JP2009529590A - パーフルオロ（ポリ）エーテル中で四酸化二窒素を用いる生吸収性材料セルロースの調製方法 - Google Patents

Abstract

沸点５０〜１１０℃を有するパーフルオロエーテルまたはパーフルオロポリエーテルから成る群の溶媒を四酸化二窒素による酸化に用いる方法で、主としてヘルスケア用途に用いられる酸化天然または再生セルロースから形成される生吸収性材料を調製する。

Description

本発明は特にヘルスケアー用途を意図する酸化天然または再生セルロースからの生吸収性材料の調製方法に関する。

酸化セルロースは天然または再生セルロース（例えば、ビスコース）の酸化から得られるセルロースの酸化および分解生成物である。酸化セルロースは生適合性、生吸収性および生分解性材料である。酸性形態では殺菌効果を有する。この材料は一般的な吸収性材料としてヘルスケアーに用いられている。

セルロースは多くの方法で酸化することができる。例えば、セルロースを極性酸媒体中で酸化窒素で、非極性有機媒体中で遊離のニトロキシル基を用いて−いわゆるＴＥＭＰＯ酸化、８５％リン酸中に溶解に固体状の亜硝酸ナトリウムで処理すること、過ヨウ素酸、昇温およびアルカリｐＨで次亜塩素酸ナトリウム溶液、ジ亜ブロム酸溶液、クロム酸、亜塩素酸、過酸化水素、ガス状酸素、ガス状酸化窒素などによって処理することによる酸化が可能である。種々の酸化剤は異なる反応機構を有し、技術的または薬効上異なる生成物をもたらす。

最初の工業的スケールのセルロース酸化技術はガス状四酸化二窒素による酸化に基づく（米国特許２，２３２，９９０号）。また、テトラクロロメタン中で四酸化二窒素溶液による酸化も考慮されたが、その時点では実現されなかった。すなわち、有機溶媒中での四酸化二窒素を用いるセルロース酸化技術の開発が始まった。

有機溶媒中での酸化を述べる最初の特許（米国特許２，４４８，８９２号）は、テトラクロロメタンの他に以下の適当な溶媒：エチレンジクロリド、プロピレンジクロリド、ヘキサクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼンなどを記載する。米国特許３，３６４，２００号はクロロフルオロ炭素（１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタンまたはトリクロロフルオロメタン）中で四酸化二窒素溶液を用いる酸化技術を開示する。この技術の優位性は反応の制御がより正確であり、酸化の均一性が高くなる。

米国特許４，３４７，０５７号には、生吸収性外科トレッドの調製を記載する。綿のトレッドを１０〜３０分間酸化混合物中に浸漬し、次いで取り出して昇温下および加圧下に１５〜９０分間反応させる。テトラクロロメタン、トリクロロフルオロメタン、１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタンおよび１，２−ジクロロ−１，１，２，２−テトラフルオロエタン（これらはクロロフルオロカーボンの１つでもある）をここでは溶媒として用いる。

昇圧および昇温下に酸素、不活性ガスおよび四酸化二窒素の混合物を用いるテトラクロロメタン中でのポリサッカライドの酸化方法は米国特許５，５４１，３１６号に開示されている。

上記方法の一般的な欠点は環境的には不適合な溶媒として塩素化または塩素フッ素化炭化水素を用いることである。

従って、塩素フッ素化炭素の代替としてオゾン破壊物質ではないパーフルオロ化炭化水素（米国特許５，１８０，３９８号）−パーフルオロ炭素中での酸化方法が特許された。ヨーロッパ特許１，４００，６２４号には、溶媒のニッティングオイル（knitting oil）を除去するための脱脂効果を用いるパーフルオロ炭素中でのセルロース酸化方法を開示する。米国特許５，９１４，００３号にはハイドロフルオロエーテル中でのセルロース酸化方法を開示する。

他の有機溶媒の多くが四酸化二窒素溶液中での酸化に好適かどうかテストされた。シクロヘキサン、ペンタンおよび他のアルカン類でよい結果が得られた。ハロゲンまたは酸素を含む極性溶媒は不利な結果が出た。エーテル（エチルエーテル、ブチルエーテル、アミルエーテルおよび１，４−ジオキサン）は酸化が全く起こらない最も悪い溶媒だとわかった。溶媒と四酸化二窒素との相互作用およびセルロースとの溶媒相互作用と考えられている。不活性溶媒の双極子モーメントが高ければ高いほど、モノマーが酸化的に作用するので、モノマー（四酸化二窒素）の量が少なくセルロースの酸化の程度が低くなる。安全のための理由から、強い酸化剤（例えば、四酸化二窒素）と可燃性溶媒（例えば、炭化水素およびエーテル）との酸化混合物は非常に危険で、本質的にこの技術に不適格である。

これらの知識からセルロースはエーテル系溶媒、例えばジフェニルエーテルまたはメチルｔ−ブチルエーテル中では二酸化窒素ダイマーの溶媒分子との結合およびセルロース中の反応中心の溶媒和により酸化されないという事実が得られる。

セルロースおよびポリサッカライドの酸化のために好適な溶媒を選択することはそれらの使用および安全に関して大きく制限されるものであるということは明らかである。

本発明は有機媒体中で四酸化二窒素によって天然または再生セルロースを酸化し、次いで洗浄かつ乾燥することによる、重合度３〜１００を有しかつカルボキシル基５〜２４重量％を有する生吸収性セルロース材料の調製方法であって、前記有機媒体として、式Ｉ
Ｒ_１−（Ｏ−Ｒ_２）_ｍ−（Ｏ−Ｒ_３）_ｎ−Ｏ−Ｒ_４
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は直鎖または分岐鎖パーフルオロアルキルまたはパーフルオロアリールの群からのモノマーを表し、ｍ,ｎ≧０である。）
で表される少なくとも一つのパーフルオロエーテルおよび／または少なくとも一つのパーフルオロポリエーテルを溶媒の沸点５０〜１１０℃で用い、前記パーフルオロポリエーテルがホモポリマーまたは前記２以上のモノマーの共重合体であってよくかつパーフルオロポリエーテル主鎖が直鎖または分岐鎖であってよい、ことを特徴とする生吸収性セルロース材料の調製方法を提供し、上記欠点を解消する。

セルロース供給材料は純粋な天然物（綿、リンター、木材セルロース、微生物セルロース−例えば生物工学的方法によって調製されたもの、例えばアセトバクターキシリニウム）、再生セルロース（常套のビスコース方法によって調製されたビスコースまたはレーヨン、Ｎ−メチルモルホリンＮ−オキシド（ＮＭＭＯ）から再生されたライオセル（lyocell）、再生セルロースまたは微結晶部分分解セルロース）であってよい。セルロースの物理的形状はいかなるものであってもよく、例えば布（織布、編物、不織布、ナノ織布）、ウール、リンター、ステープル（staple）、ナノファイバーおよびナノ構造物、パウダー、タンポン、紙、板、スポンジ、フィルムなどであってよい。この技術はオリゴサッカライドおよび他のポリサッカライド（例えば、デンプン、フラクタン（fructans）)の酸化に用いられる。

有機溶媒として、沸点５０〜１１０℃を有するパーフルオロ（ポリ）エーテルのいくつかの市販の混合物が用いられ、それらは魅力的な価格を有するが、それらの機能は保持している。

極性酸性媒体中の酸化方法と比べて、本発明の方法は老化や分解をしにくい、物理的および適応特性が高い、例えば組織に対する付着性、吸収能、所望の可撓性および乾燥および湿潤強さ、止血時間および吸収時間がよい生成物が得られる。微結晶および再生セルロースはそれらがゲル状物質を形成して溶解するので、極性媒体中で酸化するのは非常に難しい。しかしながら、本発明の方法を用いればこれらの生成物を有用な特性を有して調製することができる。

パーフルオロ（ポリ）エーテル溶媒は非毒性で不燃性であり、塩素化または塩素フッ素化炭化水素と比べて環境に適合した有機溶媒である。セルロース酸化におけるこれらの溶媒の使用は生成物の高い均一性を保持しつつ、天然のセルロース材料の酸化を可能にするので、再生セルロースにのみ限定する必要はなくなる。

パーフルオロ（ポリ）エーテル溶媒の使用の別の利点は、酸化が上記他の溶媒、すなわち、ハイドロフルオロエーテル溶媒よりも実質的に早く進行することである。沸点６１℃を有する式Ｃ_４Ｆ_９−Ｏ−ＣＨ_３および沸点７６℃を有するＣ_４Ｆ_９−Ｏ−Ｃ_２Ｈ_５の分離（segregated）ハイドロフルオロエーテルの実験はこれらの溶媒中でのセルロースの酸化が進行するが、本発明下におけるパーフルオロ（ポリ）エーテル中でのものよりもよくなく（表１参照）、分離ハイドロフルオロエーテルの高い極性が原因であると思われる。分離ハイドロフルオロエーテルでの実験はセルロース酸化のための四酸化二窒素溶媒としてパーフルオロ（ポリ）エーテルの特異性が確認される。

実施例１
天然のウールメリヤス生地の酸化
酸化容器中５％の水含量で綿のメリヤス生地２０ｇに沸点９０℃で式ＣＦ_３−［（Ｏ−ＣＦ（ＣＦ_３）−ＣＦ_２）_ｍ−（Ｏ−ＣＦ_２）_ｎ］−Ｏ−ＣＦ_３のパーフルオロ（ポリ）エーテル９０容量％および液状Ｎ_２Ｏ_４の１０容量％からなる酸化溶液２００ｍｌを添加した。酸化が実験室温度２５℃で１６時間進行した。酸化が終了後、酸化混合物を取り出し、メリヤス生地を１０分間排水した。次いで７０％エタノール２００ｍｌを加えて、生地を２時間抽出した。７０％エタノールで洗浄を３回行い、生成物を９６％エタノールで洗浄後、９９．８％イソプロパノールで最後に洗浄した。生地を自由大気中で乾燥した。水含量９．８重量％、乾燥物中ＣＯＯＨ１８．８重量％（カドキセン（cadoxen）溶液中粘度）ＤＰ１６．７、１％溶液のｐＨは４であり、浸漬率（immersion rate）は３秒であり、吸収能はサンプル５ｇにつき水３３．３ｇを有する生成物２２．３０ｇを得た。サンプルを接着および確認テストにかけた。メリヤス生地は大変柔らかい構造を示し、初期原材料と同様であった。

実施例２
異なる溶媒中における酸化の比較
酸化容器中に水含量を５％を有する綿糸メリヤス生地２０ｇのサンプルに有機溶媒９０容量％および液状Ｎ_２Ｏ_４の１０容量％からなる酸化混合物２００ｍｌをかけた。酸化が実験室温度２５℃で１６時間進行した。酸化終了後、酸化混合物を取り出し、サンプルを１０分間排水した。７０％エタノール２００ｍｌを各サンプルに添加し、サンプルを２時間抽出した。７０％エタノールでの洗浄を３回行い、製造物を９６％エタノールで洗浄した後、最終９９．８％イソプロパノールで洗浄した。サンプルを自由大気下８時間乾燥した。実験結果を表１に示す。

実施例３
コットンウールおよび再生セルロースステープルの酸化
酸化容器中にコットンウールまたは再生セルロースステープル１０ｇのサンプルに沸点９０℃を有するパーフルオロポリエーテル９０容量％および液状Ｎ_２Ｏ_４の１０容量％の酸化混合物２００ｍｌをかけた。酸化は実験室温度２５℃、１６時間進行した。酸化終了後、酸化混合物を取り出し、サンプルを１０分間排水した。７０％エタノール２００ｍｌを各サンプルに加えて、サンプルを２時間抽出した。７０％エタノールでの洗浄をトータルで３回行い、９９．８％イソプロパノールで最後に洗浄した。サンプルを自由大気中で１６時間乾燥させた。実験結果を表２に示す。

全ての生成物は柔らかい繊維状構造を有し、例えば歯科用タンポンとして使用可能である。

実施例４
微結晶セルロースの酸化
重合度（ＤＰ）１４５を有する微結晶セルロース２０ｇを沸点９０℃を有するパーフルオロポリエーテル９０容量％および液状Ｎ_２Ｏ_４１０容量％を含む酸化混合物２００ｍｌを含む酸化容器に中に定常撹拌下に添加した。酸化が実験室温度２５℃で１６時間続行した。酸化終了後、酸化混合物を濾別し、酸化生成物を７０％エタノール２００ｍｌ中に２時間吊し、エタノールを濾別し、洗浄を繰り返した。７０％エタノールでの洗浄をトータルで３回行い、生成物を９６％エタノールで洗浄後、最終９９．８％イソプロパノールで洗浄した。生成物を自由大気中で１６時間乾燥した。最終生成物はＣＯＯＨ含量１６．６重量％、ＤＰ２７．６（カドキセン溶液中粘度測定）を有する白色粉末であった。

実施例５
Ｎ_２Ｏ_４重量／セルロース重量の比の影響
２０ｇ重量の天然綿のメリヤス生地（ＤＰ_０＝２５２５）のサンプルに、沸点９０℃を有するパーフルオロポリエーテル中Ｎ_２Ｏ_４１０容量％の酸化混合物の異なる容量をかけた。酸化が２０℃２３時間続行した。酸化終了後、サンプルを実施例１における水性および無水アルコールで洗浄した。実験条件と結果を表３に示す。

実施例６
特性評価
酸性媒体中の方法と比べて、および公知の溶媒によって調製された酸化テキスタイル再生セルロースと比べて、本発明下で種々の溶媒中で実施例２および３のような方法によって調製された種々の天然セルロース材料の化学的、物理的および用途特性の値を表４に要約する。酸化生成物の基本的化学特性の評価はｖ米国ファルマコペイア（Pharmacopoeia：ＵＳＰ２５−酸化セルロース）中に記載の方法によって行う。さらに、重合数（ＤＰ）はカドキセン溶液中粘度経を用い、ｐＨ電極を用いてサンプルの１％水性抽出物のｐＨ値で評価する。物理的特性（重量、吸収能および浸漬率）は生成物酸化および最終方法によって決定し、これらの特性は材料の用途の可能性に影響を与える。酸化セルロースの皮膚への湿潤付着性の評価、種々の条件下での安定性評価および止血効果および生化学的吸収性の評価を用いて、材料の適用特性を評価する。

サンプルＮｏ．１：実施例２で、沸点７０℃を有する溶媒パーフルオロポリエーテルによる酸化テキスタイル天然セルロース
サンプルＮｏ．２：実施例２で、沸点８４℃を有する溶媒パーフルオロポリエーテルによる酸化テキスタイル天然セルロース
サンプルＮｏ．３：実施例２で、沸点９０℃を有する溶媒パーフルオロポリエーテルによる酸化テキスタイル天然セルロース
サンプルＮｏ．４：酸性極性媒体中での酸化によって製造された酸化テキスタイル天然セルロース
サンプルＮｏ．５：公知の溶媒方法によって調製された酸化テキスタイル再生セルロース
サンプルＮｏ．６：実施例３で、沸点９０℃を有する溶媒パーフルオロポリエーテルによる酸化綿ウール

これらの実験では、同じ最初の材料を有機溶媒中で同様のカルボン酸基含量のレベルに酸化できが、比較できる化学特性と同様の材料分解度を達成できることをしめす。

面重量はサンプルＮｏ．６では、その非テキスタイル性から測定できない。

全てのサンプルは、十分な皮膚付着性を示し、湿潤材料は可撓性を有し、皮膚に付着してその表面に再生する傾向がある。テキスタイル酸化セルロースサンプルが血液と接触した場合、瞬時のゲル化、急速凝集および効果的止血がパーフルオロポリエーテル中での酸化によるサンプルでは、おこる。全てのサンプルは、生体組織に良好な吸収性および迅速な治癒を示し、生体の可能や逆反応はおこらない。

Claims (1)

1. 有機媒体中で四酸化二窒素によって天然または再生セルロースを酸化し、次いで洗浄かつ乾燥することによる、重合度３〜１００を有しかつカルボキシル基５〜２４重量％を有する生吸収性セルロース材料の調製方法であって、前記有機媒体として、式Ｉ
   Ｒ_１−（Ｏ−Ｒ_２）_ｍ−（Ｏ−Ｒ_３）_ｎ−Ｏ−Ｒ_４
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は直鎖または分岐鎖パーフルオロアルキルまたはパーフルオロアリールの群からのモノマーを表し、ｍ,ｎ≧０である。）
   で表される少なくとも一つのパーフルオロエーテルおよび／または少なくとも一つのパーフルオロポリエーテルを溶媒の沸点５０〜１１０℃で用い、前記パーフルオロポリエーテルがホモポリマーまたは前記２以上のモノマーの共重合体であってよくかつパーフルオロポリエーテル主鎖が直鎖または分岐鎖であってよい、ことを特徴とする生吸収性セルロース材料の調製方法。