JP2020066647A - ポリビニルアルコール系樹脂粉末 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物の分布が均一であるポリビニルアルコール系樹脂粉末。【解決手段】粒径５００〜１０００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）／粒径１００〜３００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）が、０．９〜１．１であることを特徴とするポリビニルアルコール系樹脂粉末。ポリビニルアルコール系樹脂粉末は、ビニルアルコール構造単位及びビニルエステル構造単位のみからなる未変性ポリビニルアルコールである。【選択図】なし

Description

本発明はポリビニルアルコール系樹脂粉末に関し、更に詳しくは医薬用、化粧用に用いられるポリビニルアルコール系樹脂粉末に関する。

ポリビニルアルコール系樹脂（以下、ＰＶＡ系樹脂という。）は、水溶性の樹脂として知られており、各種用途に用いられている。
水溶液として用いる用途としては、例えば、接着剤、乳化剤、懸濁剤、コーティング剤などがあり、成形品（主に、フィルム）として用いる用途としては、例えば、偏光フィルム、水溶性フィルム、ガスバリアフィルム、シードテープ、繊維などがある。
用いられる分野も、例えば、製紙、農業、電気、医薬、化粧品、食品添加剤、食品包装材など多岐に渡っている。

その中でも、医薬品や化粧品、食品に用いられる場合には、微量に含まれる不純物に対しても厳格な管理が求められている。
そこで、ケン化が終わったＰＶＡ系樹脂をメタノールなどの溶剤で複数回洗浄することが行われている。
更には、洗浄と粉砕などをコントロールし、様々な効果が得られることが開示されている（例えば、特許文献１。）。

国際公開２０１６／０１３６７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＰＶＡ系樹脂では、ＰＶＡ系樹脂粉末の集合体の中での不純物の分布に斑があり、運搬などでＰＶＡ系樹脂粉末の粒径分布が分級することにより、ＰＶＡ系樹脂粉末に付着、内在している不純物などの成分及び含有量に斑ができることでバインダー力、造膜性、バリア性や溶解性に影響が出るため、品質が不安定となる。粒径により不純物の分布が少ないＰＶＡ系樹脂粉末が求められている。

しかるに本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討した結果、粒径ごとの酢酸ナトリウム量の分布が一定であるＰＶＡ系樹脂粉末を用いることによって上述の課題が解決されることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は、粒径５００〜１０００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）／粒径１００〜３００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）が、０．９〜１．１であることを特徴とするポリビニルアルコール系樹脂粉末である。

本発明のＰＶＡ系樹脂粉末は、酢酸ナトリウムの分布が均一であり、比較的サイズの小さい成形品、例えば錠剤、顆粒などの固形製剤や、目薬、軟膏などの非固形製剤にＰＶＡ系樹脂を用いたとしても、均一な性能の製剤が得られる。

すなわち、本発明のＰＶＡ系樹脂は、不純物が均一な状態で分布しているため、製造時の分級による影響がなく、含量均一性が保たれるため、製剤間でのばらつきがなくなる。

以下、本発明について詳細に説明する。尚、本明細書において、質量で表される全ての百分率や部は、重量で表される百分率や部と同様である。

〔ＰＶＡ系樹脂粉末〕
本発明のＰＶＡ系樹脂粉末は、ケン化度相当のビニルアルコール構造単位及び未ケン化部分であるビニルエステル構造単位を有するものであり、粒径５００〜１０００μｍのＰＶＡ系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）／粒径１００〜３００μｍのＰＶＡ系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）が、０．９〜１．１である。

本発明の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）は、ＪＩＳ Ｋ ６７２６（１９９４年）の３．６．１滴定法に準拠し、測定する。

また粒径ごとの酢酸ナトリウム量（重量％）の測定方法は
（１）ＰＶＡ系樹脂粉末を目開き１００μｍ、目開き３００μｍ、目開き５００μｍ、目開き１０００μｍの篩を用いて篩分けする。
（２）目開き５００μｍの篩上、目開き１０００μｍの篩下のＰＶＡ系樹脂粉末を粒径５００〜１０００μｍのＰＶＡ系樹脂粉末、
目開き１００μｍの篩上、目開き３００μｍ下のＰＶＡ系樹脂粉末を粒径１００〜３００μｍのＰＶＡ系樹脂粉末とする。
（３）粒径５００〜１０００μｍのＰＶＡ系樹脂粉末、粒径１００〜３００μｍのＰＶＡ系樹脂粉末のそれぞれ酢酸ナトリウム量を上記の滴定法により求める。

本発明のＰＶＡ系樹脂粉末の製造方法をさらに詳しく説明する。
ＰＶＡ系樹脂粉末は、例えば、ビニルエステル系モノマーを重合して得られたポリビニルエステル系重合体をケン化することにより得られる。
かかるビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられ、実用的に酢酸ビニルが好適である。

また、本発明の効果を阻害しない程度に、上記ビニルエステル系モノマーとこのビニルエステル系モノマーと共重合性を有するモノマーとの共重合体のケン化物等を用いることもでき、このような共重合モノマーとしては、例えば、エチレンやプロピレン、イソブチレン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセン等のオレフィン類、３−ブテン−１−オール、４−ペンテン−１−オール、５−ヘキセン−１−オール、３，４−ジヒドロキシ−１−ブテン等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、ウンデシレン酸等の不飽和酸類、その塩、モノエステル、あるいはジアルキルエステル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸類あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類、ジメチルアリルビニルケトン、Ｎ−ビニルピロリドン、塩化ビニル、ビニルエチレンカーボネート、２，２−ジアルキル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン、グリセリンモノアリルエーテル、等のビニル化合物、酢酸イソプロペニル、１−メトキシビニルアセテート等の置換酢酸ビニル類、塩化ビニリデン、１，４−ジアセトキシ−２−ブテン、１，４−ジヒドロキシ−２−ブテン、ビニレンカーボネート等があげられる。かかる共重合モノマーの含有量は、重合体全量を基準として、通常１０モル％以下、好ましくは５モル％以下、特に好ましくは１モル％以下であり、本発明においては、ビニルアルコール構造単位と未ケン化部分のビニルエステル構造単位のみからなる未変性ＰＶＡが好ましい。

上記ビニルエステル系モノマー及び共重合モノマーを重合するに当たっては特に制限はなく、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、分散重合、または乳化重合等の公知の方法を採用することができるが、通常は溶液重合が行われる。

かかる重合で用いられる溶媒としては、通常、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロパノール、ブタノール等の炭素数１〜４の脂肪族アルコールやアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等が挙げられ、工業的にはメタノールが好適に使用される。
また、重合反応は、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化アセチル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイルなどの公知のラジカル重合触媒や公知の各種低温活性触媒を用いて行われる。また、反応温度は３５℃〜沸点程度の範囲から選択される。

得られたＰＶＡ系樹脂粉末は、次いで連続式またはバッチ式にてケン化される。かかるケン化に当たっては、アルカリケン化または酸ケン化のいずれも採用できるが、工業的には重合体をアルコールに溶解してアルカリ触媒の存在下に行われる。かかるアルコールとしてはメタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられる。アルコール中の重合体の濃度は２０〜６０質量％の範囲から選ばれる。また、必要に応じて、０．３〜１０質量％程度の水を加えてもよく、さらには、酢酸メチル等の各種エステル類やベンゼン、ヘキサン、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）等の各種溶剤類を添加してもよい。

ケン化触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートの如きアルカリ触媒を具体的に挙げることができ、かかる触媒の使用量はモノマーに対して１〜１００ミリモル当量にすることが好ましい。

ケン化後、得られたポリビニルエステル系重合体を、洗浄液で洗浄する。洗浄液としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール、または上記のアルコールと水の混合物が挙げられ、洗浄効率と乾燥効率の観点からメタノールが好ましい。

洗浄方法としては、（ｉ）ＰＶＡ系樹脂と洗浄液を混合した後、一定時間撹拌（溜め洗浄）して、濾過や遠心分離、デカンテーション等により固液分離する方法、（ｉｉ）ＰＶＡ系樹脂と洗浄液を混合した後、固液分離を行いながら、更に洗浄液を追加し、同時に固液分離（シャワー洗浄）する方法、（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の方法を組み合わせる方法があげられる。
中でも本発明の効果が得られやすい点で、（ｉｉｉ）の方法が好ましい。

下記に（ｉｉｉ）の方法について詳細に説明する。
まずは、ＰＶＡ系樹脂と洗浄液を混合するわけであるが、洗浄液とＰＶＡ系樹脂との比率（重量）は、洗浄液／ＰＶＡ系樹脂が１〜２０が好ましく、特に３〜１０が好ましい。かかる比率が小さすぎると洗浄効率が低下する傾向があり、大きすぎると洗浄が不十分となる傾向がある。

次に、一定時間撹拌する際（溜め洗浄の際）の洗浄液の温度は、通常、１０〜８０℃であり、特に２０〜７０℃が好ましい。温度が高すぎると、洗浄液の揮発量が多くなり、還流設備を必要とする傾向がある。温度が低すぎると、洗浄効率が低下する傾向がある。また、洗浄時間は、通常、５分〜１２時間であり、特に３０分〜４時間が好ましい。洗浄時間が長すぎると、生産効率が低下する傾向があり、洗浄時間が短すぎると、洗浄が不十分となる傾向がある。また、洗浄回数は、通常、１〜１０回であり、特に１〜５回が好ましい。洗浄回数が多すぎると、生産性が悪くなり、コストがかかる傾向がある。

次いで、濾過や遠心分離、デカンテーション等により固体（主にＰＶＡ系樹脂）と液体（主に洗浄液）を分離する。濾過は、自然濾過（常圧濾過）、減圧濾過、加圧濾過、遠心濾過、吸引濾過などが挙げられる。

また、洗浄液の追加と固液分離を同時にする際（シャワー洗浄の際）は、かかる場合の洗浄液は少量を徐々に追加する方法が好ましく、洗浄開始から終了までの洗浄液の量は、洗浄液とＰＶＡ系樹脂との比率（重量）にして、洗浄液／ＰＶＡ系樹脂が１〜２０が好ましく、特に３〜１０が好ましい。
洗浄液の温度は、通常、１０〜８０℃であり、特に２０〜７０℃が好ましい。温度が高すぎると、洗浄液の揮発量が多くなり、還流設備を必要とする傾向がある。温度が低すぎると、洗浄効率が低下する傾向がある。また、洗浄時間は、通常、５分〜１２時間であり、特に３０分〜４時間が好ましい。洗浄時間が長すぎると、生産効率が低下する傾向があり、洗浄時間が短すぎると、洗浄が不十分となる傾向がある。

洗浄されたＰＶＡ系樹脂粉末を連続式またはバッチ式にて熱風などで乾燥し、ＰＶＡ系樹脂を得る。乾燥温度は、通常、５０〜１５０℃であり、特に６０〜１３０℃、殊に７０〜１１０℃が好ましい。乾燥温度が高すぎると、ＰＶＡ系樹脂粉末が熱劣化する傾向があり、乾燥温度が低すぎると、乾燥に長時間を要する傾向がある。乾燥時間は、通常、１〜４８時間であり、特に２〜３６時間が好ましい。乾燥時間が長すぎると、ＰＶＡ系樹脂粉末が熱劣化する傾向があり、乾燥時間が短すぎると、乾燥が不十分となったり、高温乾燥を要したりする傾向がある。

乾燥後のＰＶＡ系樹脂粉末中に含まれる溶媒の含有量は、通常、０〜１０質量％であり、特に０．１〜５質量％、殊に０．１〜１質量％とするのが好ましい。

本発明で用いられるＰＶＡ系樹脂粉末の平均重合度は、好ましくは２００〜４０００であり、より好ましくは４００〜３５００であり、更に好ましくは５００〜３０００である。平均重合度が小さすぎると、錠剤にした際に十分な結合力や徐放性が得られなくなる場合があり、また、平均重合度が大きすぎると、有効成分や賦形剤などとの混合性が悪化し、成形性が悪化する場合がある。なお、本発明において、上記平均重合度は、ＪＩＳ Ｋ６７２６に準拠する方法で求めた平均重合度を用いるものとする。

また、ＰＶＡ系樹脂粉末の２０℃における４質量％水溶液粘度は、好ましくは１．５〜１００ｍＰａ・ｓであり、より好ましくは４〜８０ｍＰａ・ｓであり、更に好ましくは５〜７０ｍＰａ・ｓである。４質量％水溶液粘度が大きすぎると、製造時の溶媒によりゲル化して混合性が悪化し、成形性が悪化する場合があり、４質量％水溶液粘度が小さすぎると、十分な結合力や徐放性が得られなくなる場合がある。なお、本発明において、上記２０℃における４質量％水溶液粘度は、ＪＩＳ Ｋ６７２６に準拠する方法で測定された粘度である。

本発明に用いられるＰＶＡ系樹脂粉末のケン化度は、好ましくは７０〜１００モル％であり、より好ましくは８０〜９５モル％であり、更に好ましくは８５〜９０％である。ケン化度が低すぎると、徐放性が保たれず、ケン化度が高すぎると結合力が足りず、すぐに崩壊する場合がある。なお、本発明において、上記ケン化度は、ＪＩＳ Ｋ６７２６に準拠する方法で測定される。

また、通常のＰＶＡ系樹脂粉末の場合、主鎖の結合様式は１，３−ジオール結合が主であり、１，２−ジオール結合の含有量は１．５〜１．７モル％程度であるが、ビニルエステル系モノマーを重合する際の重合温度を高温にすることによって、その含有量を１．７〜３．５モル％としたものを使用することも可能である。

本発明において、ＰＶＡ系樹脂粉末の５０％粒子径は、５０〜２０００μｍであることが好ましく、より好ましくは６０〜１５００μｍであり、さらに好ましくは７０〜１０００μｍである。未変性ＰＶＡ粉体の５０％粒子径が小さすぎると、洗浄や粉砕等の扱いが困難になる場合があり、大きすぎると、洗浄や粉砕の効率が低下する場合がある。かかる５０％粒子径とは、レーザー回折で粒径別の体積分布を測定し、積算値（累積分布）が５０％になる径である。

以上のようにして得られた本発明のＰＶＡ系樹脂粉末は、医薬錠剤の添加剤、医薬用結合剤、化粧品用、食品用として好適に使用することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
尚、実施例中「部」とあるのは、質量基準を意味する。

以下の実施例において、下記のようにしてケン化度及び４質量％水溶液粘度は、ＪＩＳ Ｋ６７２６に準拠する方法により測定した。

（実施例１）
［ＰＶＡ系樹脂粉末の作成］
還流冷却機、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル２８部、メタノール３０部、およびアセチルパーオキサイド０．０６モル％（対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、窒素気流下で攪拌しながら温度を上昇させ重合を開始した。さらに、重合開始から0.4時間後に酢酸ビニル７２部を９．５時間かけて等速的かした。酢酸ビニルの重合率が９２％となった時点で、ヒドロキノンモノメチルエーテルを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノールの蒸気を吹き込みつつ蒸留することで未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し酢酸ビニル重合体のメタノー溶液を得た。
続いて、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈して、濃度５０％に調整してニーダーに仕込んだ。溶液温度を３５℃に保ちながら、水酸化ナトリウムのナトリウム分２％メタノール溶液を重合体中の酢酸ビニル構造単位１モルに対して６．０ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点でメタノールに希釈し、遠心分離して、乾燥しＰＶＡ系樹脂乾燥粉末を得た。

得られたＰＶＡ系樹脂固乾燥粉末のケン化度は、残存酢酸ビニルの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ、８８モル％であり、４質量％水溶液の粘度は、５．０ｍＰａ・ｓであり、平均重合度は５００であった。

［ＰＶＡ系樹脂粉末の洗浄］
上記で得られたＰＶＡ系樹脂粉末を浴比４倍のメタノール（常温）中に投入して、２時間攪拌することにより洗浄した後、固液分離し、更に、かかるＰＶＡ系樹脂粉末対してメタノール（常温）を徐々に添加し、添加されたメタノールはＰＶＡ系樹脂粉末に接触後、回転振り切り装置により固液分離され、次いで新しいメタノールを徐々に添加し、振り切りにより固液分離し、を繰り返した（合計で浴比６倍（重量）のメタノールを使用）。

［ＰＶＡ系樹脂粉末の乾燥］
次いで、９０℃で揮発分が１％以下になるまで真空乾燥して、本発明のＰＶＡ系樹脂粉末を得た。

［ＰＶＡ系樹脂粉末の評価］
ＰＶＡ系樹脂粉末の均一性を下記の通り評価した。
得られたＰＶＡ系樹脂粉末を篩分けして、水に溶かして、ＪＩＳ Ｋ ６７２６に準拠して、酢酸ナトリウム含有量を求めた。下記の粒子径の範囲での酢酸ナトリウム量の粒径別の酢酸ナトリウム含有量の比を算出した。結果を表１に示す。
○：粒径５００〜１０００μｍ／粒径１００〜３００μｍの酢酸ナトリウムの含有量(重量％)が、０．９〜１．１
×：粒径５００〜１０００μｍ／粒径１００〜３００μｍの酢酸ナトリウムの含有量(重量％)が、０．９未満又は１．１より大きい

比較例１
実施例１の［ＰＶＡ系樹脂粉末の洗浄］において、ＰＶＡ系樹脂粉末を浴比４倍のメタノール（常温）中に投入し、２時間攪拌、洗浄した後、固液分離し、得られたＰＶＡ粉末を浴比６倍のメタノール（常温）中に投入して２時間撹拌して洗浄した以外は実施例１と同様にして、酢酸ナトリウム含有量を測定した。結果を表１に示す。

比較例２
実施例１の［ＰＶＡ系樹脂粉末の洗浄］において、ＰＶＡ系樹脂粉末を浴比１０倍のメタノール（常温）中に投入して３時間撹拌して洗浄した以外は実施例１と同様にして、酢酸ナトリウム含有量を測定した。結果を表１に示す。

本発明のＰＶＡ系樹脂粉末は、酢酸ナトリウム量の分布が均一であった。一方、比較例１及び２は、粒径が大きいほうに酢酸ナトリウムが多く存在し、不均一であった。

本発明のＰＶＡ系樹脂粉末を用いると、運搬などでＰＶＡ系樹脂粉末の粒径分布が分級したとしても、ＰＶＡ系樹脂粉末に付着、内在している不純物などの成分及び含有量に斑ができることがなく、品質が安定となる。

本発明のＰＶＡ系樹脂粉末を用いると、運搬などでＰＶＡ系樹脂粉末の粒径分布が分級したとしても、ＰＶＡ系樹脂粉末に付着、内在している不純物などの成分及び含有量に斑ができることがなく、品質が安定となるため、小さいサイズの成形品、例えば、錠剤、顆粒や少量ＰＶＡ系樹脂を添加する製品、例えば目薬、軟膏などの品質が安定するため、有用である。

Claims (6)

1. 粒径５００〜１０００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）／粒径１００〜３００μｍのポリビニルアルコール系樹脂の酢酸ナトリウムの含有量（重量％）が、０．９〜１．１であることを特徴とするポリビニルアルコール系樹脂粉末。
2. 前記ポリビニルアルコール系樹脂粉末が、ビニルアルコール構造単位及びビニルエステル構造単位のみからなる未変性ポリビニルアルコールであることを特徴とす請求項１記載のポリビニルアルコール系樹脂粉末。
3. 前記ポリビニルアルコール系樹脂粉末の５０％粒子径が１〜２００μｍである請求項１又は２記載のポリビニルアルコール系樹脂粉末。
4. 前記ポリビニルアルコール系樹脂粉末のケン化度が８０〜９５モル％であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のポリビニルアルコール系樹脂粉末。
5. 前記ポリビニルアルコール系樹脂粉末の平均重合度が２００〜４０００である請求項１〜４いずれか記載のポリビニルアルコール系樹脂粉末。
6. 請求項１〜５いずれか記載のポリビニルアルコール系樹脂粉末を含有する医薬結合剤。