(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グルコース単位当りのヒドロキシプロピル基の平均置換モル数が０．１〜０．４の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースにおいて、２モル以上のヒドロキシプロピル基で置換されているグルコース単位の数が、全グルコース単位の数に対して５％以下であって、かつ、当該低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを１０重量％水酸化ナトリウム水溶液中に２重量％濃度に溶解した溶液における１０℃〜５０℃での透光度が９０％以上である低置換度ヒドロキシプロピルセルロース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ水溶液に対して広い温度範囲で安定した溶解性と高い溶液透明性を示す低置換度ヒドロキシプロピルセルロースに関する。
【０００２】
【従来技術】
ヒドロキシプロピルセルロースは、セルロースの構造単位であるグルコース単位（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）の３個の水酸基をヒドロキシプロピル基でエーテル化した非イオン性ポリマーで、様々な有用な特性を有することから広い用途分野に利用されている。
ヒドロキシプロピルセルロースの特性は、そのヒドロキシプロピル基置換量によって大きく異なっている。置換度の表出方法としては、グルコース単位当りの置換基の平均置換モル数（ＭＳ）で表わす方法が最も一般的で広く使用されている。
【０００３】
置換度の高いヒドロキシプロピルセルロース、平均置換モル数は２〜３のものは、冷水溶解性、熱水不溶解性でアルコール等の有機溶媒類に可溶である。置換度の低いものは水や有機溶媒類には溶解せず、水に接触すると膨潤し、水酸化アルカリ等のアルカリ水溶液に溶解する性質を有している。
これらの性質から低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、医薬品の崩壊剤や結合剤として用いられ、アルカリ溶液の増粘剤として利用されている。
【０００４】
低置換度ヒドロキシプロピルセルロースとしては、特公昭４８―３８８５８号公報、特公昭５７―５３１００号公報等にグルコース単位当りのヒドロキシプロピル基の平均置換モル数が０．０５〜１．０であるものの製造方法が開示されている。しかしながら、これらの方法によって製造されたものはアルカリ水溶液に可溶性を示すものの、多くの未溶解分を含むためその溶液の透明性は低いものであった。また、これらはアルカリ水溶液に対する溶解性が温度によって大きく異なるため、溶液の安定性が要求される用途では使用条件が限られるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
低置換度ヒドロキシプロピルセルロースのアルカリ水溶液に対する溶解性は、ヒドロキシプロピル基置換度に大きく影響される。良好な溶解性を示す低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを得るためには、ヒドロキシプロピル基の置換量の管理、すなわち、その構造単位であるグルコース単位当りのヒドロキシプロピル基の平均置換モル数とヒドロキシプロピル基置換モル数の異なる置換体の比率が重要である。
このようにヒドロキシプロピル基の置換量を制御して、溶液の透明性に優れ、広い温度範囲で安定した溶液状態を提供する低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの出現が望まれていたが、十分に満足するものは未だない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決のために鋭意検討した結果、グルコース単位（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）当りのヒドロキシプロピル基の平均置換モル数が０．１〜０．４の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースにおいて、２モル以上のヒドロキシプロピル基で置換されているグルコース単位の数が、全グルコース単位の数に対して５％以下であって、かつ、１０重量％水酸化ナトリウム水溶液に対して２重量％濃度に溶解した溶液における１０℃〜５０℃での透光度が９０％以上であることを特徴とする低置換度ヒドロキシプロピルセルロースが、アルカリ溶液に溶解して高い透明性を示し、広範囲の温度下で溶液状態が安定であることを見い出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき更に詳しく説明する
本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、グルコース単位当りのヒドロキシプロピル基の平均置換モル数が０．１〜０．４である。平均置換モル数が０．１より低い場合は、アルカリ溶液に溶解した際に未溶解物によって溶液が不透明となり、０．４を超える場合は、溶液が白濁化していずれも不透明な溶液となる。
【０００８】
また、本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、ヒドロキシプロピル基置換モル数が２以上である置換体（グルコース単位）の数が、全グルコース単位の数に対して５％以下であることが好ましい。ヒドロキシプロピル基置換モル数２以上の置換体の比率が５％を超えると、上記同様、溶液が白濁して不透明な溶液となる。これはアルカリ溶液に対する溶解性が低い無置換体及びヒドロキシプロピル基置換モル数が２以上の置換体の比率が増えることによって、溶液の透明性が失われるためである。
【０００９】
本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造は、第一段階ではセルロースを水酸化アルカリと反応させてアルカリセルロースを生成させる。
アルカリセルロース調製方法としては、原料パルプを水酸化アルカリ水溶液に浸漬後、圧搾して余剰の水酸化アルカリ水溶液を除き、所望のアルカリセルロースの組成とする方法が好適である。
【００１０】
原料として使用されるセルロースには、木材パルプ、リンターパルプ等が挙げられ、シート状のもの、粉砕して粉末状にしたもの等形状による限定はなくいずれのものも使用することができる。
また、水酸化アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の水溶液が用いられるが、水酸化ナトリウムが好適である。
水酸化アルカリ水溶液の濃度は２０〜４５重量％、特に３０〜４０重量％の濃度のものが好ましい。水酸化アルカリ水溶液の濃度が２０重量％より低いと、セルロースの膨潤が不充分で活性化されず、続くエーテル化反応が十分進行しない。一方、４５重量％を超えると、調製されたアルカリセルロースの組成が不均一となり、アルカリ溶液に対する溶解性が温度によって異なり、溶液物性の温度変化が大きくなってしまう。
【００１１】
アルカリセルロース調製方法としては、他にパルプを有機溶剤等の分散媒中で水酸化アルカリ水溶液と混合する方法やパルプに水酸化アルカリ水溶液を直接噴霧する方法等があるが、水酸化アルカリ水溶液に浸漬して得られるアルカリセルロースに比べて組成が不均一であり、目的とするアルカリ溶液溶解性の良好な低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造には不適当である。
【００１２】
アルカリセルロース中の水酸化アルカリは、プロピレンオキシドの反応に対しては触媒として重要な働きをするとともにセルロースの反応性を高め活性化するための役割も持つ。一方、アルカリセルロース中の水分は、プロピレンオキシドと反応して生成物から除去されなければならない不純物を生じ望ましくない。
従って、アルカリセルロースとプロピレンオキシドとの反応によって低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを効果的に製造するためには、アルカリセルロースの調製に際し、アルカリセルロース中の水酸化アルカリ量と水分量とを制御する必要がある。
【００１３】
本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造におけるアルカリセルロース中の水酸化アルカリ量と水分量は、セルロースに対する重量比で水酸化アルカリ量は０．１〜１．０、特に０．２〜０．８が好ましく、水分量は０．１〜２．０、特に０．３〜１．０が好ましい。
セルロースに対する重量比で水酸化アルカリ量及び水分量が上記範囲より小さいと、反応が十分に進行しない一方、水酸化アルカリ量及び水分量が上記範囲より大きいと、プロピレンオキシドが水と反応して好ましくない不純物の生成を増加させてしまい、所定量のヒドロキシプロピル基置換度のものが得られず、副生する不純物の除去ために多大な労力を必要とするため、いずれの場合も所望のヒドロキシプロピル基置換量の制御が困難となる。
従って、本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造における第一段階であるアルカリセルロース調製方法としては、原料パルプを水酸化アルカリ水溶液に浸漬後、圧搾して余剰の水酸化アルカリ水溶液を除き、所望のアルカリセルロースの組成とする方法が好適である。
【００１４】
本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造における第二段階では、アルカリセルロースとプロピレンオキシドとを十分に混合して反応させるが、反応温度は３０〜８０℃、特に４０〜７０℃が好ましく、セルロースに対するモル比で０．１５〜２．０のプロピレンオキシドを加えて反応する。
反応温度が３０℃よりも低いと、反応進行が極端に遅くなって長時間にわたるため実用的とはいえず、８０℃よりも高いと、ヒドロキシプロピルセルロース中のヒドロキシプロピル基置換モル数が２以上の多置換体の生成比率が増加したり、プロピレンオキシドと水との反応による不純物の生成量が増大し、好ましくない。
プロピレンオキシドの添加量の範囲を外れると、所定量のヒドロキシプロピル基置換度のものが得られない。
【００１５】
プロピレンオキシドの添加方法として、所定量のプロピレンオキシドを一度に全量添加する方法、数回に分けたり連続的に添加する等のいずれの方法も実施することができる。また、本反応は、プロピレンオキシドとの反応性が小さい有機溶媒を分散媒体として用いて実施することも可能である。
【００１６】
本発明における反応生成物は、水酸化アルカリやプロピレンオキシドと水との反応より生ずる不純物等を含んでいるが、公知の方法によって容易に精製でき、不純物を含まない純度の高い目的の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースとして得られる。
【００１７】
本発明によって得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの置換体組成は、既知の方法、例えばＣａｒｂｈｙｄｒｏ．Ｒｅｓ．，ｖｏｌ．１７０，ｐ．２０７（１９８７）に記載の方法等によって求めることができる。
置換体組成の測定方法を例示すれば、アルカリ存在下ヨードメタン等のメチル化剤と反応させて遊離の水酸基をメチル化した低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを、トリフルオロ酢酸等により酸分解した後、還元してソルビトール誘導体とする。無水酢酸等を用いてアセチル化したものをガスクロマトグラフィーに供すれば、ヒドロキシプロピル基の置換数及び置換位置の異なるものが分離され、それぞれの比率を求めることができる。
【００１８】
本発明によって得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの透明性は、透光度によって判断できる。透光度とは、光電比色計を用いて測定した精製水の光透過率を１００としたときの同一条件下での低置換ヒドロキシプロピルセルロース溶液の透過率をいう。その測定方法は、具体的には、実施例に記載する。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の記載に限定されるものではない。
（実施例１）
（１）低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの製造
シート状のパルプ１００重量部を４０重量％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してパルプに水酸化ナトリウム水溶液を吸収させた後、３ｋｇ／ｃｍ２に加圧圧搾して余剰分の水酸化ナトリウム水溶液を除き、セルロースに対する重量比で水酸化アルカリ量を０．５５、水分量を０．９０に調整した。調製したアルカリセルロースを細かくして、内部撹拌機を備えた加圧反応器に入れ、器内を十分に窒素置換した後、プロピレンオキシド２４重量部（セルロースに対するモル比０．６７）を仕込み、５０℃で３時間反応を行った。
反応物は酢酸で残存する水酸化ナトリウムを中和処理した後、５０〜６０℃の温水を用いて洗浄した。８０℃で送風乾燥して無色固体の低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１０８重量部を得た。Ｚｅｉｓｅｌ法により求めたヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．２６であった。
【００２０】
（２）置換体組成
（１）で得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロース３重量部をジメチルスルフォキシド２５０重量部に溶解した。この溶液に粉末状の水酸化ナトリウム３０重量部を加えた後、撹拌しながらヨウ化メチル１００重量部を加え、６０℃で４時間反応した。反応物を１００００重量部の熱水に注ぎ込んでメチル化ヒドロキシプロピルセルロースを析出させた。析出物を回収して７０℃下、６時間乾燥した。得られたメチル化ヒドロキシプロピルセルロース５重量部に２ｍｏｌ％トリフルオロ酢酸水溶液３００重量を加えて１２０℃で３時間処理した後、炭酸バリウムを用いてｐＨを７に調整した。これに水素化ホウ素ナトリウム１．５重量部を加えて室温下１時間撹拌した後、１００℃で蒸発乾固させた。残った内容物に無水酢酸１００重量部、ピリジン２００重量部を加え、１２０℃で３時間処理した。冷却後水５００重量部を加えたものを、四塩化炭素５０重量部を用いて２回抽出した。四塩化炭素を蒸発させ残留物をＧＣ分析に供した。ＧＣ分析上のピーク面積より、ヒドロキシプロピル基置換モル数が２以上の多置換体の合計の比率及び無置換体の組成比率を求めた結果を表１に示した。
【００２１】
（３）溶液物性及び固体物性
で得られた低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを、１０重量％水酸化ナトリウム水溶液に、低置換度ヒドロキシプロピルセルロースの濃度が２重量％となるように溶解した。溶解温度を１０℃、３０℃、５０℃と変えて調製した溶液を、Ｂ型粘度計を用いて粘度を測定し、光電比色計（５Ｅ型）を用いてブランク（水）に対する可視光線の透過率を測定した。以上の測定結果を表１に示した。本品のアルカリ溶液は広い温度範囲で高い透明性を示すものであった。
【００２２】
（実施例２）
粉末状のパルプ１００重量部を４５重量％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬した後、加圧圧搾してセルロースに対する重量比が水酸化アルカリ量０．４６、水分量０．６４のアルカリセルロースを調製した。プロピレンオキシド３２重量部（セルロースに対するモル比０．８９）を加えて７５〜８０℃で２時間反応を行う以外は、実施例１の（１）と同様な方法によって製造を行い、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１１２重量部を得た。ヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．３９であった。
このものの置換体組成及び溶液物性を実施例１と同様の方法で求めた結果を表１に示した。本品のアルカリ溶液は広い温度範囲で高い透明性を示した。
【００２３】
（実施例３）
シート状のパルプ１００重量部を２５重量％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬した後、加圧圧搾してセルロースに対する重量比が水酸化アルカリ量０．２０、水分量０．６７のアルカリセルロースを調製した。プロピレンオキシド８．７重量部（セルロースに対するモル比０．２４）を加えて３５〜４０℃で４時間反応を行う以外は、実施例１の（１）と同様な方法によって製造を行い、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１０３重量部を得た。ヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．１１であった。
このものの置換体組成および溶液物性を実施例１と同様の方法で求めた結果を表１に示した。本品のアルカリ溶液は広い温度範囲で高い透明性を示した。
【００２４】
（比較例１）
プロピレンオキシドの仕込み量が４５重量部（セルロースに対するモル比１．２６）である以外は、実施例１の（１）と同様な方法によって製造を行い、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１１５重量部を得た。ヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．４５であった。
このものの置換体組成及び溶液物性を実施例１と同様の方法で求めた結果を表１に示した。本品のアルカリ溶液は白濁して透明性が低くいものであった。
【００２５】
（比較例２）
反応温度を８５〜１００℃で１．５時間実施する以外は、実施例１の（１）と同様な方法によって製造を行い、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１０６重量部を得た。ヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．２４であった。
このものの置換体組成および溶液物性を実施例１と同様の方法で求めた結果を表１に示した。本品のアルカリ溶液は白濁して透明性が低くいものであった。
【００２６】
（比較例３）
シート状パルプ１００重量部８重量％濃度の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、セルロースに対する重量比が水酸化アルカリ量を０．０８、水分量を１．０に調製したアルカリセルロースを用いる以外は、実施例２と同様な方法により製造を行って、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース１０１重量部を得た。ヒドロキシプロピル基の平均置換モル数は０．０６であった。
このものの置換体組成および溶液物性を実施例１と同様の方法で求めた結果を表１に示した。本品は水酸化ナトリウム水溶液に対しほとんど溶解しなかった。
【００２７】
【表１】
0003572213.tif 000002
１）「置換度」は、Ｚｅｉｓｅｌ法を用いて求めた。「ＭＳ」は平均置換モル数を表す。
２）「置換体組成」として、
「無置換体」は、ヒドロキシプロピル基置換モル数０の置換体を表し、
「一置換体」は、ヒドロキシプロピル基置換モル数１の置換体を表し、
「多置換体」は、ヒドロキシプロピル基置換モル数２以上の置換体の総和を表す。
ＧＣ測定条件は、
装置：Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ社製  ５９８０  ＳＥＲＩＥＳ  ＩＩ  ＧＡＳ  ＣＨＲＯＭＡＴＯＧＲＡＰＨ
カラム：５％フェニルメチルシリコーン  ０．２ｍｍφ×２５ｍ、
サンプル：１μｌ、
インジェクターおよびデテクター温度：２５０℃、
オーブン温度：１７０〜３００℃まで昇温（昇温速度２．５℃／分）、
であった。
３）「溶液物性」は、ヒドロキシプロピルセルロースを１０重量％水酸化ナトリウム水溶液中に２重量％の濃度となるように溶解した溶液を用いて測定した。
４）「透光度」は、光電比色計５Ｅ型、２０ｍｍセル、可視光線を用いて測定した。
５）「粘度」は、Ｂ型粘度計を用いて、１０℃にて測定した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースは、従来の低置換度ヒドロキシプロピルセルロースに比較してアルカリ水溶液に溶解した際の透明性に優れ、温度によってその溶解性が変化しないことから広い温度範囲で安定した溶液を提供できるため、アルカリ水溶液の増粘剤等として様々な用途で使用できる。