JPH0770202A - セルロースエステルおよびその製造方法 - Google Patents

セルロースエステルおよびその製造方法

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JPH0770202A
JPH0770202A JP21883393A JP21883393A JPH0770202A JP H0770202 A JPH0770202 A JP H0770202A JP 21883393 A JP21883393 A JP 21883393A JP 21883393 A JP21883393 A JP 21883393A JP H0770202 A JPH0770202 A JP H0770202A
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cellulose
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cellulose ester
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JP21883393A
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Masanari Yasuda
勝成 安田
Haruyuki Yoneda
晴幸 米田
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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  • Biological Depolymerization Polymers (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 生分解性を担う微生物の基質特異性を利用す
るために、従来にない選択的に置換基を持つセルロース
エステルを提供する。セルロースや従来法で得られるセ
ルロース誘導体に比べて、飛躍的に生分解性の高いセル
ロースエステルを得ることを目的とする。 【構成】 グルコースユニットのC2 ,C3 ,C6 位の
炭素に結合する水酸基のうち、C2 ,C3 位の炭素に結
合する水酸基が置換基と置き替わったセルロースエステ
ル、ならびにその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生分解性の高いセルロ
ースエステルに関し、さらに詳しくはセルロ−スを構成
するグルコースユニットに結合する水酸基の特定の位置
にエステル基を持つセルロ−スエステルに関わり、更に
詳しくはグルコースユニットのC2 、C3 位の水酸基が
選択的にアシル化された新しいセルロースエステル及び
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】セルロースエステルの一次構造を決定す
る場合、下記の構成単位I、II、III、IV、V、
VI、VIIおよびVIIIの組成比を用いて規定する
ことが現在知られている最も確実な方法と推定できる。
【0003】
【化2】
【0004】(式中Rは同一または異ったアシル基であ
る。)これに対して、セルロースエステルを構成するグ
ルコースユニットのC2 、C 3 ,C6 位炭素の各々に結
合する水酸基が置換基で置き替わった割合<<f2
>,<<f3 >>,<<f6 >>や置換基のグルコース
ユニットに対するモル比である全置換度<<F>>が現
在まで頻繁に使用されてきた。これらは、下記の式で関
係付けられる。
【0005】 <<f2 >>=R(II)+R(V)+R(VI)+R(VIII) <<f3 >>=R(III)+R(V)+R(VII)+R(VIII) <<f6 >>=R(IV)+R(VI)+R(VII)+R(VIII) <<F>>=<<f2 >>+<<f3 >>+<<f6 >> (但し、R(I),R(II),R(III),R(I
V),R(V),R(VI),R(VII),R(VI
II)は、構成単位I、II、III、IV、V、V
I、VII、VIIIの構成比) セルロースエステルの代表的なものであるセルロースア
セテートは、繊維、フィルター、膜等の工業製品の素材
として用いられるセルロ−スの有機酸エステルであって
工業的に有用なセルロ−ス誘導体である。
【0006】このセルロ−ス誘導体の従来の合成法の代
表的なものとしては、下記の2種が知られている。 (1)右田、米沢、近藤「木材化学 上」共立出版(1
968)180−185頁、に記載のあるように、従
来、a.酢酸による酢化、b.塩化アセチルによる酢
化、c.ケテンによる酢化、d.無水酢酸による酢化、
e.無水酢酸−酢酸−硫酸による液相酢化、f.無水酢
酸−塩化メチレン−硫酸による液相酢化、g.繊維状酢
化、またこの様な方法で作られたセルロースアセテー
ト、特にセルローストリアセテートを原料にして酸化、
鹸化反応を利用して、アセチル基を脱離する方法が利用
されている。上記の製造法を用いれば、任意の0から3
までの全置換度を持つセルロースアセテートを得ること
ができる。
【0007】(2)A.F.Turback, A.E
l−Katrawy, F.W.Snyder, an
d A.B.Auerbach, U.S.Paten
t4,302,252(November 24, 1
981)に記載のあるように、ジメチルアセトアミド−
塩化リチウム−ピリジン−無水酢酸による液相酢化の合
成方法が知られている。
【0008】また、セルロースエステルの性質が、置換
基分布すなわち、上記の構成単位IからVIIIの構成
比によって劇的に変化すること、たとえばPolym.
J.15,309(1983)に記述されているように
硫酸セルロースNa塩の抗凝結性が<<f2 >>と<<
3 >>の和で決定されること、K.Kamide,
K.Okajima, K.Kowsaka, and
T.Matsui,Polym. J., 19 1
405−1412(1987).あるいは、T.Miy
amoto,Y.Sato,T.Shibata,M.
Tanahashi,and H.Inagaki,
J. Polym. Sci.,Polym. Che
m. Ed., 23,1373(1985)に記載さ
れているようにセルロースアセテートの溶解性が置換基
分布に支配されることが知られている。したがって、置
換基を制御することにより、セルロースエステルの性質
を大きく変化させることが期待できる。
【0009】上記従来法(1)で合成されるセルロース
アセテートの置換基分布は、全置換度<<F>>がほぼ
0.5から3の範囲でほぼ<<f2 >>=<<f3 >>
=<<f6 >>の関係が成立し、(2)で合成されるも
のは、全置換度がほぼ0.2から2.0で<<f3
>、<<f2 >>、<<f6 >>の順で大きくなること
が知られている。
【0010】地球環境汚染が顕在化し、二酸化炭素の大
気中への投棄が無制限に行えなくなりつつある現在、工
業素材であるプラスチックの焼却処理も制限される可能
性がでてきている。このような背景に、分解性のプラス
チックの必要性が生じている。天然高分子であるセルロ
ースは生分解性の高分子素材でありしかも再生産可能な
資源で、実際、原始以来無限のセルロースが自然界で生
産され、生分解等で消滅している。このため、セルロー
スを工業素材として有効利用することは、産業廃棄物を
今以上に増加させないと言う点からも、セルロースが石
油などから合成されるプラスチック等と違いクリーンな
素材である点からも環境問題に対する一つの回答となる
と考えられる。しかしながら、セルロースは、土に埋め
た場合には約3ヶ月間で消滅することが知られている
が、自然放置の場合、分解して消滅するためには、条件
にも依るが約2〜3年の年月がかかるのが現状である。
このため、現在のライフスタイルから考えた場合、例え
現在使われている工業素材をセルロ−スで置き換えたと
しても焼却処理に制限が加われば塵すなわち産業廃棄物
は膨大なものになると考えられる。このことを鑑みれ
ば、セルロースを利用し、筏英之「ごみ処理問題と分解
性プラスチック」115頁、表1.1に記述のある様に
例えばエステル化して改質し、さらに分解性の高い性質
の素材を得れば地球環境汚染の進行を停止できるものと
考えられる。
【0011】生分解は土中、地表表面、あるいは空気中
に存在する微生物の作用により生じるため、上記の様に
セルロースを改質する場合、生物が作用し易いように行
うことが最も重要なポイントとなると考えられる。基質
特異性などの生物活性やセルロ−スの性質を考慮すれば
規則性の高いセルロースエステルつまり位置選択置換セ
ルロースエステルでしかもセルロースの結晶性や耐溶媒
性をつかさどるC2 ,C3 位の水素結合性を破壊するよ
うなC2 ,C3 位に選択的に置換したセルロースエステ
ルが得られれば、飛躍的に生分解性が向上するものと考
えられる。
【0012】一方、位置選択置換セルロ−ス誘導体とし
ては、Carbohydro.Res.220,173
(1991).に記載のあるように、セルロースエーテ
ルに対してのみ合成方法が確立されている。実際、C2
位、C3 位のみに選択的にアルキル基を持つアルキルセ
ルロースは、6−O−トリチルセルロースを用い、ジメ
チルスルフォキシドを主溶媒としC2 位、C3 位をアル
キル化した後、塩酸によってトリチル基の脱離を行い合
成される。しかしながら、この方法は、セルロースアセ
テートの様なセルロ−スエステルには全く適応できな
い。つまり、最後の反応過程であるトリチル基の脱離反
応の際にジメチルスルフォキシドの様な溶媒のもとで反
応を行うとエーテル結合に比べて格段に結合力の弱いア
セチル基の様なエステル結合で導入された置換基も同時
に脱離してしまうためである。
【0013】上記の様に、置換基分布を制御した、つま
り、C2 位、C3 位に選択的に置換した生分解性の高い
セルロースエステルは存在しなかった。ましてその製法
も、これまで知られていなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、実質的にC
2 位とC3 位のみに置換基を持つ生分解性の高いセルロ
ースエステルおよびその製造方法を提供するものある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記のI、I
I、III、Vの一般式で表される構造単位の和が95
%以上であり、かつ構造単位II、IIIおよびVの和
が10%以上で、、構造単位の数が最大5000である
ことを特徴とするセルロースエステル及びその製法に関
する。
【0016】
【化3】
【0017】(但し、式中Rはアシル基である) 本発明におけるアシル基とは、炭素数8以下のアシル
基、具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル
基が挙げられる、好適には反応性の点から考えてアセチ
ル基がのぞましい。これらは同一でも異っていても構わ
ない。本発明のセルロースエステルは、構造単位I、I
I、III、およびVの和が95%以上である必要があ
るが、前記した構造単位IVおよびVI〜VIIIを5
%未満含んでもかまわない。しかしながら、前記一般式
から明らかなように、本発明のセルロースエステルは、
実質的にC2 位とC3 位のみに置換基を有しているとい
うことができる。
【0018】構造単位I、II、III及び構造単位V
の総和が95%以上、好適には98%以上で、セルロー
スに比べて3倍以上、従来法(1)あるいは従来法
(2)で合成されたセルロースエステルに比して2倍以
上、生分解性の高いセルロースエステルが得られる。こ
の範囲以外では従来法(1)あるいは従来法(2)で合
成されるセルロースエステルと生分解性に関して大きな
差異がない。構造単位の数は5000以下であり、特に
下限はないが、工業素材として利用する場合の加工性、
あるいは原料となるセルロ−スの重合度を考慮すれば好
適には下限は50である。
【0019】この発明のセルロースエステルの製造方法
の例を以下に述べる。原料としてグルコースユニットの
2 、C3 位の炭素に結合する水酸基を有し、C6 位の
炭素に結合する水酸基が保護基で90%以上置き換わっ
たセルロースを用い、C2 位,C3 位の水酸基をまずエ
ステル化した後、ハロゲン化炭化水素中で酸を作用させ
てC6 位の保護基を脱離させること特徴とする。
【0020】本発明において、保護基とは、トリフェニ
ルメチル基(トリチル基)、ジフェニルメチル基、トシ
ル基、メシル基等であり、通常のエーテル合成法が使用
できる塩基存在下で安定で、酸存在下で脱離する置換基
であればどの様なものでも構わない。また、セルロース
に保護基を導入した結果、保護基の<<f6 >>が<<
2 >>+<<f3 >>に比べて大きい点で好適にトシ
ル基、トリチルが用いられ、さらに、好適には、トリチ
ル基が用いられる。例えば、C2 、C3 位の炭素に結合
する水酸基を有し、かつC6 位の炭素に結合する水酸基
をトリチル基で置き換えたトリチルセルロースは、セル
ロースをジメチルアセトアミド及び塩化リチウムの混合
溶液に溶解した後、反応剤である塩化トリチルとピリジ
ンの様な触媒を用いて反応を行うことによって得ること
ができる。また、セルロースを水酸化ナトリウム水溶液
に浸漬して、アルカリセルロースとした後、そのアルカ
リセルロースに反応剤である塩化トリチルを反応させる
ことによって得ることもできるが、別にこれ以外でも構
わない。
【0021】この様にして得られた原料となる保護基の
ついたセルロースをピリジン、あるいはジメチルアセト
アミドとピリジンの混合溶媒、あるいはジメチルアセト
アミドと水酸化ナトリウムの混合溶液などの少なくとも
塩基を含む有機溶剤に溶解した後、アシル化剤を用いて
反応を行うことによって、保護基を有し、かつアシル基
の大部分がC2 、C3 位に結合したアシル化されたセル
ロースが得られる。この場合のアシル化は、10℃から
60℃の温度で1分から2ヶ月の反応時間で行う。保護
基のついたセルロースの未置換の水酸基をアシル化する
程度により、反応時間は大きく変化するが、水酸基の全
てをアシル化するためには数10日以上の反応時間を必
要とする。1分未満ではアシル化が実質的に起こらず、
2ヶ月を越えるとアシル化の反応は完了しており無意味
である。本発明において使用できるアシル化剤は、塩化
アセチル、塩化プロピオニル等の酸塩化物、もしくは、
無水酢酸、プロピオン酸無水物等の酸無水物であり少な
くともこれらの一種類以上を用いる。添加するアシル化
剤の量はトリチルセルロースのグルコースユニットあた
り0.1倍モルから20倍モルである。0.1倍モル未
満では、グルコースユニットのC2 ,C3 位のアシル基
の置換度が不充分であり、本発明のセルロースエステル
を得ることができない。また、添加量の上限は限定的で
はないが、20倍モル以上加えることは経済的に意味が
ない。つぎにこのアシル化され、かつ保護基のついたセ
ルロースをハロゲン化炭化水素に溶解し、脱離剤である
酸を10分から3時間反応させることにより本発明のセ
ルロースエステルを得る。
【0022】ハロゲン化炭化水素としては、ジクロロメ
タン、クロロフォルム、四塩化炭素の溶媒のうち、少な
くとも一種類以上が用いられる。これ以外の溶媒例え
ば、ジメチルスルフォキシドを溶媒として脱トリチル化
した場合には、同時にアシル基の脱離も起こり好ましく
ない。脱離剤の量が1倍モル以下では、脱トリチル化が
完全に達成されず、また100倍モル以上では経済的に
意味がない。
【0023】本発明で用いられる脱離剤の酸としては、
塩化水素ガス、臭化水素ガスのようなハロゲン化水素ガ
スや、塩酸、臭酸、硫酸、リン酸のような無機酸から選
ばれる酸が挙げられるが、塩化水素ガスが好ましい。こ
の様にして得られたセルロースエステルは、T.Miy
amoto, Y.Sato, T.Shibata,
and H.inagaki, J. Polym.
Sci., Polym. Chem. Ed.,
22,2363−2370(1984).あるいは、
Y.Tezuka,M.Oshima,K.Itoh,
Polymer Preprint,Japan,4
1,4106(1992).に記載のある方法およびそ
の類似の方法で置換基分布を確認できる。
【0024】本発明のセルロースエステルをジメチルス
ルフォキシド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフ
ラン等の溶媒に溶解した後、酸あるいはアルカリでエス
テル基を一部脱離させることによって全置換度を変化さ
せることも出来る。
【0025】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。
【0026】
【実施例1】ジメチルアセトアミド1339gと45g
のセルロースを混合し窒素雰囲気下で160℃で30分
間還流した後に100℃まで冷却して116.4gの塩
化リチウムを加え、約1週間撹拌を続けセルロース溶液
を調製した。この様に調製したセルロ−ス溶液と塩化ト
リチル688gを混合し70℃に加熱して均一溶液にし
た後、さらにピリジン292.67gを混合し反応原液
を得た。反応原液を70℃で加熱撹拌しながら24時間
放置した後、20リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。この結果乾燥
した沈澱物の重量は、98gであった。この様にして回
収した沈澱物の一部でIR測定あるいはジメチルスルフ
ォオキシド−d6に溶解し13CNMRスペクトルを測定し
た結果、トリチルセルロースであることが判明した。
S.Takahashi,T.Fujimoto,B.
Barua,T.Miyamoto,and H.In
agaki,J.Polym.,Sci.,Part
A 24 2981−2993(1986)に記載のあ
る方法でトリチルセルロースの全置換度、置換基分布を
見積もったところ、全置換度<<F>>=1.08、置
換基分布<<f2 >>=0.05、<<f3 >>=0.
03、<<f6 >>=1.00であった。この試料をT
RC01と呼ぶ。
【0027】ジメチルアセトアミド1339gと45g
のセルロースを混合し窒素雰囲気下で160℃で30分
間還流した後に100℃まで冷却して116.4gの塩
化リチウムを加え、約1週間撹拌を続けセルロース溶液
を調製した。この様に調製したセルロース溶液と塩化ト
リチル688gを混合し70℃に加熱して均一溶液にし
た後、さらにピリジン292.67gを混合し反応原液
をえた。反応原液を70℃で加熱撹拌しながら15時間
放置した後、20リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。この結果乾燥
した沈澱物の重量は、92gであった。この様にして回
収した沈澱物の一部を用いTRC01と同様に全置換
度、置換基分布を測定した結果、全置換度<<F>>=
0.99、置換基分布<<f2 >>=0.03、<<f
3 >>=0.02、<<f6 >>=0.94であった。
この試料をTRC02と呼ぶ。
【0028】25gのTRC01を475gのピリジン
に溶解し125gの無水酢酸を混合撹拌し30℃で1時
間放置した後、5リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。得られた試料
の重量は26.2gであった。この様にして回収した沈
澱物の一部でIR測定あるいはジメチルスルフォオキシ
ド−d6 に溶解し13CNMRスペクトルを測定した結
果、トリチル基の置換基分布が<<f2 >>=0.0
5、<<f3 >>=0.03、<<f6 >>=1.0
0、アセチル基の置換基分布が<<f2 >>=0.1
5、<<f3 >>=0.10、<<f6 >>=0である
アセチル化されたトリチルセルロースであることが判明
した。この試料をTRC01−01と呼ぶ。
【0029】25gのTRC01を475gのピリジン
に溶解し125gの無水酢酸を混合撹拌し30℃で2ヶ
月放置した後、5リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。得られた試料
の重量は31gであった。TRC01−01と同様に置
換基分布を測定した結果、トリチル基の置換基分布が<
<f2 >>=0.05、<<f3 >>=0.03、<<
6 >>=1.00、アセチル基の置換基分布が<<f
2 >>=0.95、<<f3 >>=0.97、<<f6
>>=0であるアセチル化されたトリチルセルロースで
あることが判明した。得られた試料の重量は28gであ
った。この試料をTRC01−02と呼ぶ。
【0030】25gのTRC02を475gのピリジン
に溶解し125gの無水酢酸を混合撹拌し30℃で1時
間放置した後、5リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。得られた試料
の重量は26gであった。TRC01−01と同様に置
換基分布を測定した結果、トリチル基の置換基分布が<
<f2 >>=0.03、<<f3 >>=0.02、<<
6 >>=0.94、アセチル基の置換基分布が<<f
2 >>=0.14、<<f3 >>=0.10、<<f6
>>=0.04であるアセチル化されたトリチルセルロ
ースであることが判明した。この試料をTRC02−0
1と呼ぶ。
【0031】25gのTRC02を475gのピリジン
に溶解し125gの無水酢酸を混合撹拌し30℃で2ヶ
月放置した後、5リットルのエタノールと混合し、沈澱
物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエタノー
ルで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。得られた試料
の重量は30gであった。TRC01−01と同様に置
換基分布を測定した結果、トリチル基の置換基分布が<
<f2 >>=0.03、<<f3 >>=0.02、<<
6 >>=0.94、アセチル基の置換基分布が<<f
2 >>=0.97、<<f3 >>=0.98、<<f6
>>=0.06であるアセチル化されたトリチルセルロ
ースであることが判明した。この試料をTRC02−0
2と呼ぶ。
【0032】20gのTRC01−01を2リットルの
ジクロロメタンに溶解して溶液を得た後、この溶液に3
0℃でTRC01−01のグルコースユニット当たり2
0倍モルの塩化水素ガスを混合した。塩化水素ガスの混
合後、1時間撹拌した上記混合溶液を10リットルのエ
タノールと混合して沈澱物を濾過分離した。分離された
沈澱物を大量のエタノールで5回洗浄し、真空乾燥器で
乾燥した。この様にして回収した沈澱物の一部でIR測
定あるいはジメチルスルフォオキシド−d6 に溶解し13
CNMRスペクトルを測定した結果、セルロースアセテ
−トであることが判明した。T.Miyamoto,
Y.Sato, T.Shibata,and H.i
nagaki, J. Polym. Sci., P
olym. Chem. Ed., 22 2363−
2370(1984).に記載のある方法で13CNMR
スペクトルより全置換度、置換基分布を決定した結果、
それぞれ<<F>>=0.25、<<f2 >>=0.1
5、<<f3 >>=0.10、<<f6 >>=0であっ
た。このセルロースアセテートをCAS01と呼ぶ。ま
た、CAS01をジメチルアセトアミドに溶解し通常の
光散乱測定を行い重合度即ち構成単位の数を測定した結
果120であった。
【0033】20gTRC01−02をTRC01−0
1と同条件で溶解し、塩化水素ガスを混合、回収した沈
澱物も同様にセルロースアセテートであり、13CNMR
スペクトルより全置換度、置換基分布を決定した結果、
それぞれ<<F>>=1.92、<<f2 >>=0.9
5、<<f3 >>=0.97、<<f6 >>=0であっ
た。このセルロースアセテートをCAS02と呼ぶ。C
AS02は通常の光散乱測定の結果、構成単位の数は1
25であった。
【0034】20gTRC02−01をTRC01−0
1と同条件で溶解し、塩化水素ガスを混合、回収した沈
澱物も同様にセルロースアセテートであり、13CNMR
スペクトルより全置換度、置換基分布を決定した結果、
それぞれ<<F>>=0.28、<<f2 >>=0.1
4、<<f3 >>=0.10、<<f6 >>=0.04
であった。このセルロースアセテートをCAS03と呼
ぶ。CAS03は通常の光散乱測定の結果、構成単位の
数は2920であった。
【0035】20gTRC01−02をTRC01−0
1と同条件で溶解し、塩化水素ガスを混合、回収した沈
澱物も同様にセルロースアセテートであり、13CNMR
スペクトルより全置換度、置換基分布を決定した結果、
それぞれ<<F>>=1.99、<<f2 >>=0.9
7、<<f3 >>=0.98、<<f6 >>=0.04
であった。このセルロースアセテートをCAS04と呼
ぶ。CAS04は通常の光散乱測定の結果、構成単位の
数は3010であった。
【0036】SCA01の13CNMRスペクトルを図1
に示す。
【0037】
【実施例2】実施例1で得たTRC01の25gを47
5gのピリジンに溶解し115gの塩化プロピオニルを
混合撹拌し30℃で1時間放置した後、5リットルのエ
タノールと混合し、沈澱物を濾過分離した。分離された
沈澱物を大量のエタノールで5回洗浄し、真空乾燥器で
乾燥した。得られた試料の重量は32gであった。実施
例1のTRC01−01の置換基分布の評価法を応用し
て評価した結果、トリチル基の置換基分布が<<f2
>=0.05、<<f3 >>=0.03、<<f6 >>
=1.00、プロピオニル基の置換基分布が<<f2
>=0.60、<<f3 >>=0.43、<<f6 >>
=0であるプロピオニル化されたトリチルセルロースで
あることが判明した。この試料をTRC01−03と呼
ぶ。
【0038】20gのTRC01−03を2リットルの
ジクロロメタンに溶解して溶液を得た後、この溶液に3
0℃でTRC01−03のピラノ−ス基当たり20倍モ
ルの塩化水素ガスを混合した。塩化水素ガスの混合後、
1時間撹拌した上記混合溶液を10リットルのエタノー
ルと混合して沈澱物を濾過分離した。分離された沈澱物
を大量のエタノールで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥し
た。この様にして回収した沈澱物の一部でIR測定ある
いはジメチルスルフォオキシド−d6 に溶解し 13CNM
Rスペクトルを測定した結果、セルロースアセテートで
あることが判明した。T.Miyamoto, Y.S
ato, T.Shibata, and H.ina
gaki, J. Polym. Sci., Pol
ym.Chem. Ed., 22,2363−237
0(1984).に記載のある方法を応用して13CNM
Rスペクトルより全置換度、置換基分布を決定した結
果、それぞれ<<F>>=1.03、<<f2 >>=
0.60、<<f3 >>=0.43、<<f6 >>=0
であった。このセルロースプロピオネートをCPS01
と呼ぶ。CPS03は通常の光散乱測定の結果、構成単
位の数は120であった。
【0039】
【実施例3】実施例1で得たセルロースアセテート(C
AS02)1gを99gのジメチルスルフォキシドに溶
解し溶液を調製する。このようにして調製したセルロー
スアセテート溶液を50gづつ2つに分け、一方に4m
l、他方に20mlの12N塩酸水溶液を添加して30
℃で20時間放置した。各々の溶液を1リットルのエタ
ノールと混合し、沈澱物を濾過分離した。分離された沈
澱物を大量のエタノールで5回洗浄し、真空乾燥器で乾
燥した。この様にして回収した沈澱物の一部でIR測定
あるいはジメチルスルフォオキシド−d6 に溶解し13
NMRスペクトルを測定した結果、セルロースアセテー
トであることが判明した。T.Miyamoto,
Y.Sato, T.Shibata, and H.
inagaki, J. Polym. Sci.,
Polym. Chem. Ed., 22 2363
−2370(1984).に記載のある方法を応用して
13CNMRスペクトルより全置換度、置換基分布を決定
した結果、前者は<<F>>=1.45、<<f2 >>
=0.80、<<f3 >>=0.65、<<f6 >>=
0、後者は<<F>>=0.45、<<f2 >>=0.
26、<<f3 >>=0.19、<<f6 >>=0であ
った。それぞれCAS02−01、CAS02−02と
呼ぶ。
【0040】構成単位の数は前者は105、後者は80
であった。
【0041】
【参考例】実施例1から実施例3で得られたCAS0
1、CAS02、CAS03、CAS04、CPS0
1、CAS02−01、CAS02ー02をジメチルス
ルフォキシドに各々10%の濃度で溶解し、ガラス板上
に流延した後120℃で24時間真空乾燥して各々のフ
ィルムを得た。この様にして調製したフィルムを平成4
年6月20日に高槻市八丁畷11−7にある実験用綿畑
の土中深さ20cmの位置に埋めて、30日間放置しフ
ィルムの重量変化を測定した。埋める前のフィルムの重
量(w0)、土中で60日間放置した後のフィルムの重
量(w)を用いて、生分解度RをR=(w0−w)/w
0で評価した結果を表1に示す。
【0042】表1は、CAS03を除いて本発明のセル
ロースエステルの全てがRが0.5以上であり、CAS
03も0.32の値を持つことを示す。
【0043】
【比較例1】置換度2.5の市販のセルロースアセテー
ト30gを150gの酢酸と54gの水からなる酢酸水
溶液に完全に溶解した後、4.5gの12N塩酸水溶液
を添加し40℃で8時間撹拌した後20mlの水を添加
しさらに24時間後に40mlの水を添加した。塩酸添
加後、50、74、98時間後に反応原液より50ml
づつ取り出し、アセトン中に沈澱させ、大量のエタノー
ル数回洗浄し沈澱物を精製した。得られた精製物はI
R、および13CNMR測定よりセルロースアセテートで
あることが確認でき、置換度はそれぞれ<<F>>=
0.95(<<f2>>=0.32,<<f3 >>=
0.30,<<f6 >>=0.33)、<<F>>=
0.64(<<f2 >>=0.23,<<f3 >>=
0.16,<<f6>>=0.25)、<<F>>=
0.43(<<f2 >>=0.11,<<f3>>=
0.10,<<f6 >>=0.21)であった。これら
の試料を順にCAR01,CAR02,CAR03と呼
ぶジメチルアセトアミド189gと3gのセルロースを
混合し窒素雰囲気下で160℃で30分間還流した後に
100℃まで冷却して16.5gの塩化リチウムを加
え、約1週間撹拌を続けセルロース溶液を調製した。こ
の様に調製したセルロース溶液の200gに5.5gの
ピリジンと6.8gの無水酢酸を混合し均一な溶液とし
反応原液を調製した。反応原液を30℃で3時間撹拌を
つづけた後、約2リットルのエチルアルコールと混合
し、沈澱物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量の
エチルアルコールで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥し
た。この結果乾燥した沈澱物の重量は、3.2gであっ
た。この様にして回収した沈澱物の一部でIR測定ある
いはジメチルスルフォオキシド−d6 に溶解し13CNM
Rスペクトルを測定した結果、それぞれ<<F>>=
0.34、<<f2 >>=0.08、<<f3 >>=
0.05、<<f6 >>=0.21であるセルロ−スア
セテ−トであった。この試料をCAH01と呼ぶ。
【0044】シュラム アンド ヒストリン培地に培地
1g当たり1万個の菌体濃度でアセトバクターキシリナ
ムを添加し27℃で10日間通気培養し、得られたゲル
物を次亜塩素酸ナトリウム水溶液で洗浄し、更に大量の
水で5回洗浄した後、加熱プレス器で圧縮乾燥して、バ
クテリアセルロースのシート状物を調製した。上記の様
にして製造したCAR01、CAR02、CAR03、
CAH01、をジメチルスルフォキシドに各々10%の
濃度で溶解し、ガラス板上に流延した後120℃で24
時間真空乾燥して各々のフィルムを得た。この様にして
調製したセルロースアセテートフィルムとバクテリアセ
ルロースシート状物を実施例4と全く同条件でつまり、
平成4年6月20日に高槻市八丁畷11−7にある実験
用綿畑の土中深さ20cmの位置に埋めて、30日間放
置しフィルムまたはシート状物の重量変化を測定した。
実施例4で定義した生分解度Rを評価した結果を表2に
示す。
【0045】
【比較例2】実施例1で得た5gのTRC01−01を
0.5リットルのジメチルスルフォキシドに溶解して溶
液を得た後、この溶液に30℃でTRC01−01のグ
ルコースユニット当たり20倍モルの塩化水素ガスを注
入混合した。塩化水素ガスの注入混合後、1時間撹拌し
た上記混合溶液を2.5リットルのエタノールと混合し
て沈澱物を濾過分離した。分離された沈澱物を大量のエ
タノールで5回洗浄し、真空乾燥器で乾燥した。この様
にして回収した沈澱物はジメチルスルフォオキシドに不
溶であったため、沈澱物の一部を10%のLiClを含
むジメチルアセトアミドに溶解し溶液を得、その溶液に
溶液の20%のジメチルスルフォキシド−d6 を混合し
た後13CNMRスペクトルを測定し、D.Gagnai
re et.al.,J.Polym.Sci.Pol
ym.Chem.Ed.,18,13(1980).に
記載のある結果と比較した結果、沈澱物はセルロースあ
ることが判明した。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、生分解性の高い選択位
置置換セルロースエステルが得られる。本発明によって
得られるセルロース誘導体を用いて作られる膜、繊維、
樹脂の様な工業素材は、容易に微生物により分解され地
球環境汚染の進行を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のSCA0113CNMRスペクトル図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記のI、II、III、Vの一般式で
    表される構造単位の和が95%以上であり、かつ構造単
    位II、IIIおよびVの和が10%以上で、構造単位
    の数が最大5000であることを特徴とするセルロース
    エステル。 【化1】 (但し、式中Rはアシル基である)
  2. 【請求項2】 グルコースユニットのC2 、C3 位の炭
    素に結合する水酸基を有し、C6 位の炭素に結合する水
    酸基の90%以上が保護基で置き換わったセルロースを
    原料とし、C2 位,C3 位の水酸基をエステル化した
    後、ハロゲン化炭化水素中で酸を作用させて保護基を脱
    離させることを特徴とする実質的にC2位とC3 位のみ
    に置換基を有するセルロースエステルの製造方法。
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