DE1543007B2 - Hydroxy äthyl-hydroxypropyl-Cellulosen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

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anteilen gemischt und in Wasser zu einer 1 %igen wünschenswert. Die verringerte Viskosität ist nützlich Lösung gelöst. Diese Lösung wurde hinsichtlich der bei der Herstellung von Lösungen, wo hoher Feststoff-Trübungstemperatur in derselben Weise wie in den gehalt erwünscht ist.

nachfolgenden Beispielen untersucht, und es wurde Die nachfolgenden Beispiele 1 bis 4 erläutern die

für diese 41⁰C ermittelt. Die Hydroxyäthylcellulose 5 Herstellung der Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellu-

allein hatte keine Trübungstemperatur. Die Fließ- losen der vorliegenden Erfindung,

temperatur der Hydroxyäthylcellulose allein und ein In diesen Beispielen sind Prozent und Teile auf das

physikalisches Gemisch von gleichen Anteilen von Gewicht bezogen, und die Viskositäten wurden mit

Hydroxyäthylcellulose und Hydroxypropylcellulose einem Standard-Brookfield-Synchro-Lectric LVF-Vis-

wurde in der gleichen Weise, wie in den nachfolgenden io kometer bestimmt, wobei eine wäßrige Lösung der

Beispielen, bestimmt. Bei der Hydroxyäthylcellulose Celluloseäther der jeweils angegebenen Konzen-

wurde kein Fließen bei 169⁰C erreicht, wobei diese trationen bei einer Temperatur von 25⁰C verwendet

Temperatur bei dem verwendeten Gerät die maximal wurde. Das Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulose-

meßbare Temperatur ist. Obgleich das physikalische produkt der vorliegenden Erfindung kann durch

Gemisch von Hydroxyäthylcellulose und Hydroxy- 15 Durchführen der Hydroxyäthylierung und der Hy-

propylcellulose gelegentlich fließt, war der extrudierte droxypropylierung gleichzeitig oder in einer anderen

Gegenstand sehr uneinheitlich im Aussehen. Diese Reihenfolge hergestellt werden.

Daten zeigen, daß die thermoplastische Eigenschaft In den Beispielen wurde ein Maßstab für die Heiß-

des Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Celluloseproduktes wasserlöslichkeit der Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-

der vorliegenden Erfindung weit größer ist als die von 20 Cellulose aus der Trübungstemperatur erhalten. Diese

Hydroxyäthylcellulose allein oder die eines physika- wurde durch Steigerung der Temperatur einer 2 %igen

iy lischen Gemisches von Hydroxyäthylcellulose und wäßrigen Lösung des Produktes von 1,5 bis 2⁰C pro

Hydroxypropylcellulose. Diese Daten zeigen ebenso, Minute erhalten. Die Messung wurde in einem

daß die Trübungstemperatur eines physikalischen Reagenzglas mit Thermometer durchgeführt. Die

Gemisches von Hydroxyäthylcellulose und Hydroxy- 25 niedrigste Temperatur, bei welcher die Lösung trüb

propylcellulose nicht größer ist als die der Hydroxy- wurde, wurde als Trübungstemperatur festgehalten,

propylcellulose allein. Die Thermoplastizität des Hydroxyäthyl-hydroxy-

Die besondere Art und Weise der Durchführung propyl-Cellulose-Produktes der vorliegenden Erfinder Hydroxyäthylierung ist als solche kein Teil der dung wurde wie folgt unter Anwendung von Wärme vorliegenden Erfindung; sie ist nicht wesentlich, und 30 und Druck in einem Olsen-Bakelite-Fließ-Prüfgerät jedes herkömmliche Verfahren ist anwendbar. Ein bestimmt. Dies ist eine Standard-Testvorrichtung, die geeignetes ist das in der USA.-Patentschrift 2 572 039 weitgehend in der Kunststoffindustrie verwendet wird, beschriebene Verfahren. Jeoch ist die Hydroxy- Sie ist in dem ASTM-Verfahren D 569-46 A (ASTM äthylierung nicht allein auf Schlämmverfahren be- Standard, 1958, Teil 9, S. 393) beschrieben. Die schränkt. 35 Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulosewurde zu einem

Geeignete Hydroxypropylierungsverfahren, die mit- feinen Pulver vermählen und über CaCl₂ getrocknet,

verwendet werden können, sind beispielsweise solche, Zylindrische Tabletten (9,52 · 9,52 mm) wurden aus

wie sie in den deutschen Offenlegungsschriften 1468 016 diesem Pulver mit einer Tablettierungsmaschine her-

und 1 468 017 vorgeschlagen werden. gestellt. Die Tablette wurde in das Olsen-Bakelite-

Der praktische Wert der bemerkenswert hohen 40 Fließ-Prüfgerät eingebracht und das plastische Fließen

thermoplastischen Eigenschaft des Hydroxyäthyl- derselben gemessen. Der Logarithmus des Fließens

hydroxypropyl-Celluloseproduktes der vorliegenden _wurde . _cm 3 _{Minuten über} l _auf_getragen,

Erfindung wurde durch Versuche bewiesen, in welchen ^r Ia

das Produkt in Form von Filmen extrudiert wurde. d. h. über dem reziproken Wert der absoluten Tempe-

Die verwendete Apparatur war eine Brabender- 45 ratur, wodurch sich eine Gerade ergab. Aus dieser

Strangpresse (19,05 mm), ausgestattet mit einem Linie wurde die Temperatur abgelesen, bei welcher das

0,76-mm-Schlitz. Zum Extrudieren einer nichtmodifi- Produkt 2,54 cm innerhalb 2 Minuten bei 35 kg/cm²

zierten Hydroxylpropylcellulose waren 140⁰C not- floß. Weitere Einzelheiten sind aus der Tabelle zu

wendig (Propylenoxyd als Verätherungsmittel). Im ersehen.

Gegensatz dazu war die Hydroxyäthyl-hydroxypropyl- 50 Zur Abkürzung werden die nachfolgenden Be-

Cellulose der vorliegenden Erfindung sehr gut bei nur zeichnungen verwendet: HEHPC bedeutet Hydroxy-

121⁰C extrudierbar, und der Film war klarer und ein- äthyl-Hydroxypropyl-Cellulose, HEC Hydroxyäthyl-

heitlicher als der nichtmodifizierte Hydroxypropyl- cellulose, HPC Hydroxypropylcellulose, HE Hydroxy-

cellulosefilm, der unter den gleichen Bedingungen bei äthyl, HP Hydroxypropyl, EO Äthylenoxyd, PO Pro-

14O⁰C extrudiert wurde. Außer bei der Herstellung 55 pylenoxyd und TBA tert.-Butylalkohol.

von Filmen ist gute Thermoplastizität auch von β · · 1 1 ν 4

Bedeutung bei der Herstellung von verschiedenen Beispiele idis 4

anderen Gegenständen, z. B. von Kapseln, Rohren, Ein Teil feinverteilte Holzpulpe wurde in 8,6 Teilen

Stäben oder Fasern. In gleicher Weise ist gute Thermo- Hexan, 2,35 Teilen TBA und 0,2 Teilen Wasser aufplastizität dort wichtig, wo die Filme in einer solchen 60 geschlämmt. 0,2 Teile 50%ige wäßrige NaOH wurde

Weise verwendet werden, die das Wärmeverschweißen der Schlämme zugegeben. Die Schlämme wurde zu-

des Films erforderlich macht. sätzlich 1 Stunde bei Zimmertemperatur gerührt, wo-

Obgleich die anderen Eigenschaften wie die der nach sie in einen Druckkessel übergeführt wurde,

verringerten Viskosität und der erhöhten Trübungs- Dann wurden die in der nachfolgenden Tabelle auftemperatur der erfindungsgemäßen Hydroxyäthyl- 65 gezeigten Mengen Äthylenoxyd und Propylenoxyd zu

hydroxypropyl-Cellulosen weniger hervortreten als der Schlämme zugegeben. Der Druckkessel wurde ver-

die sehr wesentliche Zunahme der Thermoplastizität, schlossen und das Gemisch bei 70⁰C 16 Stunden lang

sind sie nichtsdestoweniger von Bedeutung und erhitzt. Während des ganzen Verfahrens wurde gerührt.

Der Hauptanteil von Hexan wurde abfiltriert, und das restliche Hexan wurde mittels Frischdampf in den Druckkessel abdestilliert.

Das erhaltene Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Celluloseprodukt wurde in kleinen Mengen zu heftig gerührtem Wasser bei 85 bis 95° C zugegeben, wobei der pH gegenüber Phenolphthalein durch zunehmende Zugabe von Phosphorsäure (85%ig) schwach sauer gehalten wurde. Nach der vollständigen Zugabe von Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulose wurde die erhaltene Schlämme zusätzlich 15 Minuten gerührt und dann der pH-Wert auf ungefähr 7,0 eingestellt. Nach Unterbrechen des Rührens setzte sich das Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Celluloseprodukt schnell ab, und das Wasser wurde durch Dekantieren entfernt. Das Reinigen des Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Celluloseproduktes wurde in drei zusätzlichen Stufen durchgeführt, wobei diese das Aufschlämmen in heißem Wasser, das Absitzenlassen und Filtern, während der pH-Wert auf ungefähr 7,0 beibehalten wurde, umfaßten. Das endgereinigte Hydroxyäthyl-hydroxy-

o propyl-Celluloseprodukt wurde bei ungefähr 12O⁰C trommelgetrocknet und zu einem feinen Pulver vermählen.

	(	H2O	3ewichtsverhältnisse	EO	PO	HE MS	HP MS	Olsen-Bakelite	2 %ige wäßrige Lösung	Trübungs- Temperatur	2% Methanol Viskosität
Bei spiel		0,3	zu luftgetrockneter Cellulose	keine	2,98			Fließtemperatur 0C	Viskosität «p	0C	cP
Nr.	0,3	NaOH	0,09	2,86	keine	3,5	(35 kg/cm2)	Cr	41	860
1	0,3	0,1	0,22	2,76	0,17	3,34	134	1280	43	830
2	0,3	0,1	0,45	2,55	0,42	3,65	118	1180	45	480
3	0,1		0,85	3,85	96	590	49	100
4	0,1		<96*)	160

*) Die Fließtemperatur dieses Produktes war unter 96° C, aber 96° C war die niedrigste Temperatur, welche mit der verwendeten Apparatur gemessen werden konnte.

Claims (6)

1 2 licher Länge am Cellulosemolekül gebildet werden. Patentansprüche: Das M.S./D.S.-Verhältnis stellt die Durchschnittslänge dieser Seitenketten dar. Aus diesen vorausgehenden

1. Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulosen, da- Ausführungen ist zu ersehen, daß der D.S.-Wert eines durch gekennzeichnet, daß sie einen 5 Cellulosederivate nicht höher als drei sein kann, Hydroxyäthyl-M.S.-Wert von 0,05 bis 1,0 und während der M.S.-Wert beträchtlich höher als drei einen Hydroxypropyl-M.S.-Wert von 2 bis 10 auf- sein kann, abhängig von dem Ausmaß, in welchem weisen, in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser Seitenketten gebildet werden.

unlöslich, in polaren organischen Lösungsmitteln Die Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulosen der

löslich und außerdem thermoplastisch sind. io vorliegenden Erfindung sind in Wasser und in einer

2. Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulose nach großen Anzahl polarer organischer Lösungsmittel Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen löslich. Bei Durchführung von Löslichkeitsunter-Hydroxypropyl-M.S.-Wert von 3 bis 10, Vorzugs- suchungen wurden 1 g der Hydroxyäthylhydroxyweise von 3 bis 5 hat. , propyl-Cellulose und 49 ecm Lösungsmittel in ein

3. Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulose nach 15 Gefäß eingebracht und dieses 24 Stunden bei Zimmer-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen temperatur trommelgemischt.

Hydroxyäthyl-M.S.-Wert von 0,2 bis 0,6 und einen Die Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulosen der

Hydroxypropyl-M.S.-Wert von 3 bis 5 hat. Erfindung wurden im wesentlichen vollständig in den

4. Verfahren zur Herstellung von Hydroxy- nachfolgenden Lösungsmitteln gelöst: Wasser, Diäthylhydroxypropyl-Cellulosen, dadurch gekenn- 20 methylsulfoxyd, Dimethylformamid, Äthylenchlorzeichnet, daß man Cellulose gleichzeitig mit einem hydrin, Ameisensäure, Essigsäure, Pyridin, Mor-Hydroxyäthylierungs- und Hydroxypropylierungs- pholin, Äthanol und Methanol.

mittel bis zu einem Hydroxyäthyl-M.S.-Wert von Die Hydroxyäthyl-M.S.- und die Hydroxypropyl-

0,05 bis 1,0 und einem Hydroxypropyl-M.S.-Wert M.S.-Werte der Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Celluvon 2 bis 10 umsetzt und dann die Hydroxyäthyl- 25 losen gemäß der Erfindung sind entscheidend. Ein hydroxypropyl-Cellulose in üblicher Weise gewinnt. Hydroxyäthyl-M.S.-Wert von 0,05 bis 1,0 ist erforder-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- lieh; vorzugsweise soll dieser Bereich bei 0,2 bis 0,6 zeichnet, daß man die Umsetzung bis zu einem für die meisten Verwendungen liegen. Der Hydroxy-Hydroxyäthyl-M.S.-Wert von 0,2 bis 0,6 führt. propyl-M.S.-Wert muß wenigstens 2 und vorzugs-

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 30 weise 3 bis 10 betragen, wobei 3 bis 5 besonders zeichnet, daß man die Umsetzung bis zu einem bevorzugt werden.
Hydroxypropyl-M.S.-Wert von 3 bis 10, Vorzugs- Ein bedeutender Gesichtspunkt der vorliegenden

. weise von 3 · bis 5, führt. Erfindung liegt darin, daß durch die Einführung von

Hydroxyäthylsubstituenten bei einem niederen M.S.-35 Wert in das Cellulosemolekül, zusammen mit den

Hydroxypropylsubstituenten die erhaltene Hydroxy-

äthyl-hydroxypropyl-Cellulose überraschenderweise weit thermoplastischer ist und ebenso eine etwas

Aufgabe der Erfindung ist es, die Hydroxypropyl- höhere Trübungstemperatur hat als eine Verbindung, cellulosen, welche in der deutschen Offenlegungs- 40 die nur durch Einführen der Hydroxypropylgruppe in schrift 1 468 017 vorgeschlagen wurden, zu modifi- das Cellulosemolekül hergestellt wurde. Dies wird in zieren, in der Weise, daß deren Thermoplastizität klarer Weise durch die nachfolgende Tabelle 1 verwesentlich vergrößert wird, und gleichzeitig die oben- anschaulicht. Es ist dem Fachmann bekannt, daß erwähnten anderen wünschenswerten Eigenschaften, übliche Hydroxyäthylcellulose nicht thermoplastisch wenigstens in dem Ausmaße wie vor der Modifizierung, 45 ist und keine Trübungstemperatur hat. Es durfte beizubehalten. erwartet werden, daß die Thermoplastizität und Gegenstand der Erfindung sind nun die im vor- andere Eigenschaften der Hydroxyäthyl-hydroxystehenden Anspruch 1 definierten Hydroxyäthyl-hy- propyl-Celluloseder vorliegenden Erfindung annähernd droxypropyl-Cellulosen. der Durchschnitt von beiden sein dürfte. Die AnGegenstand der Erfindung ist ferner das im An- 5° strengungen, Gegenstände, z. B. Filme, aus Hydroxyspruch 4 definierte Verfahren zur Herstellung von äthylcellulose durch Extrudieren herzustellen, schlagen Hydroxyäthyl-hydroxypropyl-Cellulosen. fehl, weil die Hydroxyäthylcellulose aus dem Mundin jeder Anhydroglucoseeinheit im Cellulosemolekül stück der Extrudierungspresse in Form von Bröckchen sind drei Hydroxylgruppen vorhanden. D.S. ist die herauskommt, d.h., die verschweißt nicht und schmilzt Durchschnittsanzahl der in der Cellulose substituierten 55 nicht zusammen. Um das plastische Fließen in Sinne Hydroxylgruppen pro Anhydroglucoseeinheit (Sub- der Bezeichnung, wie sie vom Fachmann und in der stitutionsgrad). M.S. ist die Durchschnittsanzahl der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, zu erhalten, Mole des mit der Cellulose kombinierten Reaktions- muß das unter Rest stehende Material verschweißen, partners pro Anhydroglucoseeinheit (Molsubstitutions- d.h., das Material muß aus dem Mundstück der grad). Für Alkyl-, Carboxyalkyl- oder Acyl-Derivate 60 Strangpresse als ein klares kontiniuerliches Stück der Cellulose sind die D.S.- und M.S.-Werte gleich. herauskommen.

Für die Hydroxyalkylderivate der Cellulose ist der Die nachfolgenden Untersuchungen wurden durch-

M.S.-Wert im allgemeinen größer als der D.S.-Wert. geführt zum Vergleich der Hydroxyäthyl-hydroxy-

D;r Grund hierfür besteht darin, daß, wenn jeweils propyl-Celluloseprodukte der vorliegenden Erfindung

e'ne Hydroxyalkylgruppe in das Cellulosemolekül 65 mit der Hydroxylcellulose allein und mit den physika-

eingeführt wird, eine zusätzliche Hydroxylgruppe ge- lischen Gemischen von Hydroxyäthylcellulose und

bildet wird, welche selbst zur Hydroxyalkylierung Hydroxypropylcellulose. Hydroxyäthylcellulose und

fähig ist. Dadurch können Seitenketten von beträcht- Hydroxypropylcellulose wurden in gleichen Gewichts-