JPS5941641B2 - カルボキシメチルセルロ−スのエ−テル化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカルボキシメチルセルロース（以下ＣＭＣと略
記する）のエーテル化方法に関するものであり、更に詳
しくはＣＭＣの活性化方法に関するものである。

本発明はＣＭＣを３０〜７０重量％の苛性アルカリ水溶
液に溶解せしめ１０〜６０℃の温度範囲で捏和すること
を特徴とし、簡単な工程により。

より均質に活性化されたマーセル化ＣＭＣを軟質粉末状
として得ることにより、当該マーセル化ＣＭＣのエーテ
ル化反応性を高め、エーテル化反応時間の短縮、及びエ
ーテル化剤添加量削減を企るためになされた。尚、上記
の「捏和すること」とは本来「こねまわして混和する」
ことを意味するが、本発明においては、実施例１〜３に
記載しているように捏和する設備として双腕粉砕型ニー
ダーを用いているように混合機能と粉砕機能を有する設
備を用いてフ混和することであつて、換言すれば「混和
および粉砕を同時に行なうこと」を意味する。

カルボキシメチル基を含むセルロース混合エーテルを製
造する場合一般にマーセル化ＣＭＣとハロゲン化エチル
、硫酸ジエチルなどの通常使用さワれるアルキル化剤と
反応させることにより行なわれる。

この場合、目的とする該セルロース混合エーテルの性質
は原料マーセル化ＣＭＣの均一性によつて大きく影響を
うける。即ち、マーセル化ＣＭＣに要求される事項はア
ルカリ分布が均一で０あること、ハロゲン化アルキル等
のエーテル化剤との反応のために充分かつ最少量の苛性
アルカリを含み、かつ副反応その他を防ぐため均一性を
そこなわれない範囲で最少量の水分を含むことである。
５ 又、一般にセルロース類のアルキルエーテル化剤と
しては工業的にはハロゲン化エチル等のハロゲン化アル
キルが用いられ、かかる反応系は固相。

液相及び気相からなる不均一反応である。セルロースエ
ーテル類の製造においては一般にセルロー０ス類原料を
苛性アルカリ溶液で処理することにより結晶部を破壊し
、反応性に富むアルカリセルロース（マーセル化セルロ
ース）とする。均質なアルカリセルロースを得るために
は苛性アルカリを均一に分散させることが基本となるこ
とは前記の０５通りであるが、アルカリで前処理したセ
ルロース類は膨潤した極めて親水性に富む物質であり、
エーテル化反応を行なわせるためには、この中にハロゲ
ン化アルキルを均一に分散浸透させることが重要である
。このエーテル化剤の分散浸透が不充分であると，ハロ
ゲン化アルキルの加水分解による消費が増大し、ハロゲ
ン化アルキルの有効利用率が低下し製造コストアツプの
原因となるのみならず、エーテル置換基分布が不均一な
低品位のセルロース混合エーテルしか得られない。

このような観点からするとカルボキシメチル基を含むセ
ルロース混合エーテルを製造する場合，原料ＣＭＣのマ
ーセル化の均一性のみならず．エーテル化剤たるハロゲ
ン化アルキルの分散浸透性に優れた構造のマーセル化Ｃ
ＭＣを反応に供することが高品位の製品をより安価に製
造するために望ましい。

従来カルボキシメチル基を含むセルロース混合エーテル
の製造法として種々提案されているが，大別すると以下
の通りとなる。

（４）・・・ジオキサン中でパイプをモノクロル酢酸と
ともにスラリー化し、苛性ソーダ及び塩化エチルを加え
て反応させカルボキシメチル化及びエチル化を同時に行
なう（特開昭５０−１４４７５２号）。

（Ｂ）・・・粉末ＣＭＣをジオキサン中でスラリー化し
液体苛性ソーダ及び塩化エチルを加えてエチル化する（
特開昭５０−１４４７５２号）。

（Ｃ）・・・パイプを常法によつてカルボキシメチル化
し次いで得られたＣＭＣをベンゼン等の有機溶媒の存在
下に苛性ソーダ及び塩化エチルを加えてエチル化する（
特公昭５３−８７５１号）。

いずれの方法においてもセルロース性原料を苛性アルカ
リの存在下にエーテル化する方法であり、原料の反応性
を高めるために苛性アルカリを使用している点では同じ
である。しかし（４）法及び（Ｂ）法は有機溶媒中にお
いてアルカリ処理を行なうため、反応性に富むアルカリ
セルロースを得るための基本条件，即ち、［均質なアル
カリセルロースの形となしてエーテル化反応に供する」
という点を充分満足しているとは言い難い。

又、（Ｃ）法も実質的にはベンゼン等の有機溶媒中にお
けるアルカリ処理を含むものであり，前記Ｖｓ），及び
（８）法と同様に十分反応性に富むアルカリセルロース
を得るための基本条件を十分満足しているとは言い難い
。このような基本条件を満足する方法としてＣＭＣを高
濃度のアルカリに高温度で短時間浸漬することが好まし
いと考えられるのであるが，実際にはこれでは均一なマ
ーセル化物が得がたい。或いは原料ＣＭＣの物理的性質
に制約を受けて，前記の条件は実施しがたい。実際には
低濃度アルカリに低温において長時間浸漬したのち，こ
れを圧搾してマーセル化物を得る方法を採用せざるを得
ない。しかし係る方法では、製造時間が長く，多くの労
力を要するほか，マーセル化ＣＭＣのアルカリ及び水分
濃度の調整が困難であること以外に、エーテル化剤の浸
透性を増すために圧搾後マーセル化ＣＭＣの粉砕工程が
必要である等の欠点を有している。

そのためにこの方法には生産効率の低下あるいは工程管
理の困難性等多々の問題点がある。本発明者らはこのよ
うな従来技術を踏まえ、係る欠点を有しない低粘度マー
セル化ＣＭＣの製造法を先に提案（特願昭５４−１６１
００号）したが，該方法ではマーセル化時に過酸化水素
を添加するため、得られるマーセル化ＣＭＣは低粘度品
であり、これを原料として得られるセルロース混合エー
テルも又，低粘度品となる。従つて該方法は低粘度セル
ロース混合エーテルの製造法としては有利であるが、高
粘度セルロース混合エーテルの製造方法としては採用で
きない。

本発明者らは前記の如き従来技術を踏まえ、前記の欠点
を有しないマーセル化ＣＭＣの製造法を検討した結果，
ＣＭＣを次のエーテル化反応に必要かつ最少量の３０〜
７０重量％濃度の苛性アルカリ水溶液に溶解せしめて、
次いで１０〜６０ルＣの温度範囲で捏和することにより
、前記の諸欠点を有しないアルカリ分布の均一なマーセ
ル化ＣＭＣを得ることができ，更にその上得られるもの
は別途の粉砕工程を経ることなく次のエーテル化反応に
使用できる軟質粉末状の形のマーセル化ＣＭＣであり，
該マーセル化ＣＭＣをエーテル化反応に供した場合，エ
ーテル化反応速度が著しく向上することを児い出し、本
発明を完成するに至つたこのように本発明を実施するこ
とによつて高活性化されたマーセル化ＣＭＣが得られる
が，その原因としては，有機溶媒を全く含まぬ系におい
てアルカリ処理すること，及び得られるマーセル化ＣＭ
Ｃが軟質粉末状となることが大きく寄与しているものと
考えられる。

本発明においては、用いられるＣＭＣは特に限定されな
いが当該ＣＭＣを原出発物として製造される目的物、即
ち、少なくとも一成分としてカルボキシメチル基を有す
るセルロース混合エーテルの種類、目的品質などに応じ
て選択することができる。

本発明の方法ではＣＭＣを３０〜７０重量％の苛性アル
カリ水溶液に溶解するが，その際の溶解性の観点からカ
ルボキシメチル基の置換度（以下ＤＳと略記）０．０５
以上好ましくは０．２以上のＣＭＣが適当である。次に
本発明における苛性アルカリとしては種々のものが用い
られるが，工業的利用性からすると苛性ソーダが有利で
あり、マーセル化する際のアルカリ濃度は３０〜７０重
量？が好ましい。

処理温度は種々の濃度の苛性ソーダの凝固点以上の温度
，即ちおよそ１０〜６０℃の範囲で実施される本発明の
アルカリ分布の均一なマーセル化ＣＭＣを軟質粉末状と
して短時間に得るためには３０〜６０％程度の苛性ソー
ダを用い，その処理温度を３０〜５０℃とすることが好
ましい。また１０℃以下では処理時間が長くなり，一方
６『Ｃ以上となると軟質粉末状になりがたく、硬質塊状
物を形成しやすくなるので、処理温度としては１０〜６
０℃好ましくは３０〜５０℃の範囲が望ましい。ところ
で本発明においてはマーセル化ＣＭＣを次工程で粉砕す
る必要のない軟質粉末状として最終的に得ることがその
特徴の一つであり、その目的達成のために好ましい処理
装置としては捏和装置，例えばバツチ式あるいは連続式
の粉砕型二ーダ一などが挙げられる。

本発明の方法でマーセル化したＣＭＣは数關以下の粉状
として得られるが，このものをエーテル化するには，セ
ルロース類をエーテル化する公知の方法が利用できる。

例えばハロゲン化アルキル硫酸化アルキルなどのアルキ
ル化剤とそれらの溶媒とともに加熱攪拌することによつ
てエーテル化される。本発明の方法によつてマーセル化
したＣＭＣを用いた場合、反応は容易に速やかに均一に
行われる。

他の方法でマーセル化したＣＭＣを用いると反応が均一
に進行せず，プロツクを生じたりローカルヒーテイング
を生じたりし、生成エーテル化ク］ 物も不均質で着色されたものしか得られない。

あるいはマーセル化ＣＭＣの活性化が不充分なため、エ
ーテル化反応時間に長時間要すること，エーテル化剤使
用量が多いこと等の欠点を有する。本発明を実施するこ
とにより得られる利点の幾つかをあげると以下のとおり
である。１）苛性アルカリ水溶液に均一に溶解させマー
セル化するため有機溶媒中でスラリー状態でマーセル化
する方法に較べ，均一にマーセル化される。

２）苛性アルカリ水溶液による浸漬圧搾法によるマーセ
ル化法における浸漬一圧搾一粉砕工程を一工程で，しか
も短時間に行うことができる。

３）次のエーテル化反応に必要な水分及びアルカリ量を
添加するだけで，マーセル化できるので単なる浸漬圧搾
法に較べ極めて工程管理が容易である。

４）得られるマーセル化ＣＭＣは軟質粉末状であるため
粉砕工程が不要であるのみならずマーセル化が均一に行
われており，又，エーテル化剤の分散浸透が容易に行わ
れる形態となつているため，これを原料とした場合，次
のエーテル化反応が均一にかつ速やかに進行し，生成す
るセルロース混合エーテルは，エーテル基が均一に置換
したものとなり溶液とした場合の透明性及び造膜性良好
なる高品位のものが得られるのでこのような高品位セル
ロースエーテルの製造法として本発明の方法は特に有利
に使用される。

５）得られるマーセル化ＣＭＣの活性は従来のマーセル
化法によつて得られるものに較べ高いものであり，エー
テル化反応時間の短縮、又は，工ーテル化剤使用量削減
を企ることができる。

以上のとおり、本発明を実施することによりアルカリ分
布の均一なマーセルイしＣＭＣをエーテル化剤の分散浸
透に優れた軟質粉末状として簡単なプロセスで得ること
ができ、，これをエーテル化した少なくとも一成分とし
てカルボキシメチル基を有するセルロース混合エーテル
は極めて高品位なものであり，かつその生産性を増すこ
とが可能となることなど、その工業的意義は大きい。次
に本発明の方法を実施例をもつて更に詳しく具体的に説
明するが，本発明の主旨を超えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

なお実施例において％及び部は特に説明のない限り重量
％及び重量部を示すものであり、粘度，透過率、及び白
色度は各々次の測定法による結果を示したものである。
ＣＭＣ粘度・・・・・・６０℃の８０％メタノール水浴
液で洗液がＰＨ＋７に至るまで洗浄したのち６０℃で恒
量に至るまで真空乾燥した精製ＣＭＣを水に溶かして調
整した１％水溶液の粘度を２５℃でＢ型粘度計を用いて
測定した。

混合エーテル粘度・・・・・・マーセル化ＣＭＣを原料
として製造したセルロース混合エーテルの精製品を１０
５℃で２時間熱風乾燥したものを８０％エタノール水溶
液に溶解して調整した５％溶液の粘度を２５℃でＢ型粘
度計を用いて測定した。

透過率・・・・・・セルロース混合エーテルの乾燥品１
９をとり、エタノールージクロルメタン混合溶媒（重量
比１：１）１９９に溶解し５％溶液を調整する。

この溶液を層長１０ｍ７！Ｌのセルに入れ，該混合溶媒
をブランクとして光電比色計を用いて常温で測定した。
白色度・・・・・・よく粉砕された該セルロース混合エ
ーテル（２００メツシユパス品）を標準白土を１００％
として，４８０ｍμの波長で分光光電光度計を用いて測
定した。

実施例 １ ４８％苛性ソーダ水溶液５４０９を双腕粉砕型ニーダ一
に仕込み温度を３０℃としたのち，カルボキシメチル基
ＤＳＯ．４２，粘度９０ｃｐｓ，純分９６．０％，含水
率３，６％の粉末ＣＭＣ２Ｏ８９を添加し均一に溶解さ
せたのち捏和した。

反応が進行するに従つて系は発熱するが，冷却しつつ系
内温度を４８．０℃以下に保つた。ＣＭＣ添加後約２５
分で系は均一系から団子状塊状物となり約４０分で約１
龍径の軟質粉末状のマーセル化ＣＭＣが得られ、処理時
間１時間でとり出した。この軟質粉末状マーセル化ＣＭ
Ｃ３７４９，トルエン４００ｇを， １１オートクレー
ブに仕込み激しく攪拌しながらエチルクロライド２１２
９を加えた。反応開始後，反応系は直ちに均一スラリ一
化し１１０〜１２０℃で１８時間反応させた。冷後，大
部分の溶媒を蒸留回収し純水２４０ｆ！を加え室温で２
時間攪拌した。次いで１２Ｎ硫酸で系のＰＨを約２に調
整することにより粒状のカルボキシメチルエチルセルロ
ースを得た。このものを淵取したのち、５０〜６０℃の
温水で洗液が中性になるまで洗浄し７０℃の熱風乾燥器
中で恒量になるまで乾燥し，精製品１０８９を得た。こ
のもののカルボキシメチル基及びエトキシル基のＤＳは
各々０．４２及び２、２０，白色度８９．０％の粒状品
であり，メチレンクロライド／エタノール（５０：５０
），エタノール／水（８０：２０）に完全に溶解し，粘
度４２．０Ｃｐｓ、透過率９２．０％の均一溶液であつ
た。これらの溶液から得られた乾燥皮膜は無色透明・平
滑かつ強じんであつた。実施例 ２ ４８％苛性ソーダ水溶液５１０Ｖを双腕粉砕型ニーダ一
に仕込み温度を３０℃としたのち，カルボキシル基ＤＳ
Ｏ．５Ｏ，粘度８０ｃｐｓ，純分９５，５％、含水率４
．０％の粉末ＣＭＣ２Ｏ９９を添加し均一に溶解させた
のち．捏和した。

反応が進行するに従つて系は発熱するが，冷却しつつ系
内温度を４８℃以下に保つた。ＣＭＣ添加後約４０分で
約１龍径の軟質粉末状のマーセル化ＣＭＣが得られ、処
理時間１時間でとり出した。この軟質粉末状マーセル化
ＣＭＣ３５９．７ｆ！，トルエン４００９を１１オート
クレーブに仕込み激しく撹拌しつつエチルクロライド２
０４ｆ！加えた。反応開始後，反応系は直ちに均一スラ
リ一化し１１０〜１２０℃で１８時間反応させた。冷後
、実施例１と同様に処理し、精製カルボキシメチルエチ
ルセルロース１０３９を得た。このもののカルボキシメ
チル基及びエトキシル基のＤＳは各々，０．５０及び２
．０５、白色度８７？の粒状品であり，メチレンクロラ
イド／エタノール（５０：５０），エタノール／水（８
０：２０）に完全に溶解し粘度４０．５ｃｐｓ，透過率
９１．０？の均一溶液であつた。これらの溶液から得ら
れた乾燥皮膜は無色透明・平滑かつ強じんであつた。実
施例 ３実施例１においてエチルクロライドの量を１７
０ｆ！とした以外は実施例１と全く同様に処理して粒状
のカルボキシメチルエチルセルロース１０２９を得た。

このもののカルボキシメチル基及びエトキシル基のＤＳ
は各々０，４２及び２，０３．白色度８７．０％の粒状
品でありメチレンクロライド／エタノール（５０：５０
）、エタノール／水（８０：２０）に完全に溶解し、粘
度４３．０ｃｐｓ、透過率９０％の均一溶液であつた。

これらの溶液から得られた乾燥皮膜は、無色透明・平滑
かつ強じんであつた。

比較例 １ ４８％苛性ソーダ水溶液１４００ｆ！を２１ガラスビー
カ一に採り温度を３０℃としたのち，実施例１で用いた
ものと同一のＣＭＣ２Ｏ８９を添加し、均一に溶解させ
たのち、バス温３０℃の恒温槽中に５時間浸漬しマーセ
ル化処理を行つた。

得られたマーセル化ＣＭＣは流動性の全くない弾性塊状
物であつた。このものを圧搾機を用いて４５０〜５００
ｋｇ／ＣＴｉｌの荷重で３０分間圧搾し圧搾比３．７３
（ＣＭＣ純分に対する圧搾後のマーセル化ＣＭＣの重量
比）の塊状マーセル化ＣＭＣを得た。このマーセル化Ｃ
ＭＣの粘度は７０ｃｐｓであつた。このマーセル化ＣＭ
Ｃは弾性を有する軟質塊状物であり，このものを径１〜
５ｍｍの大きさに粉砕した。

このものを３７４９用いた以外は実施例１と全く同一条
件でエチルクロライドと反応させカルボキシメチルエチ
ルセルロースを合成した。

反応系が完全に均一スラリ一化するためには反応開始後
約３時間要した。

この間，伝熱が不均一で一部反応器壁に付着し反応混合
物は過熱のため赤かつ色に着色した。反応温度１１０〜
１２０℃で２１時間反応させ以後実施例１と同様に処理
し精製処理を行つたが洗浄温水可溶成分を著量含み、精
製カルボキシメチルエチルセルロース８９．０ｆ！を得
たにすぎなかつた。

このもののカルボキシメチル基及びエトキシル基のＤＳ
は各々，０．４２及び１．９８，白色度６５％の粒状品
であり，メチレンクロライド／エタノール（５０：５０
），エタノール／水（８０：２０）に溶解した場合，微
粉末状の不溶物を含み，粘？６８．０ｃｐｓ，透過率３
０％であつた。

これらの溶液から得られた乾燥皮膜は完全な連続膜とな
らず一部ウロコ状となり白化した半透明のものであつた
。比較例 ２ 実施例１で用いたものと同一のＣＭＣｌＯ４９をジオキ
サン４００９中にスラリー化し，それに４８％液体苛性
ソーダ１００ｆ！を加えた。

これを室温で３０分間攪拌しこの時点で別の４８％液体
苛性ソーダ１７０９を加え更に３０分間攪拌した。この
スラリーをオートクレーブに移し，激しく攪拌しながら
エチルクロライド２１２９を加え、１１０〜１２０℃で
１８時間反応させた。このものを実施例１と同様に処理
し精製処理を行つたが，洗浄温水可溶成分を著量含み，
精製カルボキシメチルエチルセルロース８５ｆ！を得た
にすぎなかつた。このもののカルボキシメチル基及びエ
トキシル基のＤＳは各々、０．４２及び１．９０，白色
度８０％の粒状品であつた。このものをメチレンクロラ
イド／エタノール（５０：５０）、エタノール／水（８
０：２０）に溶解した場合、粘度７４．５ｃｐｓの均一
溶液となるが透過率７０％と幾分か白濁味を帯びたもの
であつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カルボキシメチルセルロースを濃度３０〜７０重量
   ％の苛性アルカリ水溶液に溶解し１０〜６０℃の温度範
   囲で■和することにより均質に活性化した高粘度マーセ
   ル化カルボキシメチルセルロース軟質粉末の製造方法。 ２ カルボキシメチルセルロースを濃度３０〜７０重量
   ％の苛性アルカリ水溶液に溶解し１０〜６０℃の温度範
   囲で■和することにより得た、均質に活性化された高粘
   度マーセル化カルボキシメチルセルロース軟質粉末をエ
   ーテル化剤と反応させることにより、カルボキシメチル
   セルロースをエーテル化する方法。