JP2010013549A - Carboxylethyl cellulose - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カルボキシルエチル基の置換度が0.2〜2.8であって、カルバモイルエチル基の置換度が0.04以下であり、重合度が2〜3000であるカルボキシルエチルセルロース及びその製造方法に関する。 The present invention relates to carboxylethyl cellulose having a carboxylethyl group substitution degree of 0.2 to 2.8, a carbamoylethyl group substitution degree of 0.04 or less, and a polymerization degree of 2 to 3000, and a method for producing the same. About.
セルロースは植物主成分の約50%を占めており、地球上で最も多量に生産されているバイオマスである。近年、石油のような化石資源の枯渇や燃焼による二酸化炭素増加などの環境問題から、再生産可能でカーボンニュートラルであるセルロースの石油代替の材料への変換が注目されている。特にセルロースの遊離の水酸基に官能基が導入された有機溶剤や水に対して溶解性を示すセルロース誘導体は、成形性や取扱の容易さ等の観点から現在でも様々な分野で利用されている。
例えば、セルロースアセテート(CA)は、アセトン等の有機溶剤に溶け、繊維、フィルター、プラスチック、フィルム、塗料の分野で利用されている。また、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)等はいずれも水溶性を示すが、それぞれの水溶液特性は大きく異なり(例えば、チキソトロピー性:CMC水溶液大、MC水溶液小、熱ゲル化性:MC水溶液あり、CMC水溶液なし)、その特性に応じた用途分野(食料品、医薬品、化粧品或いは建材など)で広く利用されている。
このようにセルロース誘導体は、官能基の構造によって独自の機能を発現することから、新規構造を有するセルロース誘導体を創出することにより、その利用価値は将来的に更に高まるといえる。
Cellulose accounts for about 50% of the main plant components, and is the most produced biomass on earth. In recent years, due to environmental problems such as the depletion of fossil resources such as petroleum and the increase in carbon dioxide due to combustion, the conversion of cellulose, which is reproducible and carbon neutral, to an alternative to petroleum has attracted attention. In particular, an organic solvent in which a functional group is introduced into a free hydroxyl group of cellulose and a cellulose derivative that is soluble in water are still used in various fields from the viewpoint of moldability and ease of handling.
For example, cellulose acetate (CA) is dissolved in an organic solvent such as acetone and is used in the fields of fibers, filters, plastics, films, and paints. In addition, methyl cellulose (MC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC) and the like are all water-soluble, but their aqueous solution characteristics are greatly different (for example, thixotropic properties: CMC aqueous solution). Large, small MC aqueous solution, thermal gelation: MC aqueous solution, no CMC aqueous solution), widely used in application fields (foodstuffs, pharmaceuticals, cosmetics, building materials, etc.) according to the characteristics.
Thus, since a cellulose derivative expresses an original function by the structure of a functional group, it can be said that the utility value will further increase in the future by creating a cellulose derivative having a novel structure.
一方、近年、日本では公害対策基本法、大気汚染防止法を始めとした環境関連規制が進んでおり、塗料や接着剤、インキ等のVOC削減対策として主成分としての合成樹脂の水性化が求められていることから、これらの分野で利用できる新規水溶性セルロース誘導体の開発が期待されている。
セルロースの水性化の考え方としては、アミド基、カルボキシル基等の親水基の導入が挙げられる。特許文献1では、セルロースをアクリルアミドと反応させカルバモイルエチルセルロースを得た後、加水分解によりカルボキシルエチル基を有するカルボキシルエチルセルロースが合成できることが開示されている。また特許文献2には、アクリロニトリルに対してセルロースを付加反応させてシアノエチルセルロースを得てから、過酸化水素水によりカルバモイルエチルセルロースを経由し、最後に酸加水分解することによりカルボキシルエチルセルロースを得ることが開示されている。しかしながら、特許文献1、2に開示された方法で得られたカルボキシルエチルセルロースやカルバモイルエチルセルロースは、カルバモイルエチル基及びカルボキシルエチル基の総置換度が0.1程度と低く、水溶性を示さない。
On the other hand, in recent years, environmental regulations such as the Pollution Control Basic Law and the Air Pollution Control Law have been advanced in Japan, and water-based synthetic resin as a main component is required as a VOC reduction measure for paints, adhesives, inks, etc. Therefore, development of a novel water-soluble cellulose derivative that can be used in these fields is expected.
The idea of making the cellulose aqueous is to introduce hydrophilic groups such as amide groups and carboxyl groups. Patent Document 1 discloses that carboxyethyl cellulose having a carboxyethyl group can be synthesized by hydrolysis after reacting cellulose with acrylamide to obtain carbamoylethylcellulose. Further, Patent Document 2 discloses that cyanoethyl cellulose is obtained by addition reaction of acrylonitrile with cellulose, and then carboxymolyethyl cellulose is obtained by acid hydrolysis with hydrogen peroxide solution through carbamoylethyl cellulose. Has been. However, carboxyethyl cellulose and carbamoylethyl cellulose obtained by the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a low total substitution degree of carbamoylethyl group and carboxylethyl group of about 0.1, and do not exhibit water solubility.
特許文献3には、カルボキシルエチル基とカルバモイルエチル基を有する水溶性のカルボキシルエチルカルバモイルエチルセルロースが開示されている。しかしながら、カルバモイルエチル基を有するカルボキシルエチルカルバモイルエチルセルロースは、ポリマーが経時的に黄変する。またポリマーが黄変することで、水溶液の透明性が変化したり、更に悪いことには水溶性を示さなくなったり、当該水溶液を利用した製品の性能を著しく損なわせる。
また特許文献3には、セルロースをアルカリセルロース化した後にアクリロニトリルと反応させ、反応途中で水を加えることによりカルボキシルエチルカルバモイルエチルセルロースを得られることが開示されている。しかしながら、この方法ではカルボキシルエチル基とカルバモイルエチル基の置換度比率の制御が非常に困難で、再現性良く置換度比率が同じカルボキシルエチルカルバモイルエチルセルロースを得ることができないという問題があった。更に、この方法ではアクリロニトリルの利用率が30%前後と低く、同時に発生する副生成物が多いため有機溶剤による繰り返し精製が必要であるうえ十分に純度を上げることができなくなり、コスト高になるという欠点を有している。
Patent Document 3 discloses water-soluble carboxylethylcarbamoylethylcellulose having a carboxylethyl group and a carbamoylethyl group. However, in carboxylethylcarbamoylethylcellulose having a carbamoylethyl group, the polymer turns yellow over time. Further, the yellowing of the polymer changes the transparency of the aqueous solution, and worse, the water-solubility is not exhibited, or the performance of the product using the aqueous solution is remarkably impaired.
Patent Document 3 discloses that carboxylethylcarbamoylethylcellulose can be obtained by converting cellulose into an alkalicellulose and then reacting with acrylonitrile and adding water during the reaction. However, this method has a problem in that it is very difficult to control the substitution degree ratio between the carboxyethyl group and the carbamoylethyl group, and it is impossible to obtain carboxylethylcarbamoylethylcellulose having the same substitution degree ratio with good reproducibility. Furthermore, in this method, the utilization rate of acrylonitrile is as low as around 30%, and many by-products are generated at the same time. Therefore, repeated purification with an organic solvent is necessary, and the purity cannot be sufficiently increased, resulting in an increase in cost. Has drawbacks.
本発明の目的は、カルバモイルエチル基をほとんど含まず、化成品として有効に利用できる水溶性のカルボキシルエチルセルロースを提供することにある。また、本発明の別の目的は、副反応の抑制されたカルボキシルエチルセルロースの効率的製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a water-soluble carboxyethyl cellulose which hardly contains a carbamoylethyl group and can be effectively used as a chemical product. Another object of the present invention is to provide an efficient method for producing carboxyethyl cellulose in which side reactions are suppressed.
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、セルロースとアクリロニトリルを特定濃度のアルカリ水溶液で反応させ、加水分解させること、更に当該工程を特定様式の攪拌機を用いることによりカルバモイルエチル基を含まないカルボキシルエチルセルロースが高効率的且つ高純度で得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。
すなわち本発明は、カルボキシルエチル基の置換度が0.2〜2.8であるカルボキシルエチルセルロースであって、カルバモイルエチル基の置換度が0.04以下であり、重合度が2〜3000であるカルボキシルエチルセルロース、にかかるものである。
As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventor reacted cellulose and acrylonitrile with an aqueous alkali solution having a specific concentration to cause hydrolysis, and further used the carbamoylethyl group by using a stirrer of a specific mode. The present inventors have found that carboxyethyl cellulose containing no hydrogen can be obtained with high efficiency and high purity, and based on this finding, the present invention has been completed.
That is, the present invention relates to a carboxyl ethyl cellulose having a carboxyl ethyl group substitution degree of 0.2 to 2.8, a carbamoyl ethyl group substitution degree of 0.04 or less, and a polymerization degree of 2 to 3000 carboxyl. It is related to ethyl cellulose.
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、白度に優れ製品品位が高い。また不純物も少ないので安定性、安全性が高い。また本発明に係る製造方法は、原料の利用率が高く、工程が1ステップかつ精製も簡便であるため、生産コストが安くなる。 The carboxyl ethyl cellulose of the present invention has excellent whiteness and high product quality. In addition, there are few impurities, so stability and safety are high. In addition, the production method according to the present invention has a high raw material utilization rate, a one-step process, and simple purification.
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、カルボキシルエチル基の置換度が0.2〜2.8の範囲であることが必要である。カルボキシルエチル基の置換度が0.2未満であると、カルボキシルエチルセルロースは水溶性を示さない。一方、カルボキシルエチル基の置換度が2.8を超えると、水溶液の透明性が著しく低下する。水溶性及び水溶液の透明性の観点から、カルボキシルエチル基は0.3〜2.7が好ましく、最も好ましくは0.4〜2.5の範囲である。また本発明のカルボキシルエチルセルロースは、カルバモイルエチル基が0.04以下であることが必要である。カルバモイルエチル基が0.04を超えると、水溶液の状態で保存している間に黄変する。好ましくは、カルバモイルエチル基の置換度が0.03以下であって、更に好ましくはカルバモイルエチル基の置換度が0.01以下である。
本発明のカルボキシルエチルセルロースの重合度は、成形材料としての機械的特性及び塗膜材料として使用した時の塗膜強度を発揮するために2〜3000の範囲であることが必要である。好ましくは200〜2500、より好ましくは300〜2000の範囲である。
In the carboxyethyl cellulose of the present invention, the degree of substitution of the carboxyethyl group needs to be in the range of 0.2 to 2.8. When the substitution degree of the carboxylethyl group is less than 0.2, the carboxylethylcellulose does not exhibit water solubility. On the other hand, when the degree of substitution of the carboxyethyl group exceeds 2.8, the transparency of the aqueous solution is significantly reduced. From the viewpoint of water solubility and the transparency of the aqueous solution, the carboxylethyl group is preferably from 0.3 to 2.7, and most preferably from 0.4 to 2.5. In addition, the carboxyethyl cellulose of the present invention needs to have a carbamoylethyl group of 0.04 or less. When the carbamoylethyl group exceeds 0.04, it turns yellow during storage in an aqueous solution. Preferably, the degree of substitution of the carbamoylethyl group is 0.03 or less, more preferably the degree of substitution of the carbamoylethyl group is 0.01 or less.
The degree of polymerization of the carboxyl ethyl cellulose of the present invention needs to be in the range of 2 to 3000 in order to exhibit mechanical properties as a molding material and coating strength when used as a coating material. Preferably it is 200-2500, More preferably, it is the range of 300-2000.
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、アクリル酸、2−シアノエタノール、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−シアノエチルエーテル、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、酢酸ナトリウムの群から選ばれる不純物の総量がカルボキシルエチルセルロースの重量に対して1000ppm以下であることが好ましい。不純物の総量が1000ppmを超えると、塗料材料として必要な水溶液のチキソトロピー性を失い、接着剤としての接合能力が低下する。好ましくは、不純物の総量が500ppm以下であり、更に好ましくは200ppm以下である。
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、水溶液、フィルム、養魚用飼料、食品、壁材組成物、掘削安定液用調整剤、化粧品、医薬品、洗浄剤、塗料、高分子架橋体、高吸水性樹脂などの分野に使用することができるが、用途はこれらの分野を限定されない。
In the carboxylethyl cellulose of the present invention, the total amount of impurities selected from the group of acrylic acid, 2-cyanoethanol, 3-hydroxypropionic acid, 3-cyanoethyl ether, sodium chloride, sodium sulfate, and sodium acetate is based on the weight of the carboxylethyl cellulose. It is preferably 1000 ppm or less. When the total amount of impurities exceeds 1000 ppm, the thixotropic property of the aqueous solution necessary as a coating material is lost, and the bonding ability as an adhesive is reduced. Preferably, the total amount of impurities is 500 ppm or less, more preferably 200 ppm or less.
The carboxyl ethyl cellulose of the present invention is used in fields such as aqueous solution, film, fish feed, food, wall material composition, drilling stabilizer adjustment agent, cosmetics, pharmaceuticals, cleaning agent, paint, crosslinked polymer, superabsorbent resin, etc. However, the application is not limited to these fields.
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、特に限定はされないが、下記(a)〜(d)の工程を含み、かつ(c)及び(d)工程において、(e)攪拌軸が自転公転式で回転する二軸型混練機を使用することで製造することができる。
(a)セルロースにアルカリ濃度0.1〜40wt%のアルカリ金属水酸化物からなる水溶液をセルロースの重量に対して1.2〜50倍量になるように添加し、0〜80℃、5〜120分間浸漬する工程。
(b)セルロース重量に対してアルカリ水溶液が0.2〜10倍量になるように圧搾する工程。
(c)上記工程(b)で得られたアルカリセルロースにアクリロニトリルをセルロースのグルコース残基当り0.2〜15モル相当量投入してから、アルカリセルロースとアクリロニトリルを−30〜50℃で、2〜350時間反応させシアノエチルセルロースを合成する工程。
(d) 上記工程(c)のシアノエチルセルロースを単離することなく、温度−30〜30℃で、水及びアルカリ水溶液を添加し、反応系内のアルカリ濃度0.1〜18wt%に調整して1〜36時間アルカリ加水分解させ、カルボキシルエチルセルロースに変換する工程。
The carboxyl ethyl cellulose of the present invention is not particularly limited, but includes the following steps (a) to (d), and in steps (c) and (d), (e) the stirring shaft rotates in a rotating and revolving manner. It can be manufactured by using a shaft kneader.
(A) An aqueous solution comprising an alkali metal hydroxide having an alkali concentration of 0.1 to 40 wt% is added to cellulose so that the amount is 1.2 to 50 times the weight of cellulose, and 0 to 80 ° C., 5 to Step of dipping for 120 minutes.
(B) The process of squeezing so that an alkaline aqueous solution may be 0.2 to 10 times the weight of cellulose.
(C) After adding acrylonitrile in an amount equivalent to 0.2 to 15 moles per glucose residue of cellulose to the alkali cellulose obtained in the step (b), the alkali cellulose and acrylonitrile are added at −30 to 50 ° C., A step of reacting for 350 hours to synthesize cyanoethyl cellulose.
(D) Without isolating the cyanoethyl cellulose of the above step (c), at a temperature of −30 to 30 ° C., water and an aqueous alkali solution were added to adjust the alkali concentration in the reaction system to 0.1 to 18 wt%. A step of alkali hydrolysis for 1 to 36 hours to convert to carboxyethyl cellulose.
(a)の工程は、原料セルロースをアルカリ水溶液に浸漬し、アルセル化を行い、アルカリセルロースを生成させるアルセル化工程である。
(b)の工程は、工程(a)で得られたアルカリセルロース中のアルカリ水溶液量をセルロース重量に対して特定範囲内にコントロールする圧搾工程である。
(c)の工程は、工程(b)のアルカリセルロースにアクリロニトリルを添加し、シアノエチルセルロースを生成させるシアノエチル化工程であり、下記の反応式(式1)で示される。
The step (b) is a pressing step for controlling the amount of the aqueous alkali solution in the alkali cellulose obtained in the step (a) within a specific range with respect to the cellulose weight.
Step (c) is a cyanoethylation step in which acrylonitrile is added to the alkali cellulose of step (b) to produce cyanoethyl cellulose, and is represented by the following reaction formula (Formula 1).
以下、工程(a)〜(d)及び(e)の攪拌要件について、詳細に説明する。
(a)アルセル化工程
本発明で使用されるセルロース原料は、綿、木材等の天然セルロース、コットンリンター、または再生セルロースや結晶セルロースであってもよく、目的とする用途の必要性に応じて、適宜選択することができる。
使用するセルロース原料は、ロータリーカッターなどによる粉砕機で1〜50mm角に裁断することが反応の均一性を高める観点から好ましい。
セルロースをアルカリ金属水酸化物からなる水溶液に浸漬する際の水溶液のアルカリ濃度は0.1〜40wt%の範囲である。アルカリ濃度が40wt%を超えるとセルロースが解重合反応を起こし大幅な重合度の低下を招き、目的とする重合度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができない。またアルカリ濃度が0.1wt%未満であると、アルセル化が円滑に進まず、アクリロニトリルへのセルロースの付加反応(式1)が進行しない。好ましくはアルカリ濃度が5〜35wt%で、更に好ましくは8〜30wt%の範囲である。
Hereinafter, the stirring requirements of steps (a) to (d) and (e) will be described in detail.
(A) Arcelization step The cellulose raw material used in the present invention may be natural cellulose such as cotton or wood, cotton linter, or regenerated cellulose or crystalline cellulose, depending on the necessity of the intended use, It can be selected appropriately.
The cellulose raw material to be used is preferably cut from 1 to 50 mm square by a pulverizer such as a rotary cutter from the viewpoint of enhancing the uniformity of the reaction.
The alkali concentration of the aqueous solution when cellulose is immersed in an aqueous solution made of an alkali metal hydroxide is in the range of 0.1 to 40 wt%. If the alkali concentration exceeds 40 wt%, the cellulose undergoes a depolymerization reaction, causing a significant decrease in the degree of polymerization, and carboxyethyl cellulose having the desired degree of polymerization cannot be obtained. On the other hand, if the alkali concentration is less than 0.1 wt%, the arseration does not proceed smoothly and the addition reaction of cellulose to acrylonitrile (formula 1) does not proceed. The alkali concentration is preferably 5 to 35 wt%, and more preferably 8 to 30 wt%.
アルセル化工程において用いるアルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウムなどが使用し得るが、アルセル化の効率及び生成したカルボキシルエチルセルロースからの塩の除去効率などの観点から水酸化ナトリウムが好ましい。
セルロースをアルカリ金属水酸化物からなる水溶液(以下、「アルカリ水溶液」と略記する。)に浸漬する場合、アルカリ水溶液の量はセルロース重量の1.2〜50倍量の範囲である。アルカリ水溶液の量が1.2倍量未満であると、アルセル化が円滑に進まず、セルロースへのアクリロニトリルの付加反応(式1)が均一に進行しなくなり、未反応セルロースが大量に残存してしまう。50倍量を超えると、カルボキシルエチルセルロースに多量の不純物が残存し、洗浄を繰り返しても不純物量を1000ppm以下にすることができない。アルカリ水溶液の量はセルロース重量の1.5〜45倍量が好ましく、更に好ましくは2〜40倍量の範囲である。
浸漬温度は、0〜80℃である。0℃未満であるとアルセル化が円滑に進まず、セルロースへのアクリロニトリルの付加反応が起きない。80℃を超えるとセルロースの解重合反応が起こり、重合度が低下する。アルセル化を円滑に進行させ、かつ重合度低下を抑制するためには、5〜40℃が好ましい。浸漬時間は、アルカリ水溶液のアルカリ濃度と浸漬温度により決定されるが、反応の均一性や効率性から5〜120分である。
Sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide and the like can be used as the alkali metal hydroxide used in the arserification step. Sodium hydroxide is preferred from the standpoint of salt removal efficiency.
When cellulose is immersed in an aqueous solution made of an alkali metal hydroxide (hereinafter abbreviated as “alkaline aqueous solution”), the amount of the alkaline aqueous solution is in the range of 1.2 to 50 times the weight of cellulose. When the amount of the aqueous alkali solution is less than 1.2 times, the arseration does not proceed smoothly, the addition reaction of acrylonitrile (Formula 1) to the cellulose does not proceed uniformly, and a large amount of unreacted cellulose remains. End up. If the amount exceeds 50 times, a large amount of impurities remain in the carboxyethyl cellulose, and the amount of impurities cannot be reduced to 1000 ppm or less even after repeated washing. The amount of the alkaline aqueous solution is preferably 1.5 to 45 times the amount of cellulose weight, more preferably 2 to 40 times the amount.
The immersion temperature is 0 to 80 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the arseration does not proceed smoothly and the addition reaction of acrylonitrile to cellulose does not occur. When the temperature exceeds 80 ° C., a depolymerization reaction of cellulose occurs, and the degree of polymerization decreases. In order to promote the arserization smoothly and suppress the decrease in the degree of polymerization, 5 to 40 ° C. is preferable. The soaking time is determined by the alkali concentration of the alkali aqueous solution and the soaking temperature, but is 5 to 120 minutes from the uniformity and efficiency of the reaction.
(b)圧搾工程
アルカリ水溶液浸漬後、セルロース重量に対してアルカリ水溶液0.2〜10倍量となるようにプレスやローラー等を用いて圧搾する。10倍量を超えるとアクリロニトリルと水との副反応(式3)及び逆平衡反応であるシアノエチルセルロースからの脱シアノエチル化反応(式4)が促進され、目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースが得られないとともに、カルボキシルエチルセルロースに含まれる不純物の総量が1000ppmを超えてしまう。
(c)シアノエチル化工程
アルカリセルロースを(e)にて後述する二軸型混練機に移した後、アクリロニトリルをセルロースのグルコース残基当り0.2〜15モル加える。このアクリロニトリルの添加の際、アルカリセルロースは攪拌状態である方が均一性という面で好ましい。アクリロニトリルの添加量がグルコース残基当り0.2モル未満だと水溶性を示すカルボキシルエチルセルロースが得られず、15モルをこえるとアクリロニトリルの自己重合及び副反応が起こり、得られたカルボキシルエチルセルロースの分離精製が困難になる。アクリロニトリルの添加量はグルコース残基当り0.3〜10モルが好ましく、更に好ましくは0.4〜5モルの範囲である。
(C) Cyanoethylation step After transferring the alkali cellulose to a biaxial kneader described later in (e), 0.2 to 15 mol of acrylonitrile is added per glucose residue of cellulose. When adding acrylonitrile, the alkali cellulose is preferably in a stirred state in terms of uniformity. When the amount of acrylonitrile added is less than 0.2 mol per glucose residue, water-soluble carboxyethyl cellulose cannot be obtained. When the amount exceeds 15 mol, acrylonitrile self-polymerization and side reactions occur, and separation and purification of the obtained carboxyethyl cellulose is achieved. Becomes difficult. The amount of acrylonitrile added is preferably 0.3 to 10 mol, more preferably 0.4 to 5 mol, per glucose residue.
アルカリセルロースとアクリロニトリルを−30〜50℃の温度で、2〜350時間反応させることは、脱シアノエチル化反応(式4)を抑制し、目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースを得るという観点から重要である。反応温度が−30℃未満だと、アルカリ水溶液が固まってしまい攪拌が機械上困難である。50℃をこえるとシアノエチルセルロースからの脱シアノエチル化が促進されるため、目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができない。反応時間が2時間未満だと十分にシアノエチル化反応が行われず、目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができない。また350時間をこえて反応を行うと得られるカルボキシルエチルセルロースを水溶液にした時の透明性が著しく低下する。置換度のコントロールの観点から反応温度−20〜40℃、反応時間2〜240時間で、更に好ましくは−10〜30℃で、反応時間3〜120時間である。 Reacting alkali cellulose and acrylonitrile at a temperature of −30 to 50 ° C. for 2 to 350 hours is important from the viewpoint of suppressing the decyanoethylation reaction (Formula 4) and obtaining carboxylethylcellulose having the desired degree of substitution. is there. When the reaction temperature is less than −30 ° C., the alkaline aqueous solution is hardened and stirring is difficult mechanically. When the temperature exceeds 50 ° C., decyanoethylation from cyanoethyl cellulose is promoted, so that carboxyethyl cellulose having the desired degree of substitution cannot be obtained. When the reaction time is less than 2 hours, the cyanoethylation reaction is not sufficiently performed, and carboxyethyl cellulose having the desired degree of substitution cannot be obtained. Further, when the reaction is carried out over 350 hours, the transparency when the resulting carboxyl ethyl cellulose is made into an aqueous solution is remarkably lowered. From the viewpoint of controlling the degree of substitution, the reaction temperature is −20 to 40 ° C., the reaction time is 2 to 240 hours, more preferably −10 to 30 ° C., and the reaction time is 3 to 120 hours.
(d)加水分解工程
本発明に係る製造方法の特徴は、工程(c)で合成したシアノエチルセルロースを一旦単離することなく、比較的低温かつ低アルカリ濃度に調整することで脱シアノエチル化を抑制しながら、シアノエチル基を定量的に加水分解する点にある。
一旦単離したシアノエチルセルロースを加水分解すると、例え反応系内の温度を−30〜30℃、アルカリ濃度を0.1〜18wt%に調整しても加水分解反応と同時に脱シアノエチル化反応も進行し、目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができないばかりか、得られたカルボキシルエチルセルロースは水溶性を示さなくなる場合もある。
(D) Hydrolysis step The production method according to the present invention is characterized by suppressing decyanoethylation by adjusting the cyanoethyl cellulose synthesized in step (c) to a relatively low temperature and low alkali concentration without once isolating it. However, the cyanoethyl group is quantitatively hydrolyzed.
Once the isolated cyanoethyl cellulose is hydrolyzed, the decyanoethylation reaction proceeds simultaneously with the hydrolysis reaction even if the temperature in the reaction system is adjusted to -30 to 30 ° C and the alkali concentration is adjusted to 0.1 to 18 wt%. In addition to being unable to obtain carboxyethyl cellulose having the desired degree of substitution, the obtained carboxyethyl cellulose may not exhibit water solubility.
次に、反応系内の温度を−30〜30℃で、アルカリ濃度を0.1〜18wt%に調整する必要がある。反応系内の温度が−30℃未満だと加水分解反応が十分に進行せず、シアノエチル基及びカルバモイルエチル基が残存する。反応系内の温度が30℃を超えると、脱シアノエチル化が促進され目的とする置換度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができないばかりか、多量のアクリロニトリル由来の副生成物ができるため、得られたカルボキシルエチルセルロースの分離精製が困難になる。また本工程で、アルカリ濃度が0.1wt%未満だと、加水分解反応が十分に進行せずシアノエチル基及びカルバモイルエチル基が残存してしまう。アルカリ濃度が18wt%を超えると、脱シアノエチル化反応が主反応として進行する。好ましくは反応温度−20〜20℃で、アルカリ濃度1〜16wt%で、更に好ましくは−10〜10℃で、アルカリ濃度5〜15wt%である。
加水分解における反応時間は、水添加後1〜36時間である。反応時間が1時間未満であると加水分解反応が十分に進行せず、シアノエチル基及びカルバモイルエチル基、カルボキシルエチル基それぞれが残存し、これらの置換度を制御することは困難である。36時間より反応時間をかけても意味は薄く、非効率である。好ましくは反応時間2〜30時間、更に好ましくは3〜26時間の範囲である。
Next, it is necessary to adjust the temperature in the reaction system to −30 to 30 ° C. and the alkali concentration to 0.1 to 18 wt%. When the temperature in the reaction system is lower than −30 ° C., the hydrolysis reaction does not proceed sufficiently, and cyanoethyl group and carbamoylethyl group remain. When the temperature in the reaction system exceeds 30 ° C., decyanoethylation is promoted, and not only the target substitution degree of carboxylethylcellulose can be obtained, but also a large amount of acrylonitrile-derived by-product can be obtained. Separation and purification of ethyl cellulose becomes difficult. In this step, if the alkali concentration is less than 0.1 wt%, the hydrolysis reaction does not proceed sufficiently and cyanoethyl groups and carbamoylethyl groups remain. When the alkali concentration exceeds 18 wt%, the decyanoethylation reaction proceeds as the main reaction. Preferably, the reaction temperature is -20 to 20 ° C, the alkali concentration is 1 to 16 wt%, more preferably -10 to 10 ° C, and the alkali concentration is 5 to 15 wt%.
The reaction time in the hydrolysis is 1 to 36 hours after the addition of water. If the reaction time is less than 1 hour, the hydrolysis reaction does not proceed sufficiently and cyanoethyl group, carbamoylethyl group, and carboxylethyl group remain, and it is difficult to control the degree of substitution. Even if the reaction time is longer than 36 hours, the meaning is insignificant and inefficient. The reaction time is preferably 2 to 30 hours, more preferably 3 to 26 hours.
(e)二軸型混練機
本発明のカルボキシルエチルセルロースを得るために自転公転式で回転する二軸型混練機を使用することが必要である。一軸型攪拌機、二軸型ニーダーを用いた場合では反応系を均一に攪拌することが困難であり、反応中間体として生成するカルバモイルエチル基が十分に加水分解されず、置換度が0.04を超えて残存する。また副反応の制御が困難であり、多量の不純物が残存することとなる。
攪拌速度は、自転1〜400rpm、公転2〜450rpmである必要がある。自転が400rpmを超え、更に公転450rpmを超えると、メカノケミカル的に重合度の低下が起こり目的とする重合度のカルボキシルエチルセルロースを得ることができない。回転刃と反応器壁のクリアランスは5mm以下である必要がある。5mmを超えると、反応物が反応器壁に付着するため、壁に付着した反応物の攪拌が困難であるから、部分的にカルバモイルエチル基が残存し、更に得られたカルボキシルエチルセルロースを水溶液にした場合の透明度も低下する。好ましくは、クリアランスが3mm以下であり、更に好ましくは1mm以下である。
本発明の方法で得られたカルボキシルエチルセルロースは下記の工程(f)及び工程(g)に記載された方法で中和、精製されることが好ましい。
(E) Biaxial kneader It is necessary to use a biaxial kneader that rotates in a rotating and revolving manner in order to obtain the carboxyethyl cellulose of the present invention. In the case of using a uniaxial stirrer and a biaxial kneader, it is difficult to uniformly stir the reaction system, and the carbamoylethyl group generated as a reaction intermediate is not sufficiently hydrolyzed, and the degree of substitution is 0.04. It remains beyond. Moreover, it is difficult to control the side reaction, and a large amount of impurities remain.
The stirring speed needs to be 1 to 400 rpm for rotation and 2 to 450 rpm for revolution. When the rotation exceeds 400 rpm, and further, the revolution exceeds 450 rpm, the degree of polymerization decreases mechanochemically and carboxyethyl cellulose having the desired degree of polymerization cannot be obtained. The clearance between the rotary blade and the reactor wall needs to be 5 mm or less. If the thickness exceeds 5 mm, the reactant adheres to the reactor wall, and it is difficult to stir the reactant adhering to the wall. Therefore, carbamoylethyl groups partially remain, and the resulting carboxyl ethyl cellulose is made into an aqueous solution. Transparency in the case also decreases. The clearance is preferably 3 mm or less, more preferably 1 mm or less.
The carboxyethyl cellulose obtained by the method of the present invention is preferably neutralized and purified by the methods described in the following step (f) and step (g).
(f)反応後のポリマーを酸でpH3〜10の範囲で中和する工程
反応後のポリマーは酸でpH3〜10の間に中和することが製品の安全性及び安定性の観点から好ましい。
本発明における酸としては、塩酸、硫酸、酢酸などが使用し得るが、経済的な理由から塩酸が好ましい。
中和後、洗浄操作を行う前に沈殿剤で沈殿させ、固体の中和物を回収する。本発明における沈殿剤は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、アセトン、クロロホルム、ヘキサン、酢酸エチル、エーテルなどが使用し得るが、経済的な理由からメタノールが好ましい。
(F) The process of neutralizing the polymer after reaction in the range of pH 3-10 with an acid It is preferable from a viewpoint of the safety | security and stability of a product that the polymer after reaction is neutralized between pH 3-10 with an acid.
As the acid in the present invention, hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid and the like can be used, but hydrochloric acid is preferred for economical reasons.
After the neutralization, the solid neutralized product is recovered by precipitating with a precipitating agent before performing the washing operation. As the precipitant in the present invention, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, butanol, acetone, chloroform, hexane, ethyl acetate, ether and the like can be used, but methanol is preferable for economical reasons.
(g)工程(f)の中和物を含水率5〜50wt%のメタノール水溶液で洗浄する工程
沈殿させた後のカルボキシルエチルセルロースを含水率5〜50wt%のメタノール水溶液で洗浄することがカルボキシルエチルセルロースに含まれる不純物量の総量を1000ppm以下に抑制するという観点から好ましい。メタノール水溶液の含水率が5%未満であると、ポリマーの表面が固化してしまい、不純物をポリマー内部に取り込んでしまい、不純物の含有量を1000ppm以下にすることが不可能になる。含水率が50wt%を超えるとカルボキシルエチルセルロースが、含水メタノールに溶け込んでしまい、収率が低下する。含水率10〜40wt%含水メタノールで洗浄することが好ましく、更に好ましくは15〜30wt%含水メタノールで洗浄することである。
回収した固体の中和物は、有機溶媒及び水等を含んでいるために、30〜90℃、1〜60時間で真空下加熱乾燥することが望ましい。30℃未満であると、有機溶媒及び水を完全に除去できず高純度のカルボキシルエチルセルロースが得られない。90℃を超えると、乾燥中に黄色及び褐色に変色する。乾燥時間は1時間より少ないと有機溶媒及び水を完全に除去できない。60時間をこえても、カルボキシルエチルセルロースに変化はなくエネルギーがかかるだけで不経済である。そのため、好ましくは温度40〜80℃、反応時間2〜50時間で、更に好ましくは温度50〜70℃、反応時間10〜36時間である。
(G) The step of washing the neutralized product in the step (f) with a methanol aqueous solution having a water content of 5 to 50 wt%. The carboxyl ethyl cellulose after precipitation is washed with a methanol aqueous solution having a water content of 5 to 50 wt%. From the viewpoint of suppressing the total amount of impurities contained to 1000 ppm or less. When the water content of the aqueous methanol solution is less than 5%, the surface of the polymer is solidified, and impurities are taken into the polymer, making it impossible to reduce the impurity content to 1000 ppm or less. If the water content exceeds 50 wt%, carboxyethyl cellulose dissolves in the water-containing methanol, and the yield decreases. It is preferable to wash with a water content of 10 to 40% by weight of water-containing methanol, and more preferably with a water content of 15 to 30% by weight of water-containing methanol.
Since the recovered solid neutralized product contains an organic solvent, water, and the like, it is desirable to heat and dry under vacuum at 30 to 90 ° C. for 1 to 60 hours. If it is lower than 30 ° C., the organic solvent and water cannot be completely removed, and high purity carboxyethyl cellulose cannot be obtained. Above 90 ° C, it turns yellow and brown during drying. If the drying time is less than 1 hour, the organic solvent and water cannot be completely removed. Even if it exceeds 60 hours, there is no change in carboxyethyl cellulose, and it is uneconomical because it only takes energy. Therefore, the temperature is preferably 40 to 80 ° C. and the reaction time is 2 to 50 hours, more preferably 50 to 70 ° C. and the reaction time is 10 to 36 hours.
以下、実施例を挙げて本発明より詳細に説明するが、いうまでもなく本発明は実施例などにより何ら限定されるものでない。なお、実施例中の主な測定値は以下の方法で測定した。
(1)カルバモイルエチル基及びカルボキシルエチル基の置換度
置換度測定用のサンプルを重水に溶解させ、3〜5wt%重水溶液を調整し、BRUKER社製のFT−NMR(Avance、400MHz)を用いて、13C−NMRにより測定を行い、置換度はセルロースのC1のピーク(106.32−104.2ppm)面積Aを基準とし、カルバモイルエチル基のα炭素のピーク(38.55−38.27ppm)面積B及びカルボキシルエチル基のα炭素のピーク(40.96−39.72ppm)面積Cから下式のように算出した。
総置換度=B/A(カルバモイルエチル基の置換度)+C/A(カルボキシルエチル
基の置換度) (1)
なお、上記の分析でカルバモイルエチル基が検出されない場合は、JASCO社製のFT−IR−6200を用いて測定を行い、カルバモイルエチル基に基づく吸収3300−3200cm−1のピークを検出されないことを確認する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and it demonstrates in detail from this invention, of course, this invention is not limited at all by an Example etc. The main measurement values in the examples were measured by the following methods.
(1) Degree of substitution of carbamoylethyl group and carboxylethyl group A sample for substitution degree measurement was dissolved in heavy water to prepare a 3-5 wt% heavy aqueous solution, and FT-NMR (Avance, 400 MHz) manufactured by BRUKER was used. , Measured by 13 C-NMR, and the degree of substitution is based on the C1 peak of cellulose (106.32-104.2 ppm) area A, and the α carbon peak of the carbamoylethyl group (38.55-38.27 ppm). From the area B and the α-carbon peak (40.96 to 39.72 ppm) of the carboxyethyl group, the area C was calculated as follows.
Total degree of substitution = B / A (degree of substitution of carbamoylethyl group) + C / A (degree of substitution of carboxylethyl group) (1)
In addition, when a carbamoylethyl group is not detected by the above analysis, measurement is performed using FT-IR-6200 manufactured by JASCO, and it is confirmed that a peak of absorption 3300-3200 cm −1 based on the carbamoylethyl group is not detected. To do.
(2)カルボキシルエチルセルロースの重合度の測定方法
カルボキシルエチルセルロース0.005〜0.010gを10mlの水に溶解させ、島津製作所社製のGPC(SIL−20A)を用いて測定した。測定条件は以下の通りである。
カラム:OHpak、SB−806MHQ
検出方式:RI
カラム温度:40℃
流量:1.0ml/分
注入量:0.3ml
このように測定された分子量分布に基づいて重量平均分子量cを割り出し、上記式(1)で求めた置換度からグルコース単位の分子量dを計算、更に以下の式(2)に基づいて重合度eを算出した。
e=c/d (2)
(2) Method for measuring degree of polymerization of carboxyethyl cellulose 0.005-0.010 g of carboxyethyl cellulose was dissolved in 10 ml of water and measured using GPC (SIL-20A) manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement conditions are as follows.
Column: OHpak, SB-806MHQ
Detection method: RI
Column temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.0 ml / min Injection amount: 0.3 ml
Based on the molecular weight distribution thus measured, the weight average molecular weight c is determined, the molecular weight d of glucose units is calculated from the degree of substitution determined by the above formula (1), and the degree of polymerization e is further calculated based on the following formula (2). Was calculated.
e = c / d (2)
(3)ポリマーのb*値の測定方法
ポリマーの粉末を、ガラス製のセル(内径61mm、深さ30mm)に深さの90〜100%まで満たし、スガ試験機社製の色彩色差系(SM−7−CH)を用いて、b*値を測定した。
(4)アクリロニトリルの利用率の算出方法
アクリロニトリルの利用率xは前述で求めた置換度をa、使用したアクリロニトリルのセルロースのグルコース残基に対するモル比をbとした時、以下に示す方法で算出した。
利用率x=a/b
(5)2wt%水溶液の粘度測定方法
2wt%粘度測定方法は、サンプル1.0gを50gの純水に残留物がなくなるまで完全に溶解させてからHAAKE社製のビスコテスター(VT6 plus)を用いて、粘度測定を行った。
(3) Measuring method of b * value of polymer The polymer powder is filled in a glass cell (inner diameter 61 mm, depth 30 mm) to 90 to 100% of the depth, and the color difference system (SM The b * value was measured using -7-CH).
(4) Calculation method of acrylonitrile utilization rate
The utilization rate x of acrylonitrile was calculated by the method shown below, where a is the degree of substitution determined above and b is the molar ratio of the acrylonitrile used to the glucose residue of cellulose.
Utilization rate x = a / b
(5) Viscosity measuring method of 2 wt% aqueous solution In the 2 wt% viscosity measuring method, 1.0 g of a sample is completely dissolved in 50 g of pure water until no residue remains, and then a HAAKE-made visco tester (VT6 plus) is used. The viscosity was measured.
(6)アクリル酸、2−シアノエタノール、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−シアノエチルエーテルそれぞれの含有量の測定方法
アクリル酸、2−シアノエタノール、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−シアノエチルエーテルの測定は、島津製作所社製のガスクロマトグラフ(GC−2010)を用いて行った。測定条件は以下の通りである。なお、測定用試料溶液は、得られたカルボキシルエチルセルロースを水に溶解して調整した0.5wt%水溶液を用いた。
カラム:ガスクロパック56、86−100mesh
検出方式:FID
注入量:2μl
カラム温度:170℃
インジェクションポート温度:200℃
ヘリウム流量:40ml/min
ガス圧(H2):0.63kg/cm3
ガス圧(空気):0.50kg/cm3
(7)塩化ナトリウムの含有量の測定方法
塩化ナトリウム含有量はダイオネックス社製の元素分析機を用いてイオンクロマト法により、測定した。
(6) Measuring method of each content of acrylic acid, 2-cyanoethanol, 3-hydroxypropionic acid, 3-cyanoethyl ether Measurement of acrylic acid, 2-cyanoethanol, 3-hydroxypropionic acid, 3-cyanoethyl ether A gas chromatograph (GC-2010) manufactured by Shimadzu Corporation was used. The measurement conditions are as follows. As the measurement sample solution, a 0.5 wt% aqueous solution prepared by dissolving the obtained carboxyl ethyl cellulose in water was used.
Column: Gasclo pack 56, 86-100 mesh
Detection method: FID
Injection volume: 2 μl
Column temperature: 170 ° C
Injection port temperature: 200 ° C
Helium flow rate: 40 ml / min
Gas pressure (H 2 ): 0.63 kg / cm 3
Gas pressure (air): 0.50 kg / cm 3
(7) Method for measuring sodium chloride content The sodium chloride content was measured by ion chromatography using an element analyzer manufactured by Dionex.
[実施例1]
重合度1300のコットンリンターをホソカワミクロン社製の粉砕機(機種:ACMパルペライザ)を用いて約1〜5mm角に粉砕して、70℃で12時間真空乾燥し、10g採取し、15wt%濃度の水酸化ナトリウム水溶液100gに30℃で30分間浸漬した。セルロース重量に対してアルカリ水溶液重量が5倍量になるまで圧搾し、アクリロニトリルをセルロースのグルコース残基当り1.0モル加え、プライミクス社製の二軸型混練機(クリアランス:4mm)を用いて自転50rpm、公転35rpm、0℃で24時間攪拌した。その後、25gの純水を加えて反応系内のアルカリ濃度を10wt%に調整し、30℃で16時間混練した後、6N塩酸でpH8.4まで中和し、含水率20wt%メタノール水溶液で洗浄し、回収した。
ここで得られた反応物を真空乾燥機内で70℃、36時間乾燥させて、カルボキシルエチルセルロースを得た。カルボキシルエチル基の置換度は0.93であり、カルバモイルエチル基は検出されなかった。なお、赤外吸収スペクトルより、シアノエチル基は検出されなかった。またこのカルボキシルエチルセルロースは、水溶性を示し、b*値は3だった。このカルボキシルエチルセルロースの2wt%水溶液の粘度は1360mPa・sであった。
[Example 1]
Cotton linters having a polymerization degree of 1300 were pulverized to about 1 to 5 mm square using a pulverizer (model: ACM pulverizer) manufactured by Hosokawa Micron Corporation, vacuum-dried at 70 ° C. for 12 hours, 10 g collected, and 15 wt% water It was immersed in 100 g of an aqueous sodium oxide solution at 30 ° C. for 30 minutes. Squeeze until the weight of the aqueous alkali solution becomes 5 times the weight of cellulose, add 1.0 mol of acrylonitrile per glucose residue of cellulose, and rotate using a biaxial kneader (clearance: 4 mm) manufactured by Primix. The mixture was stirred at 50 rpm, revolution 35 rpm, and 0 ° C. for 24 hours. Thereafter, 25 g of pure water was added to adjust the alkali concentration in the reaction system to 10 wt%, and the mixture was kneaded at 30 ° C. for 16 hours, neutralized to pH 8.4 with 6N hydrochloric acid, and washed with a 20 wt% aqueous methanol solution. And recovered.
The reaction product obtained here was dried in a vacuum dryer at 70 ° C. for 36 hours to obtain carboxyethyl cellulose. The degree of substitution of the carboxyethyl group was 0.93, and no carbamoylethyl group was detected. In addition, the cyanoethyl group was not detected from the infrared absorption spectrum. Moreover, this carboxyl ethyl cellulose showed water solubility, and b * value was 3. The viscosity of this 2 wt% aqueous solution of carboxyl ethyl cellulose was 1360 mPa · s.
[実施例2〜5]
重合度200〜1800のパルプを原料に用いた以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエルチルセルロースを合成し、回収した。いずれのカルボキシルエチルセルロースも、本発明の範囲を満足するものだった。
[実施例6〜8]
アルカリ浸漬工程で、セルロースに対してアルカリ濃度が0.1〜30wt%の水酸化ナトリウム水溶液を添加した以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエチルセルロースを合成し、回収した。いずれのカルボキシルエチルセルロースも、本発明の範囲を満足するものだった。
[Examples 2 to 5]
Carboxyl ertil cellulose was synthesized and recovered under the same conditions as in Example 1 except that pulp having a polymerization degree of 200 to 1800 was used as a raw material. Any carboxyethyl cellulose satisfied the scope of the present invention.
[Examples 6 to 8]
Carboxyethyl cellulose was synthesized and recovered under the same conditions as in Example 1 except that an aqueous sodium hydroxide solution having an alkali concentration of 0.1 to 30 wt% with respect to cellulose was added in the alkali soaking step. Any carboxyethyl cellulose satisfied the scope of the present invention.
[実施例9〜11]
アルカリ圧搾工程で、セルロース重量に対して、アルカリ水溶液重量が0.2〜10倍量になるまで圧搾した以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエチルセルロースを合成し、回収した。いずれのカルボキシルエチルセルロースも、本発明の範囲を満足するものだった。
[実施例12〜18]
シアノエチル化工程におけるアクリロニトリル添加量及び反応温度を表1−1〜表1−3に示した条件で調整した以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエチルセルロースを合成し、回収した。いずれのカルボキシルエチルセルロースも、本発明の範囲を満足するものだった。
[実施例19〜22]
加水分解工程での水酸化ナトリウム水溶液の濃度及び反応温度、反応時間を表1−1〜表1−3に示した条件で調整した以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエチルセルロースを合成し、回収した。いずれのカルボキシルエチルセルロースも、本発明の範囲を満足するものだった。
[Examples 9 to 11]
Carboxyethyl cellulose was synthesized and recovered under the same conditions as in Example 1 except that in the alkali pressing step, pressing was performed until the weight of the aqueous alkaline solution became 0.2 to 10 times the weight of the cellulose. Any carboxyethyl cellulose satisfied the scope of the present invention.
[Examples 12 to 18]
Carboxyethyl cellulose was synthesized and recovered under the same conditions as in Example 1 except that the amount of acrylonitrile added and the reaction temperature in the cyanoethylation step were adjusted under the conditions shown in Tables 1-1 to 1-3. Any carboxyethyl cellulose satisfied the scope of the present invention.
[Examples 19 to 22]
Carboxyethyl cellulose was synthesized under the same conditions as in Example 1 except that the concentration of sodium hydroxide aqueous solution in the hydrolysis step, the reaction temperature, and the reaction time were adjusted under the conditions shown in Table 1-1 to Table 1-3. Recovered. Any carboxyethyl cellulose satisfied the scope of the present invention.
[比較例1]
重合度1300のコットンリンターを実施例1と同様に粉砕し、全く同じ条件で、一軸型攪拌機を用いて合成し、ここで得られたポリマーを真空乾燥機内で70℃、36時間乾燥させて、カルボキシルエチルセルロースを得た。得られたカルボキシルエチルセルロースの置換度、アクリロニトリル利用率及び粘度、不純物含有量は表1−1〜表1−3、表2に記す。カルボキシルエチルセルロースは得られたものの、カルバモイルエチル基が残存しており、本発明の範囲をはずれるものだった。
[比較例2]
重合度1300のコットンリンターを実施例1と同様に粉砕し、全く同じ条件で、ニーダーを用いて合成し、比較例1と同様に洗浄、乾燥しカルボキシルエチルセルロースを得た。得られたカルボキシルエチルセルロースの置換度、アクリロニトリル利用率及び粘度、不純物含有量は表1−1〜表1−3、表2に記す。カルボキシルエチルセルロースは得られたものの、カルバモイルエチル基が残存しており、本発明の範囲をはずれるものだった。
[Comparative Example 1]
A cotton linter having a polymerization degree of 1300 was pulverized in the same manner as in Example 1 and synthesized under the same conditions using a uniaxial stirrer. The polymer obtained here was dried in a vacuum dryer at 70 ° C. for 36 hours, Carboxyethyl cellulose was obtained. The degree of substitution, acrylonitrile utilization and viscosity, and impurity content of the obtained carboxyl ethyl cellulose are shown in Table 1-1 to Table 1-3 and Table 2. Although carboxyethyl cellulose was obtained, the carbamoylethyl group remained and was outside the scope of the present invention.
[Comparative Example 2]
Cotton linters having a polymerization degree of 1300 were pulverized in the same manner as in Example 1, synthesized using a kneader under exactly the same conditions, washed and dried in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain carboxyethyl cellulose. The degree of substitution, acrylonitrile utilization and viscosity, and impurity content of the obtained carboxyl ethyl cellulose are shown in Table 1-1 to Table 1-3 and Table 2. Although carboxyethyl cellulose was obtained, the carbamoylethyl group remained and was outside the scope of the present invention.
[比較例3〜10]
シアノエチル化工程での反応温度及び加水分解工程での反応系内の水酸化ナトリウム水溶液の濃度及び反応温度を表1−1〜表1−3に示した条件で調整した以外は、実施例1と同じ条件で、カルボキシルエチルセルロースを合成し、回収した。いずれのサンプルも、本発明の範囲をはずれるものだった。
[比較例11〜12]
重合度1300のコットンリンターを実施例1と同様に粉砕し、同様の条件でカルボキシルエチルセルロースを合成し、含水率3wt%メタノール水溶液(比較例11)及びメタノール(比較例12)で洗浄し、ここで得られたポリマーを真空乾燥機内で70℃、36時間乾燥させて、カルボキシルエチルセルロースを得た。得られたカルボキシルエチルセルロースの不純物含有量を表2に記す。水溶性のカルボキシルエチルセルロースは得られたものの、不純物含有量で本発明の範囲を超えるものだった。
[Comparative Examples 3 to 10]
Example 1 except that the reaction temperature in the cyanoethylation step and the concentration and reaction temperature of the aqueous sodium hydroxide solution in the reaction system in the hydrolysis step were adjusted under the conditions shown in Table 1-1 to Table 1-3. Under the same conditions, carboxyethyl cellulose was synthesized and recovered. All samples were outside the scope of the present invention.
[Comparative Examples 11-12]
Cotton linters having a polymerization degree of 1300 were pulverized in the same manner as in Example 1, and carboxyethyl cellulose was synthesized under the same conditions, and washed with a 3 wt% aqueous methanol solution (Comparative Example 11) and methanol (Comparative Example 12). The obtained polymer was dried in a vacuum dryer at 70 ° C. for 36 hours to obtain carboxyethyl cellulose. The impurity content of the obtained carboxyethyl cellulose is shown in Table 2. Although water-soluble carboxyethyl cellulose was obtained, the impurity content exceeded the scope of the present invention.
本発明のカルボキシルエチルセルロースは、水溶液、フィルム、養魚用飼料、食品、壁材組成物、掘削安定液用調整剤、化粧品、医薬品、洗浄剤、塗料、高分子架橋体、高吸水性樹脂などの分野に使用することができる。 The carboxyl ethyl cellulose of the present invention is used in fields such as aqueous solution, film, fish feed, food, wall material composition, drilling stabilizer adjustment agent, cosmetics, pharmaceuticals, cleaning agents, paints, crosslinked polymers, and superabsorbent resins. Can be used for
Claims (16)
(a)セルロースに、アルカリ濃度0.1〜40wt%のアルカリ金属水酸化物水溶液をセルロースの重量に対して1.2〜50倍量を添加し、0〜80℃、5〜120分間浸漬する工程。
(b)セルロース重量に対してアルカリ水溶液が0.2〜10倍量になるように圧搾する工程。
(c)上記工程(b)で得られたセルロースにアクリロニトリルをセルロースのグルコース残基当り0.2〜15モル相当量投入してから、アルカリセルロースとアクリロニトリルを−30〜50℃で、2〜350時間反応させシアノエチルセルロースを合成する工程。
(d)上記工程(c)のシアノエチルセルロースを単離することなく、温度−30〜30℃で、水及びアルカリ水溶液を添加し、反応系内のアルカリ濃度0.1〜18wt%に調整して1〜36時間アルカリ加水分解させ、カルボキシルエチルセルロースに変換する工程。 The method includes the following steps (a) to (d), and in steps (c) and (d), (e) a biaxial kneader in which a stirring shaft rotates in a rotating and revolving manner is used. Item 4. A method for producing carboxylethyl cellulose according to any one of Items 1 to 3.
(A) An alkali metal hydroxide aqueous solution having an alkali concentration of 0.1 to 40 wt% is added to cellulose in an amount of 1.2 to 50 times the weight of cellulose, and immersed in 0 to 80 ° C. for 5 to 120 minutes. Process.
(B) The process of squeezing so that an alkaline aqueous solution may be 0.2 to 10 times the weight of cellulose.
(C) After adding acrylonitrile to the cellulose obtained in the above step (b) in an amount corresponding to 0.2 to 15 mol per glucose residue of cellulose, alkali cellulose and acrylonitrile are added at -30 to 50 ° C and 2 to 350, respectively. A step of synthesizing cyanoethyl cellulose by reacting for a period of time.
(D) Without isolating the cyanoethyl cellulose of the above step (c), at a temperature of −30 to 30 ° C., water and an aqueous alkaline solution were added to adjust the alkali concentration in the reaction system to 0.1 to 18 wt%. A step of alkali hydrolysis for 1 to 36 hours to convert to carboxyethyl cellulose.
(f)反応後のカルボキシルエチルセルロースを酸でpH3〜10の範囲に中和する工程。
(g)上記工程(f)の中和物を含水率5〜50wt%のメタノール水溶液で洗浄する工程。 6. The method for producing carboxyethyl cellulose according to claim 4 or 5, comprising the following post-treatment steps (f) and (g).
(F) The process of neutralizing the carboxyl ethyl cellulose after reaction in the range of pH 3-10 with an acid.
(G) A step of washing the neutralized product in the step (f) with a methanol aqueous solution having a water content of 5 to 50 wt%.
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