制备具有高堆积密度、良好流动性和/或冷水中分散性以及低溶液颜色的纤维素衍生物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有高堆积密度、良好流动性和/或冷水中分散性以及低溶液颜色的 颗粒状纤维素衍生物，以及涉及制备这样的颗粒状纤维素衍生物的方法。
【背景技术】
[0002] 纤维素衍生物在工业上较为重要，且用于多种科技领域以及很多不同的最终用 途应用，例如用于个人护理或制药行业、用于农业应用、以及用于建筑或油工业。它们的 制备、性质和应用描述于，例如，Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry， 5th Edition，（1986)，Volume A5，pages 461-488, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 或''Methoden der organischen Chemie"（methods of organic chemistry)，4th Edition(1987),Volume E20,Makromolekulare Stoffe,Part Volume 3,pages 2048-2076, Georg Thieme Verlag，Stuttgart。
[0003] 水溶性纤维素衍生物已经发现了广泛的用途。这些水溶性纤维素衍生物便利地作 为颗粒状干燥物质提供，然后将其溶解于水，用于这种水溶性纤维素衍生物的所需最终用 途。
[0004] 期望纤维素衍生物具有合理高的堆积密度以及良好的流动性，从而促进纤维素衍 生物的运输和处理。
[0005] 遗憾的是，很多水溶性纤维素衍生物不可在冷水中分散。不可分散性是由于纤维 素衍生物的大的表面积和纤维性特性。大的表面积导致当添加到水中时，纤维素衍生物的 外部颗粒在颗粒内部之前水合。由此在内部颗粒周围形成水合的外部颗粒的胶状隔膜，使 内部颗粒免于完全水合。与水接触的第一批颗粒立即溶胀且彼此粘结，形成使剩余颗粒免 于水合的凝胶状屏障。水溶性纤维素衍生物的这种凝胶-阻挡性质对于下述那些应用是相 当劣势的，所述应用包括颗粒状水溶性纤维素衍生物例如纤维素醚在含水系统中的溶液。 凝胶阻挡性质在视觉上为形成需要长时间来完全溶解的"结块"。为克服这种凝胶阻挡性 质或形成结块，使纤维素衍生物分散在热水中，通常为高于约80°c的热水。在搅拌过程中， 分散体冷却，发生纤维素衍生物的溶解。在特定温度，纤维素衍生物开始溶解并逐渐增加粘 度。这种所谓的热/冷水溶解技术利用了以下事实，即，根据取代的类型和程度，水溶性纤 维素衍生物例如纤维素醚通常不溶于热水而溶于冷水。遗憾的是，这种热/冷水溶解技术 对于必须制备纤维素衍生物的水溶液的那些来说非常耗时。因此，本领域技术人员已经集 中探求了多种使纤维素衍生物可分散在冷水（即，低于、等于或仅稍高于室温的水）而又 不会形成显著量的结块的方法。多种方法已经提出，例如与二醛例如乙二醛临时交联或用 表面活性剂处理。但是，这些方法对于制药或食品应用中的纤维素醚是不期望的。其它方 法描述了在生产过程中添加到纤维素的表面活性剂（表面活性剂）的用途，参见美国专利 7, 361，753B2,或在干燥过程中使用添加剂例如盐、糖、表面活性剂或低分子量水溶性聚合 物的表面涂层，参见美国专利申请公开2007/0175361。
[0006] 英国专利说明书GB 804, 306公开了一种方法，其中包含2至35重量％纤维性冷 水可溶性纤维素醚和98至65重量％热水的湿润混合物在高于纤维素醚的凝胶点的温度形 成，将混合物冷却至低于其凝胶点（例如冷却至20°C )，直到纤维性结构基本上消失且大量 物质变得透明，将温度升至高于发生脱水收缩的点（例如升至90°C )，然后将混合物保持在 高于凝胶点的点直至例如在烘箱中干燥，干燥的产品降至所需粒度，例如使得92%或更多 的纤维素醚穿过42目筛（对应于354微米的开孔）。但是，这样的方法过于耗时耗能以致 于难以用于大规模生产。
[0007] 美国专利2, 331，864公开了处理纤维性冷水可溶性纤维素醚以改善其溶解于冷 水的速率的方法。在公开的方法中，在高于50°C、优选高于70°C的温度如下将水-湿润纤 维性纤维素醚的水含量设定至72至88重量％的值：制备1至5重量％甲基纤维素在热水 中的均匀浆液，然后除去过量的水，例如通过压制或通过在真空下过滤。将湿润物质冷却 至低于50°C的温度，优选冷却至5-23°C。使冷却的物质老化，直到达到凝胶形成的所需程 度，即，直到物质变得半透明且基本上没有明显的纤维性结构。然后如下将物质立即在高于 50°C的温度干燥：将其散布在盘上，并在其上吹过热空气流，直到水分含量小于15%。将干 燥产品研磨。获得具有60至100目细度或更细的产品，且据说其是自由流动的、不结块的 粉末，当用冷水搅拌时其容易溶解。但是，公开的方法包括很多步骤并且耗时。此外，具有 72-88%水含量的湿润物质显现出粘性且难以大规模均质处理，如美国专利2, 331，864描 述。在盘上进行所述部分干燥的过程中的堵塞问题将导致制造过程中的不可操作性，因为 大的结块的形成将阻碍材料的运输。
[0008] 国际专利申请WO 96/00748公开了将水含量为40-75 %且温度低于40°C的含水水 合纤维素醚挤出通过多个横截面积为〇. 0075-lmm2的孔以形成线料形式的伸长的纤维素醚 挤出物的方法，将其干燥，然后将伸长的纤维素醚挤出物切割成所需长度。在将纤维素醚干 燥至水分含量为约25 %之后，切割可以在气扫式研磨机中进行，其中热空气吹过研磨机。得 到具有在水中良好分散性的纤维素醚颗粒，但遗憾的是方法不以大规模使用，这是由于高 的设备成本，当将含水水合的纤维素醚挤出成线料然后将它们在气扫式研磨机中切割时。
[0009] 本发明的一个方面是提供具有良好流动性与合理高的非压实堆积密度的组合的 纤维素衍生物。
[0010] 本发明的优选目的是提供下述纤维素醚衍生物，其具有良好的流动性与合理高的 非压实堆积密度的组合并且也可良好地在冷水中分散。
[0011] 本发明的另一个优选目的是提供制备这样的纤维素衍生物的方法，该方法不需要 耗时步骤例如在烘箱中或在盘上干燥然后研磨，如公开于英国专利说明书GB 804, 306和 美国专利2, 331，864。
[0012] 本发明的再另一个优选目的是提供制备这样的纤维素衍生物的方法，该方法不需 要将纤维素衍生物挤出成线料并切割线料，如公开于W096/00748。
[0013] 已经出乎意料地发现，颗粒形式的纤维素衍生物的流动性和/或冷水分散性可 以在用于研磨和干燥湿润纤维素衍生物的新颖方法中改善。用于将湿润纤维素衍生物进 行组合干燥和研磨的几种方法是本领域已知的，例如描述于专利申请GB 2 262 527 A ; EP 0 824 107 A2;EP-B 0 370 447 (美国专利 4, 979, 681 的同族）；EP 1 127 895 Al (US 2001/034441的同族）和EP 0 954 536 Al (美国专利6, 320, 043的同族），但是这些参考 文献没有一篇解决了改善纤维素衍生物的冷水分散性的问题或没有一篇提供纤维素衍生 物具有良好流动性的证据。
[0014] 2012年3月29日提交的共同未决的专利申请PCT/US12/031112公开了一种方法， 其中将基于湿润纤维素衍生物的水分含量为25至95%的纤维素衍生物在气扫式研磨机 中研磨和部分干燥，其中进料到冲击式研磨机的气体的温度为100°C或更低；且使研磨和 部分干燥的纤维素衍生物与另外量的气扫式研磨机外的干燥气体的温度接触，所述另外的 干燥气体的温度高于进料到冲击式研磨机的气体的温度。撰稿共同未决的专利申请PCT/ US12/031112的发明人的其中一些也撰稿了本专利申请。
[0015] 用于制造胶囊或涂层剂型例如片剂的纤维素衍生物通常部分解聚，这可通过它们 作为水溶液的低粘度表明。作为2重量％水溶液在20°C测量的粘度为2. 4至200mPa *s的 纤维素衍生物常用于制造胶囊或涂层剂型。
[0016] 共同未决的专利申请PCT/US12/031112说明其中公开的方法用于将部分解聚的 纤维素衍生物干燥和研磨以获得下述纤维素衍生物的方用途，所述获得的纤维素衍生物具 有高堆积密度、良好的流动性和/或良好的冷水中分散性。除了高堆积密度、良好的流动性 和/或良好的冷水中分散性之外，高度期望的是，用于制造胶囊或涂层剂型的纤维素衍生 物具有低的溶液中颜色，用于提供透明的涂层或具有浅颜色的胶囊。遗憾的是，部分解聚的 纤维素衍生物的干燥和研磨增强了纤维素衍生物在溶液中的颜色强度，这是由于在干燥和 研磨过程中的冲击和热量。
[0017] 本专利申请的发明人已经出乎意料地发现以下述方式改善共同未决的专利申请 PCT/US12/031112中公开的方法的途径，所述方式使得可以获得具有i)高堆积密度、ii)低 溶液颜色、和iii)良好的流动性和/或良好的冷水中分散性的干燥和研磨的纤维素衍生 物。
【发明内容】
[0018] 本发明的一方面是制备颗粒状纤维素衍生物的方法，其包括以下步骤:A)提供水 分含量为25至95%的纤维素衍生物，基于湿润纤维素衍生物的总重量，B)在气扫式研磨机 中将所述湿润纤维素衍生物研磨和部分干燥，其中进料到所述冲击式研磨机中的气体的温 度为100°C或更低；C)使所述研磨和部分干燥的纤维素衍生物与所述气扫式研磨机外另外 量的干燥气体接触，其中所述气扫式研磨机外另外量的干燥气体的温度高于进料到所述冲 击式研磨机中的气体的温度；和D)在步骤C)中使所述纤维素衍生物与干燥气体接触之后， 使所述纤维素衍生物经历部分解聚作用。
[0019] 本发明的另一个方面是可通过上述方法制备的颗粒状纤维素衍生物。
[0020] 本发明的再另一个方面是改善颗粒状纤维素衍生物的流动性和/或冷水分散性 的方法，该方法包括以下步骤:A)提供水分含量为25至95%的纤维素衍生物，基于湿润纤 维素衍生物的总重量，B)在气扫式研磨机中将所述湿润纤维素衍生物研磨和部分干燥，其 中进料到所述冲击式研磨机中的气体的温度为l〇〇°C或更低；C)使所述研磨和部分干燥的 纤维素衍生物与所述气扫式研磨机外另外量的干燥气体接触，其中所述气扫式研磨机外另 外量的干燥气体的温度高于进料到所述冲击式研磨机中的气体的温度；和D)在步骤C)中 使所述纤维素衍生物与干燥气体接触之后，使所述纤维素衍生物经历部分解聚作用。
[0021] 本发明的再另一个方面是下述颗粒状纤维素衍生物，其非压实堆积密度为至少 370g/l，卡尔指数为20或更小，粘度为1. 2至200mPa · s，作为2重量％在水中的溶液在 20°C根据DIN 51562-1:1999-01测量；以及颜色不大于40 APHA颜色单位，作为2重量％在 水中的溶液在20°C根据ASTM D1209-05 (2011)测定。
[0022] 本发明的再另一个方面是通过将水、上述颗粒状纤维素衍生物和一种或多种任选 的添加剂共混制备的含水组合物。
[0023] 本发明的再另一个方面是制造胶囊的方法，其包括以下步骤：使上述含水组合物 与浸渍针（dipping pins)接触。