JP4484426B2 - 遅延溶解セルロースエーテルおよびそれらの製法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は遅延−溶解(delayed dissolution)セルロースエーテルおよび、ジアルデヒド、好ましくはグリオキサールとの可逆的橋架けによる、遅延−溶解セルロース誘導体の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
水溶性セルロースエーテル、例えば、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースは接着剤、増粘剤もしくは保護コロイドとして広範な用途を見いだしてきた。しかし、これらの物質は表面上でゲル化し、塊を形成する傾向があるので、通常乾燥粉末の形態にあるセルロースエーテルの水もしくは水系中への導入はしばしば問題を伴なう。これは望ましくなく長い溶解時間をもたらす。
【0003】
長い間、セルロースエーテルの溶解動態は後処理により影響を与えることができることが知られてきた。
【0004】
従って、例えば、米国特許第2,684,914号明細書はホルムアルデヒドおよび水酸化ナトリウムの使用によりカルボキシメチルセルロース(CMC)の粘度を増加する方法につき記載している。この方法の目的は、未処理のCMCに比較して、CMCの粘度を恒久的に変更することである。
【0005】
例えば米国特許第2,647,064号もしくは第2,720,464号明細書に記載のように、界面活性物質の使用による溶解動態に影響を与える様々な方法もまた知られている。
【0006】
米国特許第2,879,268号明細書は、溶解中のセルロース誘導体の凝集する傾向を最少にするために、低いpHのホルムアルデヒドもしくはグリオキサールにより固体形態のセルロース誘導体を処理する方法につき記載している。
【0007】
ドイツ特許第1 051 836号明細書は微粉砕形態のセルロースエーテルが多官能価化合物で処理されることを特徴とする、水溶性セルロースエーテルの処理法につき記載している。
【0008】
米国特許第3,072,635号明細書はグリオキサールによるこれらのセルロース誘導体の処理による水分散性セルロース誘導体の製法につき記載している。
【0009】
ドイツ特許第1 239 672号明細書はメチルセルロースが3〜7のpHでジアルデヒドおよび水と混練され、次に乾燥、微粉砕される、塊の形成を伴なわない水溶性の粉末メチルセルロースの製法につき記載している。
【0010】
米国特許第3,489,719号明細書はジアルデヒド、脂肪酸エーテルおよび酸触媒を使用する、乾燥水溶性セルロース誘導体の表面処理法につき記載している。
【0011】
国際公開第99/18132号パンフレットは必要なエネルギーの一部が電磁光線の形態で導入されることを特徴とする、グリオキサールにより水中への遅延溶解を示す多糖誘導体の製法につき記載している。
【0012】
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Volume A5,1986,pp472−473はメチルセルロースおよび混合メチルセルロースエーテルの溶解を遅延させる方法につき記載している。4〜5のpHを有するグリオキサール水溶液を溶解を遅延させるために使用する。
【0013】
これらの方法の大部分は酸触媒を使用し、しばしば多段階の乾燥もしくは乾燥および微粉砕後の追加的処理段階を必要とする。それらはしばしば、延長する貯蔵時間を伴なって粘度の望ましくない低下をもたらす。更に、それらはしばしば、イオン性および非イオン性セルロースエーテル双方には適用することができないので、イオン性および非イオン性セルロースエーテルの溶解を遅延させるために、化学薬品の様々な混合物を入手可能に維持しなければならない。
【0014】
従って、これらすべての欠点を軽減する必要がまだ存在する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従って、
・イオン性および非イオン性セルロースエーテル双方に使用することができ、
・更なる処理段階を含まず、
・酸触媒を使用せず、
・粘度の減少が最少で、そして
・使用される標準等級もしくは工業等級の試薬と相容性である、
遅延系を提供することが本発明の目的である。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本目的は、セルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に均一に設定する塩の水溶液がジアルデヒドの溶液と同時にもしくは一緒にセルロースエーテルに添加されるように、
段階、
a)ジアルデヒド溶液による湿ったセルロースエーテルの処理、および
b)セルロースエーテルの乾燥および微粉砕、
を含んで成る、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの調製法を変更することにより達成することができた。好ましい手順は、ジアルデヒドの水溶液および、セルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に設定することができる塩の水溶液双方を準備して、溶解の所望の遅延を達成するために要する量で湿ったセルロースエーテルにこれらの2種の溶液それぞれを添加することである。しかし、湿ったセルロースエーテルへの添加の前に、2種の水溶液を混合することも同様に可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の目的のための湿ったセルロースエーテルは、溶媒で湿った、好ましくは水で湿ったセルロースエーテルである。
【0018】
ジアルデヒド溶液は好ましくは水溶液である。
【0019】
ジアルデヒドにより達成された溶解遅延は酸−触媒機序により起こるヘミアセタールの形成に基づく。しかし、本発明の方法においてセルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に設定することは溶解遅延に関して、酸触媒の使用と同様な結果を与える。
【0020】
本発明の目的のためのセルロースエーテルのpHは、脱イオン水中の粉末になりやすいセルロースエーテル生成物の2重量%濃度の溶液のpHである。
【0021】
本手順で使用された水溶性セルロースエーテルは非イオン性セルロースエーテル、例えば、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロースより成る群からの1種、もしくはイオン性セルロースエーテル、例えば、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、スルホエチルセルロースおよびカルボキシメチルスルホエチルセルロースより成る群からの1種であることができる。言及されたセルロースエーテルの混合物を使用することも同様に可能である。
【0022】
2種の水溶液もしくは2種の水溶液の混合物の添加後に、しかし乾燥および微粉砕の前に、セルロースエーテルは総質量に基づいて40〜80重量%の水分を含有しなければならない。含水量は水溶液の添加により、もしくは必要な場合は、更なる水の添加により設定することができる。
【0023】
所望される場合は、それが洗浄された後にセルロースエーテルに付着するアルコール(メタノール、エタノール、イソプロアオール、tert−ブタノール)のような更なる溶媒が存在することができる。
【0024】
水で湿ったセルロースエーテルの乾燥および微粉砕はまた、乾燥が同時の微粉砕とともに実施される組み合わせた微粉砕/乾燥として実施することもできる。
【0025】
セルロースエーテルに対する2種の水溶液もしくは2種の水溶液の混合物の添加は生産プラントの設計に応じて、バッチ法でもしくは連続的に実施することができる。添加は、湿ったセルロースエーテルを混合しながら噴霧もしくは滴下添加もしくはもう1種の適当な添加法により実施される。
【0026】
本発明に従って説明された手順に対して、固体形態の塩の添加はpHの均一な設定をもたらさず、前記の欠点を克服しない。
【0027】
溶解遅延のために使用されるジアルデヒドは好ましくは、グリオキサールである。グリオキサール溶液は、乾燥セルロースエーテルに基づいて0.1〜4重量%の活性物質が存在するような量で添加される。乾燥セルロースエーテルに基づいて0.3〜2.5重量%の活性物質を使用することが好ましい。
【0028】
グリオキサール溶液としては、例えば、品質を低下させない割合の酸を含有する工業等級を使用することができる。
【0029】
セルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に設定するために、少なくとも2種の塩の塩水溶液が使用される。セルロースエーテルのpHは好ましくは、6.5〜7.5に設定される。
【0030】
塩の1種は5.5〜8.5、好ましくは、6.5〜7.5のpKaをもつ弱酸であり、他方の塩は5.5〜8.5、好ましくは、6.5〜7.5のpKaを有する弱酸の塩である。塩の水溶液としては、アルカリ金属リン酸二水素塩、例えば、リン酸二水素ナトリウム、および二(アルカリ金属)リン酸水素塩、例えば、リン酸水素二ナトリウムもしくはリン酸水素カリウムナトリウムの溶液が特に好ましい。2種の塩は好ましくは、2:1〜1:2のモル比で、特に好ましくは、1.2:1〜1:1.2のモル比で使用される。同様な状態はまた、例えば、弱酸の部分的中和もしくは弱酸の塩の部分的酸化によっても得ることができる。
【0031】
各事例において、塩の水溶液はセルロースエーテルへの添加の前に調製しなければならない。グリオキサール水溶液の添加前もしくは後の添加、およびグリオキサール水溶液との同時の添加および更に塩溶液のグリオキサール溶液との混合物の添加が本発明に従う。塩溶液のグリオキサール溶液との混合物を調製し、水で湿ったセルロースエーテルにそれを添加することが好ましい。この添加法のみが、所望の有利な効果をもたらす、すなわち湿った生成物への乾燥塩の添加もしくは弱酸および弱酸の塩の別個の添加は所望される有利な効果をもたらさない。例えば、アルカリ性のセルロースエーテルが本発明の説に反する方法で酸で後処理されると、均質な中和が達成されない。その場合は、セルロースエーテル溶液は水中で中性のpHを有するが、例えば指示薬溶液を粉末に噴霧することにより、粉末中に酸性および塩基性領域を見いだすことができる。
【0032】
塩の水溶液は、乾燥物質としての塩が乾燥セルロースエーテルに基づいて、0.01〜2重量%、好ましくは、0.1〜1重量%、特に好ましくは、0.2〜0.5重量%の量で存在するような量で使用される。
【0033】
本手順により、水中への遅延溶解を示し、2年間の貯蔵期間後に、最初の粘度に基づいて15%未満の粘度減少を受けたセルロースエーテルを調製することができた。
【0034】
本発明に従うセルロースエーテルは、水中に溶解時に、酸性溶液の場合には増加し、塩基性溶液の場合には減少するように、水のpHに影響を与えるであろう。この緩衝効果は塩基性物質の添加によるpHの意図的な増加により溶解過程の引き金を引いたり、それを促進したりすることが更にできるように、本発明に従う手順に設定される。
【0035】
本発明の目的のための遅延時間は水中へのセルロースエーテルの撹拌と溶解過程の開始との間に経過する時間である。
【0036】
本発明は更に、保護コロイド、増粘剤もしくは接着剤としての本発明のセルロースエーテルの使用を提供する。更に、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの混合物を調製することおよびそれらを前記の用途に使用することが可能である。
【0037】
【実施例】
(実施例1〜3) MHEC/CMC混合比の変動
水で湿ったMHEC(DS約1.8そしてMS約0.45)および水で湿ったCMC(DS約0.9)をそれぞれの事例で、バッチミキサー中に入れ、グリオキサールおよび、1:1のモル比のNa2HPO4+NaH2PO4を含有する水溶液を撹拌しながら噴霧した。水量は各事例において、水溶液の添加の終結時の含水量が総質量に基づいて50重量%であるように設定された。使用された塩の量は乾燥セルロースエーテルの総量に基づいて0.3重量%であり、使用されたグリオキサールの量は乾燥セルロースエーテルの総量に基づいて2.2重量%であった。湿ったセルロースエーテルは乾燥オーブン中で55℃で乾燥し、次に微粉砕した。得られた生成物は塊の形成を伴なわずに、水中もしくはアルカリ性溶液中に撹拌することができた。出発物質に比較して濁り度の増加もしくはゲル含量の増加を伴なわずに、高い溶液性をもつ溶液を得た。
(実施例4〜7) バッファー/グリオキサールの組成の変動
水で湿ったCMC(DS約0.9)を乾燥CMC2.5kgに相当する量でバッチミキサー中に入れ、グリオキサールおよびNa2HPO4およびNaH2PO4を含有する水溶液を撹拌しながら噴霧した。水量は各事例において、水溶液の添加の終結時の含水量が総質量に基づいて50重量%であるように設定された。必要な場合には、所望の含水量を達成するために追加の水を計量添加した。湿ったCMCは乾燥オーブン中で55℃で乾燥し、次に微粉砕した。使用された塩の乾燥CMCの総量に基づいた量および使用されたグリオキサールの乾燥CMCの総量に基づいた量は下表に示される。得られた生成物は塊の形成を伴なわずに、水中もしくはアルカリ性溶液中に撹拌することができた。出発物質に比較して濁り度の増加もしくはゲル含量の増加を伴なわずに、高い溶液性をもつ溶液を得た。
(実施例8) バッファーを伴なわない比較例
実施例6におけるようにCMC(DS約0.9)をバッチミキサー中でグリオキサール水溶液(工業等級)を噴霧した。しかし、比較のために、pHを設定するために塩溶液を使用しなかった。CMCを実施例6におけるように乾燥し微粉砕した。得られた生成物を塊の形成を伴なわずに、水中もしくはアルカリ性水溶液中に撹拌することができた。pH9における遅延時間は3分であった。生成された溶液のpHは5.2であった。出発物質に比して濁り度の著しい増加およびゲル含量の著しい増加を伴なった溶液が得られた。
(実施例9〜12) 変動するpHおよび粘度をもつ出発CMC
異なる粘度および7.3〜8.8の脱イオン水中pH値を有するCMC(DS約0.9)を、グリオキサールおよび1:1のモル比のNa2HPO4+NaH2PO4を含有する水溶液を使用して前記(実施例5)のような溶解−遅延処理にかけた。水の量は各事例で、水溶液の添加の終結時の含水量が総質量に基づいて50重量%であるように設定された。使用された塩の量は乾燥セルロースエーテルに基づいて0.3重量%であり、使用されたグリオキサールの量は乾燥セルロースエーテルに基づいて1.02重量%であった。
【0038】
得られ生成物は塊の形成を伴なわずに、水中もしくはアルカリ性溶液中に撹拌することができた。出発物質に比較して濁り度の増加もしくはゲル含量の増加を伴なわずに、高い溶液性をもつ溶液を得た。以下の表はその結果を示す。
実施例 出発物質のpH 生成物のpH 脱イオン水の遅延時間 2%濃度における粘度
9 8.8 7.3 8分 42 500
10 8.3 6.6 8.5分 9 900
11 7.9 6.6 6.5分 8 100
12 7.3 6.6 9分 18 900
(実施例13)
CMC(DS約0.9、含水量約10重量%)1000kgを外気温度のバッチミキサー中に入れ、45分間にわたり、グリオキサール水溶液(40重量%濃度)20kg並びに0.2kgのNa2HPO4および0.16kgのNaH2PO4を含有する水溶液35リッター並びに更に水745リッターを混合しながら噴霧した。混合物を更に60分間混合し、次に流動乾燥機中で4.5時間96℃で乾燥し、次に衝撃微粉砕機中で微粉砕した。
【0039】
得られた生成物は塊を形成せずに水中もしくはアルカリ溶液中に撹拌することができた。出発物質に比較して濁り度の増加もしくはゲル含量の増加を伴なわずに、高い溶液性をもつ溶液を得た。
【0040】
生成物はpH9のアルカリ溶液中で少なくとも3分間の遅延時間を示す。
(実施例14)
乾燥物質約1800kgに対応する水で湿ったMHECの量をグリオキサールおよび1:1のモル比のNa2HPO4+NaH2PO4を含有する水溶液でバッチミキサー中で処理し、次に乾燥し、微粉砕した。生成物は均一な分配のグリオキサール1.7重量%および塩0.3重量%を含有した。遅延溶解MHECは脱イオン水中で6.2のpHおよび脱イオン水中で20分の遅延時間を有する。
【0041】
貯蔵安定性を決定するために、2重量%濃度の生成物の溶液を規則的間隔をおいて製造し、粘度を測定した(D=2.55s-1、Haake Viscotester)。
(実施例15) 比較
比較のために、乾燥物質約500kgに相当する量の、水で湿らせたMHECをグリオキサールおよびNaH2PO4含有水溶液でバッチミキサー中で処理し、次に乾燥、微粉砕した。生成物はグリオキサール2重量%および塩0.5重量%を均一な分配で含有した。遅延溶解MHECは脱イオン水中で4.7のpHおよび脱イオン水中で60分間の遅延時間を有した。pH7における遅延時間は17分であった。
【0042】
貯蔵安定性を決定するために、2重量%濃度の生成物の溶液を規則的間隔をおいて製造し、粘度を測定した(D=2.55s-1、Haake Viscotester)。
本発明に従って調製されたMHEC(実施例14)は先行技術に従って調製されたMHEC(実施例15)に比較して貯蔵時間とともに粘度の有意な減少を示す。更に、当業者は、より高い粘度のセルロースエーテルは低粘度のセルロースエーテルと比較して、粘度のより大きい相対的減少を受ける傾向があることを知るであろう。
(実施例16〜19)
実施例14と同様な湿ったMHECを、生成されたゲルの含水量が78重量%であるような量の、グリオキサールおよび1:1のモル比のNa2HPO4+NaH2PO4含有の水溶液により、連続運転している2軸スクリュー押し出し機中で処理した。このゲルは微粉砕/乾燥ユニット(JaeckeringからのUltrarotor)中に連続的に運搬され、そこで同時に微粉砕され、乾燥された。生成物はグリオキサール1.7重量%および塩0.3重量%を均一な分配で含有した。微粉砕工具の円周速度を変動させることにより、異なる粉末度の生成物を生成した。生成物の粉末度は0.063mmのふるいを通る量により特徴を表わされた。
本発明の特徴および態様を以下に示す。
1. 段階、
a)ジアルデヒドの溶液による湿ったセルロースエーテルの処理、および
b)セルロースエーテルの乾燥および微粉砕、
を含んで成る、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの製法であって、
セルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に均一に設定するように、塩の水溶液をセルロースエーテルにジアルデヒド溶液と同時にもしくは一緒に添加することを特徴とする方法。
2. セルロースエーテルがメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロースより成る群からの非イオン性セルロースエーテルであることを特徴とする、第1項記載の方法。
3. セルロースエーテルがカルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、スルホエチルセルロースおよびカルボキシメチルスルホエチルセルロースより成る群からのイオン性エーテルであることを特徴とする、第1項記載の方法。
4. 乾燥および微粉砕の前のセルロースエーテルが総質量に基づいて40〜80重量%の水分を含有することを特徴とする、以上の項のいづれかに記載の方法。
5. グリオキサールが、乾燥セルロースエーテルに基づいて0.1〜4重量%の量でジアルデヒドとして使用されることを特徴とする、以上の項のいづれかに記載の方法。
6. 少なくとも2種の塩の溶液が塩の水溶液として使用され、その塩の一種が5.5〜8.5のpKaを有する弱酸であり、他方の塩が5.5〜8.5のpKaを有する弱酸の塩であることを特徴とする、以上の項のいづれかに記載の方法。
7. 使用された塩の水溶液がアルカリ金属リン酸二水素塩および二(アルカリ金属)リン酸水素塩の溶液であることを特徴とする、以上の項のいづれかに記載の方法。
8. 乾燥物に基づいた塩の混合物が乾燥セルロースエーテルに基づいて、0.01〜2重量%、好ましくは0.1〜1重量%の量で使用されることを特徴とする、以上の項のいづれかに記載の方法。
9. 当該セルロースエーテルが2年の貯蔵期間後に最初の粘度に基づいて15%未満の粘度減少を示すことを特徴とする、水中への遅延溶解を示し、第1項〜第8項のいずれかに従って調製されるセルロースエーテル。
10. セルロースエーテルが水溶液中で6.0〜8.0のpHを有することを特徴とする、第9項記載の、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテル。
11. セルロースエーテルがメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロースより成る群からの非イオン性セルロースエーテルであることを特徴とする、第9項もしくは第10項記載の、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテル。
12. セルロースエーテルがカルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、スルホエチルセルロースおよびカルボキシメチルスルホエチルセルロースより成る群からのイオン性セルロースエーテルであることを特徴とする、第9項もしくは第10項記載の、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテル。
13. 個別の成分として混合物が第1項〜第8項のいづれかに従って調製されたセルロースエーテルを含有することを特徴とする、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの混合物。
14. 水中への遅延溶解を示し、第1項〜第8項のいづれかに従って調製される、保護コロイド、増粘剤もしくは接着剤としてのセルロースエーテルの使用。
15. 水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルがカルボキシメチルセルロースであることを特徴とする、第14項記載の使用。
Claims (4)
- 段階、
a)ジアルデヒドの溶液による湿ったセルロースエーテルの処理、および
b)セルロースエーテルの乾燥および微粉砕、
を含んで成る、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの製法であって、
セルロースエーテルのpHを6.0〜8.0に均一に設定するように、塩の水溶液をセルロースエーテルにジアルデヒド溶液と同時にもしくは一緒に添加され、そして、
少なくとも2種の塩の溶液が塩の水溶液として使用され、その塩の一種がリン酸二水素ナトリウムであり、他方の塩がリン酸水素二ナトリウムもしくはリン酸水素カリウムナトリウムであることを特徴とする、
上記方法。 - 当該セルロースエーテルが2年の貯蔵期間後に最初の粘度に基づいて15%未満の粘度減少を示すことを特徴とする、水中への遅延溶解を示し、請求項1に従って調製されるセルロースエーテル。
- セルロースエーテルがメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロースより成る群からの非イオン性セルロースエーテルであることを特徴とする、請求項2記載の、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテル。
- 請求項1に従って調製されたセルロースエーテルを個別の成分として含有することを特徴とする、水中への遅延溶解を示すセルロースエーテルの混合物。
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