WO2016203657A1 - 水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物、被覆製剤、水溶性酢酸セルロース複合体成形品及びその製造方法 - Google Patents

水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物、被覆製剤、水溶性酢酸セルロース複合体成形品及びその製造方法 Download PDF

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soluble cellulose
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杉村和紀
西尾嘉之
中村敏和
島本周
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株式会社ダイセル
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    • C08J2301/10Esters of organic acids
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Definitions

  • the present invention relates to a water-soluble cellulose acetate resin composition, a coating preparation coated with a coating layer containing the resin composition, a water-soluble cellulose acetate composite molded article formed from the resin composition, and a method for producing the same.
  • the water-soluble cellulose acetate-based resin composition is useful as a component of a coating film that coats drugs, foods, and the like, for example.
  • the water-soluble cellulose acetate-based resin composition is useful for producing a water-soluble and biodegradable resin molded product, for example, a cigarette filter that dissolves in water and biodegrades.
  • coated preparations that coat solid pharmaceuticals, tablets, granules, etc. with a coating layer are widely used.
  • a base component of such a coating layer it is necessary to have characteristics such as safety, water solubility, transparency, durability, etc., and in general, hydroxypropylmethylcellulose, low-substituted hydroxypropylcellulose, hydroxypropylcellulose, Water-soluble polymers such as polyvinyl pyrrolidone are widely used.
  • these water-soluble polymers have low stability at high temperatures and high humidity, and there is a problem that the preparation deteriorates depending on the storage state.
  • Patent Document 1 discloses that a preparation coated with a film containing water-soluble cellulose acetate is excellent in stability under high temperature and high humidity conditions.
  • a film containing water-soluble cellulose acetate has a problem that the water vapor permeability is high and the formulation components are easily absorbed by moisture.
  • cellulose acetate (cellulose acetate) has extremely low fluidity when melted, and it was necessary to add a large amount of plasticizer for thermoforming.
  • the melt discharged from the cellulose acetate yarn has not been industrially performed because the yarn discharged from the narrow spinning hole has insufficient melt tension.
  • cellulose acetate in order to use cellulose acetate as a fiber, it must be dissolved in a good solvent according to the degree of substitution of cellulose acetate such as acetone or methylene chloride and then dry-spun.
  • cellulose acetate with a low degree of substitution has no good solvent with low vapor pressure and boiling point that can be dry-spun, and low-substituted cellulose acetate fibers could not be produced industrially by dry spinning.
  • Patent Document 2 discloses a biodegradable cellulose acetate obtained by melt spinning a composite of cellulose acetate having an acetylation degree of 30 to 56% and an average polymerization degree of 70 to 140 and caprolactone tetraol having an average molecular weight of 500 to 1000.
  • a method of obtaining a base fiber is disclosed. However, this fiber is not soluble in water. Further, since the spinning is performed at a high temperature exceeding 200 ° C., the fiber is easily colored.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose a method in which an aqueous solution of water-soluble cellulose acetate is dry-spun into fibers.
  • dry spinning requires dry air at 380 to 400 ° C., which requires a great deal of energy.
  • fibers thinner than 10 denier are not obtained.
  • cellulose acetate having a specific degree of total acetyl substitution and polyvinyl alcohol having a specific degree of saponification are compatible with each other to lower the glass transition temperature.
  • the inventors of the present invention have a glass transition.
  • the temperature can be lowered (preferably, sufficiently lower than 200 ° C.), it is possible to mold in a molten state at a relatively low temperature, and the molded product thus obtained is water-soluble.
  • the present inventors have found that it has biodegradability, and according to the above molding method, it is possible to easily produce fibers with relatively low fineness and little coloration.
  • the present invention has been completed by further studies based on these findings.
  • the present invention relates to a water-soluble cellulose acetate system comprising cellulose acetate (A1) having a total acetyl substitution degree of 0.4 to 1.6 and polyvinyl alcohol (B) having a saponification degree of 50 mol% or more.
  • a resin composition is provided.
  • the total degree of acetyl substitution of cellulose acetate (A1) may be 0.6 to 0.9.
  • the saponification degree of the polyvinyl alcohol (B) may be 90 mol% or more.
  • the ratio of polyvinyl alcohol (B) to 100 parts by weight of cellulose acetate (A1) may be 500 parts by weight or less.
  • the present invention also includes 50 to 95% by weight of cellulose acetate (A2) having a total degree of acetyl substitution of 0.5 to 1.0 and a water-soluble organic additive (C) (excluding polyvinyl alcohol).
  • a water-soluble cellulose acetate resin composition containing 5 to 50% by weight is provided.
  • the water-soluble organic additive (C) may be polyethylene glycol or polyethylene oxide.
  • the content of the water-soluble organic additive (C) may be 10 to 50% by weight.
  • the content of the water-soluble organic additive (C) may be 20 to 50% by weight.
  • the cellulose acetates (A1) and (A2) may be cellulose acetate having a composition distribution index (CDI) defined below of 2.0 or less.
  • CDI (actual value of composition distribution half width) / (theoretical value of composition distribution half width) Measured value of half width of composition distribution: half width of composition distribution obtained by HPLC analysis of cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample)
  • DS Degree of total acetyl substitution
  • DPw Degree of weight average polymerization (value determined by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample))
  • the present invention also provides a water-soluble cellulose acetate composite molded article formed from the water-soluble cellulose acetate-based resin composition.
  • the water-soluble cellulose acetate composite molded article may be in the form of a film.
  • the water-soluble cellulose acetate composite molded article may be fibrous.
  • this invention provides the coating formulation which has a coating layer containing the said water-soluble cellulose acetate type-resin composition. Moreover, this invention provides the manufacturing method of the water-soluble cellulose acetate composite molded product characterized by shape
  • a water-soluble cellulose acetate-based resin molded article comprising cellulose acetate having a specific degree of acetyl total substitution and polyvinyl alcohol having a specific degree of saponification.
  • Each component is compatible with each other to form a transparent resin composition having a low glass transition temperature, and a film containing the resin composition exhibits low oxygen permeability and water vapor permeability. It has an excellent protective function and is extremely suitable as a base component for a coating layer of a coated preparation.
  • the cellulose acetate type-resin molded article which has water solubility and biodegradability can be manufactured via a molten state.
  • a cellulose acetate fiber having a relatively low fineness for example, about 2 denier similar to that of a conventional cigarette filter
  • little water coloring for example, about 2 denier similar to that of a conventional cigarette filter
  • a water-soluble and biodegradable cellulose acetate-based resin molded article in particular, a relatively low fineness, little coloring, Cellulose acetate-based fibers having biodegradability can be produced industrially efficiently. Moreover, since it can shape
  • FIG. 1 shows that polymer A and polymer B are compatible with each other when blends of various ratios of two types of polymers (polymer A and polymer B) are measured by differential scanning calorimetry (DSC). It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 1).
  • FIG. 2 shows that when a blend of various ratios of two types of polymers (polymer A and polymer B) is measured by differential scanning calorimetry (DSC), polymer A and polymer B are incompatible with each other. It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 2).
  • FIG. 1 shows that polymer A and polymer B are compatible with each other when blends of various ratios of two types of polymers (polymer A and polymer B) are measured by differential scanning calorimetry (DSC).
  • DSC differential scanning calorimetry
  • FIG. 3 shows that polymer A and polymer B are compatible with each other when various ratio blends of two types of polymers (polymer A and polymer B) are measured by differential scanning calorimetry (DSC). It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 3).
  • FIG. 4 shows that when a blend of various proportions of two types of polymers (polymer A and polymer B) is measured by differential scanning calorimetry (DSC), polymer A and polymer B are incompatible with each other. It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 4).
  • the first embodiment of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention comprises cellulose acetate (A1) having a total acetyl substitution degree of 0.4 to 1.6 and polyvinyl alcohol having a saponification degree of 50 mol% or more.
  • the second embodiment of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention comprises cellulose acetate (A2) having a total acetyl substitution degree of 0.5 to 1.0 and a water-soluble organic additive (C) (polyvinyl alcohol). Except).
  • the cellulose acetate in the first embodiment of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention has an acetyl total substitution degree (average substitution degree) of 0.4 to 1.6. If the total degree of acetyl substitution is within this range, the solubility in water is excellent, and cellulose acetate (A1) and polyvinyl alcohol (B) are compatible with each other to easily form a transparent resin composition. The solubility in water tends to decrease.
  • the preferable lower limit of the total degree of acetyl substitution is 0.45 or more, more preferably 0.5 or more, still more preferably 0.55 or more, and particularly preferably 0.6 or more.
  • the upper limit of the total degree of acetyl substitution is preferably 1.5 or less, more preferably 1.4 or less, still more preferably 1.3 or less, and even more preferably 1.2 or less. Yes, even more preferably 1.1 or less, particularly preferably 1.0 or less, and even more preferably 0.9 or less.
  • the cellulose acetate according to the second embodiment of the present invention has an acetyl total substitution degree (average substitution degree) of 0.5 to 1.0.
  • a preferred range of the total degree of acetyl substitution is 0.6 to 0.95, and a more preferred range is 0.6 to 0.92.
  • the total degree of acetyl substitution can be measured by a known titration method in which cellulose acetate is dissolved in water and the degree of substitution of cellulose acetate is determined.
  • the total degree of acetyl substitution can also be measured by NMR after propionylating the hydroxyl group of cellulose acetate (see the method described later), dissolving in deuterated chloroform.
  • the total degree of acetyl substitution is determined by converting the degree of acetylation determined according to the method for measuring the degree of acetylation in ASTM: D-817-91 (testing method for cellulose acetate, etc.) by the following formula. This is the most common method for determining the degree of substitution of cellulose acetate.
  • DS 162.14 ⁇ AV ⁇ 0.01 / (60.052-42.037 ⁇ AV ⁇ 0.01)
  • AV Degree of acetylation (%)
  • 500 mg of dried cellulose acetate (sample) was precisely weighed and dissolved in 50 ml of a mixed solvent of ultrapure water and acetone (volume ratio 4: 1), and then 50 ml of 0.2N sodium hydroxide aqueous solution was added. Saponify for 2 hours at 25 ° C.
  • AV (degree of acetylation) (%) is calculated according to the following formula.
  • AV (%) (AB) ⁇ F ⁇ 1.201 / sample weight (g)
  • composition distribution index (CDI) composition distribution index (intermolecular substitution degree distribution) of the cellulose acetate (A1) or (A2) is not particularly limited, and the composition distribution index (CDI) is, for example, 1.0 to 3.0.
  • the composition distribution index (CDI) is preferably 1.0 to 2.0, more preferably 1.0 to 1.8, still more preferably 1.0 to 1.6, particularly preferably 1.0 to 1.5. It is.
  • the lower limit of the composition distribution index (CDI) is 0, but this is achieved by a special synthetic technique such as acetylating only the 6th position of a glucose residue and not acetylating other positions with 100% selectivity. Such synthesis techniques are not known. In a situation where all of the hydroxyl groups of the glucose residue are acetylated and deacetylated with the same probability, the CDI is 1.0. However, in an actual cellulose reaction, a considerable amount is required to approach such an ideal state. It needs some ingenuity. The smaller the composition distribution index (CDI), the more uniform the composition distribution (intermolecular substitution degree distribution).
  • composition distribution is uniform, water solubility can be ensured in a wider range of acetyl total substitution than usual, uniform dissolution is achieved, and structural viscosity does not appear.
  • cellulose acetate is used as the base of the coating layer of the coating preparation There is an advantage that it is easy to ingest when used.
  • composition distribution index is the ratio of the measured value to the theoretical value of the half value width of the composition distribution [(actual value of the half value width of the composition distribution) / (theoretical value of the half value width of the composition distribution)]. Defined.
  • the composition distribution half-width is also referred to as “intermolecular substitution degree half-width” or simply “substitution degree distribution half-width”.
  • the maximum peak half-value width (also referred to as “half-value width”) of the intermolecular substitution degree distribution curve of cellulose acetate can be used as an index.
  • the half width is the width of the chart at half the height of the peak of the chart, where the acetyl substitution degree is on the horizontal axis (x axis) and the abundance at this substitution degree is on the vertical axis (y axis). It is an index representing the standard of variation in distribution.
  • the half value width of the substitution degree distribution can be determined by high performance liquid chromatography (HPLC) analysis.
  • DPw Weight average polymerization degree (by GPC-light scattering method) In addition, the measuring method of a weight average polymerization degree (DPw) is mentioned later.
  • Formula (1) is a half width of the composition distribution that inevitably occurs when all hydroxyl groups of cellulose are acetylated and deacetylated with the same probability, and is derived according to the so-called binomial theorem. Furthermore, when the theoretical value of the composition distribution half width is represented by the substitution degree and the polymerization degree, it is expressed as follows. In the present invention, the following formula (2) is defined as a definition formula for obtaining a theoretical value of the composition distribution half width.
  • DS Degree of total acetyl substitution
  • DPw Degree of weight average polymerization (by GPC-light scattering method)
  • the measuring method of a weight average polymerization degree (DPw) is mentioned later.
  • the polymerization degree distribution should be taken into account more strictly.
  • the “DPw” in the formula (1) and the formula (2) represents the polymerization degree. Substituting a distribution function, the entire equation should be integrated from 0 to infinity. However, as long as DPw is used, equations (1) and (2) give theoretical values with approximately sufficient accuracy. If DPn (number average degree of polymerization) is used, the influence of the degree of polymerization distribution cannot be ignored, so DPw should be used.
  • the actual value of the composition distribution half width is the composition distribution half width obtained by HPLC analysis of cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups (unsubstituted hydroxyl groups) of cellulose acetate (sample). It is.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • the actual value of the composition distribution half-width is obtained by derivatizing the residual hydroxyl group in cellulose acetate as a pretreatment before HPLC analysis, and then performing HPLC analysis.
  • Ask. The purpose of this pretreatment is to convert the low-substituted cellulose acetate into a derivative that can be easily dissolved in an organic solvent to enable HPLC analysis. That is, the residual hydroxyl group in the molecule is completely propionylated, and the fully derivatized cellulose acetate propionate (CAP) is subjected to HPLC analysis to determine the composition distribution half width (actual value).
  • CAP fully derivatized cellulose acetate propionate
  • CAP fully derivatized cellulose acetate propionate
  • Mw / Mn polydispersity
  • DPw weight average polymerization degree
  • HPLC analysis a plurality of cellulose acetate propionates having different degrees of acetyl substitution are used as standard samples, HPLC analysis is performed with a predetermined measuring apparatus and measurement conditions, and a calibration created using the analysis values of these standard samples. Obtain the half-value width (measured value) of cellulose acetate (sample) from the curve [Curve showing the relationship between the elution time of cellulose acetate propionate and the degree of acetyl substitution (0 to 3), usually a cubic curve]. Can do. What is required by HPLC analysis is the relationship between the elution time and the distribution of acetyl substitution degree of cellulose acetate propionate.
  • Substitution degree distribution curve obtained from the calibration curve [Substitution degree distribution curve of cellulose acetate propionate with the abundance of cellulose acetate propionate as the vertical axis and the acetyl substitution degree as the horizontal axis] ("Intermolecular substitution degree distribution curve )),
  • the half value width of the substitution degree distribution is obtained as follows for the maximum peak (E) corresponding to the average substitution degree.
  • the base (A) on the low substitution degree side of the peak (E) and the base line (AB) in contact with the high substitution side base (B) are drawn, and from this peak, the maximum peak (E) Take a vertical line on the horizontal axis.
  • An intersection (C) between the perpendicular and the base line (AB) is determined, and an intermediate point (D) between the maximum peak (E) and the intersection (C) is obtained.
  • a straight line parallel to the base line (AB) is drawn through the intermediate point (D), and two intersection points (A ′, B ′) with the intermolecular substitution degree distribution curve are obtained.
  • a perpendicular line is drawn from the two intersections (A ′, B ′) to the horizontal axis, and the width between the two intersections on the horizontal axis is defined as the half-value width of the maximum peak (that is, the substitution value distribution half-value width).
  • the half-value width of the substitution degree distribution depends on the degree of acetylation of the hydroxyl chain of each glucose chain constituting the molecular chain of cellulose acetate propionate in the sample. (Retention time) is different. Therefore, ideally, the holding time width indicates the width of the composition distribution (in units of substitution degree).
  • tubes such as a guide column for protecting the column
  • the width of the holding time that is not caused by the width of the composition distribution is often included as an error. As described above, this error is affected by the length and inner diameter of the column, the length from the column to the detector, the handling, and the like, and varies depending on the apparatus configuration.
  • the half value width of the substitution degree distribution of cellulose acetate propionate can be usually obtained as the correction value Z based on the correction formula represented by the following formula.
  • Z (X 2 -Y 2 ) 1/2
  • X is the half-value width (uncorrected value) of the substitution degree distribution obtained with a predetermined measuring apparatus and measurement conditions.
  • Y (ab) x / 3 + b (0 ⁇ x ⁇ 3).
  • a is an apparent substitution degree distribution half-value width of cellulose acetate having a total substitution degree of 3 obtained by the same measuring apparatus and measurement conditions as X (actually, there is no substitution degree distribution because the total substitution degree is 3, and b is It is an apparent substitution degree distribution half-value width of cellulose propionate having a total substitution degree of 3 determined by the same measuring apparatus and measurement conditions as those of X.
  • x is the total acetyl substitution degree of the measurement sample (0 ⁇ x ⁇ 3)]
  • the cellulose acetate (or cellulose propionate) having a total substitution degree of 3 is a cellulose ester in which all of the hydroxyl groups of cellulose are esterified, and (ideally) the half-width of the substitution degree distribution. (Ie, the substitution degree distribution half-width 0) cellulose ester.
  • the measured value of the composition distribution half-width (substitution degree distribution half-width) of the cellulose acetate (A1) or (A2) is preferably 0.12 to 0.34, more preferably 0.13. ⁇ 0.25.
  • substitution degree distribution theoretical formula explained above is a probabilistic calculation value assuming that all acetylation and deacetylation proceed independently and equally. That is, the calculated value according to the binomial distribution. Such an ideal situation is not realistic.
  • the cellulose ester substitution degree distribution is probable unless the cellulose acetate hydrolysis reaction approaches an ideal random reaction and / or unless special measures are taken to create a fractional composition for post-treatment after the reaction. It is much wider than what is theoretically determined by the binomial distribution.
  • Another idea for narrowing the substitution degree distribution found by the present inventors is a hydrolysis reaction (aging reaction) of cellulose acetate at a high temperature of 90 ° C. or higher (or higher than 90 ° C.).
  • aging reaction aging reaction
  • decomposition of cellulose is preferred in a high-temperature reaction at 90 ° C. or higher.
  • This idea can be said to be a belief (stereotype) based solely on the consideration of viscosity.
  • the present inventors hydrolyze cellulose acetate to obtain low-substituted cellulose acetate, it is in a large amount of acetic acid at a high temperature of 90 ° C. or higher (or higher than 90 ° C.), preferably in the presence of a strong acid such as sulfuric acid. It was found that when the reaction was carried out with the above, the degree of polymerization was not lowered, but the viscosity was lowered with a decrease in CDI. That is, it has been clarified that the viscosity decrease due to the high temperature reaction is not due to a decrease in the degree of polymerization but is based on a decrease in structural viscosity due to a narrow substitution degree distribution.
  • the degree of acetyl substitution at the 2, 3 and 6 positions of the glucose ring of cellulose acetate can be measured by the NMR method according to the method of Tezuka (Carbondr. Res. 273, 83 (1995)). That is, a free hydroxyl group of a cellulose acetate sample is propionylated with propionic anhydride in pyridine. The obtained sample is dissolved in deuterated chloroform and the 13 C-NMR spectrum is measured.
  • the carbon signal of the acetyl group appears in the order of 2, 3, 6 from the high magnetic field in the region of 169 ppm to 171 ppm, and the signal of the carbonyl carbon of the propionyl group appears in the same order in the region of 172 ppm to 174 ppm.
  • the degree of acetyl substitution at the 2, 3, and 6 positions of the glucose ring in the original cellulose diacetate can be determined.
  • the sum of each acetyl substitution degree of the 2nd, 3rd, and 6th positions thus obtained is the total acetyl substitution degree, and the total acetyl substitution degree can also be obtained by this method.
  • the total degree of acetyl substitution can be analyzed by 1 H-NMR in addition to 13 C-NMR.
  • the standard deviation ⁇ of the substitution degree at the 2nd, 3rd and 6th positions is defined by the following formula.
  • the standard deviation of the degree of acetyl substitution at the 2, 3 and 6 positions of the glucose ring of cellulose acetate (A1) or (A2) is preferably 0.08 or less (0 to 0.08).
  • Cellulose acetate having a standard deviation of 0.08 or less is evenly substituted at the 2, 3, and 6 positions of the glucose ring, and has excellent solubility in water.
  • the polydispersity (Mw / Mn) of the molecular weight distribution is determined by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample). Is the value obtained by
  • the polydispersity (dispersity, Mw / Mn) of the cellulose acetate (A1) or (A2) is preferably in the range of 1.2 to 2.5.
  • Cellulose acetate having polydispersity Mw / Mn in the above range has a uniform molecular size and is excellent in solubility in water.
  • the number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw / Mn) of cellulose acetate can be determined by a known method using HPLC.
  • the polydispersity (Mw / Mn) of cellulose acetate is determined by dissolving cellulose acetate (sample) in the same manner as in the case of obtaining the measured value of the half-value width of the composition distribution in order to make the measurement sample soluble in an organic solvent.
  • Is completely derivatized cellulose acetate propionate (CAP) Is completely derivatized cellulose acetate propionate (CAP), and then size exclusion chromatography analysis is performed under the following conditions (GPC-light scattering method).
  • the weight average degree of polymerization (DPw) is a value determined by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample).
  • the weight average polymerization degree (DPw) of the cellulose acetate (A1) or (A2) is preferably in the range of 50 to 800. If the weight average degree of polymerization (DPw) is too high, the filterability tends to deteriorate.
  • the weight average degree of polymerization (DPw) is preferably 55 to 700, more preferably 60 to 600.
  • the weight average degree of polymerization is obtained by completely derivatizing cellulose acetate (sample) with a method similar to that for obtaining the measured half-value width of the composition distribution. After obtaining propionate (CAP), it is determined by size exclusion chromatography analysis (GPC-light scattering method).
  • the molecular weight (polymerization degree) and polydispersity (Mw / Mn) of water-soluble cellulose acetate are measured by GPC-light scattering method (GPC-MALLS, GPC-LALLS, etc.).
  • GPC-MALLS GPC-light scattering method
  • detection of light scattering is generally difficult with an aqueous solvent. This is because aqueous solvents generally have a large amount of foreign matter and are easily contaminated by secondary contamination once purified.
  • the spread of molecular chains may not be stable due to the influence of ionic dissociation groups present in a trace amount, and if water-soluble inorganic salt (for example, sodium chloride) is added to suppress this, it will dissolve.
  • water-soluble inorganic salt for example, sodium chloride
  • the state may become unstable, and an aggregate may be formed in an aqueous solution.
  • One effective method for avoiding this problem is to derivatize water-soluble cellulose acetate so that it is dissolved in an organic solvent that is less contaminated and less susceptible to secondary contamination, and GPC-light scattering measurement is performed in the organic solvent. That is.
  • Propionylation is effective for derivatization of water-soluble cellulose acetate for this purpose, and specific reaction conditions and post-treatment are as described in the explanation of the measured value of the half width of the composition distribution.
  • the 6% viscosity of the cellulose acetate (A1) or (A2) in the present invention is, for example, 5 to 500 mPa ⁇ s, preferably 6 to 300 mPa ⁇ s. If the 6% viscosity is too high, filterability may deteriorate.
  • the 6% viscosity of cellulose acetate can be measured by the following method. Add 3.00 g of dry sample to a 50 ml volumetric flask and add distilled water to dissolve. The obtained 6 wt / vol% solution is transferred to a predetermined Ostwald viscometer mark and temperature-controlled at 25 ⁇ 1 ° C. for about 15 minutes. Measure the flow-down time between the time marks and calculate the 6% viscosity by the following formula.
  • the cellulose acetate (A1) or (A2) (low-substituted cellulose acetate) in the present invention is, for example, (A) a medium to high-substituted cellulose acetate hydrolysis step (aging step), (B) a precipitation step, and If necessary, (C) It can be produced by a washing and neutralization step.
  • (A) Hydrolysis step (aging step)
  • medium to high-substituted cellulose acetate (hereinafter sometimes referred to as “raw cellulose acetate”) is hydrolyzed.
  • the total acetyl substitution degree of the medium to high substitution cellulose acetate used as a raw material is, for example, 1.5 to 3, preferably 2 to 3.
  • As the raw material cellulose acetate commercially available cellulose diacetate (acetyl total substitution degree: 2.27 to 2.56) and cellulose triacetate (acetyl total substitution degree: more than 2.56 to 3) can be used.
  • the hydrolysis reaction can be performed by reacting raw material cellulose acetate and water in an organic solvent in the presence of a catalyst (aging catalyst).
  • a catalyst aging catalyst
  • the organic solvent include acetic acid, acetone, alcohol (such as methanol), and mixed solvents thereof. Among these, a solvent containing at least acetic acid is preferable.
  • a catalyst generally used as a deacetylation catalyst can be used.
  • sulfuric acid is particularly preferable.
  • the amount of the organic solvent (for example, acetic acid) used is, for example, 0.5 to 50 parts by weight, preferably 1 to 20 parts by weight, and more preferably 3 to 10 parts by weight with respect to 1 part by weight of the raw material cellulose acetate. .
  • the amount of the catalyst (for example, sulfuric acid) used is, for example, 0.005 to 1 part by weight, preferably 0.01 to 0.5 part by weight, more preferably 0.02 to 1 part by weight based on 1 part by weight of the raw material cellulose acetate. 0.3 parts by weight. If the amount of the catalyst is too small, the hydrolysis time becomes too long, which may cause a decrease in the molecular weight of cellulose acetate. On the other hand, if the amount of the catalyst is too large, the degree of change in the depolymerization rate with respect to the hydrolysis temperature increases, and even if the hydrolysis temperature is low to some extent, the depolymerization rate increases and it is difficult to obtain cellulose acetate having a somewhat high molecular weight. Become.
  • the amount of water in the hydrolysis step is, for example, 0.5 to 20 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight, and more preferably 2 to 7 parts by weight with respect to 1 part by weight of the raw material cellulose acetate.
  • the amount of the water is, for example, 0.1 to 5 parts by weight, preferably 0.3 to 2 parts by weight, more preferably 0.5 to 1 part per 1 part by weight of the organic solvent (for example, acetic acid). .5 parts by weight.
  • all amounts of water may be present in the system at the start of the reaction, in order to prevent precipitation of cellulose acetate, a part of the water to be used is present in the system at the start of the reaction, and the remaining water is removed. It may be added to the system in 1 to several times.
  • the reaction temperature in the hydrolysis step is, for example, 40 to 130 ° C, preferably 50 to 120 ° C, more preferably 60 to 110 ° C.
  • the reaction temperature is 90 ° C. or higher (or a temperature exceeding 90 ° C.)
  • the equilibrium of the reaction tends to increase in the direction in which the rate of the reverse reaction (acetylation reaction) to the normal reaction (hydrolysis reaction) increases.
  • the substitution degree distribution becomes narrow, and a low substitution degree cellulose acetate having an extremely small composition distribution index CDI can be obtained without any particular ingenuity in the post-treatment conditions.
  • Step 2 After completion of the hydrolysis reaction, the temperature of the reaction system is cooled to room temperature, and a precipitation solvent is added to precipitate low-substituted cellulose acetate.
  • a precipitation solvent an organic solvent miscible with water or an organic solvent having high solubility in water can be used. Examples thereof include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; esters such as ethyl acetate; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile; ethers such as tetrahydrofuran; and mixed solvents thereof.
  • the mixed solvent include a mixed solvent of acetone and methanol, a mixed solvent of isopropyl alcohol and methanol, and the like.
  • composition distribution (intermolecular substitution degree distribution) is narrow, A low-substituted cellulose acetate having a very small composition distribution index CDI can be obtained.
  • low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by precipitation is dissolved in water to obtain an aqueous solution having an appropriate concentration (for example, 2 to 10% by weight, preferably 3 to 8% by weight).
  • a poor solvent is added to this aqueous solution (or the aqueous solution is added to the poor solvent), and maintained at an appropriate temperature (for example, 30 ° C. or less, preferably 20 ° C. or less) to precipitate low-substituted cellulose acetate, This can be done by collecting the precipitate.
  • the poor solvent include alcohols such as methanol and ketones such as acetone.
  • the amount of the poor solvent used is, for example, 1 to 10 parts by weight, preferably 2 to 7 parts by weight with respect to 1 part by weight of the aqueous solution.
  • the low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by the precipitation or the low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by the precipitation fractionation is mixed with water and an organic solvent (for example, acetone or the like).
  • an organic solvent for example, acetone or the like.
  • a mixed solvent of an alcohol such as ketone and ethanol, and the like and after stirring at an appropriate temperature (for example, 20 to 80 ° C., preferably 25 to 60 ° C.), it is separated into a concentrated phase and a diluted phase by centrifugation, A precipitation solvent (for example, a ketone such as acetone or an alcohol such as methanol) is added to the dilute phase, and the precipitate (solid matter) is recovered.
  • the concentration of the organic solvent in the mixed solvent of water and organic solvent is, for example, 5 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight.
  • the precipitate (solid matter) obtained in the precipitation step (B) is preferably washed with an organic solvent (poor solvent) such as alcohol such as methanol and ketone such as acetone. Moreover, it is also preferable to wash and neutralize with an organic solvent containing a basic substance (for example, alcohol such as methanol, ketone such as acetone).
  • the neutralization step may be provided immediately after the hydrolysis step. In that case, it is preferable to add a basic substance or an aqueous solution thereof to the hydrolysis reaction bath.
  • alkali metal compounds for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; alkali metal carbonates such as sodium hydrogen carbonate) Hydrogen salts; alkali metal carboxylates such as sodium acetate and potassium acetate; sodium alkoxides such as sodium methoxide and sodium ethoxide), alkaline earth metal compounds (for example, alkaline earth such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide) Alkaline earth metal carbonates such as metal hydroxide, magnesium carbonate and calcium carbonate; alkaline earth metal carboxylates such as magnesium acetate and calcium acetate; alkaline earth metal alkoxides such as magnesium ethoxide, etc.) can be used. .
  • alkali metal compounds such as potassium acetate are particularly preferable.
  • Impurities such as the catalyst (sulfuric acid, etc.) used in the hydrolysis step can be efficiently removed by washing and neutralization.
  • the low-substituted cellulose acetate thus obtained can be adjusted to a specific particle size range by pulverizing, sieving or granulating as necessary.
  • Polyvinyl alcohol (B) As the polyvinyl alcohol (B) of the first embodiment of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention, those having a saponification degree of 50 mol% or more can be used without particular limitation. If the degree of saponification of polyvinyl alcohol (B) is 50 mol% or more, it has excellent solubility in water, and cellulose acetate (A1) and polyvinyl alcohol (B) are compatible to form a transparent resin composition. It becomes easy to do.
  • a preferable lower limit of the saponification degree is 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 75 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, still more preferably 85 mol% or more. Especially preferably, it is 90 mol% or more.
  • the upper limit of the saponification degree is not particularly limited, but is preferably 100 mol% or less, more preferably 99 mol% or less, and still more preferably 95 mol% or less.
  • the average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol (B) is not particularly limited, but is preferably 200 to 3500, more preferably 500 to 2500.
  • the saponification degree and average polymerization degree of polyvinyl alcohol are values represented by the following formula, and can be measured by a method based on JIS K 6726.
  • Polyvinyl alcohol (B) may be used alone or in combination of two or more. Polyvinyl alcohol (B) can also be produced by a known or conventional method. For example, trade name “GOHSENOL EG-05” (degree of saponification: 86.5 to 89.0 mol%), “GOHSENOL NH-17Q “(degree of saponification: 100.0 mol%),” GOHSENOL KH-20 “(degree of saponification: 78.5-81.5 mol%),” GOHSENOL KH-17 “(degree of saponification: 78.5 to 81.5 mol%), “Gohsenol KL-05” (degree of saponification: 78.5 to 82.0 mol%), “Gohsenol KL-03” (degree of saponification: 78.5 to 82.
  • Water-soluble organic additive (C) included in the first embodiment of the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a water-soluble organic compound excluding polyvinyl alcohol. Can be selected as appropriate.
  • a water-soluble organic additive (C) may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Examples of the water-soluble organic additive (C) include water-soluble polymers and water-soluble low molecular compounds.
  • water-soluble polymer examples include natural polymers such as starch, mannan, pectin, alginic acid, dextran, pullulan, glue and gelatin; and semi-synthetic cellulose polymers (excluding cellulose acetate) such as carboxymethylcellulose and hydroxyethylcellulose.
  • Polymer Polyalkylene glycol such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, and polypropylene oxide, and synthetic polymers such as polyalkylene oxide, sodium polyacrylate, polyacrylamide, polyethyleneimine, and polyvinylpyrrolidone.
  • the weight average molecular weight (or molecular weight) of the water-soluble polymer is, for example, 150 to 1,000,000, preferably 200 to 100,000, more preferably 200 to 10,000, and particularly preferably 200 to 1,000. If the weight average molecular weight (or molecular weight) of the water-soluble polymer is too large, the compatibility with cellulose acetate tends to decrease, and if the weight average molecular weight (or molecular weight) is too small, The elongation tends to decrease.
  • water-soluble low-molecular compound examples include polyhydric alcohols (excluding high-molecular compounds) such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, glycerin, erythritol, pentaerythritol, dipentaerythritol, xylitol, sorbitol, and mannitol; glucose Monosaccharides such as 2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, and low molecular weight compounds containing hetero atoms such as sulfolane.
  • polyhydric alcohols excluding high-molecular compounds
  • ethylene glycol propylene glycol
  • butylene glycol butylene glycol
  • glycerin erythritol
  • pentaerythritol pentaerythritol
  • dipentaerythritol dipentaerythritol
  • xylitol
  • water-soluble organic additive (C) in the present invention from the viewpoints of physical properties, appearance, stability and the like of the molded product, among them, polyalkylene glycol such as polyethylene glycol, polyalkylene oxide such as polyethylene oxide; glycerin Polyhydric alcohols (excluding polymer compounds) such as polyethylene glycol and polyethylene oxide are particularly preferable, and polyethylene glycol is particularly preferable.
  • the average weight molecular weight (or molecular weight) of polyethylene glycol is, for example, 150 to 5000, preferably 200 to 1000.
  • the first embodiment of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention comprises cellulose acetate (A1) having a total acetyl substitution degree of 0.4 to 1.6 and polyvinyl alcohol having a saponification degree of 50 mol% or more. (B).
  • the cellulose acetate (A1) and the polyvinyl alcohol (B) are compatible with each other to form a transparent resin composition (polymer alloy).
  • the permeability of gases such as oxygen and water vapor is low, that is, the gas barrier performance is high.
  • the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the first aspect of the present invention is biodegradable and has high water solubility and safety.
  • the first aspect of the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention has the above-described excellent characteristics, for example, it is used as a base for a coating layer of a coating preparation, a water-soluble cellulose acetate composite molded article described later, and the like. It can be preferably used. Details will be described later.
  • the amorphous part of the polymer transitions from the glass state to the rubber state during the temperature rising process and from the rubber state to the glass state during the temperature lowering process.
  • This transition temperature (glass transition temperature or glass transition point) is one of the physical properties that characterize polymers.
  • the respective glass transition temperatures characteristic of the original polymer may be observed. This situation is determined that the two polymers do not interact at the molecular level. That is, when a glass transition temperature characteristic of the original polymer is observed in the polymer blend, the polymer blend is determined to be incompatible (incompatible). When two types of polymers are blended, only one glass transition temperature may be observed that does not appear in the original polymer.
  • This situation is determined that the two polymers interact at the molecular level.
  • the polymer blend when the glass transition temperature characteristic of the original polymer disappears and a single glass transition temperature is observed, the polymer blend is determined to be compatible (compatible).
  • “compatibility” may be defined by the situation where the glass transition temperature characteristic of the original polymer disappears and a single glass transition temperature is observed.
  • the amorphous part is compatible, and in addition, one or both crystals of the original polymer may be mixed. Also in this case, only one glass transition temperature is observed. This situation is also defined as compatible.
  • Both the glass transition point and the melting point showing crystallinity of the two types of polymers and polymer blends thereof can be observed by thermal analysis using differential scanning calorimetry (DSC).
  • DSC differential scanning calorimetry
  • a thermal analysis is performed on polymer blends of various proportions, and the endothermic peaks indicating glass transition point and crystallinity are as shown in Chart Pattern 1 below. It can be determined by examining whether it corresponds to any one of .about.4.
  • an inflection point at which the baseline of the thermal analysis chart shifts to the endothermic side (downward) is observed, and an endothermic peak is observed at the melting point.
  • FIG. 1 shows that polymer A and polymer B are compatible with each other when blends of various ratios of two types of polymers (polymer A and polymer B) are measured by differential scanning calorimetry (DSC).
  • DSC differential scanning calorimetry
  • FIG. 2 shows that when a blend of various ratios of two types of polymers (polymer A and polymer B) is measured by differential scanning calorimetry (DSC), polymer A and polymer B are incompatible with each other.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • pattern 2 shows one of the chart patterns (pattern 2).
  • the glass transition points of the polymer A and the polymer B are known in advance, and they are sufficiently separated even in consideration of the measurement accuracy of the glass transition point (depending on measurement conditions, for example, about ⁇ 3 ° C.). In the situation, only one glass transition point is observed in the blend of these polymers, which is considered the same as one of the glass transition points characteristic of the respective polymer, and the other glass transition point is measured for other reasons. Even when it is not observed, it is determined that the pattern 2 is substantially the same.
  • FIG. 3 shows that polymer A and polymer B are compatible with each other when various ratio blends of two types of polymers (polymer A and polymer B) are measured by differential scanning calorimetry (DSC). It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 3).
  • polymer A does not have an endothermic peak indicating crystallinity
  • polymer B has an endothermic peak (*) indicating crystallinity
  • FIG. 4 shows that when a blend of various proportions of two types of polymers (polymer A and polymer B) is measured by differential scanning calorimetry (DSC), polymer A and polymer B are incompatible with each other. It is a schematic diagram which shows one of the chart patterns (pattern 4).
  • polymer A does not have an endothermic peak indicating crystallinity
  • polymer B has an endothermic peak (*) indicating crystallinity
  • polymer A / polymer B 80/20 to 20/80
  • the polymer A or the polymer B has an endothermic peak exhibiting crystallinity
  • the respective glass transition points of the polymer A and the polymer B are known in advance, and the measurement accuracy of the glass transition point (depending on the measurement conditions)
  • the measurement accuracy of the glass transition point (depending on the measurement conditions)
  • only one glass transition point is observed in the blend of these polymers, which is the characteristic glass transition point of each polymer.
  • the other glass transition point is not observed due to measurement sensitivity or other reasons, it is determined that the pattern is substantially the same as the pattern 4.
  • the thermal analysis by DSC of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the first aspect of the present invention was performed using DSC6200 / EXSTAR6000 manufactured by Seiko Instruments Inc., and all measurements were performed at a heating rate of 20 ° C./min in a nitrogen atmosphere. About 5 mg of each sample was heated to 280 ° C., and once the polyvinyl alcohol crystals were melted, it was quickly cooled to ⁇ 30 ° C. and then heated again to 280 ° C. to obtain a stable thermogram. be able to.
  • the upper limit value of the content of the polyvinyl alcohol (B) relative to 100 parts by weight of the cellulose acetate (A1) is not particularly limited, but preferably 500 weights. Or less, more preferably 400 parts by weight or less, even more preferably 300 parts by weight or less, still more preferably 200 parts by weight or less, still more preferably 100 parts by weight or less, and even more preferably. Is 50 parts by weight or less, and particularly preferably 25 parts by weight or less.
  • the content of the polyvinyl alcohol (B) is 500 parts by weight or less, the cellulose acetate (A1) and the polyvinyl alcohol (B) are compatible and a transparent resin composition is easily obtained.
  • the lower limit of the content of the polyvinyl alcohol (B) relative to 100 parts by weight of the cellulose acetate (A1) is not particularly limited, but is preferably 5 parts by weight or more, more preferably 10 parts by weight or more, More preferably, it is 15 parts by weight or more.
  • the content of the polyvinyl alcohol (B) is 5 parts by weight or less, it becomes easy to lower the oxygen permeability and water vapor permeability of the obtained water-soluble cellulose acetate resin composition.
  • the content of the cellulose acetate (A1) is preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight, and particularly preferably 15 to 85% by weight.
  • the content of the polyvinyl alcohol (B) is preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight, and particularly preferably 15 to 85% by weight.
  • the 1st aspect of the water-soluble cellulose acetate type-resin composition of this invention is a range which does not impair the effect of this invention other than the said cellulose acetate (A1) and polyvinyl alcohol (B), and, as needed, another component. May be included.
  • the other components include various additives used in pharmaceuticals, foods, etc. (eg, excipients, disintegrants, binders, lubricants, colorants, pH adjusters, surfactants, stabilizers). Acidifying agents, flavorings, fluidizing agents, etc.), other water-soluble and biodegradable resins, thermal degradation inhibitors, thermal coloring inhibitors, biodegradation accelerators, plasticizers, lubricants, antistatic agents, dyes, Examples thereof include pigments, lubricants, ultraviolet absorbers, antioxidants, and fragrances.
  • the total content of the cellulose acetate (A1) and the polyvinyl alcohol (B) is, for example, 70% by weight or more, preferably 80% by weight or more. Preferably it is 90 weight% or more, More preferably, it is 95 weight% or more, and 100 weight% may be sufficient.
  • a predetermined amount of cellulose acetate (A1) and polyvinyl alcohol (B) are mixed with other components and a solvent as necessary, and then the solvent is added. It can be prepared by evaporation. For example, each component and solvent are mixed in a mixer such as a Henschel mixer, then cast on a glass plate and dried in air at room temperature or hot air at 40 to 60 ° C. to form a film.
  • the obtained water-soluble cellulose acetate resin composition can be obtained.
  • the solvent for dissolving cellulose acetate (A1) and polyvinyl alcohol (B) include water, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and the like.
  • the glass transition temperature (Tg) of the resin composition (such as a film) thus obtained is, for example, 50 to 230 ° C., preferably 60 to 220 ° C., more preferably 70-210 ° C.
  • the cellulose acetate (A2) having a total acetyl substitution degree of 0.5 to 1.0 is 50 to 95% by weight, and a water-soluble organic additive. 5 to 50% by weight of (C) is contained. Since the 2nd aspect of the water-soluble cellulose acetate type-resin composition of this invention contains the said cellulose acetate (A2) and water-soluble organic additive (C) in said range, it is a molten state at a comparatively low temperature. Since molding can be performed at a relatively low temperature, a molded product with less coloring can be manufactured.
  • the cellulose acetate fiber of comparatively low fineness for example, about 2 denier
  • water-soluble, and biodegradable can be obtained.
  • the content of the cellulose acetate (A2) is less than 50% by weight or when the content of the water-soluble organic additive (C) exceeds 50% by weight, the original characteristics of cellulose acetate cannot be obtained, This is not preferable because the strength of the molded product is lowered.
  • the content of cellulose acetate (A2) exceeds 95% by weight, or when the content of the water-soluble organic additive (C) is less than 5% by weight the glass transition temperature of the composition is increased and the composition is melted. The temperature becomes high and coloring of the molded product becomes remarkable.
  • the moldability (for example, fiber strength) of the molded product decreases because the moldability decreases.
  • the content of the cellulose acetate (A2) is preferably 50 to 90% by weight, more preferably 50 to 80% by weight, particularly preferably 55 to 75% by weight.
  • the content of the water-soluble organic additive (C) is preferably 10 to 50% by weight, more preferably 20 to 50% by weight, and particularly preferably 25 to 45% by weight.
  • the second aspect of the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention is not limited as long as the effects of the present invention are not impaired. May be included.
  • Examples of the other components include other water-soluble and biodegradable resins, thermal degradation inhibitors, thermal coloring inhibitors, biodegradation accelerators, plasticizers, lubricants, antistatic agents, dyes, pigments, and lubricants. UV absorbers, antioxidants, fragrances and the like.
  • the total content of the cellulose acetate (A2) and the water-soluble organic additive (C) is, for example, 70% by weight or more, preferably 80% by weight. As mentioned above, More preferably, it is 90 weight% or more, More preferably, it is 95 weight% or more, and 100 weight% may be sufficient.
  • the 2nd aspect of the water-soluble cellulose acetate type-resin composition of this invention is by mixing predetermined amount cellulose acetate (A2) and a water-soluble organic additive (C) with another component as needed, for example.
  • A2 cellulose acetate
  • C water-soluble organic additive
  • the glass transition temperature (Tg) of the resin composition (pellets or the like) thus obtained is, for example, 90 to 230 ° C., preferably 100 to 200 ° C., more preferably 130 ⁇ 170 ° C.
  • the water-soluble cellulose acetate composite molded article of the present invention is formed through the molten state of the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention (including the first and second aspects, hereinafter the same). Can be manufactured. That is, the water-soluble cellulose acetate composite molded article can be produced by using a melt spinning method (including a melt blow spinning method).
  • the water-soluble cellulose acetate-based resin composition (pellets, etc.) is heated and melted in a known melt extrusion spinning machine, then spun from a die, and the spun continuous filament filament group is ejected from a high-speed and high-pressure air by an ejector.
  • a fibrous water-soluble cellulose acetate composite molded article can be obtained by stretching and winding with, or opening and collecting on a support surface for collection to form a web.
  • the water-soluble cellulose acetate resin composition melted by an extruder is blown out into a fiber shape by a high-temperature and high-speed air flow from a die having several hundred to several thousand caps per 1 m in the width direction, for example.
  • a stretched resin is accumulated on a conveyor, and a nonwoven fabric can be produced by causing entanglement and fusion of fibers between them (melt blow spinning method).
  • the spinning temperature at the time of melt spinning is, for example, 130 to 240 ° C, preferably 140 to 200 ° C, more preferably 150 to 188 ° C.
  • the spinning temperature is too high, coloring of the molded product becomes remarkable.
  • the spinning temperature is too low, the viscosity of the composition becomes low, and it becomes difficult to increase the spinning draft ratio, and the productivity tends to be lowered.
  • the spinning draft ratio is, for example, about 200 to 600.
  • the fineness of the yarn obtained by the melt spinning method is, for example, 1 to 9 denier (d), preferably 1.3 to 5 denier (d).
  • the strength of the yarn is, for example, about 0.3 to 1.5 g / d.
  • the water-soluble cellulose acetate composite molded article of the present invention can also be produced by injection molding the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention. Molded articles having various shapes can be obtained by injection molding.
  • water-soluble cellulose acetate composite molded products examples include tobacco filters, nonwoven fabrics, and various injection molded products. Since the water-soluble cellulose acetate composite molded article of the present invention is water-soluble and biodegradable, it has an advantage that it does not place a burden on nature or humans. Further, since it is not necessary to use dry air at about 400 ° C. as in the case of dry spinning, the energy consumption can be reduced. Furthermore, since a molded product (for example, fiber) with little coloring is obtained, the quality is also excellent.
  • the water-soluble cellulose acetate-based resin composition of the present invention (including the first and second aspects, hereinafter the same) can be suitably used as the base of the coating layer of the coating preparation.
  • the cellulose acetate (A1) and the polyvinyl alcohol (B) are compatible with each other to form a transparent resin composition (polymer alloy).
  • it since it has low permeability to gases such as oxygen and water vapor, is biodegradable, and has high water solubility and safety, it is extremely suitable as a base material for coating layers of coated preparations.
  • the coated preparation of the present invention may be, for example, a medicine, food, agricultural chemical or the like.
  • the medicine is not particularly limited, but for example, analgesics, antipyretic analgesics, headache treatments, antitussives, expectorants, sedatives, antispasmodics, antihistamines, antiallergic agents, antiplasmin agents, bronchodilators, asthma Therapeutic agent, diabetes therapeutic agent, liver disease therapeutic agent, ulcer therapeutic agent, gastritis therapeutic agent, healthy stomach digestive agent, gastrointestinal motility activator, hypertension therapeutic agent, angina treatment agent, antihypertensive agent, hypotension therapeutic agent, Antihyperlipidemic agent, Hormone agent, Antibiotic agent, Antiviral agent, Sulfa agent, Anti-inflammatory agent, Psychiatry and nerve agent, Intraocular pressure-lowering agent, Antiemetic agent, Antidiarrheal agent, Gout agent, Arrhythmia agent, Vasoconstrictor , Digestive agent, sleep or hypnotic
  • the pesticide is not particularly limited, but examples include antibacterial agents, antiviral agents, fungicides, acaricides, insecticides, nematicides, rodenticides, herbicides, plant growth regulators, fertilizers, safeners, etc. Can be mentioned. These pesticides may be used as a mixture of two or more at an appropriate ratio.
  • the content of pharmaceuticals, agricultural chemicals, foods, etc. in the coated preparation of the present invention can be appropriately selected from the range of 5 to 90% by weight in the coated preparation.
  • the core coated with the coating layer in the coated preparation of the present invention may be a solid preparation such as a tablet, granule or powder containing the above-mentioned pharmaceutical, food, agrochemical and the like components.
  • various additives may be contained and can be produced by methods well known in the art.
  • the additive those commonly used such as pharmaceuticals, foods, agricultural chemicals and the like can be used without limitation.
  • corn starch ⁇ starch, lactose, sucrose, maltose, trehalose, cyclic tetrasaccharide, dextrin, starch, crystal Excipients (carriers) such as cellulose, sodium bicarbonate, calcium carbonate; disintegrants such as carboxymethylcellulose, agar, gelatin powder; binders such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, hydroxypropylcellulose; silica, magnesium stearate, talc, etc.
  • carriers such as cellulose, sodium bicarbonate, calcium carbonate
  • disintegrants such as carboxymethylcellulose, agar, gelatin powder
  • binders such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, hydroxypropylcellulose
  • silica magnesium stearate, talc, etc.
  • Surfactants emulsifiers; plasticizers; preservatives (antibacterial agents); moisturizers; thickeners; thickening stabilizers; antioxidants; chelating agents; pH adjusters; vitamins; various amino acids; minerals; fats and oils; nutritional supplements; water-soluble polymers; ; Water; saline; alcohols; organic solvents; such animals and plants extract like. Two or more of these additives may be mixed at an appropriate ratio.
  • a light-shielding agent such as titanium oxide, talc, iron sesquioxide, yellow iron sesquioxide and the like / Or Coloring agents
  • Plasticizers such as polyethylene glycol, triethyl citrate, castor oil, polysorbates
  • Organic acids such as citric acid, tartaric acid, malic acid, ascorbic acid
  • sugars such as lactose and mannitol, sugar alcohols, etc.
  • An agent may be included.
  • the coating solution may contain a water-soluble film coating base, an enteric film coating base, a sustained-release film coating base, and the like other than the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention.
  • the water-soluble film coating base include cellulose polymers such as hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylcellulose, and methylhydroxyethylcellulose; polyvinyl acetal diethylaminoacetate, aminoalkyl methacrylate copolymer E [Eudragit E (trade name) Synthetic polymers such as polyvinyl pyrrolidone; polysaccharides such as pullulan.
  • enteric film coating bases include cellulose polymers such as hydroxypropylmethylcellulose phthalate, hydroxypropylmethylcellulose acetate succinate, carboxymethylethylcellulose, and cellulose acetate phthalate; methacrylic acid copolymer L [Eudragit L (trade name) Acrylic polymer such as methacrylic acid copolymer LD [Eudragit L-30D55 (trade name), Rohm Pharma Co., Ltd.], methacrylic acid copolymer S [Eudragit S (trade name), Rohm Pharma Co., Ltd.] A natural product such as shellac.
  • sustained-release film coating base examples include cellulose polymers such as ethyl cellulose; aminoalkyl methacrylate copolymer RS [Eudragit RS (trade name), Rohm Pharma Co., Ltd.], ethyl acrylate / methyl methacrylate copolymer Examples thereof include acrylic acid polymers such as suspension [Eudragit NE (trade name), Rohm Pharma Co., Ltd.].
  • the content of the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention in the coating liquid (100% by weight, excluding the solvent) is not particularly limited, but can be appropriately selected from the range of 10 to 100% by weight.
  • the coated preparation of the present invention can be produced by coating the uncoated tablet with the coating solution using a film coating apparatus such as a commercially available pan coating apparatus, fluidized bed coating apparatus, and full-time rotary drum coating apparatus. .
  • the thickness of the coating layer is usually 100 ⁇ m or less, preferably 2 to 50 ⁇ m.
  • the coated preparation of the present invention may be a multilayer coated preparation that is further coated with the coating liquid or another coating liquid.
  • the coated preparation of the present invention thus obtained may be an immediate release preparation, a sustained release preparation, or an enteric preparation.
  • the immediate release formulation releases components rapidly with the first solution (pH 1.2) and the second solution (pH 6.8) (for example, the release rate in 10 minutes) 85% or more).
  • the sustained-release preparation has a slow component release rate in the first solution (pH 1.2) and the second solution (pH 6.8) in the dissolution test of the 16th revised Japanese Pharmacopoeia (for example, the release rate in 10 minutes) Less than 85%).
  • the enteric preparation has a slow release rate of the component (for example, less than 85% in 10 minutes) in the first solution (pH 1.2), and the second solution (pH 6). .8) with a high component release rate (for example, a release rate of 85% or more in 10 minutes).
  • Synthesis example 1 5.1 parts by weight of acetic acid and 2.0 parts by weight per part by weight of cellulose acetate (manufactured by Daicel, trade name “L-50”, acetyl group total substitution degree 2.43, 6% viscosity: 110 mPa ⁇ s) A part by weight of water was added and stirred at 40 ° C. for 5 hours to obtain a solution having a uniform appearance. 0.13 parts by weight of sulfuric acid was added to this solution, and the resulting solution was kept at 70 ° C. to carry out hydrolysis (partial deacetylation reaction; aging). In this aging process, water was added to the system twice in the middle.
  • the precipitate was recovered as a wet cake having a solid content of 15% by weight, and washed by adding 8 parts by weight of methanol and draining to a solid content of 15% by weight. This was repeated three times. The washed precipitate was further washed twice with 8 parts by weight of methanol containing 0.004% by weight of potassium acetate, neutralized and dried to obtain cellulose acetate (low-substituted cellulose acetate).
  • the intrinsic viscosity of this cellulose acetate was determined by the method described in JP-A-10-317228 (paragraph 0016), and the average degree of polymerization was 107. Further, DPw measured by the method described later was 210, and DPw / DPn was 2.1.
  • acetyl group total substitution degree (DS), weight average polymerization degree (DPw), and dispersity (DPw / DPn) of cellulose acetate obtained in each synthesis example were measured by the following methods.
  • Tables 1 and 2 show production conditions and measurement results (analytical values) of physical properties of the obtained low-substituted cellulose acetate. “Sample numbers” in Tables 1 and 2 mean sample numbers of the obtained low-substituted cellulose acetates.
  • CDI composition distribution index
  • CDI Z / Z 0
  • Z 0 is the composition distribution generated when acetylation and partial deacetylation in the preparation of all partially substituted cellulose acetates occur with equal probability for all hydroxyl groups (or acetyl groups) of all molecules.
  • Glass transition temperature ( ⁇ in cellulose acetate / polyvinyl alcohol 80 / 20-20 / 80) polymer blends of various proportions (% by weight) of cellulose acetate having various degrees of acetyl substitution and polyvinyl alcohol having different saponification degrees ) And the endothermic peak (*) of the melting point correspond to any of the chart patterns 1 to 4 shown in FIGS. 1 to 4, and the compatibility was determined.
  • the presence or absence of the glass transition temperature (Tg) and the melting point (Tm) or the temperature (° C.) are shown in Tables 3 and 5, respectively.
  • Tg Temperature at the intersection of the tangent of the inflection point to the base line and the endothermic side (° C)
  • Tm temperature at the top of the endothermic peak (° C)
  • the symbols in Tables 3 to 5 represent the following compounds.
  • the sample numbers of cellulose acetate correspond to the sample numbers shown in Table 1.
  • L-0302 Polyvinyl alcohol (trade name “GOHSENOL L-0302”, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), Saponification degree: about 43 mol% EG-05: Polyvinyl alcohol (trade name “GOHSENOL EG-05”, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), degree of saponification: about 90 mol% NH-17Q: polyvinyl alcohol (trade name “GOHSENOL NH-17Q”, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), degree of saponification: about 100 mol% LM-80: Cellulose acetate (trade name “LM-80” manufactured by Daicel Corporation), acetyl total substitution degree: about 2.1 LL-10: cellulose acetate (trade name “LL-10” manufactured by Daicel Corporation), total acetyl substitution degree: about 1.7
  • Example 26 (Preparation of WSCA-1.0 / PVA mixed material film) Polyvinyl alcohol (trade name “GOHSENOL EG-05PW”, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.) with respect to 90 parts by weight of low-substituted cellulose acetate (WSCA-1.0, substitution degree 1.0) obtained in the above synthesis example. 10 parts) and 900 parts by weight of water were added, and the mixture was sufficiently stirred at 10 rpm using a stirrer (trade name “Lab Reactor RE162 / P”, manufactured by IKA).
  • a stirrer trade name “Lab Reactor RE162 / P”, manufactured by IKA
  • Examples 27-37 A mixed material film was obtained in the same manner as in Example 25 except that the composition of the low-substituted cellulose acetate and polyvinyl alcohol was as shown in Table 6. In Table 6, “parts” indicates parts by weight.
  • Comparative Example 37 (Preparation of PVA film) 900 parts by weight of water was added to 100 parts of polyvinyl alcohol (PVA, GOHSENOL EG-05PW manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), and a stirrer (trade name “Lab Reactor RE162 / P”, manufactured by IKA) was used. The mixture was sufficiently stirred at 10 rpm. After confirming dissolution, stirring was terminated, and the obtained aqueous solution was spread on a glass substrate and dried to obtain a PVA film (thickness: about 100 ⁇ m).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • GOHSENOL EG-05PW manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.
  • a stirrer trade name “Lab Reactor RE162 / P”, manufactured by IKA
  • Comparative Example 38 (Preparation of WSCA-0.7 film) To 100 parts by weight of low-substituted cellulose acetate (WSCA-0.7, substitution degree 0.7) obtained in the above synthesis example, 900 parts by weight of water was added and a stirrer (trade name “Lab Reactor RE162 / P ”, Manufactured by IKA), and sufficiently stirred at 10 rpm. After confirming dissolution of the low-substituted cellulose acetate, stirring was terminated, and the obtained aqueous solution was spread on a glass substrate and dried to obtain a WSCA-0.7 film (thickness: about 100 ⁇ m).
  • a stirrer trade name “Lab Reactor RE162 / P ”, Manufactured by IKA
  • Comparative Example 39 (Preparation of HPC film) To 100 parts by weight of hydroxypropylcellulose (HPC, trade name “L-HPC”, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 900 parts by weight of water was added and a stirrer (trade name “Lab Reactor RE162 / P”, Using IKA), the mixture was sufficiently stirred at 10 rpm. After confirming dissolution, stirring was terminated, and the obtained aqueous solution was spread on a glass substrate and dried to obtain an HPC film (thickness: about 100 ⁇ m).
  • HPC hydroxypropylcellulose
  • L-HPC hydroxypropylcellulose
  • IKA Using IKA
  • Comparative Example 40 (Preparation of HPMC film) To 100 parts by weight of hydroxypropylmethylcellulose (HPMC, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. TC-5), 900 parts by weight of water was added, and using a stirrer (trade name “Lab Reactor RE162 / P”, manufactured by IKA) The mixture was sufficiently stirred at 10 rpm. After confirming dissolution, stirring was terminated, and the obtained aqueous solution was spread on a glass substrate and dried to obtain an HPMC film (thickness: about 100 ⁇ m). The following evaluations were performed on the films obtained in Examples 26 to 37 and Comparative Examples 37 to 40. The results are shown in Table 6.
  • the symbols in Table 6 indicate the following compounds.
  • the sample numbers of cellulose acetate correspond to the sample numbers shown in Table 1.
  • PVA polyvinyl alcohol (trade name “GOHSENOL EG-05PW”, Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), degree of saponification: about 90 mol%
  • HPC Hydroxypropyl cellulose (trade name “L-HPC”, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
  • HPMC Hydroxypropyl methylcellulose (trade name “TC-5”, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
  • Examples 38 to 45 manufactured by Aoki Yushi Co., Ltd., trade name “Brownon PEG-400” (polyethylene glycol, molecular weight 400) Comparative Example 41: Product name “Placcel 405D” (caprolactone tetraol, molecular weight 500) manufactured by Daicel Corporation
  • Tg glass transition temperature
  • melt spinning According to the method described in JP-A-10-317228, melt spinning was performed using the pellets.
  • a pellet-like sample into a cylinder of a capillary rheometer (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., Capillograph 1B), setting the cylinder to a predetermined spinning temperature, discharging from a capillary with a diameter of 0.3 mm, and passing the discharged filament through the ejector Spinning was performed at a linear velocity of 3450 m / min and a draft ratio of 550 to obtain a yarn of 1.9 denier (d).
  • the melting conditions are shown in Table 7.
  • the sample numbers of cellulose acetate correspond to the sample numbers shown in Table 2 and the cellulose acetate obtained in Synthesis Example 14.
  • the components are compatible to form a transparent resin composition, and the film containing the resin composition exhibits low oxygen permeability and water vapor permeability, and is oxidized. Excellent in protecting active ingredients from moisture and humidity. Therefore, the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention is useful as a base for a coating layer of a coating preparation. Moreover, according to the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention, a water-soluble and biodegradable cellulose acetate resin molded product can be produced in a molten state. Therefore, the water-soluble cellulose acetate resin composition of the present invention is also useful as a material for cigarette filters, non-woven fabrics, various injection molded products and the like.

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Abstract

本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、アセチル総置換度が0.4~1.6である酢酸セルロース(A1)と、ケン化度が50モル%以上であるポリビニルアルコール(B)とを含む。酢酸セルロース(A1)のアセチル総置換度は、好ましくは0.6~0.9であり、ポリビニルアルコール(B)のケン化度は、好ましくは90モル%以上である。本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様によれば、互いの成分が相溶して透明な樹脂組成物を形成し、当該樹脂組成物を含む膜が低い酸素透過性と水蒸気透過性を示し、酸化や湿度から有効成分を保護する機能に優れ、被覆製剤のコーティング層の基剤成分として極めて適している。

Description

水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物、被覆製剤、水溶性酢酸セルロース複合体成形品及びその製造方法
 本発明は、水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物、該樹脂組成物を含むコーティング層で被覆された被覆製剤、該樹脂組成物から形成される水溶性酢酸セルロース複合体成形品、及びその製造方法に関する。前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、例えば、医薬や食品等を被覆するコーティング膜の成分として有用である。また、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、水溶性且つ生分解性の樹脂成形品、例えば、水に溶け、生分解するたばこフィルター等の製造に有用である。
 食品や医薬を、酸化、湿気、光、摩滅、衝撃等の外部要因から保護するために、固形製薬、錠剤、顆粒等をコーティング層で被覆する、いわゆる被覆製剤が広く採用されている。そのようなコーティング層の基剤成分としては、安全性、水溶性、透明性、耐久性等の特性を具備する必要があり、一般に、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドンなどの水溶性高分子が広く使用されている。しかし、これら水溶性高分子は、高温、高湿度での安定性が低く、保存状態によっては製剤が劣化するという問題があった。特許文献1には、水溶性酢酸セルロースを含む膜で被覆された製剤は、高温や高湿度条件下で安定性に優れていることが開示されている。しかし、水溶性酢酸セルロースを含む膜は水蒸気透過性が高く、製剤成分が吸湿されやすいという問題があった。
 一方、酢酸セルロース(セルロースアセテート)は溶融時の流動性が極めて低く、熱成形するには多量の可塑剤を添加する必要があった。特に溶融紡糸の技術においては、細い紡糸孔から吐出された糸は溶融張力が不足するので工業的に酢酸セルロース系の糸の溶融紡糸は行われていなかった。このため、酢酸セルロースを繊維とするには、アセトンや塩化メチレンなどの酢酸セルロースの置換度に応じた良溶媒に溶解した上で、乾式紡糸をするしかなかった。また、特に低置換度の酢酸セルロースについては、乾式紡糸できるような、蒸気圧、沸点が低い良溶媒がなく、乾式紡糸により低置換度セルロースアセテート繊維を工業的に製造することはできなかった。
 酢酸セルロースと他の合成高分子を混合して、ポリマーブレンドやポリマーアロイとした上で溶融紡糸する技術が提案されている。例えば、特許文献2には、酢化度30~56%、平均重合度70~140のセルロースアセテートと、平均分子量500~1000のカプロラクトンテトラオールとの複合体を溶融紡糸して生分解性セルロースアセテート系繊維を得る方法が開示されている。しかし、この繊維は水に溶けない。また、200℃を超える高い温度で紡糸するために、繊維が着色しやすい。
 特許文献3及び特許文献4には、水溶性酢酸セルロースの水溶液を乾式紡糸し、繊維とする方法が開示されている。しかし、乾式紡糸には380~400℃の乾燥空気が必要であり、多大なエネルギーを要する。また、この方法では、10デニールよりも細い繊維は得られていない。
米国特許第5,206,030号明細書 特開平10-317228号公報 特開平7-268724号公報 特公平1-13481号公報
 本発明の目的は、酸素透過性、水蒸気透過性が低く、透明な膜を形成可能な水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を提供することにある。
 本発明の他の目的は、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系樹脂成形品を溶融状態で製造できる水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を提供することにある。
 本発明の他の目的は、溶融状態で紡糸することができ、比較的繊度が低く(細く)着色が少ない、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系繊維を得ることのできる水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を提供することにある。
 本発明のさらに他の目的は、上記の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物から形成される水溶性酢酸セルロース複合体成形品を提供することである。
 本発明の他の目的は、上記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を含むコーティング層を有する被覆製剤を提供することである。
 また、本発明の他の目的は、上記水溶性酢酸セルロース複合体成形品又は被覆製剤の工業的に効率のよい製造方法を提供することにある。
 本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、特定のアセチル総置換度を有する酢酸セルロースと特定のケン化度を有するポリビニルアルコールが互いに相溶してガラス転移温度を低くすることができ、透明な樹脂組成物を形成し、当該樹脂組成物を含む膜が低い酸素透過性と水蒸気透過性を示し、酸化や湿度から有効成分を保護する機能に優れ、被覆製剤のコーティング層の基剤成分として極めて適していることを見出した。
 さらに、本発明者らは、アセチル総置換度が0.5~1.0である酢酸セルロースと水溶性有機添加剤(ポリビニルアルコールを除く)とを含む樹脂組成物を成形材料とすると、ガラス転移温度を低くすることができ(好ましくは、200℃よりも十分低くすることができ)、比較的低い温度にて溶融状態で成形することが可能であること、こうして得られた成形品は水溶性で且つ生分解性を有すること、及び上記成形法によれば比較的繊度が低く着色の少ない繊維を簡易に製造できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成したものである。
 すなわち、本発明は、アセチル総置換度が0.4~1.6である酢酸セルロース(A1)と、ケン化度が50モル%以上であるポリビニルアルコール(B)とを含む水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を提供する。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、酢酸セルロース(A1)のアセチル総置換度は、0.6~0.9であってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、ポリビニルアルコール(B)のケン化度が、90モル%以上であってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、酢酸セルロース(A1)100重量部に対するポリビニルアルコール(B)の割合が500重量部以下であってもよい。
 また、本発明は、アセチル総置換度が0.5~1.0である酢酸セルロース(A2)を50~95重量%、及び水溶性有機添加剤(C)(但し、ポリビニルアルコールを除く)を5~50重量%含む水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を提供する。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、前記水溶性有機添加剤(C)は、ポリエチレングリコール又はポリエチレンオキサイドであってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、前記水溶性有機添加剤(C)の含有量は、10~50重量%であってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、前記水溶性有機添加剤(C)の含有量は、20~50重量%であってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物において、前記酢酸セルロース(A1)及び(A2)は、下記で定義される組成分布指数(CDI)が2.0以下である酢酸セルロースであってもよい。
 CDI=(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)
 組成分布半値幅の実測値:酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  DS:アセチル総置換度
  DPw:重量平均重合度(酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC-光散乱法により求めた値)
 また、本発明は、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物から形成された水溶性酢酸セルロース複合体成形品を提供する。
 前記水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、フィルム状であってもよい。
 前記水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、繊維状であってもよい。
 また、本発明は、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を含むコーティング層を有する、被覆製剤を提供する。
 また、本発明は、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を、溶融状態を経由して成形することを特徴とする水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法を提供する。
 さらに、本発明は、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を、溶液を経由して成形することを特徴とする水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法を提供する。
 水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法において、前記水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、被覆製剤のコーティング層であってもよい。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様によれば、特定のアセチル総置換度を有する酢酸セルロースと特定のケン化度を有するポリビニルアルコールを含む水溶性酢酸セルロース系樹脂成形品は、互いの成分が相溶してガラス転移温度が低く、透明な樹脂組成物を形成し、当該樹脂組成物を含む膜が低い酸素透過性と水蒸気透過性を示し、酸化や湿度から有効成分を保護する機能に優れ、被覆製剤のコーティング層の基剤成分として極めて適している。
 また、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様によれば、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系樹脂成形品を溶融状態を経由して製造することができる。また、特に、比較的繊度が低く(例えば、従来のたばこフィルターと同様の2デニール程度の)、着色が少ない、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系繊維を製造することができる。
 さらに、本発明の水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法によれば、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系樹脂成形品、特に、比較的繊度が低く、着色が少ない、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系繊維を工業的に効率よく製造することができる。また、溶融状態を経由して成形できるので、乾式紡糸のように400℃程度の乾燥空気を使う必要がなく、省エネルギー化できる。
図1は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン1)を示す模式図である。 図2は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに非相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン2)を示す模式図である。 図3は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン3)を示す模式図である。 図4は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに非相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン4)を示す模式図である。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、アセチル総置換度が0.4~1.6である酢酸セルロース(A1)と、ケン化度が50モル%以上であるポリビニルアルコール(B)とを含有している。
 また、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様は、アセチル総置換度が0.5~1.0である酢酸セルロース(A2)と水溶性有機添加剤(C)(ポリビニルアルコールを除く)とを含有している。
 [酢酸セルロース]
 (アセチル総置換度)
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様における酢酸セルロースは、アセチル総置換度(平均置換度)が0.4~1.6である。アセチル総置換度がこの範囲であると水に対する溶解性に優れ、また、酢酸セルロース(A1)とポリビニルアルコール(B)が相溶して透明な樹脂組成物を形成しやすく、この範囲を外れると水に対する溶解性が低下する傾向となる。前記アセチル総置換度の好ましい下限値は、0.45以上であり、より好ましくは0.5以上であり、さらに好ましくは0.55以上であり、特に好ましくは、0.6以上である。一方、前記アセチル総置換度の上限値は、好ましくは1.5以下であり、より好ましくは1.4以下であり、さらに好ましくは1.3以下であり、さらに一層好ましくは1.2以下であり、なおさらに一層好ましくは1.1以下であり、特に好ましくは1.0以下であり、特に一層好ましくは0.9以下である。
 また、本発明の第2態様における酢酸セルロースは、アセチル総置換度(平均置換度)が0.5~1.0である。アセチル総置換度がこの範囲であると水に対する溶解性に優れ、この範囲を外れると水に対する溶解性が低下する傾向となる。前記アセチル総置換度の好ましい範囲は0.6~0.95であり、さらに好ましい範囲は0.6~0.92である。
 アセチル総置換度は、酢酸セルロースを水に溶解し、酢酸セルロースの置換度を求める公知の滴定法により測定できる。また、該アセチル総置換度は、酢酸セルロースの水酸基をプロピオニル化した上で(後述の方法参照)、重クロロホルムに溶解し、NMRにより測定することもできる。
 アセチル総置換度は、ASTM:D-817-91(セルロースアセテートなどの試験方法)における酢化度の測定法に準じて求めた酢化度を次式で換算することにより求められる。これは、最も一般的なセルロースアセテートの置換度の求め方である。
 DS=162.14×AV×0.01/(60.052-42.037×AV×0.01)
 DS:アセチル総置換度
 AV:酢化度(%)
 まず、乾燥した酢酸セルロース(試料)500mgを精秤し、超純水とアセトンとの混合溶媒(容量比4:1)50mlに溶解した後、0.2N-水酸化ナトリウム水溶液50mlを添加し、25℃で2時間ケン化する。次に、0.2N-塩酸50mlを添加し、フェノールフタレインを指示薬として、0.2N-水酸化ナトリウム水溶液(0.2N-水酸化ナトリウム規定液)で、脱離した酢酸量を滴定する。また、同様の方法によりブランク試験(試料を用いない試験)を行う。そして、下記式にしたがってAV(酢化度)(%)を算出する。
 AV(%)=(A-B)×F×1.201/試料重量(g)
 A:0.2N-水酸化ナトリウム規定液の滴定量(ml)
 B:ブランクテストにおける0.2N-水酸化ナトリウム規定液の滴定量(ml)
 F:0.2N-水酸化ナトリウム規定液のファクター
 (組成分布指数(CDI))
 本発明において、前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)の組成分布(分子間置換度分布)は特に限定されず、組成分布指数(CDI)は、例えば1.0~3.0である。組成分布指数(CDI)は、好ましくは1.0~2.0、より好ましくは1.0~1.8、さらに好ましくは1.0~1.6、特に好ましくは1.0~1.5である。組成分布指数(CDI)が2.0以下であると、前記酢酸セルロース(A1)とポリビニルアルコール(B)との相溶性、前記酢酸セルロース(A2)と水溶性有機添加剤(C)との相溶性が向上するためか、成形品の強度(繊維の場合は糸強度)が大きく向上する。
 組成分布指数(CDI)の下限値は0であるが、これは例えば100%の選択性でグルコース残基の6位のみをアセチル化し、他の位置はアセチル化しない等の特別な合成技術をもって実現されるものであり、そのような合成技術は知られていない。グルコース残基の水酸基の全てが同じ確率でアセチル化および脱アセチル化される状況において、CDIは1.0となるが、実際のセルロースの反応においてはこのような理想状態に近付けるためには相当の工夫を要する。前記組成分布指数(CDI)が小さいほど、組成分布(分子間置換度分布)が均一となる。組成分布が均一であると、アセチル総置換度が通常よりも広い範囲で水溶性を確保でき、均一な溶解がなされ、構造粘性が発現しないので、例えば酢酸セルロースを被覆製剤のコーティング層の基剤などに使用した場合に摂取させやすいなどの利点がある。
 ここで、組成分布指数(Compositional Distribution Index, CDI)とは、組成分布半値幅の理論値に対する実測値の比率[(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)]で定義される。組成分布半値幅は「分子間置換度分布半値幅」又は単に「置換度分布半値幅」ともいう。
 酢酸セルロースのアセチル総置換度の均一性を評価するのに、酢酸セルロースの分子間置換度分布曲線の最大ピークの半値幅(「半価幅」ともいう)の大きさを指標とすることができる。なお、半値幅は、アセチル置換度を横軸(x軸)に、この置換度における存在量を縦軸(y軸)としたとき、チャートのピークの高さの半分の高さにおけるチャートの幅であり、分布のバラツキの目安を表す指標である。置換度分布半値幅は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)分析により求めることができる。なお、HPLCにおけるセルロースエステルの溶出曲線の横軸(溶出時間)を置換度(0~3)に換算する方法については、特開2003-201301号公報(段落0037~0040)に説明されている。
 (組成分布半値幅の理論値)
 組成分布半値幅(置換度分布半値幅)は確率論的に理論値を算出できる。すなわち、組成分布半値幅の理論値は以下の式(1)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 m:酢酸セルロース1分子中の水酸基とアセチル基の全数
 p:酢酸セルロース1分子中の水酸基がアセチル置換されている確率
 q=1-p
 DPw:重量平均重合度(GPC-光散乱法による)
 なお、重量平均重合度(DPw)の測定法は後述する。
 式(1)は、セルロースの全ての水酸基が同じ確率でアセチル化および脱アセチル化された際に必然的に生じる組成分布半値幅であり、所謂二項定理に従って導かれるものである。さらに、組成分布半値幅の理論値を置換度と重合度で表すと、以下のように表される。本発明では下記式(2)を組成分布半値幅の理論値を求める定義式とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 DS:アセチル総置換度
 DPw:重量平均重合度(GPC-光散乱法による)
 なお、重量平均重合度(DPw)の測定法は後述する。
 ところで、式(1)および式(2)においては、より厳密には重合度分布を考慮に入れるべきであり、この場合には式(1)および式(2)の「DPw」は、重合度分布関数に置き換え、式全体を重合度0から無限大までで積分すべきである。しかしながら、DPwを使う限り、式(1)および式(2)は近似的に十分な精度の理論値を与える。DPn(数平均重合度)を使うと、重合度分布の影響が無視できなくなるので、DPwを使うべきである。
 (組成分布半値幅の実測値)
 本発明において、組成分布半値幅の実測値とは、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基(未置換水酸基)をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅である。
 一般的に、アセチル総置換度2~3の酢酸セルロースに対しては、前処理なしに高速液体クロマトグラフィ(HPLC)分析を行うことができ、それによって組成分布半値幅を求めることができる。例えば、特開2011-158664号公報には、置換度2.27~2.56の酢酸セルロースに対する組成分布分析法が記載されている。
 一方、本発明においては、組成分布半値幅(置換度分布半値幅)の実測値は、HPLC分析前に前処理として酢酸セルロースの分子内残存水酸基の誘導体化を行い、しかる後にHPLC分析を行って求める。この前処理の目的は、低置換度酢酸セルロースを有機溶剤に溶解しやすい誘導体に変換してHPLC分析可能とすることである。すなわち、分子内の残存水酸基を完全にプロピオニル化し、その完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)をHPLC分析して組成分布半値幅(実測値)を求める。ここで、誘導体化は完全に行われ、分子内に残存水酸基はなく、アセチル基とプロピオニル基のみ存在していなければいけない。すなわち、アセチル置換度(DSac)とプロピオニル置換度(DSpr)の和は3である。これは、CAPのHPLC溶出曲線の横軸(溶出時間)をアセチル置換度(0~3)に変換するための較正曲線を作成するために関係式:DSac+DSpr=3を使用するためである。
 酢酸セルロースの完全誘導体化は、ピリジン/N,N-ジメチルアセトアミド混合溶媒中でN,N-ジメチルアミノピリジンを触媒とし、無水プロピオン酸を作用させることにより行うことができる。より具体的には、溶媒として混合溶媒[ピリジン/N,N-ジメチルアセトアミド=1/1(v/v)]を酢酸セルロース(試料)に対して20重量部、プロピオニル化剤として無水プロピオン酸を該酢酸セルロースの水酸基に対して6.0~7.5当量、触媒としてN,N-ジメチルアミノピリジンを該酢酸セルロースの水酸基に対して6.5~8.0mol%使用し、温度100℃、反応時間1.5~3.0時間の条件でプロピオニル化を行う。そして、反応後、沈殿溶媒としてメタノールを用い、沈殿させることにより、完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネートを得る。より詳細には、例えば、室温で、反応混合物1重量部をメタノール10重量部に投入して沈澱させ、得られた沈殿物をメタノールで5回洗浄し、60℃で真空乾燥を3時間行うことにより、完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)を得ることができる。なお、後述の多分散性(Mw/Mn)及び重量平均重合度(DPw)も、酢酸セルロース(試料)をこの方法により完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とし、測定したものである。
 上記HPLC分析では、異なるアセチル置換度を有する複数のセルロースアセテートプロピオネートを標準試料として用いて所定の測定装置および測定条件でHPLC分析を行い、これらの標準試料の分析値を用いて作成した較正曲線[セルロースアセテートプロピオネートの溶出時間とアセチル置換度(0~3)との関係を示す曲線、通常、三次曲線]から、酢酸セルロース(試料)の組成分布半値幅(実測値)を求めることができる。HPLC分析で求められるのは溶出時間とセルロースアセテートプロピオネートのアセチル置換度分布の関係である。これは、試料分子内の残存ヒドロキシ基のすべてがプロピオニルオキシ基に変換された物質の溶出時間とアセチル置換度分布の関係であるから、本発明の酢酸セルロースのアセチル置換度分布を求めていることと本質的には変わらない。
 上記HPLC分析の条件は以下の通りである。
 装置: Agilent 1100 Series
 カラム: Waters Nova-Pak phenyl 60Å 4μm(150mm×3.9mmΦ)+ガードカラム
 カラム温度:30℃
 検出: Varian 380-LC
 注入量: 5.0μL(試料濃度:0.1%(wt/vol))
 溶離液: A液:MeOH/H2O=8/1(v/v),B液:CHCl3/MeOH=8/1(v/v)
 グラジェント:A/B=80/20→0/100(28min);流量:0.7mL/min
 較正曲線から求めた置換度分布曲線[セルロースアセテートプロピオネートの存在量を縦軸とし、アセチル置換度を横軸とするセルロースアセテートプロピオネートの置換度分布曲線](「分子間置換度分布曲線」ともいう)において、平均置換度に対応する最大ピーク(E)に関し、以下のようにして置換度分布半値幅を求める。ピーク(E)の低置換度側の基部(A)と、高置換度側の基部(B)に接するベースライン(A-B)を引き、このベースラインに対して、最大ピーク(E)から横軸に垂線をおろす。垂線とベースライン(A-B)との交点(C)を決定し、最大ピーク(E)と交点(C)との中間点(D)を求める。中間点(D)を通って、ベースライン(A-B)と平行な直線を引き、分子間置換度分布曲線との二つの交点(A'、B')を求める。二つの交点(A'、B')から横軸まで垂線をおろして、横軸上の二つの交点間の幅を、最大ピークの半値幅(すなわち、置換度分布半値幅)とする。
 このような置換度分布半値幅は、試料中のセルロースアセテートプロピオネートの分子鎖について、その構成する高分子鎖一本一本のグルコース環の水酸基がどの程度アセチル化されているかにより、保持時間(リテンションタイム)が異なることを反映している。したがって、理想的には、保持時間の幅が、(置換度単位の)組成分布の幅を示すことになる。しかしながら、HPLCには分配に寄与しない管部(カラムを保護するためのガイドカラムなど)が存在する。それゆえ、測定装置の構成により、組成分布の幅に起因しない保持時間の幅が誤差として内包されることが多い。この誤差は、上記の通り、カラムの長さ、内径、カラムから検出器までの長さや取り回しなどに影響され、装置構成により異なる。このため、セルロースアセテートプロピオネートの置換度分布半値幅は、通常、下式で表される補正式に基づいて、補正値Zとして求めることができる。このような補正式を用いると、測定装置(および測定条件)が異なっても、同じ(ほぼ同じ)値として、より正確な置換度分布半値幅(実測値)を求めることができる。
    Z=(X2-Y21/2
[式中、Xは所定の測定装置および測定条件で求めた置換度分布半値幅(未補正値)である。Y=(a-b)x/3+b(0≦x≦3)である。ここで、aは前記Xと同じ測定装置および測定条件で求めた総置換度3のセルロースアセテートの見掛けの置換度分布半値幅(実際は総置換度3なので、置換度分布は存在しない)、bは前記Xと同じ測定装置および測定条件で求めた総置換度3のセルロースプロピオネートの見掛けの置換度分布半値幅である。xは測定試料のアセチル総置換度(0≦x≦3)である]
 なお、上記総置換度3のセルロースアセテート(もしくはセルロースプロピオネート)とは、セルロースのヒドロキシル基の全てがエステル化されたセルロースエステルを示し、実際には(理想的には)置換度分布半値幅を有しない(すなわち、置換度分布半値幅0の)セルロースエステルである。
 本発明において、前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)の組成分布半値幅(置換度分布半値幅)の実測値としては、好ましくは0.12~0.34であり、より好ましくは0.13~0.25である。
 先に説明した置換度分布理論式は、すべてのアセチル化と脱アセチル化が独立かつ均等に進行することを仮定した確率論的計算値である。すなわち、二項分布に従った計算値である。このような理想的な状況は現実的にはあり得ない。酢酸セルロースの加水分解反応が理想的なランダム反応に近づくような、および/または、反応後の後処理について組成について分画が生じるような特別な工夫をしない限り、セルロースエステルの置換度分布は確率論的に二項分布で定まるものよりも大幅に広くなる。
 反応の特別な工夫の一つとしては、例えば、脱アセチル化とアセチル化が平衡する条件で系を維持することが考えられる。しかし、この場合には酸触媒によりセルロースの分解が進行するので好ましくない。他の反応の特別な工夫としては、脱アセチル化速度が低置換度物について遅くなる反応条件を採用することである。しかし、従来、そのような具体的な方法は知られていない。つまり、セルロースエステルの置換度分布を反応確率論通り二項分布にしたがうよう制御するような反応の特別な工夫は知られていない。さらに、酢化過程(セルロースのアセチル化工程)の不均一性や、熟成過程(酢酸セルロースの加水分解工程)で段階的に添加する水による部分的、一時的な沈殿の発生などの様々な事情は、置換度分布を二項分布よりも広くする方向に働き、これらを全て回避し、理想条件を実現することは、現実的には不可能である。これは、理想気体があくまで理想の産物であり、実在する気体の挙動はそれとは多かれ少なかれ異なることと似ている。
 従来の低置換度酢酸セルロースの合成と後処理においては、このような置換度分布の問題について殆ど関心が払われておらず、置換度分布の測定や検証、考察が行われていなかった。例えば、文献(繊維学会誌、42、p25 (1986))によれば、低置換度酢酸セルロースの溶解性は、グルコース残基2、3、6位へのアセチル基の分配で決まると論じられており、組成分布は全く考慮されていない。
 本発明者らの検討によれば、後述するように、酢酸セルロースの置換度分布は、驚くべきことに酢酸セルロースの加水分解工程の後の後処理条件の工夫で制御することができる。文献(CiBment, L., and Rivibre, C., Bull. SOC. chim., (5) 1, 1075 (1934)、Sookne, A. M., Rutherford, H. A., Mark, H., and Harris, M. J . Research Natl. Bur. Standards, 29, 123 (1942)、A. J. Rosenthal , B. B. White Ind. Eng. Chem., 1952, 44 (11), pp 2693-2696.)によれば、置換度2.3の酢酸セルロースの沈澱分別では、分子量に依存した分画と置換度(化学組成)に伴う微々たる分画が起こるとされており、本発明者らが見出したような置換度(化学組成)で顕著な分画ができるとの報告はない。さらに、低置換度酢酸セルロースについて、溶解分別や沈澱分別で置換度分布(化学組成)を制御できることは検証されていなかった。
 本発明者らが見出した置換度分布を狭くするもう1つの工夫は、酢酸セルロースの90℃以上の(又は90℃を超える)高温での加水分解反応(熟成反応)である。従来、高温反応で得られた生成物の重合度について詳細な分析や考察がなされて来なかったにもかかわらず、90℃以上の高温反応ではセルロースの分解が優先するとされてきた。この考えは、粘度に関する考察のみに基づいた思い込み(ステレオタイプ)と言える。本発明者らは、酢酸セルロースを加水分解して低置換度酢酸セルロースを得るに際し、90℃以上の(又は90℃を超える)高温下、好ましくは硫酸等の強酸の存在下、多量の酢酸中で反応させると、重合度の低下は見られない一方で、CDIの減少に伴い粘度が低下することを見出した。すなわち、高温反応に伴う粘度低下は、重合度の低下に起因するものではなく、置換度分布が狭くなることによる構造粘性の減少に基づくものであることを解明した。上記の条件で酢酸セルロースの加水分解を行うと、正反応だけでなく逆反応も起こるため、生成物(低置換度酢酸セルロース)のCDIが極めて小さい値となり、水に対する溶解性も著しく向上する。これに対し、逆反応が起こりにくい条件で酢酸セルロースの加水分解を行うと、置換度分布は様々な要因で広くなり、水に溶けにくいアセチル総置換度0.4未満の酢酸セルロース及びアセチル置換度1.6を超える酢酸セルロースの含有量が増大し、全体として水に対する溶解性が低下する。
 (2,3,6位の置換度の標準偏差)
 本発明において、前記酢酸セルロースのグルコース環の2,3,6位の各アセチル置換度は、手塚(Tezuka,Carbonydr.Res.273,83(1995))の方法に従いNMR法で測定できる。すなわち、酢酸セルロース試料の遊離水酸基をピリジン中で無水プロピオン酸によりプロピオニル化する。得られた試料を重クロロホルムに溶解し、13C-NMRスペクトルを測定する。アセチル基の炭素シグナルは169ppmから171ppmの領域に高磁場から2位、3位、6位の順序で、そして、プロピオニル基のカルボニル炭素のシグナルは、172ppmから174ppmの領域に同じ順序で現れる。それぞれ対応する位置でのアセチル基とプロピオニル基の存在比から、元のセルロースジアセテートにおけるグルコース環の2,3,6位の各アセチル置換度を求めることができる。なお、このように求めた2,3,6位の各アセチル置換度の和はアセチル総置換度であり、この方法でアセチル総置換度を求めることもできる。なお、アセチル総置換度は、13C-NMRのほか、1H-NMRで分析することもできる。
 2,3,6位の置換度の標準偏差σは、次の式で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 本発明においては、酢酸セルロース(A1)又は(A2)のグルコース環の2,3及び6位のアセチル置換度の標準偏差が0.08以下(0~0.08)であることが好ましい。該標準偏差が0.08以下である酢酸セルロースは、グルコース環の2,3,6位が均等に置換されており、水に対する溶解性に優れる。
 (多分散性(分散度、Mw/Mn))
 本発明において、分子量分布(重合度分布)の多分散性(Mw/Mn)は、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC-光散乱法により求めた値である。
 本発明における前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)の多分散性(分散度、Mw/Mn)は、1.2~2.5の範囲であることが好ましい。多分散性Mw/Mnが上記の範囲にある酢酸セルロースは、分子の大きさが揃っており、水に対する溶解性に優れる。
 酢酸セルロースの数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び多分散性(Mw/Mn)は、HPLCを用いた公知の方法で求めることができる。本発明において、酢酸セルロースの多分散性(Mw/Mn)は、測定試料を有機溶剤に可溶とするため、前記組成分布半値幅の実測値を求める場合と同様の方法で、酢酸セルロース(試料)を完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とした後、以下の条件でサイズ排除クロマトグラフィー分析を行うことにより決定される(GPC-光散乱法)。
 装置:Shodex製 GPC 「SYSTEM-21H」
 溶媒:アセトン
 カラム:GMHxl(東ソー)2本、ガードカラム(東ソー製TSKgel guardcolumn HXL-H)
 流速:0.8ml/min
 温度:29℃
 試料濃度:0.25%(wt/vol)
 注入量:100μl
 検出:MALLS(多角度光散乱検出器)(Wyatt製、「DAWN-EOS」)
 MALLS補正用標準物質:PMMA(分子量27600)
 (重量平均重合度(DPw))
 本発明において、重量平均重合度(DPw)は、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC-光散乱法により求めた値である。
 本発明における前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)の重量平均重合度(DPw)は、50~800の範囲であることが好ましい。重量平均重合度(DPw)が高すぎると、濾過性が悪くなりやすい。前記重量平均重合度(DPw)は、好ましくは55~700、さらに好ましくは60~600である。
 上記重量平均重合度(DPw)は、前記多分散性(Mw/Mn)と同じく、前記組成分布半値幅の実測値を求める場合と同様の方法で、酢酸セルロース(試料)を完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とした後、サイズ排除クロマトグラフィー分析を行うことにより求められる(GPC-光散乱法)。
 上述のように、水溶性の酢酸セルロースの分子量(重合度)、多分散性(Mw/Mn)はGPC-光散乱法(GPC-MALLS、GPC-LALLSなど)により測定される。なお、光散乱の検出は、一般に水系溶媒では困難である。これは水系溶媒は一般的に異物が多く、一旦精製しても二次汚染されやすいことによる。また、水系溶媒では、微量に存在するイオン性解離基の影響のため分子鎖の広がりが安定しない場合があり、それを抑えるために水溶性無機塩(例えば塩化ナトリウム)を添加したりすると、溶解状態が不安定になり、水溶液中で会合体を形成したりすることがある。この問題を回避するための有効な方法の一つは、水溶性酢酸セルロースを誘導体化し、異物が少なく、二次汚染されにくい有機溶媒に溶解するようにし、有機溶媒でGPC-光散乱測定を行うことである。この目的の水溶性酢酸セルロースの誘導体化としてはプロピオニル化が有効であり、具体的な反応条件及び後処理は前記組成分布半値幅の実測値の説明箇所で記載した通りである。
 (6%粘度)
 本発明における前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)の6%粘度は、例えば5~500mPa・s、好ましくは6~300mPa・sである。6%粘度が高すぎると濾過性が悪くなる場合がある。
 酢酸セルロースの6%粘度は、下記の方法で測定できる。
 50mlのメスフラスコに乾燥試料3.00gを入れ、蒸留水を加え溶解させる。得られた6wt/vol%の溶液を所定のオストワルド粘度計の標線まで移し、25±1℃で約15分間整温する。計時標線間の流下時間を測定し、次式により6%粘度を算出する。
 6%粘度(mPa・s)=C×P×t
 C:試料溶液恒数
 P:試料溶液密度(0.997g/cm3
 t:試料溶液の流下秒数
 試料溶液恒数は、粘度計校正用標準液[昭和石油社製、商品名「JS-200」(JIS Z 8809に準拠)]を用いて上記と同様の操作で流下時間を測定し、次式より求める。
 試料溶液恒数={標準液絶対粘度(mPa・s)}/{標準液の密度(g/cm3)×標準液の流下秒数}
 (低置換度酢酸セルロースの製造)
 本発明における前記酢酸セルロース(A1)又は(A2)(低置換度酢酸セルロース)は、例えば、(A)中乃至高置換度酢酸セルロースの加水分解工程(熟成工程)、(B)沈殿工程、及び、必要に応じて行う(C)洗浄、中和工程により製造できる。
 [(A)加水分解工程(熟成工程)]
 この工程では、中乃至高置換度酢酸セルロース(以下、「原料酢酸セルロース」と称する場合がある)を加水分解する。原料として用いる中乃至高置換度酢酸セルロースのアセチル総置換度は、例えば、1.5~3、好ましくは2~3である。原料酢酸セルロースとしては、市販のセルロースジアセテート(アセチル総置換度2.27~2.56)やセルローストリアセテート(アセチル総置換度2.56超~3)を用いることができる。
 加水分解反応は、有機溶媒中、触媒(熟成触媒)の存在下、原料酢酸セルロースと水を反応させることにより行うことができる。有機溶媒としては、例えば、酢酸、アセトン、アルコール(メタノール等)、これらの混合溶媒などが挙げられる。これらの中でも、酢酸を少なくとも含む溶媒が好ましい。触媒としては、一般に脱アセチル化触媒として用いられる触媒を使用できる。触媒としては、特に硫酸が好ましい。
 有機溶媒(例えば、酢酸)の使用量は、原料酢酸セルロース1重量部に対して、例えば、0.5~50重量部、好ましくは1~20重量部、さらに好ましくは3~10重量部である。
 触媒(例えば、硫酸)の使用量は、原料酢酸セルロース1重量部に対して、例えば、0.005~1重量部、好ましくは0.01~0.5重量部、さらに好ましくは0.02~0.3重量部である。触媒の量が少なすぎると、加水分解の時間が長くなりすぎ、酢酸セルロースの分子量の低下を引き起こすことがある。一方、触媒の量が多すぎると、加水分解温度に対する解重合速度の変化の度合いが大きくなり、加水分解温度がある程度低くても解重合速度が大きくなり、分子量がある程度大きい酢酸セルロースが得られにくくなる。
 加水分解工程における水の量は、原料酢酸セルロース1重量部に対して、例えば、0.5~20重量部、好ましくは1~10重量部、さらに好ましくは2~7重量部である。また、該水の量は、有機溶媒(例えば、酢酸)1重量部に対して、例えば、0.1~5重量部、好ましくは0.3~2重量部、さらに好ましくは0.5~1.5重量部である。水は、反応開始時において全ての量を系内に存在させてもよいが、酢酸セルロースの沈殿を防止するため、使用する水の一部を反応開始時に系内に存在させ、残りの水を1~数回に分けて系内に添加してもよい。
 加水分解工程における反応温度は、例えば、40~130℃、好ましくは50~120℃、さらに好ましくは60~110℃である。特に、反応温度を90℃以上(或いは90℃を超える温度)とする場合には、正反応(加水分解反応)に対する逆反応(アセチル化反応)の速度が増加する方向に反応の平衡が傾く傾向があり、その結果、置換度分布が狭くなり、後処理条件を特に工夫しなくとも、組成分布指数CDIの極めて小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。この場合、触媒として硫酸等の強酸を用いるのが好ましく、また、反応溶媒として酢酸を過剰に用いるのが好ましい。また、反応温度を90℃以下とする場合であっても、後述するように、沈殿工程において、沈殿溶媒として2種以上の溶媒を含む混合溶媒を用いて沈殿させたり、沈殿分別及び/又は溶解分別を行うことにより、組成分布指数CDIが非常に小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。
 [(B)沈殿工程]
 この工程では、加水分解反応終了後、反応系の温度を室温まで冷却し、沈殿溶媒を加えて低置換度酢酸セルロースを沈殿させる。沈殿溶媒としては、水と混和する有機溶剤若しくは水に対する溶解度の大きい有機溶剤を使用できる。例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール;酢酸エチル等のエステル;アセトニトリル等の含窒素化合物;テトラヒドロフラン等のエーテル;これらの混合溶媒などが挙げられる。
 沈殿溶媒として2種以上の溶媒を含む混合溶媒を用いると、後述する沈殿分別と同様の効果が得られ、組成分布(分子間置換度分布)が狭く、組成分布指数(CDI)が小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。好ましい混合溶媒として、例えば、アセトンとメタノールの混合溶媒、イソプロピルアルコールとメタノールの混合溶媒などが挙げられる。
 また、沈殿して得られた低置換度酢酸セルロースに対して、さらに沈殿分別(分別沈殿)及び/又は溶解分別(分別溶解)を行うことにより、組成分布(分子間置換度分布)が狭く、組成分布指数CDIが非常に小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。
 沈殿分別は、例えば、沈殿して得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)を水に溶解し、適当な濃度(例えば、2~10重量%、好ましくは3~8重量%)の水溶液とし、この水溶液に貧溶媒を加え(又は、貧溶媒に前記水溶液を加え)、適宜な温度(例えば、30℃以下、好ましくは20℃以下)に保持して、低置換度酢酸セルロースを沈殿させ、沈殿物を回収することにより行うことができる。貧溶媒としては、例えば、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトンなどが挙げられる。貧溶媒の使用量は、前記水溶液1重量部に対して、例えば1~10重量部、好ましくは2~7重量部である。
 溶解分別は、例えば、前記沈殿して得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)或いは前記沈殿分別で得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)に、水と有機溶媒(例えば、アセトン等のケトン、エタノール等のアルコールなど)の混合溶媒を加え、適宜な温度(例えば、20~80℃、好ましくは25~60℃)で撹拌後、遠心分離により濃厚相と希薄相とに分離し、希薄相に沈殿溶剤(例えば、アセトン等のケトン、メタノール等のアルコールなど)を加え、沈殿物(固形物)を回収することにより行うことができる。前記水と有機溶媒の混合溶媒における有機溶媒の濃度は、例えば、5~50重量%、好ましくは10~40重量%である。
 [(C)洗浄、中和工程]
 沈殿工程(B)で得られた沈殿物(固形物)は、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトンなどの有機溶媒(貧溶媒)で洗浄するのが好ましい。また、塩基性物質を含む有機溶媒(例えば、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトンなど)で洗浄、中和することも好ましい。なお、中和工程は加水分解工程の直後に設けても良く、その場合には塩基性物質またはその水溶液を加水分解反応浴に添加するのが好ましい。
 前記塩基性物質としては、例えば、アルカリ金属化合物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等のアルカリ金属カルボン酸塩;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド等のナトリウムアルコキシドなど)、アルカリ土類金属化合物(例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩;酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム等のアルカリ土類金属カルボン酸塩;マグネシウムエトキシド等のアルカリ土類金属アルコキシドなど)などを使用できる。これらの中でも、特に、酢酸カリウム等のアルカリ金属化合物が好ましい。
 洗浄、中和により、加水分解工程で用いた触媒(硫酸等)などの不純物を効率よく除去することができる。
 このようにして得られた低置換度酢酸セルロースは、必要に応じて、粉砕、篩別又は造粒して、特定粒度の範囲に調整することができる。
 [ポリビニルアルコール(B)]
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様のポリビニルアルコール(B)としては、ケン化度が50モル%以上のものを特に限定なく使用することができる。ポリビニルアルコール(B)のケン化度が50モル%以上であれば、水に対する溶解性に優れ、また、酢酸セルロース(A1)とポリビニルアルコール(B)が相溶して透明な樹脂組成物を形成しやすくなる。前記ケン化度の好ましい下限値は、60モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくはモル75%以上、さらに一層好ましくは80モル%以上、なおさらに好ましくは85モル%以上、特に好ましくは90モル%以上である。前記ケン化度の上限値は、特に限定されないが、好ましくは100モル%以下、より好ましくは99モル%以下、さらに好ましくは95モル%以下である。
 また、ポリビニルアルコール(B)の平均重合度は、特に限定されないが、好ましくは200~3500であり、より好ましくは500~2500である。
 なお、ポリビニルアルコールのケン化度及び平均重合度は、下記式で表される値であり、JIS K 6726に準拠する方法にて測定することができる
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 ポリビニルアルコール(B)は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ポリビニルアルコール(B)は、公知乃至慣用の方法により製造することもできるし、例えば、商品名「ゴーセノールEG-05」(ケン化度:86.5~89.0モル%)、「ゴーセノールNH-17Q」、(ケン化度:100.0モル%)、「ゴーセノールKH-20」(ケン化度:78.5~81.5モル%)、「ゴーセノールKH-17」(ケン化度:78.5~81.5モル%)、「ゴーセノールKL-05」(ケン化度:78.5~82.0モル%)、「ゴーセノールKL-03」(ケン化度:78.5~82.0モル%)、「ゴーセノールKM-11」(ケン化度:76.7~79.3モル%)、「ゴーセノールKP-08R」(ケン化度:71.0~73.5モル%)、「ゴーセノールNK-05R」(ケン化度:71.0~75.0モル%)(以上、日本合成化学工業(株)製)、商品名「ポバールPVA-203」(ケン化度:88モル%)「ポバールPVA-205」(ケン化度:88モル%)、「ポバール424H」(ケン化度:78.5~80.5モル%)(以上、クラレ(株)製)等のケン化度が50%以上のポリビニルアルコールの市販品を使用することもできる。
 [水溶性有機添加剤(C)]
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様に含まれる水溶性有機添加剤(C)としては、ポリビニルアルコールを除く、水溶性の有機化合物であれば特に限定されず、用途に応じて適宜選択できる。水溶性有機添加剤(C)は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。水溶性有機添加剤(C)として、例えば、水溶性高分子、水溶性低分子化合物などが挙げられる。
 前記水溶性高分子としては、例えば、デンプン、マンナン、ペクチン、アルギン酸、デキストラン、プルラン、にかわ、ゼラチン等の天然ポリマー;カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系ポリマー(酢酸セルロースを除く)などの半合成ポリマー;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレンオキサイドなどのポリアルキレングリコールやポリアルキレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン等の合成ポリマーなどが挙げられる。水溶性高分子の重量平均分子量(又は、分子量)は、例えば、150~1000000、好ましくは200~100000、さらに好ましくは200~10000、特に好ましくは200~1000である。水溶性高分子の重量平均分子量(又は、分子量)が大きすぎると、酢酸セルロースとの相溶性が低下する傾向にあり、また、重量平均分子量(又は、分子量)が小さすぎると成形品の強度や伸度が低下する傾向にある。
 前記水溶性低分子化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール等の多価アルコール(高分子化合物を除く);グルコース等の単糖類;2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、スルホラン等のヘテロ原子含有低分子化合物などが挙げられる。
 本発明における前記水溶性有機添加剤(C)としては、成形品の物性、外観、安定性等の観点から、上記の中でも、ポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポリエチレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイド;グリセリン等の多価アルコール(高分子化合物を除く)が好ましく、特に、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイドが好ましく、とりわけポリエチレングリコールが好ましい。
 ポリエチレングリコールの平均重量分子量(又は、分子量)は、例えば150~5000、好ましくは200~1000である。
 [水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物]
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、アセチル総置換度が0.4~1.6である酢酸セルロース(A1)と、ケン化度が50モル%以上であるポリビニルアルコール(B)とを含む。本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様では、前記酢酸セルロース(A1)及び前記ポリビニルアルコール(B)が互いに相溶して、透明な樹脂組成物(ポリマーアロイ)を形成し、さらに酸素や水蒸気等の気体の透過性が低く、すなわち、ガスバリヤ性能が高い。さらに、本発明の第1態様の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、生分解性であり、且つ水溶性、安全性も高い。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、上述の優れた特性を有するため、例えば、被覆製剤のコーティング層の基剤、後述の水溶性酢酸セルロース複合体成形品等の用途の好適に使用することができる。詳細は、後掲にて説明する。
[相溶性の定義]
 ポリマーの非晶部分は、昇温過程でガラス状態からゴム状態に、降温過程でゴム状態からガラス状態に転移する。この転移温度(ガラス転移温度、あるいは、ガラス転移点)は、ポリマーを特徴付ける物性の一つである。2種類のポリマーをブレンドすると、もともとのポリマーに特徴的なそれぞれのガラス転移温度が観察される場合がある。この状況は、二種類のポリマーは分子レベルで相互作用していないと判定される。つまり、ポリマーブレンドにおいて、もともとのポリマーに特徴的なガラス転移温度が観察される場合、そのポリマーブレンドは非相溶性である(非相溶である)と判定される。
 2種類のポリマーをブレンドすると、もともとのポリマーには現れないガラス転移温度が一つだけ観察される場合がある。この状況は、2種類のポリマーは分子レベルで相互作用していると判定される。つまり、ポリマーブレンドにおいて、もともとのポリマーに特徴的なガラス転移温度が消失し、あらたに一つのガラス転移温度が観察される場合、そのポリマーブレンドは相溶性である(相溶である)と判定される。言い換えれば、もともとのポリマーに特徴的なガラス転移温度が消失し、あらたに一つのガラス転移温度が観察される状況をもって、「相溶性」を定義して良い。
 なお、2種類のポリマーのブレンドにおいて、非晶部分は相溶しており、加えて、もともとのポリマーの片方あるいは両方の結晶が混在する場合がある。この場合にも、ガラス転移温度は一つのみ観察されることとなる。この状況もまた、相溶性であると定義される。
 2種類のポリマー及びそのポリマーブレンドのガラス転移点、結晶性を示す融点は、いずれも示差走査熱量測定(DSC)を用いた熱分析により観察することができる。例えば、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の相溶性を判定する場合には、各種割合のポリマーブレンドを熱分析して、ガラス転移点、結晶性を示す吸熱ピークが以下のチャートパターン1~4の何れかに該当するか否かを調べることにより判定することができる。
 ガラス転移点では、熱分析のチャートのベースラインが吸熱側(下側)にシフトする変曲点が観察され、融点では吸熱ピークが観測される。
 図1は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン1)を示す模式図である。
 パターン1は、ポリマーAとポリマーBはいずれも結晶性を示す吸熱ピークを有さず、ポリマーAとポリマーBの各種割合(重量%)のブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=80/20~20/80)では、いずれもポリマーA又はポリマーBに由来するガラス転移点(↓)を示さず、ポリマーブレンド特有の単一のガラス転移点(↓)のみが観察される場合である。
 図2は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに非相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン2)を示す模式図である。
 パターン2は、ポリマーAとポリマーBはいずれも結晶性を示す吸熱ピークを有さず、ポリマーAとポリマーBの各種割合(重量%)のブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=80/20~20/80)では、いずれもポリマーA及びポリマーBに由来する2つのガラス転移点(↓)が観察される場合である。
 なお、あらかじめポリマーA及びポリマーBのそれぞれのガラス転移点が分かっており、それらがガラス転移点の測定精度(測定条件によるが、例えば±3℃程度)を考慮しても十分に分離している状況では、これらポリマーのブレンドにおいて1つのガラス転移点のみが観察され、それがそれぞれのポリマーに特徴的なガラス転移点の何れかと同一とみなされ、測定感度その他の理由により他方のガラス転移点が観察されない場合も、実質的にパターン2と同じものと判別される。
 図3は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン3)を示す模式図である。
 パターン3は、ポリマーAは結晶性を示す吸熱ピークを有さないが、ポリマーBは結晶性を示す吸熱ピーク(*)を有し、ポリマーAとポリマーBの各種割合(重量%)のブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=80/20~20/80)では、いずれもポリマーA又はポリマーBに由来するガラス転移点(↓)を示さず、ポリマーブレンド特有の単一のガラス転移点(↓)を示し、さらに特定の割合(重量%)のポリマーAとポリマーBのブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=40/60~20/80)では、ポリマーBに由来する結晶性を示す吸熱ピーク(*)が観察される場合である。
 図4は、2種類のポリマー(ポリマーAとポリマーB)の各種割合のブレンドを示差走査熱量測定(DSC)にて測定した場合に、ポリマーAとポリマーBが互いに非相溶性であると判定されるチャートパターンの1つ(パターン4)を示す模式図である。
 パターン4は、ポリマーAは結晶性を示す吸熱ピークを有さないが、ポリマーBは結晶性を示す吸熱ピーク(*)を有し、ポリマーAとポリマーBの各種割合(重量%)のブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=80/20~20/80)では、いずれもポリマーA及びポリマーBに由来する2つのガラス転移点(↓)を示し、さらに特定の割合(重量%)のポリマーAとポリマーBのブレンド(例えば、ポリマーA/ポリマーB=80/20~20/80)では、ポリマーBに由来する結晶性を示す吸熱ピーク(*)が観察される場合である。
 なお、ポリマーAまたはポリマーBが結晶性を示す吸熱ピークを有する場合であって、あらかじめポリマーA及びポリマーBのそれぞれのガラス転移点が分かっており、それらがガラス転移点の測定精度(測定条件によるが、例えば±3℃程度)を考慮しても十分に分離している状況では、これらポリマーのブレンドにおいて1つのガラス転移点のみが観察され、それがそれぞれのポリマーに特徴的なガラス転移点の何れかと同一とみなされ、測定感度その他の理由により他方のガラス転移点が観察されない場合も、実質的にパターン4と同じものと判別される。
 本発明の第1態様の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物のDSCによる熱分析は、セイコーインスツルメンツ(株)製DSC6200/EXSTAR6000を用い、測定は全て窒素雰囲気下、昇温速度20℃/minで行い、各試料約5mgを280℃まで昇温していったんポリビニルアルコールの結晶を溶融した後、速やかに-30℃まで冷却し、その後再び280℃まで昇温して安定なサーモグラムを得ることにより行うことができる。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様において、前記酢酸セルロース(A1)100重量部に対する前記ポリビニルアルコール(B)の含有量の上限値は、特に限定されないが、好ましくは500重量以下であり、より好ましくは400重量部以下であり、より一層好ましくは300重量部以下であり、さらに好ましくは200重量部以下であり、さらに一層好ましくは100重量部以下であり、なおさらに一層好ましくは50重量部以下であり、特に好ましくは25重量部以下である。前記ポリビニルアルコール(B)の含有量が500重量部以下であることにより、前記酢酸セルロース(A1)と前記ポリビニルアルコール(B)が相溶して、透明な樹脂組成物が得られやすくなる。一方、記酢酸セルロース(A1)100重量部に対する前記ポリビニルアルコール(B)の含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは5重量部以上であり、より好ましくは10重量部以上であり、さらに好ましくは15重量部以上である。前記ポリビニルアルコール(B)の含有量が5重量部以下であることにより、得られる水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の酸素透過性、水蒸気透過性を低くしやすくなる。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様において、前記酢酸セルロース(A1)の含有量は、好ましくは5~95重量%、より好ましくは10~90重量%、特に好ましくは15~85重量%である。また、前記ポリビニルアルコール(B)の含有量は、好ましくは5~95重量%、より好ましくは10~90重量%、特に好ましくは15~85重量%である。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、前記酢酸セルロース(A1)及びポリビニルアルコール(B)のほか、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。
 前記他の成分として、例えば、医薬品、食品等に使用される各種添加剤(例、賦形剤、崩壊剤、結合剤、滑沢剤、着色剤、pH調整剤、界面活性剤、安定化剤、酸味料、香料、流動化剤等)、他の水溶性且つ生分解性を有する樹脂、熱劣化防止剤、熱着色防止剤、生分解促進剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、染料、顔料、潤滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、香料などが挙げられる。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様において、前記酢酸セルロース(A1)及びポリビニルアルコール(B)の総含有量は、例えば、70重量%以上、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%以上であり、100重量%であってもよい。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、例えば、所定量の酢酸セルロース(A1)及びポリビニルアルコール(B)を、必要に応じて他の成分及び溶媒と共に混合した後に溶媒を蒸発させることにより調製できる。例えば、各成分及び溶媒をヘンシェルミキサー等の混合器内で混合した後、ガラス板状の平板上に流延し、室温で風乾、又は40~60℃で温風乾燥することによりフィルム状に成形された水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を得ることができる。
 酢酸セルロース(A1)及びポリビニルアルコール(B)を溶解させる溶媒としては、水、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
 こうして得られる樹脂組成物(フィルム状等)のガラス転移温度(Tg)(Tgが複数存在する場合は低温側のTg)は、例えば、50~230℃、好ましくは60~220℃、より好ましくは70~210℃である。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様は、前記アセチル総置換度が0.5~1.0である酢酸セルロース(A2)を50~95重量%、及び水溶性有機添加剤(C)を5~50重量%含む。本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様は、前記酢酸セルロース(A2)及び水溶性有機添加剤(C)を上記の範囲で含有するので、比較的低い温度にて溶融状態とすることができ、比較的低い温度で成形が可能となるため、着色の少ない成形物を製造することができる。また、繊維を得る場合、比較的繊度が低く(例えば、2デニール程度)、水溶性で且つ生分解性の酢酸セルロース繊維を得ることができる。前記酢酸セルロース(A2)の含有量が50重量%未満の場合や、前記水溶性有機添加剤(C)の含有量が50重量%を超えると、酢酸セルロース本来の特性が得られず、また、成形品の強度が低下するため好ましくない。また、酢酸セルロース(A2)の含有量が95重量%を超える場合や、前記水溶性有機添加剤(C)の含有量が5重量%未満の場合は、組成物のガラス転移温度が上がり、溶融温度が高くなり、成形品の着色が顕著となる。また、成形性が低くなるためか、成形品(例えば、繊維)の強度(例えば、糸強度)が低下する。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様において、前記酢酸セルロース(A2)の含有量は、好ましくは50~90重量%、より好ましくは50~80重量%、特に好ましくは55~75重量%である。また、前記水溶性有機添加剤(C)の含有量は、好ましくは10~50重量%、より好ましくは20~50重量%、特に好ましくは25~45重量%である。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様は、前記酢酸セルロース(A2)及び水溶性有機添加剤(C)のほか、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。
 前記他の成分として、例えば、他の水溶性且つ生分解性を有する樹脂、熱劣化防止剤、熱着色防止剤、生分解促進剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、染料、顔料、潤滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、香料などが挙げられる。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様において、前記酢酸セルロース(A2)及び水溶性有機添加剤(C)の総含有量は、例えば、70重量%以上、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%以上であり、100重量%であってもよい。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第2態様は、例えば、所定量の酢酸セルロース(A2)及び水溶性有機添加剤(C)を、必要に応じて他の成分と共に混合することにより調製できる。例えば、各成分をヘンシェルミキサー等の混合器内で混合した後、ストランド状に溶融押出しし、適当な大きさに切断することによりペレット状の樹脂組成物を得ることができる。
 こうして得られる樹脂組成物(ペレット等)のガラス転移温度(Tg)(Tgが複数存在する場合は低温側のTg)は、例えば、90~230℃、好ましくは100~200℃、より好ましくは130~170℃である。
 [水溶性酢酸セルロース複合体成形品]
 本発明の水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、前記本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物(第1態様および第2態様を含む。以下、同様)を、溶融状態を経由して成形することにより製造できる。すなわち、溶融紡糸法(メルトブロー紡糸法を含む)を用いることにより前記水溶性酢酸セルロース複合体成形品を製造することができる。
 例えば、前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物(ペレット等)を、公知の溶融押出紡糸機において、加熱溶融した後、口金から紡糸し、紡出された連続長繊維フィラメント群をエジェクターにより高速高圧エアーで延伸し巻き取るか、あるいは、開繊して捕集用の支持体面上に捕集してウェブを形成することにより繊維状の水溶性酢酸セルロース複合体成形品を得ることができる。また、押出機で溶融した前記水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を、例えば幅方向1m当たり数百から数千個の口金を持つダイから、高温・高速の空気流で糸状に吹き出し、繊維状に延伸された樹脂をコンベア上で集積し、その間に繊維同士の絡み合い及び融着を生じさせることにより不織布を製造することができる(メルトブロー紡糸法)。溶融紡糸時の紡糸温度は、例えば、130~240℃、好ましくは140~200℃、より好ましくは150~188℃である。紡糸温度が高すぎると成形品の着色が顕著になる。また、紡糸温度が低すぎると、組成物の粘度が低くなり、紡糸ドラフト比を高くするのが困難となり生産性が低下しやすくなる。紡糸ドラフト比は、例えば200~600程度である。
 上記溶融紡糸法により得られる糸の繊度は、例えば1~9デニール(d)、好ましくは1.3~5デニール(d)である。また、前記糸の強度は、例えば0.3~1.5g/d程度である。
 また、本発明の水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、前記本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を射出成形することにより製造することもできる。射出成形により、種々の形状を有する成形品を得ることができる。
 水溶性酢酸セルロース複合体成形品としては、例えば、たばこフィルター、不織布、各種射出成形品などが挙げられる。本発明の水溶性酢酸セルロース複合体成形品は、水溶性で且つ生分解性を有するので、自然や人間に負荷を掛けないという利点を有する。また、製造するのに、乾式紡糸のように400℃程度の乾燥空気を用いる必要がないので、エネルギー消費量を少なくできる。さらに、着色の少ない成形品(例えば、繊維)が得られるので、品質面でも優れる。
 [被覆製剤]
 前記本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物(第1態様および第2態様を含む。以下、同様)は、被覆製剤のコーティング層の基剤として好適に使用することができる。特に、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の第1態様は、前記酢酸セルロース(A1)及び前記ポリビニルアルコール(B)が互いに相溶して、透明な樹脂組成物(ポリマーアロイ)を形成し、さらに酸素や水蒸気等の気体の透過性が低く、生分解性であり、且つ水溶性、安全性も高いため、被覆製剤のコーティング層の基剤に極めて適している。
 本発明の被覆製剤は、例えば、医薬、食品、農薬等であってよい。
 医薬としては、特に制限はないが、例えば、鎮痛剤、解熱鎮痛剤、頭痛治療剤、鎮咳剤、去痰剤、鎮静剤、鎮けい剤、抗ヒスタミン剤、抗アレルギー剤、抗プラスミン剤、気管支拡張剤、喘息治療剤、糖尿病治療剤、肝疾患治療剤、潰瘍治療剤、胃炎治療剤、健胃消化剤、消化管運動賦活剤、高血圧治療剤、狭心症治療剤、血圧降下剤、低血圧治療剤、高脂血症治療剤、ホルモン剤、抗生物質、抗ウイルス剤、サルファ剤、抗炎症剤、精神神経用剤、眼圧降下剤、制吐剤、止瀉薬、痛風治療剤、不整脈治療剤、血管収縮剤、消化剤、睡眠又は催眠導入(誘導)剤、交感神経遮断剤、貧血治療剤、抗てんかん剤、抗めまい剤、平行傷害治療剤、結核治療剤、ビタミン欠乏症治療剤、痴呆治療剤、尿失禁治療剤、鎮うん剤、口内殺菌剤、寄生虫駆除剤、ビタミン剤、アミノ酸類、ミネラル類などが挙げられる。これら医薬は2種以上を適宜の割合で混合して用いてもよい。
 食品としては、青汁粉末、アグリコン、アガリクス、アシュワガンダ、アスタキサンチン、アセロラ、アミノ酸(バリン、ロイシン、イソロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、ヒスチジン、シスチン、チロシン、アルギニン、アラニン、アスパラギン酸、海藻粉末、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、プロリン、セリン等)、アルギン酸、いちょう葉エキス、イワシペプチド、ウコン、ウロン酸、エキナセア、エゾウコギ、オリゴ糖、オレイン酸、核タンパク、カツオブシペプチド、カテキン、カリウム、カルシウム、カロチノイド、ガルシニア、L一カルニチン、キトサン、共役リノール酸、キダチアロエ、ギムネマシルベスタエキス、クエン酸、クミスクチン、グリセリド、グリセノール、グルカゴン、グルタミン、グルコサミン、L一グルタミン、クロレラ、クランベリーエキス、キャッツクロー、ゲルマニウム、酵素、高麗人参エキス、コエンザイムQIO、コラーゲン、コラーゲンペプチド、コリウスフォルスコリン、コンドロイチン、サイリウムハスク末、サンザシエキス、サポニン、脂質、L一シスチン、シソエキス、シトリマックス、脂肪酸、植物ステロール、種子エキス、スピルリナ、スクワレン、セイヨウシロヤナギ、セラミド、セレン、セントジョーンズワートエキス、大豆インフラボン、大豆サポニン、大豆ペプチド、大豆レシチン、単糖、タンパク質、チェストツリーエキス、鉄、銅、ドコサヘキサエン酸、トコトリエノール、納豆キナーゼ、納豆菌培養エキス、ナイアシンナトリウム、ニコチン酸、二糖、乳酸菌、ニンニク、ノコギリヤシ、発芽米、ハトムギエキス、ハーブエキス、バレリヤンエキス、パントテン酸、ヒアルロン酸、ビオチン、ピコリン酸クロム、ビタミンA、A2ビタミンB1、B2、B6、ビタミンB12、ビタミンC、ビタミンD、ビタミンE、ビタミンK、ヒドロキシチロソール、ビフィズス菌、ビール酵母、フラクトオリゴ糖、フラボノイド、ブッチャーズブルームエキス、ブラックコホシュ、ブルーベリー、プルーンエキス、プロアントシアニジン、プロテイン、プロポリス、ブロメライン、プロバイオティクス、ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン、β一カロチン、ペプチド、ベニバナエキス、マイタケエキス、マカエキス、マグネシウム、マリアアザミ、マンガン、ミトコンドリア、ミネラル、ムコ多糖、メラトニン、メシマコブ、メリロートエキス末、モリブデン、野菜粉末、葉酸、ラクトース、リコピン、リノール酸、リポ酸、燐(リン)、ルテイン、レシチン、ロズマリン酸、ローヤルゼリー、DHA、EPA等の健康食品が好適に使用できる。これら食品は、2種以上を適宜の割合で混合して用いてもよい。
 農薬としては、特に限定されないが、例えば、抗菌剤、抗ウイルス剤、殺菌剤、殺ダニ剤、殺虫剤、殺線虫剤、殺鼠剤、除草剤、植物生長調節剤、肥料、薬害軽減剤などが挙げられる。また、これら農薬は2種以上を適宜の割合で混合して用いてもよい。
 本発明の被覆製剤における、医薬、農薬、食品等の含量は、被覆製剤中5~90重量%の範囲から適宜選択できる。
 本発明の被覆製剤においてコーティング層で被覆される核(以下、「素錠」という)は、上記医薬品、食品、農薬等の成分を含む、錠剤、顆粒、粉末等の固体製剤であってもよく、さらに、各種添加剤を含んでいてもよく、当該技術分野で周知な方法で製造することができる。
 前記添加剤としては、医薬品、食品、農薬等の常用されるものを制限なく使用することができ、例えば、コーンスターチ、αスターチ、乳糖、白糖、マルトース、トレハロース、環状四糖、デキストリン、デンプン、結晶セルロース、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等の賦形剤(担体);カルボキシメチルセルロース、寒天、ゼラチン末等の崩壊剤;ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の結合剤;シリカ、ステアリン酸マグネシウム、タルク等の滑沢剤;界面活性剤;乳化剤;可塑剤;防腐剤(抗菌剤);保湿剤;増粘剤;増粘安定剤;抗酸化剤;キレート剤;色素;香料;酸味料;調味料;pH調整剤;ビタミン剤;各種アミノ酸;ミネラル;油脂;栄養補助剤;水溶性高分子;電解質;希釈剤;水;生理食塩水;アルコール類;有機溶媒;動物や植物のエキスなどが挙げられる。これら添加剤は2種以上を適宜の割合で混合して用いてもよい。
 本発明の被覆製剤のコーティング層を形成するためのコーティング液には、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の他、酸化チタン、タルク、三二酸化鉄、黄色三二酸化鉄などの遮光剤および/または着色剤;ポリエチレングリコール、クエン酸トリエチル、ヒマシ油、ポリソルベート類などの可塑剤;クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、アスコルビン酸などの有機酸;乳糖、マンニトールなどの糖、糖アルコール等の各種添加剤が含まれていてもよい。
 また、前記コーティング液には、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物以外の水溶性フィルムコーティング基剤、腸溶性フィルムコーティング基剤、徐放性フィルムコーティング基剤などが含まれていてもよい。
 水溶性フィルムコーティング基剤としては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース系高分子;ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、アミノアルキルメタアクリレートコポリマーE〔オイドラギットE(商品名)、ロームファルマ社〕、ポリビニルピロリドンなどの合成高分子;プルランなどの多糖類などが挙げられる。
 腸溶性フィルムコーティング基剤としては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース フタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロース アセテートサクシネート、カルボキシメチルエチルセルロース、酢酸フタル酸セルロースなどのセルロース系高分子;メタアクリル酸コポリマーL〔オイドラギットL(商品名)、ロームファルマ社〕、メタアクリル酸コポリマーLD〔オイドラギットL-30D55(商品名)、ロームファルマ社〕、メタアクリル酸コポリマーS〔オイドラギットS(商品名)、ロームファルマ社〕などのアクリル酸系高分子;セラックなどの天然物などが挙げられる。
 徐放性フィルムコーティング基剤としては、例えば、エチルセルロースなどのセルロース系高分子;アミノアルキルメタアクリレートコポリマーRS〔オイドラギットRS(商品名)、ロームファルマ社〕、アクリル酸エチル・メタアクリル酸メチル共重合体懸濁液〔オイドラギットNE(商品名)、ロームファルマ社〕などのアクリル酸系高分子などが挙げられる。
 コーティング液(100重量%、溶媒は除く)中の本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物の含有量は、特に限定されないが、10~100重量%の範囲から適宜選択することができる。
 本発明の被覆製剤は、市販のパンコーティング装置、流動層コーティング装置、通期式回転ドラムコーティング装置等のフィルムコーティング装置を用いて、前記素錠に前記コーティング液を被覆させることにより製造することができる。コーティング層の厚さは、通常100μm以下であり、好ましくは2~50μmである。
 また、本発明の被覆製剤は、さらに前記コーティング液又は他のコーティング液で被覆した、多層被覆製剤としてもよい。
 このようにして得らえた本発明の被覆製剤は、速放性製剤であっても、徐放性製剤であっても、また、腸溶性製剤であってもよい。
 速放性製剤は、第十六改正日本薬局方の溶出試験において、第1液(pH1.2)及び第2液(pH6.8)で速やかに成分を放出する(例えば、10分で放出率85%以上)ものをいう。
 徐放性製剤は、第十六改正日本薬局方の溶出試験において、第1液(pH1.2)及び第2液(pH6.8)で成分の放出速度が遅い(例えば、10分で放出率85%未満)ものをいう。
 腸溶性製剤は、第十六改正日本薬局方の溶出試験において、第1液(pH1.2)で成分の放出速度が遅く(例えば、10分で放出率85%未満)、第2液(pH6.8)で成分の放出速度が速い(例えば、10分で放出率85%以上)ものをいう。
 以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
 合成例1
 酢酸セルロース(ダイセル社製、商品名「L-50」、アセチル基総置換度2.43、6%粘度:110mPa・s)1重量部に対して、5.1重量部の酢酸および2.0重量部の水を加え、40℃で5時間撹拌して外観均一な溶液を得た。この溶液に0.13重量部の硫酸を加え、得られた溶液を70℃に保持し、加水分解(部分脱アセチル化反応;熟成)を行った。なお、この熟成過程においては、途中で2回、水を系に添加した。すなわち、反応を開始して1時間後に0.67重量部の水を加え、さらに2時間後、1.67重量部の水を加え、さらに3時間反応させた。合計の加水分解時間は6時間である。なお、反応開始時から1回目の水の添加までを第1熟成、1回目の水の添加から2回目の水の添加までを第2熟成、2回目の水の添加から反応終了(熟成完了)までを第3熟成という。
 加水分解を実施した後、系の温度を室温(約25℃)まで冷却し、反応混合物に15重量部のアセトン/メタノール=1/2(重量比)混合溶媒(沈殿化剤)を加えて沈殿を生成させた。
 固形分15重量%のウェットケーキとして沈殿を回収し、8重量部のメタノールを加え、固形分15重量%まで脱液することにより洗浄した。これを3回繰り返した。洗浄した沈殿物を、酢酸カリウムを0.004重量%含有するメタノール8重量部でさらに2回洗浄して中和し、乾燥して、酢酸セルロース(低置換度酢酸セルロース)を得た。
(合成例2~13)
 反応温度、第1熟成時間、第2熟成時間、第3熟成時間、沈殿化剤を表1及び2に示すように変更したこと以外は、合成例1と同様にして酢酸セルロース(低置換度酢酸セルロース)を得た。
(合成例14)(特開平10-317228号公報の実施例2の方法)
 針葉樹サルファイトパルプ(αセルロース含量96%)13重量部、硫酸2重量部、無水酢酸35重量部および氷酢酸50重量部からなる混合物を、36℃で3時間アセチル化反応を行い、反応後反応物を酢酸カリウムで部分中和し、残存する硫酸を1重量部、揮発分中の水の量を10重量%とし、60℃で9時間加水分解し、その後完全中和、沈澱化、洗浄、乾燥して酢化度40.2%(置換度(DS)1.51)の酢酸セルロース(CA-40)を得た。この酢酸セルロースを、特開平10-317228号公報(段落0016)に記載される方法で極限粘度を定め、平均重合度を求めたところ、107であった。また、後述の方法で測定したDPwは210、DPw/DPnは2.1であった。
 各合成例で得られた酢酸セルロースのアセチル基総置換度(DS)、重量平均重合度(DPw)、分散度(DPw/DPn)を下記の方法で測定した。製造条件および得られた低置換度酢酸セルロースの物性の測定結果(分析値)を表1、2に示す。なお、表1、2の「サンプル番号」は、得られた低置換度酢酸セルロースのサンプル番号を意味する。
(置換度(DS)の測定)
 手塚の方法(Carbohydr. Res. 273, 83(1995))に準じて水溶性酢酸セルロース試料の未置換水酸基をプロピオニル化した。プロピオニル化低置換度酢酸セルロースのアセチル基総置換度は、手塚の方法(同)に準じて13C-NMRにおける169~171ppmのアセチルカルボニルのシグナルおよび172~174ppmのプロピオニルカルボニルのシグナルから決定した。
(組成分布指数(CDI)の測定)
 酢酸セルロースのCDIは、プロピオニル化酢酸セルロースに導いた後に次の条件でHPLC分析を行うことで決定した。
 装置: Agilent 1100 Series
 カラム: Waters Nova-Pak phenyl 60Å 4μm(150mm×3.9mmΦ)+ガードカラム
 カラム温度: 30℃
 検出: Varian 380-LC
 注入量: 5.0μL(試料濃度:0.1%(wt/vol))
 溶離液: A液:MeOH/H2O=8/1(v/v),B液:CHCl3/MeOH=8/1(v/v)
 グラジェント:A/B=80/20→0/100(28min);流量:0.7mL/min
 まず、アセチルDS(アセチル基総置換度)が0~3の範囲でDS既知の標品をHPLC分析することで、溶出時間対DSの較正曲線を作成した。較正曲線に基づき、未知試料の溶出曲線(時間対検出強度曲線)をDS対検出強度曲線(組成分布曲線)に変換し、この組成分布曲線の未補正半値幅Xを決定し、次式により組成分布の補正半値幅Zを決定した。
    Z=(X2-Y21/2
 なお、Yは次式で定義される装置定数である。
    Y=(a-b)x/3+b
 a: アセチルDS=3の標品のX値
 b: アセチルDS=0の標品のX値
 x: 未知試料のアセチルDS
 補正半値幅Zから、次式により組成分布指数(CDI)を決定した。
     CDI=Z/Z0
 ここに、Z0は全ての部分置換酢酸セルロースの調製におけるアセチル化および部分脱アセチル化が全ての分子の全ての水酸基(又はアセチル基)に対して等しい確率で生じた場合に生成する組成分布であり、次式で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 DPw:重量平均重合度
 p:(未知試料のアセチルDS)/3
 q:1-p
 このように求めた水溶性酢酸セルロースのCDIは1.4であった。
(重量平均重合度(DPw)、分散度(DPw/DPn)の測定)
 酢酸セルロースの重量平均重合度および分散度は、プロピオニル化酢酸セルロースに導いた後に次の条件でGPC-光散乱測定を行うことで決定した。
 装置:Shodex製 GPC 「SYSTEM-21H」
 溶媒:アセトン
 カラム:GMHxl(東ソー)2本、ガードカラム(東ソー製TSKgel guardcolumn HXL-H)
 流速:0.8ml/min
 温度:29℃
 試料濃度:0.25%(wt/vol)
 注入量:100μl
 検出:MALLS(多角度光散乱検出器)(Wyatt製、「DAWN-EOS」)
 MALLS補正用標準物質:PMMA(分子量27600)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 実施例1~25、比較例1~36、参照例1~4
 表3~5に示された組成で、種々のアセチル総置換度を有する酢酸セルロースとケン化度の異なるポリビニルアルコールをN,N-ジメチルホルムアミド又はN,N-ジメチルアセトアミドに混合し攪拌した後、ガラスシャーレに流延し、風乾することによりブレンドフィルムを調製した。表3~5中、「比率」は重量%である。
 得られたフィルムについて、以下の評価を行った。結果を表3~5に示す。
[外観]
 得られたフィルムを目視で観察し、透明又はやや白濁している場合を合格、白濁している場合を不合格とした。
[走査熱量測定(DSC)]
 DSCによる熱分析はセイコーインスツルメンツ(株)製DSC6200/EXSTAR6000を用いて行った。測定は全て窒素雰囲気下、昇温速度20℃/minで行った。各試料約5mgを280℃まで昇温していったんビニルポリマーの結晶を溶融した後、速やかに-30℃まで冷却し、その後再び280℃まで昇温して安定なサーモグラムを得、ガラス転移温度及び融点の吸熱ピークの有無を観察した。
 各種のアセチル総置換度を有する酢酸セルロースとケン化度の異なるポリビニルアルコールの各種割合(重量%)の(酢酸セルロース/ポリビニルアルコール=80/20~20/80)のポリマーブレンドにおいてガラス転移温度(↓)及び融点の吸熱ピーク(*)が、図1~4に示すチャートパターン1~4のいずれかに該当するか判定し、相溶性を判定した。
 また、実施例9~13、29~32、参照例1~4については、ガラス転移温度(Tg)と融点(Tm)の観察の有無または温度(℃)を表3、5にそれぞれ示す。
Tg:ベースラインと吸熱側への変曲点の接線の交点の温度(℃)
Tm:吸熱ピークのピークトップの温度(℃)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表3~5中の記号は下記化合物を示す。なお、酢酸セルロースのサンプル番号は、表1に示すサンプル番号に対応する。
L-0302:ポリビニルアルコール(商品名「ゴーセノールL-0302」、日本合成化学工業(株))、ケン化度:約43モル%
EG-05:ポリビニルアルコール(商品名「ゴーセノールEG-05」、日本合成化学工業(株))、ケン化度:約90モル%
NH-17Q:ポリビニルアルコール(商品名「ゴーセノールNH-17Q」、日本合成化学工業(株))、ケン化度:約100モル%
LM-80:酢酸セルロース(商品名「LM-80」(株)ダイセル製)、アセチル総置換度:約2.1
LL-10:酢酸セルロース(商品名「LL-10」(株)ダイセル製)、アセチル総置換度:約1.7
 実施例26(WSCA-1.0/PVA混合材料フィルムの調製)
 上記合成例で得られた低置換度酢酸セルロース(WSCA-1.0、置換度1.0)90重量部に対し、ポリビニルアルコール(商品名「ゴーセノールEG-05PW」、日本合成化学工業(株)製)10部、水を900重量部添加し、撹拌装置(商品名「ラボリアクターRE162/P」、IKA社製)を用いて、10rpmで充分撹拌した。低置換度酢酸セルロースの溶解を確認後、撹拌を終了させ、得られた水溶液をガラス基板上に拡げて乾燥させることで、WSCA-1.0/PVA混合材料フィルム(WSCA-1.0/PVA=9/1、厚み:約100μm)を得た。
 実施例27~37
 低置換度酢酸セルロース及びポリビニルアルコールの組成を表6に示す通りにしたこと以外は、実施例25と同様にして、混合材料フィルムを得た。表6中、「部」は重量部を示す。
 比較例37(PVAフィルムの調製)
 ポリビニルアルコール(PVA、日本合成化学工業社製ゴーセノールEG-05PW)100部に対して水を900重量部添加し、撹拌装置(商品名「ラボリアクターRE162/P」、IKA社製)を用いて、10rpmで充分撹拌した。溶解を確認後、撹拌を終了させ、得られた水溶液をガラス基板上に拡げて乾燥させることで、PVAフィルム(厚み:約100μm)を得た。
 比較例38(WSCA-0.7フィルムの調製)
 上記合成例で得られた低置換度酢酸セルロース(WSCA-0.7、置換度0.7)100重量部に対し、水を900重量部添加し、撹拌装置(商品名「ラボリアクターRE162/P」、IKA社製)を用いて、10rpmで充分撹拌した。低置換度酢酸セルロースの溶解を確認後、撹拌を終了させ、得られた水溶液をガラス基板上に拡げて乾燥させることで、WSCA-0.7フィルム(厚み:約100μm)を得た。
 比較例39(HPCフィルムの調製)
 ヒドロキシプロピルセルロース(HPC、商品名「L-HPC」、信越化学工業社(株)製)100重量部に対し、水を900重量部添加し、撹拌装置(商品名「ラボリアクターRE162/P」、IKA社製)を用いて、10rpmで充分撹拌した。溶解を確認後、撹拌を終了させ、得られた水溶液をガラス基板上に拡げて乾燥させることで、HPCフィルム(厚み:約100μm)を得た。
 比較例40(HPMCフィルムの調製)
 ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC、信越化学工業社製TC-5)100重量部に対し、水を900重量部添加し、撹拌装置(商品名「ラボリアクターRE162/P」、IKA社製)を用いて、10rpmで充分撹拌した。溶解を確認後、撹拌を終了させ、得られた水溶液をガラス基板上に拡げて乾燥させることで、HPMCフィルム(厚み:約100μm)を得た。
 実施例26~37及び比較例37~40で得られたフィルムについて以下の評価を行った。結果を表6に示す。
[ガスバリアー性の評価]
 実施例26~37及び比較例37~40で得られたフィルムの酸素透過度を、MOCON社製「OXTRAN2/20」を用い、40℃、75%RHの条件下で測定した。
 また、水蒸気透過度をJIS Z0208に基づき、カップ法を用いて、40℃、75%RHの環境下の条件で測定した。
[外観]
 実施例26~37及び比較例37~40で得られたフィルムを目視で観察し、上記と同じ基準で評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 表6中の記号は下記化合物を示す。なお、酢酸セルロースのサンプル番号は、表1に示すサンプル番号に対応する。
PVA:ポリビニルアルコール(商品名「ゴーセノールEG-05PW」、日本合成化学工業(株))、ケン化度:約90モル%
HPC:ヒドロキシプロピルセルロース(商品名「L-HPC」、信越化学工業社(株)製)
HPMC:ヒドロキシプロピルメチルセルロース(商品名「TC-5」、信越化学工業社(株)製)
 実施例38~45、比較例41
 (ペレット調製)
 所定量の酢酸セルロースと添加剤をヘンシェルミキサーで混合した後、エクストルーダーに移し、所定の紡糸温度よりも10℃低い温度で溶融し、ストランドとして押し出し、冷却した後長さ3mmに切断し、80℃の熱風乾燥機中で10時間乾燥させペレット状のサンプルを調製した。添加剤として以下のものを用いた。
 実施例38~45:青木油脂社製、商品名「ブラウノン PEG-400」(ポリエチレングリコール、分子量400)
 比較例41:ダイセル社製、商品名「プラクセル405D」(カプロラクトンテトラオール、分子量500)
 (ペレット・サンプルのガラス転移温度(Tg)の測定)
 DSC-Q2000(TAインスツルメント社製)を用いてペレット状サンプルの小片を使いTgを測定した。まず、サンプルを40℃から250℃に10℃/分で昇温し、その後室温付近まで降温させた。その後、1℃/分で昇温し、このときのDSC曲線からTgを求めた。結果を表7に示す。なお、実施例40及び41ではTgが2つ存在するが、高温側は酢酸セルロースのTg、低温側は複合体(酢酸セルロース-添加剤複合体)のTgと考えられる。
 (溶融紡糸)
 特開平10-317228号公報に記載された方法に準じ、前記各ペレットを用いて溶融紡糸した。
 キャピラリーレオメーター(株式会社東洋精機製作所製、キャピログラフ1B)のシリンダーにペレット状サンプルを入れ、シリンダーを所定の紡糸温度とし、口径0.3mmのキャピラリーから吐出し、吐出したフィラメントをエジェクターを通すことで線速3450m/分、ドラフト比550で紡糸し、1.9デニール(d)の糸を得た。溶融条件を表7に示す。
 評価試験
 (糸強度)
 実施例38~45、比較例41で得られた糸の糸強度を、JIS L 1013に記載される方法に準じて測定した。結果を表7に示す。
 (糸色相)
 実施例38~45、比較例41で得られた糸の色相を目視観察した。結果を表7に示す。
 (糸の水溶性)
 実施例38~45、比較例41で得られた糸約2×10-5g(約10cm)を、水100gと混合し、よく振り混ぜた後、糸の水溶性を目視観察した。
 (生分解性評価)
 装置:大倉電気(株)クーロメータOM3001
 活性汚泥:福岡県多々良川浄化センターから入手した活性汚泥。1時間静置して得られる上澄み液を1培養瓶あたり300ml使用(活性汚泥濃度360ppm)。
 被検体量:30mg
 温度:25℃
 クーロメータで培養瓶中の生物化学的酸素要求量(BOD)を測定した(培養開始から10日後、20日後、30日後、60日後)。ブランク測定を行い、BODは被検体の値からブランクの値を差し引いたものとした。被検体の化学組成に基づく完全分解における理論上のBOD値を求め、これに対する実測値のパーセンテージを分解率とした。結果を表7に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 なお、酢酸セルロースのサンプル番号は、表2に示すサンプル番号及び合成例14で得られた酢酸セルロースに対応する。
 本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物によれば、成分が相溶して透明な樹脂組成物を形成し、当該樹脂組成物を含む膜が低い酸素透過性と水蒸気透過性を示し、酸化や湿度から有効成分を保護する機能に優れる。従って、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、被覆製剤のコーティング層の基剤等に有用である。
 また、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物によれば、水溶性且つ生分解性を有する酢酸セルロース系樹脂成形品を溶融状態で製造することができる。従って、本発明の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物は、たばこフィルター、不織布、各種射出成形品等の材料としても有用である。
 ↓  ポリマーA、ポリマーB、又はそのポリマーブレンドのガラス転移点
 *  ポリマーBの融点(吸熱ピーク)

Claims (16)

  1.  アセチル総置換度が0.4~1.6である酢酸セルロース(A1)と、ケン化度が50モル%以上であるポリビニルアルコール(B)とを含む水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  2.  酢酸セルロース(A1)のアセチル総置換度が、0.6~0.9である、請求項1に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  3.  ポリビニルアルコール(B)のケン化度が、90モル%以上である、請求項1又は2に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  4.  酢酸セルロース(A1)100重量部に対するポリビニルアルコール(B)の割合が500重量部以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  5.  アセチル総置換度が0.5~1.0である酢酸セルロース(A2)を50~95重量%、及び水溶性有機添加剤(C)(但し、ポリビニルアルコールを除く)を5~50重量%含む水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  6.  前記水溶性有機添加剤(C)がポリエチレングリコール又はポリエチレンオキサイドである請求項5記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  7.  前記水溶性有機添加剤(C)の含有量が10~50重量%である請求項5又は6記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  8.  前記水溶性有機添加剤(C)の含有量が20~50重量%である請求項5~7の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
  9.  前記酢酸セルロース(A1)及び(A2)が、下記で定義される組成分布指数(CDI)が2.0以下である酢酸セルロースである請求項1~8の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物。
     CDI=(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)
     組成分布半値幅の実測値:酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
      DS:アセチル総置換度
      DPw:重量平均重合度(酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC-光散乱法により求めた値)
  10.  請求項1~9の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物から形成された水溶性酢酸セルロース複合体成形品。
  11.  フィルム状である、請求項10記載の水溶性酢酸セルロース複合体成形品。
  12.  繊維状である、請求項10記載の水溶性酢酸セルロース複合体成形品。
  13.  請求項1~9の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を含むコーティング層を有する、被覆製剤。
  14.  請求項1~9の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を、溶融状態を経由して成形することを特徴とする水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法。
  15.  請求項1~9の何れか1項に記載の水溶性酢酸セルロース系樹脂組成物を、溶液を経由して成形することを特徴とする水溶性酢酸セルロース複合体成形品の製造方法。
  16.  前記水溶性酢酸セルロース複合体成形品が、被覆製剤のコーティング層である、請求項15に記載の製造方法。
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