JPH06145202A - セルロ−ス粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 三酢酸セルロ−ス及び界面活性剤を可溶性溶
媒に溶解してなる溶液を水性媒体中で乳化した後可溶性
溶媒を除去して三酢酸セルロース粒子を生成せしめ、次
いでケン化することを特徴とするセルロ−ス粒子の製造
方法 【効果】 本発明により、球状で粒子径の小さな（サブ
ミクロンの）セルロ−ス粒子が得られた。この微小セル
ロ−ス粒子はゲル濾過、イオン交換、アフィニティ−等
のクロマトグラフィ−の担体や固定化酵素用の担体とし
て使用できる。また、より高速で高圧下の使用が可能で
あるため、高速液体クロマトグラフィ−の担体としても
使用可能である。原料の安価さから、大量生産によるコ
ストの低減で充填剤のような応用も考えられる。本発明
は微小で球状のセルロ−ス粒子を簡単にかつ経済的な手
段で提供しうる点で工業的に極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセルロ−ス粒子の新規な
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セルロ−スの誘導体、架橋デキストラ
ン、アガロ−ス等の多糖類の粒子や架橋ポリアクリルア
ミドの粒子は、ゲル濾過、イオン交換、アフィニティ−
などのクロマトグラフィ−の担体や固定化酵素の担体と
して広く用いられている。これらの粒子は原料の調製や
粒子化の困難さから大変高価なものになっている。

【０００３】これに対しセルロ−スの粒子は次の特長が
ある。１．結晶化による物理的強度が大きいため高速液
体クロマトグラフィ−の様な高圧、高流速下での使用が
可能である。２．蛋白質の非特異的吸着が少ない。３．
単位粒子中の官能基の量が多い。４．膨潤及び収縮に対
して安定である。５．有機溶媒に対して安定である。
６．原料が豊富であるため安価である。

【０００４】セルロ−ス粒子の製造方法については、様
々な方法が知られている。特開昭５１−５３６１では、
工業用ビスコ−スを水に混ざらない分散媒中に懸濁し、
加熱、固化させ、酸分解することによりセルロ−ス粒子
を得ている。また、デタ−マンおよびウィ−ランドのフ
ランス特許第１，５７５，４１９号および米国特許第
３，５９７，３５０号の方法は、銅アンモニアセルロ−
ス溶液を、界面活性剤を含む有機溶媒（ベンゼン）中で
懸濁させ、得られた懸濁液を使用した溶媒の酸溶液へ添
加して凝固し、セルロ−ス粒子をえるものである。これ
らの方法では、セルロ−ス溶液の粘度が上昇するため、
高濃度のセルロ−ス溶液を使用することが困難である。
このため、セルロ−ス粒子のセルロ−ス密度が低下し、
物理的強度が小さく、粒子径が大きいなどの欠点があ
る。

【０００５】特開昭５３−７７５９および特開昭５６−
２４４２９には、セルロ−スの誘導体である三酢酸セル
ロ−スを塩化メチレン等の塩化炭化水素に溶解し、水性
溶媒中に滴下し懸濁粒子を形成した後、溶媒を蒸発させ
ることにより三酢酸セルロ−ス粒子を得、その粒子をケ
ン化することによりセルロ−ス粒子をえる方法が開示さ
れている。また、塩化炭化水素による三酢酸セルロ−ス
の溶解時に炭素数６以上の脂肪族高級アルコ−ルを添加
することにより多孔質セルロ−ス粒子の合成も可能であ
る。これらのセルロ−ス粒子は、セルロ−ス密度も高
く、球形であり、孔の大きさも調整可能である。しか
し、粒子径は大きく０．１〜０．２ｍｍである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、生体高分子の分
離に於いて主力となりつつある高速液体クロマトグラフ
ィ−では、高速、高圧力下で使用が可能な物理的強度を
持ち、且つ分離の理論段数を向上させるため粒子径の小
さい（１μｍ以下）の粒子が求められている。また、一
般のクロマトグラフィ−でも機械化、高速化、高圧化が
進んでいるため、同様の要求がある。このような粒子の
原料としてセルロ−スは理想的である。しかし、上記従
来技術では、球状で粒子径１μｍ以下のセルロ−ス粒子
の製造は困難であった。

【０００７】即ち、物理的強度を持ち、且つ粒子径が１
μｍ以下のセルロ−ス粒子の製造方法の開発が技術的課
題であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記技術
課題を解決すべく鋭意研究を行ってきたところ、三酢酸
セルロ−ス溶液を界面活性剤存在下で乳化することによ
り上記課題を達成できることを見いだした。

【０００９】即ち、本発明は三酢酸セルロ−ス及び界面
活性剤を可溶性溶媒に溶解してなる溶液を水性媒体中で
乳化した後可溶性溶媒を除去して三酢酸セルロース粒子
を生成せしめ、次いでケン化することを特徴とするセル
ロ−ス粒子の製造方法である。

【００１０】本発明で使用される三酢酸セルロ−ス（以
下ＴＡＣと略称する）は、リンタ−パルプ、木材パルプ
等を酢酸又は無水酢酸を用いて酢化した公知のものが何
ら制限なく使用できるが、特に酢化度６０％前後のもの
が溶解性に優れ、水分吸着量が低いため好適である。

【００１１】本発明の可溶性溶媒は、ＴＡＣ及び後述す
る界面活性剤を溶解するものであれば特に限定されない
が、後述する水性媒体に極少量溶解するか、あるいは全
く溶解しないものが乳化のし易さから好適である。

【００１２】該可溶性溶媒としては、酢酸メチル、アセ
トン、ニトロメタン、メチルセルソルブアセテ−ト、或
はジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロ
ロエタン、三塩化エタン、三塩化エチレンなどの塩素化
炭化水素等が具体的に挙げられる。可溶性溶媒の水性溶
媒への溶解性の観点から塩素化炭化水素が好適である。
塩素化炭化水素の内、ジクロロメタンがＴＡＣの溶解性
に優れ、安全性も高く最適である。

【００１３】これら可溶性溶媒は単独で、または２種以
上の混合物として用いられる。また、塩素化炭化水素を
主成分として、これに少量の他の有機溶媒、例えばメタ
ノ−ル、エタノ−ル、アセトン、ニトロメタン等を添加
することもできる。

【００１４】本発明で用いられる界面活性剤は、公知の
アニオン、カチオン、ノニオン、及び両性界面活性剤が
広く用いられる。この内、アニオン、ノニオン界面活性
剤は粒子化の効率の良さ、粒子からの脱離の容易さ等の
理由から好適に使用できる。

【００１５】アニオン界面活性剤としては、カルボン酸
塩であるＮ−アシルアミノ酸塩、アルキルエ−テルカル
ボン酸、アシル化ペプチド等、スルホン酸塩であるアル
キルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン
酸、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン重縮合物、ジ
アルキルスルホコハク酸エステル塩、アルキルスルホ酢
酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、Ｎ−アシルメチル
タウリン等、硫酸エステル塩である硫酸化油、高級アル
コ−ル硫酸エステル塩、第２級高級アルコ−ル硫酸エス
テル塩、アルキルエ−テル硫酸塩、第２級高級アルコ−
ルエトキシサルフェ−ト、ポリオキシエチレンアルキル
フェニルエ−テル硫酸塩、モノグリサルフェ−ト、脂肪
酸アルキロ−ルアマイドの硫酸エステル塩等、リン酸エ
ステル塩であるアルキルエ−テルリン酸エステル塩、ア
ルキルリン酸エステル塩等が具体的に挙げられる。

【００１６】カチオン界面活性剤としては、脂肪族アミ
ン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム
塩、塩化ベンゼトニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾ
リウム塩等が具体的に挙げられる。

【００１７】ノニオン界面活性剤としては、エ−テル型
であるポリオキシエチレンアルキルエ−テル、単一鎖長
ポリオキシエチレンアルキルエ−テル、ポリオキシエチ
レン２級アルコ−ルエ−テル、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエ−テル、ポリオキシエチレンステロ−ル
エ−テル、ポリオキシエチレンラノリン誘導体、アルキ
ルフェノ−ルホルマリン縮合物の酸化エチレン誘導体、
ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリ
マ−、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキ
ルエ−テル等、エ−テルエステル型であるポリオキシエ
チレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
ヒマシ油及び硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンソルビ
タン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビト−ル
脂肪酸エステル等、エステル型であるポリエチレングリ
コ−ル脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステ
ル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコ−ル
脂肪酸エステル、しょ糖脂肪酸エステル等、含窒素型で
ある脂肪酸アルカノ−ルアミド、ポリオキシエチレン脂
肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アル
キルアミンオキサイド等が具体的に挙げられる。

【００１８】両性界面活性剤としては、カルボキシベタ
イン、イミダゾリン誘導体、アミノカルボン酸塩が挙げ
られる これらの界面活性剤のうち、ノニオン界面活性剤のポリ
オキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシ
エチレンソルビト−ル脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪
酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルが乳化液の
安定性が良好のため好適であった。ＴＡＣ及び界面活性
剤を可溶性溶媒に溶解した溶液（以下、ＴＡＣ・界面活
性剤溶液という）の調製方法は特に限定されないが、操
作性の観点からＴＡＣを可溶性溶媒に溶解した溶液と、
界面活性剤を可溶性溶媒で溶解した溶液を予め調製して
おいて後で両者を混合する方法が好ましい。

【００１９】ＴＡＣ・界面活性剤溶液中の溶液のＴＡＣ
の使用量は可溶性溶媒の１ｍｌ当り、０．００１〜０．
１５ｇ、特に好ましくは０．０１〜０．１２ｇである。
また、界面活性剤濃度は、臨界ミセル濃度が界面活性剤
により異なるため一該には言えないが、ＴＡＣ・界面活
性剤溶液中のＴＡＣの重量に対して５〜１０００重量
％、好ましくは１０〜２５０重量％、特に好ましくは６
０〜１２５重量％である。

【００２０】ＴＡＣ・界面活性剤溶液を乳化させるため
の水性媒体としては、脱イオン水のみ、或は水溶性のノ
ニオン界面活性剤の水溶液や、ゼラチン、ポリビニルア
ルコ−ル、カルボキシメチルセルロ−ス等の分散剤の水
溶液が用いられる。水溶性ノニオン界面活性剤として
は、先に述べたノニオン界面活性剤のうちＨＬＢが１０
以上、好ましくは１４以上のものが好適に使用できる。
更に、ＴＡＣ・界面活性剤溶液中の界面活性剤がノニオ
ン界面活性剤である場合、ＴＡＣ・界面活性剤溶液中の
界面活性剤と水性媒体中の界面活性剤のＨＬＢの差が大
きければ大きいほど良好な粒子が得られる。これは、Ｈ
ＬＢの異なる２種類の界面活性剤が形成するエマルジョ
ンが安定であるためである。このときのＨＬＢの差は５
以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは１２以上
である。この時水溶性ノニオン界面活性剤の濃度は０．
１〜１０重量％、好ましくは０．５〜２重量％である。

【００２１】水性媒体として分散剤の水溶液を用いる場
合は、分散剤の濃度は２〜１０重量％が好適である。

【００２２】ＴＡＣ・界面活性剤溶液を乳化させるため
の水性媒体の量は、ＴＡＣ・界面活性剤溶液の１〜１０
０容量倍、好ましくは５〜１０容量倍である。１倍以下
では水性媒体が乳化における連続相になることが困難で
あり、ＴＡＣ粒子の粒子径が大きくなったり、乳化しな
かったりする。１００倍以上では容量の割に粒子収率が
低く、操作性が低下する。

【００２３】ＴＡＣ・界面活性剤溶液を水性媒体に乳化
する際のＴＡＣ・界面活性剤溶液の添加方法は、最初に
ＴＡＣ・界面活性剤溶液を容器に入れ、ついで水性媒体
を添加、攪拌する方法と、逆に水性媒体中に攪拌しなが
らＴＡＣ・界面活性剤溶液を添加する方法のどちらでも
よい。

【００２４】水性媒体が脱イオン水のみである場合は前
者が、水性媒体がノニオン界面活性剤や分散剤の水溶液
である場合は後者の方法が好適である。

【００２５】ＴＡＣ・界面活性剤溶液を水性媒体中で乳
化する際の攪拌方法としては、激しい攪拌が好適であ
る。具体的に示せば、ウルトラディスパ−ザ− ＬＫ−
４１［（株）ヤマト製］を用いた場合は、５０００回転
以上で、３０秒間以上５分間以下の攪拌が最適である。
他の攪拌装置でもこの条件と同等の攪拌条件を採用すれ
ばよい。この攪拌時の温度は、１０℃以下、好ましくは
４℃以下がよい。これは、攪拌時に高温になると可溶性
溶媒が蒸発し、攪拌中に乳化液が粒子化し、いびつな粒
子が増加するためである。

【００２６】こうして得られた乳化液から可溶性溶媒を
除去する方法としては、蒸発除去と可溶性溶媒を溶解す
る溶媒による洗浄がある。

【００２７】蒸発除去は、乳化液を攪拌しながら加熱
し、可溶性溶媒を乳化液から蒸発させる方法である。こ
の時、加熱の温度は、１５℃以上で可溶性溶媒の沸点よ
り１５℃高い温度以下が好ましい。これより高い温度で
は、乳化液の会合が起こり、相分離することがある。ま
た、１５℃以下では可溶性溶媒の蒸発に長時間要したり
蒸発が不十分になることがある。

【００２８】可溶性溶媒を溶解する溶媒（以下、洗浄溶
媒と略称する）による洗浄は、乳化液に攪拌しながら過
剰の洗浄溶媒を添加する方法と攪拌した過剰の洗浄溶媒
中に乳化液を添加する方法の両者をさす。この時、洗浄
溶媒の量は乳化液容量の０．５〜１０容量倍、好ましく
は１〜５容量倍である。０．５容量倍以下では洗浄効率
が低く、１０容量倍以上では作業効率が低下する。

【００２９】洗浄溶媒は水に可溶であることが好まし
い。洗浄溶媒が水に不溶性であると、乳化液と洗浄溶媒
が分離し洗浄効率が低下する。具体的な洗浄溶媒として
は、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、メトキシ
エタノ−ル、エトキシエタノ−ル、アセトン、テトラヒ
ドロフラン、ピリジン等が具体的に挙げられる。

【００３０】以上のようにしてＴＡＣの球状微小粒子が
えられ、その形状はケン化後も維持され、セルロ−スの
球状微小粒子を得ることができる。

【００３１】ケン化は常法により行うことができ、通常
は、５〜１０％水酸化アルカリ水溶液を用いて、室温な
いし５０℃の温度で攪拌下行われる。ケン化時間を短縮
するため、必要に応じて得られたＴＡＣ粒子のスラリ−
を４０〜９０％のエタノ−ル又は好ましくはメタノ−ル
の水溶液を用いて膨潤させたのち、ケン化することもで
きる。この時ＴＡＣ粒子をアルコ−ル溶液から分離した
後ケン化浴に投入するか、あるいはＴＡＣ粒子をふくむ
アルコ−ル溶液に水酸化アルカリを添加してもよい。水
酸化アルカリとしては、水酸化ナトリウムまたは水酸化
カリウムが好ましく、その使用量は、ＴＡＣをケン化す
るのに必要な理論量の約１．２〜１．５倍が好ましい。

【００３２】

【発明の効果】本発明方法により得られるサブミクロン
の球状微小セルロ−ス粒子は、ゲル濾過、イオン交換、
アフィニティ−等のクロマトグラフィ−の担体や固定化
酵素用の担体として用いることができる。また、より高
速で高圧下の使用が可能であるため、高速液体クロマト
グラフィ−の担体としても使用可能である。原料の安価
さから、大量生産によるコストの低減で充填剤のような
応用も考えられる。本発明は微小で球状のセルロ−ス粒
子を簡単にかつ経済的な手段で提供しうる点で工業的に
極めて有用である。

【００３３】

【実施例】本発明を一般的に説明してきたが、以下の具
体的な実施例を参照することによりさらに理解できる。
ここに示す実施例は説明の目的だけのものであり、特記
しない限り限定の意図は有しない。下記の実施例中の容
量部は「ｍｌ」であり、重量部は「ｇ」である。

【００３４】実施例１ １−１ ＴＡＣ粒子の合成 ＴＡＣ（アルドリッチ社製）８重量部をジクロロメタン
１００容量部に溶解した。別途ノニオン界面活性剤活性
剤であるソルビタンセスキオレ−ト［第一工業製薬
（株）製］を表１に示した重量部、ジクロロメタン１０
０容量部に溶解した。次いで両溶解液を混合し均一にな
るまで攪拌した。得られたＴＡＣ・界面活性剤溶液を５
Ｌの容器に取り、脱イオン水２０００容量部を加え、ウ
ルトラディスパ−ザ−ＬＫ−４１［（株）ヤマト製］で
１５０００回転、３分間攪拌し、乳化を行った。ここま
での操作は４℃で行った。得られた乳化液を４５℃に加
温し、１時間攪拌した。この攪拌は攪拌機と攪拌羽根を
用い２００回転で行なった。このようにジクロロメタン
を蒸発除去し、ＴＡＣ粒子を得た。遠心分離（１０００
０回転、１０分間）でＴＡＣ粒子を集めた後、７５％エ
タノ−ルで３回洗浄を行った。 １−２ ＴＡＣ粒子のケン化 得られたＴＡＣ粒子を７５％エタノ−ル２００容量部に
分散し、室温で１０分間超音波処理した。次いで２０％
水酸化ナトリウム水溶液を２０容量部加え、室温で２０
時間攪拌した。得られたセルロ−ス粒子を遠心分離（１
００００回転、１０分間）で回収した後、脱イオン水で
３回洗浄した。セルロ−ス粒子の平均粒子径を表１に示
した。平均粒子径の測定は、粒度分布計ＬＰＡ−３００
０［大塚電子（株）製］を用いて行った。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例２ ＴＡＣ（アルドリッチ社製）８重量部をジクロロメタン
１００容量部に溶解した。別途ノニオン界面活性剤活性
剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレ−ト
［第一工業製薬（株）製］１０重量部をジクロロメタン
１００容量部に溶解した。次いで両溶解液を混合し均一
になるまで攪拌した。得られたＴＡＣ・界面活性剤溶液
を５Ｌの容器に取り、脱イオン水を表２に示した量加
え、ウルトラディスパ−ザ− ＬＫ−４１［（株）ヤマ
ト製］で１５０００回転、３分間攪拌し、乳化を行っ
た。得られた乳化液から実施例１と同様にしてＴＡＣ粒
子を生成せしめ、次いでケン化、洗浄してセルロ−ス粒
子を得た。得られたセルロ−ス粒子の粒子径を表２に示
した。

【００３７】

【表２】

【００３８】実施例３ 実施例１のソルビタンセスキオレ−トに替えて表３に示
す種々の界面活性剤活性剤及び量（重量部）を用いた以
外は、実施例１と同様にＴＡＣ・界面活性剤溶液を調整
してＴＡＣ粒子を合成し、洗浄した後、ケン化、洗浄し
セルロ−ス粒子を得た。得られたセルロ−ス粒子の粒子
径を表３に示した。

【００３９】

【表３】

【００４０】実施例４ 実施例１のソルビタンセスキオレ−トに替えて表４に示
す種々のアニオン界面活性剤活性剤及び量（重量部）を
用い以外は、実施例１と同様にＴＡＣ・界面活性剤溶液
を調整してＴＡＣ粒子を合成し、洗浄した後、ケン化、
洗浄しセルロ−ス粒子を得た。得られたセルロ−ス粒子
の粒子径を表４に示した。

【００４１】

【表４】

【００４２】実施例５ ＴＡＣ（アルドリッチ社製）８重量部をジクロロメタン
１００容量部に溶解した。別途ノニオン界面活性剤活性
剤であるソルビタンセスキオレ−ト［第一工業製薬
（株）製］１０重量部をジクロロメタン１００容量部に
溶解した。両溶解液を混合し均一になるまで攪拌し、Ｔ
ＡＣ・界面活性剤溶液を得た。５Ｌの容器に、脱イオン
水２０００容量部に表５に示したノニオン界面活性剤ま
たは分散剤を溶解した水溶液をとり、ウルトラディスパ
−ザ− ＬＫ−４１［（株）ヤマト製］を用い１５００
０回転で攪拌しながらＴＡＣ・界面活性剤溶液を添加
し、３分間攪拌し、乳化を行った。得られた乳化液から
実施例１と同様にしてＴＡＣ粒子を合成し、洗浄した
後、ケン化、洗浄してセルロ−ス粒子を得た。得られた
セルロ−ス粒子の粒子径を表５に示した。

【００４３】

【表５】

【００４４】実施例６ ノニオン界面活性剤活性剤であるソルビタンセスキオレ
−ト［第一工業製薬（株）製］１０重量部をジクロロメ
タン１００容量部に溶解した。次いでこの溶液にＴＡＣ
（アルドリッチ社製）８重量部を溶解しＴＡＣ・界面活
性剤溶液をえた。次いで実施例１と同様にしてＴＡＣ粒
子を合成し、洗浄した後、ケン化、洗浄しセルロ−ス粒
子を得た。得られたセルロ−ス粒子の粒子径は０．６４
ｕｍであった。

【００４５】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三酢酸セルロ−ス及び界面活性剤を可溶
   性溶媒に溶解してなる溶液を水性媒体中で乳化した後可
   溶性溶媒を除去して三酢酸セルロース粒子を生成せし
   め、次いでケン化することを特徴とするセルロ−ス粒子
   の製造方法