JP5733733B2 - Production method of oxidized polysaccharides - Google Patents

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Description

本発明は、N−オキシル化合物触媒(以下、単に「N−オキシル化合物」と呼ぶ場合もある)の存在下、多糖類を酸化して改質する酸化多糖類の製法に関するものであり、詳しくは、N−オキシル化合物触媒の回収・再利用を図ることができる酸化多糖類の製法に関するものである。   The present invention relates to a process for producing an oxidized polysaccharide that is modified by oxidizing a polysaccharide in the presence of an N-oxyl compound catalyst (hereinafter sometimes referred to simply as “N-oxyl compound”). The present invention relates to a method for producing an oxidized polysaccharide capable of recovering and reusing an N-oxyl compound catalyst.

セルロースや、デンプン等の多糖類は、生物の構造多糖類および貯蔵多糖類として、自然界に多量に存在するため、従来から、様々な材料に利用されてきた。近年、特に、安全性や環境に対する配慮から、石油原料由来の合成高分子に替わる素材として多糖類を有効利用する研究が活発化している。   Since polysaccharides such as cellulose and starch are present in a large amount in the natural world as structural polysaccharides and storage polysaccharides of living organisms, they have been conventionally used in various materials. In recent years, in particular, from the viewpoint of safety and the environment, research on the effective use of polysaccharides as a material to replace synthetic polymers derived from petroleum raw materials has become active.

また、多糖類を有効利用する目的で、多糖類を酸化して改質することも行われており、例えば、多糖類を、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、過酸化水素、過有機酸等の酸化剤を用いて酸化する、酸化多糖類の製造が行われている。その際、触媒としては、触媒活性および反応選択性の観点から、N−オキシル化合物が好んで用いられる。このようなN−オキシル化合物を触媒とする酸化多糖類の製法としては、具体的には、多糖類を主成分とする多糖類材料を水中にて、N−オキシル化合物の触媒の存在下で酸化処理し、多糖類材料の表面を改質する酸化多糖類材料の製法(特許文献1)や、天然セルロースを原料とし、水中においてN−オキシル化合物を酸化触媒とし、酸化剤を作用させることにより上記天然セルロースを酸化して反応物繊維を得る微細セルロース繊維分散体の製法(特許文献2)等が提案されている。   In addition, for the purpose of effectively using polysaccharides, polysaccharides are also oxidized and modified. For example, polysaccharides are converted to hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid, hydrogen peroxide, Oxidized polysaccharides that are oxidized using an oxidizing agent such as a perorganic acid have been produced. In that case, as a catalyst, an N-oxyl compound is preferably used from a viewpoint of catalyst activity and reaction selectivity. Specifically, as a method for producing an oxidized polysaccharide using such an N-oxyl compound as a catalyst, a polysaccharide material mainly composed of a polysaccharide is oxidized in water in the presence of an N-oxyl compound catalyst. A method for producing an oxidized polysaccharide material (Patent Document 1) for treating and modifying the surface of the polysaccharide material, or by using natural cellulose as a raw material, using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst in water, and allowing an oxidizing agent to act. A method for producing a fine cellulose fiber dispersion that oxidizes natural cellulose to obtain a reaction product fiber (Patent Document 2) has been proposed.

特開2003−183302号公報JP 2003-183302 A 特開2008−1728号公報JP 2008-1728 A

しかしながら、特許文献1および特許文献2の製法では、N−オキシル化合物触媒を回収するという思想はなく、これが当分野における技術常識となっていた。このようなN−オキシル化合物の回収・再利用を実施しないと、高価な触媒の有効利用がなされず、不経済である。   However, in the production methods of Patent Document 1 and Patent Document 2, there is no idea of recovering the N-oxyl compound catalyst, and this has become common technical knowledge in this field. Unless such N-oxyl compound is recovered and reused, an expensive catalyst cannot be effectively used, which is uneconomical.

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、N−オキシル化合物触媒の回収・再利用を図ることにより、経済性に優れ、しかも安定した品質の酸化多糖類を製造することができる酸化多糖類の製法の提供をその目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of producing an oxidized polysaccharide having excellent economic efficiency and stable quality by collecting and reusing an N-oxyl compound catalyst. The purpose is to provide a method for producing polysaccharides.

上記の目的を達成するため、本発明の酸化多糖類の製法は、N−オキシル化合物触媒と、酸化剤とを含む水媒体中で、多糖類を酸化する酸化多糖類の製法であって、多糖類の酸化反応終了後の反応液から、N−オキシル化合物触媒を蒸留により回収する工程を含み、かつ上記蒸留が圧力0.03MPa〜常圧の蒸発缶により行われ、上記蒸留における被蒸留液の温度が70〜101℃であり、上記N−オキシル化合物触媒が2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)で、上記多糖類がセルロースで、上記酸化剤が次亜ハロゲン酸またはその塩で、上記酸化剤の添加量が上記多糖類1gに対して5.4〜18mmolの範囲で、上記酸化多糖類のカルボキシル基量が1.00mmol/g〜6.2mmol/gの範囲であり、N−オキシル化合物触媒を含む水性媒体からの蒸留によるN−オキシル化合物触媒の回収率が98%以上であり、かつ、上記酸化多糖類が化粧品材料、コーティング基材、機能性添加剤、医療・医薬材料、電子材料または樹脂材料に用いられるという構成をとる。 In order to achieve the above object, a method for producing an oxidized polysaccharide of the present invention is a method for producing an oxidized polysaccharide that oxidizes a polysaccharide in an aqueous medium containing an N-oxyl compound catalyst and an oxidizing agent. Including a step of recovering the N-oxyl compound catalyst from the reaction liquid after completion of the saccharide oxidation reaction by distillation, and the distillation is performed by an evaporator at a pressure of 0.03 MPa to normal pressure. The temperature is 70 to 101 ° C., the N-oxyl compound catalyst is 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO), the polysaccharide is cellulose, and the oxidizing agent is Hypohalous acid or a salt thereof, the addition amount of the oxidizing agent is in the range of 5.4 to 18 mmol with respect to 1 g of the polysaccharide, and the carboxyl group amount of the oxidized polysaccharide is 1.00 mmol / g to 6.2 mmol. g is in the range of, N- oxyl compound by distillation N- oxyl compound recovery of the catalyst of the catalyst from the aqueous medium containing a is not less than 98%, and the oxidized polysaccharide is a cosmetic material, coating the substrate, functional It is configured to be used for additives, medical / pharmaceutical materials, electronic materials, or resin materials.

すなわち、本発明者らは、N−オキシル化合物触媒の回収・再利用を図ることにより、経済性に優れ、しかも安定した品質の酸化多糖類を製造することができる酸化多糖類の製法を得るため、触媒の再利用について検討を行った。通常、N−オキシル化合物を触媒とする多糖類の酸化反応は、水媒体中(水または水性媒体)で実施され、酸化反応終了後は、酸化多糖類と、水媒体とに分離精製される。分離された水媒体中には、酸化剤由来の中和塩とともに、N−オキシル化合物触媒が希薄な濃度で存在している。本発明者らはこの点に着目し、N−オキシル化合物触媒を回収・再利用する目的で、酸化反応終了後、分離された上述の酸化剤由来の中和塩が共存する希薄なN−オキシル化合物触媒を含む水媒体(反応液)をそのまま、次回の酸化反応に繰り返し利用することを試みた。しかしながら、回収した触媒中には、前回の反応で発生した酸化剤由来の中和塩や、多糖類由来の低分子化合物が蓄積しているため、触媒活性が上らず、多糖類の酸化反応が充分に進行せず、得られる酸化多糖類の品質も満足できるものではないという問題点が明らかになった。すなわち、上述の触媒の回収方法では、触媒の回収と再利用を繰り返すたびに、酸化剤由来の中和塩の蓄積量が増加していくため、触媒活性の低下が避けられないという問題があった。そこで、本発明者らは、この問題点を解決するためさらに実験を重ねたところ、多糖類の酸化反応終了後の反応液(分離された水媒体中)を、そのまま利用するのではなく、反応液を蒸発缶等により蒸留することを想起した。反応液を蒸留すると、反応液から夾雑物(酸化剤由来の中和塩や、多糖類由来の低分子化合物等)を除去することができ、実質的にN−オキシル化合物触媒のみを効率的に回収することができる。そのため、触媒の回収と再利用を繰り返しても、N−オキシル化合物触媒の活性の低下が殆どなく、高価な触媒であるN−オキシル化合物を極めて高い回収率で回収することができ、反応触媒として繰り返し再利用できるため、経済的に優れるようになる。また、回収した触媒の純度が高く、回収した触媒中に夾雑物を殆ど含まないため、回収触媒の活性が高く、触媒を繰り返し回収再利用した場合においても、反応性の低下が起こらず、安定した品質の酸化多糖類を製造することができることを見いだし、本発明に到達した。   That is, the present inventors have obtained a method for producing an oxidized polysaccharide capable of producing an oxidized polysaccharide having excellent economic efficiency and stable quality by collecting and reusing the N-oxyl compound catalyst. The recycling of the catalyst was examined. Usually, the oxidation reaction of a polysaccharide using an N-oxyl compound as a catalyst is carried out in an aqueous medium (water or an aqueous medium), and after completion of the oxidation reaction, it is separated and purified into an oxidized polysaccharide and an aqueous medium. In the separated aqueous medium, the N-oxyl compound catalyst is present in a dilute concentration together with the neutralizing salt derived from the oxidizing agent. The present inventors pay attention to this point, and for the purpose of recovering and reusing the N-oxyl compound catalyst, the diluted N-oxyl in which the neutralized salt derived from the oxidant separated after the oxidation reaction coexists is present. An attempt was made to repeatedly use the aqueous medium (reaction solution) containing the compound catalyst for the next oxidation reaction as it is. However, the recovered catalyst contains neutralized salts derived from the oxidizing agent generated in the previous reaction and low molecular weight compounds derived from polysaccharides, so the catalytic activity does not increase and the polysaccharides are oxidized. Has not been fully developed, and the quality of the resulting oxidized polysaccharide is not satisfactory. That is, the above-described catalyst recovery method has a problem in that a decrease in catalyst activity is inevitable because the amount of neutralized salt derived from the oxidizing agent increases each time the catalyst is recovered and reused. It was. Therefore, the present inventors conducted further experiments to solve this problem. As a result, the reaction solution (in the separated aqueous medium) after completion of the polysaccharide oxidation reaction was not used as it was, but was reacted. It was recalled that the liquid was distilled by an evaporator or the like. Distillation of the reaction solution can remove impurities (such as neutralizing salts derived from oxidizing agents and low molecular weight compounds derived from polysaccharides) from the reaction solution, and effectively removes only the N-oxyl compound catalyst. It can be recovered. Therefore, even if the recovery and reuse of the catalyst are repeated, there is almost no decrease in the activity of the N-oxyl compound catalyst, and the N-oxyl compound, which is an expensive catalyst, can be recovered at an extremely high recovery rate. Since it can be reused repeatedly, it becomes economically superior. In addition, the purity of the recovered catalyst is high, and the recovered catalyst contains almost no contaminants. Therefore, the recovered catalyst has high activity, and even when the catalyst is repeatedly recovered and reused, the reactivity does not decrease and is stable. It has been found that oxidized polysaccharides of the same quality can be produced, and the present invention has been achieved.

以上のように、本発明の酸化多糖類の製法は、多糖類の酸化反応終了後の反応液を、そのまま利用するのではなく、反応液を蒸発缶等により蒸留しているため、反応液から夾雑物(酸化剤由来の中和塩や、多糖類由来の低分子化合物等)を除去して、N−オキシル化合物触媒のみを回収することができる。そのため、触媒の回収と再利用を繰り返しても、N−オキシル化合物触媒の活性の低下が殆どなく、高価な触媒であるN−オキシル化合物を極めて高い回収率で回収することができ、反応触媒として繰り返し再利用できるため、経済的に優れている。また、回収した触媒の純度がかなり高く、回収した触媒中に夾雑物を殆ど含まないため、回収触媒の活性が高く、触媒を繰り返し回収再利用した場合においても、反応性の低下が起こらず、安定した品質の酸化多糖類を製造することができる。   As described above, in the method for producing an oxidized polysaccharide of the present invention, the reaction solution after completion of the polysaccharide oxidation reaction is not used as it is, but the reaction solution is distilled by an evaporator or the like. By removing impurities (neutralized salts derived from oxidizing agents, low molecular compounds derived from polysaccharides, etc.), only the N-oxyl compound catalyst can be recovered. Therefore, even if the recovery and reuse of the catalyst are repeated, there is almost no decrease in the activity of the N-oxyl compound catalyst, and the N-oxyl compound, which is an expensive catalyst, can be recovered at an extremely high recovery rate. Because it can be reused repeatedly, it is economically superior. In addition, the purity of the recovered catalyst is quite high, and since the recovered catalyst contains almost no impurities, the recovered catalyst has high activity, and even when the catalyst is repeatedly recovered and reused, the reactivity does not decrease, Stable quality oxidized polysaccharides can be produced.

また、上記蒸留が圧力0.03MPa常圧の蒸発缶により行われ、上記蒸留における被蒸留液の温度が70101℃であるため、反応液からのN−オキシル化合物触媒の回収をさらに効率的に行うことができる。 Further, the distillation is carried out by evaporator pressure 0.03 MPa ~ normal pressure, the temperature of the distillate in the distillation is 70 ~ 101 ° C., the recovery of the N- oxyl compound catalyst from the reaction solution more effectively Can be done automatically.

そして、上記N−オキシル化合物触媒が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)であるため、触媒活性が高く、多糖類の酸化をさらに効率的に行うことができる。 Then, the N- oxyl compound catalyst, because it is 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine -N- oxyl (TEMPO), high catalytic activity, further performed efficiently oxidation of polysaccharides be able to.

また、上記多糖類が、セルロースであるため、安全性や環境性に優れ、石油原料由来の合成高分子に替わる素材として、様々な材料に有効利用することができる。 Further, the polysaccharide, since a cellulose scan, superior safety and environmental properties, as a material to replace the synthetic polymers derived from petroleum feedstock, can be effectively utilized in a variety of materials.

そして、上記酸化剤が、次亜ハロゲン酸またはその塩であるため、多糖類の酸化をより一層効率的に行うことができる。 Then, the oxidizing agent is, for a hypohalous acid or a salt thereof can be carried out the oxidation of polysaccharides more efficiently.

つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to this embodiment.

本発明の酸化多糖類の製法は、N−オキシル化合物触媒と、酸化剤とを含む水媒体(水または水性媒体)中で、多糖類を酸化する酸化多糖類の製法である。本発明においては、多糖類の酸化反応終了後の反応液から、N−オキシル化合物触媒を蒸留により回収する工程を含むことが最大の特徴である。   The method for producing an oxidized polysaccharide of the present invention is a method for producing an oxidized polysaccharide that oxidizes a polysaccharide in an aqueous medium (water or an aqueous medium) containing an N-oxyl compound catalyst and an oxidizing agent. The greatest feature of the present invention is that it includes a step of recovering the N-oxyl compound catalyst by distillation from the reaction solution after completion of the polysaccharide oxidation reaction.

<酸化反応工程>
多糖類の酸化反応工程は、例えば、つぎのようにして行うことができる。すなわち、多糖類を水媒体(水または水性媒体)に溶解または分散させてスラリー状とし、これに触媒としてN−オキシル化合物触媒を加え、充分攪拌して分散・溶解させる。つぎに、酸化剤を加え、pH8〜11、好ましくはpH10〜11を保持するようにアルカリ水溶液を滴下しながらpH変化がなくなるまで反応を行う。
<Oxidation reaction process>
The polysaccharide oxidation reaction step can be performed, for example, as follows. That is, a polysaccharide is dissolved or dispersed in an aqueous medium (water or an aqueous medium) to form a slurry, and an N-oxyl compound catalyst is added as a catalyst to this and sufficiently stirred to disperse and dissolve. Next, an oxidizing agent is added, and the reaction is carried out while dripping the alkaline aqueous solution so as to maintain pH 8-11, preferably pH 10-11, until there is no pH change.

本発明の製法の対象となる多糖類としては、入手のしやすさ、経済性の点から、セルロースが用いられる。なお、上記多糖類は、化学修飾したものであっても差し支えない。化学修飾の方法としては、例えば、メチル化、エチル化、アルキル化、ヒドロキシエチル化、ヒドロキシプロピル化、ヒドロキシアルキル化、カルボキシメチル化、硫酸化、硝酸化等があげられる。 The polysaccharide to be the process of the present invention, ease of availability, from the viewpoint of economy, cellulose scan is used. The polysaccharide may be chemically modified. Examples of the chemical modification method include methylation, ethylation, alkylation, hydroxyethylation, hydroxypropylation, hydroxyalkylation, carboxymethylation, sulfation, and nitration.

上記多糖類は、例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状、シート状、繊維状等の形状のものを使用することができる。また、必要に応じて、様々な形状の多糖類に対して、粉砕、摩砕、切断、解砕等の処理を行っても差し支えない。   Examples of the polysaccharides that can be used include powders, granules, pellets, sheets, fibers, and the like. Further, if necessary, the polysaccharides having various shapes may be subjected to treatment such as grinding, grinding, cutting, and crushing.

また、反応溶液中の多糖類濃度は、多糖類の種類によって異なるが、通常、0.1〜10重量%(以下、単に「%」と略す)の範囲、好ましくは1〜7%の範囲である。すなわち、濃度が低すぎると経済的でなく、逆に濃度が高すぎると、反応の操作性が悪くなる傾向がみられるからである。   The polysaccharide concentration in the reaction solution varies depending on the type of polysaccharide, but is usually in the range of 0.1 to 10% by weight (hereinafter simply referred to as “%”), preferably in the range of 1 to 7%. is there. That is, if the concentration is too low, it is not economical, and conversely if the concentration is too high, the operability of the reaction tends to deteriorate.

つぎに、触媒として用いるN−オキシル化合物としては、経済性と触媒活性に優れる点で、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)が用いられるThen, as the use as a catalyst N- oxyl compound, from the viewpoint of excellent economic efficiency and catalyst activity, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine -N- oxyl (TEMPO) is used.

上記触媒であるN−オキシル化合物の添加量は、反応液中濃度で0.1〜4mmol/lの範囲が好ましく、特に好ましくは、0.2〜2mmol/lの範囲である。   The addition amount of the N-oxyl compound as the catalyst is preferably in the range of 0.1 to 4 mmol / l, particularly preferably in the range of 0.2 to 2 mmol / l as the concentration in the reaction solution.

また、上記触媒とともに用いられる酸化剤としては、次亜ハロゲン酸またはその塩が用いられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、経済性と酸化効率に優れる点から、次亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ次亜ハロゲン酸塩が好ましい。 As the oxidizing agent used together with the catalyst, hypohalous acid or its salt is used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, alkali hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite are preferable from the viewpoint of economy and oxidation efficiency.

上記酸化剤の添加量は、多糖類の種類によって異なるが、多糖類1gに対して、5.418mmolの範囲である。酸化剤の添加量により、酸化多糖類のカルボキシル基量を調節することができる。すなわち、酸化剤の添加量が多い程、カルボキシル基量は多くなる傾向にある。こうして得られる酸化多糖類中のカルボキシル基のモル数は、酸化多糖類1gあたり平均1.006.2mmol/gの範囲である。 The addition amount of the oxidizing agent varies depending polysaccharide type, with respect to the polysaccharide 1g, in the range of 5.4 ~ 18 mmo l. The amount of carboxyl groups of the oxidized polysaccharide can be adjusted by the amount of the oxidizing agent added. That is, the amount of carboxyl groups tends to increase as the amount of oxidant added increases. The number of moles of carboxyl groups in oxidized polysaccharides thus obtained is in the range of the average per acid polysaccharide 1g 1.00 ~ 6.2 mmol / g.

なお、上記酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合は、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属の共存下で反応を進めることが、反応速度の点において好ましい。上記臭化アルカリ金属の添加量は、上記N−オキシル化合物に対して約1〜40倍モル量、好ましくは約10〜20倍モル量である。   In addition, when using sodium hypochlorite as said oxidizing agent, it is preferable in terms of reaction rate to advance the reaction in the presence of an alkali metal bromide such as sodium bromide. The addition amount of the alkali metal bromide is about 1 to 40 times mol, preferably about 10 to 20 times mol for the N-oxyl compound.

上記pH調整のためのアルカリ水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の1〜50%水溶液があげられる。   Examples of the alkaline aqueous solution for adjusting the pH include 1 to 50% aqueous solutions such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.

多糖類を酸化する際の反応温度は、通常、0〜60℃、好ましくは5〜40℃である。なお、温度を制御せずに、室温で酸化反応を行っても差し支えない。酸化反応の終了は、反応液のpH変化がなくなることにより確認することができる。酸化反応の反応時間は、通常、5〜600分の範囲である。   The reaction temperature for oxidizing the polysaccharide is usually 0 to 60 ° C, preferably 5 to 40 ° C. Note that the oxidation reaction may be performed at room temperature without controlling the temperature. The completion of the oxidation reaction can be confirmed by eliminating the pH change of the reaction solution. The reaction time for the oxidation reaction is usually in the range of 5 to 600 minutes.

本発明においては、上記酸化工程の終了後に、酸化反応終了後の反応液から、不純物と、酸化多糖類とを分離して酸化多糖類を精製する精製工程を行うことが好ましい。   In the present invention, after the oxidation step is completed, it is preferable to carry out a purification step for purifying the oxidized polysaccharide by separating impurities and oxidized polysaccharide from the reaction solution after the end of the oxidation reaction.

<精製工程>
酸化反応終了後の反応液中には、不純物として、塩類、残存酸化剤、触媒であるN−オキシル化合物等が含まれるため、これら不純物と、酸化多糖類とを分離して酸化多糖類を精製することが好ましい。上記精製方法としては、例えば、ろ過、洗浄、透析等の方法が用いられる。
<Purification process>
Since the reaction solution after completion of the oxidation reaction contains salts, residual oxidant, N-oxyl compound as a catalyst, etc. as impurities, these impurities are separated from the oxidized polysaccharide to purify the oxidized polysaccharide. It is preferable to do. Examples of the purification method include filtration, washing, and dialysis.

例えば、酸化多糖類が水不溶性である場合には、反応終了液をろ過や、遠心分離により固液分離し、酸化多糖類を固形分として回収する。さらに固形分をリスラリーと固液分離を繰り返して、目的の精製度合いとなるまで精製することができる。この精製は、連続式で行っても差し支えない。通常、水または水性媒体が精製溶媒として用いられ、経済性を考慮すれば水が好ましい。なお、膜を用いて透析しても差し支えない。   For example, when the oxidized polysaccharide is insoluble in water, the reaction-terminated liquid is solid-liquid separated by filtration or centrifugation, and the oxidized polysaccharide is recovered as a solid content. Further, the solid content can be purified until the desired degree of purification is obtained by repeating the reslurry and solid-liquid separation. This purification can be carried out continuously. Usually, water or an aqueous medium is used as a purification solvent, and water is preferable in consideration of economy. In addition, it does not interfere with dialysis using a membrane.

一方、酸化多糖類が水溶性である場合には、酸化反応終了液を膜で透析してもよく、含水溶剤で酸化多糖類を沈澱させ、さらに含水溶剤で洗浄を行って精製しても差し支えない。また、2価以上の金属イオンまたは酸を酸化反応終了液に添加して、酸化多糖類を水不溶化し、含水溶剤や水で洗浄を行い精製してもよく、吸着剤やイオン交換樹脂、サイズ排除カラムクロマトグラフィー等により精製しても差し支えない。   On the other hand, when the oxidized polysaccharide is water-soluble, the oxidation reaction completion solution may be dialyzed with a membrane, or the oxidized polysaccharide may be purified by precipitating the oxidized polysaccharide with a hydrous solvent and further washing with the hydrous solvent. Absent. In addition, divalent or higher valent metal ions or acids may be added to the oxidation reaction end solution to make the oxidized polysaccharide water insoluble, washed with a water-containing solvent or water, and purified, adsorbent, ion exchange resin, size It may be purified by exclusion column chromatography or the like.

つぎに、多糖類の酸化反応終了後の反応液から、N−オキシル化合物触媒を蒸留により回収する触媒回収工程について説明する。本発明においては、この触媒回収工程が最大の特徴である。   Next, a catalyst recovery step for recovering the N-oxyl compound catalyst by distillation from the reaction solution after completion of the polysaccharide oxidation reaction will be described. In the present invention, this catalyst recovery step is the greatest feature.

<触媒回収工程>
酸化反応終了液をそのまま、あるいは、上記精製工程後のN−オキシル化合物触媒を含む水性媒体を、蒸留することにより、留出液として高純度のN−オキシル化合物触媒を回収することができる。
<Catalyst recovery process>
The high-purity N-oxyl compound catalyst can be recovered as a distillate by distilling the oxidation reaction-terminated liquid as it is or by distilling the aqueous medium containing the N-oxyl compound catalyst after the purification step.

本発明の製法における、N−オキシル化合物触媒を含む水性媒体からの蒸留によるN−オキシル化合物触媒の回収率は、98%以上である。 In the production method of the present invention, the recovery rate of the N-oxyl compound catalyst by distillation from the aqueous medium containing the N-oxyl compound catalyst is 98% or more .

被蒸留液(反応液)中に酸化反応工程で使用した酸化剤が残存している場合には、蒸留する前に、被蒸留液にチオ硫酸ナトリウム等の還元剤を添加して、残存酸化剤を還元しても差し支えない。なお、事前にpHの調整を行っても差し支えない。   If the oxidant used in the oxidation reaction process remains in the liquid to be distilled (reaction liquid), before the distillation, add a reducing agent such as sodium thiosulfate to the liquid to be distilled, Can be reduced. Note that the pH may be adjusted in advance.

蒸留方法としては、回分式または連続式のいずれの方法でも蒸留を行うことができる。加熱方法は、リボイラー式、ジャケット式等があげられ、水蒸気蒸留や平衡フラッシュ蒸留等も利用できる。また、単蒸留、多段蒸留のいずれでも差し支えない。本発明においては、回分式の蒸留により、実用上問題のない純度でN−オキシル化合物触媒の回収が可能であるが、より効率をあげるため、多段蒸留や、蒸留塔を利用することが好ましい。   As the distillation method, distillation can be performed by either a batch method or a continuous method. Examples of the heating method include a reboiler type and a jacket type, and steam distillation, equilibrium flash distillation, and the like can also be used. In addition, either simple distillation or multistage distillation may be used. In the present invention, it is possible to recover the N-oxyl compound catalyst with practically no problem by batch distillation, but it is preferable to use a multistage distillation or a distillation column in order to increase efficiency.

蒸留圧力は蒸発缶で被蒸留液の沸騰が起こるように、圧力と温度を設定する。常圧または減圧での蒸留が好ましい。 The distillation pressure is set at a pressure and a temperature so that the liquid to be distilled will boil in the evaporator . Distillation is preferred at atmospheric pressure or reduced pressure.

蒸発缶での被蒸留液の温度(蒸発缶内温度)は、70101℃の範囲である。すなわち、被蒸留液の温度が低すぎると、沸騰が困難であり、逆に高すぎると、エネルギー効率が悪化する傾向がみられるからである。 Temperature of the distillate at evaporator (evaporator in temperature) is the range of 70 ~ 101 ° C.. That is, if the temperature of the liquid to be distilled is too low, boiling is difficult, whereas if it is too high, energy efficiency tends to deteriorate.

また、上記蒸発缶の圧力は、0.03MPa常圧の範囲であり、好ましくは0.03MPa〜0.1MPaの範囲である。なわち、蒸発缶の圧力が低すぎると、真空設備が経済的でなく、逆に高すぎると、加圧設備が経済的でない傾向がみられるからである。 The pressure of the evaporator is in the range of 0.03 MPa ~ normal pressure, preferably from 0.03 MPa~0.1MPa. When ie, the pressure in the evaporator is too low, not vacuum equipment is economical, and an excessively high, because there is a tendency pressurized equipment is not economically seen.

留出液の温度は、操作圧力下で凝縮が起こる温度以下に設定すればよい。その際、N−オキシル化合物が留出液中で析出することを防止する目的で、留出液の温度はN−オキシル化合物の融点以上とすることが好ましい。例えば、N−オキシル化合物がTEMPOの場合、大気圧下で蒸留を行う場合には、留出液の温度は30〜90℃が好ましく、特に好ましくは40〜80℃である。   The temperature of the distillate may be set below the temperature at which condensation occurs under the operating pressure. At that time, for the purpose of preventing the N-oxyl compound from precipitating in the distillate, the temperature of the distillate is preferably equal to or higher than the melting point of the N-oxyl compound. For example, when the N-oxyl compound is TEMPO, when distillation is performed under atmospheric pressure, the temperature of the distillate is preferably 30 to 90 ° C, particularly preferably 40 to 80 ° C.

蒸留の終点は、蒸発残中のN−オキシル化合物濃度が被蒸留供給液のN−オキシル化合物濃度の10〜0.1%以下となった時点、好ましくは1〜0.1%以下となった時点を目安とすることができる。単蒸留の場合、被蒸留供給液重量の5〜20%が蒸発した時点を目安とすることができる。   The end point of the distillation is when the N-oxyl compound concentration in the evaporation residue becomes 10 to 0.1% or less of the N-oxyl compound concentration of the feed liquid to be distilled, preferably 1 to 0.1% or less. Time points can be used as a guide. In the case of simple distillation, the time when 5 to 20% of the weight of the liquid to be distilled evaporates can be used as a guide.

本発明の酸化多糖類の製法により得られた酸化多糖類は、例えば、つぎのようにして利用することができる。   The oxidized polysaccharide obtained by the method for producing an oxidized polysaccharide of the present invention can be used, for example, as follows.

得られた酸化多糖類が水溶性の場合は、精製が終了した酸化多糖類を、湿ケーキ、水溶液、乾燥粉末等として利用することができる。一方、得られた酸化多糖類が水不溶性の場合は、精製が終了した酸化多糖類を、湿ケーキ、水分散体、乾燥粉末等として利用することができる。酸化多糖類を水分散体とする場合、混合・分散装置として、プロペラ型、パドル型、アンカー型等の混合機、ホモミキサー、ホモディスパー、ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、振動ミル、ボールミル、遊星ボールミル、サンドミル、真空乳化装置、ペイントシェーカー等の分散機を利用することができる。そして、これら混合・分散装置の分散強度を適宜変更することにより、数ナノメートル〜数百マイクロメートルのサイズの異なる酸化多糖類の分散液を得ることができる。   When the obtained oxidized polysaccharide is water-soluble, the purified oxidized polysaccharide can be used as a wet cake, an aqueous solution, a dry powder, or the like. On the other hand, when the obtained oxidized polysaccharide is insoluble in water, the purified oxidized polysaccharide can be used as a wet cake, an aqueous dispersion, a dry powder, or the like. When the oxidized polysaccharide is used as an aqueous dispersion, as a mixing / dispersing device, a propeller type, paddle type, anchor type mixer, homomixer, homodisper, homogenizer, high pressure homogenizer, ultrahigh pressure homogenizer, ultrasonic homogenizer, vibration A dispersing machine such as a mill, a ball mill, a planetary ball mill, a sand mill, a vacuum emulsifier, or a paint shaker can be used. Then, by appropriately changing the dispersion strength of these mixing / dispersing devices, it is possible to obtain a dispersion of oxidized polysaccharides having different sizes of several nanometers to several hundreds of micrometers.

本発明の製法により得られた酸化多糖類は、化粧品材料、コーティング基材、各種機能性添加剤(ゲル化剤、乳化剤等)、医療・医薬材料、電子材料、樹脂材料の用途に用いることができる。 Oxidized polysaccharide obtained by the process of the present invention, cosmetics materials, coated substrate, various functional additives (gelling agents, emulsifiers and the like), used medical and pharmaceutical materials, electronic materials, resin materials applications be able to.

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.

〔実施例1〕
<酸化反応工程(1回目)>
セルロース(針葉樹パルプ)2g(乾燥重量)に対し水150g、臭化ナトリウム0.025g、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)0.025gを加え充分攪拌して分散させた後、13重量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウム量が5.4mmol/g−セルロースとなるように加え、pHを10〜11に保持するように0.5規定水酸化ナトリウム溶液を滴下しながらpH変化が見られなくなるまで室温で反応させた。反応時間は120分であった。
[Example 1]
<Oxidation reaction step (first time)>
Add 150 g of water, 0.025 g of sodium bromide, 0.025 g of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO) to 2 g (dry weight) of cellulose (conifer pulp) and stir well. Then, 13% by weight aqueous sodium hypochlorite solution was added to 1 g of pulp so that the amount of sodium hypochlorite was 5.4 mmol / g-cellulose, and the pH was adjusted to 10-11. A 0.5 N sodium hydroxide solution was added dropwise so as to maintain the reaction, and the reaction was continued at room temperature until no pH change was observed. The reaction time was 120 minutes.

<精製工程(1回目)>
反応終了液をろ過して固液分離し、粗酸化セルロース湿ケーキ12gおよびTEMPOを含む回収ろ液水140gを得た。さらに水170gで3回、ろ過と水洗を繰り返して精製し、繊維表面が酸化されたセルロース繊維の湿ケーキ12gを得た。得られたセルロース繊維のカルボキシル基量を、つぎのようにして測定した。すなわち、乾燥させたセルロース繊維0.3gを水55mlに分散させ、0.01規定の塩化ナトリウム水溶液5mlを加えて、充分に攪拌してセルロース繊維を分散させた。つぎに、0.1規定の塩酸溶液をpH2.5〜3.0になるまで加え、0.04規定の水酸化ナトリウム水溶液を毎分0.1mlの速度で滴下し、得られたpH曲線から過剰の塩酸の中和点と、セルロース繊維由来のカルボキシル基の中和点との差から、カルボキシル基量を算出した。その結果、セルロース繊維固形分あたりのカルボキシル基量は1.00mmol/gであった。
<Purification process (first time)>
The reaction-terminated liquid was filtered and solid-liquid separated to obtain 140 g of recovered filtrate water containing 12 g of crude oxidized cellulose wet cake and TEMPO. Furthermore, filtration and water washing were repeated 3 times with 170 g of water, and purification was carried out to obtain 12 g of a wet cake of cellulose fibers whose fiber surface was oxidized. The amount of carboxyl groups of the obtained cellulose fibers was measured as follows. That is, 0.3 g of dried cellulose fiber was dispersed in 55 ml of water, 5 ml of 0.01N sodium chloride aqueous solution was added, and the mixture was sufficiently stirred to disperse the cellulose fiber. Next, 0.1N hydrochloric acid solution is added until the pH reaches 2.5 to 3.0, and 0.04N aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise at a rate of 0.1 ml / min. The amount of carboxyl groups was calculated from the difference between the neutralization point of excess hydrochloric acid and the neutralization point of carboxyl groups derived from cellulose fibers. As a result, the amount of carboxyl groups per cellulose fiber solid content was 1.00 mmol / g.

<触媒回収工程(1回目)>
精製工程で得られたTEMPOを含む回収ろ液(重量:140g、TEMPO濃度143ppm)を蒸発缶内温度101℃、留出液温度50℃、常圧で単蒸留した。留出液重量が15gに到達した時点で蒸留を終了した。留出液として回収TEMPO水溶液15g(TEMPO濃度1320ppm)を得た。その結果、回収ろ液からのTEMPO回収率は99%であった。
<Catalyst recovery process (first time)>
The recovered filtrate containing TEMPO obtained in the purification step (weight: 140 g, TEMPO concentration 143 ppm) was simply distilled at an evaporator internal temperature of 101 ° C., a distillate temperature of 50 ° C., and atmospheric pressure. Distillation was terminated when the weight of the distillate reached 15 g. As a distillate, 15 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration of 1320 ppm) was obtained. As a result, the TEMPO recovery rate from the recovered filtrate was 99%.

<付随工程(1回目)>
精製が終了した酸化セルロース湿ケーキに水を加え、固形分濃度0.7%とした。ホモミキサーを用い、13000rpmで20分間分散処理を行うと、透明で粘度のある酸化セルロースのナノ水分散液が得られた。これを希釈して親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、繊維幅7nmのセルロースナノファイバーが観察された。
<Attachment process (first time)>
Water was added to the oxidized cellulose wet cake after purification to give a solid concentration of 0.7%. When a dispersion treatment was performed at 13000 rpm for 20 minutes using a homomixer, a transparent and viscous nano-aqueous dispersion of oxidized cellulose was obtained. When this was diluted and cast on a carbon film-coated grid that had been hydrophilized, and observed with a transmission electron microscope (TEM), cellulose nanofibers having a fiber width of 7 nm were observed.

つぎに、上記のようにして回収された触媒を用い、1回目で用いたセルロースを対象として、同様に操作した。   Next, using the catalyst recovered as described above, the same operation was performed for the cellulose used in the first time.

<酸化反応工程(2回目)>
触媒として、上述の触媒回収工程(1回目)で得られた回収TEMPO水溶液を用い、上述の酸化反応工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に反応させた。反応時間は1回目と同様、120分であった。その結果、蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Oxidation reaction step (second time)>
Using the recovered TEMPO aqueous solution obtained in the above-mentioned catalyst recovery step (first time) as a catalyst, the reaction is performed in the same manner as the first time with a charge of 3/4 when described in the above-mentioned oxidation reaction step (first time). I let you. The reaction time was 120 minutes as in the first time. As a result, it was confirmed that the reactivity of the TEMPO recovered by distillation was not lowered.

<精製工程(2回目)>
上述の精製工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に精製した。セルロース繊維固形分あたりのカルボキシル基量は1.00mmol/gで、1回目と同様であった。その結果、蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Purification step (second time)>
It refine | purified similarly to the 1st time with the preparation amount of 3/4 at the time of describing in the above-mentioned refinement | purification process (1st time). The amount of carboxyl groups per cellulose fiber solid was 1.00 mmol / g, which was the same as the first time. As a result, it was confirmed that the reactivity of the TEMPO recovered by distillation was not lowered.

<触媒回収工程(2回目)>
上述の触媒回収工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に触媒を回収し、留出液として回収TEMPO水溶液11.25g(TEMPO濃度1320ppm)を得た。回収ろ液からのTEMPO回収率は99%であった。
<Catalyst recovery process (second time)>
As described in the above catalyst recovery step (first time), the catalyst was recovered in the same manner as in the first time with a charge of 3/4, and 11.25 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration 1320 ppm) was obtained as a distillate. . The TEMPO recovery rate from the recovered filtrate was 99%.

<付随工程(2回目)>
上述の付随工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に操作した。その結果、セルロースナノファイバーの数平均繊維径は7nmであり、1回目と変化なかった。
<Attachment process (second time)>
The operation was performed in the same manner as the first time with a charge of 3/4 as described in the above-mentioned incidental process (first time). As a result, the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers was 7 nm, which was not changed from the first time.

蒸留回収したTEMPOを用いて、同様の操作を行い、3回目、4回目、5回目の製造を実施したところ、反応時間、カルボキシル基量、繊維幅に変化はなく、蒸留回収したTEMPOにより、繰り返し、安定した品質の酸化セルロースを製造することができた。   The same operation was performed using the TEMPO recovered by distillation, and the third, fourth, and fifth productions were performed. The reaction time, the amount of carboxyl groups, and the fiber width were not changed, and the TEMPO recovered by distillation was repeatedly used. Stable quality oxidized cellulose could be produced.

〔比較例1〕
精製工程で得られたTEMPOを含む回収ろ液(重量:140g、TEMPO濃度143ppm)をそのまま次回の反応触媒として実施例1と同じ濃度になるように用いた他は、実施例1と同様に操作した。ただし、TEMPOを含む回収ろ液には臭化ナトリウムが含まれるため、酸化反応液中での臭化ナトリウム濃度が実施例1と同じとなるように濃度調整した。その結果、2回目の製造では、反応時間が180分となり、カルボキシル基量は0.75mmol/g、繊維幅は30nmとなった。また、3回目の製造では、反応時間が250分となり、カルボキシル基量は0.50mmol/g、繊維幅は140nmとなった。さらに、4回目の製造では反応時間が400分以上となり、反応を完結させることが困難であった。すなわち、反応を繰り返す毎に、触媒の反応性が低下し、得られる酸化セルロースの品質も低下した。これは、回収したTEMPO触媒が回収ろ液そのままであるため、反応時に生成した塩化ナトリウムや、低分子化したセルロース由来物質を含み、これが反応性を低下させたためである。
[Comparative Example 1]
The recovered filtrate containing TEMPO obtained in the purification step (weight: 140 g, TEMPO concentration 143 ppm) was used in the same manner as in Example 1 except that the next reaction catalyst was used to the same concentration as in Example 1. did. However, since the recovered filtrate containing TEMPO contains sodium bromide, the concentration was adjusted so that the sodium bromide concentration in the oxidation reaction solution was the same as in Example 1. As a result, in the second production, the reaction time was 180 minutes, the carboxyl group amount was 0.75 mmol / g, and the fiber width was 30 nm. In the third production, the reaction time was 250 minutes, the carboxyl group amount was 0.50 mmol / g, and the fiber width was 140 nm. Furthermore, in the fourth production, the reaction time was 400 minutes or more, and it was difficult to complete the reaction. That is, each time the reaction was repeated, the reactivity of the catalyst was lowered, and the quality of the oxidized cellulose obtained was also lowered. This is because the recovered TEMPO catalyst is the recovered filtrate as it is, and it contains sodium chloride generated during the reaction and a cellulose-derived substance having a low molecular weight, which reduces the reactivity.

〔実施例2〕
<酸化反応工程(1回目)>
セルロース(レーヨン)4g(乾燥重量)に対し水160g、臭化ナトリウム0.5g、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)0.055gを加え充分攪拌して分散させた後、13重量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウム量が18mmol/g−セルロースとなるように加え、pHを10〜11に保持するように0.5規定水酸化ナトリウム溶液を滴下しながらpH変化が見られなくなるまで室温で反応させた。反応時間は300分であった。
[Example 2]
<Oxidation reaction step (first time)>
Add 160 g of water, 0.5 g of sodium bromide, 0.055 g of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO) to 4 g (dry weight) of cellulose (rayon) and stir well. After being dispersed, 13% by weight aqueous sodium hypochlorite solution is added to 1 g of pulp so that the amount of sodium hypochlorite is 18 mmol / g-cellulose, and the pH is maintained at 10-11. While adding 0.5N sodium hydroxide solution dropwise, the reaction was continued at room temperature until no pH change was observed. The reaction time was 300 minutes.

<精製工程(1回目)>
反応終了液を水500gに対して透析し、粗酸化セルロース水溶液220gおよびTEMPOを含む回収液500gを得た。さらに流水中で一夜透析して精製し、酸化セルロース水溶液210gを得た。実施例1と同様の方法でカルボキシル基量を測定した結果、酸化セルロース1gあたりのカルボキシル基量は6.2mmol/gであった。いわゆるセロウロン酸ナトリウムが得られた。
<Purification process (first time)>
The reaction-terminated solution was dialyzed against 500 g of water to obtain a recovered solution 500 g containing a crude oxidized cellulose aqueous solution 220 g and TEMPO. Further, it was purified by dialysis overnight in running water to obtain 210 g of an oxidized cellulose aqueous solution. As a result of measuring the amount of carboxyl groups by the same method as in Example 1, the amount of carboxyl groups per 1 g of oxidized cellulose was 6.2 mmol / g. So-called sodium cellulonate was obtained.

<触媒回収工程(1回目)>
精製工程で得られたTEMPOを含む回収液(重量:500g、TEMPO濃度58ppm)を蒸発缶内温度70℃、留出液温度50℃、圧力0.03MPaで単蒸留した。留出液重量が75gに到達した時点で蒸留を終了した。留出液として回収TEMPO水溶液75g(TEMPO濃度379ppm)を得た。回収ろ液からのTEMPO回収率は98%であった。
<Catalyst recovery process (first time)>
The recovered liquid (weight: 500 g, TEMPO concentration 58 ppm) obtained in the purification step was simply distilled at an evaporator internal temperature of 70 ° C., a distillate temperature of 50 ° C., and a pressure of 0.03 MPa. Distillation was terminated when the weight of the distillate reached 75 g. As a distillate, 75 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration of 379 ppm) was obtained. The TEMPO recovery rate from the recovered filtrate was 98%.

<付随工程(1回目)>
得られた酸化セルロースはカルボキシル基量が高く、いわゆるセロウロン酸ナトリウムであり、水溶性である。精製工程で得られたセロウロン酸ナトリウム水溶液を噴霧乾燥して、セロウロン酸ナトリウム粉末3.5gを得た。
<Attachment process (first time)>
The obtained oxidized cellulose has a high amount of carboxyl groups and is so-called sodium seuroronate, which is water-soluble. The aqueous sodium ceuronate solution obtained in the purification step was spray-dried to obtain 3.5 g of sodium ceurouronate powder.

つぎに、上記のようにして回収された触媒を用い、1回目で用いたセルロースを対象として、同様に操作した。   Next, using the catalyst recovered as described above, the same operation was performed for the cellulose used in the first time.

<酸化反応工程(2回目)>
触媒として、上述の触媒回収工程(1回目)で得られた回収TEMPO水溶液を用い、上述の酸化反応工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に反応させた。反応時間は1回目と同様、300分であった。その結果、蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Oxidation reaction step (second time)>
Using the recovered TEMPO aqueous solution obtained in the above-mentioned catalyst recovery step (first time) as a catalyst, the reaction is performed in the same manner as the first time with a charge of 3/4 when described in the above-mentioned oxidation reaction step (first time). I let you. The reaction time was 300 minutes as in the first time. As a result, it was confirmed that the reactivity of the TEMPO recovered by distillation was not lowered.

<精製工程(2回目)>
上述の精製工程(1回目)に記載した場合の、3/4の場合の仕込量で1回目と同様に精製した。セルロース繊維固形分あたりのカルボキシル基量は6.2mmol/gで1回目と同様であった。その結果、蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Purification step (second time)>
It refine | purified similarly to the 1st time with the preparation amount in the case of 3/4 when describing in the above-mentioned refinement | purification process (the 1st time). The amount of carboxyl groups per cellulose fiber solid content was 6.2 mmol / g, which was the same as the first time. As a result, it was confirmed that the reactivity of the TEMPO recovered by distillation was not lowered.

<触媒回収工程(2回目)>
上述の触媒回収工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に触媒回収した。留出液として回収TEMPO水溶液56g(TEMPO濃度379ppm)を得た。回収ろ液からのTEMPO回収率は98%であった。
<Catalyst recovery process (second time)>
The catalyst was recovered in the same manner as the first time with a charge of 3/4 as described in the catalyst recovery step (first time). As a distillate, 56 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration of 379 ppm) was obtained. The TEMPO recovery rate from the recovered filtrate was 98%.

<付随工程(2回目)>
上述の付随工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に操作し、セロウロン酸ナトリウム粉末2.6gを得た。
<Attachment process (second time)>
The operation was performed in the same manner as in the first time with a charge of 3/4 as described in the above-mentioned incidental process (first time) to obtain 2.6 g of sodium seuroronate powder.

蒸留回収したTEMPOを用いて、同様の操作を行い、3回目、4回目、5回目の製造を実施したところ、反応時間、カルボキシル基量、収量に変化はなく、蒸留回収したTEMPOにより、繰り返し、安定した品質の酸化セルロース(セロウロン酸ナトリウム)を製造することができた。   The same operation was performed using the TEMPO recovered by distillation, and the third, fourth, and fifth productions were performed. The reaction time, the amount of carboxyl groups, and the yield were not changed, and the TEMPO recovered by distillation was repeatedly used. Stable quality oxidized cellulose (sodium cellulonate) could be produced.

参考
<酸化反応工程(1回目)>
デンプン(馬鈴薯由来)4g(乾燥重量)に対し水180g、臭化ナトリウム0.4g、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)0.05gを加え充分攪拌して分散させた後、13重量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのデンプンに対して次亜塩素酸ナトリウム量が20mmol/g−セルロースとなるように加え、pHを10〜11に保持するように0.5規定水酸化ナトリウム溶液を滴下しながらpH変化が見られなくなるまで8℃で反応させた。反応時間は240分であった。
[ Reference Example 1 ]
<Oxidation reaction step (first time)>
Add 180g of water, 0.4g of sodium bromide, 0.05g of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO) to 4g (dry weight) of starch (derived from potato) and stir well Then, a 13% by weight aqueous sodium hypochlorite solution is added so that the amount of sodium hypochlorite is 20 mmol / g-cellulose with respect to 1 g of starch, and the pH is maintained at 10-11. The reaction was continued at 8 ° C. until no pH change was observed while adding 0.5 N sodium hydroxide solution dropwise. The reaction time was 240 minutes.

<触媒回収工程(1回目)>
反応終了液を5%硫酸でpH6.5とした後、蒸発缶内温度70℃、留出液温度50℃、圧力0.03MPaで単蒸留した。留出液重量が20gに到達した時点で蒸留を終了した。留出液として回収TEMPO水溶液20g(TEMPO濃度2250ppm)を得た。反応終了液からのTEMPO回収率は90%であった。
<Catalyst recovery process (first time)>
The reaction-terminated liquid was adjusted to pH 6.5 with 5% sulfuric acid and then subjected to simple distillation at an evaporator internal temperature of 70 ° C, a distillate temperature of 50 ° C, and a pressure of 0.03 MPa. Distillation was terminated when the weight of the distillate reached 20 g. As a distillate, 20 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration 2250 ppm) was obtained. The TEMPO recovery rate from the reaction completed solution was 90%.

<精製工程(1回目)>
触媒回収工程で得られた蒸留残を10倍量の冷アセトンに加え酸化デンプンを沈澱させ、ろ過して粗酸化デンプンを得た。さらに冷10%含水アセトンで洗浄とろ過を3回繰り返して精製し、酸化デンプン湿ケーキを得た。実施例1と同様の方法でカルボキシル基量を測定した結果、酸化デンプン1gあたりのカルボキシル基量は5.6mmol/gであった。いわゆるポリグルクロン酸ナトリウムが得られた。
<Purification process (first time)>
The distillation residue obtained in the catalyst recovery step was added to 10 times the amount of cold acetone to precipitate oxidized starch, and filtered to obtain crude oxidized starch. Furthermore, washing with cold 10% water-containing acetone and filtration were repeated three times for purification, and an oxidized starch wet cake was obtained. As a result of measuring the amount of carboxyl groups by the same method as in Example 1, the amount of carboxyl groups per 1 g of oxidized starch was 5.6 mmol / g. So-called sodium polyglucuronic acid was obtained.

<付随工程(1回目)>
得られた酸化デンプンはカルボキシル基量が高く、いわゆるポリグルクロン酸ナトリウムであり、水溶性である。精製工程で得られたセロウロン酸ナトリウム水溶液を真空乾燥して、ポリグルクロン酸ナトリウム3.8gを得た。
<Attachment process (first time)>
The obtained oxidized starch has a high amount of carboxyl groups, is so-called sodium polyglucuronate, and is water-soluble. The aqueous cellulonate solution obtained in the purification step was vacuum-dried to obtain 3.8 g of sodium polyglucuronate.

つぎに、上記のようにして回収された触媒を用い、1回目で用いたデンプンを対象として、同様に操作した。   Next, using the catalyst recovered as described above, the same operation was performed on the starch used in the first time.

<酸化反応工程(2回目)>
触媒として、上述の触媒回収工程(1回目)で得られた回収TEMPO水溶液を用い、上述の酸化反応工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に反応させた。反応時間は1回目と同様、240分であった。その結果、蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Oxidation reaction step (second time)>
Using the recovered TEMPO aqueous solution obtained in the above-mentioned catalyst recovery step (first time) as a catalyst, the reaction is performed in the same manner as the first time with a charge of 3/4 when described in the above-mentioned oxidation reaction step (first time). I let you. The reaction time was 240 minutes as in the first time. As a result, it was confirmed that the reactivity of the TEMPO recovered by distillation was not lowered.

<触媒回収工程(2回目)>
上述の触媒回収工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に触媒回収した。留出液として回収TEMPO水溶液15g(TEMPO濃度2250ppm)を得た。回収ろ液からのTEMPO回収率は90%であった。
<Catalyst recovery process (second time)>
The catalyst was recovered in the same manner as the first time with a charge of 3/4 as described in the catalyst recovery step (first time). As a distillate, 15 g of a recovered TEMPO aqueous solution (TEMPO concentration: 2250 ppm) was obtained. The TEMPO recovery rate from the recovered filtrate was 90%.

<精製工程(2回目)>
上述の精製工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に精製した。セルロース繊維固形分あたりのカルボキシル基量は5.8mmol/gで1回目と同様であった。蒸留回収したTEMPOの反応性は低下していないことが確認された。
<Purification step (second time)>
It refine | purified similarly to the 1st time with the preparation amount of 3/4 at the time of describing in the above-mentioned refinement | purification process (1st time). The amount of carboxyl groups per cellulose fiber solid content was 5.8 mmol / g, which was the same as the first time. It was confirmed that the reactivity of TEMPO recovered by distillation did not decrease.

<付随工程(2回目)>
上述の付随工程(1回目)に記載した場合の、3/4の仕込量で1回目と同様に操作し、ポリグルクロン酸ナトリウム粉末2.9gを得た。
<Attachment process (second time)>
When described in the above-mentioned incidental process (first time), operation was performed in the same manner as the first time with a charge of 3/4 to obtain 2.9 g of sodium polyglucuronate powder.

蒸留回収したTEMPOを用いて、同様の操作を行い、3回目、4回目、5回目の製造を実施したところ、反応時間、カルボキシル基量、収量に変化はなく、蒸留回収したTEMPOにより、繰り返し、安定した品質の酸化デンプン(ポリグルクロン酸ナトリウム)を製造することができた。   The same operation was performed using the TEMPO recovered by distillation, and the third, fourth, and fifth productions were performed. The reaction time, the amount of carboxyl groups, and the yield were not changed, and the TEMPO recovered by distillation was repeatedly used. Stable quality oxidized starch (sodium polyglucuronate) could be produced.

本発明の製法により得られた酸化多糖類は、化粧品材料、コーティング基材、各種機能性添加剤(ゲル化剤、乳化剤等)、医療・医薬材料、電子材料、樹脂材料の用途に用いることができる。 Oxidized polysaccharide obtained by the process of the present invention, cosmetics materials, coated substrate, various functional additives (gelling agents, emulsifiers and the like), used medical and pharmaceutical materials, electronic materials, resin materials applications be able to.

Claims (1)

N−オキシル化合物触媒と、酸化剤とを含む水媒体中で、多糖類を酸化する酸化多糖類の製法であって、多糖類の酸化反応終了後の反応液から、N−オキシル化合物触媒を蒸留により回収する工程を含み、かつ上記蒸留が圧力0.03MPa〜常圧の蒸発缶により行われ、上記蒸留における被蒸留液の温度が70〜101℃であり、上記N−オキシル化合物触媒が2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)で、上記多糖類がセルロースで、上記酸化剤が次亜ハロゲン酸またはその塩で、上記酸化剤の添加量が上記多糖類1gに対して5.4〜18mmolの範囲で、上記酸化多糖類のカルボキシル基量が1.00mmol/g〜6.2mmol/gの範囲であり、N−オキシル化合物触媒を含む水性媒体からの蒸留によるN−オキシル化合物触媒の回収率が98%以上であり、かつ、上記酸化多糖類が化粧品材料、コーティング基材、機能性添加剤、医療・医薬材料、電子材料または樹脂材料に用いられる、ことを特徴とする酸化多糖類の製法。 A method for producing an oxidized polysaccharide that oxidizes a polysaccharide in an aqueous medium containing an N-oxyl compound catalyst and an oxidizing agent, wherein the N-oxyl compound catalyst is distilled from a reaction solution after completion of the polysaccharide oxidation reaction. And the distillation is performed with an evaporator at a pressure of 0.03 MPa to normal pressure, the temperature of the liquid to be distilled in the distillation is 70 to 101 ° C., and the N-oxyl compound catalyst is 2, 2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO), the polysaccharide is cellulose, the oxidizing agent is hypohalous acid or a salt thereof, and the amount of the oxidizing agent added is An aqueous medium containing an N-oxyl compound catalyst in which the amount of carboxyl groups of the oxidized polysaccharide is in the range of 1.00 mmol / g to 6.2 mmol / g in a range of 5.4 to 18 mmol with respect to 1 g of sugar. The recovery rate of N-oxyl compound catalyst by distillation from water is 98% or more, and the oxidized polysaccharide is used for cosmetic materials, coating base materials, functional additives, medical / pharmaceutical materials, electronic materials or resin materials A process for producing an oxidized polysaccharide, characterized in that
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