JP3936480B2

JP3936480B2 - ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法

Info

Publication number: JP3936480B2
Application number: JP32332798A
Authority: JP
Inventors: 和久早川
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP2000143813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱水スラリー中においても凝集粒（ママコ）の発生を防ぐことができ、かつ溶解作業の迅速化が可能なヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）、ヒドロキシエチルエチルセルロース（HEEC）等のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルは、セメントモルタルに添加した場合モルタルの粘性や流動性の改善を図り、作業性を改善させる役割を果たす。また、これらのセルロースエーテルは、セメントやセラミック材料の押出成形において、潤滑性、保形性、保水性等を保持するバインダーとしても利用されている。さらに、これらのセルロースエーテルは、水溶液の状態として、塩化ビニル樹脂の懸濁安定剤、サラダドレッシングのオイル成分の安定剤、感熱紙の感熱塗料成分の分散安定剤、医薬品の結合剤や徐放化剤等の幅広い分野において様々な用途で利用されている。
【０００３】
しかしながら、これらのヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルは、水に溶解する時、溶解上限温度ともいうべき溶解温度が存在するので、この溶解温度を越える水の中では溶解が行われないという特有の性質を有している。特に、セメント材料のように、水の添加により水和反応を起こして発熱を伴う反応系にヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルを添加した場合、夏場において溶解温度以下の温度とならず、そのセルロースエーテル本来の機能を発揮し難く、不純物として残ってしまう。このような場合、添加した系の機能を損なうことがある。また、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルは、セメントやセラミツクの押出成形において、少量の水を添加して混練することによって保形性の高い粘土状物を調製するのに用いられるが、この混練作業の際に発熱を伴う。そのため、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルが溶解しにくくなるという問題があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するため、溶解温度の高いヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルを用いる方法が行われてきた（特公平５―４５５４２号公報参照）。しかし、例えば、ヒドロキシエチルセルロースエーテルのようなアルキル基置換のないセルロースエーテルは、１００℃の熱水中でも溶解するため、溶解の面では好適であるが、上記目的のために添加しても溶解上限温度をもつヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルに比べて分散安定性、潤滑性、保形性、保水性等の面で充分な性能を発揮することができないという欠点がある。
【０００５】
また、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの性能と品質を評価する手段として、水溶液を調製してその粘度を測定したり、レオロジー特性等を測定することが行われる。このような測定に際しては、通常２重量％程度の水溶液が調製される。これらのヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解では、一般に、限界溶解温度を越える９０℃に近い高温水に分散した後、冷却して溶解することが行われる。このように高温水に分散した後、冷却して溶解する理由は、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルをいきなり冷水中に投入して分散溶解しようとすると、このセルロースエーテルの優れた水和性能により、粒子同士が付着し、溶液中に、いわゆる「ママコ」と称せられる塊状物を形成してしまうからである。一旦「ママコ」が生じると、その溶解作業に数日を要する。
【０００６】
一方、溶解温度の高いヒドロキシアルキルセルロースエーテルの場合、このセルロースエーテルを熱水中で分散しても、高い溶解温度のため、熱水中においても「ママコ」が生じ冷却溶解に多大な時間を要するという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、熱水スラリー中においてもママコの発生を防ぎ、冷却溶解を早くし、溶解後の粘度をはじめとする種々の物性測定においても、無機塩類を添加しない場合と同様な測定値を得られるヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明の一態様によれば、水への溶解温度が４５℃〜７５℃であるヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルを、８０℃〜９５℃の無機塩類が添加された熱水中に分散して溶解することを特徴とするヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法が提供される。上記無機塩類としては、塩酸、硫酸及び硝酸からなる群より選ばれる無機酸のアルカリ金属塩を用いる。
また、上記無機塩類を、０.５〜５重量％の量で添加することによって好ましい結果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態にのみ限定されるものではない。
本発明のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルは、水への溶解温度が４５℃〜７５℃であるものである。例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）、ヒドロキシエチルエチルセルロース（HEEC）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的に、本発明のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの例としては、特に限定されることなく、メトキシル基を１９％〜３０％、ヒドロキシプロポキシル基を１３％〜２０％有するヒドロキシプロピルメチルセルロースと、メトキシル基を１９％〜３０％、ヒドロキシエトキシル基を９％〜２０％有するヒドロキシエチルメチルセルロースと、エトキシル基を１１％〜２１％、ヒドロキシエトキシル基を４０％〜５７％有するヒドロキシエチルエチルセルロース等が挙げられる。
【００１０】
本発明において用いられる用語「溶解温度」とは、使用するセルロースエーテルの１重量％水溶液を調製する際、そのセルロースエーテルを８０℃以上の熱水中で分散させて粘性のない分散液を得た後、この分散液を冷却しながら粘度を測定していった時に特定の温度以下から発現する粘度が、その分散液を一度５℃以下に冷却して粘度を発現させた後、その分散液を加熱しながら、低下してゆく粘度を測定した場合に観察される粘度値と一致する温度をいう。特に、本発明においては、この溶解温度は４５℃〜７５℃の温度が好ましい。この溶解温度が４５℃より低いと、従来の無機塩類を予め添加しない熱水中においてもヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルに十分分散することができ、溶解温度が７５℃を超えると、ヒドロキシアルキルセルロースエーテルのように所望の分散安定性、保水性や保形性の機能が充分でないため、本発明の成果が生かせない恐れが生じる。
【００１１】
本発明のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの粉末の粒度は、特に限定されないが、分散スラリーを容易にする上で、１５０μm目開きの網目を７０％以上通過する程度のものが好ましい。
また、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの重量平均分子量は、特に限定されないが、１０,０００〜２,０００,０００が好ましい。重量平均分子量が１０,０００未満になると、無機塩類の添加溶液を８０℃以上にした加熱水中でもママコが生じやすくなり、重量平均分子量が２,０００,０００を超えると、水への溶解性が低くなるので、本発明の好ましい効果を期待することができない。２重量％水溶液の粘度としては、３mPa・s〜４００,０００mPa・sのものが好適である。
【００１２】
本発明のヒドロキシアルキルアルキルセルロースは、特開平５−３４５８０１号公報、特開平１−２１７００１号公報に記されたような手法で製造することができる。
本発明で使用される無機塩類としては、８０℃〜９５℃の温度からこの温度より５℃〜１０℃低い温度で冷却する温度域において溶解する塩であることが必要である。従って、本発明の無機塩類としては、塩酸、硫酸および硝酸、参考例としてリン酸からなる群より選ばれる無機酸のアルカリ金属塩を用いるのが好適である。より具体的には、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が挙げられるが、これらに限定されることはない。
【００１３】
また、無機塩類の添加量は０.５〜５重量％、好ましくは１〜５重量％、更に好ましくは１〜３重量％である。添加量が０.５重量％に満たないと、ママコの発生を防止することができず、５重量％を超すと溶解作業が終了したヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル溶液の粘度が無機塩類を添加せずに溶解したヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル溶液の粘度と異なってしまう。
本発明において、冷却溶解の温度は、ママコがなく、必要な粘度がでるよう、上記定義した溶解温度の５℃〜１０℃以下とすることが好ましい。
【００１４】
本発明の溶解方法は、ママコを発生させないようにして撹拌することができる撹拌装置により行うのが好ましい。すなわち、無機塩類を添加した熱水中にヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルを添加した後、プロペラ式又は板状の羽根を具備した撹拌機を用いて、１００r.p.m.〜１,０００r.p.m.で５〜１０分間撹拌する。ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル粉末が十分分散したら、その分散液を冷却して１０r.p.m.〜１００r.p.m.で１５〜６０分間同様に撹拌して溶解する。
本発明の溶解方法により得られるヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの水溶液の濃度は、１０重量％以下、好ましくは８重量％以下である。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１〜５及び比較例１〜４］
３００ｃｍ³トールビーカー中、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル粉末（表1に示す置換度を有しており、粒度が１５０μm目開きの網目を７０％以上通過する程度である）を１重量％水溶液となるよう９５℃の熱水に混合、分散した。このとき、分散は、縦４０mm、横３０mmの羽根を具備したスクリュー撹拌機を使って、５００r.p.m.で２０分間行い、スラリー溶液２５０ｃｍ³を調製した。その後、得られたスラリー溶液を撹拌速度５０r.p.m.で１５分間撹拌しながら冷却し、Ｂ型粘度計で粘度を測定した。５℃まで冷却して測定した粘度値につき、再びスラリー溶液の温度を上げて測定した粘度値が一致するときの温度を溶解温度として表１に示した。
【００１６】
また、前述と同様にヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル粉末の２重量％水溶液を調製した。まず、９５℃以上の熱水２５０ｃｍ³を入れた３００ｃｍ³トールビーカーに、上述のようなヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル粉末を２重量％水溶液になるよう添加し、前記と同様の撹拌機を用いて５００r.p.m.で３０分間分散した。その後、得られたスラリー溶液を５℃に冷却し、５０r.p.m.で３０分撹拌しながら溶解した。ママコが見られる場合は、そのママコが完全になくなるまで、スラリー溶液をさらに５℃で３０分間撹拌させて溶解した。その後、得られた水溶液を２０℃に昇温してＢ型粘度計で粘度を測定し、その粘度を「２重量％水溶液粘度(mPa・s)」とした。
【００１７】
表１に示す添加塩条件の下で、所定の塩濃度で所定温度の熱水２５０ｃｍ³を入れたビーカーにつき、前述と同様のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテル粉末を２重量％水溶液になるよう加え、前記と同様の撹拌機を用いて５００r.p.m.で３０分間分散した。その後、得られたスラリー溶液を５０r.p.m.にて表２に示す「冷却温度」まで冷却し、溶液が冷却温度に至った後、ママコがなく溶解されたと観察されるまでの時間を「ママコなく溶解するまでの時間」とした。
また、溶解した溶液を２０℃に昇温し、すぐにＢ型粘度計で粘度を測定した後、そのときの粘度値を「２０℃での粘度」とした。比較例１〜４も実施例と同様に溶解試験を行い、その試験条件及び結果を表１及び表２に示す。表１及び表２から判るように、比較例においては、溶解温度が異なることにより、熱水中においてもママコが生じ、そのママコがなくなるまで溶解するのに多大な時間がかかった。しかし、比較例１では、実施例１の溶液調製状況と同様であるが、無機塩の添加量により影響が及ぶことが判った。
【００１８】
【表１】

【表２】

【００１９】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明によれば、ママコの発生を防ぎ、冷却溶解を早くし、溶解後の粘度をはじめとする種々の物性測定においても無機塩類を添加しない場合と同様な測定値を得ることができる。

Claims

水への溶解温度が４５℃〜７５℃であるヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルを、８０℃〜９５℃の無機塩類が添加された熱水中に分散して溶解するヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法であって、上記無機塩類が、塩酸、硫酸および硝酸からなる群より選ばれる無機酸のアルカリ金属塩であるヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法。
上記無機塩類の添加量が０ . ５〜５重量％である請求項１記載のヒドロキシアルキルアルキルセルロースエーテルの溶解方法。