陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法
【目的】 キトサン超微小粒状体を構成するキトサン分子内に、少なくとも２個の第四級アンモニウム塩基型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を持つ化合物を、架橋結合させることにより優れた陰イオン交換能を具備した不溶性の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法を提供する。
【構成】 低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔質粒状キトサンに、一般式
【化１】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後，清浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥する。更に、多孔質粒状キトサンの嵩密度が３５〜６５ｇ／ｌとする。
【構成】 低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔質粒状キトサンに、一般式
【化１】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後，清浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥する。更に、多孔質粒状キトサンの嵩密度が３５〜６５ｇ／ｌとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法に関し、本発明による陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体は、クロマトグラフィー用充填剤，生理活性物質固定化担体，重金属吸着用担体，化粧用素材，繊維改質材び農薬用助材等多くの用途に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、酵素・細胞利用工業に於いて触媒的作用を利用した反応工程の連続自動化が進展している。かかる工程においては、使用される陰イオン交換能を有する担体が完全に効率良く作用されることが重要であり、化粧用素材，繊維改質材等に利用されるためには用いる担体を微小化することにより表面積を大きくすることが有効な方法である。しかし未だこれを満たす充分はものは得られていないのが実状である。
【０００３】キチン・キトサンを担体として陰イオン交換体を製造する方法として、本発明者等は先に特公平５−１１４９２号公報に陰イオン交換能を有するキトサン成形物の製造方法を提案している。この方法は低分子量キトサンを用いたキトサン成形物に、一般式
【化２】
で表わされる、分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させるキトサン系陰イオン交換体の製造方法である。
【０００４】当該発明は、キトサン成形物を構成するキトサン分子内に複数の第四級アンモニウム塩基を架橋結合させることにより、イオン交換能を著しく向上させるとともに、水，酸及びアルカリに不溶とし、広範囲のイオン交換域で使用可能としたものである。しかしながら当該発明の陰イオン交換能を有するキトサン粒状体は、低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中に滴下し凝固再生したもので、微小化は困難で、粒子径が１ｍ／ｍφの多孔質粒状体であって超微小粒状体ではない。
【０００５】一方、本発明者等は、超微小粒球状キトサンの製造方法を、先に特公平４−５５６１０号公報で提案している。該発明は、低分子量キトサンを酸性溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した凝固物を洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥する超微小粒球状キトサンの製造方法である。
【０００６】したがって、この方法で得られる超微小球状キトサンは、キトサン分子内にある第１級アミノ基により陰イオン交換能を有しているが、これは極めて交換容量の小さい物であり又、単にキトサンを超微小球状体に成形したものであるので、水に膨潤すると共に酸に溶解する欠点を有する。更に、該超微小球状キトサンに第四級アンモニウム塩基を導入することは、粒子径が非常に小さいため導入やその後の洗浄等の操作が煩雑で困難である欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、キトサン超微小粒状体を構成するキトサン分子内に、少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を持つ化合物を、架橋結合させることにより優れた陰イオン交換能を具備した不溶性の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造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】本発明者は、低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔性凝固物に、一般式
【化３】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後、洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥させて陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体を得るものである。本発明において、キトサン超微小粒状体とは、粒子径が２０μｍ以下の粒状体をいう。
【０００９】本発明におけるキトサン多孔性凝固物の製造には、脱アセチル化度８０％以上、平均分子量１００００〜８００００の低分子量キトサンが用いられる。該低分子量キトサンは酢酸，ジクロル酢酸，蟻酸の単独または混合物の水溶液に溶解し、キトサン酸性溶液として、その濃度は取扱いの容易な範囲即ち４〜７％の範囲で自由に選択できる。該キトサン酸性溶液からキトサンを再生して凝固物を得るには、該酸性溶液を例えば０．１〜０．２５ｍ／ｍφ孔径のノズルより圧力下で塩基性凝固浴中に一定量づつ落下させ多孔質粒状キトサンが得られる。そして、多孔質粒状キトサン以外の棒状，繊維状，板状，フィルム状等のいかなる形状のものでも使用することができるが、水洗等取扱いやすさの点で特に多孔質粒状体が好ましい。該多孔質粒状キトサンは、充分に水洗を行う。凝固浴の塩基性物質としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，アンモニア，エチレンジアミン等のアルカリ性物質が用いられ、塩基性溶液には水又はメタノール，エタノール等の極性を有するアルコール類又は水とアルコールとの混合物に前記塩基性物質を加えて使用してもよい。
【００１０】上記のようにして得られた多孔質粒状キトサンは、上述の一般式で示される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物と反応させる。多孔質粒状キトサンの内部まで、第四級アンモニウム塩基導入剤を充分拡散させ均一にキトサン分子と反応させるためには、多孔質状キトサンの粒子径は１ｍ／ｍφ前後が好ましい。又、湿潤状態で多孔質粒状キトサンをメスシリンダー１００ｍｌで正確に量り取り、これを絶乾した時の重量を測定し、この絶乾重量（ｇ）を湿潤状態の液量（１）で除した値を嵩密度と定義すれば、このときの嵩密度は反応及び水洗工程等で行う攪拌により形状が壊れない強度を考慮して３５ｇ以上が好ましく、又、多孔質粒状キトサンの内部まで第四級アンモニウム塩基導入剤を充分拡散させ均一にキトサン分子と反応させるためには、６５ｇ／ｌ以下が好ましい。
【００１１】上述の一般式で示されるアルキルビス−（２，３−エポキシプロピルジアルキルアンモニウムハライド）としては、特にクロライドが好ましく、例えばヘキサメチレンビス−（２，３−エポキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），ヘキサメチレンビス−（２，３−エポキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（２，３−エポキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（２，３−エポキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド）等が挙げられる。
【００１２】第四級アンモニウム塩基導入剤としては、アルキレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジアルキルアンモニウムハライド）があり、これもクロライドが好ましく、例えば、ヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），ヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド）等が挙げられる。しかし、これらを直接多孔質粒状キトサンに反応させることは難しく、予め当量以上の水酸化ナトリウム或いは水酸化カリウムで上述の一般式で示される化合物にして反応させることが好ましい。
【００１３】前述の多孔質粒状キトサンと上述の一般式で示される化合物との反応は、粒状体内部まで化合物を充分拡散させ均一に反応させるために、水溶液中で２０〜１００℃、好ましくは２５〜９０℃で、１２〜２４時間緩やかに攪拌しながら行わせる。又、該一般式で示される化合物が水に対して溶解性が小さい時には、アルコールを添加することも可能である。アルコールとしては、メタノール，エタノール，プロパノール，イソプロピルアルコール等が使用される。
【００１４】該一般式で示される化合物の使用量は、導入すべき陰イオン交換能に応じて適宜選択することができる。次いで、該第四級アンモニウム塩基を導入した多孔質粒状キトサンは、充分水洗し未反応化合物を除去した後、水中で粉砕分散せしめて乳状の分散液とする。粉砕にはホモジナイザー等一般に使用されている粉砕機を使用することが出来る。粉砕後の分散液は、ノズル周辺から吐出される加圧空気と共に高温雰囲気中に吐出乾燥される。高温雰囲気の温度は、四級化キトサン超微小粒状体が乾燥されるに充分な温度で１５０〜２００℃の範囲で自由に選択できる。
【００１５】吐出は、分散液の分散性を保持しながら行うことが必要で、例えば、ハイミキサーで分散を行いながら吐出する。吐出された四級化キトサン分散液は、分散媒である水の表面張力等に依って高温雰囲気中で乾燥される際に、超微小な粒状体に成形される。得られる粒状体の粒子径は、高温雰囲気中に吐出される際の吐出量と加えた空気圧力とを適宜調節することによって任意に選択することが出来るが、粒子径を２０μｍ以下にするには、水中で粉砕せしめる際に、ホモジナイザー等粉砕機で粒子径を予め５０μｍ以下にしておくことが好ましい。
【００１６】
【実施例】次に本発明の方法を実施例を挙げて説明するが、本発明はこの範囲に限定されるものではない。尚、陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の交換容量及び膨潤度は下記のように求めた。
【００１７】１）陰イオン交換能試料５ｇを正確に秤量し遠沈管にとり、１Ｎ−ＮａＯＨ ５０ｍｌを加えて緩やかに攪拌しながら、１時間処理し、脱イオン水で中性になるまで３０００ｒｐｍ、１０分間の遠心操作を繰り返し充分洗浄し、空気中の炭酸ガスを吸収させない様に注意しながら脱水し、迅速にＮ／５−ＨＣ１ ２５０ml中に投入し、緩やかに攪拌しながら５時間放置する。この上澄み液２０ｍｌを遠沈管に取り、３０００ｒｐｍで１０分間の遠心操作を行い試料を完全に沈澱させた後、上澄み液を試験液とする。これを１０ｍｌ採取し、フェノールフタレイン溶液を指示薬として、Ｎ／１０−ＮａＯＨで中和滴定し、次式より求めた。
【００１８】
【数１】
【００１９】２）膨潤度次式より求めた。
【００２０】
【数２】
【００２１】（実施例１）脱アセチル化度９５％，平均分子量８００００のキトサン１００ｇを酢酸５０ｇを含む水１９００ｇに加えて溶解し、キトサン酸性溶液を得た。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ３２００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサンをメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に量り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ４．８ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は４８ｇ／ｌであった。
【００２２】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）の４０％水溶液２００ｇに水酸化ナトリウム１４．８ｇを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、６０℃で１４時間緩やかに撹拌させながら反応させた。反応終了後充分水洗し四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００２３】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ、乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別した後、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１７．０ｍｌの液量で１８０〜１９０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに６８ｇ補集した。この四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径４μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００２４】又、陰イオン交換能は８．２ｍｅｑ／ｇであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．００，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．０８３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．００，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．０４及び１，４−ジオキサンに対して１．０１５の膨潤度で水，酸，アルカリ及び溶媒に対し不溶性であることが確認された。
【００２５】（実施例２）脱アセチル化度８０％，平均分子量３２０００のキトサン１４０ｇを３．５％の酢酸水溶液１８６０ｇに溶解した。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ４６００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１．２ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサンをメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に秤り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ６．５ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は６５ｇ／ｌであった。
【００２６】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）４０％の水溶液４６５ｇに３４．４１ｇの水酸化ナトリウムを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、８０℃で緩やかに撹拌しながら１２時間反応させた。反応終了後充分水洗し、四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００２７】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別し、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１６．０ｍｌの液量で１７０〜１８０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに９０ｇ補集した。捕集した四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径３μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００２８】又、陰イオン交換能は７．９ｍｅｑ／ｇであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．００，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．０４３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．００，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．０５及び１，４−ジオキサンに対して１．０２の膨潤度を夫々示し水，酸，アルカリ及び溶媒に対し不溶性であることが確認された。
【００２９】（比較例）脱アセチル化度９５％，平均分子量４２０００のキトサン１６０ｇを酢酸８０ｇを含む水１８４０ｇに加えて溶解し、キトサン酸性溶液を得た。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ４８０００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサン凝固物をメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に量り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ７．８ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は７８ｇ／ｌであった。
【００３０】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）３２５ｇに２１．１８ｇの水酸化ナトリウムを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、６０℃で緩やかに撹拌させながら１４時間反応させた。反応終了後充分水洗し、四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００３１】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ、乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別した後、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１７．０ｍｌの液量で１８０〜１９０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに１０３ｇ補集した。この四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径５μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００３２】又、陰イオン交換能は６．２ｍｅｑ／ｇと低いものであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．１５，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．２３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．０３，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．１４及び１，４−ジオキサンに対して１．０５の膨潤度を夫々示し水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度が大きく性能的に劣るものであった。即ち嵩密度が大きいために四級化アンモニウム塩基の導入に欠点があることが明らかである。
【００３３】
【発明の効果】本発明の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法は、上記構成をとるものであり、キトサン成形物を構成するキトサンに少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させ、キトサン分子内に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩基を持つ化合物を架橋結合させ、しかも粒子径を２０μｍ以下の超微粒子に成形してあるため、不溶性で優れた陰イオン交換能を具備している。したがって、クロマトグラフィー用充填剤，生理活性物質固定化担体，重金属吸着用担体，化粧用素材，繊維改質材及び農薬用助材等多くの用途に好適なものである。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法に関し、本発明による陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体は、クロマトグラフィー用充填剤，生理活性物質固定化担体，重金属吸着用担体，化粧用素材，繊維改質材び農薬用助材等多くの用途に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、酵素・細胞利用工業に於いて触媒的作用を利用した反応工程の連続自動化が進展している。かかる工程においては、使用される陰イオン交換能を有する担体が完全に効率良く作用されることが重要であり、化粧用素材，繊維改質材等に利用されるためには用いる担体を微小化することにより表面積を大きくすることが有効な方法である。しかし未だこれを満たす充分はものは得られていないのが実状である。
【０００３】キチン・キトサンを担体として陰イオン交換体を製造する方法として、本発明者等は先に特公平５−１１４９２号公報に陰イオン交換能を有するキトサン成形物の製造方法を提案している。この方法は低分子量キトサンを用いたキトサン成形物に、一般式
【化２】
で表わされる、分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させるキトサン系陰イオン交換体の製造方法である。
【０００４】当該発明は、キトサン成形物を構成するキトサン分子内に複数の第四級アンモニウム塩基を架橋結合させることにより、イオン交換能を著しく向上させるとともに、水，酸及びアルカリに不溶とし、広範囲のイオン交換域で使用可能としたものである。しかしながら当該発明の陰イオン交換能を有するキトサン粒状体は、低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中に滴下し凝固再生したもので、微小化は困難で、粒子径が１ｍ／ｍφの多孔質粒状体であって超微小粒状体ではない。
【０００５】一方、本発明者等は、超微小粒球状キトサンの製造方法を、先に特公平４−５５６１０号公報で提案している。該発明は、低分子量キトサンを酸性溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した凝固物を洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥する超微小粒球状キトサンの製造方法である。
【０００６】したがって、この方法で得られる超微小球状キトサンは、キトサン分子内にある第１級アミノ基により陰イオン交換能を有しているが、これは極めて交換容量の小さい物であり又、単にキトサンを超微小球状体に成形したものであるので、水に膨潤すると共に酸に溶解する欠点を有する。更に、該超微小球状キトサンに第四級アンモニウム塩基を導入することは、粒子径が非常に小さいため導入やその後の洗浄等の操作が煩雑で困難である欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、キトサン超微小粒状体を構成するキトサン分子内に、少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を持つ化合物を、架橋結合させることにより優れた陰イオン交換能を具備した不溶性の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造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】本発明者は、低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔性凝固物に、一般式
【化３】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後、洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥させて陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体を得るものである。本発明において、キトサン超微小粒状体とは、粒子径が２０μｍ以下の粒状体をいう。
【０００９】本発明におけるキトサン多孔性凝固物の製造には、脱アセチル化度８０％以上、平均分子量１００００〜８００００の低分子量キトサンが用いられる。該低分子量キトサンは酢酸，ジクロル酢酸，蟻酸の単独または混合物の水溶液に溶解し、キトサン酸性溶液として、その濃度は取扱いの容易な範囲即ち４〜７％の範囲で自由に選択できる。該キトサン酸性溶液からキトサンを再生して凝固物を得るには、該酸性溶液を例えば０．１〜０．２５ｍ／ｍφ孔径のノズルより圧力下で塩基性凝固浴中に一定量づつ落下させ多孔質粒状キトサンが得られる。そして、多孔質粒状キトサン以外の棒状，繊維状，板状，フィルム状等のいかなる形状のものでも使用することができるが、水洗等取扱いやすさの点で特に多孔質粒状体が好ましい。該多孔質粒状キトサンは、充分に水洗を行う。凝固浴の塩基性物質としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，アンモニア，エチレンジアミン等のアルカリ性物質が用いられ、塩基性溶液には水又はメタノール，エタノール等の極性を有するアルコール類又は水とアルコールとの混合物に前記塩基性物質を加えて使用してもよい。
【００１０】上記のようにして得られた多孔質粒状キトサンは、上述の一般式で示される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物と反応させる。多孔質粒状キトサンの内部まで、第四級アンモニウム塩基導入剤を充分拡散させ均一にキトサン分子と反応させるためには、多孔質状キトサンの粒子径は１ｍ／ｍφ前後が好ましい。又、湿潤状態で多孔質粒状キトサンをメスシリンダー１００ｍｌで正確に量り取り、これを絶乾した時の重量を測定し、この絶乾重量（ｇ）を湿潤状態の液量（１）で除した値を嵩密度と定義すれば、このときの嵩密度は反応及び水洗工程等で行う攪拌により形状が壊れない強度を考慮して３５ｇ以上が好ましく、又、多孔質粒状キトサンの内部まで第四級アンモニウム塩基導入剤を充分拡散させ均一にキトサン分子と反応させるためには、６５ｇ／ｌ以下が好ましい。
【００１１】上述の一般式で示されるアルキルビス−（２，３−エポキシプロピルジアルキルアンモニウムハライド）としては、特にクロライドが好ましく、例えばヘキサメチレンビス−（２，３−エポキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），ヘキサメチレンビス−（２，３−エポキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（２，３−エポキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（２，３−エポキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド）等が挙げられる。
【００１２】第四級アンモニウム塩基導入剤としては、アルキレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジアルキルアンモニウムハライド）があり、これもクロライドが好ましく、例えば、ヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），ヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド），プロピレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジエチルアンモニウムクロライド）等が挙げられる。しかし、これらを直接多孔質粒状キトサンに反応させることは難しく、予め当量以上の水酸化ナトリウム或いは水酸化カリウムで上述の一般式で示される化合物にして反応させることが好ましい。
【００１３】前述の多孔質粒状キトサンと上述の一般式で示される化合物との反応は、粒状体内部まで化合物を充分拡散させ均一に反応させるために、水溶液中で２０〜１００℃、好ましくは２５〜９０℃で、１２〜２４時間緩やかに攪拌しながら行わせる。又、該一般式で示される化合物が水に対して溶解性が小さい時には、アルコールを添加することも可能である。アルコールとしては、メタノール，エタノール，プロパノール，イソプロピルアルコール等が使用される。
【００１４】該一般式で示される化合物の使用量は、導入すべき陰イオン交換能に応じて適宜選択することができる。次いで、該第四級アンモニウム塩基を導入した多孔質粒状キトサンは、充分水洗し未反応化合物を除去した後、水中で粉砕分散せしめて乳状の分散液とする。粉砕にはホモジナイザー等一般に使用されている粉砕機を使用することが出来る。粉砕後の分散液は、ノズル周辺から吐出される加圧空気と共に高温雰囲気中に吐出乾燥される。高温雰囲気の温度は、四級化キトサン超微小粒状体が乾燥されるに充分な温度で１５０〜２００℃の範囲で自由に選択できる。
【００１５】吐出は、分散液の分散性を保持しながら行うことが必要で、例えば、ハイミキサーで分散を行いながら吐出する。吐出された四級化キトサン分散液は、分散媒である水の表面張力等に依って高温雰囲気中で乾燥される際に、超微小な粒状体に成形される。得られる粒状体の粒子径は、高温雰囲気中に吐出される際の吐出量と加えた空気圧力とを適宜調節することによって任意に選択することが出来るが、粒子径を２０μｍ以下にするには、水中で粉砕せしめる際に、ホモジナイザー等粉砕機で粒子径を予め５０μｍ以下にしておくことが好ましい。
【００１６】
【実施例】次に本発明の方法を実施例を挙げて説明するが、本発明はこの範囲に限定されるものではない。尚、陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の交換容量及び膨潤度は下記のように求めた。
【００１７】１）陰イオン交換能試料５ｇを正確に秤量し遠沈管にとり、１Ｎ−ＮａＯＨ ５０ｍｌを加えて緩やかに攪拌しながら、１時間処理し、脱イオン水で中性になるまで３０００ｒｐｍ、１０分間の遠心操作を繰り返し充分洗浄し、空気中の炭酸ガスを吸収させない様に注意しながら脱水し、迅速にＮ／５−ＨＣ１ ２５０ml中に投入し、緩やかに攪拌しながら５時間放置する。この上澄み液２０ｍｌを遠沈管に取り、３０００ｒｐｍで１０分間の遠心操作を行い試料を完全に沈澱させた後、上澄み液を試験液とする。これを１０ｍｌ採取し、フェノールフタレイン溶液を指示薬として、Ｎ／１０−ＮａＯＨで中和滴定し、次式より求めた。
【００１８】
【数１】
【００１９】２）膨潤度次式より求めた。
【００２０】
【数２】
【００２１】（実施例１）脱アセチル化度９５％，平均分子量８００００のキトサン１００ｇを酢酸５０ｇを含む水１９００ｇに加えて溶解し、キトサン酸性溶液を得た。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ３２００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサンをメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に量り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ４．８ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は４８ｇ／ｌであった。
【００２２】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）の４０％水溶液２００ｇに水酸化ナトリウム１４．８ｇを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、６０℃で１４時間緩やかに撹拌させながら反応させた。反応終了後充分水洗し四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００２３】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ、乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別した後、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１７．０ｍｌの液量で１８０〜１９０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに６８ｇ補集した。この四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径４μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００２４】又、陰イオン交換能は８．２ｍｅｑ／ｇであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．００，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．０８３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．００，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．０４及び１，４−ジオキサンに対して１．０１５の膨潤度で水，酸，アルカリ及び溶媒に対し不溶性であることが確認された。
【００２５】（実施例２）脱アセチル化度８０％，平均分子量３２０００のキトサン１４０ｇを３．５％の酢酸水溶液１８６０ｇに溶解した。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ４６００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１．２ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサンをメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に秤り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ６．５ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は６５ｇ／ｌであった。
【００２６】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）４０％の水溶液４６５ｇに３４．４１ｇの水酸化ナトリウムを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、８０℃で緩やかに撹拌しながら１２時間反応させた。反応終了後充分水洗し、四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００２７】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別し、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１６．０ｍｌの液量で１７０〜１８０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに９０ｇ補集した。捕集した四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径３μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００２８】又、陰イオン交換能は７．９ｍｅｑ／ｇであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．００，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．０４３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．００，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．０５及び１，４−ジオキサンに対して１．０２の膨潤度を夫々示し水，酸，アルカリ及び溶媒に対し不溶性であることが確認された。
【００２９】（比較例）脱アセチル化度９５％，平均分子量４２０００のキトサン１６０ｇを酢酸８０ｇを含む水１８４０ｇに加えて溶解し、キトサン酸性溶液を得た。この溶液の２０℃における粘度は、回転粘度計で測定したところ４８０００ｃｐｓであった。このキトサン酸性溶液を６％の苛性ソーダ水溶液中に０．２５ｍ／ｍφの孔径のノズルから落下せしめて粒状にキトサンを凝固再生させた。次いで中性に成るまで充分水で洗浄して、平均粒径約１ｍ／ｍφの多孔質粒状キトサン２リットルを得た。得られた多孔質粒状キトサン凝固物をメスシリンダーで１００ｍｌ（湿潤状態）正確に量り取り、アスピレーターで予め水を除いた後、真空乾燥器で絶乾にして、重量を測定したところ７．８ｇであった。即ち、この多孔質粒状キトサンの嵩密度は７８ｇ／ｌであった。
【００３０】この多孔質粒状キトサン１０００ｍｌ（湿潤状態）に、水５００ｍｌと四級アンモニウム塩基導入剤であるヘキサメチレンビス−（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルジメチルアンモニウムクロライド）３２５ｇに２１．１８ｇの水酸化ナトリウムを加えて充分撹拌混合した水溶液を加え、６０℃で緩やかに撹拌させながら１４時間反応させた。反応終了後充分水洗し、四級アンモニウム塩基導入多孔質粒状キトサンを得た。
【００３１】該四級化多孔質粒状キトサンを、水中でホモジナイザー（日本精機（株）製，ＡＨ−３型）を用いて１５０００ｒｐｍの回転数で８分間粉砕して分散させ、乳状の分散液とし、１２０メッシュのフルイで粗大片を濾別した後、濾液を４．０ｋｇ／ｃｍ 2の加圧空気とともに毎分１７．０ｍｌの液量で１８０〜１９０℃の高温雰囲気中に吐出して乾燥し、四級化キトサン超微小粒状体をサイクロンコレクターに１０３ｇ補集した。この四級化キトサン超微小粒状体の粒子径を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均粒子径５μｍ，粒子径分布１〜１８μｍであった。
【００３２】又、陰イオン交換能は６．２ｍｅｑ／ｇと低いものであった。次にこの四級化キトサン超微小粒状体の室温で７２時間放置後の水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度を測定した結果、水に対して１．１５，１Ｎ−ＨＣ１に対して１．２３，１Ｎ−ＮａＯＨに対して１．０３，メチルアルコールに対して１．００，アセトニトリルに対して１．１４及び１，４−ジオキサンに対して１．０５の膨潤度を夫々示し水，酸，アルカリ及び溶媒に対する膨潤度が大きく性能的に劣るものであった。即ち嵩密度が大きいために四級化アンモニウム塩基の導入に欠点があることが明らかである。
【００３３】
【発明の効果】本発明の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法は、上記構成をとるものであり、キトサン成形物を構成するキトサンに少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させ、キトサン分子内に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩基を持つ化合物を架橋結合させ、しかも粒子径を２０μｍ以下の超微粒子に成形してあるため、不溶性で優れた陰イオン交換能を具備している。したがって、クロマトグラフィー用充填剤，生理活性物質固定化担体，重金属吸着用担体，化粧用素材，繊維改質材及び農薬用助材等多くの用途に好適なものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔質粒状キトサンに、一般式
【化１】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後，洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥することを特徴とする陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法。
【請求項２】 多孔質粒状キトサンの嵩密度が３５〜６５ｇ／ｌである請求項１記載の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法。
【請求項１】 低分子量キトサンを酸性水溶液中に溶解して得た溶解液を塩基性溶液中で凝固再生し、生成した多孔質粒状キトサンに、一般式
【化１】
で表される分子中に少なくとも２個の第四級アンモニウム塩型の窒素と、少なくとも２個の反応性基を有する化合物を反応させた後，洗浄後粉砕分散せしめ、該分散液を高温雰囲気中に加圧空気と共に吐出乾燥することを特徴とする陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法。
【請求項２】 多孔質粒状キトサンの嵩密度が３５〜６５ｇ／ｌである請求項１記載の陰イオン交換能を有するキトサン超微小粒状体の製造方法。
【公開番号】特開平８−１４１４１４
【公開日】平成８年（１９９６）６月４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−３０８１０８
【出願日】平成６年（１９９４）１１月１７日
【出願人】（０００００５３５９）富士紡績株式会社 (180)
【公開日】平成８年（１９９６）６月４日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１１月１７日
【出願人】（０００００５３５９）富士紡績株式会社 (180)
[ Back to top ]