JPS645601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、キトサン誘導体に係り、さらに詳し
くは、ヒドロキシアルキルキトサンの製造方法な
らびに該誘導体をフイルム形成成分として含有す
るフイルム形成剤に関する。 キトサンは、カニ等の甲殻類、かぶと虫等の昆
虫類等の甲殻の形成成分である、キチンのＮ―ア
セチル基を熱アルカリで加水分解することにより
白色無定形粉末として得られる分子量20万〜40万
と推定される遊離アミノ基を有する塩基性多糖類
高分子物質である。その性質は、高温および熱ア
ルカリに安定であり、また、鉱酸および酢酸等の
特定の有機酸に酸塩として溶解し高分子電解質溶
液を形成する。 キトサン自体は、その特有の化学構造および性
質から、医薬、農薬、高分子材料、イオン交換樹
脂等きわめて広範な分野での利用展開が期待され
ており、また、具体的ないくつかの提案も行われ
ているが、水およびアルカリに不溶であり反応性
に乏しいことから、現状では排水処理の凝集剤と
して市販されているに過ぎない。 キチンおよびキトサンの利用展開をしていく上
で、まず、水溶性の誘導体を得ることがその手段
として掲げられる。キトサンの水溶性誘導体とし
て、キトサンの遊離ヒドロキシ基をアルキレオキ
シドでエーテル化して得られるヒドロキシアルキ
ルキトサンたとえばヒドロキシエチルキトサンが
知られている。ヒドロキシプロピルキトサンにつ
いては文献上その存在が知られているが、いずれ
の文献にも同定された記載は見当らない。ヒドロ
キシアルキルキトサンの製造方法として、キトサ
ンを高濃度のアルカリに浸漬処理後、圧搾するこ
とにより過剰のアルカリを除去し、解砕して得ら
れるアルカリキトサンをアルキレンオキシドでエ
ーテル化するアルカリキトサン法が知られてい
る。しかしながら該方法においては、炭素数３以
上のアルキレンオキシドたとえばプロピレンオキ
シドでエーテル化する場合高濃度のアルカリおよ
び多量の水が残存するため副反応が優先し、目的
とするヒドロキシアルキルキトサンたとえばヒド
ロキシプロピルキトサンを好収率で得ることがで
きない。 本発明は、炭素数３以上のアルキレンオキシド
をエーテル化剤として使用する場合においても、
高収率でヒドロキシアルキルキトサンの得られる
工業的にも採用可能なキトサン誘導体の製造方法
を提供することを第１の目的とし、該キトサン誘
導体フイルムの製造に適用するフイルム形成剤を
提供することを第２の目的とする。 本発明者等は、前記目的を達成すべく鋭意研究
の結果、特定の有機溶剤と水との混合反応溶媒中
において、アルカリの存在下、キトサンをアルキ
レンオキシドと反応させることにより、キトサン
の遊離ヒドロキシル基のエーテル化及び遊離アミ
ノ基のヒドロキシアルキル化が起こることを見出
し本発明を完成した。 本発明は、水難溶性有機溶剤の群から選ばれた
１種の溶剤の単独、水相溶性有機溶剤の群から選
ばれた１種の溶剤の単独、もしくは水難溶性有機
溶剤の群から選ばれた１種の溶剤と、水相溶性有
機溶剤の群から選ばれた１種の溶剤との混合溶剤
と、水との混合反応媒体中において、アルカリの
存在下、キトサンをアルキレンオキシドの群から
選ばれる１種または２種以上でエーテル化するこ
とを特徴とするキトサン誘導体の製造方法（以
下、「第１発明」という。）ならびに、キトサン誘
導体を溶剤に溶解せしめた粘度10〜1000cpsの溶
液であることを特徴とするキトサン誘導体フイル
ム形成剤（以下「第２発明」という。）である。 本第１発明において、製造の目的物質であり、
本第２発明において、フイルム形成成分であるキ
トサン誘導体は、キトサンの遊離ヒドロキシル基
及び遊離アミノ基をアルキレンオキシドと反応さ
せて得られるヒドロキシアルキルキトサンであ
り、具体的には平均付加モル数（Molar
Substitution）１、以上のヒドロキシエチルキト
サン、ヒドロキシプロピルキトサン、ヒドロキシ
ブチルキトサン、ヒドロキシエチルヒドロキシプ
ロピルキトサンまたはヒドロキシプロピルヒドロ
キシブチルキトサンである。ただし、平均付加モ
ル数とはグルコサミン残基当りのアルキレンオキ
シドの付加モル数である。 本第１発明において、原料キトサンとして、凝
集剤として市販されているキトサンまたは前述の
方法でキチンを処理して得られるキトサンを使用
する。また、前記アルカリキトサンを使用するこ
ともできる。エーテル化剤はエチレンオキシド、
プロピレンオキシド、およびブチレンオキシドの
群から選ばれる１種または２種以上のアルキレン
オキシドである。また、アルカリとしては、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれをも使用
できる。反応媒体は、ヘキサン、ヘプタン等の脂
肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素類、ケトン類、四塩化炭素、
パークロルエチレン等のハロゲン化炭化水素類等
の水難溶性有機溶剤の群から選ばれた１種の溶剤
の単独、イソプロパノール、ｔ―ブタノール等炭
素数３ないし４の脂肪族アルコール類、ジオキサ
ン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド
等の水相溶性有機溶剤の群から選ばれた１種の溶
剤の単独、もしくは前記水難溶性有機溶剤の群か
ら選ばれた１種と、水相溶性有機溶剤の群から選
ばれた１種との混合溶剤と、水との混合物であ
る。好ましくは、水難溶性有機溶剤としてトルエ
ンの単独、水相溶性有機溶剤としてｔ―ブタノー
ルの単独、混合溶剤としてヘキサンとｔ―ブタノ
ールとの混合溶剤と、水との混合物である。 本第１発明を実施態様に基き、さらに詳しく説
明する。 原料キトサンに対する重量比2.5〜5.0の有機溶
剤中に、原料キトサンを投入し撹拌して、キトサ
ンを有機溶剤中に充分拡散させる。ついでこのキ
トサンスラリーに、キトサンに対する重量比0.05
〜0.5好ましくは0.1〜0.3のアルカリおよびキトサ
ンに対する重量比0.1〜1.5好ましくは0.3〜1.0の
水をアルカリ水溶液の形で添加し、０〜40℃の温
度に１〜３時間保持して、キトサンにアルカリを
浸透させる。キトサンにアルカリを浸透させる条
件は、低温で長時間とすることにより好ましい結
果を得ることができる。原料キトサンとしてアル
カリキトサンを使用する場合には、アルカリキト
サンを反応媒体（有機溶剤と水との混合溶媒）中
に分散させるだけでよい。次いで、該スラリー中
に、所望のアルキレンオキシドを、所望の平均付
加モル数に対応する量添加し20〜120℃の温度で
５〜10時間エーテル化反応を行うことにより、所
望の平均付加モル数を有する目的とするヒドロキ
シアルキルキトサンが生成する。反応温度、反応
時間等の条件は、エーテル化剤として使用するア
ルキレンオキシドの種類、エーテル基置換度、使
用する有機溶剤の種類、量等によつて異る。エー
テル化剤がプロピレンオキシドの場合60〜80℃の
温度で５〜10時間エーテル化反応を行うことによ
り好ましい結果が得られる。 生成したキトサン誘導体は常法により脱アルカ
リを行ない、ついで熱水精製を数回繰返し行つた
後、低温で乾燥、粉砕することにより白色無定形
粉末として得られる。 本第１発明の製造方法で得られた平均付加モル
数3.0のヒドロキシプロピルキトサンのIR曲線を
第１図に示す。 本第１発明の製造方法で得られるヒドロキシア
ルキルキトサンのうち、ヒドロキシエチルキトサ
ン、ヒドロキシプロピルキトサン、ヒドロキシエ
チルヒドロキシプロピルキトサンおよびヒドロキ
シプロピルヒドロキシブチルキトサンは水に可溶
であるが、ヒドロキシブチルキトサンは水に不溶
であり、塩化メチレン、アセトン等の特定の有機
溶剤に可溶である。また、ヒドロキシエチルキト
サンは水には可溶であるが有機溶剤には不溶であ
り、平均付加モル数の小さいヒドロキシプロピル
キトサンも有機溶剤への溶解性が悪くなる。 これらのヒドロキシアルキルキトサン類を水お
よび有機溶媒に溶解することにより粘性の溶液を
形成する。添付第２図に各種ヒドロキシアルキル
キトサン水溶液の濃度―粘度曲線を示す。ヒドロ
キシアルキルキトサン類は、優れた増粘特性を有
しているので、医薬等の賦形結合剤、水性イン
キ、化粧料等の増粘剤等として広く利用し得る。 本第２発明は、本第１発明で得られるキトサン
誘導体をフイルム形成成分とするフイルム形成剤
であり、該キトサン誘導体を水または水と相溶性
の有機溶剤に溶解せしめた粘度10〜1000cpsの溶
液である。該フイルム形成剤をガラス板、テフロ
ン板等の表面の平滑な板上に流し、乾燥して溶剤
を除去することにより、該キトサン誘導体のフイ
ルムを容易に成膜することができる。粘度範囲が
前記の範囲外では膜厚にむらを生じる等成膜性が
悪くなるので好ましくない。該フイルム形成剤
は、医薬用フイルムコーテイング剤等フイルムコ
ーテイングの分野で広く利用することができる。
また、該キトサン誘導体フイルムは、キトサンに
固有の殺菌性等を利用した貼付薬剤、イオン交換
膜、透析膜等として使用することができる。 本発明は、キトサン誘導体製造の出発物質であ
り、また、医薬等の賦形結合剤、増粘剤等広範な
分野で利用し得るキトサン誘導体を高収率で製造
し得る工業的に採用可能なキトサン誘導体の製造
方法を提供すると共に、広範な分野で利用可能な
キトサン誘導体フイルムを製造するためのフイル
ム形成剤を提供するものであり、その産業的意義
は極めて大きい。 以下、実施例により本発明を、さらに詳しく説
明する。ただし、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。 〔実施例 １〕 市販の粉末キトサン（脱アセチル化度75.5重量
％）100重量部、カ性ソーダ10重量部、水45重量
部、ｎ―ヘキサン250重量部およびｔ―ブタノー
ル150重量部を反応器に仕込み、窒素置換を行い
25℃の温度で２時間撹拌し、キトサンにアルカリ
を浸透させた。ついでプロピレンオキシド272重
量部を添加し、80℃に昇温せしめ、その温度に５
時間保持して、エーテル化反応を完結せしめソボ
ロ状の反応生成物を得た。この反応生成物を酢酸
を用いて脱アルカリ処理した後、熱水によるゲル
精製処理を行い、ついで60℃の温度で真空乾燥
し、粉砕することによつて白色無定形粉末の平均
付加モル数2.5のヒドロキシプロピルキトサンを
得た。このヒドロキシプロピルキトサンの水およ
び各種有機溶剤への溶解性を、後述する実施例２
ないし７で得られたヒドロキシアルキルキトサン
と共に第１表に示す。 〔実施例 ２〕 市販の粉末キトサン（純分79.0重量％）100重
量部、カ性ソーダ20重量部、水45重量部、ｔ―ブ
タノール250重量部を反応器に仕込み、窒素置換
を行つた後、５℃の温度で３時間撹拌した。つい
でプロピレンオキシド427重量部を加え、60℃，
70℃，80℃の温度に順次昇温し、各温度に各２時
間保持しエーテル化反応を完結した。得られた反
応生成物を実施例１と同様に処理し平均付加モル
数3.0のヒドロキシプロピルキトサンを得た。 得られたヒドロキシプロピルキトサンのIR曲
線を第１図に、水溶液の粘度曲線を実施例４およ
び７で得られたヒドロキシアルキルキトサンと共
に第２図に示す。 （元素分析値：C53.8，H8.6，O33.5，N4.1） 〔実施例 ３〕 市販のキチンを熱アルカリ処理して得たキトサ
ン（純分79.0重量％）100重量部、カ性ソーダ20
重量部、水45重量部、トルエン490重量部を反応
器に仕込み窒素置換し、35℃の温度に保持し1.5
時間撹拌した。ついでプロピレンオキシド427重
量部を加え、60℃，70℃，80℃の温度に順次昇温
し、各温度に各３時間保持し、エーテル化反応を
完結した。得られた反応生成物を実施例１と同様
に処理し、平均付加モル数2.8のヒドロキシプロ
ピルキトサンを得た。 〔実施例 ４〕 実施例２において、プロピレンオキシド427重
量部に代え、エチレンオキシド65重量部を使用し
た以外は同一の条件で処理し、白色無定形粉末状
の平均付加モル数1.5のヒドロキシエチルキトサ
ンを得た。 （元素分析：C47.9，H7.4，O38.6，N5.9） 〔実施例 ５〕 実施例３においてプロピレンオキシド427重量
部に代え、１，２―ブチレンオキシド530重量部
を使用した以外は同一の条件で処理し、白色無定
形粉末状平均付加モル数2.0のヒドロキシブチル
キトサンを得た。 〔実施例 ６〕 実施例２において、プロピレンオキシド427重
量部に代え、プロピレンオキシド285重量部、お
よび、エチレンオキシド43重量部を使用した以外
は同一の条件で処理し、白色無定形粉末状の平均
付加モル数ヒドロキシエチル0.5、ヒドロキシプ
ロピル2.0のヒドロキシエチルヒドロキシプロピ
ルキトサンを得た。 〔実施例 ７〕 実施例２において、プロピレンオキシド427重
量部に代え、プロピレンオキシド285重量部およ
び１，２―ブチレンオキシド106重量部を使用し
た以外は同一の条件で処理し、白色無定形粉末状
の平均付加モル数ヒドロキシプロピル2.0、ヒド
ロキシブチル0.4のヒドロキシプロピルヒドロキ
シブチルキトサンを得た。 （元素分析値：C53.4，H8.5，O33.6，N4.5）

【表】 〓注〓 表中、溶媒への溶解性は２％溶液
とした時の溶解性を示し、○印は可
溶、△印はやや溶解、×印は不溶を表
す。
〔実施例 ８〕 実施例２，４および７で得られたキトサン誘導
体を水またはエタノールに溶解し、粘度100cpsの
フイルム形成剤を調整した。 ついで、該フイルム形成剤を使用し、テフロン
板上で成膜し、厚さ50±5μの透明フイルムを得
た。得られたフイルムの性能を第２表に示す。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図、平均付加モル数3.0のヒドロキシプロ
ピルキトサンのIR曲線を示す。第２図、実施例
No.２，４および７で得られたキトサン誘導体の水
溶液の濃度―粘度曲線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水難溶性有機溶剤の群から選ばれた１種の溶
   剤の単独、水相溶性有機溶剤の群から選ばれた１
   種の溶剤の単独、もしくは、水難溶性有機溶剤の
   群から選ばれた１種の溶剤と水相溶性有機溶剤の
   群から選ばれた１種の溶剤との混合溶剤と、水と
   の混合反応媒体中において、アルカリの存在下、
   キトサンをアルキレンオキシドの群から選ばれた
   １種または２種以上でエーテル化することを特徴
   とする、キトサン誘導体の製造方法。 ２ キトサン誘導体が平均付加モル数１以上のヒ
   ドロキシエチルキトサン、ヒドロキシプロピルキ
   トサン、ヒドロキシブチルキトサン、ヒドロキシ
   エチルヒドロキシプロピルキトサン、もしくは、
   ヒドロキシプロピルヒドロキシブチルキトサンで
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ アルキレンオキシドの群が、エチレンオキシ
   ド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドの群
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ アルカリが水酸化ナトリウムもしくは水酸化
   カリウムである特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５ 水難溶性有機溶剤が脂肪族炭化水素類、芳香
   族炭化水素類、ケトン類、ハロゲン化炭化水素類
   の群から選ばれる１種である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ６ 水相溶性有機溶剤が、炭素数３ないし４の脂
   肪族アルコール類、ジオキサン、テトラヒドロフ
   ラン、ジメチルスルホキシドの群から選ばれる１
   種である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 反応媒体が、トルエンの単独、ｔ―ブタノー
   ルの単独、もしくはヘキサンとｔ―ブタノールと
   の混合溶剤と、水との混合物である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。