对羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸酯粒状物及其制备方法

专利名称：对羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸酯粒状物及其制备方法
技术领域：
本发明提供了扬尘性和结块性能明显得到抑制的对羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸酯粒状物及其制备方法。
长期以来，苯酚钾与二氧化碳反应采用Kolbe-Schmitt(科尔柏-施密特)反应(一种气固相反应)来实施。但是这种反应具有如气固相反应的反应时间长、由于受热不均发生副反应而造成原料大量损耗、反应难于控制使得收率不稳定等问题。为了克服这些缺点，已提出了多种解决方案。
本发明人之一提出了一种可在短时间内，以连续方式高产率地制备所述化合物的方法。所述方法包括在适当的溶剂及等于或高于180℃下，使苯酚钾与二氧化碳以悬浮液形式进行反应，条件是在羧基化步骤开始前，往所述反应液中加入与对羟基苯甲酸二钾反应所需量的苯酚，使之生成苯酚钾(特公昭9529/1970)。
这样制得的对羟基苯甲酸经过如酸析、过滤、离心而从母液中分离出来，再经洗涤即可用作如液晶聚合物等聚合物的单体组分。
对羟基苯甲酸酯可通过一般的羧酸酯化的制备方法制得，如通过在硫酸等酸催化剂存在下，使对羟基苯甲酸与醇类进行脱水反应制得。
对羟基苯甲酸或其酯的结晶产物，通常含有非常细小的颗粒，由此产生强的扬尘性导致操作上的困难。例如，当将对羟基苯甲酸或其酯作为聚合物的单体组分和防霉剂使用时，所述化合物的细颗粒在空中飞扬，称为粉末灰尘。对羟基苯甲酸或其酯的粉尘在空中飞扬，不容易沉降，因而这些广泛分散的粉尘妨碍了操作。
为了解决加料时的可操作性和安全问题，操作者必须携带防尘眼镜和防尘面具，在反应器的除加料口外的其他地方安装真空装置，并安装过滤装置以捕集所述细颗粒。但即使这样也不能完全避免粉尘的危害。
对羟基苯甲酸或其酯在储存中容易结块，产生的块状物不利于进一步加工。结块原因是对水有溶解性的对羟基苯甲酸或其酯的比表面积随着其细颗粒粒径的减小而增大，当这些细颗粒吸收空气中的水分后，彼此间容易发生桥连，从而发生结块，并且由于毛细管现象而使结块更为严重。
再者，因为对羟基苯甲酸或其酯的细颗粒容易带电，因此由于静电作用使得这些细颗粒容易粘附在容器或塑料袋的表面上。
为了抑制具有上述性能的物质的扬尘性，提出了通过湿挤塑造粒法来制备所述粒状物，所述方法包括以下步骤往对羟基苯甲酸或其酯的颗粒中加入水，用挤塑造粒机将所得的混合料捏合并造粒，随后干燥。虽然这样制得的粒状物在一定程度上抑制了扬尘性和静电性，但由于添加了水分，使得更容易形成颗粒聚集体，结块问题仍得不到解决。此外，如此得到的粒状物由彼此间吸引力弱的小颗粒构成，在传送时这些粒状物易散开，得到原来那样小的颗粒粉尘。
另一方面，制药领域中提出可通过包括向基础组分中加入如糊精、淀粉、羧甲基纤维素，以及水或醇等粘合剂组分，将所得混合料捏合并造粒的方法得到性能良好的粒状物。但在制备对羟基苯甲酸时添加这些粘合剂，将得不到高纯度的产物。用该产物制得的聚合物产物或模塑制品可能会掺入色调或性能受到破坏。
本发明提供了平均粒径等于或大于150μm、硬度为10g-3000g的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物。
本发明的粒状物的扬尘性得到良好的抑制，因此所述产物容易处理，对环境和人类几乎没有影响。另外，所述产物的结块性也得到抑制，这同样改善了产物的可加工性。另外，所述对羟基苯甲酸或其酯的粒状物具有足以抵抗相当强的冲击，这样其不容易粉化成原来的细颗粒，从而很好地抑制了输送等过程中产物发生粉化。
本发明的粒状物可通过包括以下步骤的方法制备将粉末状的对羟基苯甲酸或其酯干燥压缩得到经压缩的物质，再将所得物质粉碎和分级。因此，制备所述粒状物的方法也在本发明的范围内。定义平均粒径按以下方法测定的粒径称为平均粒径称量样品，随后将样品依次通过2800μm、1700μm、1180μm、840μm、500μm和250μm孔径的筛过筛。首先，用2800μm孔径的筛，以230rpm的速度，将经称量的样品筛选10分钟。称量筛余物的量，计算出相对起始物料的量的重量比率(％重量)。接着采用具有1700μm孔径的筛，按上述相同的方式将所述通过2800μm的筛的样品过筛。按照顺序重复所述操作，最后，称量通过250μm筛的产物的量。按下式计算得到平均粒径
平均粒径(μm)＝(2800×在2800μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(1700×在1700μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(1180×在1180μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(840×在840μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(500×在500μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(250×在250μm筛上的筛余物(％重量)/100)+(120×通过250μm筛的量(％重量)/100)硬度用简易的颗粒硬度计测定。采用具有Ф1mm尖端的圆锥形压棒对试样的中心施加压力，试样破碎时的压力即为样品的硬度。采用磨损度测试仪(defacement tester)测量粉化率(degradation ratio)粉化率是粒状物的粉化程度的度量。用60目筛(孔径0.25mm的筛)、以230rpm的速度将10g样品过筛1分钟。将筛余物装入内部直径27cm、厚4cm的磨损度试验器中，使其经受25rpm的冲击应力3分钟。经过如此处理的样品再次用60目筛过筛1分钟。将施加冲击应力前的筛余物的量定义为W1、施加冲击应力后的筛余物的量定义为W2，按下式计算粉化率粉化率(％)＝(W1-W2)/W1×100静止角、松散堆积密度(aerated bulk density)、压实堆积密度(packedbulk density)是用ホソカワミクロン社制造的粉末测定器(PT-N型)，按照说明书中记载的方法测定。静止角摇动标准筛(10目)上的样品，使样品通过料斗落下，用倾注法(pouring method)测定静止角。松散堆积密度摇动筛上的样品，使之通过溜槽(shout)落到标准容器中，随后称量标准容器的重量以测定松散堆积密度。压实堆积密度把样品装入标准容器中，在一定时间内，在一定高度轻叩所述容器，随后测定经轻叩压实后样品的堆积密度。压缩比压缩比按下式计算得到(压实堆积密度-松散堆积密度)/压实堆积密度×100本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的平均粒径等于或大于150μm，优选为250-3000μm，更优选为350-1600μm。当平均粒径小于150μm时，不能充分抑制扬尘性和结块性。当平均粒径超过3000μm时，虽然很好地抑制了扬尘性和结块性，但溶解速度慢，仍会产生操作上的问题。
本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物可含有少于15％重量、优选少于6％重量的通过74μm筛的颗粒。如果所述组合物含有超过15％重量的通过74μm筛的颗粒时，由于这些小粒径颗粒的存在使得产品将具有严重的扬尘性。
本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的硬度为10g-3000g，优选10g-1000g。当硬度小于10g时，所述粒状物在输送等过程中容易粉化，产生细颗粒。当硬度超过3000g时，构成粒状物的颗粒间的结合力过强，难于溶解在介质中，给操作带来麻烦。
优选所述对羟基苯甲酸或其酯的粒状物具有足够的强度以抵抗冲击或振动应力，这样在一定的冲击下不容易粉化成细颗粒。用磨损度试验器测定所述产物的粉化率，所述粉化率等于或小于3％时，则表明产物在输送和操作过程时容易处理。
另外，所述对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的静止角可为30至50度，优选是35至45度。这种范围的静止角表明产物的粒径较大，具有改善的流动性，因此也具有改善的处理性能。
所述对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的松散堆积密度可为0.5-0.85g/cc、优选0.55-0.8g/cc；压实堆积密度可为0.55-0.9g/cc，优选0.6-0.85g/cc。
另外，本发明的粒状物的压缩比(用(压实堆积密度-松散堆积密度)/压实堆积密度×100表示)等于或小于10％，优选等于或小于7％。
以往提供的粉末状对羟基苯甲酸或其酯的压缩比高达30-60％，即松散堆积密度与压实堆积密度的差别很大。
因此，如果将传统的对羟基苯甲酸或其酯的粉末状产物装入一定的标准容器中，粒子间空隙将相当大。
相对而言，本发明的粒状物的压缩比低至10％以下，这表明填充性得到改善，即使不振动或敲击容器，粒子间空隙也很少，产物能够均匀地填充。
本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物可优选带等于或少于0.02μc/g的电荷。由于带较少量的静电，因而产物因静电作用对容器或塑料袋表面的粘附问题将得到抑制，显著改善了产物的加工性能。
本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物可通过将粉末状对羟基苯甲酸或其酯进行干燥压缩，粉碎经过压缩的物质、并将经过粉碎的物质分级而得。作为原料的对羟基苯甲酸或其酯可以用任一种传统制备方法制得。例如采用日本专利特许公报9529/1970号公开的Kolbe-Schmidt反应制备对羟基苯甲酸碱金属盐，随后在80～100℃下将所得的对羟基苯甲酸碱金属盐酸析分离得到对羟基苯甲酸，必要时进行纯化。在该方法中，在酸析步骤中使用的酸不受特别限定，可用无机酸或有机酸。无机酸的例子包括二元酸(质子酸)，如氢氯酸和氢氟酸；含氧酸，如硝酸、硫酸、磷酸和高氯酸；有机酸的例子包括甲酸、醋酸或苯酚。酸析步骤中采用上述酸将反应物的pH值调整至1-4。
对羟基苯甲酸酯可通过常规制备羧酸酯的方法制得。例如，所述酯可通过对羟基苯甲酸与醇在硫酸等酸催化剂存在下进行脱水反应制得。
本发明的对羟基苯甲酸酯的酯(优选经过造粒)的例子包括具有1-4个碳原子的烷基酯，如甲酯、乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯和异丁酯，以及苄基酯。
按照本发明将由此得到的粉末状对羟基苯甲酸或其酯干燥压缩，随后将经过压缩的物质粉碎并分级得到本发明的粒状物。
术语“造粒”主要是指由粉末状、熔体或水溶液形式的原料制备由各具有几乎相等粒径和外形的颗粒组成的粒状物的方法。已知有多种造粒方法，例如挤塑造粒、喷雾干燥造粒、研磨造粒、混合和流化床造粒。在本发明的方法中，将粉末状的对羟基苯甲酸或其酯用压缩机进行干燥压缩得到经过压缩的物质，随后将所述经过压缩的物质粉碎、分级得到本发明的粒状物。这种类型的方法通常称为干燥研磨造粒法。
可在0.2-2.0ton/cm(吨/厘米)的压缩压力下，采用机械压缩来实施所述干燥压缩步骤。当所述压缩压力低于0.2ton/cm时，构成最终的粒状物的细颗粒间的结合力变弱，所述粒状物容易粉化。当压力超过2.0ton/cm时，所述结合力变得太强，可用作化妆品或工业用途的防霉剂的粒状物在醇类中的溶解性不好。所述干燥压缩中所用的辊可优选为瓦楞辊或光面辊(Smooth slit roll)。
随后采用研磨法将通过机械压缩得到的经压缩物质粉碎，接着分级得到具有给定颗粒特征的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物。用于该步骤的研磨机可为辊式研磨机、媒介式研磨机(medium mill)、气流式研磨机、剪切-磨碎式研磨机等，但优选使用锤式高速回转冲击式研磨机。
随后将经过粉碎的粒状物分级。一般采用熟知的方法来分级，例如用筛孔适当的筛过筛来分级。经分级步骤除去的粒径过小的颗粒可再返回压缩步骤，粒径过大颗粒可再返回粉碎步骤。因此，采用本发明的方法可制得具有优异产率的对羟基苯甲酸及其酯。
由于本发明方法的造粒步骤中采用了高压，因此构成粒状物的初级颗粒紧密聚集在一起，这样颗粒通过范德华力和静电力彼此吸附。这种情况与那些通过常规的湿挤塑造粒法得到的粒状物不同，在后者中构成粒状物的初级颗粒由于粘合剂组分的表面张力而结合在一起。因此，本发明制得的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物具有足够的强度以抵抗冲击应力，并可容易快速地溶解在介质中，因此操作性能优越。
在本发明中用作原料的具有小平均粒径的对羟基苯甲酸或其酯可以是用传统方法制得的那些，并且在没有调整水分含量的情况下使用。因此，在常规的湿挤塑造粒法中所必须的往原料粉末材料中添加水的步骤已不再需要，因此本发明的方法适用于大规模生产。
本说明书中的术语“干燥压缩”是指在不向原料中添加水等粘合剂组分下进行压缩的步骤，但这并不意味着原料完全不含水分。优选作为原料的粉末状对羟基苯甲酸或其酯的水分含量少于20％、更优选少于12％、特别是少于6％。通过对仅含少量水分的粉末状对羟基苯甲酸或其酯进行干燥压缩，可得到如上述的具有高冲击强度和良好溶解性的粒状物。
本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物可用作制备聚合物材料的单体或用作化妆品及工业用防霉剂。
以下通过实施例对本发明作出进一步的举例说明。
由此得到的经压缩的物质随后通过锤式高速回转冲击式研磨机(SINTOKOGIO，LTD)粉碎，接着用一系列筛分级，得到具有如表2所示的颗粒特征的对羟基苯甲酸粒状物(样品1-1-1-7)。
实施例1-5的压缩条件如下表1

实施例1-5的粒状物的颗粒特征如表2-6所示，硬度、粉化率和扬尘性如表7所示。
表2颗粒特征

表3颗粒特征

表4颗粒特征

表5颗粒特征

表6颗粒特征

表7

表2-6中所示的平均粒径通过使用如上述的振动筛(飯田製作所製，ES-65型)对样品过筛测定，并称量各号筛的筛余物的量和通过所述筛的样品的量。依照上面定义部分中描述的公式计算平均粒径。通过250μm筛的颗粒再次用74μm的筛过筛，称量通过所述74μm筛的量，同样计算出筛余物和通过所述筛的样品量的比例。
另外，表7所示的硬度、粉化率、扬尘性分布如下进行测定。硬度用简易的硬度计(筒井理化学机械(株))如下测定硬度。首先，确定所述硬度计的指针在0的位置。用镊子把试样(即对羟基苯甲酸的粒状物)放在试样台上，加压棒对准试样粒状物的中心。然后操作硬度计的手柄对试样加压，读取试样破碎时指针的数值。每个试样测定10次以上，算出其平均值。
粒状物的粒径小于0.3mm时，由于试样的位置难以固定，因此无法进行测量。粉化率用磨损度试验器(萱垣医理科工业(株))如下测定粉化率。称取试样10g，用60目筛(筛孔0.25mm)，采用粒径测定所用相同的振动器(飯田製作所製，ES-65型)振动过筛1分钟。将筛余物装入内部直径27cm、厚度4cm的磨损度试验器中，经受25rpm的冲击应力3分钟。随后用60目筛将所得样品在次过筛1分钟。把经受冲击应力前的筛余物的量定义为W1、经受冲击应力后的筛余物的量定义为W2，按下式计算粉化率(％)粉化率(％)＝(W1-W2)/W1×100粒径小于0.3mm的粒状物，因为其本来就处于粉化状态，因而没有进行这项评价。扬尘性用扬尘测试仪来进行这项评价。使50g粒状物样品沿60度的斜面滑下50cm。当所述组合物到达所述斜面的底部时，测定滑落时粉尘飞扬的高度与距离。当飞扬距离超过70cm、高度超过50cm时，则评定为“超过”。
如实施例1-5的公开，通过干燥压缩得到的样品的平均粒径在150μm以上，硬度在70g以上(样品1-1-1-5、样品2-1-2-5、样品3-1-3-5、样品4-1-4-5、样品5-1-5-5)。这些样品的粉化率小于3％，显示出足够的强度以抵抗冲击应力。另外，所述样品的粉尘飞扬距离小于50cm，显示出良好的操作性。
相反，平均粒径小于150μm的样品(样品1-7、2-7、3-7、4-7和5-7)的粉尘飞扬距离大于50cm，在操作上存在一定的问题。
样品1-8样品1-2(4.01％)、样品1-3(43.05％)、样品1-4(28.06％)、样品1-5(24.88％)样品2-8样品2-2(31.76％)、样品2-3(32.94％)、样品2-4(21.05％)、样品2-5(14.25％)样品3-8样品3-2(17.55％)、样品3-3(30.98％)、样品3-4(25.08％)、样品3-5(26.39％)样品4-8样品4-2(7.19％)、样品4-3(22.62％)、样品4-4(30.87％)、样品4-5(39.32％)样品5-8样品5-2(49.15％)、样品5-3(25.55％)、样品5-4(14.00％)、样品5-5(11.30％)此外，将粒径在40-70μm范围内的原料分别作为样品1-9-5-9进行评价。
样品1-9未处理的粉末状对羟基苯甲酸样品2-9未处理的粉末状对羟基苯甲酸丁酯样品3-9未处理的粉末状对羟基苯甲酸丙酯样品4-9未处理的粉末状对羟基苯甲酸乙酯样品5-9未处理的粉末状对羟基苯甲酸甲酯这些样品的颗粒特征列于表8，结块性列于表9。
表8颗粒特征

表9结块性

测量包括静止角、刮角和相对密度的各种颗粒特性。使用粉末测试仪(パウダテスタPT-N型ホソカワミクロン(株))，按照说明书进行测定。以所述组合物堆积在刮板上的角度作为刮角进行测定。结块性把30g样品装入内径40mm、高60mm的玻璃筒中。在试样上按顺序承载圆形的纸板、玻璃板、有机硅栓塞和500g的砝码重物，室温下静置3天。然后从筒中取出样品，并在所述样品饼上加载砝码，直至所述样品饼分散。分散时的负荷测定为分散负荷。分散负荷愈小，结块性愈小。
实施例6的样品1-8、2-8、3-8、4-8和5-8通过将实施例1-5得到的样品合并制得，这样所得组合物可模仿实际的产物。与未处理的对羟基苯甲酸或其酯的细颗粒(样品1-9、2-9、3-9、4-9和5-9)比较，这些样品的静止角和刮角都小，表明其流动性得到改善。这些样品的压缩比也在7％以下，表明具有良好的填充性。另外，这些样品的小飞扬距离表明其具有优异的加工性能。另外，样品1-8和2-8在存储时结块性明显得到阻止(分散负荷为0意味着样品不结块)也说明粒状物的加工性优秀。
工业利用性对羟基苯甲酸可作为制备各种聚合物材料的单体组分，最近作为具有高强度、高弹性模数的液晶聚合物的单体组分而倍受本领域的注目。另外，对羟基苯甲酸的烷基酯类多数被用作化妆品或工业用途的防霉剂。本发明的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的扬尘性明显得到抑制，因此易于处理并对环境和人几乎没有影响。另外，由于所述产物在存储中几乎不结块，因此改善了可加工性。而且，所述对羟基苯甲酸或其酯的粒状物具有足够的强度以抵抗相当强的冲击，这样在一定的冲击应力下，所述产物也不会粉化成原来的细颗粒。因此本发明的产物在输送中易于处理
权利要求
1.一种对羟基苯甲酸或其酯的粒状物，其特征在于所述粒状物具有等于或大于150μm的平均粒径和10g-3000g的硬度。
2.权利要求1的粒状物，其特征在于通过74μm孔径的筛的颗粒占所有产物的比例等于或少于15％重量。
3.权利要求1的粒状物，其特征在于所述粉化率等于或小于3％。
4.权利要求1的粒状物，其特征在于所述静止角为30-50度。
5.权力要求1的粒状物，其特征在于所述松散堆积密度为0.5-0.85g/cc，压实堆积密度为0.55-0.9g/cc，按下式计算的压缩比等于或小于10％(压实堆积密度-松散堆积密度)/压实堆积密度×100
6.权利要求1-5中任一项的粒状物，所述粒状物通过包括以下步骤的方法制备将粉末状的对羟基苯甲酸或其酯干燥压缩得到经过压缩的物质，将所述经压缩的物质粉碎并分级。
7.权利要求6的粒状物，其中所述干燥压缩在0.2-2.0吨/厘米的压力下实施。
8.权利要求6的粒状物，其中所述粉末状对羟基苯甲酸或其酯的水分含量等于或少于20％。
9.一种制备权利要求1的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物的方法，所述方法包括以下步骤将粉末状对羟基苯甲酸或其酯干燥压缩得到经压缩的物质，将所述经压缩的物质粉碎并分级。
10.权利要求9的方法，其中所述干燥压缩步骤在0.2-2.0吨/厘米的压力下实施。
11.权利要求9的方法，其中所述粉末状对羟基苯甲酸或对其酯的水分含量等于或少于20％。
全文摘要
本发明提供了扬尘性和结块性能明显得到抑制的对羟基苯甲酸或其酯的粒状物及其制备方法。本发明的对羟基苯甲酸或对其酯的粒状物具有等于或大于150μm的平均粒径和10g－3000g的硬度。本发明的制备方法包括以下步骤将对羟基苯甲酸或其酯的干燥粉末压缩得到经压缩的物质，将所得经压缩的物质粉碎并分级。
文档编号C07C67/52GK1463265SQ02802094
公开日2003年12月24日 申请日期2002年4月18日 优先权日2001年4月20日
发明者上野隆三, 北山雅也, 泉地信孝, 橘高正治 申请人:株式会社上野制药应用研究所