JP2011012134A - Method for producing low crystalline cellulose - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method with excellent productivity by which low crystalline cellulose having lowered cellulose I crystallinity is efficiently obtained while suppressing reduction in molecular weight.SOLUTION: The method for producing low crystalline cellulose includes crushing a cellulose-containing raw material, in which a cellulose content in a residual component except water is ≥20 mass%, the following cellulose I crystallinity exceeds 33%, a molecular weight of cellulose is 100,000-1,000,000, and a water content is ≤4.5 mass%, with a crusher, so that the cellulose I crystallinity is lowered to 1/2.5 to 1/100 after the crushing: cellulose I crystallinity (%)=[(I-I)/I]×100, wherein Idenotes diffraction intensity of a lattice plane (002 plane) (2θ=22.6°) in X-ray diffraction; and Idenotes diffraction intensity of an amorphous moiety (2θ=18.5°).

Description

本発明は、低結晶性セルロースの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing low crystalline cellulose.

パルプ等のセルロース含有原料を粉砕して得られるセルロースは、セルロースエーテルの原料、化粧品、食品、バイオマス材料等の工業原料に用いられる。これらの工業原料としては、セルロース結晶構造が非晶化されたセルロースが特に有用である。
セルロースの結晶化度を低減する方法として、セルロース含有原料を粉砕機で機械的に処理する方法が知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。
特許文献1の実施例1〜3には、パルプをボールミルで処理する方法、特許文献2の実施例1及び2には、パルプを加水分解等の化学的処理をして得られたセルロース粉体を、ボールミルさらには気流式粉砕機で処理する方法がそれぞれ開示されている。しかし、これらの方法は、セルロースの結晶化度を低減させるにあたり効率性および生産性が満足できるものではない。
特許文献3及び4には、嵩密度が100〜500kg/m3のセルロース含有原料を、ボール又はロッドを充填した粉砕機で処理して、セルロースI型結晶化度が33%以下の非晶化セルロースを製造する方法が開示されている。しかし、セルロースの結晶化度をさらに効率的に低減させる方法の開発が望まれている。
さらに、上記のように機械的処理により得られるセルロースは、結晶化度とともに、分子量(または重合度)も低下するため、例えば、特許文献5には、セルロースの重合度が過度に低下しないアルカリ水溶液可溶性セルロースを得ることを目的として、結晶化度35%以下に非晶化処理したセルロースを加圧水蒸気中で蒸煮したのち爆砕処理する方法が開示され、その実施例1及び4において、シート状パルプを振動ボールミル又は二軸押出機で結晶化度35%以下に非晶化処理する方法が開示されている。しかし、セルロースの結晶化度の低減と分子量低下の抑制とを両立させるにあたり効率性および生産性が満足できるものではない。
Cellulose obtained by pulverizing cellulose-containing raw materials such as pulp is used as industrial raw materials such as cellulose ether raw materials, cosmetics, foods, and biomass materials. As these industrial raw materials, cellulose having an amorphous cellulose crystal structure is particularly useful.
As a method for reducing the crystallinity of cellulose, a method of mechanically treating a cellulose-containing raw material with a pulverizer is known (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
Examples 1 to 3 of Patent Document 1 include a method of treating pulp with a ball mill, and Examples 1 and 2 of Patent Document 2 include cellulose powder obtained by chemical treatment such as hydrolysis of pulp. Are each disclosed in a ball mill or an airflow type pulverizer. However, these methods are not satisfactory in efficiency and productivity in reducing the crystallinity of cellulose.
In Patent Documents 3 and 4, a cellulose-containing raw material having a bulk density of 100 to 500 kg / m 3 is treated with a pulverizer filled with balls or rods, so that the cellulose I type crystallinity is 33% or less. A method for producing cellulose is disclosed. However, development of a method for more efficiently reducing the crystallinity of cellulose is desired.
Furthermore, since the cellulose obtained by mechanical treatment as described above decreases in molecular weight (or degree of polymerization) as well as in crystallinity, for example, Patent Document 5 discloses an alkaline aqueous solution in which the degree of polymerization of cellulose does not excessively decrease. For the purpose of obtaining soluble cellulose, a method is disclosed in which a non-crystallized cellulose having a degree of crystallinity of 35% or less is steamed in pressurized steam and then blasted. In Examples 1 and 4, a sheet-like pulp is used. A method of performing an amorphous treatment to a crystallinity of 35% or less using a vibrating ball mill or a twin screw extruder is disclosed. However, efficiency and productivity are not satisfactory in achieving both reduction in the crystallinity of cellulose and suppression of reduction in molecular weight.

特開2003−64184号公報JP 2003-64184 A 特開2004−331918号公報JP 2004-331918 A 特許第4160108号公報Japanese Patent No. 4160108 特許第4160109号公報Japanese Patent No. 4160109 特開昭62−236801号公報JP 62-236801 A

本発明は、セルロース含有原料から、分子量の低下を抑制しつつ、セルロースI型結晶化度を低下させた低結晶性セルロースを効率的に得ることができる、生産性に優れた製造方法を提供することを課題とする。   The present invention provides a production method excellent in productivity, capable of efficiently obtaining low crystalline cellulose having a reduced cellulose I-type crystallinity while suppressing a decrease in molecular weight from a cellulose-containing raw material. This is the issue.

本発明者らは、水分含量が4.5質量%以下であるセルロース含有原料を粉砕機で処理することにより、前記課題を解決できることを見出した。   The present inventors have found that the above problem can be solved by treating a cellulose-containing raw material having a water content of 4.5% by mass or less with a pulverizer.

すなわち、本発明は、セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量が20質量%以上、下記計算式(1)で示されるセルロースのセルロースI型結晶化度が33%を超え、セルロースの分子量が10万〜100万、かつ水分含量が4.5質量%以下であるセルロース含有原料を粉砕機で処理して、該粉砕処理前後において該セルロースI型結晶化度を1/2.5〜1/100に低減させる、低結晶性セルロースの製造方法である。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、及びI18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
That is, in the present invention, the cellulose content in the remaining components excluding water from the cellulose-containing raw material is 20% by mass or more, and the cellulose I type crystallinity of the cellulose represented by the following calculation formula (1) exceeds 33%. The cellulose-containing raw material having a cellulose molecular weight of 100,000 to 1,000,000 and a water content of 4.5% by mass or less is processed by a pulverizer, and the cellulose I-type crystallinity is reduced by half before and after the pulverization process. A method for producing low crystalline cellulose, which is reduced to 5 to 1/100.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (1)
[I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 is the diffraction intensity of the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). Show

本発明の低結晶性セルロースの製造方法は、生産性に優れ、セルロース含有原料から、分子量の低下を抑制しつつ、セルロースI型結晶化度を低下させた低結晶性セルロースを効率良く得ることができる。   The method for producing low crystalline cellulose of the present invention is excellent in productivity, and can efficiently obtain low crystalline cellulose having a reduced cellulose I-type crystallinity while suppressing a decrease in molecular weight from a cellulose-containing raw material. it can.

本発明は、セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量が20質量%以上、下記計算式(1)で示されるセルロースのセルロースI型結晶化度が33%を超え、セルロースの分子量が10万〜100万、かつ水分含量が4.5質量%以下であるセルロース含有原料を粉砕機で処理して、該粉砕処理前後において該セルロースI型結晶化度を1/2.5〜1/100に低減させる、低結晶性セルロースの製造方法である。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、及びI18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
以下、本明細書において、セルロースのセルロースI型結晶化度を単に「結晶化度」ということがある。
In the present invention, the cellulose content in the remaining components excluding water from the cellulose-containing raw material is 20% by mass or more, the cellulose type I crystallinity of the cellulose represented by the following calculation formula (1) exceeds 33%, cellulose A cellulose-containing raw material having a molecular weight of 100,000 to 1,000,000 and a water content of 4.5% by mass or less is processed by a pulverizer, and the cellulose I-type crystallinity is 1 / 2.5 before and after the pulverization process. It is a manufacturing method of low crystalline cellulose reduced to ˜1 / 100.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (1)
[I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 is the diffraction intensity of the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). Show
Hereinafter, in this specification, the cellulose type I crystallinity of cellulose is sometimes simply referred to as “crystallinity”.

〔セルロース含有原料〕
本発明に用いられるセルロース含有原料は、該原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量が20質量%以上、好ましくは40質量%以上、より好ましくは60質量%以上のものである。
本発明におけるセルロース含有量とは、セルロース量及びヘミセルロース量の合計量を意味する。
前記セルロース含有原料には特に制限はなく、各種木材チップ、各種樹木の剪定枝材、間伐材、枝木材、建築廃材、工場廃材等の木材類;木材から製造されるウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類;新聞紙、段ボール、雑誌、上質紙等の紙類;稲わら、とうもろこし茎等の植物茎・葉類;籾殻、パーム殻、ココナッツ殻等の植物殻類等が挙げられる。これらの中では、パルプ類、木材類、紙類が好ましく、パルプ類や紙類がより好ましい。
市販のパルプの場合、水を除いた残余の成分中のセルロース含有量は、通常75〜99質量%であり、他の成分としてリグニン等を含む。
[Cellulose-containing raw material]
The cellulose-containing raw material used in the present invention has a cellulose content in the remaining components excluding water from the raw material of 20% by mass or more, preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
The cellulose content in the present invention means the total amount of cellulose and hemicellulose.
The cellulose-containing raw material is not particularly limited, and various wood chips, various tree pruned branches, thinned wood, branch timber, building waste, factory waste, etc .; wood pulp produced from wood, cotton seeds Pulp such as cotton linter pulp obtained from surrounding fibers; Paper such as newspaper, corrugated cardboard, magazines and fine paper; Plant stems and leaves such as rice straw and corn stalks; Plants such as rice husk, palm husk and coconut husk Shells and the like. Among these, pulps, woods and papers are preferable, and pulps and papers are more preferable.
In the case of commercially available pulp, the cellulose content in the remaining components excluding water is usually 75 to 99% by mass, and includes lignin and the like as other components.

〔セルロースI型結晶化度〕
本発明におけるセルロースのセルロースI型結晶化度は、X線回折法による回折強度値からSegal法により算出したもので、下記計算式(1)により定義される。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
[Cellulose type I crystallinity]
The cellulose type I crystallinity of the cellulose in the present invention is calculated by the Segal method from the diffraction intensity value by the X-ray diffraction method, and is defined by the following calculation formula (1).
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (1)
[I 22.6 is the diffraction intensity of the grating plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 is the diffraction intensity of the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). ]

本発明により製造される低結晶性セルロースは、セルロースI型結晶化度を好ましくは33%以下に低下させたものである。結晶化度が33%以下であれば、セルロースの化学反応性が向上し、例えば、セルロースエーテルの製造において、アルカリを加えた際にアルカリセルロース化が容易に進行し、結果としてセルロースエーテル化反応の反応転化率を向上させることができる。この観点から、結晶化度としては、20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、10%以下が更に好ましく、1〜7%が特に好ましい。なお、計算式(1)で定義されたセルロースI型結晶化度では、計算上マイナスの値になる場合があるが、マイナスの値の場合は、セルロースI型結晶化度は0%とする。   The low crystalline cellulose produced by the present invention has a cellulose I type crystallinity reduced preferably to 33% or less. If the degree of crystallinity is 33% or less, the chemical reactivity of cellulose is improved. For example, in the production of cellulose ether, alkali celluloseization easily proceeds when an alkali is added, resulting in cellulose etherification reaction. The reaction conversion rate can be improved. In this respect, the degree of crystallinity is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, still more preferably 10% or less, and particularly preferably 1 to 7%. Note that the cellulose I type crystallinity defined by the calculation formula (1) may be a negative value in calculation, but in the case of a negative value, the cellulose I type crystallinity is 0%.

ここで、セルロースI型結晶化度とは、セルロースの結晶領域量の全量に対する割合のことである。また、セルロースI型とは、天然セルロースの結晶形のことである。結晶化度は、セルロースの物理的、化学的性質とも関係し、その値が大きいほど、セルロースの結晶性が高く、非結晶部分が少ないため、硬度、密度等は増すが、伸び、柔軟性、水や溶媒に対する溶解性、化学反応性は低下する。また市販のパルプのセルロースI型結晶化度は、通常60%以上である。   Here, the cellulose I type crystallinity is the ratio of the amount of crystal region of cellulose to the total amount. Cellulose type I is a crystalline form of natural cellulose. The degree of crystallinity is also related to the physical and chemical properties of cellulose, and the larger the value, the higher the crystallinity of cellulose and the less non-crystalline parts, so the hardness, density, etc. increase, but elongation, flexibility, Solubility and chemical reactivity in water and solvent decrease. The cellulose I type crystallinity of commercially available pulp is usually 60% or more.

〔低結晶性セルロースの製造〕
本発明では、水分含量が4.5質量%以下である前記セルロース含有原料を粉砕機で処理して、該粉砕処理前後において該セルロースI型結晶化度を1/2.5〜1/100に低減させて低結晶性セルロースを製造する(以下、該粉砕処理を「低結晶化処理」という)。
本発明における低結晶化処理に用いるセルロース含有原料中の水分含量は4.5質量%以下であり、4.3質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましく、3.5質量%以下が更に好ましく、3質量%以下が特に好ましい。この水分含量が4.5質量%以下であれば、容易に粉砕できるとともに、粉砕処理による低結晶化速度が向上し、短時間で効率的に結晶化度を低下させることができ、長時間の粉砕処理による分子量の低下を抑制することができる。一方、この水分含量の下限としては、生産性の観点から、0.2質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上が更に好ましい。
以上の観点から、低結晶化処理に用いるセルロース含有原料中の水分含量は、0.2〜4.3質量%が好ましく、0.3〜4質量%がより好ましく、0.4〜3.5質量%が更に好ましく、0.4〜3質量%が特に好ましい。
[Production of low crystalline cellulose]
In the present invention, the cellulose-containing raw material having a water content of 4.5% by mass or less is processed by a pulverizer, and the cellulose I-type crystallinity is reduced to 1 / 2.5 to 1/100 before and after the pulverization process. A low crystalline cellulose is produced by reducing the amount (hereinafter, the pulverization process is referred to as “low crystallization process”).
The water content in the cellulose-containing raw material used for the low crystallization treatment in the present invention is 4.5% by mass or less, preferably 4.3% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and 3.5% by mass or less. More preferred is 3% by mass or less. If this water content is 4.5% by mass or less, it can be easily pulverized, and the low crystallization speed by the pulverization treatment can be improved, and the crystallinity can be reduced efficiently in a short time. A decrease in molecular weight due to pulverization can be suppressed. On the other hand, the lower limit of the moisture content is preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and still more preferably 0.4% by mass or more from the viewpoint of productivity.
From the above viewpoint, the water content in the cellulose-containing raw material used for the low crystallization treatment is preferably 0.2 to 4.3% by mass, more preferably 0.3 to 4% by mass, and 0.4 to 3.5. % By mass is more preferable, and 0.4 to 3% by mass is particularly preferable.

本発明における低結晶化処理に用いるセルロース含有原料の嵩密度は、好ましくは50〜500kg/m3である。
この嵩密度が50kg/m3以上であれば、セルロース含有原料が適度な容積を有するために取扱い性が向上する。また、粉砕機へ原料仕込み量を多くすることができるので、処理能力が向上し、より効率的に粉砕、低結晶化することができる。この観点から、上記の嵩密度は、より好ましくは65kg/m3以上、さらに好ましくは100kg/m3以上である。一方、この嵩密度の上限は、取扱い性及び生産性の観点から、好ましくは500kg/m3以下、より好ましくは400kg/m3以下、更に好ましくは350kg/m3以下である。これらの観点から、上記の嵩密度は、より好ましくは65〜400kg/m3、更に好ましくは100〜350kg/m3である。なお、上記の嵩密度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
The bulk density of the cellulose-containing raw material used for the low crystallization treatment in the present invention is preferably 50 to 500 kg / m 3 .
When the bulk density is 50 kg / m 3 or more, the cellulose-containing raw material has an appropriate volume, and thus handleability is improved. In addition, since the amount of raw material charged into the pulverizer can be increased, the processing capacity is improved, and pulverization and low crystallization can be performed more efficiently. From this viewpoint, the above bulk density is more preferably 65 kg / m 3 or more, and further preferably 100 kg / m 3 or more. On the other hand, the upper limit of the bulk density is preferably 500 kg / m 3 or less, more preferably 400 kg / m 3 or less, and still more preferably 350 kg / m 3 or less from the viewpoint of handleability and productivity. From these viewpoints, the above bulk density is more preferably 65 to 400 kg / m 3 , and still more preferably 100 to 350 kg / m 3 . In addition, said bulk density can be measured by the method as described in an Example.

粉砕機に供給するセルロース含有原料のセルロースの分子量は、10万〜100万の範囲である。このセルロースの分子量が上記の範囲であれば、効率良い低結晶化が可能となる。これらの観点から、セルロースの分子量としては、12万〜75万がより好ましく、15万〜60万が更に好ましい。なお、上記のセルロースの分子量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
上記のセルロース含有原料を粉砕機で処理することにより、セルロース含有原料を粉砕し、かつ短時間で効率的にセルロースの分子量の低下を抑制しつつ、結晶化度を低下させた低結晶性セルロースを製造することができる。
The cellulose molecular weight of the cellulose-containing raw material supplied to the pulverizer is in the range of 100,000 to 1,000,000. When the molecular weight of the cellulose is in the above range, efficient low crystallization is possible. From these viewpoints, the molecular weight of cellulose is more preferably 120,000 to 750,000, and further preferably 150,000 to 600,000. In addition, the molecular weight of said cellulose can be measured by the method as described in an Example.
By treating the cellulose-containing raw material with a pulverizer, the cellulose-containing raw material is pulverized, and the low-crystalline cellulose having a reduced crystallinity is effectively suppressed in a short time while suppressing a decrease in the molecular weight of the cellulose. Can be manufactured.

(低結晶化処理の前処理)
嵩密度が50kg/m3未満あるいは表面積が100cm2を超えるセルロース含有原料を用いる場合には前処理を行い、嵩密度を50〜500kg/m3、あるいは表面積を0.01〜100cm2の範囲に調整することが好ましい。例えば、セルロース含有原料の前処理として、裁断処理及び/又は粗砕処理することで、セルロース含有原料の嵩密度、表面積及び比表面積を前述の好ましい範囲にすることができる。少ない工程数で低結晶性セルロースを製造する観点から、セルロース含有原料の前処理として裁断処理を行うことが好ましい。
(Pretreatment for low crystallization treatment)
Preprocess if the bulk density is the cellulose-containing raw material or surface area of less than 50 kg / m 3 is more than 100 cm 2, a bulk density 50~500kg / m 3, or the surface area in the range of 0.01~100Cm 2 It is preferable to adjust. For example, as a pretreatment of the cellulose-containing raw material, the bulk density, the surface area, and the specific surface area of the cellulose-containing raw material can be set to the above-described preferable ranges by performing a cutting treatment and / or a crushing treatment. From the viewpoint of producing low crystalline cellulose with a small number of steps, it is preferable to perform a cutting treatment as a pretreatment of the cellulose-containing raw material.

(裁断処理)
セルロース含有原料を裁断する方法は、セルロース含有原料の種類や形状により適宜の方法を選択することができるが、例えば、シュレッダー、スリッターカッター及びロータリーカッターから選ばれる1種以上の裁断機を使用する方法が挙げられる。
シート状のセルロース含有原料を用いる場合、裁断機としてシュレッダー又はスリッターカッターを使用することが好ましく、生産性の観点から、スリッターカッターを使用することがより好ましい。
スリッターカッターは、シートの長手方向に沿った縦方向にロールカッターで縦切りして、細長い短冊状とし、次に、固定刃と回転刃でシートの幅方向に沿って短く横切りすることにより、さいの目形状のセルロース含有原料を容易に得ることができる。スリッターカッターとしては、株式会社ホーライ社製のシートペレタイザを好ましく使用でき、この装置を使用すると、シート状のセルロース含有原料を約1〜20mm角に裁断することができる。
(Cutting process)
The method for cutting the cellulose-containing raw material can be selected as appropriate depending on the type and shape of the cellulose-containing raw material. For example, a method using one or more cutting machines selected from a shredder, a slitter cutter, and a rotary cutter. Is mentioned.
When using a sheet-like cellulose-containing raw material, it is preferable to use a shredder or a slitter cutter as a cutter, and it is more preferable to use a slitter cutter from the viewpoint of productivity.
The slitter cutter is cut vertically with a roll cutter in the longitudinal direction along the longitudinal direction of the sheet to form a long and narrow strip, and then cut shortly along the width direction of the sheet with a fixed blade and a rotary blade, A cellulose-containing raw material having a shape can be easily obtained. As the slitter cutter, a sheet pelletizer manufactured by Horai Co., Ltd. can be preferably used. When this apparatus is used, a sheet-like cellulose-containing raw material can be cut into about 1 to 20 mm square.

間伐材、剪定枝材、建築廃材等の木材類、あるいはシート状以外のセルロース含有原料を裁断する場合には、ロータリーカッターを使用することが好ましい。ロータリーカッターは、回転刃とスクリーンから構成され、回転刃によりスクリーンの目開き以下に裁断されたセルロース含有原料を容易に得ることができる。なお、必要に応じて固定刃を設け、回転刃と固定刃により裁断することもできる。   It is preferable to use a rotary cutter when cutting wood such as thinned wood, pruned branches, construction waste, etc., or cellulose-containing raw materials other than sheets. The rotary cutter is composed of a rotary blade and a screen, and can easily obtain a cellulose-containing raw material that is cut by the rotary blade below the opening of the screen. In addition, if necessary, a fixed blade may be provided and cutting may be performed with a rotary blade and a fixed blade.

ロータリーカッターを使用する場合、得られる粗粉砕物の大きさは、スクリーンの目開きを変えることにより、制御することができる。スクリーンの目開きは、1〜70mmが好ましく、2〜50mmがより好ましく、3〜40mmがさらに好ましい。スクリーンの目開きが1mm以上であれば、適度な嵩高さを有する粗粉砕物が得られ取扱い性が向上する。スクリーンの目開きが70mm以下であれば、後の粉砕処理において、粉砕原料として適度な大きさを有するために、負荷を低減することができる。   When a rotary cutter is used, the size of the coarsely pulverized product obtained can be controlled by changing the opening of the screen. The screen opening is preferably 1 to 70 mm, more preferably 2 to 50 mm, and even more preferably 3 to 40 mm. If the opening of the screen is 1 mm or more, a coarsely pulverized product having an appropriate bulkiness is obtained, and the handleability is improved. If the opening of the screen is 70 mm or less, the subsequent pulverization process has an appropriate size as a pulverization raw material, and thus the load can be reduced.

裁断処理後に得られるセルロース含有原料の大きさとしては、好ましくは1〜70mm角、より好ましくは1〜50mm角である。1〜70mm角に裁断することにより、後の乾燥処理を効率良く容易に行うことができ、また後の粉砕処理における粉砕に要する負荷を軽減することができる。   The size of the cellulose-containing raw material obtained after the cutting treatment is preferably 1 to 70 mm square, more preferably 1 to 50 mm square. By cutting into 1 to 70 mm square, the subsequent drying process can be performed efficiently and easily, and the load required for the pulverization in the subsequent pulverization process can be reduced.

(粗砕処理)
次に、セルロース含有原料、好ましくは前記裁断処理で得られたセルロース含有原料を必要に応じてさらに粗砕処理することができる。粗砕処理としては押出機処理が好ましく、押出機処理により、圧縮せん断力を作用させ、セルロースの結晶構造を破壊して、セルロース含有原料を粉末化させ、嵩密度をさらに高めることができる。
圧縮せん断力を作用させて機械的に粉砕する方法として、従来よく用いられる衝撃式の粉砕機、例えば、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル等では、粉砕物が綿状化して嵩高くなり、取扱い性を損ない、質量ベースの処理能力が低下する。一方、押出機を用いることにより、所望の嵩密度を有する粉砕原料が得られ、取扱い性を向上させることができる。
(Crushing treatment)
Next, the cellulose-containing raw material, preferably the cellulose-containing raw material obtained by the above-described cutting treatment, can be further crushed as necessary. As the crushing treatment, an extruder treatment is preferable. By the extruder treatment, a compressive shear force can be applied, the crystal structure of cellulose can be destroyed, the cellulose-containing raw material can be pulverized, and the bulk density can be further increased.
As a method of mechanically pulverizing by applying a compressive shear force, conventionally used impact type pulverizers such as a cutter mill, a hammer mill, a pin mill, etc., make the pulverized material fluffy and bulky. And the mass-based throughput is reduced. On the other hand, by using an extruder, a pulverized raw material having a desired bulk density can be obtained, and handleability can be improved.

押出機としては、単軸、二軸のどちらの形式でもよいが、搬送能力を高める等の観点から、二軸押出機が好ましい。
二軸押出機としては、シリンダの内部に2本のスクリューが回転自在に挿入された押出機であり、従来から公知のものが使用できる。2本のスクリューの回転方向は、同一でも逆方向でもよいが、搬送能力を高める観点から、同一方向の回転が好ましい。
また、スクリューの噛み合い条件としては、完全噛み合い、部分噛み合い、非噛み合いの各形式の押出機のいずれでもよいが、処理能力を向上させる観点から、完全噛み合い型、部分噛み合い型が好ましい。
The extruder may be either a single-screw type or a twin-screw type, but a twin-screw extruder is preferable from the viewpoint of increasing the conveyance capability.
The twin screw extruder is an extruder in which two screws are rotatably inserted into a cylinder, and conventionally known ones can be used. The rotation directions of the two screws may be the same or opposite directions, but the rotation in the same direction is preferable from the viewpoint of increasing the conveyance capability.
Further, as the meshing conditions of the screw, any of full-engagement, partial meshing, and non-meshing extruders may be used, but from the viewpoint of improving the processing capability, the complete meshing type and the partial meshing type are preferable.

押出機としては、強い圧縮せん断力を加える観点から、スクリューのいずれかの部分に、いわゆるニーディングディスク部を備えることが好ましい。
ニーディングディスク部とは、複数のニーディングディスクで構成され、これらを連続して、一定の位相で、例えば90°ずつに、ずらしながら組み合わせたものであり、スクリューの回転にともなって、ニーディングディスク間あるいはニーディングディスクとシリンダの間の狭い隙間にセルロース含有原料を強制的に通過させることで極めて強いせん断力を付与することができる。スクリューの構成としては、ニーディングディスク部と複数のスクリューセグメントとが交互に配置されることが好ましい。二軸押出機の場合、2本のスクリューが、同一の構成を有することが好ましい。
As an extruder, it is preferable to provide what is called a kneading disk part in any part of a screw from a viewpoint of applying a strong compressive shear force.
The kneading disc part is composed of a plurality of kneading discs, which are continuously combined at a constant phase, for example, 90 °, and are kneaded as the screw rotates. By forcing the cellulose-containing raw material to pass through a narrow gap between the disks or between the kneading disk and the cylinder, an extremely strong shearing force can be applied. As a configuration of the screw, it is preferable that the kneading disk portion and the plurality of screw segments are alternately arranged. In the case of a twin screw extruder, it is preferable that the two screws have the same configuration.

粗砕処理の方法としては、前記セルロース含有原料、好ましくは前記裁断処理して得られたセルロース含有原料を押出機に投入し、連続的に処理する方法が好ましい。せん断速度としては、10sec-1以上が好ましく、20〜30000sec-1がより好ましく、50〜3000sec-1が更に好ましく、500〜3000sec-1が特に好ましい。せん断速度が10sec-1以上であれば、有効に粉砕が進行する。その他の処理条件としては、特に制限はないが、処理温度としては5〜200℃が好ましい。
また、押出機によるパス回数としては、1パスでも十分効果を得ることができるが、セルロースの結晶化度及び重合度を低下させる観点から、1パスで不十分な場合は、2パス以上行うことが好ましい。また、生産性の観点からは、1〜10パスが好ましい。パスを繰返すことにより、粗大粒子が粉砕され、粒径のばらつきが少ない粉末状セルロース含有原料を得ることができる。2パス以上行う場合、生産能力を考慮し、複数の押出機を直列に並べて処理を行ってもよい。
As a method of the coarse crushing treatment, a method of continuously processing the cellulose-containing raw material, preferably the cellulose-containing raw material obtained by the cutting treatment is put into an extruder. The shear rate is preferably 10 sec -1 or more, more preferably 20~30000Sec -1, more preferably 50~3000sec -1, 500~3000sec -1 is particularly preferred. If the shear rate is 10 sec −1 or more, pulverization proceeds effectively. Other treatment conditions are not particularly limited, but the treatment temperature is preferably 5 to 200 ° C.
Also, as the number of passes by the extruder, a sufficient effect can be obtained even with one pass, but from the viewpoint of reducing the crystallinity and the degree of polymerization of cellulose, if one pass is insufficient, perform two or more passes. Is preferred. Further, from the viewpoint of productivity, 1 to 10 passes is preferable. By repeating the pass, coarse particles are pulverized and a powdery cellulose-containing raw material with little variation in particle size can be obtained. When performing two or more passes, in consideration of production capacity, a plurality of extruders may be arranged in series for processing.

粗砕処理後に得られるセルロース含有原料の平均粒径は、低結晶化処理における粉砕機中に粉砕原料を効率的に分散させる観点から、0.01〜1mmの範囲が好ましい。この平均粒径が1mm以下であれば、低結晶化処理の際に、粉砕機中に粉砕原料を効率的に分散させることができ、長時間を要することなく所定の粒径に到達することができる。一方、この平均粒径の下限としては、生産性の観点から、0.01mm以上が好ましい。これらの観点から、この平均粒径としては、0.01〜0.7mmがより好ましく、0.05〜0.5mmが更に好ましい。なお、上記の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定することができる。   The average particle size of the cellulose-containing raw material obtained after the coarse pulverization treatment is preferably in the range of 0.01 to 1 mm from the viewpoint of efficiently dispersing the pulverized raw material in the pulverizer in the low crystallization treatment. If the average particle diameter is 1 mm or less, the pulverized raw material can be efficiently dispersed in the pulverizer during the low crystallization treatment, and the predetermined particle diameter can be reached without taking a long time. it can. On the other hand, the lower limit of the average particle diameter is preferably 0.01 mm or more from the viewpoint of productivity. From these viewpoints, the average particle diameter is more preferably 0.01 to 0.7 mm, and even more preferably 0.05 to 0.5 mm. In addition, said average particle diameter can be measured by the method as described in an Example.

(乾燥処理)
本発明において、セルロース含有原料、好ましくは上記裁断処理及び/又は粗砕処理して得られたセルロース含有原料を低結晶化処理前に乾燥処理することが好ましい。
一般に、市販のパルプ類、バイオマス資源として利用される紙類、木材類、植物茎・葉類、植物殻類等の一般に利用可能なセルロース含有原料は、5質量%を超える水分を含有しており、通常5〜30質量%程度の水分を含有している。
したがって、本発明では、乾燥処理を行うことによって、セルロース含有原料の水分含量を4.5質量%以下に調整することが好ましい。
(Drying process)
In the present invention, the cellulose-containing raw material, preferably the cellulose-containing raw material obtained by the above-described cutting treatment and / or crushing treatment, is preferably dried before the low crystallization treatment.
In general, commercially available pulps, papers used as biomass resources, woods, plant stems / leaves, plant shells and other generally available cellulose-containing raw materials contain more than 5% by weight of moisture. Usually, it contains about 5 to 30% by mass of water.
Therefore, in this invention, it is preferable to adjust the moisture content of a cellulose containing raw material to 4.5 mass% or less by performing a drying process.

乾燥方法としては、公知の乾燥手段を適宜選択すればよく、例えば、熱風受熱乾燥法、伝導受熱乾燥法、除湿空気乾燥法、冷風乾燥法、マイクロ波乾燥法、赤外線乾燥法、天日乾燥法、真空乾燥法、凍結乾燥法等が挙げられる。
上記の乾燥方法において、公知の乾燥機を適宜選択して使用することができ、例えば、「粉体工学概論」(社団法人日本粉体工業技術会編集 粉体工学情報センター1995年発行) 176頁に記載の乾燥機等が挙げられる。
これらの乾燥方法及び乾燥機は1種でも又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。乾燥処理はバッチ処理、連続処理のいずれでも可能である。
乾燥処理における温度は、乾燥手段、乾燥時間等により一概には決定できないが、10〜250℃が好ましく、50〜150℃がより好ましい。処理時間としては0.01〜2hrが好ましく、0.02〜1hrがより好ましい。必要に応じて減圧下で乾燥処理を行なってもよく、圧力としては、1〜120kPaが好ましく、50〜105kPaがより好ましい。
As a drying method, a known drying means may be appropriately selected. For example, hot air heat receiving drying method, conductive heat receiving drying method, dehumidified air drying method, cold air drying method, microwave drying method, infrared drying method, sun drying method , Vacuum drying method, freeze drying method and the like.
In the above drying method, a known dryer can be appropriately selected and used. For example, “Introduction to Powder Engineering” (Edited by Japan Powder Industry Technology Association, Powder Technology Information Center 1995) page 176 And the like.
These drying methods and dryers may be used alone or in combination of two or more. The drying process can be either a batch process or a continuous process.
The temperature in the drying process cannot be determined unconditionally depending on the drying means, drying time, etc., but is preferably 10 to 250 ° C, more preferably 50 to 150 ° C. As processing time, 0.01-2 hr is preferable and 0.02-1 hr is more preferable. You may dry-process under reduced pressure as needed, and as a pressure, 1-120 kPa is preferable and 50-105 kPa is more preferable.

〔低結晶化処理〕
低結晶化処理に使用する粉砕機としては、媒体式粉砕機を好ましく用いることができる。媒体式粉砕機には容器駆動式粉砕機と媒体撹拌式粉砕機とがある。
容器駆動式粉砕機としては転動ミル、振動ミル、遊星ミル、遠心流動ミル等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、振動ミルが好ましい。
媒体撹拌式粉砕機としてはタワーミル等の塔型粉砕機;アトライター、アクアマイザー、サンドグラインダー等の撹拌槽型粉砕機;ビスコミル、パールミル等の流通槽型粉砕機;流通管型粉砕機;コボールミル等のアニュラー型粉砕機;連続式のダイナミック型粉砕機等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、撹拌槽型粉砕機が好ましい。媒体攪拌式粉砕機を用いる場合の攪拌翼の先端の周速は、好ましくは0.5〜20m/s、より好ましくは1〜15m/sである。
粉砕機の種類は「化学工学の進歩 第30集 微粒子制御」(社団法人 化学工学会東海支部編、1996年10月10日発行、槇書店)を参照することができる。
処理方法としては、バッチ処理及び連続処理のどちらでもよいが、生産性の観点から連続処理が好ましい。
[Low crystallization treatment]
As the pulverizer used for the low crystallization treatment, a medium pulverizer can be preferably used. The medium type pulverizer includes a container driven pulverizer and a medium stirring pulverizer.
Examples of the container-driven crusher include a rolling mill, a vibration mill, a planetary mill, and a centrifugal fluid mill. Among these, a vibration mill is preferable from the viewpoint of high grinding efficiency and productivity.
As a medium agitation type pulverizer, a tower type pulverizer such as a tower mill; an agitating tank type pulverizer such as an attritor, an aquamizer, a sand grinder; a distribution tank type pulverizer such as a visco mill and a pearl mill; For example, a continuous dynamic type pulverizer. Among these, a stirring tank type pulverizer is preferable from the viewpoint of high pulverization efficiency and productivity. In the case of using a medium stirring pulverizer, the peripheral speed of the tip of the stirring blade is preferably 0.5 to 20 m / s, more preferably 1 to 15 m / s.
The type of pulverizer can be referred to “Chemical Engineering Advances 30th Particulate Control” (Chemical Engineering Society, Tokai Branch, issued October 10, 1996, Sakai Shoten).
The processing method may be either batch processing or continuous processing, but continuous processing is preferable from the viewpoint of productivity.

粉砕機の媒体としては、ボール、ロッド、チューブ等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、ボール、ロッドが好ましく、ロッドがより好ましい。
粉砕機の媒体の材質としては、特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、チッ化珪素、ガラス等が挙げられる。
Examples of the pulverizer medium include balls, rods, and tubes. Of these, balls and rods are preferable and rods are more preferable from the viewpoint of high grinding efficiency and productivity.
There is no restriction | limiting in particular as a material of the medium of a grinder, For example, iron, stainless steel, an alumina, a zirconia, silicon carbide, a silicon nitride, glass etc. are mentioned.

粉砕機が振動ミルであって、媒体がボールの場合には、ボールの外径は、好ましくは0.1〜100mm、より好ましくは0.5〜50mmの範囲である。ボールの大きさが上記の範囲であれば、所望の粉砕力が得られるとともに、ボールのかけら等が混入してセルロース含有原料が汚染されることなく効率的にセルロースの分子量の低下を抑制しつつ、結晶化度を低減させることができる。   When the pulverizer is a vibration mill and the medium is a ball, the outer diameter of the ball is preferably in the range of 0.1 to 100 mm, more preferably 0.5 to 50 mm. If the size of the ball is in the above range, the desired pulverization force can be obtained, and the cellulose-containing raw material can be efficiently contaminated without contamination of the cellulose-containing raw material by mixing pieces of the ball, etc. The crystallinity can be reduced.

本発明では、ロッドを充填した振動ミルで粉砕処理することにより、原料中のセルロースの分子量の低下を抑制しつつ、結晶化度を効率的に低減させることができ、好適である。
振動ミルとしては、中央化工機株式会社製の振動ミル、株式会社吉田製作所製の小型振動ロッドミル1045型、ドイツのフリッチュ社製の振動カップミルP−9型、日陶科学株式会社製の小型振動ミルNB−O型等を用いることができる。
粉砕機の媒体として用いるロッドとは棒状の媒体であり、ロッドの断面が四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等のものを用いることができる。
ロッドの外径は、好ましくは0.5〜200mm、より好ましくは1〜100mm、更に好ましくは5〜50mmの範囲である。ロッドの長さは、粉砕機の容器の長さよりも短いものであれば特に限定されない。ロッドの大きさが上記の範囲であれば、所望の粉砕力が得られるとともに、ロッドのかけら等が混入してセルロース含有原料が汚染されることなく効率的にセルロースの分子量の低下を抑制しつつ、結晶化度を低減させることができる。
In the present invention, pulverization with a vibration mill filled with a rod is preferable because the crystallinity can be efficiently reduced while suppressing a decrease in the molecular weight of cellulose in the raw material.
As a vibration mill, a vibration mill manufactured by Chuo Kakki Co., Ltd., a small vibration rod mill 1045 type manufactured by Yoshida Seisakusho Co., Ltd., a vibration cup mill P-9 type manufactured by Fritsch, Germany, and a small vibration mill manufactured by Nichito Kagaku Co., Ltd. An NB-O type or the like can be used.
The rod used as the medium of the pulverizer is a rod-shaped medium, and a rod having a cross section of a polygon such as a quadrangle or a hexagon, a circle, or an ellipse can be used.
The outer diameter of the rod is preferably in the range of 0.5 to 200 mm, more preferably 1 to 100 mm, and still more preferably 5 to 50 mm. The length of the rod is not particularly limited as long as it is shorter than the length of the pulverizer container. If the size of the rod is in the above range, the desired pulverization force can be obtained, and while the fragment of the rod is mixed and the cellulose-containing raw material is not contaminated, the decrease in the molecular weight of the cellulose is efficiently suppressed. The crystallinity can be reduced.

ボール、ロッド等の媒体の充填率は、粉砕機の機種により好適な範囲が異なるが、好ましくは10〜97%、より好ましくは15〜95%の範囲である。充填率がこの範囲内であれば、セルロース含有原料と媒体との接触頻度が向上するとともに、媒体の動きを妨げずに、粉砕効率を向上させることができる。ここで充填率とは、粉砕機の攪拌部の容積に対する媒体の見かけの体積をいう。
粉砕機の処理時間としては、粉砕機の種類、ボール、ロッド等の媒体の種類、大きさ及び充填率等により一概に決定できないが、長時間の粉砕による分子量低下を抑制しつつ、結晶化度を効率的に低下させる観点から、好ましくは0.5〜100分、より好ましくは2〜80分、更に好ましくは3〜60分、特に好ましくは3〜40分である。
処理温度は、特に制限はないが、熱によるセルロースの劣化を防ぐ観点から、好ましくは5〜250℃、より好ましくは10〜200℃である。
The filling ratio of the medium such as balls and rods varies depending on the type of pulverizer, but is preferably 10 to 97%, more preferably 15 to 95%. When the filling rate is within this range, the contact frequency between the cellulose-containing raw material and the medium is improved, and the grinding efficiency can be improved without hindering the movement of the medium. Here, the filling rate refers to the apparent volume of the medium relative to the volume of the stirring unit of the pulverizer.
The processing time of the pulverizer cannot be determined unconditionally depending on the type of pulverizer, the type of media such as balls and rods, size and filling rate, etc. From the viewpoint of efficiently reducing the pH, it is preferably 0.5 to 100 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, still more preferably 3 to 60 minutes, and particularly preferably 3 to 40 minutes.
The treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 5 to 250 ° C, more preferably 10 to 200 ° C, from the viewpoint of preventing deterioration of cellulose due to heat.

上記の処理方法により分子量の低下を抑制しつつ、結晶化度を低下させることができ、該粉砕処理の際に、その内部に粉砕物が固着せずに、乾式にて処理することができる。
低結晶化処理前と後での結晶化度比〔処理後の結晶化度/処理前の結晶化度〕(以下、単に結晶化度比と称することがある)は、1/2.5〜1/100であり、1/2.7〜1/95が好ましく、1/3〜1/90がより好ましい。
得られる低結晶性セルロースの分子量は、例えば、セルロースエーテルを製造する場合に、優れた使用感を有するセルロースエーテルを得ることができるなどの観点から、好ましくは1万〜80万、より好ましくは3万〜60万、更に好ましくは5万〜50万である。
さらに、上記と同様な観点から、低結晶化処理前と後での分子量比(分子量低下率)〔処理後の分子量/処理前の分子量〕(以下、単に分子量比と称することがある)が、0.55以上1未満であることが好ましく、0.60以上1未満であることがより好ましい。
さらに、結晶化度の低下の割合に対して、分子量比の低下を抑制する観点から、分子量比/結晶化度比は、9〜20が好ましく、9〜18がより好ましく、9〜15が更に好ましい。
得られる低結晶性セルロースの平均粒径は、これを工業原料として用いる際の化学反応性及び取扱い性の観点から、好ましくは1〜150μm、より好ましくは5〜100μm、さらに好ましくは7〜100μmである。特に平均粒径が7μm以上であれば、低結晶性セルロースを水等の液体と接触させたときに「ママコ」になることを抑えることができる。
The crystallinity can be lowered while suppressing a decrease in molecular weight by the above treatment method, and the pulverized product does not adhere to the inside during the pulverization treatment, and the dry treatment can be performed.
The crystallinity ratio before and after the low crystallization treatment [crystallinity after treatment / crystallinity before treatment] (hereinafter sometimes simply referred to as crystallinity ratio) is 1 / 2.5 to 1/100, preferably 1 / 2.7 to 1/95, and more preferably 1/3 to 1/90.
The molecular weight of the obtained low crystalline cellulose is preferably 10,000 to 800,000, more preferably 3 from the viewpoint that, for example, cellulose ether having excellent usability can be obtained when cellulose ether is produced. It is 10,000 to 600,000, more preferably 50,000 to 500,000.
Further, from the same viewpoint as described above, the molecular weight ratio before and after the low crystallization treatment (molecular weight reduction rate) [molecular weight after treatment / molecular weight before treatment] (hereinafter sometimes simply referred to as molecular weight ratio) It is preferably 0.55 or more and less than 1, more preferably 0.60 or more and less than 1.
Furthermore, the molecular weight ratio / crystallinity ratio is preferably 9 to 20, more preferably 9 to 18, and further preferably 9 to 15 from the viewpoint of suppressing the decrease in the molecular weight ratio with respect to the rate of decrease in the crystallinity. preferable.
The average particle size of the obtained low crystalline cellulose is preferably from 1 to 150 μm, more preferably from 5 to 100 μm, and even more preferably from 7 to 100 μm, from the viewpoint of chemical reactivity and handleability when this is used as an industrial raw material. is there. In particular, when the average particle size is 7 μm or more, it is possible to suppress the occurrence of “maco” when the low crystalline cellulose is brought into contact with a liquid such as water.

セルロース含有原料及び低結晶性セルロースの嵩密度、分子量、平均粒径、結晶化度、水分含量、及びセルロース含有量の測定は、下記に記載の方法で行った。
(1)嵩密度の測定
嵩密度は、ホソカワミクロン株式会社製の「パウダーテスター」を用いて測定した。測定は、ふるいを振動させて、サンプルをシュートを通じ落下させ、規定の容器(容量100mL)に受け、該容器中のサンプルの質量を測定することにより算出した。ただし綿状化したサンプルについては、ふるいを通さずにシュートを通じ落下させ、規定の容器(容量100mL)に受け、該容器中のサンプルの質量を測定することにより算出した。
(2)セルロースの分子量の測定
セルロースの分子量は、ISO−4312法に記載の銅アンモニア法により重合度を求め、グルコースユニットの分子量(162)を掛けて算出した。
(3)平均粒径の測定
平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「LA−920」(株式会社堀場製作所製)を用いて測定した。測定条件は、粒径測定前に超音波で1分間処理し、測定時の分散媒体として水を用い、体積基準のメジアン径を、温度25℃にて測定した。
The bulk density, molecular weight, average particle diameter, crystallinity, water content, and cellulose content of the cellulose-containing raw material and low crystalline cellulose were measured by the methods described below.
(1) Measurement of bulk density The bulk density was measured using "Powder Tester" manufactured by Hosokawa Micron Corporation. The measurement was calculated by vibrating the sieve, dropping the sample through a chute, receiving it in a specified container (capacity 100 mL), and measuring the mass of the sample in the container. However, the cotton-like sample was calculated by dropping it through a chute without passing through a sieve, receiving it in a specified container (capacity 100 mL), and measuring the mass of the sample in the container.
(2) Measurement of molecular weight of cellulose The molecular weight of cellulose was calculated by obtaining the degree of polymerization by the copper ammonia method described in ISO-4312 method and multiplying by the molecular weight of the glucose unit (162).
(3) Measurement of average particle diameter The average particle diameter was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus “LA-920” (manufactured by Horiba, Ltd.). The measurement conditions were ultrasonic treatment for 1 minute before particle size measurement, water was used as a dispersion medium during measurement, and the volume-based median diameter was measured at a temperature of 25 ° C.

(4)結晶化度の算出
セルロースI型結晶化度は、サンプルのX線回折強度を、株式会社リガク製の「Rigaku RINT 2500VC X-RAY diffractometer」を用いて以下の条件で測定し、前記計算式に基づいて算出した。
測定条件は、X線源:Cu/Kα−radiation,管電圧:40kv,管電流:120mA,測定範囲:回折角2θ=5〜45°、X線のスキャンスピード:10°/minで測定した。測定用サンプルは面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮し作製した。
(5)水分含量の測定
水分含量は、赤外線水分計(株式会社島津製作所製、「MOC−120H」)を使用し、120℃にて測定を行った。
(6)セルロース含有量の測定
セルロース含有量は、社団法人日本分析化学会編、分析化学便覧(改訂四版、平成3年11月30日、丸善株式会社発行)の1081頁〜1082頁に記載のホロセルロース定量法により測定した。
(4) Calculation of crystallinity The cellulose I type crystallinity is calculated by measuring the X-ray diffraction intensity of a sample using the “Rigaku RINT 2500VC X-RAY diffractometer” manufactured by Rigaku Corporation under the following conditions. Calculated based on the formula.
The measurement conditions were X-ray source: Cu / Kα-radiation, tube voltage: 40 kv, tube current: 120 mA, measurement range: diffraction angle 2θ = 5-45 °, and X-ray scan speed: 10 ° / min. The measurement sample was prepared by compressing a pellet having an area of 320 mm 2 × thickness of 1 mm.
(5) Measurement of moisture content The moisture content was measured at 120 ° C using an infrared moisture meter (manufactured by Shimadzu Corporation, "MOC-120H").
(6) Measurement of cellulose content Cellulose content is described in pages 1081 to 1082 of the Japan Analytical Chemistry Society, Analytical Chemistry Handbook (4th revised edition, published on November 30, 1991, Maruzen Co., Ltd.). This was measured by the holocellulose quantitative method.

実施例1
〔裁断処理〕
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ〔テンベック社製「Biofloc HV-10A」、800mm×600mm×1.0mm、結晶化度81.5%、セルロース含有量(セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中の含有量、以下同じ)96質量%、水分含量8.5質量%〕を、シートペレタイザ(株式会社ホーライ製、「SG(E)−220」)にかけ、約4mm×4mm×1.0mmの大きさに裁断した。裁断処理後に得られたパルプは、嵩密度200kg/m3であった。
Example 1
[Cutting]
As a cellulose-containing raw material, a sheet-like wood pulp [“Biofloc HV-10A” manufactured by Tenbeck Co., Ltd., 800 mm × 600 mm × 1.0 mm, crystallinity 81.5%, cellulose content (residuals obtained by removing water from the cellulose-containing raw material] The content in the components (hereinafter the same) 96 mass%, water content 8.5 mass%] was applied to a sheet pelletizer (“SG (E) -220” manufactured by Horai Co., Ltd.), and about 4 mm × 4 mm × 1. It cut | judged to the magnitude | size of 0 mm. The pulp obtained after the cutting treatment had a bulk density of 200 kg / m 3 .

〔乾燥処理〕
裁断処理により得られたパルプを、棚乾燥機〔アドバンテック(ADVANTEC)社製 真空定温乾燥器「DRV320DA」〕を用いて、乾燥後のパルプの水分含量が、0.4質量%になるように乾燥した。乾燥処理後のパルプの結晶化度は79%、分子量は22.6万であった。
[Drying treatment]
The pulp obtained by the cutting process is dried using a shelf dryer (a vacuum constant temperature dryer “DRV320DA” manufactured by ADVANTEC) so that the moisture content of the pulp after drying is 0.4% by mass. did. The crystallinity of the pulp after the drying treatment was 79%, and the molecular weight was 26,000.

〔低結晶化処理〕
乾燥処理により得られたパルプを、バッチ式振動ミル(中央化工機株式会社製、「MB−1」、容器全容量3.5L)に100g投入し、ロッドとして、直径30mm、長さ218mm、材質ステンレス、断面形状が円形のロッド13本を振動ミルに充填(充填率57%)して、振幅8mm、円回転1200cpmの条件で、30分間処理した。
処理終了後、振動ミル内の壁面や底部にパルプの固着物等はみられなかった。得られた低結晶性セルロースの分子量は13.6万、結晶化度は5%であった。結果を表1に示す。
[Low crystallization treatment]
100 g of the pulp obtained by the drying treatment is put into a batch-type vibration mill (Chuo Kako Co., Ltd., “MB-1”, total container capacity 3.5 L), and the rod has a diameter of 30 mm, a length of 218 mm, a material Thirteen stainless steel rods with a circular cross-sectional shape were filled into a vibration mill (filling rate 57%) and treated for 30 minutes under conditions of an amplitude of 8 mm and a circular rotation of 1200 cpm.
After completion of the treatment, no pulp sticking matter was found on the wall or bottom of the vibration mill. The obtained low crystalline cellulose had a molecular weight of 130,000 and a crystallinity of 5%. The results are shown in Table 1.

比較例1
乾燥処理において、裁断処理して得られたパルプを乾燥後のパルプの水分含量が、7.1質量%になるように乾燥し、低結晶化処理を1.75時間行ったこと以外は、実施例1と同様の方法で裁断、乾燥及び低結晶化処理を行った。乾燥処理後のパルプの結晶化度は83%、分子量は22.0万であった。低結晶化処理後に得られたセルロースの分子量は11.6万、結晶化度は5%であった。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
In the drying process, except that the pulp obtained by the cutting process was dried so that the moisture content of the pulp after drying was 7.1% by mass, and the low crystallization process was performed for 1.75 hours. Cutting, drying and low crystallization were performed in the same manner as in Example 1. The crystallinity of the pulp after the drying treatment was 83%, and the molecular weight was 22 million. The molecular weight of the cellulose obtained after the low crystallization treatment was 116,000, and the crystallinity was 5%. The results are shown in Table 1.

実施例2
〔裁断処理〕
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ〔ボレガード(Borregard)社製「Blue Bear Ultra Ether」、800mm×600mm×1.5mm、結晶化度81%、セルロース含有量96質量%、水分含量8.5質量%〕を、シュレッダー(株式会社明光商会、「MSX2000−IVP440F」)にかけ、約10mm×5mm×1.5mmの大きさに裁断した。裁断処理後に得られたパルプは、嵩密度180kg/m3であった。
Example 2
[Cutting]
As a cellulose-containing raw material, sheet-like wood pulp [“Boreregard” “Blue Bear Ultra Ether”, 800 mm × 600 mm × 1.5 mm, crystallinity 81%, cellulose content 96% by mass, water content 8.5% by mass %] Was shredded (Meiko Shokai Co., Ltd., “MSX2000-IVP440F”) and cut into a size of about 10 mm × 5 mm × 1.5 mm. The pulp obtained after the cutting treatment had a bulk density of 180 kg / m 3 .

〔粗砕処理〕
得られたチップ状パルプを二軸押出機(株式会社スエヒロEPM製、「EA−20」)に2kg/hrで投入し、せん断速度660sec-1、スクリュー回転数300rpm、外部から冷却水を流しながら、1パス処理した。なお、前記二軸押出機は、完全噛み合い型同方向回転二軸押出機であり、2列に配置されたスクリューは、スクリュー径40mmのスクリュー部と、互い違い(90°)に12ブロックを組み合わせたニーディングディスク部とを有し、2本のスクリューは、同じ構成を有するものである。また、二軸押出機の温度は、処理にともなう発熱により、30〜70℃であった。
粗砕処理後に得られたパルプの平均粒径は156μm、嵩密度は330kg/m3であった。
[Crushing treatment]
The obtained chip-like pulp was charged into a twin-screw extruder (manufactured by Suehiro EPM, “EA-20”) at 2 kg / hr, and the shear rate was 660 sec −1 , the screw rotation speed was 300 rpm, and cooling water was allowed to flow from the outside. 1 pass processing. The twin-screw extruder is a fully meshing type co-rotating twin-screw extruder, and the screws arranged in two rows are combined with a screw portion having a screw diameter of 40 mm and 12 blocks alternately (90 °). The two screws have the same configuration. The temperature of the twin screw extruder was 30 to 70 ° C. due to heat generated by the treatment.
The average particle size of the pulp obtained after the crushing treatment was 156 μm, and the bulk density was 330 kg / m 3 .

〔乾燥処理〕
粗砕処理により得られたパルプを、棚乾燥機(ADVANTEC社製 真空定温乾燥器「DRV320DA」)を用いて、乾燥後のパルプの水分含量が、0.5質量%になるように乾燥した。乾燥処理後のパルプの結晶化度は71%、分子量は19.3万であった。
[Drying treatment]
The pulp obtained by the crushing treatment was dried using a shelf dryer (a vacuum constant temperature dryer “DRV320DA” manufactured by ADVANTEC) so that the moisture content of the pulp after drying was 0.5 mass%. The crystallinity of the pulp after the drying treatment was 71%, and the molecular weight was 193,000.

〔低結晶化処理〕
振動ミルに充填するロッドの本数を11本に変え、充填率48%とし、低結晶化処理を40分行ったこと以外は、実施例1と同様の方法で、乾燥処理により得られたパルプを用いて低結晶化処理を行った。
処理終了後、振動ミル内の壁面や底部にパルプの固着物等はみられなかった。得られた低結晶性セルロースの分子量は14.8万、結晶化度は5%であった。結果を表1に示す。
[Low crystallization treatment]
The pulp obtained by the drying process in the same manner as in Example 1 except that the number of rods filled in the vibration mill was changed to 11 and the filling rate was 48%, and the low crystallization process was performed for 40 minutes. A low crystallization treatment was performed.
After completion of the treatment, no pulp sticking matter was found on the wall or bottom of the vibration mill. The obtained low crystalline cellulose had a molecular weight of 1480,000 and a crystallinity of 5%. The results are shown in Table 1.

比較例2
乾燥処理において、裁断処理して得られたパルプを乾燥後のパルプの水分含量が、6.1質量%になるように乾燥し、低結晶化処理を1.7時間行ったこと以外は、実施例2と同様の方法で裁断、粗砕、乾燥及び低結晶化処理を行った。乾燥処理後のパルプのX線回折強度から算出した結晶化度は74%、分子量は21.5万であった。低結晶化処理後に得られたセルロースの分子量は11.6万、結晶化度は5%であった。結果を表1に示す。
Comparative Example 2
In the drying process, except that the pulp obtained by the cutting process was dried so that the moisture content of the pulp after drying was 6.1% by mass, and the low crystallization process was performed for 1.7 hours. Cutting, coarse crushing, drying and low crystallization were performed in the same manner as in Example 2. The crystallinity calculated from the X-ray diffraction intensity of the pulp after the drying treatment was 74%, and the molecular weight was 215,000. The molecular weight of the cellulose obtained after the low crystallization treatment was 116,000, and the crystallinity was 5%. The results are shown in Table 1.

Figure 2011012134
Figure 2011012134

表1から、実施例1及び2の低結晶性セルロースの製造方法は、比較例1及び2に比べて、セルロースの分子量の低下を抑えつつ、セルロースの結晶化度を低下させた低結晶性セルロースを短時間で効率的に得ることができ、生産性に優れることが分かる。   From Table 1, the manufacturing method of the low crystalline cellulose of Examples 1 and 2 is a low crystalline cellulose in which the crystallinity of the cellulose is reduced while suppressing the decrease in the molecular weight of the cellulose as compared with Comparative Examples 1 and 2. Can be efficiently obtained in a short time, and it can be seen that the productivity is excellent.

本発明の低結晶性セルロースの製造方法は、生産性に優れ、分子量の低下を抑制しつつ、セルロースI型結晶化度を低下させた低結晶性セルロースを効率的に得ることができ、工業的製法として有用である。得られた低結晶性セルロースは、セルロースエーテルの原料、化粧品、食品、バイオマス材料等の工業原料に特に有用である。   The method for producing a low crystalline cellulose of the present invention is excellent in productivity, and can efficiently obtain a low crystalline cellulose having a reduced cellulose I type crystallinity while suppressing a decrease in molecular weight. It is useful as a manufacturing method. The obtained low crystalline cellulose is particularly useful as a raw material for cellulose ethers, industrial raw materials such as cosmetics, foods, and biomass materials.

Claims (6)

セルロース含有原料から水を除いた残余の成分中のセルロース含有量が20質量%以上、下記計算式(1)で示されるセルロースのセルロースI型結晶化度が33%を超え、セルロースの分子量が10万〜100万、かつ水分含量が4.5質量%以下であるセルロース含有原料を粉砕機で処理して、該粉砕処理前後において該セルロースI型結晶化度を1/2.5〜1/100に低減させる、低結晶性セルロースの製造方法。
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、及びI18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
The cellulose content in the remaining components excluding water from the cellulose-containing raw material is 20% by mass or more, the cellulose I type crystallinity of the cellulose represented by the following formula (1) exceeds 33%, and the molecular weight of cellulose is 10 A cellulose-containing raw material having a water content of 10,000 to 1,000,000 and a water content of 4.5% by mass or less is processed by a pulverizer, and the cellulose I-type crystallinity is set to 1/25 to 1/100 before and after the pulverization treatment. A method for producing low crystalline cellulose, which is reduced to a low level.
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 22.6 -I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (1)
[I 22.6 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 is the diffraction intensity of the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). Show
粉砕機が媒体式粉砕機である、請求項1に記載の低結晶性セルロースの製造方法。   The method for producing low crystalline cellulose according to claim 1, wherein the pulverizer is a medium pulverizer. セルロース含有原料が、パルプ類又は紙類である、請求項1又は2に記載の低結晶性セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the low crystalline cellulose of Claim 1 or 2 whose cellulose containing raw material is pulps or papers. 前記セルロース含有原料の嵩密度が50〜500kg/m3である、請求項1〜3のいずれかに記載の低結晶性セルロースの製造方法。 The manufacturing method of the low crystalline cellulose in any one of Claims 1-3 whose bulk density of the said cellulose containing raw material is 50-500 kg / m < 3 >. 前記セルロース含有原料が、シュレッダー、スリッターカッター及びロータリーカッターから選ばれる1種以上の裁断機を使用する裁断処理により得られたものである、請求項1〜4のいずれかに記載の低結晶性セルロースの製造方法。   The low crystalline cellulose according to any one of claims 1 to 4, wherein the cellulose-containing raw material is obtained by a cutting process using one or more cutting machines selected from a shredder, a slitter cutter, and a rotary cutter. Manufacturing method. 前記セルロース含有原料が、乾燥処理により水分含量が4.5質量%以下に低減したものである、請求項1〜5のいずれかに記載の低結晶性セルロースの製造方法。   The method for producing low crystalline cellulose according to any one of claims 1 to 5, wherein the cellulose-containing raw material has a water content reduced to 4.5% by mass or less by a drying treatment.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013139018A (en) * 2011-07-25 2013-07-18 Kao Corp Method for manufacturing pulverized material
JP2013256640A (en) * 2012-05-16 2013-12-26 Kao Corp Method for producing cellulose ether

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008099929A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Kao Corporation Process for producing noncrystalline cellulose

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008099929A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Kao Corporation Process for producing noncrystalline cellulose

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013139018A (en) * 2011-07-25 2013-07-18 Kao Corp Method for manufacturing pulverized material
KR20140051252A (en) * 2011-07-25 2014-04-30 카오카부시키가이샤 Method for manufacturing pulverized material and vibrating pulverizer
US9724702B2 (en) 2011-07-25 2017-08-08 Kao Corporation Method for manufacturing pulverized material and vibrating pulverizer
KR101962987B1 (en) * 2011-07-25 2019-03-27 카오카부시키가이샤 Method for manufacturing pulverized material and vibrating pulverizer
JP2013256640A (en) * 2012-05-16 2013-12-26 Kao Corp Method for producing cellulose ether

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