JPH0741501A - 水性セルロース誘導体の製造法 - Google Patents

水性セルロース誘導体の製造法

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JPH0741501A
JPH0741501A JP18826293A JP18826293A JPH0741501A JP H0741501 A JPH0741501 A JP H0741501A JP 18826293 A JP18826293 A JP 18826293A JP 18826293 A JP18826293 A JP 18826293A JP H0741501 A JPH0741501 A JP H0741501A
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和広 福留
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裕 重黒木
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 無水グルコース基1個あたりのカルボキシア
ルキルエーテル基置換度が、0.05以上であるカルボ
キシアルキルエーテルセルロースを、硝酸/水または硝
酸/水/硫酸からなる混酸で、温度−20℃〜30℃で
硝化反応することによる、無水グルコース基1個あたり
の硝酸エステル基置換度が0.2以上、カルボキシアル
キルエーテル基置換度が0.05以上である水性セルロ
ース誘導体の製造法。 【効果】 得られる水性セルロース誘導体は、反応生成
物の収率が高く、また原料のセルロース誘導体に均一に
硝化反応を起こすため水への溶解性も高く、かつ極めて
優れた顔料分散性、乾燥性、耐熱性を発揮するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水性塗料、水性イン
キ、水性紙コーティング剤等の顔料分散剤、乾燥、耐熱
性改良剤、易燃性剤として有用な水性コーティング用セ
ルロース誘導体の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、水性コーティング用の水性セルロ
ース誘導体としては、カルボキシメチルセルロース、メ
チルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルセルロース等のセルロース誘導体が水性コ
ーティング剤の増粘剤として使用されてきた。これら
は、顔料分散性が著しく不十分なものであるため、顔料
分散剤としてはほとんど使用されていない。
【0003】一方、ニトロセルロースは、顔料分散性、
乾燥性、硬度、耐ブロッキング性、増粘性の優れた樹脂
として溶剤系コーティング剤に広く使用されてきたが、
ニトロセルロースは、本質的に水または水と有機溶剤と
の混合溶剤に不溶であり、水性コーティング剤用の添加
剤として使用することはできない。このため、通常のニ
トロセルロースを有機溶剤可溶性の可塑剤または樹脂と
ともに有機溶剤に溶解し、界面活性剤の存在下で水中に
分散させたラッカーエマルションが提案されている。例
えば、特公昭45−277719号及び特公昭46−3
666号にはニトロセルロースを可塑剤とともに有機溶
剤中に溶解した後、界面活性剤存在下で水中に分散し、
有機溶剤を蒸留除去した組成物が、また、特開昭51−
288188号には、通常のニトロセルロースをニトロ
セルロースを溶解するモノマー中に溶解し、界面活性剤
存在下に水中分散した後、重合して得た組成物が提案さ
れている。特開昭59−71342号にはカルボキシル
基含有量が2ミリ当量/100g以上である酸化ニトロ
セルロースと、該ニトロセルロースを溶解しかつ水に難
溶性の溶剤を少なくとも含有する油相と、水を主成分と
する水相から成るエマルション組成物が提案されてい
る。これらの組成物は、乾燥性、硬度、耐ブロッキング
性についてはニトロセルロースの特徴を有するものの、
顔料表面に吸着することができず、水性コーティング剤
の顔料分散剤としての機能を有しないものであった。
【0004】以上のように従来の水性コーティング用セ
ルロース誘導体は、顔料分散性、乾燥性、耐熱性の特性
を合わせ持っていないと言う問題点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、顔料
分散性、乾燥性、耐熱性のすぐれた水性セルロース誘導
体の製造法を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
鋭意研究を重ねた結果、無水グルコース基1個あたりに
硝酸エステル基とカルボキシアルキルエーテル基が同時
に存在し、無水グルコース基1個あたりの硝酸エステル
基置換度が0.2以上、カルボキシアルキルエーテル基
置換度が0.05以上であるカルボキシアルキルニトロ
セルロースが、水と有機溶剤との混合溶剤に可溶であ
り、かつ、乾燥性、硬度、耐ブロッキング性、増粘性、
顔料分散性が極めて優れた物質である事実を見いだし本
発明をなすに至った。
【0007】すなわち本発明は、無水グルコース基1個
あたりのカルボキシアルキルエーテル基置換度が、0.
05以上であるカルボキシアルキルエーテルセルロース
を、硝酸/水または硝酸/水/硫酸からなる混酸で硝化
反応することによる、無水グルコース基1個あたりの硝
酸エステル基置換度が0.2以上、カルボキシアルキル
エーテル基置換度が0.05以上である水性セルロース
誘導体の製造法であって、硝酸/水または硝酸/水/硫
酸の混酸組成比が、硝酸量1重量%以上、99重量%以
下、水分量1重量%以上、30重量%以下、硫酸量90
重量%以下であり、カルボキシアルキルエーテルセルロ
ースと混酸の比が重量比で1/2〜1/300で、硝化
反応温度が−20℃〜30℃であることを特徴とする水
性セルロース誘導体の製造方法に関するものである。
【0008】本発明に使用する原料のセルロース誘導体
としては、無水グルコース基1個あたりのカルボキシア
ルキルエーテル基置換度が、0.05以上であるカルボ
キシアルキルエーテルセルロースであり、カルボキシメ
チルセルロース、カルボキシエチルセルロース等のカル
ボキシアルキルセルロースを用いることができる。本発
明に使用する硝化反応用の混酸としては、硝酸/水、硝
酸/水/硫酸を用いるのが好ましい。硝酸は硝化反応剤
として、また水は硝化反応度の調製剤として機能する。
硫酸は硝化反応を加速する脱水剤としての機能を示すた
め、反応速度をあげる必要性がある場合添加する。ま
た、硫酸以外に脱水効果を示す他の酸系、例えば燐酸、
酢酸等でも使用できる。しかし、硫酸が工業的に安価で
あるので硫酸が好ましい。添加する硝酸/水または硝酸
/水/硫酸の組成としては、硝酸が1重量%以上、99
重量%以下、水が1重量%以上、30重量%以下、硫酸
が90重量%以下が望ましい。硝酸が1重量%未満であ
ると、硝化反応は実質上起こらない。水が30重量%を
超えると、硝化中に塊が発生し、生成物の品質が低下す
る。硫酸が90重量%をこえると、原料セルロースの分
解がおこり、着色度が大きくなる。より好ましい範囲
は、硝酸が10重量%以上、98重量%以下、水が25
重量%以下、硫酸が80重量%以下である。
【0009】本発明における原料のセルロース誘導体と
硝化反応用混酸の比は、重量比で1/2〜1/300で
ある。1/2未満であると反応時の発熱を除去すること
が困難であり、1/300を越えると得られる本発明の
水性セルロース誘導体の収量が少なくなり、工業的に生
産性が悪くなる。より好ましい範囲は、1/10〜1/
100である。
【0010】本発明における硝化反応の温度は、−20
℃以上、30℃以下である。−20℃未満であると冷却
するために多大な費用が必要であり、30℃を超えると
得られる本発明の水性セルロース誘導体の収率が低下す
る。より好ましい範囲は−10℃〜10℃である。以上
の本発明で得られる水性セルロース誘導体は、必要に応
じて分子量の調製を行うこともできる。一般的には、得
られたカルボキシアルキルニトロセルロースを40℃〜
170℃中で熱解重合を行う方法がある。また、酸化剤
等の添加により上記温度範囲内で解重合を行う方法も採
用できる。
【0011】以下に本発明製造法の一例を示す。カルボ
キシメチルセルロースを、硝酸/水または硝酸/水/硫
酸の混酸の入った反応器に入れ撹拌し、硝化反応させ
る。反応後、生成物を遠心分離機で除酸し、直ちに多量
の水で洗浄し、生成物を得る。得られた水性セルロース
誘導体の硝酸エステル基置換度と、カルボキシメチルエ
ーテル基置換度を以下の測定方法で行った。
【0012】乾燥反応生成物を0.1g精密に秤りと
り、元素分析で窒素原子の重量%(以下窒素%と略す)
を求めた。反応生成物を1g精密に秤りとり、300ミ
リリットル共栓三角フラスコに入れ、80%メタノール
15ミリリットルを加え、更に、1/10規定水酸化ナ
トリウム溶液100ミリリットルを正確に加えて、室温
で3時間振とう後、フェノールフタレインを加えて、1
/10規定硫酸で滴定した。
【0013】次式により試料1gあたりのカルボキシメ
チルエーテル基の当量を算出した。 A(当量/g)=(100−1/10規定硫酸ml)×
f×10000 ここで、f;1/10規定硫酸のファクター 得られた窒素%とA当量/gとを用いて次式により、無
水グルコース基1個あたりの硝酸エステル基置換度とカ
ルボキシメチルエーテル基置換度を算出した。
【0014】 X=162n/(14−45n−58×14A) Y=14XA/n Z=3−(X+Y) ここで、X;硝酸エステル置換度 Y;カルボキシメチルエーテル置換度 Z;残存水酸基 n;(窒素%)/100 本発明で得られた水性セルロース誘導体の溶液調整方法
の一例を示す。
【0015】本発明で得られた水性セルロース誘導体
を、撹拌機付き密閉容器に計量し、所定量の水と溶剤を
添加し、撹拌を行う。次いで、所定量の中和剤を添加
し、溶解させる。本発明の水性セルロース誘導体の製造
法は、反応生成物の収率が高く、また原料のセルロース
誘導体に均一に硝化反応を起こすため、得られる水性セ
ルロース誘導体は水への溶解性も高く、顔料分散性、乾
燥性、耐熱性に優れており、単独または水系アクリル樹
脂、水系アルキド樹脂等と混合して水性塗料、水性イン
キ、水性紙コーティング剤等の顔料分散剤、乾燥、耐熱
性改良剤として用いられる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を示して、更に詳しく
本発明を説明する。
【0017】
【実施例1】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.7)100gと、硫酸/
硝酸/水=57.3/20.1/22.6重量%からな
る酸混合物3リットル(原料/酸=1/50重量比)を
5リットルの反応容器中に入れ、5℃で60分撹拌しな
がら硝化反応を行う。生成物を遠心分離機で除酸し、直
ちに多量の水で洗浄する。100gの反応生成物を得
た。生成したカルボキシアルキルニトロセルロースを、
80℃で2時間乾燥し、各置換度を測定する。得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が1.1、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.7であった。
【0018】得られた生成物100gを、130℃で3
0分間解重合し90gのカルボキシアルキルニトロセル
ロースを得た。
【0019】
【実施例2】実施例1において、使用するカルボキシメ
チルセルロースのみをカルボキシメチルエーテル基置換
度=0.5のものに変えて、以下同様に実施した。その
結果、110gの反応生成物が得られた。実施例1と同
様に測定した結果、得られた反応生成物は、無水グルコ
ース基1個あたりの硝酸エステル基置換度が1.2、カ
ルボキシメチルエーテル基置換度が0.5であった。
【0020】得られた生成物100gを、140℃で4
5分間解重合し90gのカルボキシアルキルニトロセル
ロースを得た。
【0021】
【実施例3】実施例1において、使用するカルボキシメ
チルセルロースのみをカルボキシメチルエーテル基置換
度=1.6のものに変えて、以下同様に実施した。その
結果、80gの反応生成物が得られた。実施例1と同様
に測定した結果、得られた反応生成物は、無水グルコー
ス基1個あたりの硝酸エステル基置換度が0.3、カル
ボキシメチルエーテル基置換度が1.6であった。
【0022】得られた生成物80gと過酸化水素4g
を、95℃で60分間解重合し72gのカルボキシアル
キルニトロセルロースを得た。
【0023】
【実施例4】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.5)100gと、硫酸/
硝酸/水=62.6/24.8/12.6重量%からな
る酸混合物3リットル(原料/酸=1/50)を5リッ
トルの反応容器中に入れ、5℃で、60分撹拌し、生成
物を遠心分離機で除酸し、直ちに多量の水で洗浄し、1
30gの反応生成物を得た。
【0024】実施例1と同様に測定した結果、得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が2.1、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.5であった。得られた生成物100gを、1
55℃で60分解重合し50gのカルボキシアルキルニ
トロセルロースを得た。
【0025】
【実施例5】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.7)150gと、硫酸/
硝酸/水=66.8/27.7/5.5重量%からなる
酸混合物3リットル(酸/原料=1/30)を5リット
ルの反応容器中に入れ、12℃で、60分撹拌し、生成
物を遠心分離機で除酸し、直ちに多量の水で洗浄し、1
65gの反応生成物を得た。
【0026】実施例1と同様に測定した結果、得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が1.8、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.7であった。得られた生成物100gを、1
40℃で45分解重合し90gのカルボキシアルキルニ
トロセルロースを得た。
【0027】
【実施例6】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.7)150gと、硫酸/
硝酸/水=58.1/19.2/22.7重量%からな
る混合物3リットル(原料/酸=1/30)を5リット
ルの反応容器中に入れ、21℃で、60分撹拌し、生成
物を遠心分離機で除酸し、直ちに多量の水で洗浄し、9
3gの反応生成物を得た。
【0028】実施例1と同様に測定した結果、得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が1.1、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.7であった。
【0029】
【実施例7】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.7)300gと、硫酸/
硝酸/水=58.1/19.2/22.7重量%からな
る混合物3リットル(原料/酸=1/10)を5リット
ルの反応容器中に入れ、5℃で、60分撹拌し、生成物
を遠心分離機で除酸し、直ちに多量の水で洗浄し、29
4gの反応生成物を得た。
【0030】実施例1と同様に測定した結果、得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が0.5、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.7であった。
【0031】
【実施例8】カルボキシメチルセルロース(カルボキシ
メチルエーテル基置換度=0.7)100gと、硝酸/
水=98.0/2.0重量%からなる混合物3.5リッ
トル(原料/酸=1/50)を5リットルの反応容器中
に入れ、30℃で、60分撹拌し、反応液を20リット
ルの水中に投入し撹拌を行う。得られた生成物を遠心分
離機で除水し、多量の水で洗浄し、130gの反応生成
物を得た。
【0032】実施例1と同様に測定した結果、得られた
反応生成物は、無水グルコース基1個あたりの硝酸エス
テル基置換度が2.1、カルボキシメチルエーテル基置
換度が0.7であった。
【0033】
【発明の効果】本発明の水性セルロース誘導体の製造法
は、反応生成物の収率が高く、また原料のセルロース誘
導体に均一に硝化反応を起こすため、得られる水性セル
ロース誘導体は水への溶解性も高く、かつ極めて優れた
顔料分散性、乾燥性、耐熱性を発揮するものである。
【0034】従って、本発明の製造法で得られる誘導体
は、水性塗料、水性インキ、水性紙コーテング剤等の水
性コーティング剤のビヒクルまたは添加剤として極めて
有用なものであり、これらの水性コーティング剤の性能
向上に大きく貢献しうるものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無水グルコース基1個あたりのカルボキシ
    アルキルエーテル基置換度が、0.05以上であるカル
    ボキシアルキルエーテルセルロースを、硝酸/水または
    硝酸/水/硫酸からなる混酸で硝化反応することによ
    る、無水グルコース基1個あたりの硝酸エステル基置換
    度が0.2以上、カルボキシアルキルエーテル基置換度
    が0.05以上である水性セルロース誘導体の製造法で
    あって、硝酸/水または硝酸/水/硫酸の混酸組成比
    が、硝酸量1重量%以上、99重量%以下、水分量1重
    量%以上、30重量%以下、硫酸量90重量%以下であ
    り、カルボキシアルキルエーテルセルロースと混酸の比
    が重量比で1/2〜1/300で、硝化反応温度が−2
    0℃〜30℃であることを特徴とする水性セルロース誘
    導体の製造法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6120948A (en) * 1998-03-30 2000-09-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser ablative recording material
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