JP5103642B2

JP5103642B2 - ポリエチレングリコール多孔質粒子及びその製造方法

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Publication number: JP5103642B2
Application number: JP2007182358A
Authority: JP
Inventors: 隆山本; 隆聡浅野; 達也庄司; 亮小西
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY; Ube Industries Ltd
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY; Ube Corp
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-07-11
Also published as: JP2009019100A

Description

本発明は、ポリエチレングリコール多孔質粒子及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、分子量が大きく、比較的高結晶化度のポリエチレングリコールからなる、好適には球晶構造であり、かつバラ花弁状の形態を有する多孔質粒子、及びその効率的な製造方法に関するものである。

ポリエチレングリコールは、ＨＯ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−Ｈで表される化合物であって、オキシエチレン基の繰り返し単位を有し、両末端が水酸基である直鎖状構造を有するジオールである。ポリエチレングリコールは、一般に、平均分子量が２００〜２０，０００程度のものをいい、それより大きいものはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）という。
平均分子量が２００〜６００のポリエチレングリコールは液体であり、１，０００以上の高分子量ポリエチレングリコールは固体であって、通常ワックス状又は粉末状の形態で市販されている。平均分子量２００のものはグリセリンに匹敵する吸湿性を示すが、平均分子量が４，０００になると殆ど吸湿性を示さない。また、高分子量ポリエチレングリコールは、刺激が少ないので、クリーム、乳液、石けん、ローション等の皮膚用化粧料や、シャンプー、リンス等の毛髪用化粧料等向けの増粘剤等の用途で用いられている。さらに、単体としての利用だけでなく、他のモノマー成分との共重合、末端変性等を行うことにより、エネルギーデバイス、画像表示素子等にも用いられている。

ポリエチレングリコールを用いた微粒子としては、例えば、半導体からなる微粒子に分散安定性を付与する目的で、粒子表面をポリエチレングリコールで修飾した微粒子（特許文献１参照）や、ポリエチレングリコール系コポリマーからなる生分解性粒子（特許文献２参照）が提案されているが、ポリエチレングリコール単独からなる構造体や微粒子に関しての知見はない。

一方、高分子重合体の多孔質球状粒子として、例えば、数平均粒子径１〜３０μｍ、ＢＥＴ比表面積１００〜８０，０００ｍ²／ｋｇであるポリアミド多孔質球状粒子及びその製造方法（特許文献３参照）が知られている。
このポリアミド多孔質球状粒子は、多孔質で粒子表面の無数の細孔が中心付近にまで達しているため、比表面積が大きく、優れた光散乱特性や偏光解消特性等の光学特性を有しており、ファンデーション、クリーム等の皮膚用化粧料や、ヘアクリーム、ヘアワックス、ヘアジェル等の毛髪用化粧料等に有用である（特許文献４参照）。
そこで、高分子量ポリエチレングリコールを、上記ポリアミド多孔質球状粒子のように多孔質粒子化することができれば、ポリアミド多孔質球状粒子に類似した用途展開が期待できる。

特開２００４−３００２５３号公報特開２００５−３１２６２３号公報特開２００２−８０６２９号公報特開２００５−２３９５７５号公報

本発明は、このような状況下で、重量平均分子量が３，０００以上のポリエチレングリコール多孔質粒子、及びその効率的な製造方法を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明は、次の（１）〜（４）を提供するものである。
（１）重量平均分子量が３，０００〜５０，０００であり、かつ結晶化度が１０％以上であることを特徴とするポリエチレングリコール多孔質粒子。
（２）ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液において、上記ポリエチレングリコールの溶解状態を変化させることにより、ポリエチレングリコール粒子を析出させることを特徴とする、上記（１）のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
（３）ポリエチレングリコールとその良溶媒（Ａ）とからなるポリエチレングリコール溶液（ａ）と、ポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）とを混合することにより、ポリエチレングリコール溶液（ａ）におけるポリエチレングリコールの溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる上記（２）の方法。
（４）ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液の温度を変化させることにより、ポリエチレングリコール溶液の溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる上記（２）の方法。

本発明によれば、分子量が大きく、比較的高結晶化度のポリエチレングリコールからなり、好適には球晶構造であり、かつバラ花弁状の形態を有する多孔質粒子、及びその効率的な製造方法を提供することができる。

まず、本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子について説明する。
［ポリエチレングリコール多孔質粒子］
本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子（以下、単に「多孔質粒子」ということがある）は、重量平均分子量が３，０００〜５０，０００であり、かつ結晶化度が１０％以上であることを特徴とする。
当該多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールは、その製造方法に特に制限はなく、従来公知のいずれの方法によって得られたものであってもよいが、工業的には、エチレングリコールにエチレンオキシドを、アルカリ触媒の存在下で付加重合させて得られたものが好ましい。
このような方法で得られたポリエチレングリコールは、通常単一化合物ではなく、重合度の異なる高分子重合体の混合物であるが、本発明の多孔質粒子は、後述の製造方法により得られ、それを構成するポリエチレングリコールは、ほぼ単一重合体である。

（重量平均分子量（Ｍｗ）及び分子量分布）
本発明の多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールの重量平均分子量（Ｍｗ）は、３，０００〜５０，０００の範囲である。このＭｗが、３，０００未満であれば、多孔質粒子は吸湿性を示し、用途が制限されるのを避けられず、一方、５０，０００を超えると良溶媒への溶解度が低くなる傾向があり、生産効率が低下する場合がある。好ましいＭｗは５，０００〜４０，０００の範囲である。また分子量分布〔重量平均分子量（Ｍｗ）／数平均分子量（Ｍｎ）比〕は、通常１〜１．５程度であり、ほぼ単一重合体を示す。
本発明においては、上記重量平均分子量（Ｍｗ）及び数平均分子量（Ｍｎ）は、以下に示す方法により測定される値である。
＜平均分子量の測定＞
重量平均分子量（Ｍｗ）及び数平均分子量（Ｍｎ）は、高速液体クロマトグラフィーを使用し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法によって測定する。この場合、標準サンプルとして分子量１０６、１９４、４４０、６００、１４７０、４１００、７１００、１０３００、１２６００、２３０００の１０種のポリエチレングリコールを用いて較正曲線を求め、その較正曲線を基に、ポリエチレングリコールの重量平均分子量（Ｍｗ）及び数平均分子量（Ｍｎ）を求め、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ比）を求める。

（結晶化度）
本発明の多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールの結晶化度は１０％以上である。この結晶化度が１０％未満では、当該多孔質粒子の形態が熱的に不安定となる。結晶化度は好ましくは１５％以上、より好ましくは１８％以上、特に好ましくは２０〜７５％である。
上記結晶化度は、Ｘ線回折より求める方法、ＤＳＣ（示差走査熱量分析計）測定法により求める方法及び密度より求める方法があるが、本発明においては、ＤＳＣ測定法により求める方法が好適である。
ＤＳＣ法による結晶化度（χ）は、下記式より算出することができる。

χ ；結晶化度（％）
ΔＨ_obs；サンプルの融解熱（ｃａｌ／ｇ）
ΔＨ_m；単一ポリエチレングリコールの融解熱（ｃａｌ／ｇ）
ここで、単一ポリエチレングリコールとは、サンプルの重量平均分子量と同じ分子量をもつ単一ポリエチレングリコールを意味する。

（多孔質粒子の形態）
当該多孔質粒子は、好適態様においては、一つの単独粒子の中心付近の単数又は複数のコアから、高分子フィブリルが三次元等方ないし放射状に成長した球晶構造を有している。球晶成長時には、高分子フィブリルが折りたたまれて薄い板状に結晶化し、この板状結晶（ラメラ）がリボン状に束ねられ、これを核としてその隙間にさらに板状結晶が付着し、ないしは分岐成長して球状の結晶が形成されると考えられる。
当該多孔質粒子は、好ましくはバラ花弁状の形態を有しており、またその粒子径は０．１〜３００μｍ程度、好ましくは０．５〜１００μｍ、より好ましくは０．５〜５０μｍである。
なお、このようなバラ花弁状多孔質粒子の粒径とは、該多孔質粒子の投影図又は顕微鏡写真像における最大長さをいう。

当該多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールは、前述したように結晶化度が１０％以上の結晶性であって、融点（Ｔｍ）は通常５０℃以上、好ましくは５５℃以上、より好ましくは６０〜１２０℃である。この融点が５０℃未満では熱安定性が低下し好ましくない。
当該多孔質粒子は、粒子径分布において、数平均粒子径（又は数基準平均粒子径）に対する体積平均粒子径（又は体積基準平均粒子径）の比が１〜２．５であることが好ましい。数平均粒子径に対する体積平均粒子径の比（粒子径分布指数（ＰＤＩ））が２．５より大きいと、粉体としての取り扱い性が悪くなる。粒子径分布指数（ＰＤＩ）は次式で表される。

このような性状を有する本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子は、比表面積が大きく、優れた光散乱特性や偏光解消特性等の光学特性を有している。このため、ファンデーション、クリーム等の皮膚用化粧料や、ヘアクリーム、ヘアワックス、ヘアジェル等の毛髪用化粧料等に特に有用である。

次に、本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法について説明する。
［ポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法］
本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法は、ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液において、上記ポリエチレングリコールの溶解状態を変化させることにより、ポリエチレングリコール粒子を析出させることを特徴とする。
本発明の製造方法には、以下に示す（１）及び（２）の２つの態様がある。
（１）ポリエチレングリコールとその良溶媒（Ａ）とからなるポリエチレングリコール溶液（ａ）と、ポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）とを混合することにより、ポリエチレングリコール溶液（ａ）におけるポリエチレングリコールの溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる方法（以下、「製造方法Ｉ」という）。
（２）ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液の温度を変化させることにより、ポリエチレングリコール溶液の溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる方法（以下、「製造方法II」という）。

（製造方法Ｉ）
当該製造方法Ｉにおいては、まず、分子量３，０００〜５０，０００のポリエチレングリコールを含む高分子量ポリエチレングリコールとその良溶媒（Ａ）とからなるポリエチレングリコール溶液（ａ）を調製する。
ここで、良溶媒（Ａ）とは、測定対象となるポリエチレングリコール５ｇに、溶解性を測定しようとする溶媒を全量が１００ｇになるように加え、温度２５℃にてかきまぜた場合に、均一で透明性を有する溶液が得られたものをいう。良溶媒（Ａ）の具体例としては、水、メタノール、エタノール等のアルコール類、ベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、エステル類等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよく、また、本発明の目的が損なわれない範囲で、後述の貧溶媒を適宜組み合わせて用いてもよいが、本発明においては、特にメタノールが好ましい。

ポリエチレングリコール溶液（ａ）中のポリエチレングリコール濃度は、好ましくは１〜４０質量％の範囲、より好ましくは１〜３０質量％の範囲である。ポリエチレングリコール濃度が４０質量％を超えると、溶解しにくくなったり、均一な溶液にならないことがある。また、溶解しても溶液の粘度が高くなり、扱いにくくなるので好ましくない。ポリエチレングリコール濃度が１質量％未満になると、ポリマー濃度が低く、製品の生産性が低くなるので好ましくない。
ポリエチレングリコール溶液（ａ）を調製する際の温度は、通常４０℃程度、好ましくは２０〜６０℃である。

このようにして、ポリエチレングリコール溶液（ａ）を調製したのち、この溶液（ａ）と、使用したポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）とを混合する。
ここで、貧溶媒（Ｂ）とは、測定対象となるポリエチレングリコール５ｇに、溶解性を測定しようとする溶媒を全量が１００ｇになるように加え、温度２５℃にてかきまぜた場合に、にごりが認められたり、分離が認められたものをいう。この貧溶媒（Ｂ）は、良溶媒（Ａ）と少なくとも部分的に相溶するものが好ましい。貧溶媒（Ｂ）の具体例としては、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類、ｎ−ヘキサン、ジオキサン等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合しても用いてもよいが、本発明においては特にジエチルエーテルが好ましい。
ポリエチレングリコール（ａ）と貧溶媒（Ｂ）との混合温度は通常０〜４０℃程度である。また、ポリエチレングリコール（ａ）と貧溶媒との混合割合は、多孔質粒子を十分に形成させる観点から、ポリエチレングリコール（ａ）１００質量部に対し、貧溶媒（Ｂ）を１０〜１０００質量部の割合で用いることが好ましく、１０〜５００質量部の割合で用いることがより好ましい。

ポリエチレングリコール多孔質粒子を作製するためには、ポリエチレングリコール（ａ）と貧溶媒（Ｂ）とを混合して、一時的に均一な混合溶液を形成し、その後静置する方法を採用することができる。この操作により、多孔質粒子の核となる単数又は複数のコアが生成し、そこから高分子フィブリルが三次元等方ないし放射状に成長し、バラ花弁状の形態を有するポリエチレングリコール多孔質粒子が析出する。この多孔質粒子を析出させる際の混合溶液の液温は、０〜４０℃の範囲が好ましく、５〜３５℃の範囲がより好ましい。

ポリエチレングリコール（ａ）と貧溶媒（Ｂ）との混合溶液には、析出したポリエチレングリコール多孔質粒子の凝集を防止する目的で、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の増粘剤を加えて混合溶液の粘度を高めてもよい。増粘剤の添加方法としては、ポリエチレングリコール溶液（ａ）及び貧溶媒（Ｂ）を混合する際に、同時に増粘剤を添加する方法、ポリエチレングリコール溶液（ａ）と貧溶媒（Ｂ）とを混合した直後に、増粘剤を添加する方法等が挙げられる。
このようにして形成されたポリエチレングリコール多孔質粒子を、デカンテーション、ろ過、遠心分離等の方法で固液分離したのち、貧溶媒（Ｂ）を用いて洗浄後、乾燥処理することにより、前記性状を有する本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子を得ることができる。

（製造方法II）
本発明の製造方法IIにおいては、まず分子量３，０００〜５０，０００のポリエチレングリコールを含む高分子量ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液を調製する。この際使用する溶媒としては、製造方法Ｉで説明した良溶媒（Ａ）、例えば水、エタノール等のアルコール類、ベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、エステル類等の中から選ばれる一種又は二種以上の混合物を挙げることができるが、これらの中では特にメタノールが好ましい。
ポリエチレングリコール溶液中のポリエチレングリコール濃度については、製造方法Ｉにおけるポリエチレングリコール溶液（ａ）において説明したとおりである。ポリエチレングリコール溶液を調製する際の温度は、通常２０〜１００℃程度、好ましくは３０〜８０℃である。
当該製造方法IIにおいては、このようにして調製されたポリエチレングリコール溶液の温度を変化させて、ポリエチレングリコール溶液の溶解状態を変化させることで、ポリエチレングリコール粒子を析出させる。具体的には、ポリエチレングリコール溶液を−７０〜６０℃程度、好ましくは−５０〜５０℃に徐冷することにより、ポリエチレングリコール多孔質粒子を析出させることができる。
このようにして形成されたポリエチレングリコール多孔質粒子を、製造方法Ｉと同様な方法により固液分離したのち、貧溶媒（Ｂ）を用いて洗浄後、乾燥処理することにより、前記性状を有する本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子を得ることができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例における諸特性は、以下に示す方法により求めた。
（１）多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールの結晶化度
示差走査熱量計［T.A.インスツルメンツ株式会社製、Ｑ１００型］を用いて、前記方法により測定した。
（２）ポリエチレングリコールの融点
ポリエチレングリコール多孔質粒子を構成するポリエチレングリコールの融点（Ｔｍ）は、前記の示差走査熱量計を用いて、昇温速度１０℃／分の条件下で−５０〜１００℃の温度範囲で測定した。
（３）ポリエチレングリコール多孔質粒子の形態
走査型電子顕微鏡［日本電子株式会社製、ＪＣＭ−５７００］で観察し、バラ花弁状多孔質粒子の粒径を読みとった。
また、１００個の数平均粒子径と体積平均粒子径を求め、前記方法により粒子径分布指数ＰＤＩを求めた。

実施例１
メタノールにポリエチレングリコール（キシダ化学株式会社製、Ｍｗ：約６０００）を加え、４０℃にて溶解させ、５質量％のポリエチレングリコール／メタノール溶液を調製した。調製後、該溶液を室温（２５℃）まで冷却した。
室温まで冷却した５質量％のポリエチレングリコール／メタノール溶液１０ｍｌに攪拌しながら、ジエチルエーテル１０ｍｌを添加した。添加後、攪拌を停止し、１０分間静置して、ポリエチレングリコールからなる粒子を得た。得られた粒子を取り出し、ジエチルエーテルで洗浄、乾燥後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により、図１及び図２に示すようなバラ花弁状多孔質粒子が得られていることを確認した。この粒子の得率は、原料ポリエチレングリコールに対して、８０質量％であった。

実施例２
実施例１において、５質量％のポリエチレングリコール／メタノール溶液１０ｍｌに対し、ジエチルエーテル２０ｍｌを添加した以外は、実施例１と同様の操作を行い、ポリエチレングリコールのバラ花弁状多孔質粒子を得た。この粒子の得率は、原料ポリエチレングリコールに対して、８０質量％であった。

実施例３
実施例１において、５質量％のポリエチレングリコール／メタノール溶液１０ｍｌに対し、ジエチルエーテル３０ｍｌを添加した以外は、実施例１と同様の操作を行い、ポリエチレングリコールのバラ花弁状多孔質粒子を得た。この粒子の得率は、原料ポリエチレングリコールに対して、８０質量％であった。

図１〜８から、本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子は、分子量が大きく、結晶化度が比較的高く、かつ分子量分布Ｍｗ／Ｍｎが１に近く、ほぼ単一成分からなるバラ花弁状の形態を有していることが分かる。粒径は０．１〜３００μｍの範囲であり、融点Ｔｍは５０℃以上と高い。

本発明のポリエチレングリコール多孔質粒子は、分子量が大きく、比較的高結晶化度のポリエチレングリコールからなる、バラ花弁状の形態を有する多孔質粒子であって、比表面積が大きく、優れた光散乱特性や偏光解消特性等の光学特性を有しており、刺激も少ない。このため、クリーム、乳液、石けん、ローション、ファンデーション等の皮膚用化粧料や、ヘアクリーム、ヘアワックス、ヘアジェル等の毛髪用化粧料、シャンプー、リンス等の毛髪用洗浄剤等に有用である。その他、光拡散材、偏光解消材等の光学材料、クロマトグラフィー等の吸着材、触媒担持体、塗料等の用途が期待できる。

実施例１で得られたポリエチレングリコール多孔質粒子の電子顕微鏡写真図である。図１の拡大電子顕微鏡写真図である。実施例２で得られたポリエチレングリコール多孔質粒子の電子顕微鏡写真図である。図３の拡大電子顕微鏡写真図である。実施例３で得られたポリエチレングリコール多孔質粒子の電子顕微鏡写真図である。図５の拡大電子顕微鏡写真図である。

Claims

重量平均分子量が３，０００〜５０，０００であり、かつ結晶化度が１０％以上であり、バラ花弁状の形態を有することを特徴とするポリエチレングリコール多孔質粒子。
粒子径が０．１〜３００μｍである請求項１に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子。
ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液において、上記ポリエチレングリコールの溶解状態を変化させることにより、ポリエチレングリコール粒子を析出させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
ポリエチレングリコールとその良溶媒（Ａ）とからなるポリエチレングリコール溶液（ａ）と、ポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）とを混合することにより、ポリエチレングリコール溶液（ａ）におけるポリエチレングリコールの溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる請求項３に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
ポリエチレングリコール溶液（ａ）と、ポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）とを混合することにより、一時的に透明な溶液状態を経たのち、ポリエチレングリコール粒子を析出させる請求項４に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
ポリエチレングリコールの良溶媒（Ａ）が、水、メタノール、ベンゼン及びジクロロメタンの中から選ばれる少なくとも一種である請求項４又は５に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
ポリエチレングリコールの貧溶媒（Ｂ）が、ジエチルエーテル及び／又はｎ−ヘキサンである請求項４〜６のいずれかに記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
ポリエチレングリコールとその溶媒とからなるポリエチレングリコール溶液の温度を変化させることにより、ポリエチレングリコール溶液の溶解状態を変化させて、ポリエチレングリコール粒子を析出させる請求項３に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。
溶媒が、ポリエチレングリコールの良溶媒（Ａ）であって、水、メタノール、ベンゼン及びジクロロメタンの中から選ばれる少なくとも一種である請求項８に記載のポリエチレングリコール多孔質粒子の製造方法。