专利名称：低取代度羟丙基纤维素的制作方法
技术领域：
本发明涉及对碱性水溶液在较宽温度范围内具有稳定的溶解性和较高溶液透明性的低取代度羟丙基纤维素。
羟丙基纤维素是纤维素结构单体——葡萄糖单体(C6H10O5)的3个羟基被羟基丙基醚化得到的非离子性聚合物，由于其具有种种有用的特性可以广泛用于多种用途。
羟丙基纤维素的特性根据其羟丙基取代量有很大的不同。作为取代度的表示方法，用每个葡萄糖单体上取代基的平均取代摩尔数(MS)表示的方法是最一般的，而且该方法得到了广泛的应用。
取代度高的羟丙基纤维素，即平均取代摩尔数为2～3的羟丙基纤维素对冷水易溶，对热水不溶，可溶于醇等有机溶剂。取代度低的羟丙基纤维素具有不溶于水或有机溶剂，与水接触后溶胀，溶解于碱性氢氧化物等碱性水溶液的性质。
由于这些性质，低取代度纤维素可以用作药物的崩解剂、粘合剂、碱性溶液的增粘剂。
作为低取代度羟丙基纤维素，特公昭48-38858号公报、特公昭57-53100号公报等公开了每个葡萄糖单体上羟丙基的平均取代摩尔数为0.05～1.0的羟丙基纤维素的制备方法。但是，采用这些方法制备的物质虽然可溶于碱性水溶液，但由于含有较多不溶成分，其溶液的透明程度低。另外，由于对于碱性水溶液其溶解性随温度变化较大，具有在要求溶液稳定性的用途中其使用条件受到限制的问题。
低取代度羟丙基纤维素对碱性水溶液的溶解性受羟丙基取代度的影响较大。为了得到具有良好溶解性的低取代度羟丙基纤维素，重要的是羟丙基取代量的管理，即其每个结构单体——葡萄糖单体上羟丙基的平均取代摩尔数与羟丙基取代摩尔数不同的取代体的比率。
由此，通过控制羟丙基的取代量，希望出现一种低取代度羟丙基纤维素，其溶液的透明性优良、可在较宽温度范围内保持稳定的溶液状态，但是到目前为止还没有十分满意的产品。
本发明人为了解决上述课题进行了悉心的研究，结果发现每个葡萄糖单体(C6H10O5)上羟丙基平均取代摩尔数为0.1～0.4的低取代度羟丙基纤维素中，具有下述特征的低取代度羟丙基纤维素溶解于碱性溶液时具有较高透明性，在较宽温度范围内溶液状态是稳定的，上述特征是被2摩尔以上羟丙基取代的葡萄糖单体数相对于葡萄糖单体总数为5％以下；而且以2重量％浓度溶解于10重量％氢氧化钠水溶液得到的溶液在10℃～50℃时的透光度为90％以上，从而完成了本发明。
本发明的低取代度羟丙基纤维素与以前的低取代度羟丙基纤维素相比，由于在溶解于碱性水溶液时透明性优良，其溶解性不随温度变化，故可以提供一种在较宽温度范围内稳定的溶液，因此可以用于碱性水溶液的增粘剂等多种用途。
以下更详细地说明本发明。
本发明的低取代度羟丙基纤维素每个葡萄糖单体上羟丙基的平均取代摩尔数为0.1～0.4。平均取代摩尔数低于0.1时，溶解于碱性溶液时由于存在不溶物，溶液是不透明的；超过0.4时，溶液中出现白色浑浊，溶液也是不透明的。
另外，本发明的低取代度羟丙基纤维素优选羟丙基取代摩尔数为2以上的取代体(葡萄糖单体)的数相对于葡萄糖单体总数为5％以下。如果羟丙基取代摩尔数为2以上的取代体的比率超过5％，与上述相同，溶液中出现白色浑浊，变成不透明的溶液。这是由于相对于碱性溶液溶解性低的未取代体与羟丙基取代摩尔数为2以上的取代体的比率增加使溶液丧失透明性而造成的。
本发明低取代度羟丙基纤维素的制备，在第一阶段是使纤维素与碱性氢氧化物发生反应，生成碱性纤维素。
作为碱性纤维素的配制方法，比较合适的是将原料浆在碱性氢氧化物水溶液中浸渍后，挤压除去剩余的碱性氢氧化物水溶液，得到所需碱性纤维素组成的方法。
用作原料的纤维素例如木浆、棉短绒浆等，可以使用片状的物质、粉碎成粉末状的物质，对其形状没有限定。
另外，碱性氢氧化物水溶液可以使用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等的水溶液，优选氢氧化钠。
碱性氢氧化物水溶液的浓度优选20～45重量％，特别优选30～40重量％。如果碱性氢氧化物水溶液的浓度低于20重量％，则纤维素的溶胀不充分，不能使之活化，造成下一步的醚化反应不能充分进行。另一方面，如果超过45重量％，则配制的碱性纤维素的组成不均一，对碱性溶液的溶解性随温度发生变化，溶液的物理性质随温度变化大。
碱性纤维素的制备方法，此外还有在有机溶剂等分散介质中混合纸浆与碱性氢氧化物水溶液的方法，以及在浆上直接喷雾碱性氢氧化物水溶液的方法等，但是与在碱性氢氧化物水溶液中浸渍得到的碱性纤维素相比，其组成不均一，不适于目的产物(即在碱性溶液溶解性良好的低取代度羟丙基纤维素)的制备。
碱性纤维素中的碱性氢氧化物，作为对环氧丙烷反应的催化剂起着重要作用，同时起着提高纤维素反应性的活化作用。另一方面，碱性纤维素中的水分会与环氧丙烷反应，生成必须从产物中除去的杂质，这是我们所不希望发生的。
因此，为了通过碱性纤维素与环氧丙烷反应有效制备低取代度羟丙基纤维素，在配制碱性纤维素时，有必要控制碱性纤维素中碱性氢氧化物的量和水分量。
在制备本发明的低取代度羟丙基纤维素时，碱性纤维素中的碱性氢氧化物的量与水分量相对于纤维素的重量比为碱性氢氧化物的量0.1～1.0，特别优选0.2～0.8，水分量0.1～2.0，特别优选0.3～1.0。
如果碱性氢氧化物的量以及水分量相对于纤维素的重量比低于上述范围，则反应不能充分进行；另一方面，如果碱性氢氧化物的量和水分量高于上述范围，环氧丙烷与水反应生成更多的不良杂质，得不到羟丙基取代度达到规定的物质，为了除去副反应产生的杂质需要耗费很大的劳动，因此在任何一种场合都难以控制羟丙基取代量达到规定。
因此，在制备本发明的低取代度羟丙基纤维素时，第一阶段中配制碱性纤维素的方法优选将原料纸浆在碱性氢氧化物水溶液中浸渍后，挤压除去剩余的碱性氢氧化物水溶液，得到所需碱性纤维素组成的方法。
在制备本发明的低取代度羟丙基纤维素时，第二阶段是将碱性纤维素与环氧丙烷充分混合使之发生反应，反应温度为30～80℃，特别优选40～70℃，加入相对于纤维素摩尔比为0.15～2.0的环氧丙烷进行反应。
如果反应温度低于30℃，反应进行极其缓慢，由于反应时间长所以不实用；如果高于80℃，生成羟丙基纤维素中羟丙基取代摩尔数为2以上的多取代体的比率增加，或者环氧丙烷与水反应产生的杂质量增大，因而不优选。
如果环氧丙烷的添加量超出范围，则得不到羟丙基取代度达到规定的物质。
作为添加环氧丙烷的方法，可以采用将规定量的环氧丙烷一次全部加入的方法、分数次连续加入等任意一种方法。另外，也可以使用与环氧丙烷反应活性小的有机溶剂作为分散介质，实施本反应。
本发明的反应产物含有碱性氢氧化物或环氧丙烷与水反应生成的杂质等，采用公知方法很容易精制，可以得到不含杂质、纯度高的低取代度羟丙基纤维素。
采用本发明得到的低取代度羟丙基纤维素的取代体组成可以按照公知方法求出，例如Carbhydro.Res.vol.170，p.207(1987)记载的方法等。
取代体组成的测定方法，例如使之在碱存在条件下与碘甲烷等甲基化剂进行反应，将游离的羟基甲基化后得到低取代度羟丙基纤维素，使用三氟醋酸等酸性分解后，还原，得到山梨醇衍生物。将使用醋酸酐等进行乙酰化得到的物质用气相色谱法处理，可以分离羟丙基取代数及取代位置不同的物质，从而求出各自的比例。
采用本发明得到的低取代度羟丙基纤维素的透明性可以根据透光度来判断。透光度是指以光电比色计测定的精制水的光透过率为100时，在相同条件下低取代度羟丙基纤维素溶液的透光率。其测定方法在实施例中有具体记载。
以下结合实施例和比较例更详细的说明本发明，但本发明并不局限于这些实施例的记载。(实施例1)(1)低取代度羟丙基纤维素的制备将片状的纸浆100重量份浸渍于40重量％氢氧化钠水溶液中，使原料纸浆吸收氢氧化钠水溶液后，施加3kg/cm2的压力挤压除去剩余的氢氧化钠水溶液，将碱性氢氧化物相对于纤维素的重量比调节为0.55，将水分相对于纤维素的重量比调节为0.90。将制得的碱性纤维素切细，装入到内部具备搅拌机的加压反应器中，在反应器中通入氮气充分置换后，加入环氧丙烷24重量份(对纤维素的摩尔比为0.67)，在50℃下反应3小时。
用醋酸中和残留的氢氧化钠后，用50～60℃的温水洗涤反应产物。在80℃通风干燥，得到无色固体状低取代度羟丙基纤维素108重量份。采用Zeisel法求出的羟丙基平均取代摩尔数为0.26。
(2)取代体组成将(1)得到的低取代度羟丙基纤维素3重量份溶解于二甲基亚砜250重量份中。在该溶液中加入粉末状氢氧化钠30重量份后，边搅拌边加入碘甲烷100重量份，在60℃下反应4小时。将反应产物注入到10000重量份的热水中，使之析出甲基化羟丙基纤维素。回收析出的物质，在70℃下干燥6小时。在得到的甲基化羟丙基纤维素5重量份中加入2mol％三氟醋酸水溶液300重量份，在120℃处理3小时后，用碳酸钡调节pH7。向其中加入硼氢化钠1.5重量份，在室温下搅拌1小时后，在100℃下蒸发干燥使之固化。在残留物中加入醋酸酐100重量份、吡啶200重量份，在120℃下处理3小时。冷却后加入水500重量份，用四氯化碳50重量份萃取2次。蒸发四氯化碳，采用GC分析残留物。通过GC分析上的峰面积，求出羟丙基取代摩尔数为2以上的多取代体总的比例以及未取代体的组成比例，结果如表1所示。
(3)溶液的物理性质以及固体的物理性质将(1)得到的低取代度羟丙基纤维素溶解于10重量％氢氧化钠水溶液，使低取代度羟丙基纤维素的浓度达到2重量％。使用B型粘度计测定溶解温度变为10℃、30℃、50℃时配制的溶液的粘度，使用光电比色计(5E型)测定相对于空白(水)的可见光透过率。以上测定结果如表1所示。本品的碱性溶液在较宽温度范围内具有较高透明性。(实施例2)除将粉末状的原料纸浆100重量份浸渍于45重量％氢氧化钠水溶液，施加压力挤压，配制碱性氢氧化物相对于纤维素的重量比为0.46，水分相对于纤维素的重量比为0.64的碱性纤维素。加入环氧丙烷32重量份(相对于纤维素的摩尔比为0.89摩尔)，在75～80℃下反应2小时，以外采用与实施例1之(1)相同的方法进行制备，得到低取代度羟丙基纤维素112重量份。羟丙基的平均取代摩尔数为0.39。
该物质的取代体组成以及溶液的物理性质采用与实施例1相同的方法求出，结果如表1所示。本品的碱性溶液在较宽的温度范围内具有较高透明性。(实施例3)除将片状的原料纸浆100重量份浸渍于25重量％氢氧化钠水溶液中，施加压力挤压，配制碱性氢氧化物相对于纤维素的重量比为0.20，水分相对于纤维素的重量比为0.67的碱性纤维素。加入环氧丙烷8.7重量份(相对于纤维素的摩尔比为0.24摩尔)，在35～40℃下反应4小时，以外采用与实施例1之(1)相同的方法进行制备，得到低取代度羟丙基纤维素103重量份。羟丙基的平均取代摩尔数为0.11。
该物质的取代体组成以及溶液的物理性质采用与实施例1相同的方法求出，结果如表1所示。本品的碱性溶液在较宽的温度范围内具有较高透明性。(比较例1)除环氧丙烷加入的量为45重量份(相对于纤维素的摩尔比为1.26)以外，采用与实施例1之(1)相同的方法进行制备，得到低取代度羟丙基纤维素115重量份。羟丙基的平均取代摩尔数为0.45。
该物质的取代体组成以及溶液的物理性质采用与实施例1相同的方法求出，结果如表1所示。本品的碱性溶液呈白色浑浊，透明性低。(比较例2)除反应温度为85～100℃反应1.5小时以外，采用与实施例1之(1)相同的方法进行制备，得到低取代度羟丙基纤维素106重量份。羟丙基的平均取代摩尔数0.24。
该物质的取代体组成以及溶液的物理性质采用与实施例1相同的方法求出，结果如表1所示。本品的碱性溶液呈白色浑浊，透明性低。(比较例3)将片状的纸浆100重量份浸渍于8重量％氢氧化钠水溶液中，施加压力挤压，配制碱性氢氧化物相对于纤维素的重量比为0.08，水分相对于纤维素的重量比为1.0的碱性纤维素，除此以外采用与实施例2相同的方法进行制备，得到低取代度羟丙基纤维素101重量份。羟丙基的平均取代摩尔数为0.06。
该物质的取代体组成以及溶液的物理性质采用与实施例1相同的方法求出，结果如表1所示。本品相对于氢氧化钠水溶液几乎不溶。表1
1)“取代度”是采用Zeisel法求出的。“MS”表示平均取代摩尔数。2)作为“取代体组成”，
“未取代体”表示羟丙基取代摩尔数为0的取代体，“一取代体”表示羟丙基取代摩尔数为1的取代体，“多取代体”表示羟丙基取代摩尔数为2以上的所有取代体。
GC测定条件如下装置Hewlett Packard公司生产5980 SERIES II气相色谱仪柱5％苯甲基硅烷0.2mmφ×25m，试样1μl，进样器和检波器温度250℃恒温器温度170升温到300℃(升温速度为2.5℃/分)3)“溶液的物理性质”是将羟丙基纤维素以2重量％的浓度溶解于10重量％氢氧化钠水溶液中，使用该溶液进行测定的。4)“透光度”是使用光电比色计5E型、20mm比色池、可见光进行测定的。5)“粘度”是使用B型粘度计在10℃下测定的。
权利要求
1.每个葡萄糖单体上羟丙基的平均取代摩尔数为0.1～0.4的低取代度羟丙基纤维素，所述低取代度羟丙基纤维素，被2摩尔以上羟丙基取代的葡萄糖单体数相对于葡萄糖单体总数为5％以下，而且将该低取代度羟丙基纤维素以2重量％的浓度溶解于10重量％氢氧化钠水溶液中得到的溶液在10℃～50℃时的透光度为90％以上。
全文摘要
通过控制羟丙基的取代量,提供一种低取代度羟丙基纤维素,其溶液的透明性优良、在较宽温度范围内稳定。具体的说是提供一种每个葡萄糖单体上羟丙基的平均取代摩尔数为0.1～0.4的低取代度羟丙基纤维素,所述低取代度羟丙基纤维素,被2摩尔以上羟丙基取代的葡萄糖单体数相对于葡萄糖单体总数为5%以下,而且将该低取代度羟丙基纤维素以2重量%的浓度溶解于10重量%氢氧化钠水溶液中得到的溶液在10℃～50℃时的透光度为90%以上。
文档编号C08L1/02GK1261603SQ00100989
公开日2000年8月2日 申请日期2000年1月17日 优先权日1999年1月18日
发明者梅泽宏, 丸山直亮, 尾原荣 申请人:信越化学工业株式会社