JP2013139540A - 粉末状セルロース - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有し、且つ紛体流動性の優れた粉末状セルロース、言い換えれば、平均粒子径が大きく、且つ見掛け比重が高い、あるいは紛体落下速度が速い粉末状セルロースを提供する。
【解決手段】パルプを鉱酸にて加水分解処理して得られる粉末状セルロースにおいて、該粉末状セルロースが、粉末状セルロースの平均粒子径の値をｘ、見掛け比重の値をｙ、粉体落下速度の値をｚとしたときに、平均粒子径（ｘ）が５〜６０μmの範囲内において、ｙ≧−０．０１６４ｘ＋０．９３９２あるいはｚ≧-０．０２２８ｘ＋１．５４９３のいずれかの関係式を満たすことを特徴とする粉末状セルロース。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルプを鉱酸にて酸加水分解処理して得られる粉末状セルロースに関する。具体的には、粉末状セルロースの平均粒子径、見掛け比重の値、粉体落下速度が特定の関係式を満している粉末状セルロースに関するものである。より具体的には、竹あるいはバガスなどの非木材由来のパルプを鉱酸にて酸加水分解処理して得られる粉末状セルロースに関する。

粉末状セルロースは、増粘性、乳化安定性、保水性、吸油性、保形性等の特徴を有することから、食品添加剤、錠剤賦形剤、分散剤、保形剤、保水剤、濾過助剤、充填剤、塗料・接着剤用添加剤等として、食品、医薬品、化粧品、建材、窯業、ゴム・プラスチック等の幅広い分野で使用されている。

一般的な粉末状セルロースは、平均粒子径５〜６０μm、見掛け比重０．１０〜０．５０ｇ／ｃｍ^３程度であり、平均粒子径が大きくなるにつれて、見掛け比重が小さくなる白色粒子である。
この粉末状セルロースを得る方法としては、化学的処理と機械的処理による方法が知られている。化学的処理としてはセルロース原料に硫酸または塩酸等の鉱酸を作用させ加水分解反応を行い、粉末状セルロースを得る方法が公知である。例えば、１２０〜１６０℃という高温下、２０〜４５分間希酸で酸加水分解し、粉末状セルロースを得る方法（特許文献1参照）。２．５規定（以下、規定はＮと省略）の塩酸で約１５分間酸加水分解し、粉末状セルロースを得る方法（特許文献２参照）。各種濃度の塩酸水溶液で高温処理し、粉末状セルロースを得る方法（特許文献３参照）等がある。

酸加水分解法で得られる粉末状セルロースの特徴としては、酸濃度を適宜コントロールすることで、粉末状セルロースの重合度および平均粒子径を容易に調節できる。したがって、酸濃度を変化させることにより、見掛け比重や粉体流動性を変更することが可能であるという、利点を有する。
また、機械的処理としては公知の分級、および粉砕技術が利用されている。機械的処理では原料のロスが殆ど無いために高収率であること、薬品コストが生じないこと等の利点を有している。

米国特許第３９５４７２７号 米国特許第３１４１８７５号 特開昭５３−１２７５５３号

従来の粉末状セルロースは、平均粒子径が大きくなると、嵩高くなるため、紛体流動性が低下する。また、平均粒子径を小さくなると、紛体流動性は向上するが、粉末状セルロース自体の強度が低下する。このように従来の粉末状セルロースでは、強度（平均粒子径）と紛体流動性は相反する挙動を示すものであった。
酸加水分解法では、酸濃度を適宜コントロールすることで、粉末状セルロースの平均粒子径、見掛け比重（粉体流動性）を改善することは可能であるが、粉末セルロースが様々な分野で利用されるに伴い、更に高い強度（大きな粒子径）および優れた粉体流動性を有する粉末状セルロースが要望されるようになってきている。

そこで、本発明では、高い強度を有し、且つ紛体流動性の優れた粉末状セルロース、言い換えれば、平均粒子径は大きいが、見掛け比重の値が高く、且つ紛体落下速度が速い粉末状セルロースを得ることを目的とする。

本発明は下記[１]〜[４]を提供する。
[１] パルプを鉱酸にて加水分解処理して得られる粉末状セルロースにおいて、該粉末状セルロースが、粉末状セルロースの平均粒子径の値をｘ、見掛け比重の値をｙ、粉体落下速度の値をｚとしたときに、平均粒子径（ｘ）が５〜６０μmの範囲内において、ｙ≧−０．０１６４ｘ＋０．９３９２あるいはｚ≧-０．０２２８ｘ＋１．５４９３のいずれかの関係式を満たすことを特徴とする粉末状セルロース。
[２] 前記パルプが、非木材由来のパルプであることを特徴とする[１]に記載の粉末状セルロース。
[３] 前記パルプが、竹由来のパルプであることを特徴とする[１]〜[２]に記載の粉末状セルロース。
[４] 前記パルプが、バカス由来のパルプであることを特徴とする請求項[１]〜[２]に記載の粉末状セルロース。

本発明によれば、従来の粉末状セルロースよりも平均粒子径は大きいが、見掛け比重の値が高く、且つ紛体流動性（紛体落下速度が速い）の良好な粉末セルロースを得ることができる。食品添加剤、錠剤賦形剤、分散剤、保形剤、保水剤、濾過助剤、充填剤、塗料・接着剤用添加剤等として、食品、医薬品、化粧品、建材、窯業、ゴム・プラスチック等の幅広い分野での使用することができる。特に、紛体として扱いやすいと共に、得られた錠剤の強度が高くなるため、錠剤賦形剤として使用することが好ましい。

図１は、平均粒子径と見掛け比重の関係の結果を示すグラフである。 図２は、平均粒子径と粉体落下速度の関係の結果を示すグラフである。

本発明は、パルプを鉱酸にて加水分解処理して得られる粉末状セルロースにおいて、該粉末状セルロースが、粉末状セルロースの平均粒子径の値をｘ、見掛け比重の値をｙ、粉体落下速度の値をｚとしたときに、平均粒子径（ｘ）が５〜６０μmの範囲内において、ｙ≧−０．０１６４ｘ＋０．９３９２あるいはｚ≧-０．０２２８ｘ＋１．５４９３のいずれかの関係式を満たすことを特徴とする粉末状セルロースに関する。
従来の粉末状セルロースは、上記の関係式を満たしておらず、本発明の粉末状セルロースは従来にない強度および紛体流動性、言い換えれば、従来にない平均粒子径および見掛け比重あるいは紛体落下速度を併せ持つ粉末状セルロースである。

本発明において、原料として使用するパルプとしては、広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、リンター由来のパルプ、非木材由来のパルプなど特に限定されるものではないが、非木材パルプを使用することが好ましい。非木材パルプを原料に用いた粉末状セルロースは、他のパルプ（広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、リンター由来のパルプなど）を原料に用いた粉末状セルロースより、平均粒子径が大きく、且つ見かけ比重が高い粉末状セルロースを容易に得ることができる。その明確な理由は不明であるが、広葉樹あるいは針葉樹と、非木材との何らかの差異が影響していると推測される。

本発明において、非木材の蒸解法は特に限定されるものではなく、サルファイト蒸解法、クラフト蒸解法、ソーダ・キノン蒸解法、オルガノソルブ蒸解法などを例示することができるが、これらの中では、環境面の点からクラフトパルプが好ましい。 本発明において、非木材由来パルプとは、ケナフ、稲わら、麦わら、竹、バガス（サトウキビバガス）、亜麻、楮、三椏、葦、大麻、マニラ麻などを公知の方法で蒸解して得られるパルプである。また、これらの非木材を単独あるいは２種類以上混合して使用することができるが、これらの中では、竹、バガスを使用することが原料の入手等の点から好ましく、強度および紛体流動性の点からバガスを使用することがより好ましい。

本発明において、竹由来パルプとは、イネ目イネ科タケ亜科のうち、木本（木）のように茎が木質化する種（以下、竹材と言うことがある。）を公知の方法で蒸解して得られるパルプである。原料に用いる竹材としては、マダケ Phyllostachys bambusoides 、モウソウチク Phyllostachys heterocycla、ハチク Phyllostachys nigraホテイチク Phyllostachys aurea、キッコウチクPhyllostachys heterocycla、ホウライチク Bambusa multiplex、ナリヒラダケ Semiarundinaria fastuosa、チシマザサ（ネマガリダケ） Sasa kurilensis、トウチク Sinobambusa tootsik、シホウチク Chimonobambusa quadrangularis、カンチクChimonobambusa marmorea、ヤダケ Pseudosasa japonica、メダケ Pleioblastus simonii等を例示することができるが、これらの中では、原料としての入手のし易さから、モウソウチク（孟宗竹）を用いることが好ましい。

本発明において、バガス（サトウキビ）由来のパルプとは、サトウキビ茎を圧搾して、糖汁を抽出するときにできる搾り粕を、公知の方法で蒸解して得られるパルプである。

本発明において、非木材由来のパルプの酸加水分解処理としては、公知の方法を用いることができ、その一例としてパルプセルロース１００重量部に対し、鉱酸にて酸加水分解を行う、粉末状セルロースの製造方法について説明する。粉末状セルロースは、原料パルプスラリー調製工程、酸加水分解反応工程、中和・洗浄・脱液工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程を経て製造される。

本発明で使用できるパルプ原料は、流動状態でもシート状でも可能である。パルプ漂白工程からの流動パルプを原料とする場合は、加水分解反応槽へ投入する前に濃度を高める必要があり、スクリュープレスやベルトフィルターなどの脱水機で濃縮され、反応槽へ所定量が投入される。パルプのドライシートを原料とする場合は、ロールクラッシャーなどの解砕機などでパルプをほぐした後、反応槽へ投入する。

パルプの酸加水分解反応は公知の反応条件で実施可能であり、具体的には、パルプ濃度３〜１０固形分重量％、酸濃度５〜３０重量％、反応温度８０〜１００℃、反応時間３０分間〜３時間である。パルプの加水分解反応終了後、脱水工程でパルプ加水分解物と廃酸とに固液分離される。パルプ加水分解物はアルカリ剤を添加して中和し、洗浄される。その後、乾燥機で乾燥され、粉砕機で機械的に粉砕され、分級により所定の平均粒度の製品とする。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に示すが、本願は勿論、かかる実施例に限定されるものではない。本願の実施例における試験方法と、セルロース粉末や結晶性セルロース粉末の品質測定方法を、次に示す。

＜見掛け比重測定＞
常法に従い、１００ｍｌメスシリンダーに試料を１０ｇ投入し、メスシリンダーの底をたたき、試料の高さが低下しなくなるまで続け、平らになった表面の目盛を読み、測定した。この値が高いほど、粉体はコンパクトになることを意味する。

＜平均粒子径測定＞
マイクロトラック粒度分析計（日機装株式会社製）を用いて測定した。測定原理としてはレーザー散乱法を用いており、粒度分布を蓄積分布として表し、蓄積分布が５０％となる値を平均粒子径とした。

＜粉体落下速度＞
５ｇの試料を、パウダテスタ（ＰＴ−Ｎ型、ホソカワミクロン株式会社製）を用いて振動落下させ、全粉体が落下するのに必要な時間を測定した。この値が大きいほど、粉体流動性が良好であることを意味する。

＜粉末セルロースの調整＞
無塩素漂白パルプを、パルプ濃度5.5%、種々の塩酸濃度（本願の実施例と比較例では、０．１５、０．３、０．６、１．２Ｎ）において９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥した。乾燥後のサンプルを、ハンマーミル（ホソカワミクロン社製、ＡＰ−Ｓ型）を用いて機械的に粉砕を行い、平均粒子径の異なるセルロース粉末を得た。

＜実施例1＞
理文造紙有限公司製の竹ＢＫＰを上記調整方法で粉末にし、見掛け比重、平均粒子径、粉体落下速度を測定した。結果を表１、図1、図２に示す。

＜実施例2＞
ＥＰＰＣＯ社製のバガスＢＫＰを上記調整方法で粉末にし、見掛け比重、平均粒子径、粉体落下速度を測定した。結果を表１、図1、図２に示す。

＜比較例1＞
日本製紙ケミカル（株）社製のＬＤＳＰ（広葉樹）を上記調整方法で粉末にし、見掛け比重、平均粒子径、粉体落下速度を測定した。結果を表1、図１、図２に示す。

＜比較例2＞
日本製紙（株）社製のＬＢＫＰ（広葉樹）を上記調整方法で粉末にし、見掛け比重、平均粒子径、粉体落下速度を測定した。結果を表１、図1、図２に示す。

図１の結果から、竹ＢＫＰおよびバガスＢＫＰ由来の粉末状セルロースは、同一平均粒子径で比較した場合、ＬＢＫＰ、ＬＤＳＰ由来の粉末状セルロースよりも見掛け比重が高い粉体であることがわかる。
図2の結果から、竹ＢＫＰおよびバガスＢＫＰ由来の粉末状セルロースは、同一平均粒子径で比較した場合、ＬＢＫＰ、ＬＤＳＰよりも粉体落下速度の速い、粉体流動性の良好な粉体であることがわかる。

Claims (4)

1. パルプを鉱酸にて加水分解処理して得られる粉末状セルロースにおいて、該粉末状セルロースが、粉末状セルロースの平均粒子径の値をｘ、見掛け比重の値をｙ、粉体落下速度の値をｚとしたときに、平均粒子径（ｘ）が５〜６０μmの範囲内において、ｙ≧−０．０１６４ｘ＋０．９３９２あるいはｚ≧-０．０２２８ｘ＋１．５４９３のいずれかの関係式を満たすことを特徴とする粉末状セルロース。
2. 前記パルプが、非木材由来のパルプであることを特徴とする請求項１に記載の粉末状セルロース。
3. 前記パルプが、竹由来のパルプであることを特徴とする請求項１〜２に記載の
4. 前記パルプが、バカス由来のパルプであることを特徴とする請求項１〜２に記載の粉末状セルロース。

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