂添加到反应混合物中。第二阶段的甲基化剂通常以1.2至2.0摩尔/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加,但在任何情况下,其以与反应混合物中存在的碱金属氢氧化物的摩尔量相比至少等摩尔量添加。因此,第二阶段的甲基化剂(如果有的话)是在碱金属氢氧化物添加的第二阶段和任选地第三阶段之前或期间,以碱金属氢氧化物不与纤维素浆过量接触的方式添加到反应混合物中。第二阶段的甲基化剂优选地以0.25至0.5摩尔当量的甲基化剂/摩尔的脱水葡萄糖单元/分钟的速率添加。如果甲基化剂是在两个阶段中添加,则第一阶段的碱金属氢氧化物和甲基化剂与第二阶段的碱金属氢氧化物和甲基化剂之间的摩尔比通常为0.5:1至2:1。
如果碱金属氢氧化物是在两个阶段中添加,则典型地在第二阶段中,在添加单一阶段或第一阶段的甲基化剂之后并且在添加第二阶段的甲基化剂(如果有的话)的同时或之后,添加1.0至2.9摩尔当量的碱金属氢氧化物/摩尔的脱水葡萄糖单元。第一阶段的碱金属氢氧化物与第二阶段的碱金属氢氧化物之间的摩尔比通常为0.6:1至1.2:1。第二阶段的碱金属氢氧化物通常在55℃至80℃、优选地60℃至80℃的温度下添加。
然后从反应器中释放压力,用氮气冲洗反应器以除去未反应的甲基化剂。
然后在第二阶段或第三阶段中添加碱金属氢氧化物之前、之后或同时,将一种或多种、优选地一种或两种羟烷基化剂(如环氧乙烷和/或环氧丙烷)添加到反应中。优选地,仅使用一种羟烷基化剂。羟烷基化剂通常以0.5至2.0摩尔的羟烷基化剂/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加。有利地在将反应混合物加热至反应温度,即60℃至80℃的温度之前添加羟烷基化剂。
将所得羟烷基甲基纤维素洗涤以除去盐和其他反应副产物。可以使用盐可溶解于其中的任何溶剂,但水是优选的。羟烷基甲基纤维素可以在反应器中洗涤,但优选在位于反应器下游的单独洗涤器中洗涤。在洗涤之前或之后,可以通过将羟烷基甲基纤维素暴露于蒸汽来汽提以减少残留的有机物含量。
将羟烷基甲基纤维素干燥至减少的水分和挥发物含量,基于羟烷基甲基纤维素和挥发物的重量总和,优选约0.5至约10.0重量百分比的水并且更优选约0.8至约5.0重量百分比的水和挥发物。减少的水分和挥发物含量使得羟烷基甲基纤维素能够被碾磨成微粒形式。将羟烷基甲基纤维素碾磨成具有期望尺寸的微粒。如果期望,则可以同时进行干燥和碾磨。
根据上述方法,获得通常具有150mPa×s至100,000mPa×s的粘度的羟烷基甲基纤维素,该粘度是在20℃下、在2.51s-1的剪切速率下以2重量%水溶液确定的。为了制备特别适合用于生产胶囊或剂型包衣的羟烷基甲基纤维素,此类羟烷基甲基纤维素通常经受部分解聚处理。部分解聚方法在本领域中是众所周知的并且描述于例如欧洲专利申请EP 1,141,029;EP 210,917;EP 1,423,433;以及美国专利号4,316,982中。可替代地,部分解聚可以在羟烷基甲基纤维素的生产期间,例如通过氧气或氧化剂的存在实现。在这样的部分解聚过程中,可以获得具有2至20mPas、优选3至15mPa×s的粘度的羟烷基甲基纤维素,该粘度是根据ASTM D2363–79(Reapproved 2006)在20℃下以20重量%水溶液确定的。
在一个实施例中,本发明的羟烷基甲基纤维素、特别是羟丙基甲基纤维素可以用于制备固体食物组合物,其具有比包含相当的已知羟烷基甲基纤维素、特别是羟丙基甲基纤维素的固体食品组合物更高的硬度和/或内聚力。
基于食物组合物的总重量,本发明的羟烷基甲基纤维素典型地以0.05至10%、优选地0.1至8%、更优选地0.2至5%且最优选地0.5至2%的水平掺入食物组合物中。
本发明的羟烷基甲基纤维素优选地掺入固体食物组合物中,特别是掺入设计用于热处理的固体食物组合物中,如待油炸、热煨、炙烤、烧煮、烘烤或水煮的食物组合物中。优选的食物组合物是蔬菜、肉、鱼和大豆小馅饼和丸子,蔬菜、肉、鱼和大豆香肠,成型的蔬菜、肉、鱼和大豆制品,改良海鲜;改良奶酪棒;洋葱圈;饼馅;面食馅料,加热和烘焙的甜味和咸味馅料,基于淀粉的油炸、烘烤、炙烤、热煨、烧煮、烘烤和水煮制品,肉类似物,成型的马铃薯制品,如炸丸子、薯花(pommes duchesses)、薯饼、薄煎饼、华夫饼和糕饼;咀嚼糖果、宠物食品;发酵和未发酵的烘烤食品,如面包;等。在本发明的优选方面,食物组合物是蛋白质食物组合物,特别是蛋白质素食,如大豆香肠和小馅饼、无肉肉丸和豆腐火鸡卷。
在形成食物组合物时,羟烷基甲基纤维素典型地在组合物的加工和形成期间与食品原料混合。本发明的食物组合物可以为冷冻成型或预先切割的制品、未烧煮的预混物或成型的或预先切割的烧煮制品,如油炸、热煨、炙烤、烧煮或水煮制品。上文描述的羟烷基甲基纤维素在烧煮期间和之后提供了优异的食物组合物的稳定性。上文描述的羟烷基甲基纤维素可以是食物组合物中包含的唯一纤维素醚。可替代地,一种或多种其他纤维素醚(如欧洲专利EP 1 171 471中描述的那些)也可以优选地基于食物组合物的总重量以0,5至2%的量掺入本发明的食物组合物中。
在另一个实施例中,本发明的羟烷基甲基纤维素可以包含在用于制造挤出成型陶瓷体的组合物中,该组合物包含由于烘烤或烧结而凝固的无机材料、本文所述的羟烷基甲基纤维素和水。
无机陶瓷形成材料可以是以合成方式生产的材料,如氧化物、氢氧化物等,或它们可以是天然存在的矿物质,如粘土、滑石或这些的任何组合。更优选地,无机材料是氧化铝或其前体、二氧化硅或其前体、铝酸盐、铝硅酸盐、氧化铝二氧化硅、长石、氧化钛、熔融二氧化硅、氮化铝、碳化铝、高岭土、堇青石或其前体、莫来石或其前体、粘土、膨润土、滑石、锆石、氧化锆、尖晶石、碳化硅、硼化硅、氮化硅、二氧化钛、碳化钛、碳化硼、氧化硼、硼硅酸盐、钠钡硼硅酸盐(soda barium borosilicate)、硅酸盐和片状硅酸盐、硅金属、碳、磨碎的玻璃、稀土氧化物、碱石灰、沸石、钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铝、钡铁氧体、锶铁氧体、碳、磨碎的玻璃、金属氧化物(如稀土氧化物)、或两种或更多种此类无机材料的组合。术语“粘土”意指具有具有板状结构并且与水混合时形成塑性团块的水合硅酸铝。典型地,粘土包含一种或多种结晶结构,如高岭土、伊利石和蒙脱石。优选的氧化物是与粘土混合时形成堇青石或莫来石的那些(例如,用于形成堇青石的二氧化硅和滑石,以及在形成莫来石时的氧化铝)。
基于无机材料和羟烷基甲基纤维素的总重量,用于制造挤出成型体的组合物优选地包含85至99.5%、更优选地90至99.3%、最优选地92至99%的无机材料以及0.5至15%、更优选地0.7至10%、最优选地1至8%的羟烷基甲基纤维素。
用于制造挤出成型体的组合物优选地呈膏糊的形式。通常,它包含稀释剂,该稀释剂在25℃下为液体,并为羟烷基甲基纤维素的溶解提供介质,从而为批料提供可塑性并润湿粉末。液体稀释剂可以是水基的,通常是水或水混溶性溶剂;或是有机基的或其混合物。最优选地,使用水。用于制造挤出成型体的组合物优选地每100重量份无机材料包含10至60重量份、更优选地20至50重量份、最优选地15至40重量份的液体稀释剂。
可以通过例如已知的常规揉捏工艺来实现无机材料、羟烷基甲基纤维素、典型地液体稀释剂和任选地其他添加剂如表面活性剂、润滑剂和孔形成材料的均匀混合。所得用于挤出成型体的可挤出组合物通常是硬且均匀的。然后可以通过任何已知的常规陶瓷挤出工艺使其成型为生坯。在示例性方面,挤出可以使用液压柱塞式挤出压机、或两段式排气单螺旋挤出机、或双螺杆挤出机进行,其中模头组件附接至排出端。然后可以将制备的生坯干燥以除去过量的水分。干燥可以通过热空气、或蒸汽或高频干燥来进行,随后可以进行空气干燥。一旦干燥,坯体此后就可以根据已知技术在有效地将坯体转化为烧结制品的条件下烧制。温度和时间的烧制条件取决于生坯的组成和尺寸以及几何形状,并且本发明并不限于特定的烧制温度和时间。典型的温度是600℃至2300℃,并且在这些温度下的保持时间典型地为1小时至20小时。
根据本发明的挤出成型体可以具有任何方便的尺寸和形状。它们在许多应用中都有应用,如催化剂的载体、作为催化剂、热交换器或过滤器,例如作为柴油颗粒过滤器、熔融金属过滤器和再生器芯。在优选方面,本发明的组合物和方法特别适合于生产多孔体如蜂窝体。这些多孔陶瓷体特别地可用作催化剂的载体或用作废气处理的催化剂过滤器。
通常,蜂窝体密度在约15孔/cm2至约235孔/cm2的范围内。典型的壁厚度为0.05至0.65mm。然而,应理解,陶瓷体的特别期望的尺寸和形状可以取决于应用,例如,在汽车应用中,由引擎尺寸和可用于安装的空间决定。尽管在一个方面,本发明的挤出成型体适用于制备薄壁蜂窝体,但所要求保护的混合物也可以用于厚壁结构。
在另外的实施例中,本发明涉及用于制造胶囊或剂型包衣的水性组合物,该水性组合物包含7至40重量百分比、优选地10至30重量百分比的水性组合物、本发明的羟烷基甲基纤维素,该羟烷基甲基纤维素具有2至20mPa×s、优选地3至15mPa×s的粘度,该粘度是根据ASTM D2363–79(Reapproved 2006)在20℃下以20重量%水溶液确定的。该水性组合物可以进一步包含任选的添加剂,如着色剂、风味和味道改善剂、抗氧化剂、增塑剂和表面活性剂。例如,当生产胶囊时,可以使用水溶性食品染料如西红粉(red oxide)、或天然染料作为着色剂;TiO2可以用作掩蔽剂;聚乙二醇、聚丙二醇、山梨醇或甘油可以用作塑化剂或作为表面活性剂来改善胶囊膜的柔性。对于固体形式的包衣特别有用的添加剂是单层膜增塑剂、固体负荷增强剂、第二纤维素醚、表面活性剂、润滑剂、抛光剂、颜料、防粘剂、助流剂、遮光剂、着色剂及其任何组合。
水性组合物可以用于包衣剂型,如片剂、颗粒剂、小丸、囊片、糖锭剂、栓剂、子宫托或可植入的剂型,以形成包衣组合物。优选的剂型是药物剂型、营养补充剂或农业剂型。
此外,水性组合物可以用于制造胶囊。用于制造胶囊的一种方法是“热针法(hot-pin method)”。该方法优选地包括以下步骤:(a)提供包含上述低粘度羟烷基甲基纤维素和可任选的添加剂的水性组合物,(b)将浸渍针预热,以使得它们在浸渍于水性组合物中时处于高于水性组合物的胶凝温度的温度下,(c)将预热的浸渍针浸渍于维持在低于水性组合物的胶凝温度的温度下的水性组合物中,(d)将浸渍针从水性组合物中取出,在浸渍针上获得膜,及(e)将浸渍针上的膜在高于水性组合物的胶凝温度的温度下干燥,以在针上获得成型胶囊壳。
在该热针法中,浸渍针优选地经预热,以便它们在浸渍于水性组合物中时处于55℃至95℃、优选地60℃至90℃的温度下。将预热的浸渍针浸渍于水性组合物中,该水性组合物优选地维持在低于其胶凝温度10℃至1℃、更优选地4℃至1℃的温度下。用于从羟烷基甲基纤维素的水性组合物制备胶囊的热针法详细描述于国际专利申请号WO 2008/050209中。
实例
以下实例仅出于说明性目的并且不旨在限制本发明的范围。除非另外说明,否则所有百分比均按重量计。
羟丙基甲基纤维素中甲氧基%和羟基丙氧基%的确定是根据美国药典(USP 32)进行的。获得的值为甲氧基%和羟基丙氧基%。随后将这些转换为甲基取代基的取代度(DS)和羟基丙基取代基的摩尔取代度(MS)。转换时已将盐的残留量考虑在内。
羟乙基甲基纤维素中的DS(甲基)和MS(羟乙基)是通过用碘化氢进行蔡塞尔(Zeisel)裂解然后用气相色谱法来实施的。(G.Bartelmus和R.Ketterer,Z.Anal.Chem.[分析化学]286(1977)161-190)。
s23/s26的确定
纤维素醚中醚取代基的确定通常是已知的并且例如描述于CarbohydrateResearch[碳水化合物研究],176(1988)137-144,Elsevier Science Publishers B.V.[爱思唯尔科学出版公司],阿姆斯特丹(Amsterdam),Bengt Lindberg,Ulf Lindquist和OlleStenberg的DISTRIBUTION OF SUBSTITUENTS IN O-ETHYL-O-(2-HYDROXYETHYL)CELLULOSE[O-乙基-O-(2-羟乙基)纤维素中取代基的分布]。
具体地,s23/s26的确定如下进行:
将10-12mg的纤维素醚在搅拌下溶解于在约90℃的4.0mL的无水分析级二甲基亚砜(DMSO)(默克公司(Merck),达姆施塔特(Darmstadt),德国,储存在0.3nm分子筛珠粒上)中,并且然后再次冷却至室温。将溶液在室温下搅拌过夜以确保完全溶解。包括纤维素醚溶解的整个反应是在4mL螺旋盖小瓶中使用干燥氮气气氛进行的。溶解之后,将溶解的纤维素醚转移到22mL螺旋盖小瓶中。将粉末状氢氧化钠(新鲜研碎,分析级,默克公司,达姆施塔特,德国)和碘乙烷(用于合成,用银稳定,默克-舒哈特公司(Merck-Schuchardt),霍恩布伦(Hohenbrunn),德国)以每脱水葡萄糖单元的羟基30倍摩尔过量的试剂氢氧化钠和碘乙烷添加,并且将溶液在环境温度下在氮气下在黑暗中剧烈搅拌三天。与第一次试剂添加相比,通过添加三倍量的试剂氢氧化钠和碘乙烷重复进行全乙基化,并在室温下进一步再搅拌两天。
任选地,可以将反应混合物用至多1.5mL DMSO稀释,以确保反应过程期间的良好混合。将5mL的5%硫代硫酸钠水溶液倒入反应混合物中,并且然后将获得的溶液用4mL的二氯甲烷萃取三次。将合并的萃取物用2mL的水洗涤三次。将有机相用无水硫酸钠(约1g)干燥。过滤之后,在温和的氮气流中除去溶剂,并且将样品储存在4℃直至进一步样品制备。
将约5mg的全乙基化样品在2mL螺旋盖小瓶中在氮气下用1mL的90%甲酸水溶液在100℃下、在搅拌下水解1小时。在35-40℃下,在氮气流中除去酸,并且在120℃下,在惰性氮气气氛中,在搅拌下,用1mL的2M三氟乙酸水溶液重复水解3小时。完成之后,在环境温度下、在氮气流中使用大约1mL甲苯用于共蒸馏将酸除去至干燥。
在室温下、在搅拌下,用0.5mL的0.5M硼氘化钠的2N氨水溶液(新鲜制备)将水解残余物还原3小时。通过逐滴添加约200μL的浓乙酸破坏过量的试剂。将所得溶液在约35℃-40℃下、在氮气流中蒸发至干燥,并且随后在室温下在真空中干燥15min。将粘性残余物溶解在0.5mL的15%乙酸的甲醇中,并在室温下蒸发至干燥。这样做五次,并且用纯甲醇重复四次。在最终蒸发后,将样品在室温下在真空中干燥过夜。
用600μL的乙酸酐和150μL的吡啶将还原的残余物在90℃下乙酰化3小时。在冷却后,用甲苯填充样品小瓶,并在室温下在氮气流中蒸发至干燥。将残余物溶解在4mL的二氯甲烷中并倒入2mL的水中,并且用2mL的二氯甲烷萃取。将萃取重复三次。将合并的萃取物用4mL的水洗涤三次并用无水硫酸钠干燥。随后将干燥的二氯甲烷萃取物进行GC分析。根据GC系统的灵敏度,可能需要进一步稀释萃取物。
气-液(GLC)色谱分析是用慧与科技公司(Hewlett Packard)5890A和5890A系列II型气相色谱仪进行的,这些气相色谱仪配备有J&W毛细管柱DB5,30m,0.25mm ID,0.25μm相层厚度,以1.5巴氦载气操作。气相色谱仪用温度曲线进行编程,该温度曲线在60℃下保持恒定1min,以20℃/min的速率加热至200℃,以4℃/min的速率进一步加热至250℃,以20℃/min的速率进一步加热至310℃,在此温度下再保持恒定10min。将注射器温度设置为280℃,并且将火焰离子化检测器(FID)的温度设置为300℃。在0.5min阀时间下,以不分流模式注入1μL的样品。用LabSystems Atlas工作站采集和处理数据。
定量的单体组成数据是从通过GLC和FID检测测量的峰面积获得的。单体的摩尔响应按照有效碳数(ECN)概念计算,但如下表所述进行了修改。有效碳数(ECN)概念已由Ackman(R.G.Ackman,J.Gas Chromatogr.[气相色谱杂志],2(1964)173-179和R.F.Addison,R.G.Ackman,J.Gas Chromatogr.[气相色谱杂志],6(1968)135-138)描述并且应用于Sweet等人(D.P.Sweet,R.H.Shapiro,P.Albersheim,Carbohyd.Res.[碳水化合物研究],40(1975)217-225)的部分烷基化多羟糖醇乙酸酯的定量分析。
用于ECN计算的ECN增量:
碳原子的类型 | ECN增量 |
烃 | 100 |
伯醇 | 55 |
仲醇 | 45 |
为了校正单体的不同摩尔响应,将峰面积乘以被定义为相对于2,3,6-Me单体的响应的摩尔响应因子MRF单体。选择2,3,6-Me单体作为参考,因为它存在于确定s23/s26中分析的所有样品中。
MRF单体=ECN2,3,6-Me/ECN单体
根据以下公式,通过将校正峰面积除以总校正峰面积来计算单体的摩尔分数:
s23=[(23-Me+23-Me-6-HAMe+23-Me-6-HA+23-Me-6-HAHAMe+23-Me-6-HAHA];以及
s26=[(26-Me+26-Me-3-HAMe+26-Me-3-HA+26-Me-3-HAHAMe+26-Me-3-HAHA],其中s23是满足以下条件的脱水葡萄糖单元的摩尔分数的总和:
a)在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的两个羟基被甲基取代,并且6位未被取代(=23-Me);
b)在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的两个羟基被甲基取代,并且6位被甲基化羟烷基取代(=23-Me-6-HAMe)或被包含2羟烷基的甲基化侧链取代(=23-Me-6-HAHAMe);以及
c)在脱水葡萄糖单元的2位和3位上的两个羟基被甲基取代,并且6位被羟烷基取代(=23-Me-6-HA)或被包含2羟烷基的甲基化侧链取代(=23-Me-6-HAHA)。
s26是满足以下条件的脱水葡萄糖单元的摩尔分数的总和:
a)在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的两个羟基被甲基取代,并且3位未被取代(=26-Me);
b)在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的两个羟基被甲基取代,并且3位被甲基化羟烷基取代(=26-Me-3-HAMe)或被包含2羟烷基的甲基化侧链取代(=26-Me-3-HAHAMe);以及
c)在脱水葡萄糖单元的2位和6位上的两个羟基被甲基取代,并且3位被羟烷基取代(=26-Me-3-HA)或被包含2羟烷基的甲基化侧链取代(=26-Me-3-HAHA)。
HAMC中取代基的确定结果列示于下表4中。在HPMC的情况下,羟烷基(HA)是羟丙基(HP)并且甲基化羟烷基(HAMe)是甲基化羟丙基(HPMe)。
实例1
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应以两个阶段进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和3.9摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行90min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次至最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.2摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第二阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,将反应器排气并冷却至约50℃。将反应器的内容物移出并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.67的DS(甲基)、0.11的MS(羟丙基)、0.416的s23/s26(甲基)和0.037的s6(羟丙基)。
实例2
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.7摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和4.1摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行90min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.2摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第二阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.71的DS(甲基)、0.09的MS(羟丙基)、0.399的s23/s26(甲基)和0.031的s6(羟丙基)。
实例3
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.9摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和4.3摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行90min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.2摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第二阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.75的DS(甲基)、0.08的MS(羟丙基)、0.465的s23/s26(甲基)和0.027的s6(羟丙基)。
实例4
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和3.9摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行90min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以0.8摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第二阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.67的DS(甲基)、0.07的MS(羟丙基)、0.417的s23/s26(甲基)和0.027的s6(羟丙基)。
实例5
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.9摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和4.3摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行90min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以0.8摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第二阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.76的DS(甲基)、0.05的MS(羟丙基)、0.406的s23/s26(甲基)和0.018的s6(羟丙基)。
实例6
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以2.8摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和3.2摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至70℃。在已达到70℃之后,使第一阶段反应继续进行90min。然后释放反应器中的压力并将反应器用氮气吹扫两次。
通过以1.3摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液开始反应的第二阶段,在70℃下反应10min.,随后在10min的时间段内以1.0摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷。然后将反应器的内容物在70℃的温度下保持40min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.19的DS(甲基)、0.21的MS(羟丙基)、0.484的s23/s26(甲基)和0.066的s6(羟丙基)。
实例7
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以3.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元2摩尔的二甲醚和3.9摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至70℃。在已达到70℃之后,使第一阶段反应继续进行90min。然后释放反应器中的压力并将反应器用氮气吹扫两次。
通过以1.3摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液开始反应的第二阶段,在70℃下反应10min.,随后在10min的时间段内以1.0摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷。然后将反应器的内容物在70℃的温度下保持40min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.3的DS(甲基)、0.16的MS(羟丙基)、0.475的s23/s26(甲基)和0.05的s6(羟丙基)。
实例8
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.2摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和1.6摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至60℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在20min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持30min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以0.8摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第三阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.26的DS(甲基)、0.17的MS(羟丙基)、0.469的s23/s26(甲基)和0.055的s6(羟丙基)。
实例9
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.4摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和1.8摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至60℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在20min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持30min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以0.8摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第三阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.37的DS(甲基)、0.14的MS(羟丙基)、0.446的s23/s26(甲基)和0.042的s6(羟丙基)。
实例10
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.6摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和2.0摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至60℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在20min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持30min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以0.8摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第三阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.52的DS(甲基)、0.12的MS(羟丙基)、0.418的s23/s26(甲基)和0.051的s6(羟丙基)。
实例11
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.2摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和1.6摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至60℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在20min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持30min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.2摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第三阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.22的DS(甲基)、0.26的MS(羟丙基)、0.437的s23/s26(甲基)和0.072的s6(羟丙基)。
实例12
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.6摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和2.0摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至60℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在20min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持30min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气和真空将反应器吹扫两次,最终压力为5巴。
通过在10min的时间段内以0.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.2摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷来开始反应的第三阶段。然后在10min.内将反应器的内容物加热至80℃,然后将反应器的内容物在80℃的温度下保持45min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.49的DS(甲基)、0.18的MS(羟丙基)、0.429的s23/s26(甲基)和0.039的s6(羟丙基)。
实例13
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.2摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和1.6摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至70℃。
通过以1.2摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.44摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在18min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持26min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气将反应器吹扫三次。
通过以1.3摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液开始反应的第三阶段,在70℃下反应10min.,随后在10min的时间段内以1.0摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷。然后将反应器的内容物在70℃的温度下保持40min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.18的DS(甲基)、0.24的MS(羟丙基)、0.385的s23/s26(甲基)和0.075的s6(羟丙基)。
实例14
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和2.0摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至70℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在18min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持16min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气将反应器吹扫三次。
通过以1.3摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液开始反应的第三阶段,在70℃下反应10min.,随后在10min的时间段内以0.9摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷。然后将反应器的内容物在70℃的温度下保持40min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.47的DS(甲基)、0.14的MS(羟丙基)、0.385的s23/s26(甲基)和0.046的s6(羟丙基)。
实例15
根据以下程序生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。将细磨的木材纤维素浆装载到带夹套的、搅拌的反应器中。将反应器抽空并用氮气吹扫以除去氧气,并然后再次抽空。反应在两个阶段中进行。在第一阶段中,将50重量百分比的氢氧化钠水溶液以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的纤维素中的脱水葡萄糖单元的量喷洒到纤维素上并将温度调整至40℃。在40℃下将氢氧化钠水溶液和纤维素的混合物搅拌约30分钟之后,将每摩尔脱水葡萄糖单元1.5摩尔的二甲醚和2.0摩尔的氯甲烷添加到反应器中。然后在35min内将反应器的内容物加热至80℃。在已达到80℃之后,使第一阶段反应继续进行15min,并在15min内将反应器的内容物冷却至70℃。
通过以1.5摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液并以1.8摩尔当量的氯甲烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加氯甲烷来开始反应的第二阶段。然后在18min.内将反应器的内容物加热至80℃并在80℃的温度下保持26min,随后冷却至70℃。然后释放反应器中的压力并在70℃下用氮气将反应器吹扫三次。
通过以1.3摩尔的氢氧化钠/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加50重量百分比的氢氧化钠水溶液开始反应的第三阶段,在70℃下反应10min.,随后在10min的时间段内以0.9摩尔的环氧丙烷/摩尔的脱水葡萄糖单元的量添加环氧丙烷。然后将反应器的内容物在70℃的温度下保持40min。
反应之后,反应器经排放并冷却至约50℃。将反应器的内容物除去并转移至含有热水的罐中。然后用甲酸中和粗HPMC,并用热水洗涤至不含氯化物(通过AgNO3絮凝试验评估),冷却至室温,并在55℃下在风扫式干燥器中干燥。然后使用Alpine UPZ碾磨机使用0.5mm筛网对材料进行研磨。
所得HPMC具有1.49的DS(甲基)、0.13的MS(羟丙基)、0.363的s23/s26(甲基)和0.043的s6(羟丙基)。
实例16
本发明HPMC的水溶液的粘度的确定
为了获得均匀的溶液,在70℃下将4g HPMC粉末(考虑到HPMC的水含量)悬浮于196g水中,用顶置实验室搅拌器以700rpm搅拌10分钟。然后使这些溶液冷却至温度<5℃达2小时,以完成溶解过程。在这2小时期间,将溶液以500–1000rpm搅拌并补充因蒸发而损失的水。然后将这些溶液在冰箱中储存过夜。
在具有杯形和摆锤形几何形状(CC-27)的安东帕公司Physica MCR 501流变仪中在20℃下并且在2.51s-1的剪切速率下在20℃的2重量%水溶液中测定羟丙基甲基纤维素的粘度。
储能模量G`、损耗模量G``、胶凝温度t和凝胶强度的确定
为了表征2重量百分比的纤维素醚水溶液胶凝的温度依赖特性,在振荡剪切流中使用具有杯形和摆锤形设置(CC-27)和帕尔贴温度控制系统的安东帕公司Physica MCR501流变仪(奥斯特菲尔登,德国)。这些溶液是根据与针对粘度测量所描述的相同溶解程序来制备。这些测量是在2Hz.的恒定频率和0.5%的恒定应变(变形振幅)下从10℃到85℃进行的,其中加热速率为1℃/min并且数据收集速率为4点/分钟。从振荡测量获得的储能模量G`表示溶液的弹性特性。从振荡测量获得的损耗模量G``表示溶液的粘性特性。在低温下,损耗模量值G``高于储能模量G`。随着温度升高,储能模量值增加,并获得储能模量与损耗模量之间的交叉点。G`与G``的交叉点被确定为胶凝温度。
实例1-15的粘度、胶凝温度和储能模量G`示出于下表1中。
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Claims (12)
1.一种羟烷基甲基纤维素,其中所述羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的羟烷基的取代模式使得s6(羟烷基)为0.01-0.1,其中s6是其中在所述脱水葡萄糖单元的6位上的羟基被羟烷基取代的羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中所述羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的甲氧基的取代模式使得s23/s26(甲基)比率为0.36至0.60,其中s23是其中仅在所述脱水葡萄糖单元的2位和3位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中s26是其中仅在所述脱水葡萄糖单元的2位和6位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。
2.如权利要求1所述的羟烷基甲基纤维素,其具有150mPa.s至100,000mPa.s的粘度,所述粘度是在20℃的温度和2.51s-1的剪切速率下以2重量%水溶液确定的。
3.如权利要求1或2所述的羟烷基甲基纤维素,其具有在55℃-85℃范围内的胶凝温度,所述胶凝温度是G`/G``=1时的温度,G`是2重量%羟丙基甲基纤维素水溶液的储能模量并且G``是所述羟丙基甲基纤维素水溶液的损耗模量。
4.如权利要求1-3中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其具有在10-10000Pa范围内的储能模量G`,如在12-9500Pa的范围内,如在14-9000Pa的范围内,如在16-8500Pa的范围内,如在18-8000Pa的范围内,如在20-7500Pa的范围内,如在23-7000Pa的范围内,如在25-7000Pa的范围内,如在20-5000Pa的范围内,如在25-5000Pa的范围内,如在30-5000Pa的范围内,如在40-5000Pa的范围内,如在50-5000Pa的范围内,如在60-5000Pa的范围内,如在70-5000Pa的范围内,如在80-5000Pa的范围内,如在90-5000Pa的范围内,所述储能模量是在85℃下以2重量%水溶液测量的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其中,胶凝发生在10℃温度区间内,其表现为在10℃的温度区间内,所述储能模量G`比G`=G``的交叉点处的储能模量增加至少5倍。
6.如权利要求1-5中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其具有1.0至2.0的DS和0.05至0.5的MS,其中DS是被甲氧基取代的羟基的平均数目/脱水葡萄糖单元,并且MS是羟基烷氧基的平均摩尔数/脱水葡萄糖单元。
7.如权利要求6所述的羟烷基甲基纤维素,其具有1.2至1.8的DS和0.1至0.3的MS,其中DS是被甲氧基取代的羟基的平均数目/脱水葡萄糖单元,并且MS是羟基烷氧基的平均摩尔数/脱水葡萄糖单元。
8.如权利要求1-7中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其中,所述羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的甲氧基的取代模式使得所述s23/s26(甲基)比率为0.40至0.48,其中s23是其中仅在所述脱水葡萄糖单元的2位和3位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数,并且其中s26是其中仅在所述脱水葡萄糖单元的2位和6位上的羟基被甲基取代的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。
9.如权利要求1-8中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其中,其中所述羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的羟烷基的取代模式使得所述s6(羟烷基)为0.04-0.06,其中s6是其中所述脱水葡萄糖单元的6位上的羟基被羟烷基取代的羟烷基甲基纤维素的脱水葡萄糖单元的摩尔分数。
10.如权利要求1-9中任一项所述的羟烷基甲基纤维素,其是羟丙基甲基纤维素。
11.一种用于制造挤出成型陶瓷体的组合物,所述组合物包含由于烘烤或烧结而凝固的无机材料、如权利要求1-9中任一项所述的羟烷基甲基纤维素和水。
12.一种设计用于热处理的固体食物组合物,所述固体食物组合物包含如权利要求1-9中任一项所述的羟烷基甲基纤维素。
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