JP2013256635A - Method of producing powdered cellulose - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce powdered cellulose having a high-molecular weight.SOLUTION: A method of producing powdered cellulose having a high-molecular weight includes: cooling a cellulose-containing raw material that contains 30 to 200 mass% of water based on a dry mass, at ambient temperature of ≤-50°C; and pulverizing the cooled raw material.

Description

本発明は、粉末セルロースの製造方法及びセルロースの粉砕方法に関する。   The present invention relates to a method for producing powdered cellulose and a method for pulverizing cellulose.

天然の高分子であるセルロースは、繊維及び紙の原料として用いられるだけでなく、食品分野、化粧料分野及び医薬品分野等においても用いられている。また、セルロースはそのまま用いられるだけでなく、セルロースの水酸基を他の官能基に置き換えたセルロース誘導体としても利用されている。例えば、水酸基の水素原子をメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基又はカルボキシメチル等に置換したいわゆるセルロースエーテルは、増粘剤、分散剤、吸水剤及び保水剤等として広く用いられている。また、酢酸セルロース等のセルロースエステルは、フィルム、フィルター及びコーティングの原料等として用いられている。   Cellulose, which is a natural polymer, is used not only as a raw material for fibers and papers but also in the food field, cosmetic field, and pharmaceutical field. Cellulose is not only used as it is, but also used as a cellulose derivative in which the hydroxyl group of cellulose is replaced with another functional group. For example, so-called cellulose ethers in which a hydrogen atom of a hydroxyl group is substituted with a methyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, carboxymethyl, or the like are widely used as a thickener, a dispersant, a water absorbing agent, a water retention agent, and the like. Cellulose esters such as cellulose acetate are used as raw materials for films, filters and coatings.

セルロース誘導体は、その用途に適したさまざまな重合度のものが求められている。例えば、高い増粘効果又は保湿効果等を得るためには重合度が大きい方が好ましい。一方、セルロースから効率良くセルロース誘導体を得るためには、コットンリンター及び木材パルプ等のセルロース含有原料を適切な大きさの粉末セルロースとしてから、誘導体化することが好ましい。セルロース含有原料から粉末セルロースを製造する方法として、セルロース含有原料を機械的に粉砕する方法(例えば、特許文献1を参照。)が知られている。   Cellulose derivatives having various degrees of polymerization suitable for the application are required. For example, in order to obtain a high thickening effect or a moisturizing effect, a higher degree of polymerization is preferable. On the other hand, in order to efficiently obtain a cellulose derivative from cellulose, it is preferable to derivatize after making cellulose-containing raw materials such as cotton linter and wood pulp into powder cellulose of an appropriate size. As a method for producing powdered cellulose from a cellulose-containing raw material, a method of mechanically pulverizing the cellulose-containing raw material (see, for example, Patent Document 1) is known.

特開昭59−75901号公報JP 59-75901 A

しかしながら、従来の方法により粉末セルロースを製造すると、重合度が大きく低下し、高重合度のセルロース粉末を得ることが困難である。   However, when powdered cellulose is produced by a conventional method, the degree of polymerization is greatly reduced, and it is difficult to obtain cellulose powder having a high degree of polymerization.

本発明の課題は、高重合度のセルロース粉末を製造できるようにすることである。   The subject of this invention is enabling it to manufacture the cellulose powder of high polymerization degree.

本発明の粉末セルロースの製造方法は、乾燥質量に対する水の含有量が30質量%以上、200質量%以下であるセルロース含有原料を、−50℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕を行う。   In the method for producing powdered cellulose of the present invention, a cellulose-containing raw material having a water content of 30% by mass to 200% by mass with respect to the dry mass is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of −50 ° C. or less.

本発明の粉末セルロースの製造方法によれば、高重合度のセルロース粉末を製造できる。   According to the method for producing powdered cellulose of the present invention, a cellulose powder having a high degree of polymerization can be produced.

本実施形態の粉末セルロースの製造方法は、乾燥質量に対する水の含有量が30質量%以上、200質量%以下であるセルロース含有原料を、−50℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕を行う。   In the method for producing powdered cellulose according to this embodiment, a cellulose-containing raw material having a water content with respect to a dry mass of 30% by mass to 200% by mass is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of −50 ° C. or less.

水が十分に凍結する温度において特定量の水を含むセルロース含有原料の粉砕を行うことにより、重合度の低下を抑えつつセルロース含有原料を粉砕して粉末セルロースを得ることができる。   By pulverizing the cellulose-containing raw material containing a specific amount of water at a temperature at which the water is sufficiently frozen, the cellulose-containing raw material can be pulverized and powdered cellulose can be obtained while suppressing a decrease in the degree of polymerization.

本実施形態において、セルロース含有原料とはセルロースを含有する材料であり、セルロースのみからなる材料だけでなく、セルロース以外の成分を含んでいる材料も含まれる。また、粉末セルロースとはセルロース含有原料が粉砕され粉末となったものであり、セルロースのみからなる粉末だけではなく、セルロース以外の成分を含有する粉末も含まれる。   In the present embodiment, the cellulose-containing raw material is a material containing cellulose, and includes not only a material composed only of cellulose but also a material containing components other than cellulose. In addition, powdered cellulose is a powder obtained by pulverizing a cellulose-containing raw material, and includes not only a powder composed of cellulose alone but also a powder containing components other than cellulose.

セルロース含有原料には、セルロースを含有する材料であればどのようなものを用いることもできる。具体例としては、各種木材のチップ、木材から製造される木材パルプ(ウッドパルプ)、木材を除く種々の植物を原料とするいわゆる非木材パルプ、紙類、古紙を原料とする再生パルプ、綿を原料とするコットンリント、綿の種子の周囲に付着している繊維であるコットンリンター等を用いることができる。非木材パルプには、稲わら、トウモロコシ等の植物の茎、植物の葉、又は籾殻、パーム殻若しくはココナツ殻等の植物殻等を原料とするパルプが含まれる。紙類には新聞紙、ダンボール、雑誌及び上質紙等が含まれる。これらの中でも、セルロース含有原料として木材パルプ及びコットンリンターが好ましく、コットンリンターがより好ましい。これらのセルロース含有原料は、単独で用いることも、2種類以上を混合して用いることもできる。   Any material containing cellulose can be used as the cellulose-containing raw material. Specific examples include wood chips, wood pulp made from wood, so-called non-wood pulp made from various plants except wood, paper, recycled pulp made from waste paper, cotton Cotton lint as a raw material, cotton linter that is a fiber attached to the periphery of cotton seeds, and the like can be used. Non-wood pulp includes pulp made from plant stems such as rice straw and corn, plant leaves, or plant shells such as rice husk, palm shell or coconut shell. The paper includes newspapers, cardboard, magazines and fine paper. Among these, wood pulp and cotton linter are preferable as the cellulose-containing raw material, and cotton linter is more preferable. These cellulose-containing raw materials can be used alone or in combination of two or more.

セルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度は特に限定されず、目的に応じて適切な重合度のものを用いればよい。しかし、セルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度が高いほど、重合度が高い高分子量の粉末セルロースを得られる。このため、高分子量の粉末セルロースが求められる場合には、セルロース含有原料に含まれるセルロースの粘度平均重合度(以下、単に重合度ともいう。)が500以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましく、1500以上であることがさらに好ましい。重合度の上限は特になく3000を越えるものであっても何ら問題なく使用することができる。重合度が3000以下のものを使用することも可能であり、2000以下のものを使用することも可能である。セルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度は、実施例において詳細に述べる銅アンモニア法により求めることができる。   The degree of polymerization of cellulose contained in the cellulose-containing raw material is not particularly limited, and those having an appropriate degree of polymerization may be used according to the purpose. However, the higher the degree of polymerization of the cellulose contained in the cellulose-containing raw material, the higher the molecular weight powdered cellulose can be obtained. For this reason, when high molecular weight powdered cellulose is required, the viscosity average degree of polymerization (hereinafter also simply referred to as the degree of polymerization) of the cellulose contained in the cellulose-containing raw material is preferably 500 or more, more preferably 1000 or more. More preferably, it is 1500 or more. There is no particular upper limit on the degree of polymerization, and even if it exceeds 3000, it can be used without any problem. Those having a polymerization degree of 3000 or less can be used, and those having a polymerization degree of 2000 or less can also be used. The degree of polymerization of cellulose contained in the cellulose-containing raw material can be determined by the copper ammonia method described in detail in Examples.

セルロース含有原料に含まれるセルロースの含有量は特に限定されないが、生産性等の観点から20質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、60質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましい。ここでいうセルロースの含有量とは、水分を差し引いた残りの成分中に含まれるセルロース及びヘミセルロースの合計量である。一般的な市販のパルプにおいては、水分を差し引いた残りの成分中に含まれるセルロースの含有量は75質量%〜100質量%である。セルロース以外の成分としてリグニン及び油脂等が含まれることがある。また、セルロース以外の成分が積極的に添加された材料をセルロース含有原料として用いることもできる。但し、セルロースの含有量が高いほど、高純度の粉末セルロースが得られる。得られた粉末セルロースをセルロース誘導体の原料とするような場合には、セルロースの含有量が高く、セルロース以外の成分の含有量が少ない方が有利である。セルロース含有原料に含まれるセルロースの含有量は、ホロセルロース定量法(社団法人日本分析化学会編、分析化学便覧 改訂四版、p.1081〜1082、平成3年11月30日、丸善株式会社発行)により求めることができる。   Although content of the cellulose contained in a cellulose containing raw material is not specifically limited, From viewpoints of productivity etc., 20 mass% or more is preferable, 40 mass% or more is more preferable, 60 mass% or more is further more preferable, 90 mass% or more is 90 mass% or more. Particularly preferred. The cellulose content referred to here is the total amount of cellulose and hemicellulose contained in the remaining components after subtracting moisture. In a general commercial pulp, the content of cellulose contained in the remaining components after subtracting moisture is 75% by mass to 100% by mass. Lignin, fats and oils, etc. may be contained as components other than cellulose. Moreover, the material in which components other than cellulose were positively added can also be used as the cellulose-containing raw material. However, the higher the cellulose content, the higher the purity of the powdered cellulose. When the obtained powdered cellulose is used as a raw material for a cellulose derivative, it is advantageous that the content of cellulose is high and the content of components other than cellulose is low. The content of cellulose contained in cellulose-containing raw materials is determined by the holocellulose quantification method (edited by the Analytical Society of Japan, 4th edition of Analytical Chemistry Handbook, p. 1081-11082, published on Mar. 30, 1991) ).

セルロースの結晶構造は複数存在しているが、天然のパルプ等においては平行鎖であるセルロースI型が最も多い。市販のパルプにおけるセルロースI型の結晶化度(以下においては単に結晶化度ともいう。)は、通常は60%以上である。本開示のセルロース含有原料におけるセルロースの結晶化度はどのような値であってもよい。しかしながら、通常、セルロースの低結晶化処理には、セルロース鎖の切断による重合度低下が伴う。上記の平均重合度が高いアルカリセルロース又はセルロースエーテルを得る観点から、本開示においては、重合度低下の少ない、即ち低結晶化処理が行われていない又は、短時間しか行われておらず、より結晶化度が高いセルロースを含有するセルロース含有原料を用いることが好ましい。この観点から、セルロース含有原料中のセルロースの結晶化度は、10%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、50%以上がさらに好ましく、60%以上がよりさらに好ましい。一方、結晶化度が95%を超える極めて結晶化度の高いセルロース含有原料の入手も困難である。入手性の観点から、セルロース含有原料中のセルロースの結晶化度は、95%以下が好ましく、90%以下がより好ましく、80%以下がさらに好ましい。   There are a plurality of crystal structures of cellulose, but in natural pulp and the like, the most common type is cellulose type I which is a parallel chain. The cellulose I crystallinity (hereinafter also simply referred to as crystallinity) in commercially available pulp is usually 60% or more. The crystallinity of cellulose in the cellulose-containing raw material of the present disclosure may be any value. However, normally, the low crystallization treatment of cellulose is accompanied by a decrease in the degree of polymerization due to breaking of the cellulose chain. From the viewpoint of obtaining alkali cellulose or cellulose ether having a high average degree of polymerization as described above, in the present disclosure, there is little decrease in the degree of polymerization, that is, low crystallization treatment is not performed or only a short time is performed, and more It is preferable to use a cellulose-containing raw material containing cellulose having a high degree of crystallinity. From this viewpoint, the crystallinity of cellulose in the cellulose-containing raw material is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, further preferably 50% or more, and further preferably 60% or more. On the other hand, it is difficult to obtain a cellulose-containing raw material having a crystallinity exceeding 95% and a very high crystallinity. From the viewpoint of availability, the crystallinity of cellulose in the cellulose-containing raw material is preferably 95% or less, more preferably 90% or less, and still more preferably 80% or less.

セルロースの結晶化度とは、非結晶化領域を含む全セルロースに対する結晶領域量の割合である。セルロース含有原料に含まれるセルロースの結晶化度は、実施例において詳細に述べるX線回折法により求めることができる。   The crystallinity of cellulose is the ratio of the amount of crystal regions to the total cellulose including non-crystallized regions. The crystallinity of cellulose contained in the cellulose-containing raw material can be determined by the X-ray diffraction method described in detail in Examples.

シート、ロール又はその他の形状のセルロース含有原料は、使用する粉砕装置に応じた大きさに裁断して用いることができる。例えば0.5mm角以上、好ましくは2mm角以上、より好ましくは3mm角以上の大きさのチップ状に裁断して用いることができる。チップの大きさの上限は、使用する粉砕装置によって決まるが、例えば、70mm角以下、好ましくは50mm角以下、より好ましくは40mm角以下、さらに好ましくは20mm角以下にすることができる。粉砕装置によってはさらに大きなサイズのチップとしてもよく、さらに小さなサイズのチップとしてもよい。粉砕を効率的に行う観点からは、チップの大きさが揃っている方が好ましいが、数mmから数十mm程度の範囲であればばらついていても問題はない。   The cellulose-containing raw material of a sheet | seat, a roll, or another shape can be cut | judged and used for the magnitude | size according to the grinder to be used. For example, it can be used by cutting into chips having a size of 0.5 mm square or more, preferably 2 mm square or more, more preferably 3 mm square or more. The upper limit of the size of the chip is determined depending on the pulverizing apparatus to be used, and can be, for example, 70 mm square or less, preferably 50 mm square or less, more preferably 40 mm square or less, and further preferably 20 mm square or less. Depending on the pulverizer, the chip may be a larger chip or a smaller chip. From the viewpoint of efficiently performing pulverization, it is preferable that the sizes of the chips are uniform, but there is no problem even if the chips are in the range of several mm to several tens of mm.

裁断にはシュレッダー、スリッターカッター又はロータリーカッター等を用いることができる。シート状のセルロース含有原料を用いる場合には、シュレッダー又はスリッターカッターを用いることが好ましい。生産性の観点からは、スリッターカッターを用いることがより好ましい。スリッターカッターの一種であるシートペレタイザーが特に好ましい。各種木材のチップ又は形状がシート若しくはロール以外のパルプ又はセルロースの場合には、ロータリーカッター等を用いることが好ましい。   For the cutting, a shredder, a slitter cutter, a rotary cutter or the like can be used. When using a sheet-like cellulose-containing raw material, it is preferable to use a shredder or a slitter cutter. From the viewpoint of productivity, it is more preferable to use a slitter cutter. A sheet pelletizer which is a kind of slitter cutter is particularly preferable. When various wood chips or shapes are pulp or cellulose other than sheets or rolls, it is preferable to use a rotary cutter or the like.

重合度の低下を抑制するという観点からは、セルロース含有原料は、粉砕の際にその乾燥質量に対する水の量(水の含有量)が30質量%以上であればよい。水の含有量は、50質量%以上とすることが好ましく、70質量%以上とすることがより好ましく、100質量%以上とすることがさらに好ましい。粉砕の効率という観点からは、水の含有量は200質量%以下とすればよく、180質量%以下であることが好ましく、150質量%以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において水の含有量は、セルロース含有原料に含まれる水を差し引いた成分の質量(乾燥質量、m1)に対する、セルロース含有原料に含まれる水の質量(m2)の比率(m2/m1)である。 From the viewpoint of suppressing a decrease in the degree of polymerization, the cellulose-containing raw material only needs to have an amount of water (water content) of 30% by mass or more with respect to its dry mass during pulverization. The water content is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and further preferably 100% by mass or more. From the viewpoint of grinding efficiency, the water content may be 200% by mass or less, preferably 180% by mass or less, and more preferably 150% by mass or less. In this embodiment, the content of water is the ratio of the mass (m 2 ) of water contained in the cellulose-containing raw material to the mass (dry mass, m 1 ) of the component obtained by subtracting the water contained in the cellulose-containing raw material ( m 2 / m 1 ).

セルロース含有原料における水の含有量は、必要に応じて水を添加したり、常法に従って乾燥したりして所定の値に調整すればよい。水を添加する場合には、水を添加する前のセルロース含有原料に含まれている水の量(初期水分量)と乾燥質量とをあらかじめ測定し、必要とする水の量から初期水分量を差し引いた量の水を添加すればよい。初期水分量は実施例において詳細に述べる赤外線水分計を用いる方法等により測定することができる。   The water content in the cellulose-containing raw material may be adjusted to a predetermined value by adding water as necessary or drying in accordance with a conventional method. When adding water, measure the amount of water (initial moisture content) and dry mass contained in the cellulose-containing raw material before adding water in advance, and determine the initial moisture content from the required amount of water. A subtracted amount of water may be added. The initial moisture content can be measured by a method using an infrared moisture meter described in detail in the examples.

水を添加してセルロース含有原料における水の含有量を調製する場合には、セルロースは吸水性が高いため、所定量の水とセルロース含有原料とを混合して静置することによりセルロース含有原料における水の含有量を容易に調整することができる。また、水とセルロース含有原料とを混合した後、加熱又は加圧等を行うことにより吸水をより迅速に行うこともできる。   In the case of preparing water content in a cellulose-containing raw material by adding water, since cellulose has high water absorption, a predetermined amount of water and a cellulose-containing raw material are mixed and allowed to stand in the cellulose-containing raw material. The water content can be easily adjusted. Moreover, after mixing water and a cellulose containing raw material, water absorption can also be performed more rapidly by performing heating or pressurization.

水を添加してセルロース含有原料における水の含有量を調製する場合であっても、セルロース含有原料における水の含有量を正確に制御するために、水を添加する前にセルロース含有原料を一旦乾燥してもよい。但し、粉砕の際に含まれる水の量を所定の値に制御することができればよく、セルロース含有原料の初期水分量が明らかであれば乾燥しなくてもよい。   Even when water is added to prepare the water content in the cellulose-containing raw material, the cellulose-containing raw material is once dried before adding water in order to accurately control the water content in the cellulose-containing raw material. May be. However, it is sufficient that the amount of water contained in the pulverization can be controlled to a predetermined value, and it is not necessary to dry if the initial moisture content of the cellulose-containing raw material is clear.

また、セルロース含有原料における初期水分量が、本開示において特定される水の含有量の範囲にある場合には、水の添加や乾燥を行わなくてもよい。   Moreover, when the initial moisture content in a cellulose containing raw material exists in the range of the content of water specified in this indication, it is not necessary to add and dry water.

高純度の粉末セルロースを得るためには、添加する水の純度は高い方が好ましい。このため、イオン交換水等を用いることが好ましい。しかし、目的によっては水道水又は工業用水等を用いることも可能である。   In order to obtain high-purity powdered cellulose, it is preferable that the purity of the added water is high. For this reason, it is preferable to use ion-exchanged water or the like. However, tap water or industrial water can be used depending on the purpose.

粉砕の際にセルロース含有原料に含まれる水が十分に凍結していることが、効率良く粉砕を行うために重要である。このため、粉砕は−50℃以下の雰囲気温度においてセルロース含有原料が冷却された状態で行えばよく、−150℃以下の雰囲気温度において冷却された状態で行うことが好ましい。例えば、容器駆動式の粉砕装置であれば、セルロース含有原料を投入した容器の外側から低温の液体冷却剤を用いてセルロース含有原料を冷却することができる。液体冷却剤は、例えば、温度が−78℃のドライアイスメタノール又は温度が−196℃の液体窒素等を用いることができる。低温の液体冷却剤を用いることにより急速に冷却することができ、作業効率が向上する。ドライアイスメタノールは取り扱いが容易であり好ましい。また、液体窒素は迅速に十分な低温状態を実現できるため好ましい。例えば液体窒素を用いて容器を外側から冷却すれば、容器の内部の雰囲気温度を迅速に−50℃以下とすることができる。−100℃以下又は−150℃以下とすることも容易である。このような低温の液体冷却剤を用いて容器の外側から冷却すれば容器内の水を極めて短時間で十分に凍結させることができる。但し、これらの液体冷却剤以外の液体冷却剤を用いてもよい。   It is important for efficient pulverization that water contained in the cellulose-containing raw material is sufficiently frozen during pulverization. For this reason, the pulverization may be performed in a state where the cellulose-containing raw material is cooled at an atmospheric temperature of −50 ° C. or lower, and is preferably performed in a state of being cooled at an atmospheric temperature of −150 ° C. or lower. For example, in the case of a container-driven pulverizer, the cellulose-containing raw material can be cooled from the outside of the container in which the cellulose-containing raw material is charged using a low-temperature liquid coolant. As the liquid coolant, for example, dry ice methanol having a temperature of −78 ° C. or liquid nitrogen having a temperature of −196 ° C. can be used. By using a low-temperature liquid coolant, it can be rapidly cooled, and the working efficiency is improved. Dry ice methanol is preferred because it is easy to handle. Further, liquid nitrogen is preferable because a sufficiently low temperature state can be realized quickly. For example, if the container is cooled from the outside using liquid nitrogen, the atmospheric temperature inside the container can be quickly reduced to -50 ° C or lower. It is also easy to set it to −100 ° C. or lower or −150 ° C. or lower. By cooling from the outside of the container using such a low-temperature liquid coolant, the water in the container can be sufficiently frozen in a very short time. However, liquid coolants other than these liquid coolants may be used.

また、液体冷却剤を用いる方法以外の方法により冷却してもかまわない。例えば、低温フリーザー又は極低温フリーザー等を用いてセルロース含有原料を投入した容器を冷却してもよい。容器だけでなく粉砕装置の必要箇所又は全体を冷却するようにしてもよい。容器内に−50℃以下、好ましくは−150℃以下の気体又は室温では気体となる液体を導入して冷却してもよい。さらに、セルロース含有原料をあらかじめ凍結してから粉砕容装置に投入する等の方法をとることも可能である。粉砕の開始時から終了時まで一定の温度である必要はなく、粉砕の開始時から終了時まで所定の温度以下となっていれば、粉砕の間に温度の上昇又は下降が生じていても問題ない。また、冷却の速度は問題とならず、急速に冷却しても、徐々に冷却してもよい。   Moreover, you may cool by methods other than the method of using a liquid coolant. For example, the container containing the cellulose-containing raw material may be cooled using a low-temperature freezer or a cryogenic freezer. You may make it cool not only a container but the required part or the whole of a grinding | pulverization apparatus. A gas having a temperature of −50 ° C. or lower, preferably −150 ° C. or lower, or a liquid that becomes a gas at room temperature may be introduced into the container and cooled. Furthermore, it is also possible to take a method such as freezing the cellulose-containing raw material in advance and then putting it into the pulverizing apparatus. It does not have to be a constant temperature from the start to the end of pulverization. If the temperature is below a predetermined temperature from the start to the end of pulverization, there is a problem even if the temperature rises or falls during the pulverization. Absent. Further, the cooling rate does not matter and may be rapidly or gradually cooled.

粉砕に用いる粉砕装置は特に限定されないが、媒体式粉砕機が好ましい。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、遊星ミル及び遠心流動ミル等を用いることができる。この中で、粉砕効率の高さ及び生産性の観点から、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、アクアマイザー又はサンドグラインダー等の撹拌槽型粉砕機、ビスコミル又は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及び連続式のダイナミック型粉砕機等を用いることができる。この中で、粉砕効率の高さ及び生産性の観点から、撹拌槽型粉砕機が好ましい。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、バッチ式、連続式のどちらでもよい。   The pulverizer used for pulverization is not particularly limited, but a medium pulverizer is preferable. The medium type pulverizer includes a container driven pulverizer and a medium stirring pulverizer. As the container-driven crusher, a rolling mill, a vibration mill, a planetary mill, a centrifugal fluid mill, or the like can be used. Among these, a vibration mill is preferable from the viewpoint of high grinding efficiency and productivity. As the medium agitating pulverizer, a tower-type pulverizer such as a tower mill, an agitator, an aquamizer or a sand grinder, a stirred tank-type pulverizer, a visco mill or a pearl mill, etc. An annular type pulverizer, a continuous dynamic pulverizer, and the like can be used. Among these, a stirring tank type pulverizer is preferable from the viewpoint of high pulverization efficiency and productivity. 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 a batch type or a continuous type.

従来の粉砕方法の場合、重合度が高いセルロースほど粉砕の際に重合度の低下が生じやすい。例えば、重合度が200程度の場合には、水分含有量が10質量%以下であるような乾燥状態のセルロース含有原料を粉砕しても、重合度は大きく低下しない。しかし、重合度が1800程度のセルロース含有原料を乾燥状態において例えば粒径が100μm以下になるまで粉砕すると、重合度は1000程度まで低下してしまう。   In the case of a conventional pulverization method, a cellulose having a higher degree of polymerization tends to lower the degree of polymerization during pulverization. For example, when the degree of polymerization is about 200, the degree of polymerization is not greatly reduced even when a dry cellulose-containing raw material having a water content of 10% by mass or less is pulverized. However, when a cellulose-containing raw material having a degree of polymerization of about 1800 is pulverized in a dry state, for example, until the particle size is 100 μm or less, the degree of polymerization is reduced to about 1000.

一方、本実施形態の粉砕方法によれば、例えばセルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度が1800程度の場合においても、粉砕後の粉末セルロースの重合度をセルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度の75%以上とすることができる。重合度がさらに高く3000程度の場合においても同様に重合度の低下を抑えることができる。粉砕条件を最適化することにより粉末セルロースの重合度をセルロース含有原料の重合度の90%以上とすることができ、さらに95%以上とすることもできる。   On the other hand, according to the pulverization method of the present embodiment, for example, even when the degree of polymerization of cellulose contained in the cellulose-containing raw material is about 1800, the degree of polymerization of powdered cellulose after pulverization is the degree of polymerization of cellulose contained in the cellulose-containing raw material. Of 75% or more. Even in the case where the degree of polymerization is higher and about 3000, a decrease in the degree of polymerization can be similarly suppressed. By optimizing the pulverization conditions, the degree of polymerization of the powdered cellulose can be 90% or more of the degree of polymerization of the cellulose-containing raw material, and can be 95% or more.

具体例として、例えば重合度が1800程度のセルロースを含むセルロース含有原料を用いれば、重合度が1400以上の粉末セルロースを得ることができ、1600以上の粉末セルロースを得ることもでき、重合度が1700以上の粉末セルロースを得ることもできる。重合度がさらに高いセルロース含有原料を用いれば、さらに重合度が高いセルロース粉末を得ることができる。なお、粉末セルロースの重合度もセルロース含有原料の重合度と同様の方法により測定できる。   As a specific example, for example, if a cellulose-containing raw material containing cellulose having a degree of polymerization of about 1800 is used, powdered cellulose having a degree of polymerization of 1400 or more can be obtained, and powdered cellulose having a degree of polymerization of 1600 or more can be obtained. The above powdered cellulose can also be obtained. If a cellulose-containing raw material having a higher degree of polymerization is used, a cellulose powder having a higher degree of polymerization can be obtained. The degree of polymerization of powdered cellulose can also be measured by the same method as the degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

本開示の方法により得られる粉末セルロースのメジアン径は、セルロース誘導体を製造する際の反応性の観点から、120μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。一方、あまりに粒径を小さくすると飛散等が生じやすくなる。このため、取り扱いの容易性という観点からは、粉砕後の粉末セルロースのメジアン径を10μm以上とすることが好ましく、20μm以上とすることがより好ましく、40μm以上とすることがさらに好ましい。但し、メジアン径が120μmよりも大きい粉末セルロースを得ることも、10μm未満の粉末セルロースを得ることも可能である。なお、粉末セルロースのメジアン径は、実施例において詳細に述べる、レーザー回折/散乱式粒度分布測定法により測定することができる。   The median diameter of powdered cellulose obtained by the method of the present disclosure is preferably 120 μm or less, and more preferably 100 μm or less, from the viewpoint of reactivity when producing a cellulose derivative. On the other hand, if the particle size is too small, scattering or the like tends to occur. For this reason, from the viewpoint of easy handling, the median diameter of the pulverized powdered cellulose is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 40 μm or more. However, it is possible to obtain powdered cellulose having a median diameter of greater than 120 μm or powdered cellulose of less than 10 μm. The median diameter of the powdered cellulose can be measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring method described in detail in Examples.

粉砕時間は特に限定されず、セルロース含有原料が所望の粒径になるまで行えばよいが、短時間で粉砕した方がコストの増加等が生じにくい。従って、粉砕時間は30分以下が好ましく、20分以下がより好ましく、10分以下が特に好ましい。   The pulverization time is not particularly limited, and may be performed until the cellulose-containing raw material has a desired particle diameter. However, if the pulverization is performed in a short time, an increase in cost is less likely to occur. Accordingly, the grinding time is preferably 30 minutes or less, more preferably 20 minutes or less, and particularly preferably 10 minutes or less.

本実施形態のセルロースの粉砕方法において、セルロースの重合度を大きく低下させることなく粒径が小さい粉末セルロースを製造できる理由は、セルロース分子の周りに凍結した水が存在することにより、粉砕のエネルギーによるセルロース分子の切断が生じにくくなるためではないかと考えられる。   In the cellulose pulverization method of the present embodiment, the reason why powdered cellulose having a small particle size can be produced without greatly reducing the degree of polymerization of the cellulose is due to the presence of frozen water around the cellulose molecules and the energy of pulverization. This may be because the cellulose molecules are less likely to be cut.

得られた粉末セルロースは種々の用途に用いることができる。例えば、そのまま食品、飼料、化粧料又は医薬品等の添加物として用いたり、樹脂製品の充填材として用いたり、濾過助剤として用いることができる。また、エーテル系又はエステル系等のセルロース誘導体の原料として用いることができる。   The obtained powdered cellulose can be used for various applications. For example, it can be used as it is as an additive such as food, feed, cosmetics or pharmaceuticals, as a filler for resin products, or as a filter aid. Moreover, it can use as a raw material of cellulose derivatives, such as an ether type or ester type.

エーテル系セルロース誘導体としては、例えばメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、グリセロール変性セルロース、カルボキシメチルセルロース、カチオン化セルロース、カチオン化ヒドロキシセルロース、及びカチオン化ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。エステル系セルロース誘導体としては、例えばモノ酢酸セルロース、ジ酢酸セルロース及びトリ酢酸セルロース等が挙げられる。   Examples of the ether cellulose derivative include methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, glycerol-modified cellulose, carboxymethyl cellulose, cationized cellulose, cationized hydroxycellulose, and cationized hydroxypropylcellulose. Examples of the ester-based cellulose derivative include cellulose monoacetate, cellulose diacetate, and cellulose triacetate.

セルロース誘導体を製造するためには、一般にセルロースをアルカリ水溶液に浸漬させ一旦アルカリセルロースとして活性化する。効率良くセルロース誘導体を製造するためには、セルロースをアルカリセルロースに変換(以下「アルカリ化」ともいう。)する際のアルカリ使用量をできるだけ低減することが好ましい。本実施形態の粉末セルロースの製造方法は、アルカリ化が容易な小さな粒径を有し、且つ重合度が高い粉末セルロースを容易に得ることができる。例えば、本実施形態の粉末セルロースの製造方法により製造された、メジアン径が46μmで重合度が1750の粉末セルロースは、得られた粉末セルロースを構成するアンヒドログルコース単位1モルあたり1倍モルの水酸化ナトリウムにより容易にアルカリ化できる。アルカリ化により大きな重合度の変化はない。   In order to produce a cellulose derivative, cellulose is generally immersed in an alkaline aqueous solution and once activated as alkali cellulose. In order to produce a cellulose derivative efficiently, it is preferable to reduce the amount of alkali used when converting cellulose to alkali cellulose (hereinafter also referred to as “alkalization”) as much as possible. The method for producing powdered cellulose of the present embodiment can easily obtain powdered cellulose having a small particle size that can be easily alkalized and having a high degree of polymerization. For example, the powdered cellulose produced by the method for producing powdered cellulose of the present embodiment and having a median diameter of 46 μm and a degree of polymerization of 1750 is 1 mole of water per mole of anhydroglucose units constituting the obtained powdered cellulose. Can be easily alkalized with sodium oxide. There is no significant change in the degree of polymerization due to alkalinization.

メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース及びカルボキシメチルセルロース等を食品、医薬品又は化粧料等の増粘剤として用いる場合には、重合度が高い方が大きな増粘効果を得ることができる。また、カチオン化セルロース及びカチオン化ヒドロキシエチルセルロース等をシャンプー又はコンディショナー等に添加する場合には、重合度が高い方がより良好なコンディショニング効果を得ることができる。このため、本実施形態の粉末セルロースの製造方法により製造した、重合度が高く且つアルカリ化が容易な粉末セルロースは、これらのセルロース誘導体の原料として特に有用である。   When methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, or the like is used as a thickener for foods, pharmaceuticals, cosmetics, or the like, a higher thickening effect can be obtained with a higher degree of polymerization. Moreover, when adding cationized cellulose, cationized hydroxyethyl cellulose, etc. to a shampoo or a conditioner etc., the one where a polymerization degree is higher can obtain a better conditioning effect. For this reason, the powdered cellulose which has been produced by the method for producing powdered cellulose according to this embodiment and which has a high degree of polymerization and is easily alkalized is particularly useful as a raw material for these cellulose derivatives.

なお、粉砕した後の粉末セルロースは所定の量の水を含んでいる。このため、得られた粉末セルロースを誘導体化する場合には、使用する際の条件によって粉末セルロースの水分含有量の調整が必要な場合もある。水分含有量の低減に際しては、通常の減圧乾燥機、真空乾燥機、及び温風乾燥機等を用いることができる。   The powdered cellulose after pulverization contains a predetermined amount of water. For this reason, when derivatizing the obtained powdered cellulose, the water content of the powdered cellulose may need to be adjusted depending on the conditions used. In reducing the water content, a normal vacuum dryer, vacuum dryer, hot air dryer, or the like can be used.

以上の実施形態に関し、本発明はさらに以下の製造方法及び粉砕方法を開示する。   In relation to the above embodiments, the present invention further discloses the following production method and pulverization method.

<1>
乾燥質量に対する水の含有量が30質量%以上、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは100質量%以上で、200質量%以下、好ましくは180質量%以下、より好ましくは150質量%以下であるセルロース含有原料を、−50℃以下、好ましくは−150℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕する、粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<1>
The water content relative to the dry mass is 30% by mass or more, preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 100% by mass or more, 200% by mass or less, preferably 180% by mass or less, and more. A method for producing powdered cellulose or a method for pulverizing cellulose, wherein a cellulose-containing raw material that is preferably 150% by mass or less is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of -50 ° C or less, preferably -150 ° C or less.

<2>
粉末セルロースのメジアン径が10μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは40μm以上で、120μm以下、好ましくは100μm以下となるように粉砕を行う、前記<1>に記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<2>
The method for producing powdered cellulose according to the above <1> or cellulose, wherein pulverization is performed so that the median diameter of the powdered cellulose is 10 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 40 μm or more, 120 μm or less, preferably 100 μm or less. Grinding method.

<3>
前記セルロース含有原料に含まれるセルロースの粘度平均重合度が500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは1500以上で、3000以下、好ましくは2000以下である、前記<1>又は<2>に記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<3>
The viscosity average polymerization degree of cellulose contained in the cellulose-containing raw material is 500 or more, preferably 1000 or more, more preferably 1500 or more, and 3000 or less, preferably 2000 or less, according to <1> or <2>. A method for producing powdered cellulose or a method for pulverizing cellulose.

<4>
前記セルロース含有原料が木材のチップ、木材パルプ、非木材パルプ、再生パルプ、コットンリント又はコットンリンターであり、好ましくは木材パルプ又はコットンリンターであり、より好ましくはコットンリンターである、前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<4>
<1> to <1>, wherein the cellulose-containing raw material is wood chip, wood pulp, non-wood pulp, recycled pulp, cotton lint or cotton linter, preferably wood pulp or cotton linter, more preferably cotton linter. The manufacturing method of the powdered cellulose as described in any one of <3>, or the pulverization method of a cellulose.

<5>
媒体式粉砕装置を用いて粉砕を行う、前記<1>〜<4>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<5>
The method for producing powdered cellulose or the method for grinding cellulose according to any one of <1> to <4>, wherein the grinding is performed using a medium grinding device.

<6>
前記媒体式粉砕装置が容器駆動式粉砕装置又は媒体攪拌式粉砕装置である、前記<5>に記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<6>
The method for producing powdered cellulose or the method for pulverizing cellulose according to <5>, wherein the medium-type pulverizer is a container-driven pulverizer or a medium stirring pulverizer.

<7>
液体冷却剤を用いて前記雰囲気温度に冷却する、前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<7>
The method for producing powdered cellulose or the method for pulverizing cellulose according to any one of <1> to <6>, wherein the method is cooled to the ambient temperature using a liquid coolant.

<8>
前記液体冷却剤がドライアイスメタノール又は液体窒素、好ましくは液体窒素である、前記<7>に記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<8>
The method for producing powdered cellulose or the method for pulverizing cellulose according to <7>, wherein the liquid coolant is dry ice methanol or liquid nitrogen, preferably liquid nitrogen.

<9>
乾燥質量に対する水の含有量が30質量%以上、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは100質量%以上で、200質量%以下、好ましくは180質量%以下、より好ましくは150質量%以下であるセルロース含有原料を、−50℃以下、好ましくは−150℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕する、セルロースの粉砕方法。
<9>
The water content relative to the dry mass is 30% by mass or more, preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 100% by mass or more, 200% by mass or less, preferably 180% by mass or less, and more. A method for pulverizing cellulose, wherein a cellulose-containing raw material that is preferably 150% by mass or less is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of −50 ° C. or less, preferably −150 ° C. or less.

<10>
前記セルロース含有原料の嵩密度は、100kg/m3以上、好ましくは120kg/m3以上、より好ましくは150kg/m3以上で、500kg/m3以下、好ましくは400kg/m3以下、より好ましくは350kg/m3以下である前記<1>〜<9>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<10>
The bulk density of the cellulose-containing raw material is 100 kg / m 3 or more, preferably 120 kg / m 3 or more, more preferably 150 kg / m 3 or more, 500 kg / m 3 or less, preferably 400 kg / m 3 or less, more preferably The method for producing powdered cellulose or the method for pulverizing cellulose according to any one of <1> to <9>, which is 350 kg / m 3 or less.

<11>
粉砕前の前記セルロース含有原料は、チップ状である前記<1>〜<10>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<11>
The said cellulose containing raw material before a grinding | pulverization is a manufacturing method of the powdered cellulose or the grinding | pulverization method of a cellulose as described in any one of said <1>-<10> which is chip shape.

<12>
前記セルロース含有原料に含まれるセルロースの含有量は、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、さらに好ましくは90%以上である前記<1>〜<11>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<12>
The content of cellulose contained in the cellulose-containing raw material is 20% by mass or more, preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and further preferably 90% or more. The manufacturing method of the powdered cellulose as described in any one, or the pulverization method of a cellulose.

<13>
前記セルロース含有原料の結晶化度は、50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上である前記<1>〜<12>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<13>
The method for producing powdered cellulose according to any one of <1> to <12>, wherein the crystallinity of the cellulose-containing raw material is 50% or more, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Cellulose grinding method.

<14>
粉砕後に得られる粉末セルロースの重合度は、前記セルロース含有原料に含まれるセルロースの重合度の75%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である前記<1>〜<13>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<14>
The polymerization degree of the powdered cellulose obtained after pulverization is 75% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more of the polymerization degree of cellulose contained in the cellulose-containing raw material. The manufacturing method of the powdered cellulose as described in any one, or the pulverization method of a cellulose.

<15>
粉砕後に得られる粉末セルロースの粘度平均重合度は、1400以上、好ましくは1600以上、より好ましくは1700以上である前記<1>〜<14>のいずれか1つに記載の粉末セルロースの製造方法又はセルロースの粉砕方法。
<15>
The method for producing powdered cellulose according to any one of <1> to <14>, wherein the viscosity-average polymerization degree of the powdered cellulose obtained after pulverization is 1400 or more, preferably 1600 or more, more preferably 1700 or more or Cellulose grinding method.

<16>
前記<1>〜<15>のいずれか1つに記載の方法により製造した粉末セルロースを用いる、セルロース誘導体の製造方法。
<16>
The manufacturing method of a cellulose derivative using the powder cellulose manufactured by the method as described in any one of said <1>-<15>.

≪測定方法≫
(1)セルロース含有原料の初期水分量
セルロース含有原料の初期水分量は、赤外線水分計(株式会社ケット科学研究所製:FD−610)により測定した。測定温度を120℃とし、30秒間の重量変化率が0.1%以下となる点を測定の終点とした。測定された水分量の値を、セルロース含有原料の乾燥質量に対する質量%に換算し、これをセルロース含有原料の初期水分量とした。
≪Measurement method≫
(1) Initial moisture content of cellulose-containing raw material The initial moisture content of the cellulose-containing raw material was measured with an infrared moisture meter (manufactured by Kett Scientific Laboratory: FD-610). The point at which the measurement temperature was 120 ° C. and the weight change rate for 30 seconds was 0.1% or less was taken as the end point of the measurement. The value of the measured moisture content was converted to mass% with respect to the dry mass of the cellulose-containing raw material, and this was used as the initial moisture content of the cellulose-containing raw material.

(2)セルロース含有原料及び粉末セルロースの粘度平均重合度の測定
(i)測定用溶液の調製
100mLのメスフラスコ中に塩化第一銅0.5g及びアンモニア水(25質量%)20〜30mLを投入し、塩化第一銅を完全に溶解させた。この後、メスフラスコ中に水酸化第二銅1.0gを投入し、さらにアンモニア水(25質量%)をメスフラスコの標線の手前まで加えた。この後、30分〜40分間攪拌を行い、水酸化第二銅を完全に溶解させた。その後、精秤した試料(セルロース含有原料又は粉末セルロース)をメスフラスコ中に投入し、アンモニア水(25質量%)をメスフラスコの標線まで加えた。空気が入らないように密封した状態で、マグネチックスターラーを用いて12時間攪拌を行い、試料を溶解させた。添加する試料の量を20mg〜500mgの範囲で変化させ、セルロース濃度が異なる複数の測定用溶液を調製した。試料は、あらかじめ105℃、20kPaにおいて12時間減圧乾燥して用いた。
(2) Measurement of viscosity-average polymerization degree of cellulose-containing raw material and powdered cellulose (i) Preparation of measurement solution 0.5 g of cuprous chloride and 20-30 mL of aqueous ammonia (25% by mass) are charged into a 100 mL measuring flask. The cuprous chloride was completely dissolved. Thereafter, 1.0 g of cupric hydroxide was introduced into the volumetric flask, and ammonia water (25% by mass) was further added before the marked line of the volumetric flask. Thereafter, the mixture was stirred for 30 to 40 minutes to completely dissolve cupric hydroxide. Thereafter, a precisely weighed sample (cellulose-containing raw material or powdered cellulose) was put into a measuring flask, and ammonia water (25% by mass) was added up to the marked line of the measuring flask. The sample was dissolved by stirring for 12 hours using a magnetic stirrer in a sealed state so that air would not enter. A plurality of measurement solutions having different cellulose concentrations were prepared by changing the amount of the sample to be added in a range of 20 mg to 500 mg. The sample was used after drying under reduced pressure for 12 hours at 105 ° C. and 20 kPa.

(ii)粘度平均重合度の測定
上記(i)において調製した測定用溶液(銅アンモニア水溶液)をウベローデ粘度計に入れ、恒温槽(20±0.1℃)中で1時間静置した後、測定溶液液の流下速度を測定した。試料の濃度が異なる複数の測定溶液の流下時間(t(秒))と試料を加えていない銅アンモニア水溶液の流下時間(t0(秒))とに基づいて、それぞれの濃度における還元粘度(ηsp/c)を以下の式(1)により求めた。
(Ii) Measurement of viscosity average degree of polymerization After the measurement solution (copper ammonia aqueous solution) prepared in the above (i) was put in an Ubbelohde viscometer and allowed to stand in a thermostat (20 ± 0.1 ° C.) for 1 hour, The flow rate of the measurement solution was measured. Based on the flow time (t (second)) of a plurality of measurement solutions having different sample concentrations and the flow time (t 0 (second)) of the copper ammonia aqueous solution to which no sample is added, the reduced viscosity (η sp / c) was determined by the following equation (1).

ηsp/c=(t/t0−1)/c ・・・ 式(1)
但し式中のcは試料の濃度(g/dL)である。
η sp / c = (t / t 0 −1) / c (1)
However, c in a formula is a density | concentration (g / dL) of a sample.

さらに、還元粘度をc=0に外挿して固有粘度[η](dL/g)を求め、以下の式(2)により粘度平均重合度(DPv)を求めた。 Furthermore, the intrinsic viscosity [η] (dL / g) was obtained by extrapolating the reduced viscosity to c = 0, and the viscosity average degree of polymerization (DP v ) was obtained by the following equation (2).

DPv=2000×[η] ・・・ 式(2)
但し、式中の2000の値はセルロースに固有の係数である。
DP v = 2000 × [η] (2)
However, the value of 2000 in the formula is a coefficient specific to cellulose.

(3)粒径の測定
粉末セルロースの粒径はイオン交換水中に分散した状態でのメジアン径として求めた。測定には、レーザー回析/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製:LA−950)を用いた。具体的にはメジアン径の測定前に、粉末セルロースをイオン交換水中に添加し、透過率が70〜95%となるように濃度を調整した。この後、1分間超音波分散処理を行って、粉末セルロースを分散させた後、メジアン径の測定を行った。
(3) Measurement of particle diameter The particle diameter of powdered cellulose was determined as the median diameter in a state dispersed in ion-exchanged water. For the measurement, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (Horiba, Ltd .: LA-950) was used. Specifically, before measuring the median diameter, powdered cellulose was added to ion-exchanged water, and the concentration was adjusted so that the transmittance was 70 to 95%. Thereafter, ultrasonic dispersion treatment was performed for 1 minute to disperse the powdered cellulose, and then the median diameter was measured.

(4)結晶化度の測定
セルロースI型の結晶化度は、サンプルのX線回折強度を、株式会社リガク製の「RigakuRINT 2500VC X-RAY diffractometer」を用いて以下の条件で測定し、以下の式(3)に基づいて算出した。
(4) Measurement of crystallinity The crystallinity of cellulose type I was determined by measuring the X-ray diffraction intensity of a sample using the “RigakuRINT 2500VC X-RAY diffractometer” manufactured by Rigaku Corporation under the following conditions. It calculated based on Formula (3).

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とした。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。 The measurement conditions were as follows: 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.

結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 ・・・(3)
但し、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。
Crystallinity (%) = [(I 22.6 −I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (3)
However, 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 °). Show.

≪粉末セルロースの製造≫
(実施例1)
<チップ化工程>
セルロース含有原料であるコットンリンターを原料とするシート状パルプ(山東高密化繊社製:PCS2400、水分含量7.0質量%)を、シートペレタイザー(株式会社ホーライ製:SGG−220型)を用いて3〜5mm角のチップ状に裁断してチップ状パルプを製造した。
≪Production of powdered cellulose≫
Example 1
<Chip forming process>
Sheet pulp made from cotton linter, which is a cellulose-containing raw material (Shandong High Density Fibers Co., Ltd .: PCS2400, moisture content 7.0% by mass) is used with a sheet pelletizer (HOLAI Co., Ltd .: SGG-220 type). Chip-like pulp was produced by cutting into -5 mm square chips.

得られたチップ状パルプを減圧乾燥機(アドバンテック東洋株式会社製:VO−320)を用いて、温度が105℃で、圧力が20kPaの窒素流通下の条件において2時間減圧乾燥した。これにより、平均重合度が1878、結晶化度が72%、水分含量が3.0質量%(対乾燥質量あたり)の乾燥チップ状パルプを得た。なお、乾燥チップ状パルプの水分を差し引いた成分に含まれるセルロースの比率は95%以上であり、以下においては全量をセルロースとみなして重合度等を測定した。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。   The obtained chip-like pulp was dried under reduced pressure for 2 hours using a vacuum dryer (manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd .: VO-320) at a temperature of 105 ° C. and a pressure of 20 kPa under flowing nitrogen. As a result, a dry chip-like pulp having an average degree of polymerization of 1878, a degree of crystallinity of 72%, and a moisture content of 3.0% by mass (per dry mass) was obtained. In addition, the ratio of the cellulose contained in the component which deducted the water | moisture content of the dry chip-like pulp is 95% or more, and the whole degree was considered as the cellulose below and the polymerization degree etc. were measured. Cellulose content was measured by the holocellulose quantification method 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.). .

<湿潤化工程>
得られた乾燥チップ状パルプ0.515g(セルロース含有原料の乾燥質量としては0.50g、平均重合度1878、結晶化度72%、初期水分量3.0質量%)を、容量が20mLのスクリュー管に入れ、水を0.485g添加し、1時間室温で静置することで湿潤処理を行った。これにより、セルロース含有原料の乾燥質量に対する水の含有量が100質量%の湿潤パルプ1.0gを得た。
<Wetting process>
A screw having a capacity of 20 mL of 0.515 g of the obtained dry chip-like pulp (0.50 g as the dry mass of the cellulose-containing raw material, average polymerization degree 1878, crystallinity 72%, initial water content 3.0 mass%) It put into the pipe | tube, 0.485g of water was added, and the wet process was performed by leaving still at room temperature for 1 hour. As a result, 1.0 g of wet pulp having a water content of 100% by mass relative to the dry mass of the cellulose-containing raw material was obtained.

<粉砕工程>
得られた湿潤パルプ1.0g(セルロース含有原料の乾燥質量としては0.50g、粘度平均重合度1878、結晶化度72%、水の含有量100質量%)を、容器駆動式の凍結粉砕機(SPEX社製、品番6700)に投入し、液体窒素(冷媒温度−196℃)による冷却下において回転数5Hzにて1分間の粉砕を行った。これにより、粉末セルロースを得た。得られた粉末セルロースのメジアン径は45.8μmであった。粘度平均重合度は1753であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の93%であった。
<Crushing process>
1.0 g of the obtained wet pulp (0.50 g as the dry mass of the cellulose-containing raw material, viscosity average polymerization degree 1878, crystallinity 72%, water content 100 mass%) was transferred to a container-driven freeze pulverizer. (Product number 6700, manufactured by SPEX Co., Ltd.), and pulverized for 1 minute at a rotational frequency of 5 Hz under cooling with liquid nitrogen (refrigerant temperature -196 ° C). Thereby, powdered cellulose was obtained. The median diameter of the obtained powdered cellulose was 45.8 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1753, which was 93% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(実施例2)
乾燥チップ状パルプ0.515g(セルロース含有原料の乾燥質量としては0.50g)に0.235gの水を加えて調製した水の含有量が50質量%の湿潤パルプ0.75gを用いた以外は実施例1と同様にして粉砕を行った。得られた粉末セルロースのメジアン径は97.1μmであった。粘度平均重合度は1789であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の95%であった。
(Example 2)
Except for using 0.75 g of wet pulp having a water content of 50 mass% prepared by adding 0.235 g of water to 0.515 g of dry chip-like pulp (0.50 g as the dry mass of the cellulose-containing raw material) Grinding was performed in the same manner as in Example 1. The median diameter of the obtained powdered cellulose was 97.1 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1789, which was 95% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(実施例3)
乾燥チップ状パルプ0.515g(セルロース含有原料の乾燥質量としては0.50g)に0.135gの水を加えて調製した水の含有量が30質量%の湿潤パルプ0.65gを用い、粉砕時間を8分間とした以外は実施例1と同様にして粉砕を行った。得られた粉末セルロースのメジアン径は88.6μmであった。粘度平均重合度は1433であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の76%であった。
(Example 3)
Using 0.15 g of water prepared by adding 0.135 g of water to 0.515 g of dry chip-like pulp (the dry mass of the cellulose-containing raw material), using 0.65 g of wet pulp having a water content of 30% by mass, Was pulverized in the same manner as in Example 1 except that the time was changed to 8 minutes. The obtained powdered cellulose had a median diameter of 88.6 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1433, which was 76% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(実施例4)
湿潤パルプの量を2.0g(セルロース含有原料の乾燥質量としては1.0g)とし、粉砕時間を3分とした以外は、実施例1と同様にして粉砕を行った。得られた粉末セルロースのメジアン径は46.3μmであった。粘度平均重合度は1763であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の94%であった。
Example 4
Grinding was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of wet pulp was 2.0 g (1.0 g as the dry mass of the cellulose-containing raw material) and the grinding time was 3 minutes. The median diameter of the obtained powdered cellulose was 46.3 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1763, which was 94% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(比較例1)
湿潤パルプに代えて水の含有量が3質量%の乾燥チップ状パルプ0.515gを用いた以外は、実施例1と同様にして粉砕を行った。得られた粉末セルロースのメジアン径は745.7μmであった。粘度平均重合度は1339であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の71%であった。
(Comparative Example 1)
The pulverization was performed in the same manner as in Example 1 except that 0.515 g of dry chip-like pulp having a water content of 3 mass% was used instead of the wet pulp. The median diameter of the obtained powdered cellulose was 745.7 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1339, which was 71% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(比較例2)
粉砕時間を3分とした以外は比較例1と同様にして粉砕を行った。得られた粉末セルロースのメジアン径は45.2μmであった。粘度平均重合度は1012であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の54%であった。
(Comparative Example 2)
Grinding was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the grinding time was 3 minutes. The obtained powdered cellulose had a median diameter of 45.2 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1012 and was 54% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

(比較例3)
実施例1のチップ化工程と同様の工程において得られた乾燥チップ状パルプ103g(セルロース含有原料の乾燥質量として100g、平均重合度1878、結晶化度72%、水分含量3.0質量%)をチャック付のポリエチレン袋(株式会社生産日本社製:ユニパックJ−4)内に投入し、イオン交換水47gを添加して室温で1時間静置した。これにより、水の含有量が100質量%の湿潤パルプを得た。
(Comparative Example 3)
103 g of dried chip-like pulp obtained in the same step as the chip-forming step of Example 1 (100 g as the dry mass of the cellulose-containing raw material, average polymerization degree 1878, crystallinity 72%, water content 3.0 mass%) The product was put into a polyethylene bag with a chuck (manufactured by Nippon Co., Ltd .: Unipack J-4). Thereby, the wet pulp whose water content is 100 mass% was obtained.

得られた湿潤パルプを振動ロッドミル(中央化工機株式会社製:MB−1、容器全容積3.5L、ロッドとして、φ30mm、長さ218mm、断面形状が円形のSUS304製ロッド13本、充填率57%)に投入し、振幅が8mmで、回転数が20Hzにて10℃で10分間の粉砕を行った。これにより、綿状のセルロースを得た。得られたセルロースのメジアン径は569μmであった。粘度平均重合度は1571であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の84%であった。なお、粉砕の際には外部密閉系冷却水循環装置(ヤマト科学社製:ネオクールサーキュレータCF701G)により粉砕容器のジャケットの温度を10℃とした。   The obtained wet pulp was oscillated rod mill (Chuo Kako Co., Ltd .: MB-1, container total volume 3.5L, as a rod, φ30 mm, length 218 mm, 13 SUS304 rods with a circular cross section, filling rate 57 %), And pulverization was performed at 10 ° C. for 10 minutes at an amplitude of 8 mm and a rotation speed of 20 Hz. Thereby, cotton-like cellulose was obtained. The obtained cellulose had a median diameter of 569 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1571, which was 84% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material. During pulverization, the jacket temperature of the pulverization vessel was set to 10 ° C. by an external closed system cooling water circulation device (manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd .: Neocool Circulator CF701G).

(比較例4)
粉砕時間を60分とした以外は、比較例3と同様にして粉砕を行った。これにより得られた粉末セルロースのメジアン径は140μmであった。粘度平均重合度は1068であり、セルロース含有原料の粘度平均重合度の57%であった。
(Comparative Example 4)
Grinding was performed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the grinding time was 60 minutes. The median diameter of the powdered cellulose thus obtained was 140 μm. The viscosity average degree of polymerization was 1068, which was 57% of the viscosity average degree of polymerization of the cellulose-containing raw material.

Figure 2013256635
Figure 2013256635

表1に各実施例及び比較例の結果をまとめて示す。表1に示すように、実施例1〜4の方法によれば、比較例1〜4の方法と比べて、メジアン径が小さく且つ重合度が高い粉末セルロースを得ることができる。   Table 1 summarizes the results of each example and comparative example. As shown in Table 1, according to the methods of Examples 1 to 4, it is possible to obtain powdered cellulose having a small median diameter and a high degree of polymerization as compared with the methods of Comparative Examples 1 to 4.

本発明は粉末セルロースの製造方法及びセルロースの粉砕方法として有用である。   The present invention is useful as a method for producing powdered cellulose and a method for pulverizing cellulose.

Claims (9)

乾燥質量に対する水の含有量が30質量%以上、200質量%以下であるセルロース含有原料を、−50℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕を行う、粉末セルロースの製造方法。   A method for producing powdered cellulose, wherein a cellulose-containing raw material having a water content with respect to a dry mass of 30% by mass or more and 200% by mass or less is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of −50 ° C. or less. 粉末セルロースのメジアン径が10μm以上、120μm以下となるように粉砕を行う、請求項1に記載の粉末セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the powder cellulose of Claim 1 which grind | pulverizes so that the median diameter of powdered cellulose may be 10 micrometers or more and 120 micrometers or less. 前記セルロース含有原料に含まれるセルロースの粘度平均重合度が500以上、3000以下である、請求項1又は2に記載の粉末セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the powdered cellulose of Claim 1 or 2 whose viscosity average polymerization degree of the cellulose contained in the said cellulose containing raw material is 500 or more and 3000 or less. 前記セルロース含有原料がコットンリンターである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粉末セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the powdered cellulose of any one of Claims 1-3 whose said cellulose containing raw material is a cotton linter. 媒体式粉砕装置を用いて粉砕を行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粉末セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the powder cellulose of any one of Claims 1-4 which grind | pulverize using a medium type grinder. 前記媒体式粉砕装置が容器駆動式粉砕装置又は媒体攪拌式粉砕装置である、請求項5に記載の粉末セルロースの製造方法。   The method for producing powdered cellulose according to claim 5, wherein the medium type pulverizer is a container-driven pulverizer or a medium agitating pulverizer. 液体冷却剤を用いて前記雰囲気温度に冷却する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉末セルロースの製造方法。   The manufacturing method of the powdered cellulose of any one of Claims 1-6 cooled to the said atmospheric temperature using a liquid coolant. 前記液体冷却剤が液体窒素である、請求項7に記載の粉末セルロースの製造方法。   The method for producing powdered cellulose according to claim 7, wherein the liquid coolant is liquid nitrogen. 乾燥質量に対して水を30質量%以上、200質量%以下含むセルロース含有原料を、−50℃以下の雰囲気温度において冷却して粉砕する、セルロースの粉砕方法。   A cellulose pulverization method in which a cellulose-containing raw material containing 30% by mass or more and 200% by mass or less of water with respect to a dry mass is cooled and pulverized at an atmospheric temperature of −50 ° C. or less.
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