JP2010235669A - Method for removing organic oxidation catalyst remaining in oxidized pulp - Google Patents

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正一 宮脇
Shiho Katsukawa
志穂 勝川
Yutaka Abe
裕 阿部
Yuko Iijima
夕子 飯嶋
Akira Isogai
明 磯貝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of efficiently removing the remaining N-oxyl compound from an oxidation pulp obtained using the N-oxyl compound as an oxidation catalyst. <P>SOLUTION: The N-oxyl compound remaining in an oxidation pulp is extracted into supercritical carbon dioxide by bringing the oxidation pulp into contact with the supercritical carbon dioxide and is removed. By using the thus obtained oxidation pulp having a low N-oxyl compound content, the cellulose nano-fiber with a low N-oxyl compound content can be prepared. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、N−オキシル化合物を酸化触媒として用いて製造された酸化パルプから、水による洗浄だけでは除去できないパルプ中に残留するN−オキシル化合物を、簡便な手順で安全かつ経済的に除去できる方法に関する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can safely and economically remove N-oxyl compounds remaining in pulp, which cannot be removed only by washing with water, from oxidized pulp produced using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst by a simple procedure. Regarding the method.

セルロース系原料を触媒量の2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、TEMPOとする)と安価な酸化剤である次亜塩素酸ナトリウムとの共存下で処理するとセルロースの一級水酸基をカルボキシル基およびアルデヒド基へと酸化でき、こうして得られた酸化パルプは、水中でミキサーなどの簡単な機械処理を行なうことにより、高粘度で透明なセルロースナノファイバー水分散液へと調製することができることが知られている(非特許文献1)。   In the presence of a catalytic amount of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and sodium hypochlorite, which is an inexpensive oxidant, When treated, the primary hydroxyl groups of cellulose can be oxidized to carboxyl groups and aldehyde groups, and the resulting oxidized pulp is subjected to a simple mechanical treatment such as a mixer in water to obtain a highly viscous and transparent cellulose nanofiber aqueous dispersion. It is known that it can be prepared (Non-Patent Document 1).

上記の方法により得られたセルロースナノファイバーは、生分解性のある水分散型新規素材であり、ファイバー表面に局在するカルボキシル基を基点として、自由に改質することができる。また、上記の方法により得られたセルロースナノファイバーは、分散液の形態であるため、各種水溶性ポリマーとブレンドしたり、或いは有機・無機系顔料と複合化することで品質の改変を図ることもできる。さらに、セルロースナノファイバーをシート化したり、繊維化することも可能である。セルロースナノファイバーのこのような特性を活かした用途として高機能包装材料、透明有機基盤部材、高機能繊維、分離膜、再生医療材料などが想定されている。今後、セルロースナノファイバーの特徴を最大限活用することで循環型の安全・安心社会形成に不可欠な新規高機能性商品を開発することが期待されている。   The cellulose nanofiber obtained by the above method is a novel biodegradable water-dispersed material, and can be freely modified based on a carboxyl group localized on the fiber surface. In addition, since the cellulose nanofibers obtained by the above method are in the form of a dispersion, the quality can be modified by blending with various water-soluble polymers or by combining with organic / inorganic pigments. it can. Furthermore, cellulose nanofibers can be made into sheets or made into fibers. High-performance packaging materials, transparent organic base materials, high-performance fibers, separation membranes, regenerative medical materials, and the like are assumed as applications utilizing such characteristics of cellulose nanofibers. In the future, it is expected to develop new highly functional products that are essential for the formation of a recycling-type safety and security society by making the best use of the characteristics of cellulose nanofibers.

Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)

しかし、上記のTEMPOなどのN−オキシル化合物を触媒として製造された酸化パルプ中には、十分に水洗した後であっても、窒素分として10ppm程度のN−オキシル化合物が残留する。N−オキシル化合物が残留する酸化パルプを用いてセルロースナノファイバー水分散液を調製すると、当然ながらセルロースナノファイバー分散液中にもN−オキシル化合物が混在することとなり、セルロースナノファイバーを高機能性材料として利用する場合、その用途によっては、分散液中に残存するN−オキシル化合物が好ましくない影響を及ぼす場合がある。N−オキシル化合物の1種であるTEMPOやその誘導体は、環境や人体に対する毒性がいまだ明確となっておらず、セルロースナノファイバー分散液またはそれから調製されたフィルムを化粧品の増粘剤や食品用包装などの目的で使用することを想定すれば、分散液中にN−オキシル化合物が残存していないことが好ましい。また、例えば、分散液中にN−オキシル化合物が存在すると、セルロースナノファイバーの分散性が低下して分散液の透明度が低下し、セルロースナノファイバー分散液から調製されるフィルムの透明度が低下することも考えられる。したがって、N−オキシル化合物をできるだけ除去できる方法についての開発が望まれているが、現在のところ、パルプ中に残留するN−オキシル化合物を除去する方法についての報告はない。   However, in the oxidized pulp produced using the N-oxyl compound such as TEMPO as a catalyst, about 10 ppm of N-oxyl compound remains as a nitrogen content even after sufficient washing with water. When the cellulose nanofiber aqueous dispersion is prepared using oxidized pulp in which the N-oxyl compound remains, naturally, the N-oxyl compound is also mixed in the cellulose nanofiber dispersion, and the cellulose nanofiber is made of a highly functional material. In some cases, the N-oxyl compound remaining in the dispersion may have an undesirable effect depending on the application. TEMPO, which is one of N-oxyl compounds, and derivatives thereof have not yet been clearly toxic to the environment and the human body. Cellulose nanofiber dispersions or films prepared therefrom can be used as cosmetic thickeners and food packaging. Assuming that the N-oxyl compound is not used in the dispersion, it is preferable that the dispersion is used. In addition, for example, when an N-oxyl compound is present in the dispersion, the dispersibility of the cellulose nanofibers is lowered, the transparency of the dispersion is lowered, and the transparency of the film prepared from the cellulose nanofiber dispersion is lowered. Is also possible. Therefore, development of a method capable of removing N-oxyl compounds as much as possible is desired, but at present, there is no report on a method of removing N-oxyl compounds remaining in pulp.

本発明は、パルプ中に残留するN−オキシル化合物を効率良く除去できる方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the method of removing efficiently the N-oxyl compound which remains in a pulp.

本発明者らは、かかる従来技術の難点を解消するために鋭意検討した結果、N−オキシル化合物を酸化触媒として得られた酸化パルプを、超臨界二酸化炭素と接触させることにより、酸化パルプ中に残留するN−オキシル化合物を超臨界二酸化炭素中に抽出することができ、N−オキシル化合物を酸化パルプから効率良く除去できることを見出した。また、こうして得られたN−オキシル化合物が除去された酸化パルプを用いることにより、N−オキシル化合物の濃度が極めて低いセルロースナノファイバー分散液を得ることができることを見出した。   As a result of diligent studies to solve the problems of the prior art, the present inventors brought oxidized pulp obtained using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst into contact with supercritical carbon dioxide. It has been found that the remaining N-oxyl compound can be extracted into supercritical carbon dioxide, and the N-oxyl compound can be efficiently removed from the oxidized pulp. Moreover, it discovered that the cellulose nanofiber dispersion liquid with a very low density | concentration of a N-oxyl compound can be obtained by using the oxidized pulp from which the N-oxyl compound obtained in this way was removed.

本発明では、N−オキシル化合物を酸化触媒として製造された酸化パルプを超臨界二酸化炭素と接触させることにより、超臨界二酸化炭素中にN−オキシル化合物を抽出することにより、パルプ中に残留するN−オキシル化合物の濃度が極めて低い酸化パルプを製造することができる。また、こうして得られた酸化セルロースを用いることにより、N−オキシル化合物の濃度が極めて低いセルロースナノファイバー分散液を得ることができる。   In the present invention, by contacting an oxidized pulp produced using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst with supercritical carbon dioxide, the N-oxyl compound is extracted from the supercritical carbon dioxide, thereby remaining in the pulp. -An oxidized pulp having a very low concentration of oxyl compounds can be produced. Moreover, the cellulose nanofiber dispersion liquid with the very low density | concentration of an N-oxyl compound can be obtained by using the oxidized cellulose obtained in this way.

本発明は、酸化パルプ中に不純物として極微量残存するN−オキシル化合物を、超臨界二酸化炭素中に抽出することにより、酸化パルプからN−オキシル化合物を除去することを特徴とするものである。   The present invention is characterized in that an N-oxyl compound remaining as an impurity in oxidized pulp is extracted into supercritical carbon dioxide to remove the N-oxyl compound from the oxidized pulp.

(N−オキシル化合物を用いた酸化パルプの製造)
本発明において、超臨界二酸化炭素と接触させる酸化パルプは、(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物、若しくはこれらの混合物の存在下で、酸化剤を用い、セルロース系原料を酸化することにより、製造される。
(Production of oxidized pulp using N-oxyl compound)
In the present invention, the oxidized pulp to be contacted with supercritical carbon dioxide is obtained by using an oxidizing agent in the presence of (1) N-oxyl compound and (2) bromide, iodide, or a mixture thereof. Manufactured by oxidation.

セルロース系原料の酸化の際に用いられ、かつ本発明により抽出することのできるN−オキシル化合物としては、下記一般式(式1)で示される物質が挙げられる。   Examples of the N-oxyl compound that is used in the oxidation of the cellulosic raw material and can be extracted according to the present invention include substances represented by the following general formula (formula 1).

Figure 2010235669
Figure 2010235669

(式1中、R1〜R4は同一又は異なる炭素数1〜4程度のアルキル基を示す。)
式1で表される化合物のうち、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下TEMPOと称する)及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下、4−ヒドロキシTEMPOと称する)を発生する化合物が好ましい。また、下記式2〜4のいずれかで表されるN−オキシル化合物のラジカル、すなわち、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をアルコールでエーテル化、またはカルボン酸若しくはスルホン酸でエステル化し、適度な疎水性を付与した4−ヒドロキシTEMPO誘導体は、安価であり、かつ均一な酸化セルロースを得ることができるため、セルロース系原料の酸化に好ましく用いることができ、また、本発明の方法により効率よく回収することができる。
(In Formula 1, R 1 to R 4 represent the same or different alkyl groups having about 1 to 4 carbon atoms.)
Among the compounds represented by Formula 1, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1 A compound that generates a piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as 4-hydroxy TEMPO) is preferable. In addition, the radical of the N-oxyl compound represented by any one of the following formulas 2 to 4, that is, the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO is etherified with alcohol, or esterified with carboxylic acid or sulfonic acid, and has an appropriate hydrophobicity. The imparted 4-hydroxy TEMPO derivative is inexpensive and can obtain uniform oxidized cellulose, so that it can be preferably used for oxidation of cellulosic raw materials, and can be efficiently recovered by the method of the present invention. it can.

Figure 2010235669
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Figure 2010235669
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Figure 2010235669
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(式2〜4中、Rは炭素数4以下の直鎖又は分岐状炭素鎖である。)
さらに、下記式5で表されるN−オキシル化合物のラジカル、すなわち、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルも、4−ヒドロキシTEMPO誘導体と同様の理由から、好ましい。
(In formulas 2 to 4, R is a linear or branched carbon chain having 4 or less carbon atoms.)
Further, a radical of an N-oxyl compound represented by the following formula 5, that is, an azaadamantane type nitroxy radical is also preferable for the same reason as the 4-hydroxy TEMPO derivative.

Figure 2010235669
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(式5中、R5及びR6は、同一又は異なる水素又はC1〜C6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基を示す。)
セルロース系原料の酸化の際に用いられるN−オキシル化合物の使用量は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01〜10mmol、好ましくは0.01〜1mmol、さらに好ましくは0.05〜0.5mmol程度である。
(In Formula 5, R 5 and R 6 represent the same or different hydrogen or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group.)
The amount of the N-oxyl compound used in the oxidation of the cellulosic material is generally 0.01 to 10 mmol, preferably 0.01 to 1 mmol, more preferably with respect to 1 g of the cellulosic material. Is about 0.05 to 0.5 mmol.

セルロース系原料の酸化の際に用いられる臭化物またはヨウ化物としては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例えば、臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などが挙げられる。臭化物またはヨウ化物は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1〜100mmol、好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmol程度の量で用いられる。   Examples of the bromide or iodide used in oxidizing the cellulosic material include compounds that can be dissociated and ionized in water, such as alkali metal bromide and alkali metal iodide. In general, bromide or iodide is used in an amount of about 0.1 to 100 mmol, preferably 0.1 to 10 mmol, and more preferably about 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.

セルロース系原料の酸化の際に用いられる酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが、生産コストの観点から、特に好ましく用いられる。酸化剤は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度の量で用いられる。   Examples of the oxidizing agent used in oxidizing the cellulosic raw material include halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like. Among these, sodium hypochlorite, which is inexpensive and has a low environmental load, is particularly preferably used from the viewpoint of production cost. The oxidizing agent is generally used in an amount of about 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol with respect to 1 g of the absolutely dry cellulosic raw material.

N−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で酸化剤を用いて酸化されるセルロース系原料としては、特に限定されないが、各種木材由来のクラフトパルプ又はサルファイトパルプ、それらを高圧ホモジナイザーやミル等で粉砕した粉末セルロース、あるいはそれらを酸加水分解などの化学処理により精製した微結晶セルロース粉末などが用いられる他、ケナフ、麻、イネ、バカス、竹等の植物が用いられることもある。このうち、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、粉末セルロース、または微結晶セルロース粉末は、量産化やコストの観点から好ましく用いられる。   Cellulosic raw materials that are oxidized using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide and / or iodide are not particularly limited. In addition to powdered cellulose pulverized with a slab or mill, or microcrystalline cellulose powder purified by chemical treatment such as acid hydrolysis, plants such as kenaf, hemp, rice, bacus, bamboo, etc. may be used. . Among these, bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, powdered cellulose, or microcrystalline cellulose powder is preferably used from the viewpoint of mass production and cost.

N−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で酸化剤を用いて行なわれるセルロース系原料の酸化は、一般的に、15〜30℃程度の室温で、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加することにより、反応液のpHを9〜12、好ましくは10〜11程度に維持しながら、0.5〜4時間程度の反応時間で行なわれる。   The oxidation of the cellulosic raw material performed using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide and / or iodide is generally alkaline, such as an aqueous sodium hydroxide solution, at a room temperature of about 15 to 30 ° C. By adding the solution, the reaction is carried out at a reaction time of about 0.5 to 4 hours while maintaining the pH of the reaction solution at 9 to 12, preferably about 10 to 11.

酸化反応の後、ガラスフィルターなどのフィルターを用いて濾過を行ない、水で十分に洗浄し、脱水濃縮して、固形分濃度10〜40質量%程度のウェットシート状の酸化パルプを得る。   After the oxidation reaction, the mixture is filtered using a filter such as a glass filter, thoroughly washed with water, dehydrated and concentrated to obtain wet sheet-like oxidized pulp having a solid content concentration of about 10 to 40% by mass.

(超臨界二酸化炭素による酸化パルプの処理)
本発明では、上記の酸化方法により得られた酸化パルプを超臨界二酸化炭素と接触させることにより、酸化パルプ中に残留するN−オキシル化合物を超臨界二酸化炭素中に抽出して、除去する。
(Treatment of oxidized pulp with supercritical carbon dioxide)
In the present invention, the oxidized pulp obtained by the above oxidation method is brought into contact with supercritical carbon dioxide, whereby the N-oxyl compound remaining in the oxidized pulp is extracted into supercritical carbon dioxide and removed.

本発明において超臨界二酸化炭素(超臨界二酸化炭素流体ともよぶ)とは、超臨界状態にある二酸化炭素、すなわち、温度31.1℃以上かつ圧力7.38MPa以上の条件下にある二酸化炭素を指す。   In the present invention, supercritical carbon dioxide (also referred to as supercritical carbon dioxide fluid) refers to carbon dioxide in a supercritical state, that is, carbon dioxide under conditions of a temperature of 31.1 ° C. or higher and a pressure of 7.38 MPa or higher. .

本発明は、セルロースとN−オキシル化合物との超臨界二酸化炭素に対する溶解度の違いを利用してN−オキシル化合物を選択的に抽出し、除去することを特徴としている。超臨界点付近の超臨界二酸化炭素を用いると、N−オキシル化合物を効率よく抽出できるので好ましい。例えば、超臨界二酸化炭素の圧力は、8〜50MPaが好ましく、10〜20MPaがより好ましい。また、接触温度は、35〜95℃が好ましく、40〜80℃がより好ましい。   The present invention is characterized in that the N-oxyl compound is selectively extracted and removed by utilizing the difference in solubility in supercritical carbon dioxide between cellulose and the N-oxyl compound. It is preferable to use supercritical carbon dioxide near the supercritical point because the N-oxyl compound can be extracted efficiently. For example, the pressure of supercritical carbon dioxide is preferably 8 to 50 MPa, and more preferably 10 to 20 MPa. Further, the contact temperature is preferably 35 to 95 ° C, more preferably 40 to 80 ° C.

超臨界二酸化炭素との接触処理は、ステンレス製の抽出容器などに上記の方法により得られた固形分濃度10〜40質量%程度のウェットシート状の酸化パルプを入れ、超臨界二酸化炭素を供給して酸化パルプと接触させることなどにより行なうことができる。超臨界二酸化炭素による処理の条件は任意に設定することができる。また、超臨界二酸化炭素による処理は、バッチ式で行なっても連続式で行ってもよく、適宜選択すればよい。   In the contact treatment with supercritical carbon dioxide, wet sheet-like oxidized pulp having a solid content concentration of about 10 to 40% by mass obtained by the above method is placed in a stainless steel extraction container or the like, and supercritical carbon dioxide is supplied. For example, by contacting with oxidized pulp. The conditions for the treatment with supercritical carbon dioxide can be arbitrarily set. Further, the treatment with supercritical carbon dioxide may be performed batchwise or continuously, and may be appropriately selected.

本発明の方法により酸化パルプ中のN−オキシル化合物が効率良く除去できる理由について、詳細は不明であるが、超臨界二酸化炭素はN−オキシル化合物の良溶媒のひとつであるヘキサンと同程度の極性を有しており、かつ、パルプ繊維に存在する空隙に拡散・浸透し易いため、繊維の表面のみならず内部に吸着したN−オキシル化合物をも効率良く抽出および除去することができるためと推察される。   The reason why the N-oxyl compound in the oxidized pulp can be efficiently removed by the method of the present invention is not known in detail, but supercritical carbon dioxide is as polar as hexane, which is one of the good solvents for the N-oxyl compound. It is presumed that N-oxyl compounds adsorbed not only on the surface of the fiber but also on the inside can be extracted and removed efficiently because it has a low viscosity and easily diffuses and penetrates into the voids existing in the pulp fiber. Is done.

(セルロースナノファイバーの調製)
本発明の方法により得られたN−オキシル化合物の含有量が極めて低い酸化パルプを解繊、分散することにより、幅2〜5nm、長さ1〜5μm程度のセルロースのシングルミクロフィブリルであるセルロースナノファイバーの分散液を調製することができる。
(Preparation of cellulose nanofiber)
Cellulose nano, which is a single microfibril of cellulose having a width of about 2 to 5 nm and a length of about 1 to 5 μm, by defibrating and dispersing oxidized pulp having a very low content of N-oxyl compound obtained by the method of the present invention Fiber dispersions can be prepared.

解繊・分散に用いる装置の種類としては、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置が挙げられるが、透明性と流動性に優れるセルロースナノファイバー分散液を効率よく得るには、50MPa以上、好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは140MPa以上の条件下で分散できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーで処理することが好ましい。   Examples of the type of equipment used for defibration / dispersion include high-speed rotary type, colloid mill type, high-pressure type, roll mill type, ultrasonic type, etc., but cellulose nanofiber dispersion with excellent transparency and fluidity can be used. In order to obtain efficiently, it is preferable to treat with a wet high pressure or ultra high pressure homogenizer that can be dispersed under conditions of 50 MPa or more, preferably 100 MPa or more, more preferably 140 MPa or more.

本発明により得られた酸化パルプを用いて調製されたセルロースナノファイバー分散液は、N−オキシル化合物の残存量が極めて低いため、セルロースナノファイバーの分散性が良好であり、高い透明性を有する。本発明のセルロースナノファイバーの透明性は、0.1%(w/v)のセルロースナノファイバー分散液に対する波長660nm光の透過率に基づいて、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上である。   The cellulose nanofiber dispersion prepared by using the oxidized pulp obtained according to the present invention has a very low dispersibility of the cellulose nanofiber because the residual amount of the N-oxyl compound is extremely low, and has high transparency. The transparency of the cellulose nanofibers of the present invention is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, based on the transmittance of light having a wavelength of 660 nm with respect to a 0.1% (w / v) cellulose nanofiber dispersion. Most preferably, it is 95% or more.

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、以下の実施例は、本発明の好適な例を具体的に説明したものであり、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described based on examples. The following examples are specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Is not to be done.

<酸化パルプの調製>
針葉樹由来の漂白済み未叩解サルファイトパルプ(日本製紙ケミカル社)5g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで攪拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素5%)18mlを添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するが、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。2時間反応させた後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗した後、脱水濃縮し、固形分濃度12質量%のウェットシート状の酸化パルプを得た。
<Preparation of oxidized pulp>
5 g (absolutely dried) of bleached unbeaten sulfite pulp (Nippon Paper Chemical Co., Ltd.) derived from coniferous tree was added to 500 ml of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 754 mg (7 mmol) of sodium bromide were dissolved, Stir until the pulp is uniformly dispersed. After adding 18 ml of an aqueous sodium hypochlorite solution (effective chlorine 5%) to the reaction system, the pH was adjusted to 10.3 with an aqueous 0.5N hydrochloric acid solution to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 0.5N aqueous sodium hydroxide solution was successively added to adjust the pH to 10. After reacting for 2 hours, the mixture was filtered through a glass filter, sufficiently washed with water, then dehydrated and concentrated to obtain wet sheet-like oxidized pulp having a solid content concentration of 12% by mass.

<パルプ中の残留TEMPO量の測定>
パルプ中に残留するTEMPOの量は、微量窒素量計(三菱化学、TN−10)を用いてパルプ中の窒素量として測定した。
<Measurement of amount of residual TEMPO in pulp>
The amount of TEMPO remaining in the pulp was measured as the amount of nitrogen in the pulp using a trace nitrogen meter (Mitsubishi Chemical, TN-10).

上記の酸化パルプの調製に用いた原料パルプである漂白済み未叩解サルファイトパルプの窒素量は、21ppmであった。また、上記の酸化パルプの調製により得られた酸化パルプの窒素量は、32ppmであった。酸化パルプの窒素量と原料パルプの窒素量との差は、酸化反応に用いたTEMPOの窒素量に基づくと考えられるため、上記の酸化パルプの調製によりパルプ中に残留したTEMPO由来の窒素量は、32ppm−21ppm=11ppmであると計算できる。   The nitrogen content of the bleached unbeaten sulfite pulp, which is the raw material pulp used for the preparation of the oxidized pulp, was 21 ppm. Moreover, the nitrogen content of the oxidized pulp obtained by preparation of said oxidized pulp was 32 ppm. The difference between the amount of nitrogen in the oxidized pulp and the amount of nitrogen in the raw pulp is considered to be based on the amount of nitrogen in the TEMPO used for the oxidation reaction. Therefore, the amount of nitrogen derived from TEMPO remaining in the pulp by the preparation of the oxidized pulp is , 32 ppm-21 ppm = 11 ppm.

50mlのステンレス製抽出容器に前記酸化パルプ(固形分濃度12質量%)25gを入れ、40℃に加温した後、二酸化炭素を供給して20MPaまで加圧し、超臨界状態とした。酸化パルプと超臨界二酸化炭素とを2時間接触させた後、超臨界二酸化炭素を回収した。圧力を常圧に戻した後、容器内の酸化パルプを取り出した。得られた酸化パルプを70℃で乾燥した後、パルプ中の窒素量を上記の方法により測定した。その結果、酸化パルプの窒素量は22ppmであった。上記のとおり、原料パルプの窒素量は21ppmであったから、残留TEMPO由来の窒素量は22ppm−21ppm=1ppmとなったことがわかる。上記のとおり、超臨界二酸化炭素処理前に存在したTEMPO由来の窒素量は11ppmであったから、実施例1の処理により、TEMPOを91%の除去率で除去できたことがわかる。   25 g of the oxidized pulp (solid content concentration: 12% by mass) was placed in a 50 ml stainless steel extraction container, heated to 40 ° C., then supplied with carbon dioxide and pressurized to 20 MPa to obtain a supercritical state. After contacting the oxidized pulp with supercritical carbon dioxide for 2 hours, the supercritical carbon dioxide was recovered. After returning the pressure to normal pressure, the oxidized pulp in the container was taken out. After the obtained oxidized pulp was dried at 70 ° C., the amount of nitrogen in the pulp was measured by the above method. As a result, the nitrogen content of the oxidized pulp was 22 ppm. As described above, since the amount of nitrogen in the raw material pulp was 21 ppm, it was found that the amount of nitrogen derived from residual TEMPO was 22 ppm-21 ppm = 1 ppm. As described above, since the amount of nitrogen derived from TEMPO that existed before the supercritical carbon dioxide treatment was 11 ppm, it can be seen that the treatment of Example 1 was able to remove TEMPO with a removal rate of 91%.

酸化パルプと超臨界二酸化炭素との接触を80℃で行なった以外は実施例1と同様にしてパルプ中のTEMPOを除去した。得られたパルプ中の窒素量を測定した結果、21ppmであった。上記のとおり、原料パルプの窒素量は21pmであったから、実施例2の処理により、酸化パルプ中のTEMPOを100%の除去率で除去できたことがわかる。   TEMPO in the pulp was removed in the same manner as in Example 1 except that the contact between the oxidized pulp and supercritical carbon dioxide was performed at 80 ° C. As a result of measuring the nitrogen content in the obtained pulp, it was 21 ppm. As described above, since the amount of nitrogen in the raw pulp was 21 pm, it can be seen that TEMPO in the oxidized pulp could be removed with a removal rate of 100% by the treatment in Example 2.

実施例1により得られた酸化パルプの0.1%(w/v)スラリーをミキサーを用いて12,000rpmで15分間処理し、さらに、超高圧ホモジナイザーを用いて140MPaの圧力で5回処理して、透明なゲル状分散液であるセルロースナノファイバーの分散液を得た。こうして得られたセルロースナノファイバー分散液は、分散性が良好で透明度が高かった。0.1%(w/v)の水分散液における660nm光の透過率をUV−VIS分光光度計UV−265FS(島津製作所社)を用いて測定したところ、95.8%であった。   The 0.1% (w / v) slurry of oxidized pulp obtained in Example 1 was treated at 12,000 rpm for 15 minutes using a mixer, and further treated 5 times at a pressure of 140 MPa using an ultrahigh pressure homogenizer. Thus, a dispersion of cellulose nanofibers, which is a transparent gel dispersion, was obtained. The cellulose nanofiber dispersion thus obtained had good dispersibility and high transparency. When the transmittance of 660 nm light in a 0.1% (w / v) aqueous dispersion was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-265FS (Shimadzu Corporation), it was 95.8%.

Claims (4)

(1)N−オキシル化合物、及び、(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物の存在下で、酸化剤を用いてセルロース系原料を酸化して得られた酸化パルプから、N−オキシル化合物を除去する方法であって、該酸化パルプを超臨界二酸化炭素に接触させることにより酸化パルプからN−オキシル化合物を抽出することを特徴とする、N−オキシル化合物の除去方法。 (1) N-oxyl compound and (2) N-oxyl compound from oxidized pulp obtained by oxidizing cellulosic raw material using oxidizing agent in the presence of bromide, iodide or a mixture thereof. A method for removing an N-oxyl compound, comprising extracting the N-oxyl compound from the oxidized pulp by bringing the oxidized pulp into contact with supercritical carbon dioxide. 酸化パルプと超臨界二酸化炭素との接触が、8〜50MPaの圧力下および35〜95℃の温度下で行われる、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the contact between the oxidized pulp and the supercritical carbon dioxide is performed under a pressure of 8 to 50 MPa and a temperature of 35 to 95 ° C. 除去されるN−オキシル化合物が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(TEMPO)を発生する化合物、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(4−ヒドロキシTEMPO)を発生する化合物、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をエーテル化もしくはエステル化して得られる4−ヒドロキシTEMPO誘導体を発生する化合物、又はアザアダマンタン型ニトロキシラジカルを発生する化合物、或いはそれらの混合物である、請求項1又は2に記載の方法。 N-oxyl compound to be removed generates 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl A compound that generates a 1-piperidine-N-oxy radical (4-hydroxy TEMPO), a compound that generates a 4-hydroxy TEMPO derivative obtained by etherification or esterification of a hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO, or an azaadamantane type nitro The method according to claim 1, wherein the compound is a compound that generates a xyl radical, or a mixture thereof. 請求項1〜3のいずれかに記載の方法により得られたN−オキシル化合物が除去された酸化パルプを、解繊・分散処理することにより得られる、セルロースナノファイバー。 Cellulose nanofibers obtained by defibrating and dispersing the oxidized pulp from which the N-oxyl compound obtained by the method according to any one of claims 1 to 3 has been removed.
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