JP7298283B2 - 徐放性複合粒子、成形体および徐放性複合粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
セルロース繊維にアニオン性官能基が導入されることによって、セルロースミクロフィブリル構造間に浸透圧効果で溶媒が浸入しやすくなり、セルロース原料の微細化に要するエネルギーを大幅に減少することができる。
また、特許文献4には、高濃度アルカリ水溶液中でセルロースをモノクロロ酢酸又はモノ
クロロ酢酸ナトリウムと反応させることにより、カルボキシメチル化を行う方法が開示されている。また、オートクレーブ中でガス化したマレイン酸やフタル酸等の無水カルボン酸系化合物とセルロースを直接反応させてカルボキシ基を導入してもよい。
TEMPOを触媒として用いる酸化反応(TEMPO酸化反応)は、水系、常温、常圧で進行する環境調和型の化学改質が可能であり、木材中のセルロースに適用した場合、結晶内部には反応が進行せず、結晶表面のセルロース分子鎖が持つアルコール性1級炭素のみを選択的にカルボキシ基へと変換することができる。
また、特許文献6にはCSNF分散液を塗布乾燥して得られる積層膜が、ガスバリア性を有することが報告されている。
また、CNFのガスバリア性が温度により変化することを利用して、内包された揮発性成分の徐放速度を温度によってコントロールできる徐放性複合粒子を提供することを課題とする。
少なくとも一種類のポリマー及び少なくとも一種類の揮発性成分を含むコア粒子を含み、
前記コア粒子の表面に微細化セルロースからなる被覆層を有する複合粒子であって、
前記少なくとも一種類のポリマーは、2官能の(メタ)アクリル系モノマー、3官能以上の(メタ)アクリル系モノマー及び多官能のビニル系モノマーの1以上を含んだモノマーの重合物であり、
前記少なくとも一種類の揮発性成分はリモネンを含んでおり、
前記コア粒子の粒子径が1.0μm~1.2μmであり、
前記微細化セルロースがセルロースI型の結晶構造を有しており、その結晶化度が70%以上であり、
前記被覆層の厚みが9.8nm~10.1nmであり、
前記複合粒子の体積に対する前記被覆層の体積比率が1%以上50%以下であって、
前記コア粒子と前記微細化セルロースとが結合して不可分の状態にあることを特徴とする、徐放性複合粒子である。
以下、本発明の第一実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
まず、本発明の第一実施形態に係る徐放性複合粒子5について説明する。
図1はセルロースナノファイバー(以下、CNFもしくはセルロースとも称する)1を用いたO/W型ピッカリングエマルションと、エマルション内部の揮発性成分を含んだ重合性モノマーを重合することで得られる徐放性複合粒子5およびその製造工程を示す概略図である。
なお、ここで言う「微細化セルロース」とは、短軸径において数平均短軸径が1nm以上1000nm以下の範囲内である繊維状セルロースを意味する。
次に図1(b)のように、安定化状態を維持したままエマルション内部の重合性モノマーを重合することによってモノマーがポリマーになり、ポリマーと揮発性物質を含むコア粒子4が形成される。さらにこれをろ過等により精製して、図1(c)に示すような複合粒子5が得られる。なお、製造工程の詳細については後述する。
ここで、O/W型エマルションは、水中油滴型(Oil-in-Water)とも言われ、水を連続相とし、その中に油が油滴(油粒子)として分散しているものである。
被覆層2の体積比率が1%未満であると内包された成分がすぐに放出され、徐放性をコントロールできない。一方、被覆層2の体積比率が50%を超えると内包された成分が放出されにくくなり、徐放効果が得られないことが懸念される。
また、複合粒子5は比較的揃った厚みの被覆層2で均一に被覆されていることが特徴であり、被覆層2の厚みが均一であると徐放性を制御しやすい。具体的には上述した被覆層2の厚みの値の変動係数は0.5以下となることが好ましく、0.4以下となることがより好ましい。
このガスバリア領域が多いほど、コア粒子に内包された揮発性物質の粒子外部への放出速度は遅くなり、内包物の徐放性が長期間持続する。この領域をできるだけたくさん設ける為にもセルロースの結晶化度は70%以上であることが好ましく、高い結晶化度を持つセルロースファイバーを得るには、セルロースの結晶型はI型が適している。現段階ではそ
の他の結晶系で高い結晶化度を有するセルロースファイバーを作るのは困難である。
天然香料としては、ラベンダー油、ティートリー油、スィートオレンジ油、レモン油、サイプレス油、フランキンセンス油、ゼラニウム油、グレープフルーツ油、ジュニパー油、アニス油、ウイキョウ油、スペアミント油、セージ油、チョウジ油、ハッカ油、ユーカリ油、ローズマリー油、ローマカミツレ油、センチフォリアバラ油、メボウキ油、ベルガモット油、コショウ油、ショウズク油、エンピツビャクシン油、カミツレ油、セイロンニッケイ油、コウスイガヤ油、オニサルビア油、コリアンダー油、イタリアイトスギ油、ユーカリシトリオドラ油、ニオイテンジクアオイ油、ショウガ油、ヒバ油、ジャスミン油、セイヨウネズ油、ラバンデュラハイブリダ油、バクホウシアシトリオドラ油、レモングラス油、ライム油、アオモジ油、マンダリンオレンジ油、モツヤクジュ油、ビターオレンジ油、ニュウコウジュ油、ダマスクバラ油、パルマローザ油、セイヨウハッカ油、プチグレン油、セイヨウアカマツ油、ローズウッド油、ビャクダン油、ベチベル油、イランイラン油、ユズ油などが挙げられる。
感覚的方法に適する材料としては、ホルムアルデヒド含有物,グリオキザール,グルタルアルデヒド,芳香を有するアルデヒドまたはケトンもしくはエステル,マレイン酸エステル,メントール,バニリン,多塩基酸,不飽和脂肪酸,芳香族カルボン酸,置換フェノール,カテキン,イソチオシアネート類,α-ピネン,ボルネオール,アビエチン酸等が挙げられる。
化学反応的方法に適する材料としては、前記のほかフラバノールとその誘導体,フラボノールとその誘導体,多価フェノール,没食子酸あるいは植物樹皮,植物葉,植物茎等からの抽出物(精油を含む)や木酢成分等が挙げられる。
特に限定されないが、本実施形態の複合粒子5の製造方法の一例について説明する。
本実施形態に係る複合粒子5の製造方法は、セルロース原料を溶媒中で解繊して微細化セルロースの分散液を得る工程(第1工程)と、少なくとも一種類の重合性モノマーに少なくとも一種類の揮発性成分を含有させる工程(第2工程)と、前記分散液中において重合性モノマー及び揮発性成分を含む液滴の表面を前記微細化セルロースで被覆し、エマルションとして安定化させる工程(第3工程)と、前記重合性モノマー液滴を重合してポリマー化し、ポリマー及び揮発性成分をコア粒子として、その表面に微細化セルロースが被覆された複合粒子5を得る工程(第4工程)と、を具備する徐放性複合粒子の製造方法である。
溶媒の除去方法は特に限定されず、例えば遠心分離法やろ過法によって余剰の水分を除去し、さらにオーブンで熱乾燥することで乾燥固形物として得ることができる。
この際、得られる乾燥固形物は膜状や凝集体状にはならず、肌理細やかな粉体として得られる。この理由としては定かではないが、通常微細化セルロース1分散体から溶媒を除去すると、微細化セルロース1同士が強固に凝集、膜化することが知られている。一方、複合粒子5を含む分散液の場合、微細化セルロース1が表面に固定化された真球状の複合粒子5であるため、溶媒を除去しても微細化セルロース1同士が凝集することなく、複合粒子5間の点と点で接するのみであるため、その乾燥固形物は粉体として得られると考えられる。また、複合粒子5同士の凝集がないため、乾燥粉体として得られた複合粒子5を再び溶媒に再分散することも容易であり、再分散後も複合粒子5の表面に結合された微細化セルロース1に由来した分散安定性を示す。
なお、乾燥処理により固形分率を80%以上にした際、微細化セルロース1は吸湿しやすいため、空気中の水分を吸着して固形分率が経時的に低下する可能性がある。しかしながら、複合粒子5は乾燥粉体として容易に得られ、さらに再分散させ得ることが特長である本発明の技術思想を考慮すると、複合粒子5を含む乾燥粉体の固形分率を85%以上とする工程を含む乾燥固形物であれば、本発明の技術的範囲に含まれると定義する。
第1工程はセルロース原料を溶媒中で解繊して微細化セルロース分散液を得る工程である。まず、各種セルロース原料を溶媒中に分散し、懸濁液とする。懸濁液中のセルロース原料の濃度としては0.1%以上10%未満が好ましい。0.1%未満であると、溶媒過多となり生産性を損なうため好ましくない。10%以上になると、セルロース原料の解繊に伴い懸濁液が急激に増粘し、均一な解繊処理が困難となるため好ましくない。
懸濁液作製に用いる溶媒としては、水を50%以上含むことが好ましい。懸濁液中の水の割合が50%以下になると、後述するセルロース原料を溶媒中で解繊して微細化セルロース分散液を得る工程において、微細化セルロース1の分散が阻害される。
このような物理的解繊処理を行うことで、懸濁液中のセルロースが微細化され、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーになるまで微細化されたセルロース1の分散液を得ることができる。また、このときの物理的解繊処理の時間や回数により、得られる微細化セルロース1の数平均短軸径および数平均長軸径を調整することができる。
具体的には、アルコキシシラン等の有機金属化合物またはその加水分解物、無機層状化合物、無機針状鉱物、消泡剤、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、架橋剤、磁性体、医薬品、農薬、香料、接着剤、酵素、顔料、染料、消臭剤、金属、金属酸化物、無機酸化物等が挙げられる。
一方、1000nmを超えると、エマルションを安定化させるにはサイズが大きくなり過ぎるため、得られる複合粒子5のサイズや形状を制御することが困難となる。
また、数平均長軸径においては特に制限はないが、好ましくは数平均短軸径の5倍以上であればよい。数平均長軸径が数平均短軸径の5倍未満であると、複合粒子5のサイズや形状を十分に制御することができないために好ましくない。
セルロースI型結晶からなる原料としては、例えば、木材系天然セルロースに加えて、コットンリンター、竹、麻、バガス、ケナフ、バクテリアセルロース、ホヤセルロース、バロニアセルロースといった非木材系天然セルロースを用いることができる。木材系天然セルロースとしては、特に限定されず、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙パルプ、など、一般的にセルロースナノファイバーの製造に用いられるものを用いることができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。
さらには、水系の比較的温和な条件で、可能な限り構造を保ちながら、アルコール性一級炭素の酸化に対する選択性が高い、TEMPOをはじめとするN-オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いた手法を用いてもよい。カルボキシ基導入部位の選択性および環境負荷低減のためには、N-オキシル化合物を用いた酸化がより好ましい。
料の分解が促進されてしまうおそれがある。また、酸化処理においては、酸化が進行するにつれて、カルボキシ基が生成することにより系内のpHが低下してしまうため、酸化処理中、反応系のpHを9~11に保つことが好ましい。反応系のpHを9~11に保つ方法としては、pHの低下に応じてアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。
ここで、カルボキシ基量が0.1mmol/g未満であると、セルロースミクロフィブリル間に浸透圧効果による溶媒進入作用が働かないため、セルロースを微細化して均一に分散させることは難しい。また、5.0mmol/gを超えると化学処理に伴う副反応によりセルロースミクロフィブリルが低分子化するため、高結晶性の剛直な微細化セルロース繊維構造をとることができず、O/W型エマルションの安定化剤として用いることができない。
第2工程は、少なくとも一種類の重合性モノマーに少なくとも一種類の揮発性成分を含有させて重合性モノマー混合液を調製する工程である。具体的には、特に限定されないが、重合性モノマーに揮発性成分を添加して混合する。
重合性モノマーは少なくとも一つの重合性官能基を有する。重合性官能基を一つ有する重合性モノマーは単官能モノマーとも称する。また、重合性官能基を二つ以上有する重合性
モノマーは多官能モノマーとも称する。
ト、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス2-ヒドロキシエチルイソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート等のトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等の3官能の(メタ)アクリレート化合物や、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンヘキサ(メタ)アクリレート等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物や、これら(メタ)アクリレートの一部をアルキル基やε-カプロラクトンで置換した多官能(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
単官能ビニル系モノマーのうち(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ヘプタフルオロデシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
また、単官能芳香族ビニル系モノマーとしては、スチレン、α-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、エチルスチレン、イソプロペニルトルエン、イソブチルトルエン、tert-ブチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルビフェニル、1,1-ジフェニルエチレンなどが挙げられる。
例えば多官能性ビニル系モノマーとしては、具体的には、(1)ジビニルベンゼン、1,2,4-トリビニルベンゼン、1,3,5-トリビニルベンゼン等のジビニル類、(2)エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-プロピレングリコールジメタクリレート、1,4-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサメチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2-ビス(4-メタクリロキシジエトキシフェニル)プロパン等のジメタクリレート類、(3)トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリエチロールエタントリメタクリレート等のトリメタクリレート類、(4)エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,3-ジプロピレングリコールジアクリレート、1,4-ジブチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキシレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2-ビス(4-アクリロキシプロポキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン等のジアクリレート類、(5)トリメチロールプロパントリアクリレート、トリエチロールエタントリアクリレート等のトリアクリレート類、(6)テトラメチロールメタンテトラアクリレート等のテトラアクリレート類、(7)その他に、例えばテトラメチレンビス(エチルフマレート)、ヘキサメチレンビス(アクリルアミド)、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートが挙げられる。
例えば官能性スチレン系モノマーとしては、具体的には、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルナフタレン、ジビニルキシレン、ジビニルビフェニル、ビス(ビニルフェニル)メタン、ビス(ビニルフェニル)エタン、ビス(ビニルフェニル)プロパン、ビス(ビニルフェニル)ブタン等が挙げられる。
例えば2,2-アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)、2,2-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(AMBN)、2,2-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(ADVN)、1,1-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)(ACHN)、ジメチル-2,2-アゾビスイソブチレート(MAIB)、4,4-アゾビス(4-シアノバレリアン酸)(ACVA)、1,1-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルエタン)、2,2-アゾビス(2-メチルブチルアミド)、2,2-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2-アゾビス(2-メチルアミジノプロパン)二塩酸塩、2,2-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]、2,2-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)、2-シアノ-2-プロピルアゾホルムアミド、2,2-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド)、2,2-アゾビス(N-シクロヘキシル-2-メチルプロピオンアミド)等が挙げられる。
第3工程は、分散液微細化セルロース分散液中において重合性モノマー及び揮発性成分を含む液滴3の表面を前記微細化セルロース1で被覆し、エマルションとして安定化させる工程である。
このように、液/液界面に固体物が吸着して安定化したエマルションは、学術的には「ピッカリングエマルション」と呼称されている。前述のように微細化セルロース1によってピッカリングエマルションが形成されるメカニズムは定かではないが、セルロースはその分子構造において水酸基に由来する親水性サイトと炭化水素基に由来する疎水性サイトとを有することから両親媒性を示すため、両親媒性に由来して疎水性モノマーと親水性溶媒の液/液界面に吸着すると考えられる。
第4工程は、液滴3を重合して微細化セルロース1でコア粒子4が被覆された複合粒子5を得る工程である。
攪拌の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、具体的にはディスパーや攪拌子を用いることができる。また、攪拌せずに加熱処理のみでもよい。
加熱時の温度条件については、重合性モノマーの種類および重合開始剤の種類によって適宜設定することが可能であるが、20度以上150度以下が好ましい。20度未満であると重合の反応速度が低下するため好ましくなく、150度を超えると微細化セルロース1が変性する可能性があるため好ましくない。
ろ過洗浄についても公知の方法を用いることができ、例えば孔径0.1μmのPTFEメンブレンフィルターを用いて水とメタノールで吸引ろ過を繰り返し、最終的にメンブレンフィルター上に残留したペーストからさらに残留溶媒を除去して複合粒子5を回収することができる。
本実施形態に係る徐放性複合粒子5は、微細化セルロース1(セルロースナノファイバー)のガスバリア性、親水性、耐熱性、高強度等の特性により、揮発性成分を紫外線、熱、酸素等から保護し、分散安定性が良好であり、優れた徐放性を有して長期間効果を発揮する複合粒子である。微細化セルロース1からなる被覆層がガスバリアとして機能するため、通常では瞬時に揮発する物質を長期間内包することができ、温度によってガスバリア性が変化することを利用して、内包物の放出速度を変化させることができる。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態に係る成形体は、本発明の第一実施形態に係る徐放性複合粒子5を含む成形体である。
また、徐放製複合粒子5を含む分散液の塗布は、一回のみならず、複数回行ってもよい。徐放製複合粒子5を含む分散液に溶媒が含まれる場合は、溶媒を除去しうる程度の温度で加熱乾燥等して、溶媒を除去する必要がある。
本実施形態に係る成形体によれば、第一実施形態と同様に、微細化セルロース1のガスバリア性、親水性、耐熱性、高強度等の特性により、揮発性成分を紫外線、熱、酸素等から保護し、分散安定性が良好であるために、優れた徐放性を有して長期的に揮発性物質を内包することができる。
(第1工程:微細化セルロース分散液を得る工程)
(木材セルロースのTEMPO酸化)
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの質量に対して、水酸化ナトリウムの添加量の合計が3.50mmol/gに達した時点で、約100mLのエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプ(酸化セルロース)を得た。
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプおよび再酸化パルプを固形分質量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は1.6mmol/gであった。
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、CSNF濃度1%のCSNF水分散液を得た。CSNF分散液を光路長1cmの石英セルに入れ、分光光度計(島津製作所社製、「UV-3600」)を用いて分光透過スペクトルの測定を行った結果を図3に示す。
図3から明らかなように、CSNF水分散液は高い透明性を示した。また、CSNF水分散液に含まれるCSNFの数平均短軸径は3nm、数平均長軸径は1110nmであった。さらに、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行った結果、CSNF分散液はチキソトロピック性を示した。
TEMPO酸化セルロースの結晶化度を算出した。
TEMPO酸化セルロースについて、試料水平型多目的X線回折装置(商品名:UltimaIII、Rigaku社製)を用い、X線出力:(40kv、40mA)の条件で、5°≦2θ≦35°の範囲でX線回折パターンを測定した。得られるX線回折パターンはセルロースI型結晶構造に由来するものであるため、下記の式(1)を用い、以下に示す手法により、TEMPO酸化セルロースの結晶化度を算出した。
結晶化度(%)=〔(I22.6-I18.5)/I22.6〕×100・・・(1)
ただし、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。
以上の測定方法から算出された結晶化度は81%であった。
次に、重合性モノマーであるジビニルベンゼン(以下、DVBとも称する。)10gに対し、重合開始剤である2、2-アゾビス-2、4-ジメチルバレロニトリル(以下、ADVNとも称する。)を1g溶解させた。更に、揮発性成分として香料として広く知られるリモネン((+)-リモネン、東京化成工業製)を2g添加して混合した。
前記重合性モノマー混合液全量を、微細化セルロース濃度1%の微細化セルロース分散液40gに対し添加したところ、重合性モノマー混合液と微細化セルロース分散液はそれぞれ透明性の高い状態で2相に分離した。
この混合液一滴をスライドグラスに滴下し、カバーガラスで封入して光学顕微鏡で観察したところ、1μm~数μm程度の粒径のエマルション液滴が無数に生成し、O/W型エマルションとして分散安定化している様子が確認された。
O/W型エマルション分散液を、ウォーターバスを用いて70℃の湯浴中に供し、攪拌子で攪拌しながら8時間処理し、重合反応を実施した。8時間処理後に上記分散液を室温まで冷却した。重合反応の前後で分散液の外観に変化はなかった。
得られた分散液に対し、遠心力75,000gで5分間処理したところ、沈降物を得た。デカンテーションにより上澄みを除去して沈降物を回収し、さらに孔径0.1μmのPTFEメンブレンフィルターを用いて、純水とメタノールで繰り返し洗浄した。
こうして得られた精製・回収物を1%濃度で再分散させ、粒度分布計(NANOTRAC
UPA-EX150、日機装株式会社)を用いて粒径を評価したところ、平均粒径は1.1μmであった。次に精製・回収物を風乾し、さらに室温25度にて真空乾燥処理を24時間実施したところ、肌理細やかな乾燥粉体(複合粒子5)を得た。
得られた乾燥粉体を可視光硬化性樹脂(アロニックス LCR D-800、東亞合成製)に包埋し、ウルトラミクロトーム(Leica社製 EM UC6)を用いて切削し断面を作製した。図4に作製した断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す。
図4から明らかなように、O/W型エマルション液滴を鋳型として重合反応を実施したことにより、エマルション液滴の形状に由来した、真球状の複合粒子5が無数に形成していることが確認された。
実施例1において、重合性モノマーとしてジビニルベンゼン(DVB)の代わりに多官能性ビニル系モノマーのジエチレングリコールジアクリレート(商品名FA-222A、日立化成、以下、FA-222Aとも称する。)を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において重合性モノマーとしてジビニルベンゼン(DVB)の代わりに多官能性ビニル系モノマーのヘキサンジオールジアクリレート(商品名A-HD-N、新中村化学工業、以下、A-HD-Nとも称する。)を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において重合開始剤をADVNの代わりに2、2-アゾビス-イソブチロニトリル(以下、AIBNとも称する。)を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において、TEMPO酸化の代わりに、先行技術文献として挙げた特許文献6に従いカルボキシメチル化(以下、CM化とも称する。)処理を行って得られたCM化CNF分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において、TEMPO酸化の代わりに、先行技術文献として挙げた非特許文献1に従いリン酸エステル化処理を行って得られたリン酸エステル化CNF分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において、TEMPO酸化CNF分散液の代わりに純水を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5の作製を試みた。
実施例1において、TEMPO酸化CNF分散液の代わりにカルボキシメチルセルロース(以下、CMCとも称する。)水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子の作製を試みた。
実施例1において、TEMPO酸化CNF分散液の代わりにポリビニルアルコール(以下、PVAとも称する。)8%水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5の作製を試みた。
実施例1において、前述の第3工程で超音波ホモジナイザーの周波数を24Hz、出力を200Wに変更した以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5の作製を作製した。
実施例1において、超音波ホモジナイザーの周波数を24Hz、出力を600Wに変更した以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5の作製を作製した。
実施例1において、結晶構造がII型のCNFを用い、TEMPO酸化の代わりに、マーセル化処理(アルカリ水溶液によるアルカリ処理)を行って得られたCNF分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
実施例1において、結晶構造がIII型のCNFを用い、TEMPO酸化の代わりに、液体アンモニア処理を行って得られたCNF分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で複合粒子5を作製した。
(複合粒子形成可否評価)
複合粒子の形成可否は、走査型電子顕微鏡による形状観察により判断した。得られた乾燥粉体を走査型電子顕微鏡にて観察した。
○:真球状の粒子が得られ、表面に微細化セルロースが被覆されていた。
△:真球状の粒子が得られたが、表面に微細化セルロースが被覆されていなかった。
×:上記粒子は得られなかった。
として判定した。
徐放性の評価は揮発性成分(リモネン)の水中への溶出試験により行った。500mlの蒸留水に複合粒子5を0.1g添加し、25℃、35℃、45℃の各温度で250rpmの条件で振とう後、試験液をろ過し、高速液体クロマトグラフ測定装置(島津製作所製)を用いて溶出した揮発性成分の濃度を測定した。
徐放開始から試験終了までに水溶液中に徐放された揮発性成分の全量(徐放量)を、調製時に複合粒子5に内包された揮発性成分の量(初期含有量)に対する徐放量を揮発性物質溶出率とした(溶出率=徐放量/初期含有量×100)。初期含有量は、複合粒子5を乳鉢ですりつぶした後すぐに揮発性成分を溶媒に溶解させて測定した。
〇:徐放開始から1週間の時点で溶出率が50%未満である。
△:徐放開始から1週間の時点で溶出率が50%以上75%未満である。
×:徐放開始から1週間の時点で溶出率が75%以上である。
として判定した。
ただし本実施形態においてこの実験の狙いとは、揮発性物質の徐放性を温度によってコントロールできることであるから、ある温度では溶出率が低く抑えられ、他の温度では溶出率が高くなるといった変化が得られるかを総合的に評価した。
表2は、CNFの結晶構造別に抽出した事例を示した。
揮発性物質溶出率に関しては、いずれの実施例でも温度によって変化しており、温度によって溶出率が制御可能であることを示した。また、微細化セルロースやモノマー、重合開始剤の種類による影響はなかった。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
少なくとも一種類のポリマー及び少なくとも一種類の揮発性成分を含むコア粒子を含み、前記コア粒子の表面に微細化セルロースからなる被覆層を有する複合粒子であって、
前記複合粒子の粒子径が0.1μm~300μmであり、
前記被覆層の厚みが3nm~1000nmであり、
前記複合粒子の体積に対する前記被覆層の体積比率が1%以上50%以下であって、
前記コア粒子と前記微細化セルロースとが結合して不可分の状態にあることを特徴とする、徐放性複合粒子。
[2]
前記揮発性成分の前記被覆層からの放出速度が温度により変化することを特徴とする、項1に記載の徐放性複合粒子。
[3]
前記微細化セルロースがセルロースI型の結晶構造を有しており、その結晶化度が7 0%以上であることを特徴とする項1または項2に記載の徐放性複合粒子。
[4]
前記揮発性成分が、香料、防臭剤、防虫剤、抗菌剤、殺菌剤、医薬品のいずれかであることを特徴とする項1から項3のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子。
[5]
前記ポリマーが、ビニル基を有するモノマーの重合物である項1から項4のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子。
[6]
前記ポリマーが、(メタ)アクリル基を有するモノマーの重合物である項1から項4のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子。
[7]
前記ポリマーが、2つ以上の重合性官能基を有する多官能モノマーの重合物である、項1から項6のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子。
[8]
前記多官能モノマーが有する2つ以上の重合性官能基の少なくとも一つがビニル基である、項7に記載の徐放性複合粒子。
[9]
前記多官能モノマーが有する2つ以上の重合性官能基の少なくとも一つが(メタ)アクリル基である、項7に記載の徐放性複合粒子。
[10]
前記多官能モノマーがジビニルベンゼンである、項8に記載の徐放性複合粒子。
[11]
項1から10のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子を含むことを特徴とする成形体。
[12]
セルロース原料を溶媒中で解繊して微細化セルロースの分散液を得る第1工程と、
少なくとも一種類の重合性モノマーに少なくとも一種類の揮発性成分を含有させてモノマー混合液を準備する第2工程と、
前記微細化セルロース分散液中において重合性モノマー及び揮発性成分を含む液滴の表面を前記微細化セルロースで被覆し、エマルションとして安定化させる第3工程と、
前記重合性モノマー液滴を重合してポリマー及び揮発性成分からなるコア粒子の表面に微細化セルロースが被覆された複合粒子を得る第4工程と、
を具備することを特徴とする、項1から項10のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子の製造方法。
2 被覆層(微細化セルロース層)
3 液滴(モノマー+揮発性物質)
4 コア粒子(ポリマー+揮発性物質)
5 複合粒子
6 水
7 徐放層(複合粒子を含む)
8 基材
9 成形体
Claims (5)
- 少なくとも一種類のポリマー及び少なくとも一種類の揮発性成分を含むコア粒子を含み、前記コア粒子の表面に微細化セルロースからなる被覆層を有する複合粒子であって、
前記少なくとも一種類のポリマーは、2官能の(メタ)アクリル系モノマー、3官能以上の(メタ)アクリル系モノマー及び多官能のビニル系モノマーの1以上を含んだモノマーの重合物であり、
前記少なくとも一種類の揮発性成分はリモネンを含んでおり、
前記コア粒子の粒子径が1.0μm~1.2μmであり、
前記微細化セルロースがセルロースI型の結晶構造を有しており、その結晶化度が70%以上であり、
前記被覆層の厚みが9.8nm~10.1nmであり、
前記複合粒子の体積に対する前記被覆層の体積比率が1%以上50%以下であって、
前記コア粒子と前記微細化セルロースとが結合して不可分の状態にあることを特徴とする、徐放性複合粒子。 - 前記ポリマーが、(メタ)アクリル基を有するモノマーの重合物である請求項1に記載の徐放性複合粒子。
- 前記多官能のビニル系モノマーがジビニルベンゼンである、請求項1に記載の徐放性複合粒子。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子を含むことを特徴とする成形体。
- セルロース原料を溶媒中で解繊して微細化セルロースの分散液を得る第1工程と、
少なくとも一種類の重合性モノマーに少なくとも一種類の揮発性成分を含有させてモノマー混合液を準備する第2工程と、
前記微細化セルロース分散液中において重合性モノマー及び揮発性成分を含む液滴の表面を前記微細化セルロースで被覆し、エマルションとして安定化させる第3工程と、
前記重合性モノマー液滴を重合してポリマー及び揮発性成分からなるコア粒子の表面に微細化セルロースが被覆された複合粒子を得る第4工程と、
を具備することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の徐放性複合粒子の製造方法。
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