KR20030025682A

KR20030025682A - 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법

Info

Publication number: KR20030025682A
Application number: KR1020010058847A
Authority: KR
Inventors: 조규일; 백현호; 전운종
Original assignee: 삼성정밀화학 주식회사
Priority date: 2001-09-22
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2003-03-29
Also published as: KR100461565B1

Abstract

본 발명은 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는데 있어, 상기 가수분해 반응을 일정 압력, 온도범위에서 수행함으로써 산 촉매의 사용량을 최소화할 수 있고, 이때 얻어지는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 다시 일정온도의 질소가스로 유동시킴으로써 최종제품의 황변현상과 잔류산의 양을 최소화하고 탄화물 생성 등의 부반응을 감소시켜 의약용으로 사용 가능한 점도범위를 갖는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법에 관한 것이다.

Description

저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법{Preparation of hydroxypropylmethyl cellulose}

본 발명은 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는데 있어, 상기 가수분해 반응을 일정 압력, 온도범위에서 수행함으로써 산촉매의 사용량을 최소화할 수 있고, 이때 얻어지는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 다시 일정온도의 질소가스로 유동시킴으로써 최종제품의 황변현상과 잔류산의 양을 최소화하고 탄화물 생성 등의 부반응을 감소시켜 의약용으로 사용가능한 점도범위를 갖는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 주로 의약용으로 많이 사용되고 있으며, 그 용도로는 의약용 정제의 수분 침투 방지, 냄새 및 맛의 제거, 제품의 안정성 확보 등의 목적으로 사용되는 정제 코팅제와 최근에 광우병 파동으로 인한 젤라틴 캅셀의 대체용으로 사용되는 식물성 캅셀의 원료, 그리고 결합제,현탁제 등으로 널리 사용되고 있다. 이와같은 이유로 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조 방법은 많은 연구가 되어왔으며, 특히 의약용 분야에서 백색도, 강열잔분 함량 등 제품의 상품가치에 영향을 주는 요소의 개선이 중요한 관심사라 할 수 있다.

중점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스로부터 저점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 방법에 대해서는 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 구성하고 있는 글루코오스 분자 사이의 에테르 결합을 끊어 중합도를 감소시킴으로써 저점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻는 방법이 널리 알려져 있다. 상기 방법은 중점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매 하에서 가수분해함으로써 얻어지는데, 보통 건조 분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스에 염화수소 가스나 할로겐화 수소를 주입시켜 반응시키거나, 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 회전식 믹서의 혼합 장치 내에서 불활성 유기용매를 이용하여 슬러리화하고 이를 할로겐화 수소가스 등의 산촉매로 가수분해시켜 저점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 방법 등이 널리 알려져 있다. 그러나, 산 촉매 존재 하에서 가수 분해하는 반응은 반응 후 최종제품에 황변현상 등이 발생하거나, 제품에 잔류하고 있는 잔류산이 보관 중 지속적으로 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 에테르 결합을 파괴해 시간이 지날수록 제품의 점도가 감소하는 등의 단점이 있다.

또 다른 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법은 공기나 과산화수소를 사용해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 구성하고 있는 글루코오스 분자를직접 산화 반응시켜 글루코오스의 고리구조를 파괴함으로써 분자량을 감소시키는 방법이 있다. 상기 방법은 표백효과가 있는 장점이 있으나, 분자량을 대폭 감소시키고자 할 때에는 효과가 떨어지는 것이 일반적이다. 특히, 글루코오스 분자가 파괴됨으로써 제거할 수 없는 부산물이 생성됨으로써 다른 응용에 필요한 물성을 제대로 재현하지 못하는 등의 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는데 있어, 상기 가수분해 반응을 일정 압력, 온도범위에서 수행하여 산촉매의 사용량을 최소화할 수 있고, 이때 얻어지는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 다시 일정온도의 질소가스로 유동시킴으로써 최종제품의 황변현상과 잔류산의 양을 최소화하고 탄화물 생성 등의 부반응을 감소시켜 의약용으로 사용가능한 점도범위를 갖는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해하여 저점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 가수분해 반응은 산촉매하에서 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm로 가압하여 60 ∼ 75 ℃의 온도범위에서 가수분해 한 후에, 후처리공정으로 40 ∼ 60 ℃의 질소가스로 유동시키는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래에는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해시켜 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하였으나, 본 발명에서는 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm로 가압한 후 60 ∼ 75 ℃에서 3 ∼ 5 시간동안 가수분해 반응을 수행함으로써 산촉매의 사용량을 현격하게 줄일 수 있고, 후처리 공정으로 40 ∼ 60 ℃의 질소가스로 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 유동시키는 공정을 도입함으로써 부반응이 없어 최종제품의 황변현상과 제품내 잔류산의 양을 최소화시켜 제품의 점도를 일정하게 유지시켜 주는 특징이 있다.

본 발명에 사용된 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 셀룰로오스에 메틸클로라이드와 산화프로필렌을 반응시켜 얻어진 셀룰로오스 에테르로, 치환도 형태는 메톡실 함량이 28.0 ∼ 30.0%, 히드록시프로필 함량이 7.0 ∼ 12.0%인 한국약전에 명기된 2910타입의 제품이다. 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 0.5 ∼ 5%의 수분을 함유하고 있는 건조분말상으로, 2% 수용액에서의 점도가 20 ℃에서 약 50 ∼ 100 cps인 것을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 중점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 3 ∼ 20 cps의 점도범위를 갖는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스로 분해한다.

본 발명에서는 산촉매로서 염화수소가스를 사용한다. 이러한 산촉매의양은 제조하고자하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 점도에 따라 선택적으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 100 중량부에 대하여 0.15 ∼ 0.30 중량부로 사용하는 것이 좋다. 이때 산촉매의 사용량이 0.15 중량부 미만이면 가수분해 반응이 완전하게 이루어지지 않아 원하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻을 수 없고, 0.30 중량부를 초과하면 산촉매의 과다사용으로 인하여 최종제품에 황변현상이 발생하기 쉽다.

본 발명에서는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 상기와 같은 산촉매로 가수분해하는데 있어, 가수분해 반응을 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm의 압력범위에서 수행하는데 그 특징이 있다. 즉, 반응기내의 압력을 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm의 압력범위를 조절하여 줌으로써, 가수분해 반응 효율을 증가시켜 사용되는 산촉매의 양을 감소시킬 수 있다. 이때 만일 반응기내의 압력이 0.5 atm 미만이면 가압효과가 거의 나타나지 않고 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 점도가 높게 나오며, 2.0 atm을 초과하면 가수분해 반응이 잘 일어나지 않는 단점이 있다. 또한, 상기 가수분해 반응은 60 ∼ 75 ℃의 온도에서 3 ∼ 5 시간동안 진행되는데, 반응온도가 60 ℃ 미만이면 반응 시간이 길어지고 사용하는 산촉매의 양을 증량하여야 하는 문제가 있으며, 75 ℃를 초과하면 황변현상이 심해져 탄화물 발생량이 증가하게 되어 좋지 않다.

상기와 같은 가수분해 반응이 종료된 다음 제품에 소량으로 남아있는 산을 제거하기 위해 후처리 공정으로서 본 발명에서는 상기 반응이 완료된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 유동층 건조기로 이송하여 40 ∼ 60 ℃의 질소가스로 30 ∼60분 동안 유동시킨다. 상기와 같이 산 제거후 소디움알칼리를 0.1 ∼ 0.2 중량부 유동층 건조기에 넣고 40 ∼ 60 ℃에서 30 ∼ 60분 동안 중화하여 pH 6 ∼ 8의 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 상기와 같이 질소가스를 사용하면 종래에 비하여 잔류산을 최종 제품에서 최소화 할 수 있고, 제품의 점도를 일정하게 유지할 수 있다. 이때, 질소가스의 온도범위가 중요한 바, 상기 온도범위를 벗어나면 잔류산이 잘 제거되지 않는 문제가 있다.

이와같이, 본 발명에 따른 저점도 히드록스프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법은 산촉매를 이용한 종래의 가수분해 제조방법에 있어 반응기내 압력을 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm의 압력범위로 조절하고, 후처리 공정으로 질소가스를 유동시킴으로써 산촉매의 사용량을 현격하게 감소시키고 이를 통해 최종 제품의 황변현상과 잔류산의 양을 최소화하여 의약용 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조에 매우 유용하다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부에 있는 공기를 질소로 치환시켰다. 공기의 제거가 끝나면 10 rpm으로 회전식 콘형 반응기를 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 600 g의 염화수소(0.24 중량부)가스를 천천히 주입하였다. 이때 반응기 내부의 압력은 0.1 atm 이하로 하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면 질소를 사용해 반응기 내부의 압력이 1 atm이 될 때까지 가압하였다. 가압이 끝나면 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 반응기 내부의 질소와 염화수소 가스를 배출시키고, 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스를 60 ℃ 온도에서 30분 동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.20 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다.

상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 6.2 cps이었다. 2% 점도는 모세관 형태의 Ubbelohde 점도계를 사용하여 측정하였다.

실시예 2

250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부에 있는 공기를 질소로 치환시켰다. 공기의 제거가 끝나면 10 rpm으로 회전식 콘형 반응기를 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 500 g의 염화수소(0.20 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 이때 반응기 내부의 압력은 0.1 atm 이하이었다. 염화수소 가스 주입이 완료되면 질소를 사용해 반응기 내부의 압력이 1 atm이 될 때까지 가압하였다. 가압이 끝나면 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 반응기 내부의 질소와 염화수소 가스를 배출시키고, 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스를 60 ℃ 온도에서 30분 동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.15 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다.

상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 14.7 cps이었다.

실시예 3

250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부에 있는 공기를 질소로 치환시켰다. 공기의 제거가 끝나면 10 rpm으로 회전식 콘형 반응기를 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 500 g의 염화수소(0.20 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 이때 반응기 내부의 압력은 0.1 atm 이하이었다. 염화수소 가스 주입이 완료되면 질소를 사용해 반응기 내부의 압력이 1.5 atm이 될 때까지 가압하였다. 가압이 끝나면 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 반응기 내부의 질소와 염화수소 가스를 배출시키고, 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스를 60 ℃ 온도에서 30분 동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.15 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다.

상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 12.3 cps이었다.

실시예 4

250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부에 있는 공기를 질소로 치환시켰다. 공기의 제거가 끝나면 10 rpm으로 회전식 콘형 반응기를 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 500 g의 염화수소(0.20 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 이때 반응기 내부의 압력은 0.1 atm 이하로 하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면 질소를 사용해 반응기 내부의 압력이 0.5 atm이 될 때까지 가압하였다. 가압이 끝나면 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 반응기 내부의 질소와 염화수소 가스를 배출시키고, 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스를 60 ℃ 온도에서 30분 동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.15 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다.

상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 19.8 cps이었다.

비교예 1

250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 10 rpm으로 회전식 콘형 반응기를 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 750 g의 염화수소(0.30 중량부) 가스를천천히 주입하였다. 이때 반응기 내부의 압력은 0.1 atm 이하로 하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면, 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료되면 반응기 내부의 질소와 염화수소 가스를 배출시키고, 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스를 60 ℃ 온도에서 30분 동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.30 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다.

상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 6.0 cps이었다.

시험예

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1의 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 YI(Yellowness Index)와 잔류산의 양을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

<시험방법>

1. YI(Yellowness Index) : 2% 수용액의 YI를 Minolta 3700d 색도계를 사용하여 측정하였다.

2. 잔류산의 양 : 염소이온농도 측정 방법인 Karl-Fischer방법을 사용하여 측정하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 저점도 히드록실프로필메틸 셀룰로오스는 YI값이 비교예 보다 작아 황변현상을 줄여 최종제품의 백색도를 향상시킴을 확인할 수 있으며, 또한 잔류산의 양이 2010 ppm 이하로 기존 반응 대비 매우 적음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법은 산촉매를 이용한 종래의 가수분해 제조방법에 있어 상기 가수분해 반응을 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm의 압력범위에서 수행함으로써 산촉매의 사용량을 현격하게 감소시키고, 후처리 과정을 통해 최종제품의 황변현상과 잔류산의 양을 최소화하여 의약용 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조에 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매로 가수분해하여 저점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 가수분해 반응은 산촉매하에서 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm로 가압하여 60 ∼ 75 ℃의 온도범위에서 가수분해 한 후에, 후처리공정으로 40 ∼ 60 ℃의 질소가스로 유동시키는 것을 특징으로 하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 50 ∼ 100 cps의 점도범위를 갖는 것임을 특징으로 하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 3 ∼ 20 cps의 점도범위를 갖는 것임을 특징으로 하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 산촉매는 염화수소인 것임을 특징으로 하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 제조방법.