(57)【要約】    方法は、（ａ）セルロースエーテル粉末の総重量基準で０．５〜１０重量％の水を含有する初期セルロースエーテル粉末を得ること；（ｂ）初期セルロースエーテル粉末を３０〜１３０℃の範囲の温度に加熱すること；（ｃ）工程（ｂ）における加熱前、加熱中、及び／又は加熱後に、セルロースエーテル粉末に固体塩基を添加し、初期セルロースエーテル粉末と混合してセルロースエーテル／塩基混合物を形成すること；（ｄ）セルロースエーテル／塩基混合物に揮発性酸を添加して混合すること；並びに（ｅ）揮発性酸に初期セルロースエーテルを加水分解させて、初期セルロースエーテルよりも低い粘度を有する最終セルロースエーテルを形成すること；を含む。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）セルロースエーテル粉末の総重量基準で０．５〜１０重量％の水を含有する初期セルロースエーテル粉末を得ること；
（ｂ）前記初期セルロースエーテル粉末を３０〜１３０℃の範囲の温度に加熱すること；
（ｃ）工程（ｂ）における加熱前、加熱中、及び／又は加熱後に、前記セルロースエーテル粉末に固体塩基を添加し、前記初期セルロースエーテル粉末と混合してセルロースエーテル／塩基混合物を形成すること；
（ｄ）前記セルロースエーテル／塩基混合物に揮発性酸を添加して混合すること；並びに
（ｅ）前記揮発性酸に前記初期セルロースエーテルを加水分解させて、前記初期セルロースエーテルよりも低い粘度を有する最終セルロースエーテルを形成すること；
を含む方法。
【請求項２】
工程（ｄ）で添加される酸の量が初期セルロースエーテル粉末重量を基準として０．０８〜０．５重量パーセントであり、工程（ｃ）で添加される固体塩基のモル量が工程（ｄ）で添加される酸のモル数の０．４〜１．２５倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｄ）において酸を添加した後に追加の塩基が添加される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記セルロースエーテル粉末が、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選択されるセルロースエーテルのうちの一方又は両方である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記固体塩基が重炭酸ナトリウムである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記初期セルロースエーテル粉末が、２，０００ミリパスカル＊秒より大きい粘度を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記最終セルロースエーテルが１〜２５，０００ミリパスカル＊秒の範囲の粘度を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記最終セルロースエーテルが１〜４，０００ミリパスカル＊秒以下の粘度を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記最終セルロースエーテルが５〜８の範囲のｐＨを有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記最終セルロースエーテルが、セルロースエーテルの重量を基準として２０重量部未満のホルムアルデヒドを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロースエーテルの酸触媒による低粘度セルロースエーテルへの加水分解に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の粘度を有するセルロースエーテルは、酸触媒による加水分解により低粘度のセルロースエーテルへと変性させることができる。セルロースエーテルの粘度はセルロースエーテルの分子量に従うため、高分子量のセルロースエーテルは低分子量のセルロースエーテルよりも大きい粘度を有している。高分子量セルロースエーテルの加水分解により、低分子量／粘度のセルロースエーテルが得られる。
【０００３】
米国特許第６２６１２１８号明細書には、セルロースエーテルの例示的な酸触媒による加水分解プロセスが記載されており、この中では、摂氏５０〜１３０度（℃）の温度の酸にさらされている間に高分子量（高粘度）セルロースエーテル粉末が反応器内で回転される。加水分解反応を停止するために、回転反応器に塩基を添加することにより酸触媒がクエンチされる。酸触媒を塩基で中和すると、加水分解反応が停止し、出発セルロースエーテルよりも低い分子量及び低い粘度を有するセルロースエーテルが得られる。このプロセスの課題は、塩基による酸のクエンチは瞬間的なものではないため、目的のセルロースエーテル粘度で反応を正確に停止することである。結果として、加水分解を制御して目標粘度に更に近いセルロースエーテル生成物を得ることは、具体的なプロセスにおける経験と、塩基をいつ添加し、酸をクエンチするために目標のセルロースエーテル生成物にどれだけ添加するかを予測する能力とが必要とされる。
【０００４】
図１は、所定の温度でのそのようなセルロースエーテルの酸触媒による加水分解の代表的な粘度対時間曲線の図を示している。セルロースエーテル粘度の初期の低下は迅速であり、比較的急激な初期粘度の低下の後に変曲点と最終粘度までの長いテールが続く。そのような加水分解プロセスを使用して、特定の粘度、特に約５００ミリパスカル＊秒（ｍＰａ＊ｓ）以上の特定の粘度を有するセルロースエーテルを再現可能に得ることは、粘度が反応中にこの範囲で急速に変化するため難題である。ある実行から次の実行へのプロセスの何らかの変動が、この範囲のセルロースエーテル生成物の粘度の劇的な変化をもたらす可能性がある。この範囲の目標粘度の生成物に近いセルロースエーテルを製造するために必要とされる反応パラメータが何であるかを特定することだけでも難題である。
【０００５】
反応温度を下げると、反応速度を穏やかにすることができ、また時間に対する初期粘度の低下を緩やかにすることができる。しかしながら、温度を下げると反応速度も低下するため、安定した最終粘度を有する生成物を得るためにより長い反応時間（加水分解及び加水分解のクエンチ）が必要になる。結果として、温度を下げると、特定の中間の粘度のセルロースエーテルを得ることにおける正確性及び精度があまり高まらずに反応が遅くなる傾向がある。
【０００６】
セルロースエーテル生成物、特に５００ｍＰａ＊ｓ以上の粘度を有するセルロースエーテル生成物をより正確且つ再現可能に調製するために、加水分解の終点をより詳細に制御しながら高粘度セルロースエーテルを加水分解する方法を特定すること、及び酸触媒による現在の加水分解プロセスよりも短時間で安定した粘度を有する最終セルロースエーテルを製造するためのそのようなプロセスのための方法を特定することが望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、セルロースエーテル生成物、特に５００ｍＰａ＊ｓ以上の粘度を有するセルロースエーテル生成物をより正確且つ精密に調製するために、加水分解の終点をより詳細に制御しながら高粘度セルロースエーテルを加水分解する方法を特定すること、及び酸触媒による現在の加水分解プロセスよりも短時間で安定した粘度を有する最終セルロースエーテルを製造するためのそのようなプロセスのための方法を特定することの課題に対する解決手段を提供することである。
【０００８】
本発明は、酸を添加する前に塩基をセルロースエーテルに添加することを必要とし、加水分解の後に塩基が添加される典型的な酸触媒による加水分解プロセスとは異なる。本発明は、酸を添加する前に高粘度セルロースエーテルに塩基を最初に添加することで加水分解反応速度を抑え、それにより得られるセルロースエーテル生成物の粘度をより詳細に制御できることを驚くほど且つ予想外に発見した結果である。
【０００９】
更に驚くべきことは、本発明の方法が、同等の粘度を有する市販のセルロースエーテルと比較してより低いホルムアルデヒド濃度を含む最終セルロースエーテルを生成するという発見である。
【００１０】
第１の態様では、本発明は、（ａ）セルロースエーテル粉末の総重量基準で０．５〜１０重量％の水を含有する初期セルロースエーテル粉末を得ること；（ｂ）初期セルロースエーテル粉末を３０〜１３０℃の範囲の温度に加熱すること；（ｃ）工程（ｂ）における加熱前、加熱中、及び／又は加熱後に、セルロースエーテル粉末に固体塩基を添加し、初期セルロースエーテル粉末と混合してセルロースエーテル／塩基混合物を形成すること；（ｄ）セルロースエーテル／塩基混合物に揮発性酸を添加して混合すること；並びに（ｅ）揮発性酸に初期セルロースエーテルを加水分解させて、初期セルロースエーテルよりも低い粘度を有する最終セルロースエーテルを形成すること；を含む方法である。
【００１１】
本発明は、目的のセルロースエーテル生成物よりも高い粘度を有するセルロースエーテルから１ミリパスカル＊秒以上の粘度を有するセルロースエーテル生成物を調製するために有用であり、既存の酸触媒による加水分解プロセスよりも速く、再現性よく行う。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】高粘度セルロースエーテルの酸触媒による加水分解の例示的なセルロースエーテル粘度対時間の曲線を示すプロットである。このプロットは、米国特許第６２６１２１８号明細書に記載されているプロセスと同様に、塩基の不存在下でセルロースエーテルに酸が添加される典型的なプロセスの曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
試験方法は、日付が試験方法番号と共に示されていない限り、本文書の優先日時点で最も新しい試験方法を指す。試験方法への言及には、試験協会と試験方法番号の両方への言及が含まれる。試験方法の組織は次の略語のうちの１つによって言及される：ＡＳＴＭはＡＳＴＭインターナショナル（以前は米国試験材料協会として知られていた）を指し；ＥＮは欧州規格を指し；ＤＩＮはドイツ規格協会を指し；ＩＳＯは国際標準化機構を指す。ＵＳＰ４０−ＮＦ３５は、２０１７年５月１日付の米国薬局方（第４０版）及び国民医薬品規格（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｆｏｒｍｕｌａｒｙ  ｓｔａｎｄａｒｄ）（第３５版）及びそれらの追補を指す。
【００１４】
「及び／又は」は「及び、又は代替として」を意味する。「複数」は２つ以上を意味する。別段の指示がない限り、全ての範囲には端点が含まれる。
【００１５】
セルロースエーテルには、アルキルセルロースエーテル及びヒドロキシアルキルセルロースエーテルが含まれる。具体的な例として、セルロースエーテルとしては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、及びヒドロキシブチルメチルセルロースのうち任意の１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。メチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのアルキルセルロースエーテルが特に興味深い。
【００１６】
本発明の初期セルロースエーテルは、望ましくは、１，０００ミリパスカル＊秒（ｍＰａ＊ｓ）以上、典型的には２，０００ｍＰａ＊ｓ以上、３，０００ｍＰａ＊ｓ以上、４，０００ｍＰａ＊ｓ以上、５，０００ｍＰａ＊ｓ以上、１０，０００ｍＰａ＊ｓ以上、２０，０００ｍＰａ＊ｓ以上、３０，０００ｍＰａ＊ｓ以上、４０，０００ｍＰａ＊ｓ以上、５０，０００ｍＰａ＊ｓ以上、７５，０００ｍＰａ＊ｓ以上、１００，０００ｍＰａ＊ｓ以上、２００，０００ｍＰａ＊ｓ以上、更には３００，０００ｍＰａ＊ｓ以上の粘度を有する。粘度に関する公知の技術的な上限はないが、初期セルロースエーテルは、典型的には５００，０００ｍＰａ＊ｓ以下、４００，０００ｍＰａ＊ｓ以下、３５０，０００ｍＰａ＊ｓ以下、３００，０００ｍＰａ＊ｓ以下、２００，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１００，０００ｍＰａ＊ｓ以下、５０，０００ｍＰａ＊ｓ以下、２０，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１０，０００ｍＰａ＊ｓ以下の粘度を有し、また９，０００ｍＰａ＊ｓ以下、８，０００ｍＰａ＊ｓ以下、７，０００ｍＰａ＊ｓ以下、６，０００ｍＰａ＊ｓ以下、更には５，０００ｍＰａ＊ｓ以下の粘度を有し得る。本明細書では、ＵＳＰ４０−ＮＦ３５、４５５２ページの「ヒプロメロース」に記載されている方法によりセルロースエーテルの２重量パーセント（ｗｔ％）水溶液を調製することによって、セルロースエーテルの２０℃での粘度を決定する。
【００１７】
初期セルロースエーテルは粉末形態（すなわちセルロースエーテル粉末）である。これは、初期セルロースエーテルが粒子形態であることを意味する。望ましくは、初期セルロースエーテルは、注入可能且つ流動可能なさらさらした粉末である。典型的には、初期セルロースエーテルは、１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上、更に好ましくは４０μｍ以上の体積平均粒径を有し、それと同時に典型的には１０００μｍ以下、好ましくは７５０μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２５０μｍ以下である。平均粒径は光散乱により決定される。
【００１８】
初期セルロースエーテルは水（すなわち水分）を含む。望ましくは、初期セルロースエーテルは、０．５重量％以上の濃度の水を含み、また０．６重量％以上、０．７重量％以上、０．８重量％以上、０．９重量％以上、１．０重量％以上、２．０重量％以上、３．０重量％以上、４．０重量％以上、５．０重量％以上、６．０重量％以上、７．０重量％以上、８．０重量％以上、更には９．０重量％以上の水の濃度を有していてもよく、それと同時に典型的には１０重量％以下であり、また９．０重量％以下、８．０重量％以下、７．０重量％以下、６．０重量％以下、５．０重量％以下、４．０重量％、３．０重量％以下、２．０重量％以下、更には１．０重量％以下であってもよい。初期セルロースエーテルの水の濃度は、ＵＳＰ４０−ＮＦ３５、４５５２ページの「ヒプロメロース」に記載されている方法により決定される。水の重量％は、湿ったセルロースエーテルの総重量基準である。
【００１９】
初期セルロースエーテルは、摂氏３０度（℃）以上の温度（反応温度）まで加熱され、また４０℃以上、５０℃以上、６０℃以上、７０℃以上、８０℃以上、９０℃以上、更には１００℃以上の温度まで加熱されてもよく、それと同時に、典型的には１３０℃以下であり、また１２０℃以下、１１０℃以下、１００℃以下、９０℃以下、８０℃以下、更には７０℃以下であってもよい。典型的には、反応温度に到達した後、反応温度はプロセス全体を通じて＋／−５℃以内に維持される。
【００２０】
より速い加水分解反応速度のためにはより高い温度が望ましく、本発明においては、塩基の存在なしで酸が添加されるプロセス（酸優先プロセス）においてよりも許容され得る。酸優先プロセスは急速な加水分解を経験するため、目的の中粘度のセルロースエーテル生成物を正確且つ精密に見つけるのが困難であり、また反応温度を上げても加水分解が速くなるだけであり、目標粘度を見つけることはより困難になる。本方法においては、反応速度は、酸の加水分解反応と競合する塩基の存在により和らげられる。塩基が存在すると、酸触媒加水分解と同時に塩基による酸の中和が起こるため、酸優先プロセスと比較して反応をより大きく制御することができる。したがって、本発明は、目標の最終生成物粘度を達成することを有害に妨げることなしに、より高い反応温度の使用を可能にする。
【００２１】
初期セルロースエーテルの加熱前、加熱中、及び／又は加熱後に、初期セルロースエーテルに固体塩基を添加し、これらを一緒に混合することでセルロースエーテル／塩基混合物を形成する。これは、加熱前に、加熱中に、加熱後に、又はこれらの期間の任意の組み合わせに、塩基を初期セルロースエーテルに添加できることを意味する。望ましくは、固体塩基は、揮発性酸を添加する後続の工程の前に均一なセルロースエーテル／塩基混合物を形成するように初期セルロースエーテルと混合される。
【００２２】
固体塩基は、重炭酸塩（重炭酸ナトリウムなど）、炭酸塩（炭酸ナトリウム及び／又は炭酸カリウムなど）、塩基性アルミナ、弱塩基性樹脂（トリアルキルアミン含有樹脂など）、及び強塩基性樹脂（テトラアルキルアンモニウムヒドロキシル含有樹脂など）からなる群から選択される塩基のうちの任意の１種又は任意の２種以上の組み合わせであってもよい。本発明における使用のためには重炭酸ナトリウムが特に望ましい固体塩基である。
【００２３】
セルロースエーテル／塩基混合物に揮発性酸を添加し、セルロースエーテル／塩基混合物と酸と混合する。酸は、より低い粘度のセルロースエーテルへの初期セルロースエーテルの加水分解を触媒する。理論に拘束されるものではないが、揮発性酸が入れられる時点で固体塩基が存在すると、おそらく酸がセルロースエーテル／塩基混合物に混合される際に加水分解の速度が穏やかになり、それにより大規模な加水分解が起こる前にセルロースエーテル／塩基混合物全体にわたって酸がより均一に分布すると考えられる。セルロースエーテル／塩基混合物全体への酸の均一な分布により、セルロースエーテルの均一な加水分解が可能になる。均一な加水分解は、高い局所的な酸濃度のため過度に加水分解が局所化されることを回避することを助けるために望ましい。
【００２４】
更に、理論に拘束されるものではないが、塩基による中和と加水分解を触媒することとの間の酸の競合は、加水分解プロセスを遅くする傾向があり、それにより最終セルロースエーテル粘度の標的化をより容易にすることができる。
【００２５】
加えて、酸を添加する前に塩基が初期セルロースエーテル全体に分布しているため、これが酸をクエンチするように塩基を加水分解反応に混合する必要がないことから、加水分解反応のクエンチは、より予測可能なポイントでより均一に生じる。
【００２６】
揮発性酸は、望ましくは、ハロゲン化水素及びギ酸からなる群から選択される酸のうちの任意の１種又は２種以上の任意の組み合わせである。例示的なハロゲン化水素としては、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、及びヨウ化水素が挙げられる。望ましくは、揮発性酸は塩化水素である。揮発性酸は、後に除去する必要が生じ得る水分が入ることを回避するために無水であることが望ましい。
【００２７】
望ましくは、初期セルロースエーテルの粉末重量に対して０．０５重量％以上、０．０６重量％以上、０．０７重量％以上、０．０８重量％以上、０．０９重量％以上、０．１０重量％以上、０．１２重量％以上、０．１５重量％以上、０．１８重量％以上、０．２０重量％以上、０．２２重量％以上、０．２４重量％以上、０．２６重量％以上、０．２８重量％以上、更には０．３０重量％以上の濃度までの揮発性酸、それと同時に好ましくは１．０重量％以下、０．９０重量％以下、０．８０重量％以下、０．７０重量％以下、０．６０重量％以下、０．５０重量％以下、０．４５重量％以下、０．４０重量％以下、０．３５重量％以下、０．３０重量％以下、０．２８重量％以下、０．２６重量％以下、０．２４重量％以下、０．２２重量％以下、更には０．２０重量％以下の酸が添加される。
【００２８】
セルロースエーテル／塩基混合物を形成するために初期セルロースエーテル粉末に添加される固体塩基の量は、セルロースエーテル／塩基混合物に添加される揮発性酸の量に基づいて計算される。望ましくは、セルロースエーテル／塩基混合物を形成するために初期セルロースエーテルに添加される固体塩基のモル数は、セルロースエーテル／塩基混合物に添加される揮発性酸のモル数の０．２５倍以上、０．３倍以上、０．４倍以上、０．５倍以上、０．６倍以上、０．７倍以上、０．８倍以上、０．９倍以上、１．０倍以上、更には１．１倍以上である。それと同時に、セルロースエーテル／塩基混合物を形成するために初期セルロースエーテルに添加される固体塩基のモル数は、典型的にはセルロースエーテル／塩基混合物に添加される揮発性酸のモル数の２．０倍以下、１．５倍以下、１．４倍以下、１．３倍以下、１．２倍以下、１．１倍以下、更には１．０倍以下である。
【００２９】
セルロースエーテルに揮発性酸を添加した後、揮発性酸に初期セルロースエーテルを加水分解させ、初期セルロースエーテルよりも低い粘度を有する最終セルロースエーテルを形成する。望ましくは、加水分解反応が起こるように、セルロースエーテル／塩基混合物と揮発性酸の混合が継続される。１時間離れた加水分解反応から回収されたセルロースエーテルの２つのサンプルが互いに５％以内の粘度を持っていることにより示されるように、セルロースエーテル生成物が安定した時点で、加水分解反応が完了し、最終セルロースエーテルが形成される。
【００３０】
最終セルロースエーテルの粘度は、初期セルロースエーテルの粘度よりも低い。最終セルロースエーテルの粘度が初期セルロースエーテルの粘度よりも低い場合には、初期セルロースエーテルの粘度に関係なく、最終セルロースエーテルは、望ましくは２５，０００ｍＰａ＊ｓ以下、２０，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１５，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１２，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１０，０００ｍＰａ＊ｓ以下、９，０００ｍＰａ＊ｓ以下、８，０００ｍＰａ＊ｓ以下、７，０００ｍＰａ＊ｓ以下、６，０００ｍＰａ＊ｓ以下、好ましくは５，０００ｍＰａ＊ｓ以下、４，０００ｍＰａ＊ｓ以下、３，５００ｍＰａ＊ｓ以下、３，０００ｍＰａ＊ｓ以下、２，５００ｍＰａ＊ｓ以下、２，０００ｍＰａ＊ｓ以下、１，５００ｍＰａ＊ｓ以下、１，０００ｍＰａ＊ｓ以下、９００ｍＰａ＊ｓ以下、８００ｍＰａ＊ｓ以下、７００ｍＰａ＊ｓ以下、６００ｍＰａ＊ｓ以下、５００ｍＰａ＊ｓ以下、４００ｍＰａ＊ｓ以下、３００ｍＰａ＊ｓ以下、又は更には１００ｍＰａ＊ｓ以下の粘度を有するが、それと同時に典型的には１ｍＰａ＊ｓ以上、２ｍＰａ＊ｓ以上、３ｍＰａ＊ｓ以上、５ｍＰａ＊ｓ以上、１０ｍＰａ＊ｓ以上、２０ｍＰａ＊ｓ以上、３０ｍＰａ＊ｓ以上、４０ｍＰａ＊ｓ以上、５０ｍＰａ＊ｓ以上、７５ｍＰａ＊ｓ以上、好ましくは１００ｍＰａ＊ｓ以上であり、またこれは２００ｍＰａ＊ｓ以上、３００ｍＰａ＊ｓ以上、４００ｍＰａ＊ｓ以上、５００ｍＰａ＊ｓ以上、６００ｍＰａ＊ｓ以上、７００ｍＰａ＊ｓ以上、８００ｍＰａ＊ｓ以上、９００ｍＰａ＊ｓ以上、更には１，０００ｍＰａ＊ｓ以上であってもよい。セルロースエーテルの２０℃での粘度は、ＵＳＰ４０−ＮＦ３５、４５５２ページの「ヒプロメロース」に記載されている方法によりセルロースエーテルの２重量％（ｗｔ％）水溶液を調製することにより決定される。
【００３１】
本発明の方法は、揮発性酸の添加中及び／又は添加後に、セルロースエーテル／塩基混合物への追加の固体塩基の添加を含んでいてもよい。それに加えて、或いはその代わりに、ｐＨを変更するために追加の固体塩基を最終セルロースエーテルに添加してもよい。得られる生成物の最終ｐＨを上げるために、並びに／又は酸のクエンチ速度を上げるため及びその結果として加水分解反応速度を上げるために、追加の固体塩基を添加することができる。
【００３２】
典型的には、最終セルロースエーテルは５．０以上のｐＨを有し、５．５以上、６以上、６．５以上、７以上、７．５以上のｐＨを有していてもよく、それと同時に典型的には８以下、７．５以下、７以下、更には６．５以下のｐＨを有する。最終セルロースエーテルのｐＨは、ＵＳＰ４０−ＮＦ３５、４５５２ページの「ヒプロメロース」に記載されている方法により決定される。
【００３３】
望ましくは、本方法の全ての工程は同じ反応器の中で行われる。すなわち、望ましくはプロセス全体が単一の反応器の中で行われる。反応器中の成分の均一性を継続的に求めるために、固体塩基の添加から加水分解反応の完了までのプロセス全体を通して混合を維持して最終セルロースエーテルを形成することが望ましい。
【００３４】
本方法の利点は、比較的低いホルムアルデヒド含有率のセルロースエーテルを生成することである。最終セルロースエーテルは、典型的には、ホルムアルデヒドの除去作用なしに、加水分解が完了した直後に、最終セルロースエーテル１００万重量部当たり、２０重量部以下、好ましくは１５重量部以下、より好ましくは１０重量部以下、更に好ましくは９重量部以下、また更に好ましくは８重量部以下、７重量部以下、６重量部以下、５重量部以下、４重量部以下、３重量部以下、２重量部以下、更には１重量部以下のホルムアルデヒド濃度を有する。それと同時に、最終セルロースエーテルは、望ましくはホルムアルデヒドを含まないものの、最終セルロースエーテル１００万重量部当たり、１重量部以上、２重量部以上、３重量部以上、４重量部以上、更には５重量部のホルムアルデヒドを含み得る。これは、セルロースエーテル１００万重量部を基準として、７５重量部以上、８０重量部以上、９０重量部以上、１００重量部以上、１２０重量部以上、１５０重量部以上、更には１７５重量部以上のホルムアルデヒド濃度を有する市販の他のいくつかの中粘度（２５０〜４０００ｍＰａ＊ｓ）のセルロースエーテル材料とは対照的である。ホルムアルデヒドは、セルロースエーテル、特に食品グレード及び医薬品グレードのセルロースエーテルの望ましくない成分である。そのため、本発明の方法は、目標とする最終セルロースエーテル粘度の達成だけでなく、同等の粘度を有する他のセルロースエーテル生成物よりもホルムアルデヒドが少ないセルロースエーテル生成物、特に低〜中粘度のセルロースエーテル生成物の達成においても詳細な制御を実現する。最終セルロースエーテルのホルムアルデヒド含有率（すなわち「ホルムアルデヒドが含まれないこと」）の決定は、有機抽出、ジニトロフェニルヒドラジンによる誘導体化、及び高速液体クロマトグラフィーにより行われる。Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｂ，８７９（２０１１）１２８２−１２８９に記載されている方法と同様の方法が適している。
【実施例】
【００３５】
出発セルロースエーテル
表１は、メトキシ基及びヒドロキシプロピル基の置換度並びにセルロースエーテルの粘度の観点から、以下の実施例（Ｅｘ）及び比較例（Ｃｏｍｐ  Ｅｘ）の出発物質として使用されるセルロースエーテルを説明している。置換度は、セルロースエーテルの重量に対する置換基の重量％で報告されている。材料は、ＭＥＴＨＯＣＥＬＴＭの商品名でＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である（ＭＥＴＨＯＣＥＬはＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙの商標である）。
【００３６】
【表１】
2020531599.tif 000003
【００３７】
再現性及び反応時間の例示
実施例（Ｅｘ）及び比較例（Ｃｏｍｐ  Ｅｘ）Ａ〜Ｅ及び実施例（Ｅｘ）１〜８は、より高い粘度の出発（原料）セルロースから４，０００ｍＰａ＊ｓの最終粘度を有するセルロースエーテル（Ｋ４Ｍセルロースエーテル）を製造する試みを例示している。
【００３８】
表２には、比較例Ａ〜Ｅ及び実施例１〜８のそれぞれについての、反応温度、酸に対する塩基（重炭酸ナトリウム）のモル当量、セルロースエーテルに対する酸の重量％、反応時間、及び安定生成物の最終粘度が含まれている。
【００３９】
「反応時間」は、セルロースエーテルに酸を最初に添加してから最終生成物が安定しているとみなされるまでの時間を指す。１時間開けて採取した２つのサンプルが互いに５％以内の粘度を有している場合に、最終生成物は「安定」であるとみなされる。
【００４０】
比較例Ａ〜Ｅ  −  ４，０００ｍＰａ＊ｓの目標生成物
塩基を添加して加水分解をクエンチする前に、酸を添加して原料であるセルロースエーテルの加水分解を開始することにより、以下のプロセスに従って比較例Ａ及びＢを調製する。
【００４１】
４０キログラム（ｋｇ）のＫ３００Ｍ原料セルロースエーテル（含水率２重量％）を１０００リットルのジャケット付き回転式反応器の中に入れる。回転を開始し、７０℃まで加熱する。反応器のヘッドスペースに無水塩化水素を添加する。３０分間混合する。乾燥重炭酸ナトリウム粉末を添加し、反応が「安定」とみなされるまで混合を継続する。総反応時間及び最終粘度を記録する。結果を表２に示す。
【００４２】
比較例Ａ及びＢは本質的に同じように行われるが、粘度がほぼ１桁異なる最終生成物を生成する。これは、加水分解を開始するために酸を添加し、その後に引き続いて塩基を添加してクエンチする公知のプロセスで得られる不十分な再現性を示している。
【００４３】
比較例Ｃ〜Ｅは、反応で使用される酸の量を除いては比較例Ａ及びＢと同様である。比較例Ｃ〜Ｅは、加水分解を開始するために酸を添加し、その後に引き続いて塩基を添加してクエンチする公知の反応プロセスにおける、最終生成物の最終粘度に対する酸の量のわずかな変化の劇的な影響を示している。
【００４４】
反応条件における最終粘度の不十分な再現性と極端な感度は、図１の曲線で示されている加水分解中の粘度の急激な低下の結果である。塩基の前に酸が添加され、その後に加水分解をクエンチするために塩基が添加される場合、加水分解反応を制御して曲線に沿った正確な点でこれを停止することは非常に困難である。
【００４５】
特に、反応を実行する（すなわち安定な粘度を有する生成物を製造する）ためには４．５時間という時間も要する。
【００４６】
実施例１〜８  −  ４，０００ｍＰａ＊ｓの目標生成物
酸を添加して加水分解を開始する前に、原料であるセルロースエーテルに塩基を添加する本発明の方法に従って実施例１〜８を調製する。
【００４７】
５０ｋｇのＫ１００Ｍ原料セルロースエーテル（含水率２重量％）と乾燥重炭酸ナトリウム粉末（添加される無水塩化水素のモル数に対して１．２５モル当量）とを１０００リットルのジャケット付き回転式反応器の中に入れて原料／塩基混合物を形成する。原料／塩基混合物を回転させ、反応温度まで加熱する（表２を参照）。無水塩化水素（表２を参照）を反応器のヘッドスペースに添加する。安定な生成物が得られるまで得られた混合物の回転を継続する。反応時間及び最終生成物粘度を記録する。結果を表２に示す。
【００４８】
実施例４〜８は、５つの再現された反応に対する最終粘度における約１６％の偏差を示しており、本発明の方法を使用した目標粘度についての高度な再現性を示している。
【００４９】
実施例１〜８は、本発明の方法により得られた生成物の最終粘度が、比較例Ａ〜Ｅに示す公知の方法よりも酸濃度や反応温度などのプロセス変数に対する感度がはるかに低いことを示している。
【００５０】
実施例１〜８は、比較例Ａ〜Ｅよりも速い反応時間と組み合わされて、再現性及び反応条件に対する感度の低下の利点が得られることを更に示している。特に、加水分解反応の開始時の粘度の非常に急激な初期の低下のため（図１を参照）、比較例Ａ〜Ｅのより大きい原料粘度は、実施例１〜６の反応時間と比較した場合、反応時間に対して無視できるほどの寄与しかない。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
実施例９〜１６  −  １５，０００ｍＰａ＊ｓの目標生成物
表３に示されている条件を使用したことを除いては実施例１〜８と同様の方法で実施例９〜１６を調製する。実施例９〜１６は、最終生成物の粘度が１５，０００ｍＰａ＊ｓであることを目標とする。この粘度は、実施例１〜８及び比較例Ａ〜Ｅの４，０００ｍＰａ＊ｓの目標よりも加水分解反応中の粘度の急激な低下中に生じることから（図１を参照）、再現性よく達成するためにはより難しい最終粘度である。それにもかかわらず、表３のデータは、本発明の方法が目標の１５，０００ｍＰａ＊の生成物の再現可能な結果を達成することを示している。データは更に、本発明の方法が、加水分解反応中に使用される酸の量の２０％の変動による影響をほとんど受けないままであることを明らかにしている。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
実施例１７〜２９  −  本発明の方法の汎用性
実施例１７〜２９は、様々な異なる原料、原料水分含有率、塩基、反応温度、塩基のモル当量、及び酸の濃度を使用するだけでなく、様々な異なる最終粘度を達成する本発明の方法を例示する。表４には、実施例１７〜２９についての反応条件及び結果が含まれている。
【００５５】
以下の手順を使用して実施例１７〜２９を調製する。８００ｇの原料セルロースエーテルと塩基とを７リットルのガラス製反応器に入れる。オーブン内で反応器を回転させ、反応温度まで加熱し、反応器の中身を反応温度で１時間平衡化する。無水塩化水素を反応器のヘッドスペースに添加し、安定な生成物が得られるまで回転させる。反応時間及び最終生成物の粘度を記録する。結果を表４に示す。
【００５６】
表４のデータは、様々な異なる最終粘度を達成し、様々な異なる原料、原料含水率、塩基、反応温度、塩基濃度、及び酸濃度を使用できる本発明の方法の例を示している。
【００５７】
【表４】
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【００５８】
実施例３０及び比較例Ｆ〜Ｈ  −  ホルムアルデヒド
以下の手順を使用して実施例３０を調製する。８００ｇのＫ４Ｍセルロースエーテル原料と６．６ｇの重炭酸ナトリウム粉末塩基とを７リットルのガラス製反応器に入れる。オーブン内で反応器を回転させ、８５℃の反応温度まで加熱し、反応器の中身を反応温度で１時間平衡化する。０．３重量％（原料セルロースエーテル基準）の無水塩化水素を反応器のヘッドスペースに添加し、安定な生成物が得られるまで回転させる。反応時間は１．５時間である。最終生成物の粘度は１９７ｍＰａ＊ｓであり、最終ｐＨは６．８である。実施例３０の生成物は、最終生成物の百万重量部当たり１１重量部のホルムアルデヒド濃度を有する。
【００５９】
比較例Ｆ〜Ｈは、それぞれＢＥＮＥＣＥＬＴＭ  Ｋ２５０、Ｋ７５０、及びＫ１５００水溶性ポリマーとして市販されている市販のセルロースエーテル製品に対応する（ＢＥＮＥＣＥＬはＨｅｒｃｕｌｅｓ  ＬＬＣの商標である）。比較例Ｆ（ＢＥＮＥＣＥＬ  Ｋ２５０）は、２５９ｍＰａ＊ｓの粘度、及び生成物の百万重量部当たり１８４重量部のホルムアルデヒド濃度を有する。比較例Ｇ（ＢＥＮＥＣＥＬ  Ｋ７５０）は、７５２ｍＰａ＊ｓの粘度、及び生成物の百万重量部当たり１２８重量部のホルムアルデヒド濃度を有する。比較例Ｈ（ＢＥＮＥＣＥＬ  Ｋ１５００）は、１８００ｍＰａ＊ｓの粘度、及び生成物の百万重量部当たり８９重量部のホルムアルデヒド濃度を有する。
【００６０】
実施例３０及び比較例Ｆ〜Ｈは、本発明の方法が、類似の粘度を有する市販のセルロースエーテルよりも著しく低いホルムアルデヒド濃度を有するセルロースエーテル生成物を生成することを示している。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月29日(2018.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）セルロースエーテル粉末の総重量基準で０．５〜１０重量％の水を含有する初期セルロースエーテル粉末を得ること；
（ｂ）前記初期セルロースエーテル粉末を３０〜１３０℃の範囲の温度に加熱すること；
（ｃ）工程（ｂ）における加熱前、加熱中、及び／又は加熱後に、重炭酸塩、炭酸塩、塩基性アルミナ、弱塩基性樹脂、及び強塩基性樹脂からなる群から選択される固体塩基をセルロースエーテル粉末に添加し、前記初期セルロースエーテル粉末と混合してセルロースエーテル／塩基混合物を形成すること；
（ｄ）セルロースエーテル／塩基混合物に揮発性酸を添加して混合すること；並びに
（ｅ）前記揮発性酸に前記初期セルロースエーテルを加水分解させて、前記初期セルロースエーテルよりも低い粘度を有する最終的なセルロースエーテルを形成すること；
を含む方法。
【請求項２】
工程（ｄ）で添加される酸の量が初期セルロースエーテル粉末重量を基準として０．０８〜０．５重量パーセントであり、工程（ｃ）で添加される固体塩基のモル量が工程（ｄ）で添加される酸のモル数の０．４〜１．２５倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｄ）において酸を添加した後に追加の塩基が添加される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記セルロースエーテル粉末が、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選択されるセルロースエーテルのうちの一方又は両方である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記固体塩基が重炭酸ナトリウムである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記初期セルロースエーテル粉末が、２，０００ミリパスカル＊秒より大きい粘度を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記最終セルロースエーテルが１〜２５，０００ミリパスカル＊秒の範囲の粘度を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記最終セルロースエーテルが１〜４，０００ミリパスカル＊秒以下の粘度を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記最終セルロースエーテルが５〜８の範囲のｐＨを有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記最終セルロースエーテルが、セルロースエーテルの重量を基準として２０重量部未満のホルムアルデヒドを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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