JP2003252902A - 低置換度セルロースエーテル粉末とその製造方法 - Google Patents

低置換度セルロースエーテル粉末とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保水性及び皮膚に適用する場合の使用感を有
し、何らかの担体に使用するのにも適したセルロース系
ポリマーを提供する。 【解決手段】 一次粒子のアスペクト比が1.0〜1.
5のものが95重量%以上である低置換度セルロースエ
ーテル粉末を提供する。また、低置換度セルロースエー
テルのアルカリ溶液に酸を加えて中和しながら、又は酸
を加えて中和した後、剪断摩砕し、得られ分散液を噴霧
乾燥することを特徴とするモル置換度0.05〜1.0の
低置換度セルロースエーテル粉末の製造方法を提供す
る。さらに、低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを
剪断摩砕により水に膨潤分散する工程と、得られる分散
液を噴霧乾燥することを特徴とするモル置換度0.05
〜1.0の低置換度セルロースエーテル粉末の製造方法
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、食品、医薬品、化
粧品、水性塗料、インキ、糊料等の分散安定剤、粘度調
節剤等として好適に使用される低置換度セルロースエー
テル粉末とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】前述の分野においてセルロース系ポリマ
ーの寄与は大きく、例えば結晶セルロースや粉末セルロ
ース、また水溶性セルロース誘導体が広く使用されてい
る。また、特公昭56−54292号公報、特公昭62
−61041号公報、特公平6−49768号公報に
は、低置換度セルロースエーテル粉末を水に分散させ、
これを剪断摩砕することを特徴とする水性ゲルの製造方
法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の産業分野におい
て望まれる性能として、使用法が簡便で安定であり、目
的に合った粘性や保形性、良好な使用感を有すること等
である。結晶セルロースは、そのような性能を有してお
り広く使用されているが、保水性に若干欠けるところが
ある。また、公知の低置換度セルロースエーテルは、繊
維状をしているため、例えば皮膚に適用する場合の使用
感に欠ける問題がある。また、公知の低置換度セルロー
スエーテルでは、一次粒子の段階で実質的に球状である
ものはなく、例えば何らかの担体に使用したい場合不都
合である。本発明の目的は、これらの問題点を克服した
セルロース系ポリマーの提供にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、上記課題を解決する物質を見出し、本発明を完成
させた。本発明は、一次粒子のアスペクト比が1.0〜
1.5のものが95重量%以上である低置換度セルロー
スエーテル粉末を提供する。また、本発明は、低置換度
セルロースエーテルのアルカリ溶液に酸を加えて中和し
ながら、又は酸を加えて中和した後、剪断摩砕し、得ら
れ分散液を噴霧乾燥することを特徴とするモル置換度
0.05〜1.0の低置換度セルロースエーテル粉末の製
造方法を提供する。さらに、本発明は、低置換度ヒドロ
キシプロピルセルロースを剪断摩砕により水に膨潤分散
する工程と、得られる分散液を噴霧乾燥することを特徴
とするモル置換度0.05〜1.0の低置換度セルロース
エーテル粉末の製造方法を提供する。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明につき更に詳しく説
明する。本発明における低置換度セルロースエーテル
は、水には溶解しないがアルカリ溶液に溶解する性質を
もつものである。一般にセルロースは、水に不溶である
が、セルロースを構成しているグルコース環の水酸基の
水素原子をアルキル基やヒドロキシアルキル基で置換す
ると、その置換の程度によって水溶性を持つようにな
る。しかしながら、置換の程度が低いものは水への溶解
性は見られず、その変わりにアルカリ溶液には溶解する
性質をもつことが多い。多くの場合、低置換度セルロー
スエーテルの粉末は、水中に分散されると、その一部が
膨潤した状態となる。置換度が高くなると水溶性のもの
となり、また逆にアルカリに溶解する性質を失う。その
ような水溶性セルロースエーテルを使用することでは本
発明の水性ゲル状物を得ることはできない。
【0006】本発明で使用される低置換度セルロースエ
ーテルの主なものについて望ましいモル置換度は、0.
05〜1.0であり、望ましい置換基の重量%の範囲
(カッコ内はモル置換度を示す。)を示せば次の通りで
ある。なお、モル置換度は、日本薬局方を参考に測定で
きる。 低置換度メチルセルロース:メトキシル基3〜15重量
%(0.16〜0.85) 低置換度ヒドロキシエチルセルロース:ヒドロキシエト
キシル基3〜15重量%(0.08〜0.45) 低置換度ヒドロキシプロピルセルロース:ヒドロキシプ
ロポキシル基4〜20重量%(0.09〜0.51) 低置換度ヒドロキシプロピルメチルセルロース:メトキ
シル基3〜12重量%、ヒドロキシプロポキシル基4〜
20重量%(両置換基を合わせて0.25〜1.0)
【0007】このような低置換度セルロースエーテル
は、水には不溶であるがアルカリ水溶液には溶解し、ま
た吸水して膨潤する性質を持つ。さらに典型的な例とし
て、低置換度ヒドロキシプロピルセルロースが挙げら
れ、この物質は信越化学工業社より低置換度ヒドロキシ
プロピルセルロースの商品名で現在市販されており、日
本薬局方に収載され、特に医薬材料分野で錠剤に配合さ
れる崩壊剤として汎用されているものである。
【0008】これらの低置換度セルロースエーテルの公
知の製造法は、例えば特公昭57−53100号公報に
おいて説明されている。製造するためには、まずアルカ
リセルロースの調製が必要となる。これは出発原料であ
るパルプのシート状のものをアルカリ水溶液、例えば苛
性ソーダに浸せきするか、又はパルプを粉砕したものを
そのままアルカリ溶液と混合したり、パルプ粉末を有機
溶剤中に分散させた後でアルカリを加える等して調製さ
れる。次に、アルカリセルロースを反応器に仕込み、プ
ロピレンオキサイド、エチレンオキサイド等のエーテル
化剤を添加した後、加熱して反応させるとセルロースエ
ーテルとなる。反応終了後の粗セルロースエーテルを別
のタンクに移し、アルカリを酸で中和して固形物を洗
浄、乾燥、粉砕して粉末として最終製品とする。或い
は、反応直後の粗セルロースエーテルを水に完全溶解又
は部分溶解させた後で中和し、析出する高分子を分取し
て洗浄、乾燥、粉砕する方法を取る場合もある。
【0009】これに対し本発明の製造方法では、低置換
度セルロースエーテルを一度アルカリ水溶液に溶解後、
中和しながら、又は中和した後でこれに剪断摩砕をかけ
て得た分散液を噴霧乾燥することによる。ここで、前述
の方法で一度最終製品とされた低置換度セルロースエー
テル粉末をアルカリ水溶液に溶かしても、反応直後の段
階で粗セルロースエーテルを水に溶解しても結果的には
同様の効果が得られる。後者の場合は、粗セルロースエ
ーテルがアルカリを含んでいるため、溶かす溶媒は水の
みでもよいが、溶解を確実にするためにアルカリを追加
する場合もある。いずれの方法も本発明に包含される。
【0010】溶解に使用するアルカリは、苛性カリ、苛
性ソーダ等が挙げられ、その濃度は使用するセルロース
エーテルの置換基の種類と置換度により異なるので適宜
決定するが、通常2〜25重量%、特に3〜15重量%
である。典型的な例としては、モル置換度0.2の低置
換度ヒドロキシプロピルセルロースの場合、10重量%
の苛性ソーダに溶解する。なお、置換基の分布の違いに
より、透明な溶液となる場合と完全に透明でない場合が
ある。後者の場合、明らかに粘性が上昇している時はこ
れを溶解しているものと見なす。
【0011】アルカリ溶液の中和は、当量の塩酸、硫
酸、酢酸等を用いればよい。アルカリ溶液を剪断摩砕機
にかけ、徐々に酸を加えて中和を進めながら摩砕する
か、又は先に当量の酸を加えて中和し、析出した高分子
が存在する液をそのまま剪断摩砕する。
【0012】剪断摩砕の方法は、適当な濃度のセルロー
スエーテルのアルカリ性溶液又はそれを中和した液を好
ましくは乳化分散機を用いて摩砕する方法である。乳化
分散機としては、特に限定しないが、振動ボールミル、
コロイドミル、ホモミキサー、プロペラ式ホモジナイザ
ーや高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー等のホ
モジナイザー等が挙げられる。この中でも、ホモジナイ
ザーが好ましく、高圧をもってバルブの隙間から処理液
を噴射させる高圧式ホモジナイザー(例えば、三和機械
社製「ホモジナイザー」、スギノマシン社製「アルティ
マイザーシステム」、みずほ工業社製「マイクロフルイ
ダイザー」、ゴーリン社製高圧ホモジナイザー)、超音
波の振動を利用した超音波ホモジナイザー(例えば、日
本精機製作所製「超音波ホモジナイザー」)が均一な水
分散系を調製する上で好ましい。このとき、アルカリ性
溶液の場合は、これに塩酸、硫酸、酢酸等の酸を徐々に
加えながら摩砕を進める。剪断摩砕条件は、特に限定さ
れないが、例えばプロペラ式ホモジナイザーであれば
3,000〜15,000rpm、特に10,000〜
15,000rpm、高圧ホモジナイザーであれば、圧
力100〜2,000kg/cm2、特に200〜2,
000kg/cm2好ましい。
【0013】剪断摩砕する時の溶液中のセルロースエー
テル濃度は、0.01〜20重量%、特に0.1〜10
重量%とすることが好ましい。これより濃度が高くなる
と、粘性が過度に上昇し、摩砕が困難になるおそれがあ
る。
【0014】調製された分散液の中には中和により生じ
た塩が存在するので、所望によりこれを遠心分離又は透
析等の手法で取り除く。なお、本発明の分散液には、ゲ
ル状のものも含まれる。
【0015】上記のように低置換度セルロースエーテル
をアルカリに溶解することなく、低置換度セルロースエ
ーテルを水に膨潤分散させ剪断摩砕、好ましくは乳化分
散機を用いて剪断摩砕する方法を用いることができる。
【0016】次に、この分散液を一般的な噴霧乾燥の方
法により粉末化する。噴霧乾燥は、例えば、噴霧乾燥装
置を用いて20〜150℃で乾燥することにより行われ
る。得られる粉末はその一次粒子が実質的に球状を成し
ており、そのアスペクト比(粒子の長径と短径の比)が
1.0〜1.5のものが95重量%以上である。これま
でのものとは異なり、繊維状の粒子は存在しない。ま
た、繊維状粒子を含む低置換度セルロースエーテルを湿
式造粒法等により球形顆粒としたものは、これは一次粒
子と見なされないので本発明とは異なる。なお、アスペ
クト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察に基づき、
粒子の長径や粒子の短径で表すものとする。アスペクト
比が上記の範囲にないと、皮膚に適用したときの使用感
に欠けてしまう。
【0017】本発明の低置換度セルロースエーテルの平
均粒子径は、通常、篩法、レーザー回折法、顕微鏡によ
る視覚的方法等の方法(ただし乾式法に限る)で1mm
以下であり、好ましくは100μm以下である。さらに
好ましくは10μm以下である。なお、その下限は特に
制限されないが、通常0.1μm以上である。粒子の大
きさは、分散液を調製する時の剪断摩砕の力、また溶け
ている高分子の濃度等の条件によりコントロールされ
る。
【0018】次に、具体的実施例及び比較例を挙げる
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【実施例】実施例1 低置換度ヒドロキシプロピルセルロース粉末(信越化学
工業社製、モル置換度0.2、平均粒径100μm)
7.5gを6.3重量%NaOH水溶液425gに溶解
した。この溶液をホモジナイザー(日本精機製作所製A
M−10型)を用いて5,000rpmで剪断摩砕しな
がら容器の小さな孔より中和当量の酢酸を5分にわたり
滴下した。中和後、さらに10,000rpmで10分
間剪断摩砕を続けた。得られたゲルを10,000rp
mで10分間遠心分離し、上清を捨て、沈殿物に固形分
濃度が2重量%となるように新たな純水を加えて再分散
した。この分散液を噴霧乾燥装置(Pulvis社 M
inispray)を用い吸気温度120℃で噴霧乾燥
して粉末を得た。この粉末を電子顕微鏡で観察したとこ
ろ一次粒子は球状をしており、粒子の95重量%以上が
アスペクト比1.1であった(図1と図2を参照)。写
真から平均粒子径を求めたところ、2μmであった。
【0019】実施例2 パルプシートを49重量%苛性ソーダに浸せきしてアル
カリセルロースとし、これを1cm×1cmのチップ状
にカットした。このもの100gを反応器に仕込み、プ
ロピレンオキサイド11gを添加した。反応器を窒素置
換して密封し、撹拌しながら60℃で5時間加熱した。
反応物を少量サンプリングし、中和洗浄、乾燥後のモル
置換度測定値は0.2であった。別に反応生成物7gを
水400gに溶解し、これを上記と同形式のホモジナイ
ザーを用い5,000rpmで回転させながらチャンバ
ーの小孔から酢酸を5分間にわたり徐々に加えて中和し
た。中和後さらに1,000rpmで5分剪断摩砕を続
けた。得られた水性ゲルを10,000rpmで10分
間遠心分離した後、上清を取り除き、新たに純水350
gを加えて再分散し、再び遠心分離して上清を取り除い
た。もう一度同様の操作を繰り返し、ゲルを精製した。
さらにセルロースエーテルの濃度が3重量%となるよう
に水を加えて濃度調整を行った。この分散液を噴霧乾燥
装置(Pulvis社Minispray)で吸気温度
120℃で噴霧乾燥して粉末を得た。この粉末を電子顕
微鏡で観察したところ一次粒子は球状をしており、粒子
の95重量%以上がアスペクト比1.1であった。写真
から平均粒子径を求めたところ、3μmであった。
【0020】実施例3〜5 実施例1と同様な方法で、ただし低置換度ヒドロキシプ
ロピルセルロースをそれぞれ低置換度メチルセルロース
(モル置換度0.28)、低置換度ヒドロキシプロピル
メチルセルロース(メトキシ基モル置換度0.13、ヒ
ドロキシプロポキシル基モル置換度0.18)、低置換
度ヒドロキシエチルセルロース (モル置換度0.2)
に置き換えて粉末を調製した。これらの粉末を電子顕微
鏡で観察したところ一次粒子は球状をしており、そのア
スペクト比及び写真から平均粒子径を求めた結果を表1
に示す。
【0021】
【表1】
【0022】比較例 実施例1で得た粉末8重量部を水92重量部に分散させ
たところ、半透明でチキソトロピックな粘性を有するゲ
ルとなった。市販の低置換度ヒドロキシプロピルセルロ
ース粉末(信越化学工業社製LH−31、モル置換度
0.2、繊維状粒子、平均粒径17μm、図3参照)を
同様に水に分散させたところ、白濁したゲル状となった
が、実施例1のものに比べると滑らかさに欠け、皮膚へ
の触感に劣っていた。
【0023】
【発明の効果】本発明による低置換度セルロースエーテ
ル粉末は、粒子形状の点で先行技術のものより優れてい
るものであり、ペースト状、ゲル状の食品、医薬品、化
粧品、或いは水系塗料、インキ、糊料等に使用した場
合、これらの保水性、分散安定性、増粘作用において優
れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた低置換度ヒドロキシプロピ
ルセルロース粉末のSEM写真(5,000倍)であ
る。
【図2】実施例1で得られた低置換度ヒドロキシプロピ
ルセルロース粉末のSEM写真(250倍)である。
【図3】比較例1で用いた市販の低置換度ヒドロキシプ
ロピルセルロース粉末(LH−31)のSEM写真(3
50倍)である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年4月1日(2002.4.1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】次に、この分散液を一般的な噴霧乾燥の方
法により粉末化する。噴霧乾燥は、例えば、噴霧乾燥装
置を用いて20〜150℃で乾燥することにより行われ
る。得られる粉末はその一次粒子が実質的に球状を成し
ており、そのアスペクト比(粒子の長径と短径の比)が
1.0〜1.5のものが95重量%以上である。これま
でのものとは異なり、繊維状の粒子は存在しない。ま
た、繊維状粒子を含む低置換度セルロースエーテルを湿
式造粒法等により球形顆粒としたものは、これは一次粒
子と見なされないので本発明とは異なる。なお、アスペ
クト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察に基づき、
粒子の長径粒子の短径の比で表すものとする。アスペ
クト比が上記の範囲にないと、皮膚に適用したときの使
用感に欠けてしまう。
フロントページの続き Fターム(参考) 4B041 LC05 LD03 LE01 LH11 LP03 LP08 LP22 4C076 AA09 AA16 EE32F EE32G FF43 4C083 AD281 AD282 BB26 CC01 DD39 DD41 EE01 4C090 AA03 BA28 BD24 CA01 CA06 CA19 DA02 DA04 DA23 DA26 DA27 DA31

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次粒子のアスペクト比が1.0〜1.
    5のものが95重量%以上含まれるモル置換度0.05
    〜1.0の低置換度セルロースエーテル粉末。
  2. 【請求項2】 平均粒子径が、1mm以下である請求項
    1に記載の低置換度セルロースエーテル粉末。
  3. 【請求項3】 低置換度セルロースエーテルのアルカリ
    溶液に酸を加えて中和しながら、又は酸を加えて中和し
    た後、剪断摩砕し、得られる分散液を噴霧乾燥すること
    を特徴とするモル置換度0.05〜1.0の低置換度セル
    ロースエーテル粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 低置換度ヒドロキシプロピルセルロース
    を剪断摩砕により水に膨潤分散する工程と、得られる分
    散液を噴霧乾燥することを特徴とするモル置換度0.0
    5〜1.0の低置換度セルロースエーテル粉末の製造方
    法。
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