KR20030029352A - 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산 촉매하에서 일정 압력, 온도 범위에서 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조한 후, 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조한 후, 후처리공정으로써 유동화 용매를 사용한 분사 방법을 사용하여 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조함으로써, 종래에 비해 미반응 프탈산 등의 불순물의 제거가 용이할 뿐만 아니라 백색도가 향상된 고순도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산 촉매하에서 일정 압력, 온도 범위에서 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조한 후, 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조한 후, 후처리공정으로써 유동화 용매를 사용한 분사 방법을 사용하여 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조함으로써, 종래에 비해 미반응 프탈산 등의 불순물의 제거가 용이할 뿐만 아니라 백색도가 향상된 고순도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 일정 산성 농도, 예를들면 위산(pH 1.2)에서 약물을 보호하여 장까지 안전하게 전달하게 하는 약물전달물질로 사용되어지며, 그 동안 장용성 코팅제로 주로 사용되어왔던 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트 보다 필름 물성 및 약물에 대한 안정성이 뛰어나 소화제, 유산균제제 등에 대체되어 널리 사용되고 있다. 최근 들어서는 정제의 코팅시 색소의 사용양을 줄이고자 하는 시도로 인하여 코팅물질의 백색도가 상품성의 중요한 요소로 대두되고 있다.
상기와 같이 의약용 장용성 코팅제로 사용되는 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 초산 용매에 히드록시프로필메틸 셀룰로오스와 무수프탈산, 초산소다를 혼합해 셀룰로오스 분자에 프탈산을 한쪽만 결합시키는 방법으로 제조되어 왔다. 1971년에 신에츠에서 출원한 미국특허 제 3,629,237 호에서는 점도가 15 ∼ 100 cps인 히드록시프로필메틸 셀룰로오스와 무수프탈산, 초산소다를 초산 용매에서 혼합하여 80 ℃의 온도에서 5시간 동안 반응시킨 후 물에 반응 혼합액을 슬러리시켜 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는 방법에 관해 개시하고 있다.
이러한 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는데 있어서, 중요한 것은 합성 그 자체보다는 반응이 완결된 후 반응혼합물로부터 적당한 후처리를 통하여 불순물이 없는 과립상태의 제품을 얻어내는 것이 매우 중요하다. 보통 불순물을 구성하고 있는 것은 반응 시약으로 사용된 미반응 무수프탈산과 반응용매로 사용된 초산이 주를 이루고 있다. 이러한 불순물을 효과적으로 제거하기 위해서는 입자간의 뭉침 현상을 방지함으로써 입자사이에 무수프탈산과 초산이 물에 잘 녹아 나가도록 하는 것이 중요하다. 입자간에 뭉침 현상이 발생하면입자사이에 끼어 있는 불순물이 물과 접촉할 기회가 없어 효과적으로 물에 녹아 나가지 않는 단점이 있고, 나중에 후 공정에서 과립상태의 제품을 얻기 위한 별도의 분쇄공정이 필요하다.
기존의 방법은 반응 후 반응 혼합물을 차가운 물에 부어 줌으로써 이러한 불순물을 제거하고 입자상태의 프탈레이트를 제조하는 방법을 제시하였으나, 실제로 이러한 방법은 프탈레이트 입자간의 뭉침 현상이 매우 심해 미분말상이나 과립의 입자상태로 프탈레이트를 얻지 못하는 단점이 발생하게 된다. 또한, 이러한 입자간 뭉침 현상은 미반응 프탈산과 초산을 제거하는데 있어서 물이 입자사이에 효과적으로 침투하는 것을 막아 프탈산과 초산을 효과적으로 제거하는데 장애요인이 되어왔다. 더욱이 초산이 완전히 제거되지 않으면 건조시 프탈레이트 입자간의 뭉침현상이 더욱 심해져 돌처럼 매우 딱딱하게 된다. 이러한 현상은 최종제품의 분쇄과정에서 많은 어려움을 겪게 한다.
또한, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 백색도는 원료인 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 색도와 산화 및 표백제로 사용되는 알칼리 클로레이트의 사용량에 의해 결정된다. 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 색도가 좋지 않으면 프탈레이트의 제품 색도가 저하된다. 이를 막기 위해 과량의 알칼리클로레이트를 사용하게 되면 프탈레이트의 점도 조절이 어렵고, 알칼리클로레이트가 폭발성이 있어 적절하지 못하다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산 촉매하에서 일정 압력, 온도 범위에서 가수분해하여 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조한 후, 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조한 후, 후처리공정으로 유동화 용매를 사용한 분사 방법을 통해 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 입자간 뭉침 형상을 방지하여 정제 효율을 높임과 동시에 합성 원료인 저점도 셀룰로오스의 백색도를 개선하여 상품성을 높인 고순도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는 방법에 있어서,
1) 50 ∼ 100 cps의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산 촉매하에서 0.5 ∼ 2.0 atm, 60 ∼ 75 ℃에서 가수분해하여 3 ∼ 20 cps의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 단계;
2) 상기 1 단계에 얻은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스와 알칼리 아세테이트, 무수 프탈산, 알카리 클로레이드를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 얻은 후, 후처리 공정으로
에스테르화 반응이 완료된 반응 생성혼합물 1 중량부에 물 또는 탄소수 1 ∼ 5의 저급 알콜 중에서 선택된 유동화용매 4 ∼ 6 중량부를 첨가하여 교반한 다음, 그 생성물을 공기 또는 질소의 가압속도가 3 ∼ 8 ℓ/min인 분사 노즐을 통해 20 ∼ 35 중량부의 물에 분사시킨 후, 교반, 여과 및 건조과정을 수행하여 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 분리 회수하는 단계;
로 이루어진 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조방법을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는데 있어서, 먼저 제품의 상품성을 높이기 위해 백색도가 향상된 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하여 사용한 것에 특징이 있으며, 또한 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조한 다음 반응 후처리 공정에서의 입자간 뭉침 현상과 이로인한 프탈산과 반응용매인 초산이 제품 중에 잔류하는 문제점을 해결하기 위하여 반응 후 반응 혼합액에 유동화 용매를 첨가해 반응액의 유동성을 높인 후 분사를 통하여 미세한 과립상태의 입자를 만들어 프탈산 및 초산을 효과적으로 제거하여 고순도의 제품을 얻는 것을 특징으로 하고 있다.
먼저, 본 발명의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하기 위한 원료인 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 1 단계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 건조분말상의 중점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산촉매하에서 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm로 가압한 후 60 ∼ 75 ℃에서 3 ∼ 5 시간동안 가수분해 반응을 수행함으로써 제조하고, 후처리 공정으로 40 ∼ 60 ℃의 질소가스로 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 유동시키는 공정을 도입하여 부반응을 제거함으로써 최종 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 황변현상과 제품내 잔류산의 양을 최소화시켜 색도가 개선된 제품을 얻을 수 있다.
상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하기 위해 사용한 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 발명의 1 단계는 상기 중점도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 3 ∼ 20 cps의 점도범위를 갖는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스로 분해한다.
그리고, 본 발명의 1 단계에서는 산촉매로서 염화수소가스를 사용한다. 이러한 산촉매의 양은 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.
특히, 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻기위한 1 단계의 특징은 가수분해 반응을 질소가스를 이용하여 0.5 ∼ 2.0 atm의 압력범위에서 수행하는데 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 발명의 1 단계는 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 상품성을 높이기 위해 원료로 사용하는 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 단계로 특정 조건하에서 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조함으로써, 백색도가 향상된 저점도 히드록스프로필메틸 셀룰로오스를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 2 단계로서 상기 1 단계에 얻은 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스와 알칼리 아세테이트, 무수 프탈산, 알카리 클로레이드를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 얻은 후, 반응 후처리 공정으로 반응 생성혼합물에 적당량의 유동화 용매를 첨가하여 반응 생성혼합물의 유동성을 높인 후, 스프레이 노즐을 통하여 물에 분사하는 방법을 도입함으로써, 미세한 과립상태의 입자로 분쇄된 형태의 생성물 조건을 만들어서 고순도로 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 분리정제하는 단계를 거쳐 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조한다.
상기 2 단계를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 1 단계에 의해 제조된 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 1 중량부에 대하여 3 ∼ 5 중량부의 초산 용매를 넣고 용해시킨 후, 0.4 ∼ 1 중량부의 초산소다와 1.0 ∼ 1.3 중량부의 무수 프탈산, 0.01 ∼ 0.05 중량부의 알칼리 클로레이트를 넣고 80 ∼ 85 ℃ 온도에서 3 ∼ 5시간동안 천천히 교반하여 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 합성한다. 이때 사용하는 알칼리 아세테이트는 소듐 아세테이트 또는 포타슘 아세테이트를 사용하는 것이 바람직하며, 알칼리 클로레이트는 소듐 클로레이트 또는 포타슘 클로레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
다음은 분리정제단계로서, 상기 합성단계에서 얻은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트에 잔류하는 미반응 무수 프탈산, 프탈산 및 초산 용매를 제거하는 후처리 과정으로서, 이 과정이 본 발명의 2 단계의 가장 큰 특징에 해당한다. 즉, 본 발명의 2 단계는 상기 합성단계에서 합성된 반응 생성혼합물에 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 1 중량부에 대하여 유동화 용매 4 ∼ 6 중량부를 첨가하고 교반하여 반응 생성혼합물의 유동성을 높인 후, 스프레이 노즐을 통해 20 ∼ 35 중량부의 물에 분사시킨 후, 10 ∼ 30분 동안 교반하고 여과한 다음에 55 ∼ 60 ℃의 온도로 6 ∼ 8시간동안 건조하는 과정을 수행하여 고순도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻는다. 상기 분리정제단계를 통해 초산에 용해되어 있던 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트가 물과 접촉하는 순간 고체상태로 변하여 미세한 과립상태의 입자가 생성되고, 이로 인하여 합성된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 입자간 뭉침현상을 방지하여 잔류 프탈산 및 반응용매인 초산을 효과적으로 제거할 수 있는 것이다. 이때, 사용된 유동화 용매로는 물과 탄소수 1 ∼ 5의 저급알콜 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 상기에서 물은 정제수를 사용하고, 탄소수 1 ∼ 5의 저급 알콜로는 메탄올, 에탄올 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 그리고, 상기 유동화 용매의 양을 4 중량부 미만으로 하면 반응 생성혼합물의 농도가 높아 분사시에 초산과 미반응 프탈산등의 불순물이 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 입자내에 잔류하는 현상이 발생하고, 6 중량부를 초과하면 반응 생성혼합물내에서 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 고형화 현상으로 스프레이를 할 수 없게 되어 제품화 할 수 없게 된다. 또한, 상기 반응 생성혼합물을 분사시키는 물의 양을 20 중량부 미만으로 하면 반응 생성혼합물내 초산 농도가 진해지기 때문에 고체로 생성됐던 일부 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 표면 입자가 녹아서 입자끼리 다시 뭉치는 현상이 발생하고, 35 중량부를 초과하면 폐수가 다량 발생하여 바람직하지 못하다. 이때, 사용된 스프레이 노즐은 0.5 ∼ 1.5 ㎜의 내경을 갖고, 공기 또는 질소의 가압속도가 3 ∼ 8 ℓ/min인 것이 바람직하다. 만일 스프레이 노즐의 내경이 0.5 mm 미만이면 단위시간당 처리할 수 있는 반응 생성혼합물의 양이 너무 적어 생산성이 낮으며, 1.5 mm를 초과하면 공기 또는 질소의 가압속도를 빠르게 해야 하는 문제가 있다. 그리고, 공기 또는 질소의 가압속도가 3 ℓ/min 미만이면 입자크기가 커져 입자 안에 불순물을 함유하게 되는 문제가 있고, 8 ℓ/min를 초과하면 과량의 질소를 상용하게 되며 반응기 벽에 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트가 묻어 생성물의 손실량이 많아지는 단점이 있다.
상기 2 단계에 의한 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 수분 0.5 ∼ 1.5%, 점도(10% 메탄올:디클로로메탄=1:1, Ubbelohde 모세관 점도계) 38 ∼ 48 cSt, 프탈릴 32 ∼ 34%을 함유하고, 잔류 프탈산은 0.05 ∼ 0.2% 함유한다. 또한, 상기 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 색도는 YI(Yellowness Index, 10% 메탄올:디클로로메탄=1:1, 10 mm Quarts Cell, Minolta 3700D 색도계) 1.0 ∼ 2.0으로 백색도가 우수한 제품이 바람직하게 얻어진다.
이와같이, 본 발명의 2 단계는 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 입자간 뭉침현상과 이로인해 잔류 프탈산과 반응용매가 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트에 잔류하는 현상을 효과적으로 제거 할 수 있다.
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 내부의 수분과 공기를 질소로 치환시키고 반응기를 10 rpm으로 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 600 g의 염화수소(0.24 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면, 질소로 1 atm까지 가압하고 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는잔류 염화수소가스와 수분을 60 ℃에서 30분동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.20 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다. 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 7.8 cps, 2% 수용액의 YI(Yellowness Index)가 1.48이었다. 2% 점도는 모세관 형태의 Ubbelohde 점도계를 사용하였고, YI는 Minolta 3700d 색도계를 사용하여 측정하였다.
이렇게 얻어진 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(점도:7.8cps) 250 kg을 1000 kg의 초산 용매가 든 유리 반응기에 넣고 천천히 녹였다. 히드록시프로필메틸 셀룰로오스가 초산에 고르게 퍼지면 250 kg의 초산소다와 375 kg의 무수 푸탈산, 2.5 kg 포타슘 크로레이트를 넣고 온도를 80 ∼ 85 ℃로 승온시키고 5시간 동안 천천히 교반하였다. 반응이 끝나면 80 ∼ 85 ℃의 온도를 유지하면서 반응 혼합액의 유동성을 증가시키기 위해 1500 kg의 물을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 반응 혼합액을 8000 kg의 물에 분사시켰다. 분사가 끝나면 30분간 더 교반한 후 여과기로 이송하여 순수를 사용해 여과하여 젖은 상태의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다. 이렇게 얻어진 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 유동층 건조기로 이송하여 55 ℃에서 6시간 동안 건조하여 순수한 건조 과립상의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다.
이렇게 제조된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 수분 1.4%, 점도 43 cSt, 프탈릴 함량 32.8%, 잔류 프탈산은 0.08%를 함유하고 있으며, YI 또한 1.5로 백색도 및 순도가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
실시예 2
250 kg의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(20℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부의 수분과 공기를 질소로 치환시키고 반응기를 10 rpm으로 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 500 g의 염화수소(0.20 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면, 질소로 1 atm까지 가압하고 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스와 수분을 60 ℃에서 30분동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.16 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 저밀도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다. 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 15.4 cps, 2% 수용액의 YI(Yellowness Index)가 1.25이었다.
이렇게 얻어진 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(점도:15.4cps) 250 kg을 1000 kg의 초산 용매가 든 유리 반응기에 넣고 천천히 녹였다. 히드록시프로필메틸 셀룰로오스가 초산에 고르게 퍼지면 250 kg의 초산소다와 375 kg의 무수 푸탈산, 5 kg 포타슘 크로레이트를 넣고 온도를 80 ∼ 85 ℃로 승온시키고 5시간 동안 천천히 교반하였다. 반응이 끝나면 80 ∼ 85 ℃의 온도를 유지하면서 반응 혼합액의 유동성을 증가시키기 위해 1500 kg의 물을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 반응 혼합액을 8000 kg의 물에 분사시켰다. 분사가 끝나면 30분간 더교반한 후 여과기로 이송하여 순수를 사용해 여과하여 젖은 상태의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다. 이렇게 얻어진 제품을 유동층 건조기로 이송하여 55 ℃에서 6시간 동안 건조하여 순수한 건조 과립상의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다.
이렇게 제조된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 수분 1.4%, 점도 39 cSt, 프탈릴 함량 33.7%, 잔류 프탈산은 0.12%를 함유하고 있으며, YI 또한 1.2로 백색도 및 순도가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
실시예 3
250 kg의 히드록시 프로필메틸 셀룰로오스(20 ℃, 2% 수용액의 점도 50 cps)를 설계압력 5 atm, 내벽이 유리로 코팅된 회전식 콘형 반응기에 넣고 반응기 내부의 수분과 공기를 질소로 치환시키고 반응기를 10 rpm으로 교반하면서, 유량조절기를 이용하여 650 g의 염화수소(0.26 중량부) 가스를 천천히 주입하였다. 염화수소 가스 주입이 완료되면, 질소로 1 atm까지 가압하고 65 ℃로 승온하여 3시간 동안 반응시키고, 반응이 완료되면 유동층 건조기로 이송하여 제품내에 존재하는 잔류 염화수소가스와 수분을 60 ℃에서 30분동안 제거하였다. 여기에 중화제인 소다회를 0.20 중량부 넣고 30분 동안 유동층에서 중화시켜 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 얻었다. 상기 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스는 2% 수용액의 점도가 20 ℃에서 6.1 cps, 2% 수용액의 YI(Yellowness Index)가 1.65이었다.
이렇게 얻어진 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스(점도:6.1cps) 250 kg을 1000 kg의 초산 용매가 든 유리 반응기에 넣고 천천히 녹였다. 히드록시프로필메틸 셀룰로오스가 초산에 고르게 퍼지면 250 kg의 초산소다와 375 kg의 무수 푸탈산, 2.5 kg 포타슘 크로레이트를 넣고 온도를 80 ∼ 85 ℃로 승온시키고 5시간 동안 천천히 교반하였다. 반응이 끝나면 80 ∼ 85 ℃의 온도를 유지하면서 반응 혼합액의 유동성을 증가시키기 위해 1500 kg의 물을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 반응 혼합액을 8000 kg의 물에 분사시켰다. 분사가 끝나면 30분간 더 교반한 후 여과기로 이송하여 순수를 사용해 여과하여 젖은 상태의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다. 이렇게 얻어진 제품을 유동층 건조기로 이송하여 55 ℃에서 6시간 동안 건조하여 순수한 건조 과립상의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 얻었다.
이렇게 제조된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 수분 1.0%, 점도 40.5 cSt, 프탈릴 함량 33.2%, 잔류 프탈산은 0.05%를 함유하고 있으며, YI 또한 1.7로 백색도 및 순도가 뛰어난 제품이 얻어졌다.
비교예 1
점도가 15 ∼ 100 cps인 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 50 kg와 무수 푸탈산 60 kg, 초산소다 50 kg을 초산 용매 200 kg에서 혼합하여 80 ℃의 온도에서 5시간 동안 반응시킨 후, 반응 혼합액에 물 200 kg을 가해 생성물을 고체화하여 순수로 여과하여 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하였다.
이렇게 제조된 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트는 수분 1.5%, 점도 42.5 cSt, 프탈릴 함유량 33.2%, 잔류 프탈산은 0.82%, YI 5.7, 잔류 초산은 3%를 함유하고 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 원료물질인 저점도 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 특정온도 및 압력 조건에서 가수분해하여 백색도가 우수한 제품을 얻었으며, 이를 이용하여 에스테르화 반응시켜 얻은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조공정 후, 후처리공정으로 특정 조건에서 분사 방식으로 미세입자화 시킴으로써 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 입자간 뭉침현상을 방지하여 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 내에 잔류하는 프탈산과 초산을 효과적으로 제거하여 고순도의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조할 수 있다.
Claims (1)
- 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 제조하는 방법에 있어서,1) 50 ∼ 100 cps의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 산 촉매하에서 0.5 ∼ 2.0 atm, 60 ∼ 75 ℃에서 가수분해하여 3 ∼ 20 cps의 히드록시프로필메틸 셀룰로오스를 제조하는 단계;2) 상기 1 단계에 얻은 히드록시프로필메틸 셀룰로오스와 알칼리 아세테이트, 무수 프탈산, 알카리 클로레이드를 초산 용매하에서 에스테르화 반응을 통해 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트 얻은 후, 후처리 공정으로에스테르화 반응이 완료된 반응 생성혼합물 1 중량부에 물 또는 탄소수 1 ∼ 5의 저급 알콜 중에서 선택된 유동화용매 4 ∼ 6 중량부를 첨가하여 교반한 다음, 그 생성물을 공기 또는 질소의 가압속도가 3 ∼ 8 ℓ/min인 분사 노즐을 통해 20 ∼ 35 중량부의 물에 분사시킨 후, 교반, 여과 및 건조과정을 수행하여 최종 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트를 분리 회수하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 프탈레이트의 제조방법.
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