JP2014001272A - Method of producing polyuronic acid salt - Google Patents

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Tadanori Yoshimura
忠徳 吉村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing polyuronic acid salt, the method for improving the efficiency of production by electrolytic oxidation and easily separating a product material from an electrolyte.SOLUTION: In a method of producing polyuronic acid salt, cellulose with 30% or less of crystallinity is electrolytically oxidized in hydrous electrolyte that contains the following (1) to (3), wherein (1) is hydrous solvent, (2) is one or more mediator selected from N-oxyl compound, N-hydroxy compound, and nitroso compound, and (3) alkali metal halide of 0.3 mol or more relative to the hydrous solvent 1 kg.

Description

本発明は、ポリウロン酸塩の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a polyuronic acid salt.

水溶性高分子材料は、粒子の分散、安定化、凝集、粘度調整、及び接着等の機能を有し、様々な分野に応用されている。特にポリカルボン酸は、多くの品種が製造、使用されている。   Water-soluble polymer materials have functions such as particle dispersion, stabilization, aggregation, viscosity adjustment, and adhesion, and are applied in various fields. In particular, many kinds of polycarboxylic acids are manufactured and used.

また、環境に対する意識が高まるにつれ、再生可能で環境負荷の少ない天然原料から製造できると共に、生分解性に優れた種々の生分解性水溶性高分子が提案されたり、開発されたりしている。その一つとして、水溶性多糖類及びその誘導体が挙げられる。具体例として、キサンタンガム、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、アルギン酸、ペクチン酸、ヒアルロン酸、及びセロウロン酸等のポリウロン酸等が知られている。中でもポリウロン酸は、ビルダー、分散剤、安定化剤、凝集剤、粘度調整剤、接着剤、及び皮膜形成剤等への応用が期待されている。   In addition, as environmental awareness increases, various biodegradable water-soluble polymers that can be produced from natural raw materials that are renewable and have a low environmental impact and that are excellent in biodegradability have been proposed and developed. One of them is a water-soluble polysaccharide and its derivatives. As specific examples, xanthan gum, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, alginic acid, pectinic acid, hyaluronic acid, polyuronic acid such as celouronic acid, and the like are known. Among them, polyuronic acid is expected to be applied to builders, dispersants, stabilizers, flocculants, viscosity modifiers, adhesives, film forming agents, and the like.

ポリウロン酸及びポリウロン酸塩の製造方法としては、種々の方法が知られている。例えば、特許文献1には、アミロース又は澱粉を、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)等のN−オキシル化合物の存在下において、臭化アルカリ金属及び酸化剤を用いて酸化する水溶性ポリウロン酸の製造方法が記載されている。   As a method for producing polyuronic acid and polyuronic acid salt, various methods are known. For example, Patent Document 1 discloses amylose or starch in the presence of an N-oxyl compound such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-1-oxyl (TEMPO) and an alkali metal bromide and A method for producing water-soluble polyuronic acid that is oxidized using an oxidizing agent is described.

特許文献2には、多糖類を水系溶媒に分散又は溶解させ、N−オキシル化合物の存在下において、共酸化剤を用いて酸化した後、多価カチオンを添加して沈殿させ、水洗及び脱塩をする水溶性ポリウロン酸の製造方法が記載されている。   In Patent Document 2, a polysaccharide is dispersed or dissolved in an aqueous solvent, oxidized with a co-oxidant in the presence of an N-oxyl compound, then added with polyvalent cations to precipitate, washed with water and desalted. A process for producing water-soluble polyuronic acid is described.

特許文献3には、結晶化度が30%以下である低結晶性の粉末セルロースを酸化させるポリウロン酸塩の製造方法が記載されている。   Patent Document 3 describes a method for producing a polyuronic acid salt that oxidizes low crystalline powdery cellulose having a crystallinity of 30% or less.

非特許文献1及び2には、TEMPOをメディエーター(電子媒介物質)とした電解酸化法により、ポテトスターチ(澱粉)やアルカリセルロースのC6位の水酸基を選択的に酸化し、カルボン酸量が高い(高酸化度)生成物を得たことが報告されている。   In Non-Patent Documents 1 and 2, the oxidization method using TEMPO as a mediator (electron mediator) selectively oxidizes the C6 hydroxyl group of potato starch (starch) or alkali cellulose, and the amount of carboxylic acid is high ( It has been reported that a (high oxidation degree) product was obtained.

特許文献4及び非特許文献2には、原料として低結晶化したセルロースやアルカリセルロース化したセルロースを用いた、セルロースの電解酸化によるポリウロン酸塩の製造方法が記載されている。   Patent Document 4 and Non-Patent Document 2 describe a method for producing a polyuronic acid salt by electrolytic oxidation of cellulose using low-crystallized cellulose or alkali-cellulose cellulose as a raw material.

廃棄物抑制及び触媒のリサイクルの観点から、メディエーターであるTEMPOを樹脂に吸着して反応・回収・再利用する電解酸化法が特許文献5に記載されている。   From the viewpoint of waste suppression and catalyst recycling, Patent Document 5 describes an electrolytic oxidation method in which TEMPO, which is a mediator, is adsorbed on a resin to be reacted, recovered, and reused.

特開2004−189924号公報JP 2004-189924 A 特開2006−124598号公報JP 2006-124598 A 特開2009−263641号公報JP 2009-263641 A 特開2011−256352号公報JP 2011-256352 A 特開平11−147043号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-170443

Karsten Schnatbaum, et al., Synthesis, 5, p.864〜872, 1999Karsten Schnatbaum, et al., Synthesis, 5, p.864〜872, 1999 P. Parport, et al., Cellulose, 17, p.815,2010P. Parport, et al., Cellulose, 17, p.815, 2010

しかし、特許文献1〜3に記載の方法には、反応に用いた酸化剤や共酸化剤に由来する多量の廃棄物が生じるという問題がある。   However, the methods described in Patent Documents 1 to 3 have a problem that a large amount of waste derived from the oxidizing agent or co-oxidizing agent used in the reaction is generated.

非特許文献1及び2に記載の方法は、量論量の酸化剤を必要としないため、廃棄物の低減という点では有利である。しかし、セルロース等の水に溶解しない原料を用いた場合には反応が十分に進行せず、水溶性が高い高酸化度のポリウロン酸を製造することは困難である。またTEMPOの最適電位において酸化反応を進行させるため、電位測定のための参照電極の投入が必要となり、工業的な製造において負荷となる。   The methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 are advantageous in terms of reducing waste because they do not require a stoichiometric amount of oxidant. However, when a raw material that does not dissolve in water such as cellulose is used, the reaction does not proceed sufficiently, and it is difficult to produce polyuronic acid with high water solubility and high oxidation degree. Further, since the oxidation reaction proceeds at the optimum potential of TEMPO, it is necessary to insert a reference electrode for measuring the potential, which is a burden in industrial production.

特許文献4及び非特許文献2に記載の方法には、特許文献1及び2等に記載されている酸化剤、又は共酸化剤を用いる酸化方法(化学酸化)と比較して、電解酸化の反応時間が長いという問題がある。   In the methods described in Patent Literature 4 and Non-Patent Literature 2, the electrolytic oxidation reaction is compared with the oxidation method (chemical oxidation) using an oxidizing agent or a co-oxidizing agent described in Patent Literatures 1 and 2 and the like. There is a problem that time is long.

特許文献5に記載の方法は、TEMPOが溶解状態でないため、反応を効率良く進行させるためにはセルロースを溶解させることができる特定の塩を含む特殊な溶媒が必要となる。また、生成物であるポリウロン酸を溶媒から分離するために大きな負荷が必要となる。   In the method described in Patent Document 5, since TEMPO is not in a dissolved state, a special solvent containing a specific salt capable of dissolving cellulose is required to allow the reaction to proceed efficiently. In addition, a large load is required to separate the product polyuronic acid from the solvent.

本発明の課題は、ポリウロン酸塩の電解酸化による製造を効率化し、且つ電解液中から生成物を容易に分離できるようにすることである。   An object of the present invention is to improve the efficiency of the production of polyuronic acid salt by electrolytic oxidation and to easily separate the product from the electrolytic solution.

本発明のポリウロン酸塩の製造方法は、下記の1)〜3)を含む電解液中において、結晶化度が30%以下のセルロースを電解酸化する。
1)含水溶媒
2)N−オキシル化合物、N−ヒドロキシ化合物、及びニトロソ化合物から選ばれる1種以上のメディエーター
3)含水溶媒1kgに対し、0.3mol以上のアルカリ金属ハロゲン化物
In the method for producing a polyuronic acid salt of the present invention, cellulose having a crystallinity of 30% or less is electrolytically oxidized in an electrolytic solution containing the following 1) to 3).
1) Hydrous solvent 2) One or more mediators selected from N-oxyl compounds, N-hydroxy compounds, and nitroso compounds 3) 0.3 mol or more of alkali metal halide per 1 kg of hydrous solvent

本発明のポリウロン酸の製造方法によれば、セルロースを効率的に電解酸化してポリウロン酸塩を製造でき、且つ生成したポリウロン酸塩を反応混合物から容易に分離することができる。   According to the method for producing polyuronic acid of the present invention, a polyuronic acid salt can be produced by efficiently electrolytically oxidizing cellulose, and the produced polyuronic acid salt can be easily separated from the reaction mixture.

本願発明者は、結晶性が低いセルロースを原料とし、特定量のアルカリ金属ハロゲン化物及びメディエーターが存在する条件において電解酸化を行うことにより、特殊な溶媒及び量論量以上の酸化剤を使用することなく水溶性のポリウロン酸塩を効率的に製造できることを見出した。   The inventor of the present application uses a special solvent and an oxidizing agent of a stoichiometric amount or more by performing electrolytic oxidation under the condition where a specific amount of alkali metal halide and mediator is present using cellulose having low crystallinity as a raw material. It was found that water-soluble polyuronic acid salts can be efficiently produced.

本実施形態のポリウロン酸塩の製造方法(以下、単に本実施形態の製造方法ともいう。)は、下記の1)〜3)を含む電解液中において、結晶化度が30%以下のセルロース(以下「低結晶性セルロース」ともいう)を電解酸化する。
1)含水溶媒
2)N−オキシル化合物、N−ヒドロキシ化合物、及びニトロソ化合物から選ばれる1種以上のメディエーター
3)含水溶媒1kgに対し、0.3mol以上のアルカリ金属ハロゲン化物
これにより、セルロースを構成するアンヒドログルコースの6位の水酸基の一部又は全部が酸化されたポリウロン酸塩を効率良く得ることができる。以下、本実施形態の製造方法に用いられる各成分、製造条件等について説明する。
The polyuronic acid salt production method of the present embodiment (hereinafter also simply referred to as the production method of the present embodiment) is a cellulose having a crystallinity of 30% or less in an electrolytic solution containing the following 1) to 3). Hereinafter, this is also referred to as “low crystalline cellulose”).
1) Hydrous solvent 2) One or more mediators selected from N-oxyl compounds, N-hydroxy compounds, and nitroso compounds 3) 0.3 mol or more of alkali metal halides per 1 kg of hydrous solvent The polyuronic acid salt in which part or all of the hydroxyl group at the 6-position of anhydroglucose is oxidized can be obtained efficiently. Hereafter, each component used for the manufacturing method of this embodiment, manufacturing conditions, etc. are demonstrated.

(アルカリ金属ハロゲン化物)
本実施形態の電解液中に含まれるアルカリ金属ハロゲン化物は、電解酸化によって次亜塩素酸塩等のハロゲンオキソ酸又はその塩に変換される。変換されたハロゲンオキソ酸又はその塩は、後述するメディエーターを効率良く酸化するために用いられる。また、ハロゲンオキソ酸はメディエーターと反応することにより元のアルカリ金属ハロゲン化物に戻り、酸化反応に再利用することが可能となる。
(Alkali metal halide)
The alkali metal halide contained in the electrolytic solution of this embodiment is converted into a halogen oxoacid such as hypochlorite or a salt thereof by electrolytic oxidation. The converted halogen oxo acid or salt thereof is used for efficiently oxidizing the mediator described later. Further, the halogen oxo acid reacts with the mediator to return to the original alkali metal halide, and can be reused for the oxidation reaction.

アルカリ金属ハロゲン化物は、アルカリ金属元素とハロゲン元素との化合物であればどのようなものであってもよいが、アルカリ金属の塩化物、臭化物、又はヨウ化物が好ましい。酸化反応の選択性の観点からは、塩化物、又は臭化物がより好ましい。アルカリ金属は、リチウム、カリウム、又はナトリウムが好ましい。アルカリ金属ハロゲン化物の具体例として、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、及び臭化カリウムを挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   The alkali metal halide may be any compound as long as it is a compound of an alkali metal element and a halogen element, but an alkali metal chloride, bromide, or iodide is preferred. From the viewpoint of the selectivity of the oxidation reaction, chloride or bromide is more preferable. The alkali metal is preferably lithium, potassium, or sodium. Specific examples of the alkali metal halide include lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, lithium bromide, sodium bromide, and potassium bromide. These may be used alone or in combination of two or more.

電解液中のアルカリ金属ハロゲン化物の量は、低結晶性セルロースの電解酸化を効率良く行うという観点からは高い方がよい。アルカリ金属ハロゲン化物の量は、電解液中の含水溶媒1kgに対し0.3mol以上であれば、電解酸化は効率良く進行するが、0.4mol以上であることが好ましく、0.5mol以上であることがより好ましい。このような量であることにより、低結晶性セルロースが含水電解液に溶解していなくても電解酸化が効率良く進む。また、ポリウロン酸塩が含水電解液に溶解していない状態で得られるため、生成したポリウロン酸塩を容易に含水電解液から分離することができる。   The amount of the alkali metal halide in the electrolytic solution is preferably high from the viewpoint of efficiently performing the electrolytic oxidation of the low crystalline cellulose. If the amount of the alkali metal halide is 0.3 mol or more with respect to 1 kg of the water-containing solvent in the electrolytic solution, the electrolytic oxidation proceeds efficiently, but is preferably 0.4 mol or more, and more preferably 0.5 mol or more. It is more preferable. By such an amount, even if the low crystalline cellulose is not dissolved in the water-containing electrolyte, the electrolytic oxidation proceeds efficiently. Moreover, since the polyuronic acid salt is obtained in a state where it is not dissolved in the aqueous electrolyte solution, the produced polyuronic acid salt can be easily separated from the aqueous electrolyte solution.

一方、副反応の抑制の観点からは、電解液中のアルカリ金属ハロゲン化物の量が、電解液中の含水溶媒1kgに対し3mol以下であることが好ましく、2mol以下であることがより好ましく、1.5mol以下であることがさらに好ましい。   On the other hand, from the viewpoint of suppressing side reactions, the amount of alkali metal halide in the electrolytic solution is preferably 3 mol or less, more preferably 2 mol or less, relative to 1 kg of the hydrous solvent in the electrolytic solution. More preferably, it is 5 mol or less.

(メディエーター)
本実施形態のメディエーターは、セルロースのアンヒドログルコース単位のC6位の水酸基を選択的に酸化させる観点から、N−オキシル化合物、オキシム化合物、N−ヒドロキシ化合物、及びニトロソ化合物から選ばれる1種以上の化合物が好ましい。これらの中では、N−オキシル化合物、オキシム化合物、及びN−ヒドロキシ化合物がより好ましく、N−オキシル化合物がさらに好ましい。
(Mediator)
The mediator of this embodiment is one or more selected from N-oxyl compounds, oxime compounds, N-hydroxy compounds, and nitroso compounds from the viewpoint of selectively oxidizing the hydroxyl group at the C6 position of the anhydroglucose unit of cellulose. Compounds are preferred. Among these, N-oxyl compounds, oxime compounds, and N-hydroxy compounds are more preferable, and N-oxyl compounds are more preferable.

N−オキシル化合物は、ヒンダードアミンのN−酸化物であり、特にアミノ基のα位に嵩高い基を有する複素環式のN−オキシル化合物が好ましい。   The N-oxyl compound is a hindered amine N-oxide, and a heterocyclic N-oxyl compound having a bulky group at the α-position of the amino group is particularly preferable.

複素環式のN−オキシル化合物としては、炭素数1又は2のアルキル基を有するピペリジンオキシル化合物、ピロリジンオキシル化合物、又はイミダゾリンオキシル化合物が好ましく、反応選択性の観点から、炭素数1又は2のアルキル基を有するピペリジンオキシル化合物又はピロリジンオキシル化合物がより好ましい。   The heterocyclic N-oxyl compound is preferably a piperidine oxyl compound, a pyrrolidine oxyl compound, or an imidazoline oxyl compound having an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms. From the viewpoint of reaction selectivity, the alkyl having 1 or 2 carbon atoms is preferred. A piperidine oxyl compound or a pyrrolidine oxyl compound having a group is more preferable.

炭素数1又は2のアルキル基を有するピペリジンオキシル化合物の具体例としては、2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−アセトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−(イソチオシアナト)−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−(4−ニトロベンゾイルオキシ)−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−(ホスホノオキシ)−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、PIPO(ポリマー固定ピペリジニルオキシル)、SiO2担持TEMPO、ポリスチレン担持TEMPO、及びポリアクリル酸担持TEMPO等が挙げられる。 Specific examples of the piperidineoxyl compound having an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms include 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6 -Tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1- Oxyl, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-acetoxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-acetamido-2, 2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4- (isothiocyanato) -2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-maleimide 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4- (4-nitrobenzoyloxy) -2 , 2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4- (phosphonooxy) -2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-cyano-2,2,6,6 - tetramethyl - piperidine-1-oxyl, PIPO (polymer-bound piperidinyloxy Le), SiO 2 supported TEMPO, polystyrene supported TEMPO, and polyacrylic acid-supported TEMPO, and the like.

炭素数1又は2のアルキル基を有するピロリジンオキシル化合物の具体例としては、3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチル−3−ピロリジン−1−オキシル等が挙げられる。   Specific examples of the pyrrolidine oxyl compound having an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms include 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethyl-3-pyrrolidine-1-oxyl.

炭素数1又は2のアルキル基を有するイミダゾリンオキシル化合物の具体例としては、4−フェニル−2,2,5,5−テトラメチル−3−イミダゾリン−3−オキシド−1−オキシル、4−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチル−3−イミダゾリン−3−オキシド−1−オキシル、及び4−フェナクリデン−2,2,5,5−テトラメチル−イミダゾリジン−1−オキシル等が挙げられる。   Specific examples of the imidazoline oxyl compound having an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms include 4-phenyl-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-3-oxide-1-oxyl, 4-carbamoyl- Examples include 2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-3-oxide-1-oxyl and 4-phenacridene-2,2,5,5-tetramethyl-imidazolidine-1-oxyl.

これらの中では、溶媒への溶解性及び反応性の観点から、メチル基を有するピペリジンオキシル化合物が好ましく、この中では2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、4−アセトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、及び4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシルが好ましく、2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル、及び4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシルがより好ましく、2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)がさらに好ましい。   Among these, a piperidineoxyl compound having a methyl group is preferable from the viewpoint of solubility in a solvent and reactivity. Among these, 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-methoxy-2,2, 6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 4-acetoxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, and 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethyl -Piperidine-1-oxyl is preferred, 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetra Tyl-piperidine-1-oxyl and 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl are more preferred, and 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl ( More preferred is TEMPO).

本実施形態においてこれらのメディエーターは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   In the present embodiment, these mediators may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の製造方法においてメディエーターの量は触媒量でよい。具体的には、原料として用いる低結晶性セルロースに対して、0.001質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。また、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることがさらに好ましい。   In the production method of the present embodiment, the amount of mediator may be a catalytic amount. Specifically, 0.001 mass% or more is preferable with respect to the low crystalline cellulose used as a raw material, 0.1 mass% or more is more preferable, and 1 mass% or more is further more preferable. Moreover, it is preferable that it is 30 mass% or less, It is more preferable that it is 20 mass% or less, It is further more preferable that it is 15 mass% or less.

(含水溶媒)
本実施形態の電解液に含まれる含水溶媒として、水、又は水と有機溶媒との混合溶媒を用いることができる。中でも、アルカリ金属ハロゲン化物を溶解させる観点、及び環境負荷低減の観点から水が好ましい。混合溶媒における水と有機溶媒との比率は特に制限はないが、混合溶媒に対する水の割合を30質量%以上とすることが好ましく、40質量%以上とすることがより好ましく、50質量%以上とすることがさらに好ましい。
(Hydrous solvent)
As a hydrous solvent contained in the electrolytic solution of the present embodiment, water or a mixed solvent of water and an organic solvent can be used. Among these, water is preferable from the viewpoint of dissolving the alkali metal halide and reducing the environmental load. The ratio of water and organic solvent in the mixed solvent is not particularly limited, but the ratio of water to the mixed solvent is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and 50% by mass or more. More preferably.

有機溶媒は、炭素数1〜3のアルコール、炭素数1〜6のケトン、直鎖又は分岐状の炭素数1〜6の飽和炭化水素、直鎖又は分岐状の炭素数1〜6の不飽和炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、極性溶媒等を用いることができる。炭素数1〜3のアルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、及びプロパノール等が挙げられる。炭素数1〜6のケトンとしては、例えばアセトン、及びメチルイソブチルケトン等が挙げられる。直鎖又は分岐状の炭素数1〜6の飽和炭化水素としては、例えばn−ペンタン、及びn−ヘキサン等が挙げられる。直鎖又は分岐状の炭素数1〜6の不飽和炭化水素としては、例えば2−ペンテン、及び1−ヘキセン等が挙げられる。芳香族炭化水素としては、例えばベンゼン、及びトルエン等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素としては、例えば塩化メチレン、及びクロロホルム等が挙げられる。極性溶媒としては、例えばエステル、低級アルキルエーテル、環状エーテル、N,N-ジメチルホルムアミド、及びジメチルスルホキシド等が挙げられる。これら有機溶媒の中では、反応性の観点から炭素数1〜6のアルコール、炭素数1〜6のケトン、及び極性溶媒が好ましい。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いることもできる。   The organic solvent is an alcohol having 1 to 3 carbon atoms, a ketone having 1 to 6 carbon atoms, a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms, a linear or branched unsaturated group having 1 to 6 carbon atoms. Hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, polar solvents and the like can be used. Examples of the alcohol having 1 to 3 carbon atoms include methanol, ethanol, and propanol. Examples of the ketone having 1 to 6 carbon atoms include acetone and methyl isobutyl ketone. Examples of the linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms include n-pentane and n-hexane. Examples of the linear or branched unsaturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms include 2-pentene and 1-hexene. Examples of the aromatic hydrocarbon include benzene and toluene. Examples of the halogenated hydrocarbon include methylene chloride and chloroform. Examples of the polar solvent include esters, lower alkyl ethers, cyclic ethers, N, N-dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide. Among these organic solvents, alcohols having 1 to 6 carbon atoms, ketones having 1 to 6 carbon atoms, and polar solvents are preferable from the viewpoint of reactivity. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

含水溶媒の使用量は特に限定されず、反応条件等に応じて適宜選択すればよい。通常は、原料である低結晶性セルロースに対して2質量倍以上、好ましくは5質量倍以上で、2000質量倍以下、好ましくは300質量倍以下とすればよい。   The usage-amount of a hydrous solvent is not specifically limited, What is necessary is just to select suitably according to reaction conditions etc. Usually, it is 2 mass times or more, preferably 5 mass times or more, 2000 mass times or less, preferably 300 mass times or less with respect to the low crystalline cellulose which is a raw material.

電解液の水素イオン濃度(pH)は、低結晶性セルロース又は生成するポリウロン酸塩の重合度抑制の観点、又は酸化反応の観点からpH7.5以上が好ましく、pH8.0以上がより好ましい。また、pH10.0以下が好ましい。本実施形態において電解液のpHとはガラス電極等を装備したpHメータを用いて室温にて測定した値である。   The hydrogen ion concentration (pH) of the electrolytic solution is preferably pH 7.5 or higher, more preferably pH 8.0 or higher from the viewpoint of suppressing the degree of polymerization of the low crystalline cellulose or the polyuronic acid salt to be generated, or from the viewpoint of the oxidation reaction. Moreover, pH 10.0 or less is preferable. In the present embodiment, the pH of the electrolytic solution is a value measured at room temperature using a pH meter equipped with a glass electrode or the like.

(pH緩衝剤)
本実施形態のポリウロン酸塩の製造方法においては、電解液のpHを好適な範囲とするために、含水溶媒にpH緩衝剤を添加してもよい。含水溶媒にpH緩衝剤を添加することにより、電解液のpHを維持して低結晶性セルロース又は生成するポリウロン酸塩の重合度の低下をさらに抑制する効果が得られる。
(PH buffer)
In the method for producing the polyuronic acid salt according to this embodiment, a pH buffering agent may be added to the water-containing solvent in order to bring the pH of the electrolytic solution into a suitable range. By adding a pH buffer to the water-containing solvent, the effect of further suppressing the decrease in the degree of polymerization of the low crystalline cellulose or the produced polyuronic acid salt while maintaining the pH of the electrolytic solution can be obtained.

含水溶媒に添加するpH緩衝剤は特に限定されないが、例えばアルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ土類金属リン酸塩、各種のアミン、及びアミノ酸等を用いることができる。   The pH buffer added to the water-containing solvent is not particularly limited. For example, alkali metal carbonate, alkaline earth metal carbonate, alkali metal phosphate, alkaline earth metal phosphate, various amines, amino acids, and the like are used. be able to.

アルカリ金属炭酸塩としては、例えば炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等を用いることができる。これらのpH緩衝剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも溶媒への溶解性、及び所望するpH緩衝能の観点から、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属炭酸水素塩との組み合わせが好ましい。アルカリ土類金属炭酸塩としては、例えば炭酸マグネシウム、及び炭酸カルシウム等を用いることができる。アルカリ金属リン酸塩としては、例えばリン酸2水素ナトリウム、リン酸2ナトリウム、リン酸2水素カリウム、及びリン酸2カリウム等を用いることができる。アルカリ土類金属リン酸塩としては、例えばリン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウム等を用いることができる。   As the alkali metal carbonate, for example, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate and the like can be used. These pH buffering agents can be used alone or in combination of two or more. Among these, a combination of an alkali metal carbonate and an alkali metal bicarbonate is preferable from the viewpoint of solubility in a solvent and a desired pH buffering ability. Examples of the alkaline earth metal carbonate that can be used include magnesium carbonate and calcium carbonate. As the alkali metal phosphate, for example, sodium dihydrogen phosphate, disodium phosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium phosphate, and the like can be used. Examples of alkaline earth metal phosphates that can be used include magnesium phosphate and calcium phosphate.

pH緩衝剤の使用量については特に制限はないが、pH緩衝効果の観点から含水溶媒1kgに対して0.05mol以上であることが好ましく、0.1mol以上であることがより好ましい。また、pH緩衝剤の使用量は、含水溶媒1kgに対して2mol以下であることが好ましく、1mol以下であることがより好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of a pH buffer, It is preferable that it is 0.05 mol or more with respect to 1 kg of hydrous solvent from a viewpoint of a pH buffer effect, and it is more preferable that it is 0.1 mol or more. Further, the amount of the pH buffer used is preferably 2 mol or less, more preferably 1 mol or less with respect to 1 kg of the hydrous solvent.

(低結晶性セルロース)
本実施形態の製造方法において原料として用いるセルロースは、反応性の観点から結晶化度が30%以下のセルロースである。
(Low crystalline cellulose)
The cellulose used as a raw material in the production method of the present embodiment is cellulose having a crystallinity of 30% or less from the viewpoint of reactivity.

一般にセルロースには複数の結晶構造が知られており、アモルファス部と結晶部とが共存することが知られている。一般的に知られているセルロースにも極めて少量のアモルファス部が存在する。それらの結晶化の程度は、下記の計算式(1)に、X線結晶回折スペクトルから求められる数値を入れることにより、結晶化度として数値化できる。
結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 ・・・計算式(1)
但し、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度を示し、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。
In general, cellulose has a plurality of crystal structures, and it is known that an amorphous part and a crystal part coexist. Generally known cellulose also has an extremely small amount of amorphous part. The degree of crystallization can be quantified as a degree of crystallinity by putting a numerical value obtained from an X-ray crystal diffraction spectrum into the following calculation formula (1).
Crystallinity (%) = [(I 22.6 −I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 Formula (1)
However, I 22.6 indicates the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, and I 18.5 indicates the amorphous portion (diffraction angle 2θ = 18.5 °). The diffraction intensity is shown.

本指数は、結晶からアモルファスへの変化に伴うセルロースのI型結晶の002面におけるX線回折強度の変化を、その指標としている。従って、セルロース中に含まれる結晶形がI型のみであれば、理論上、結晶化度は0〜100%の値となる。実際にはセルロース中には複数の結晶形が存在するため、I型以外の結晶も十分に破壊されアモルファス化されている場合は、負の値もとり得る。本実施形態においては式(1)において負の値が得られた場合は、結晶化度は0%とみなす。   This index uses the change in the X-ray diffraction intensity on the 002 plane of the cellulose I-type crystal accompanying the change from crystal to amorphous as its index. Therefore, if the crystal form contained in cellulose is only type I, the crystallinity is theoretically a value of 0 to 100%. In fact, since there are a plurality of crystal forms in cellulose, a negative value can also be taken when crystals other than type I are sufficiently destroyed and made amorphous. In this embodiment, when a negative value is obtained in the formula (1), the crystallinity is regarded as 0%.

本実施形態の製造方法において、原料として用いるセルロースの結晶化度は、30%以下である。セルロースの結晶化度が30%以下であっても水等の反応溶媒に溶解することはない。しかし、結晶化度が30%以下であれば、セルロースの電解酸化反応は極めて良好に進行し、酸化度の高いポリウロン酸塩を効率的に得ることができる。この観点から、セルロースの結晶化度は低いほど好ましく、25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。特に本実施形態においては、式(1)により求められた結晶化度が0%であるセルロースを用いることが最も好ましい。   In the production method of the present embodiment, the crystallinity of cellulose used as a raw material is 30% or less. Even if the crystallinity of cellulose is 30% or less, it does not dissolve in a reaction solvent such as water. However, if the crystallinity is 30% or less, the electrolytic oxidation reaction of cellulose proceeds extremely well, and a polyuronic acid salt having a high degree of oxidation can be obtained efficiently. From this viewpoint, the crystallinity of cellulose is preferably as low as possible, preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less. In particular, in the present embodiment, it is most preferable to use cellulose whose crystallinity obtained by the formula (1) is 0%.

原料として用いる低結晶性セルロースのメジアン径は、特に限定はされないが、電解酸化反応をスラリー状態で進行させる観点から、300μm以下が好ましく、150μmがより好ましく、50μm以下がさらに好ましい。但し、工業的に実施する際の操作性の観点からは、20μm以上が好ましく、25μm以上がより好ましい。なお、本実施形態における低結晶性セルロースのメジアン径は、イオン交換水中にセルロースを分散させた状態においてレーザー回折/散乱式粒度分布測定により求めることができる。   The median diameter of the low crystalline cellulose used as a raw material is not particularly limited, but is preferably 300 μm or less, more preferably 150 μm, and even more preferably 50 μm or less from the viewpoint of allowing the electrolytic oxidation reaction to proceed in a slurry state. However, from the viewpoint of operability when carried out industrially, it is preferably 20 μm or more, more preferably 25 μm or more. In addition, the median diameter of the low crystalline cellulose in the present embodiment can be obtained by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement in a state where cellulose is dispersed in ion-exchanged water.

(低結晶性セルロースの製造方法)
原料として用いる低結晶性セルロースの製造方法は特に限定されない。例えば、特開昭62−236801号公報、特開2003−64184号公報、及び特開2004−331918号公報等に記載の方法を挙げることができる。中でも、セルロース含有原料を粉砕機で粉砕処理する方法が好ましい。
(Method for producing low crystalline cellulose)
The manufacturing method of the low crystalline cellulose used as a raw material is not specifically limited. Examples thereof include the methods described in JP-A-62-236801, JP-A-2003-64184, JP-A-2004-331918, and the like. Among these, a method of pulverizing a cellulose-containing raw material with a pulverizer is preferable.

セルロース含有原料としては、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を用いることができる。これらの中では、パルプ類及び木材類が好ましい。セルロース含有原料は、単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。   Cellulose-containing raw materials include wood chips, pruned branches of various trees, thinned wood, branch wood, building waste, factory waste, wood pulp produced from wood, and fibers around cotton seeds Pulp such as cotton linter pulp; Paper such as newspaper, corrugated cardboard, magazine, and fine paper; Plant stems and leaves such as rice straw and corn stalk; Plant shells such as rice husk, palm husk and coconut husk be able to. Among these, pulps and woods are preferable. A cellulose containing raw material may be used independently, or 2 or more types may be mixed and used for it.

粉砕機で処理するセルロース含有原料の大きさ及び形状に特に制限はないが、操作上の観点から1μm角以上が好ましく、5μm角以上がより好ましく、7μm角以上がさらに好ましい。また50mm角以下が好ましく、20mm角以下がより好ましく、10mm角以下がさらに好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size and shape of a cellulose containing raw material processed with a grinder, From a viewpoint on operation, 1 micrometer square or more is preferable, 5 micrometers square or more are more preferable, and 7 micrometers square or more are further more preferable. Moreover, 50 mm square or less is preferable, 20 mm square or less is more preferable, and 10 mm square or less is more preferable.

セルロース含有原料は、粉砕処理による結晶性の低下速度を向上させる観点から、粉砕機で粉砕処理を行う前に、その含水量によっては予め乾燥処理を行ってもよい。乾燥処理は、加熱又は減圧等により行うことができる。   The cellulose-containing raw material may be subjected to a drying process in advance depending on the water content before the pulverization process is performed with a pulverizer from the viewpoint of improving the rate of decrease in crystallinity due to the pulverization process. The drying process can be performed by heating or decompression.

セルロース含有原料は、その大きさ及び形状によっては、予め裁断機を用いて裁断処理を行ってから粉砕処理を行ってもよい。例えば、セルロース含有原料がシート状パルプ等である場合は、予め裁断処理をすることにより、後の粉砕処理において、粉砕に要する負荷を軽減することができる。また、裁断処理を行ってから乾燥処理を行えば、乾燥処理を効率良く容易に行うことができる。   Depending on the size and shape of the cellulose-containing raw material, the raw material may be preliminarily cut using a cutting machine and then pulverized. For example, when the cellulose-containing raw material is a sheet-like pulp or the like, it is possible to reduce a load required for pulverization in the subsequent pulverization process by performing a cutting process in advance. Further, if the drying process is performed after the cutting process, the drying process can be efficiently and easily performed.

低結晶性セルロースの製造に用いられる粉砕機は、結晶性の低下速度の観点から媒体式粉砕機が好ましい。媒体式粉砕機は容器駆動式粉砕機であっても、媒体撹拌式粉砕機であってもよい。容器駆動式粉砕機としては、例えば転動ミル、振動ミル、遊星ミル、及び遠心流動ミル等が挙げられる。この中で、生産性の観点からは、粉砕効率が高い振動ミルが好ましい。媒体撹拌式粉砕機としては、例えば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、生産性の観点からは、粉砕効率が高い撹拌槽型粉砕機が好ましい。   The pulverizer used for producing the low crystalline cellulose is preferably a medium pulverizer from the viewpoint of the rate of decrease in crystallinity. The medium pulverizer may be a container driven pulverizer or a medium agitating pulverizer. Examples of the container-driven pulverizer include a rolling mill, a vibration mill, a planetary mill, and a centrifugal fluid mill. Among these, a vibration mill with high crushing efficiency is preferable from the viewpoint of productivity. Examples of the medium stirring pulverizer include tower pulverizers such as tower mills; stirring tank pulverizers such as attritors, aquamizers and sand grinders; distribution tank pulverizers such as visco mills and pearl mills; distribution pipe pulverizers; Examples thereof include an annular pulverizer such as a coball mill; a continuous dynamic pulverizer and the like. Among these, from the viewpoint of productivity, an agitation tank type pulverizer having high pulverization efficiency is preferable.

前述の粉砕機の内、粉砕によりセルロースの結晶性を低下させる効果の観点からは、振動ミル又は遊星ボールミルがより好ましい。振動ミルに用いる媒体としてはロッド、又はボールが好ましくい。生産性の観点から振動ロッドミルがさらに好ましい。粉砕処理は、バッチ式、又は連続式のどちらでもよい。   Of the above-described pulverizers, a vibration mill or a planetary ball mill is more preferable from the viewpoint of the effect of reducing the crystallinity of cellulose by pulverization. The medium used for the vibration mill is preferably a rod or a ball. A vibration rod mill is more preferable from the viewpoint of productivity. The pulverization process may be either a batch type or a continuous type.

粉砕処理時間は、粉砕機の種類、媒体の種類、大きさ及び充填率等に応じて適宜決定すればよいが、セルロースの結晶化度を所望の値にまで低下させる観点から、0.01時間以上が好ましく、0.05時間以上がより好ましく、0.1時間以上がさらに好ましい。また生産性の観点から50時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましい。   The pulverization time may be appropriately determined according to the type of pulverizer, the type of medium, the size, the filling rate, etc., but from the viewpoint of reducing the crystallinity of cellulose to a desired value, 0.01 hour The above is preferable, 0.05 hours or more is more preferable, and 0.1 hours or more is more preferable. Moreover, from a viewpoint of productivity, 50 hours or less are preferable, 20 hours or less are more preferable, and 10 hours or less are more preferable.

粉砕処理温度は、特に限定されないが、5℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましい。また、熱による劣化を防ぐ観点から、250℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。   The pulverization temperature is not particularly limited, but is preferably 5 ° C or higher, and more preferably 10 ° C or higher. Moreover, from a viewpoint of preventing deterioration by heat, 250 degrees C or less is preferable and 200 degrees C or less is more preferable.

以上のような粉砕処理においては、得られる低結晶性セルロースの重合度を制御することも可能である。これにより、一般には入手困難な、重合度が高く且つ低結晶性のセルロースを製造することも容易にできる。低結晶性セルロースの平均重合度は特に限定されないが、10以上が好ましく、20以上がより好ましく、30以上がさらに好ましい。また、1000以下であることが好ましく、500以下であることがより好ましく、200以下であることがさらに好ましい。本実施形態における低結晶性セルロースの平均重合度は、銅−アンモニア法により求めることができる粘度平均重合度である。   In the pulverization treatment as described above, the degree of polymerization of the obtained low crystalline cellulose can be controlled. As a result, it is possible to easily produce cellulose having a high degree of polymerization and low crystallinity that is generally difficult to obtain. The average degree of polymerization of the low crystalline cellulose is not particularly limited, but is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and still more preferably 30 or more. Moreover, it is preferable that it is 1000 or less, It is more preferable that it is 500 or less, It is further more preferable that it is 200 or less. The average degree of polymerization of the low crystalline cellulose in the present embodiment is a viscosity average degree of polymerization that can be determined by a copper-ammonia method.

(ポリウロン酸塩の製造方法)
本実施形態の製造方法は、陽極及び陰極となる電極を電解液中に挿入し、陽極と陰極との間に電気を流し、陽極側においてアルカリ金属ハロゲン化物及びメディエーターを介してセルロースから電子を放出させ、セルロースの酸化を行う。
(Polyuronic acid salt production method)
In the manufacturing method of this embodiment, an electrode to be an anode and a cathode is inserted into an electrolytic solution, electricity is passed between the anode and the cathode, and electrons are emitted from the cellulose via an alkali metal halide and a mediator on the anode side. To oxidize cellulose.

本実施形態の製造方法においては、原料である低結晶性セルロースは電解液中に分散してスラリー状となっていればよい。スラリー状の状態において、効率良く酸化反応が進みポリウロン酸塩が得られる。また、得られるポリウロン酸塩も電解液に溶解していない状態とすることができるので容易に回収することができる。   In the manufacturing method of this embodiment, the low crystalline cellulose which is a raw material should just be disperse | distributed in electrolyte solution and made into the slurry form. In a slurry state, the oxidation reaction proceeds efficiently and a polyuronic acid salt is obtained. Moreover, since the polyuronic acid salt obtained can be made into the state which is not melt | dissolved in electrolyte solution, it can collect | recover easily.

(電解装置)
電解装置としては、通常の2枚の電極(陽極、陰極)を有する単一槽の電解装置を用いることができる。また、フィルタープレス型の電解装置等も用いることができる。電解酸化反応の効率を向上させるため、同一の電解槽が陽極及び陰極それぞれを二枚以上有している構成としてもよい。
(Electrolysis device)
As the electrolyzer, a single tank electrolyzer having two ordinary electrodes (anode and cathode) can be used. Further, a filter press type electrolysis device or the like can also be used. In order to improve the efficiency of the electrolytic oxidation reaction, the same electrolytic cell may have two or more anodes and cathodes.

陽極及び陰極となる電極の材質及び形状に特に制限はなく、通常の電解反応に用いられる電極を広く利用することができる。例えば、陽極材料としては、例えば白金、金、チタン、白金めっきチタン、ステンレス、ニッケル、ルテニウム、酸化鉛、酸化鉄、及び炭素等が挙げられる。陰極材料としては、例えば白金、金、チタン、白金めっきチタン、スズ、アルミニウム、ステンレス、亜鉛、鉛、銅、及び炭素等が挙げられる。耐腐食性及び反応性の観点から、陽極及び陰極材料を、白金、白金めっきチタン、黒鉛、及びガラス状カーボンから選択して組み合わせることが好ましい。   There are no particular restrictions on the material and shape of the electrodes that serve as the anode and the cathode, and electrodes that are used in ordinary electrolytic reactions can be widely used. For example, examples of the anode material include platinum, gold, titanium, platinized titanium, stainless steel, nickel, ruthenium, lead oxide, iron oxide, and carbon. Examples of the cathode material include platinum, gold, titanium, platinized titanium, tin, aluminum, stainless steel, zinc, lead, copper, and carbon. From the viewpoint of corrosion resistance and reactivity, the anode and cathode materials are preferably selected and combined from platinum, platinum-plated titanium, graphite, and glassy carbon.

陽極と陰極との電極間隔は必要な電流が通電できれば特に限定はないが、通常は、5mm〜10cm間隔で設置され、本実施形態においてもこのような電極間隔で用いることができる。   The electrode interval between the anode and the cathode is not particularly limited as long as a necessary current can be applied, but is usually set at an interval of 5 mm to 10 cm, and can be used at such an electrode interval also in this embodiment.

(反応条件)
電解反応の温度は、反応の選択性、副反応の抑制の観点から、50℃以下が好ましく、40℃以下がより好ましく、30℃以下がさらに好ましい。反応温度の下限は、反応性の観点から−5℃以上が好ましい。
(Reaction conditions)
The temperature of the electrolytic reaction is preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower, and even more preferably 30 ° C. or lower, from the viewpoint of reaction selectivity and side reaction suppression. The lower limit of the reaction temperature is preferably −5 ° C. or more from the viewpoint of reactivity.

電解酸化反応における電流密度は、反応系に流れる電流を陽極の電極面積で除した値である。反応の選択性の観点から電流密度の下限は、50mA/cm2以上であることが好ましく、60mA/cm2以上であることがより好ましく、70mA/cm2以上であることがさらに好ましい。また、電流密度の上限は、200mA/cm2以下であることが好ましく、150mA/cm2以下であることがより好ましく、120mA/cm2以下であることがさらに好ましい。 The current density in the electrolytic oxidation reaction is a value obtained by dividing the current flowing through the reaction system by the electrode area of the anode. The lower limit of the current density from the viewpoint of reaction selectivity is preferably at 50 mA / cm 2 or more, more preferably 60 mA / cm 2 or more, and still more preferably 70 mA / cm 2 or more. The upper limit of the current density is preferably at 200 mA / cm 2 or less, more preferably 150 mA / cm 2 or less, and more preferably 120 mA / cm 2 or less.

反応に用いる電気量(=電流値×時間)は、所望の酸化量によっても変化するが、低結晶性セルロースのアンヒドログルコース単位(以下、「AGU」ともいう)1モルあたり3F以上が好ましく、5F以上がより好ましい。また、電気量の上限は60F以下が好ましく、50F以下がより好ましい。   The amount of electricity used in the reaction (= current value × time) varies depending on the desired amount of oxidation, but is preferably 3F or more per mole of anhydroglucose unit (hereinafter also referred to as “AGU”) of the low crystalline cellulose, 5F or more is more preferable. The upper limit of the amount of electricity is preferably 60F or less, and more preferably 50F or less.

反応時間に特に限定はなく、電気量が好ましい範囲となるように反応時間を調整すればよい。   There is no particular limitation on the reaction time, and the reaction time may be adjusted so that the amount of electricity falls within a preferable range.

(精製)
本実施形態の製造方法では、低結晶性セルロースの電解酸化がスラリー状態で進行し、ポリウロン酸塩が固体状態で得られる。このため、ろ過や遠心分離等、簡単な操作でポリウロン酸塩を単離することが可能である。単離された粗精製ポリウロン酸塩は種々の用途においてそのまま用いることができるが、精製してもよい。精製を行う場合には、通常の電解酸化によるポリウロン酸塩の製造で用いられる精製を行うことができる。具体的には、良溶媒として水、貧溶媒としてメタノール、エタノール、又はアセトン等を用いた再沈殿、水と分相する溶媒へのメディエーターの抽出、塩のイオン交換、及び透析による精製等を用いることができる。また、ろ過又は遠心分離等により得られた粗精製ポリウロン酸塩を、必要に応じて含水有機溶媒等によって洗浄してもよい。
(Purification)
In the production method of the present embodiment, electrolytic oxidation of low crystalline cellulose proceeds in a slurry state, and polyuronic acid salt is obtained in a solid state. For this reason, it is possible to isolate the polyuronic acid salt by a simple operation such as filtration or centrifugation. The isolated crude purified polyuronate can be used as it is in various applications, but may be purified. In the case of performing purification, purification used in the production of polyuronic acid salt by ordinary electrolytic oxidation can be performed. Specifically, reprecipitation using water as a good solvent, methanol, ethanol, acetone, or the like as a poor solvent, extraction of a mediator into a solvent phase-separated with water, ion exchange of a salt, purification by dialysis, or the like is used. be able to. Moreover, you may wash | clean the crudely purified polyuronate obtained by filtration or centrifugation etc. with a water-containing organic solvent etc. as needed.

ろ過又は遠心分離等により、生成物であるポリウロン酸塩及び未反応のセルロースを除去して回収した電解液は、再び低結晶性セルロースの電解酸化に用いることができる。回収した電解液は、そのまま用いることもできるが、必要に応じて含水溶媒、メディエーター、及びアルカリ金属ハロゲン化物を追加してもよい。また、未使用の電解液と回収した電解液とを混合して用いることもできる。   The electrolytic solution recovered by removing the product polyuronic acid salt and unreacted cellulose by filtration or centrifugation can be used again for electrolytic oxidation of low crystalline cellulose. The recovered electrolytic solution can be used as it is, but a water-containing solvent, a mediator, and an alkali metal halide may be added as necessary. Further, an unused electrolytic solution and a recovered electrolytic solution can be mixed and used.

(ポリウロン酸塩)
以上の方法で得られるポリウロン酸塩は、D−グルクロン酸とグルコースとがβ−グリコシド結合で連結した重合体の塩で、代表的には下記の構造式(1)で表される。
(Polyuronic acid salt)
The polyuronic acid salt obtained by the above method is a polymer salt in which D-glucuronic acid and glucose are linked by a β-glycoside bond, and is typically represented by the following structural formula (1).

Figure 2014001272
Figure 2014001272

構造式(1)において、Xは陽イオンを示し、例えば水素イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、各種アミン又はアミノ酸のプロトン化物が挙げられる。陽イオンの価数(a)が2以上である場合、カルボキシ基1個あたりのXの数は、1/a個である。生成するポリウロン酸塩の水溶性の観点から、Xはアルカリ金属イオンであることが好ましく、ナトリウムイオンであることがより好ましい。   In the structural formula (1), X represents a cation, and examples thereof include hydrogen ions, alkali metal ions, alkaline earth metal ions, various amines, and protonated products of amino acids. When the valence (a) of the cation is 2 or more, the number of X per carboxy group is 1 / a. X is preferably an alkali metal ion, more preferably a sodium ion, from the viewpoint of the water solubility of the produced polyuronic acid salt.

構造式(1)中のmは、ポリウロン酸塩中のアンヒドログルクロン酸塩単位のモル分率を示し、nはポリウロン酸塩中のアンヒドログルコース単位のモル分率を示す。   In Structural Formula (1), m represents the molar fraction of anhydroglucuronate units in the polyuronic acid salt, and n represents the molar fraction of anhydroglucose units in the polyuronic acid salt.

得られるポリウロン酸塩の重量平均分子量は特に限定されないが、500以上が好ましく、1000以上がより好ましく、5000以上がさらに好ましい。また、水溶性及び生分解性を付与する観点から、500000以下が好ましく、200000以下がより好ましく、100000以下がさらに好ましい。なお、本実施形態において重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めることができるプルラン換算の分子量である。   The weight average molecular weight of the obtained polyuronic acid salt is not particularly limited, but is preferably 500 or more, more preferably 1000 or more, and further preferably 5000 or more. Moreover, from a viewpoint of providing water solubility and biodegradability, 500000 or less are preferable, 200000 or less are more preferable, and 100000 or less are more preferable. In addition, in this embodiment, a weight average molecular weight is a molecular weight of pullulan conversion which can be calculated | required by gel permeation chromatography (GPC).

得られるポリウロン酸塩の酸化度は、生成するポリウロン酸塩の水溶性の観点から、0.6以上が好ましく、0.7以上がより好ましい。また、1.0以下が好ましい。本実施形態においてポリウロン酸塩の酸化度とは、ポリウロン酸塩一分子あたりのカルボキシ基の数を、ポリウロン酸塩の主鎖を構成する糖ユニットの数で除した数であり、ポリウロン酸の中和に用いた塩基性化合物の当量数を用いて算出される。具体的には、実施例に記載した中和滴定法により、測定されたポリウロン酸単位質量当りのカルボン酸量から、以下の計算式(2)によって求めた値である。
酸化度=〔(162.1×A)/(1−14.0×A)〕 ・・・計算式(2)
ここで、Aは中和滴定によって求めたカルボン酸量(mol/g)である。なお、中和に用いる塩基性化合物は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属水酸化物、並びにアンモニア又はアミン化合物等とすることができる。
The degree of oxidation of the resulting polyuronic acid salt is preferably 0.6 or higher, more preferably 0.7 or higher, from the viewpoint of water solubility of the polyuronic acid salt to be produced. Moreover, 1.0 or less is preferable. In this embodiment, the degree of oxidation of polyuronic acid salt is a number obtained by dividing the number of carboxy groups per molecule of polyuronic acid salt by the number of sugar units constituting the main chain of polyuronic acid salt. It is calculated using the number of equivalents of the basic compound used in the sum. Specifically, it is a value obtained by the following calculation formula (2) from the amount of carboxylic acid per unit mass of polyuronic acid measured by the neutralization titration method described in the examples.
Oxidation degree = [(162.1 × A) / (1-14.0 × A)] (2)
Here, A is the amount of carboxylic acid (mol / g) determined by neutralization titration. The basic compound used for neutralization can be alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and magnesium hydroxide, and ammonia or amine compounds.

本実施形態の製造方法により得られるポリウロン酸塩は、生分解性水溶性高分子材料として、分散・安定化剤、凝集剤、粘度調整剤、接着剤、及び皮膜形成剤等の広範な用途に好適に用いることができる。   The polyuronic acid salt obtained by the production method of the present embodiment is used as a biodegradable water-soluble polymer material in a wide range of applications such as a dispersing / stabilizing agent, a flocculant, a viscosity modifier, an adhesive, and a film forming agent. It can be used suitably.

(任意成分)
本実施形態の製造方法において、電解液は過塩素酸金属塩やほうフッ化金属塩等のアルカリ金属塩及び緩衝剤以外の無機化合物、アルキルスルホン酸塩や長鎖アルキル脂肪酸塩などのアニオン活性剤、塩化ベンザルコニウムや塩化ジステアリルジメチルアンモニウム等のカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(POEアルキルエーテル)やポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(POEアルキルフェニルエーテル)等のノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤の界面活性剤、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース等の高分子型分散剤などを含んでいてもよい。
(Optional component)
In the production method of the present embodiment, the electrolyte is an alkali metal salt such as a perchloric acid metal salt or a borofluoride metal salt and an inorganic compound other than a buffer, an anion activator such as an alkyl sulfonate or a long-chain alkyl fatty acid salt. , Cationic surfactants such as benzalkonium chloride and distearyldimethylammonium chloride, nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ether (POE alkyl ether) and polyoxyethylene alkyl phenyl ether (POE alkyl phenyl ether), An amphoteric surfactant surfactant, a polymer type dispersant such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylate, carboxymethyl cellulose, and the like may be included.

≪評価方法≫
(1)セルロースの結晶化度の算出
セルロースの結晶化度の算出は、株式会社リガク製「Rigaku RINT 2500VC X-RAY diffractometer」を用いて、以下の条件で測定した回折スペクトルのピーク強度から前記計算式(1)により算出した。
X線光源:Cu/Kα−radiation
管電圧:40kV、管電流:120mA、測定範囲:2θ=5〜45°
測定サンプル:面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮し作成
X線のスキャンスピード:10°/min
≪Evaluation method≫
(1) Calculation of crystallinity of cellulose The crystallinity of cellulose is calculated from the peak intensity of the diffraction spectrum measured under the following conditions using “Rigaku RINT 2500VC X-RAY diffractometer” manufactured by Rigaku Corporation. It was calculated by the formula (1).
X-ray light source: Cu / Kα-radiation
Tube voltage: 40 kV, tube current: 120 mA, measurement range: 2θ = 5-45 °
Measurement sample: compressed by pellets with an area of 320 mm 2 × 1 mm thickness X-ray scanning speed: 10 ° / min

(2)ポリウロン酸塩の重量平均分子量の測定
ポリウロン酸塩の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件で測定した。
カラム:東ソー株式会社製 G4000PWXL+G2500PWXL
溶離液:0.2Mリン酸緩衝液/アセトニトリル=9/1(容量比)
測定温度:40℃
流速:1.0mL/min
検出器:UV又はRI
標準ポリマー:プルラン
(2) Measurement of weight average molecular weight of polyuronic acid salt The weight average molecular weight of polyuronic acid salt was measured under the following conditions using gel permeation chromatography (GPC).
Column: Tosoh Corporation G4000PWXL + G2500PWXL
Eluent: 0.2M phosphate buffer / acetonitrile = 9/1 (volume ratio)
Measurement temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min
Detector: UV or RI
Standard polymer: Pullulan

(3)ポリウロン酸塩の酸化度の測定
ポリウロン酸ナトリウムを2%水溶液に調製し、6N塩酸にてpHを1以下とした。この酸性水溶液をエタノールに投入し、生じた沈殿物を回収、エタノールで数回洗浄し、乾燥した。得られたポリウロン酸を0.05g精秤し、イオン交換水30mLに溶解させ、フェノールフタレインを指示薬として0.1N水酸化ナトリウム水溶液で滴定し、ポリウロン酸塩単位質量当りのカルボン酸量を求めた。得られたカルボン酸量から、前記計算式(2)によりポリウロン酸の酸化度を求めた。
(3) Measurement of degree of oxidation of polyuronic acid salt Polyuronic acid sodium salt was prepared in a 2% aqueous solution, and the pH was adjusted to 1 or less with 6N hydrochloric acid. This acidic aqueous solution was poured into ethanol, and the resulting precipitate was collected, washed several times with ethanol, and dried. 0.05 g of the obtained polyuronic acid is precisely weighed and dissolved in 30 mL of ion exchange water, and titrated with 0.1N sodium hydroxide aqueous solution using phenolphthalein as an indicator to determine the amount of carboxylic acid per unit mass of polyuronic acid salt. It was. From the obtained amount of carboxylic acid, the degree of oxidation of polyuronic acid was determined by the above formula (2).

≪低結晶性セルロースの製造≫
約35gの粉末セルロース(日本製紙社製:KCフロックW400G)を直径10mmのジルコニア製ボール150個(498g)を充填した遊星ボールミル(FRITSCH社製:Pulveristte5)に投入し、400r/minの回転速度にて、約240分間粉砕処理を行った。粉砕処理は10分粉砕―10分休止の繰り返しとした。収率はほぼ100%で、得られた低結晶性セルロース粉末の結晶化度は、0%であった。
≪Production of low crystalline cellulose≫
About 35 g of powdered cellulose (Nippon Paper Industries Co., Ltd .: KC Flock W400G) was charged into a planetary ball mill (FRITSCH: Pulveristte 5) filled with 150 zirconia balls (498 g) having a diameter of 10 mm, and the rotational speed was 400 r / min. Then, pulverization was performed for about 240 minutes. The pulverization process was repeated for 10 minutes and 10 minutes. The yield was almost 100%, and the crystallinity of the obtained low crystalline cellulose powder was 0%.

≪ポリウロン酸塩の製造≫
(実施例1)
磁気攪拌子を入れた40mLの円筒状のガラスセルにpH調整剤を含む含水溶媒として0.7Mの炭酸緩衝液(pH8.2)を35.6g入れた。炭酸緩衝液にメディエーターである2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)0.026g及びアルカリ金属ハロゲン化物である塩化ナトリウム(NaCl)1.46g(25mmol)を溶解させた。含水溶媒1kgに対するアルカリ金属ハロゲン化物の量は0.7molとなる。そこに「低結晶性セルロースの製造」において得られた低結晶性セルロースの粉末0.26gを加えて攪拌し、分散させスラリー状とした。メディエーターの量は多糖に対して10質量%となる。陽極及び陰極として白金電極(3.4cm2、テクノシグマ社製)を間隔が1cmとなるようにして、反応液中に浸漬させた。
≪Manufacture of polyuronic acid salt≫
Example 1
As a water-containing solvent containing a pH adjuster, 35.6 g of a 0.7 M carbonate buffer solution (pH 8.2) was placed in a 40 mL cylindrical glass cell containing a magnetic stir bar. In a carbonate buffer, 0.026 g of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-1-oxyl (TEMPO) as a mediator and 1.46 g (25 mmol) of sodium chloride (NaCl) as an alkali metal halide were added. Dissolved. The amount of alkali metal halide with respect to 1 kg of the hydrous solvent is 0.7 mol. Thereto was added 0.26 g of the low crystalline cellulose powder obtained in “Production of Low Crystalline Cellulose”, and the mixture was stirred and dispersed to form a slurry. The amount of mediator is 10% by mass relative to the polysaccharide. A platinum electrode (3.4 cm 2 , manufactured by Techno Sigma) as an anode and a cathode was immersed in the reaction solution with a spacing of 1 cm.

電極の端子と直流安定化電源(松定プレシジョン社製:PLE-36-1.2)とを導線により接続し、300mAの電流を流して電解酸化反応を24℃で行った。この際の電流密度は、陽極の面積が3.4cm2であるため、300mA/3.4cm2=88mA/cm2である。5時間の電解酸化を行った後においても、反応液はスラリー状態のままであった。反応開始から反応5時間終了までの電気量は、AGU1モルあたり36Fである。反応液を透析チューブ(アズワン社製:ヴィスキングチューブ)に投入し、水を透析液として透析を3日間行ったところ反応液は透明になった。透析精製した反応液を凍結乾燥することにより、粉末状のポリウロン酸塩(ポリウロン酸ナトリウム)を得た。収率は61%、酸化度は0.78、重量平均分子量は25500あった。 The terminal of the electrode and a DC stabilized power source (Matsusada Precision Co., Ltd .: PLE-36-1.2) were connected by a conducting wire, and a current of 300 mA was passed to conduct the electrolytic oxidation reaction at 24 ° C. The current density at this time, since the area of the anode is 3.4cm 2, a 300mA / 3.4cm 2 = 88mA / cm 2. Even after 5 hours of electrolytic oxidation, the reaction solution remained in a slurry state. The amount of electricity from the start of the reaction to the end of the reaction for 5 hours is 36 F per mole of AGU. The reaction solution was put into a dialysis tube (manufactured by AS ONE: Visking tube) and dialyzed for 3 days using water as a dialysis solution. The reaction solution became transparent. The reaction solution purified by dialysis was freeze-dried to obtain a powdery polyuronic acid salt (sodium polyuronic acid). The yield was 61%, the degree of oxidation was 0.78, and the weight average molecular weight was 25500.

(実施例2)
電解液のpHを8.8とした以外は実施例1と同様にしてポリウロン酸ナトリウムを得た。このときの反応温度は24℃であった。収率は78%、酸化度は0.72、重量平均分子量は23400であった。
(Example 2)
Sodium polyuronate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the electrolytic solution was 8.8. The reaction temperature at this time was 24 ° C. The yield was 78%, the degree of oxidation was 0.72, and the weight average molecular weight was 23400.

(実施例3)
電圧を制御して電流密度を118mA/cm2とした以外は実施例1と同様にしてポリウロン酸ナトリウムを得た。このときの反応温度は24℃であった。この場合の電気量は、AGU1モルあたり45.5Fである。収率は88%、酸化度は0.77、重量平均分子量は26000であった。
(Example 3)
Sodium polyuronate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the voltage was controlled to set the current density to 118 mA / cm 2 . The reaction temperature at this time was 24 ° C. The amount of electricity in this case is 45.5 F per mole of AGU. The yield was 88%, the oxidation degree was 0.77, and the weight average molecular weight was 26000.

(実施例4)
アルカリ金属ハロゲン化物を臭化ナトリウム(NaBr)2.57gとした以外は実施例1と同様にしてポリウロン酸ナトリウムを得た。このときの反応温度は24℃であった。この場合における含水溶媒1kgに対するアルカリ金属ハロゲン化物の量は0.7molである。収率は100%、酸化度は0.63、重量平均分子量は11500であった。
Example 4
Sodium polyuronate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the alkali metal halide was 2.57 g of sodium bromide (NaBr). The reaction temperature at this time was 24 ° C. In this case, the amount of alkali metal halide with respect to 1 kg of the hydrous solvent is 0.7 mol. The yield was 100%, the degree of oxidation was 0.63, and the weight average molecular weight was 11500.

(実施例5)
電解液のpHを9.7とした以外は実施例4と同様にしてポリウロン酸ナトリウムを得た。このときの反応温度は24℃であった。収率は77%、酸化度は0.85、重量平均分子量は12500であった。
(Example 5)
Sodium polyuronate was obtained in the same manner as in Example 4 except that the pH of the electrolyte was 9.7. The reaction temperature at this time was 24 ° C. The yield was 77%, the oxidation degree was 0.85, and the weight average molecular weight was 12,500.

(実施例6)
実施例1と同じ条件で製造した反応液を遠心分離(3000r/min、30分)した後、80%エタノールで数回洗浄、ろ過をして乾燥し、ポリウロン酸ナトリウムを得た。収率は45%であった。
(Example 6)
The reaction solution produced under the same conditions as in Example 1 was centrifuged (3000 r / min, 30 minutes), then washed several times with 80% ethanol, filtered and dried to obtain sodium polyuronic acid. The yield was 45%.

(比較例1)
実施例1の低結晶性セルロースを結晶性セルロース(KCフロックW400)に変えた以外は、実施例1と同じ条件で電解酸化を行った。このときの反応温度は24℃であった。ポリウロン酸ナトリウムの生成を確認できなかった。
(Comparative Example 1)
The electrolytic oxidation was performed under the same conditions as in Example 1 except that the low crystalline cellulose of Example 1 was changed to crystalline cellulose (KC floc W400). The reaction temperature at this time was 24 ° C. Formation of sodium polyuronic acid could not be confirmed.

(比較例2)
磁気攪拌子を入れた200mLのビーカーに反応溶媒として0.7Mの炭酸緩衝液(pH8.5)105.94gを仕込み、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−1−オキシル(TEMPO)0.16gを溶解させた。そこに低結晶性セルロース粉末0.81gを加えて攪拌し、分散させた。陽極としてガラス状カーボン(ビー・エー・エス株式会社製、面積:25mm×25mm)、陰極として白金めっきチタン(デンボー工業株式会社製、40mm×45mm)をミノムシクリップにて取り付けた電極を1cm間隔となるように反応液中に浸漬させた。また参照電極としてカロメル電極(ビー・エー・エス株式会社製)を反応溶液に挿入し、それぞれの電極をポテンショスタット(北斗電工株式会社製:HA−151)の端子に取り付けた。
(Comparative Example 2)
A 200 mL beaker containing a magnetic stirring bar was charged with 105.94 g of 0.7 M carbonate buffer (pH 8.5) as a reaction solvent, and 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-1-oxyl ( TEMPO) 0.16 g was dissolved. Thereto was added 0.81 g of low crystalline cellulose powder, and the mixture was stirred and dispersed. An electrode having a glassy carbon (made by BAS Co., Ltd., area: 25 mm × 25 mm) as the anode and platinum-plated titanium (Denbo Kogyo Co., Ltd., 40 mm × 45 mm) attached as a cathode with a wormworm clip is 1 cm apart. It was immersed in the reaction solution. Moreover, the calomel electrode (made by BAS Co., Ltd.) was inserted in the reaction solution as a reference electrode, and each electrode was attached to the terminal of potentiostat (Hokuto Denko Co., Ltd .: HA-151).

設定電位を参照電極に対し0.53Vとして、定電位となるように電解酸化反応を行った。このときの反応温度は24℃であった。通電を112.5時間行った後(AGU1モルあたり3.1Fの電気量を通電)、電解酸化反応を停止させた。電解酸化中の平均電流密度は0.6mA/cm2であった。反応液をろ紙(アドバンテック社製:No.2)を用いてろ過し、ろ液を6M塩酸によりpH5以下とした後、エタノールによる再沈殿を行った。析出した生成物はエタノールにより3回洗浄した後、アセトンにより洗浄し、減圧乾燥した。得られた生成物はポリウロン酸ナトリウム(0.12g)であった。また、反応液のろ過の際にろ紙上に残存した固体は未反応のセルロースであった。得られたポリウロン酸ナトリウムの収率は15%、酸化度は0.63、重量平均分子量は1640であった。 The electrolytic oxidation reaction was performed so that the set potential was set to 0.53 V with respect to the reference electrode so as to be a constant potential. The reaction temperature at this time was 24 ° C. After energization for 112.5 hours (electricity of 3.1 F per mol of AGU was energized), the electrolytic oxidation reaction was stopped. The average current density during electrolytic oxidation was 0.6 mA / cm 2 . The reaction solution was filtered using a filter paper (manufactured by Advantech: No. 2), and the filtrate was adjusted to pH 5 or less with 6M hydrochloric acid, and then reprecipitated with ethanol. The precipitated product was washed three times with ethanol, then washed with acetone, and dried under reduced pressure. The resulting product was sodium polyuronate (0.12 g). Moreover, the solid which remained on the filter paper at the time of filtration of a reaction liquid was unreacted cellulose. The yield of the obtained sodium polyuronic acid was 15%, the degree of oxidation was 0.63, and the weight average molecular weight was 1640.

表1に各実施例及び比較例の結果をまとめて示す。各実施形態においては、比較例と比べて電解酸化時間が短く効率良くポリウロン酸塩を製造できた。また、生成したポリウロン酸塩の精製も容易であり、収率も高かった。   Table 1 summarizes the results of each example and comparative example. In each embodiment, the polyuronic acid salt could be efficiently produced with a shorter electrolytic oxidation time than in the comparative example. Further, the produced polyuronic acid salt was easily purified, and the yield was high.

Figure 2014001272
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本発明の製造方法は、セルロースの効率的な電解酸化を行うことができ、かつ生成したポリウロン酸塩を反応混合物から容易に分離することが可能である。   The production method of the present invention can perform efficient electrolytic oxidation of cellulose and can easily separate the produced polyuronic acid salt from the reaction mixture.

Claims (6)

下記1)〜3)を含む電解液中で、結晶化度が30%以下のセルロースを電解酸化するポリウロン酸塩の製造方法。
1)含水溶媒
2)N−オキシル化合物、N−ヒドロキシ化合物、及びニトロソ化合物から選ばれる1種以上のメディエーター
3)前記含水溶媒1kgに対し、0.3mol以上のアルカリ金属ハロゲン化物
A method for producing a polyuronic acid salt, in which cellulose having a crystallinity of 30% or less is electrolytically oxidized in an electrolytic solution containing the following 1) to 3).
1) Hydrous solvent 2) One or more mediators selected from N-oxyl compounds, N-hydroxy compounds, and nitroso compounds 3) 0.3 mol or more of alkali metal halide per 1 kg of the hydrous solvent
前記電解液がpH7.5以上、pH10以下である、請求項1に記載のポリウロン酸塩の製造方法。   The method for producing a polyuronic acid salt according to claim 1, wherein the electrolytic solution has a pH of 7.5 or more and a pH of 10 or less. 前記電解酸化を、電流密度が50mA/cm2以上、200mA/cm2以下において行う、請求項1又は2に記載のポリウロン酸塩の製造方法。 The method for producing a polyuronic acid salt according to claim 1 or 2, wherein the electrolytic oxidation is performed at a current density of 50 mA / cm 2 or more and 200 mA / cm 2 or less. 前記メディエーターがN-オキシル化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリウロン酸塩の製造方法。   The method for producing a polyuronic acid salt according to any one of claims 1 to 3, wherein the mediator is an N-oxyl compound. 前記電解液がpH緩衝剤を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリウロン酸塩の製造方法。   The manufacturing method of the polyuronic acid salt of any one of Claims 1-4 in which the said electrolyte solution contains a pH buffer. 前記結晶化度が30%以下のセルロースを、セルロース含有原料を粉砕機を用いて粉砕して製造する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリウロン酸塩の製造方法。   The method for producing a polyuronic acid salt according to any one of claims 1 to 5, wherein the cellulose having a crystallinity of 30% or less is produced by pulverizing a cellulose-containing raw material using a pulverizer.
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