JP2016061002A - Cellulose nanofiber production process - Google Patents

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正浩 水野
Masahiro Mizuno
正浩 水野
天野 良彦
Yoshihiko Amano
良彦 天野
功一 野▲崎▼
Koichi Nozaki
功一 野▲崎▼
健人 佐藤
Taketo Sato
健人 佐藤
俊郎 酒井
Toshiro Sakai
俊郎 酒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulose nanofiber production process that improves the yield when producing cellulose nanofibers from cellulose material, and can produce cellulose nanofibers efficiently.SOLUTION: The cellulose nanofiber production process according to the present invention is characterized to include a treatment step for swelling-treating a cellulose material, and a treatment step for applying ultrasound to the cellulose material which has undergone the swelling-treatment step, to fibrillate the cellulose fiber. As a swelling-treatment of the cellulose material, a process in which Swollenin acts on the cellulose material, is effective.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、セルロース材料からセルロースナノファイバーを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing cellulose nanofibers from a cellulose material.

セルロースナノファイバーとは、天然に存在するセルロース繊維を、平均幅が数〜100nm程度、平均長が0.5〜数μm程度のサイズにまで解繊した極細繊維状物質のことである。セルロースナノファイバーは、非常に軽量であると同時に、鋼鉄の5倍以上の強度を有すこと、また植物細胞壁から得られる再生可能な天然材料として、その利用技術の開発が進められている。   Cellulose nanofibers are ultrafine fibrous materials obtained by fibrillating naturally occurring cellulose fibers to a size having an average width of about several to 100 nm and an average length of about 0.5 to several μm. Cellulose nanofibers are extremely lightweight and at the same time have a strength more than five times that of steel, and the development of utilization technology is being promoted as a natural renewable material obtained from plant cell walls.

現在、セルラーゼを含む酵素剤をセルロースに作用させ部分的にセルロース繊維を断片化した後、ブレンダーやグラインダーなどによる解繊処理を施すことによりセルロースナノファイバーが生産されている。
セルロースナノファイバーの生産に超音波を利用するものとして、セルロース原料を酵素処理する前に超音波処理を行い、結晶性の高いセルロース原料内に酵素が浸透し易くするもの(特許文献1)、予備解繊した繊維原料に超音波を印加して微細繊維とするもの、またその際に酵素を作用させる方法(特許文献2)、パイナップルやサトウキビバガスなどの天然バイオマスから、酵素処理と超音波処理によってナノファイバーを調製する方法(非特許文献1)等がある。
Currently, cellulose nanofibers are produced by applying an enzyme agent containing cellulase to cellulose to partially fragment the cellulose fibers and then subjecting them to fibrillation with a blender or grinder.
As an example of using ultrasonic waves for the production of cellulose nanofibers, ultrasonic treatment is performed before enzymatic treatment of cellulose raw materials to facilitate the penetration of enzymes into highly crystalline cellulose raw materials (Patent Document 1), preliminary By applying ultrasonic waves to the defibrated fiber raw material to make fine fibers, a method of causing an enzyme to act (Patent Document 2), natural biomass such as pineapple and sugarcane bagasse, by enzymatic treatment and ultrasonic treatment There are methods for preparing nanofibers (Non-Patent Document 1) and the like.

特開2008−150719号公報JP 2008-150719 A 特開2008−169497号公報JP 2008-169497 A

Adriana de Campos, Ana Carolina Correa, David Cannella, Eliangela de M Teixeira, Jose M. Marconcini, Alain Dufresne, Luiz H. C. Mattoso, Pierre Cassland, Anand R. Sanadi“Obtaining nanofibers from curaua and sugarcane bagasse fibers using enzymatic hydrolysis followed by sonication” Cellulose, 20, 1491-1500 (2013)Adriana de Campos, Ana Carolina Correa, David Cannella, Eliangela de M Teixeira, Jose M. Marconcini, Alain Dufresne, Luiz HC Mattoso, Pierre Cassland, Anand R. ”Cellulose, 20, 1491-1500 (2013)

上述した酵素をセルロース原料に作用させてセルロースナノファイバーを作製する方法では、セルロースがその構成単糖であるグルコースまたはセロオリゴ糖にまで分解されてしまい、セルロースナノファイバーの歩留まりが低くなるという問題がある。天然のセルロース繊維はセルロースの束が会合した非常に結晶性が高い構造を有するため、酵素をセルロース繊維に作用させると、セルロース繊維が外側から分解され、ナノファイバーになる量が少なくなるためである。また、酵素はセルロース繊維結晶性の高い部分には作用し難く、酵素を反応させても元のセルロースファイバーが残ってしまい、セルロースナノファイバーが得られ難いためにセルロースナノファイバーの歩留まりが低くなるという問題もあった。   In the method of producing cellulose nanofibers by causing the enzyme described above to act on cellulose raw materials, there is a problem that the yield of cellulose nanofibers is lowered because cellulose is decomposed to glucose or cellooligosaccharide, which is its constituent monosaccharide. . This is because natural cellulose fibers have a structure with very high crystallinity in which bundles of cellulose are associated, and when enzymes are allowed to act on cellulose fibers, the cellulose fibers are decomposed from the outside and the amount of nanofibers is reduced. . In addition, the enzyme is unlikely to act on the portion where the cellulose fiber crystallinity is high, and even if the enzyme is reacted, the original cellulose fiber remains, and it is difficult to obtain cellulose nanofiber, so the yield of cellulose nanofiber is reduced. There was also a problem.

本発明は、セルロース材料からセルロースナノファイバーを製造する際の歩留まりを向上させ、効率的にセルロースナノファイバーを製造することができるセルロースナノファイバーの製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the cellulose nanofiber which can improve the yield at the time of manufacturing a cellulose nanofiber from a cellulose material, and can manufacture a cellulose nanofiber efficiently.

本発明に係るセルロースナノファイバーの製造方法は、セルロース材料を膨潤処理する処理工程と、膨潤処理工程を経たセルロース材料に超音波を作用させ、セルロース繊維を解繊する処理工程と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るセルロースナノファイバーの製造方法は、セルロース材料を解繊してセルロースナノファイバーを得る方法として、セルロース材料をあらかじめ膨潤処理してから、超音波を作用させる方法が、ナノファイバーを得る方法としてきわめて有効であることを見出してなされたものである。
The method for producing cellulose nanofibers according to the present invention comprises a treatment step of swelling a cellulose material, and a treatment step of defibrating cellulose fibers by applying ultrasonic waves to the cellulose material that has undergone the swelling treatment step. Features.
The method for producing cellulose nanofibers according to the present invention is a method for obtaining cellulose fibers by swelling cellulose materials in advance and then applying ultrasonic waves as a method for obtaining cellulose nanofibers by defibrating cellulose materials. As a result, they were found to be extremely effective.

セルロース材料に超音波を印加する前処理として行う膨潤処理は、超音波処理によってセルロース材料を解繊する作用を促進させる処理であり、酵素処理のようなセルロース材料をグルコースやセロオリゴ糖等に分解する作用ではなく、セルロース繊維の繊維形態を保ちながら、セルロース繊維の結合を弱める作用を意味する。
セルロース材料を膨潤させることにより、超音波処理の際にセルロース繊維の結晶性が緩んだ部位から水分子が入り込み、効率的に超音波が作用してセルロースナノファイバーに分離することができる。
The swelling treatment performed as a pretreatment for applying ultrasonic waves to the cellulose material is a treatment that promotes the action of defibrating the cellulose material by ultrasonic treatment, and decomposes the cellulose material such as enzyme treatment into glucose, cellooligosaccharide, etc. It means not an action but an action of weakening the binding of cellulose fibers while maintaining the fiber form of the cellulose fibers.
By swelling the cellulose material, water molecules enter from the site where the crystallinity of the cellulose fiber has been loosened during the ultrasonic treatment, and the ultrasonic wave can be efficiently operated and separated into cellulose nanofibers.

セルロース材料の膨潤処理には、セルロース膨潤タンパク質として知られているSwolleninが好適に使用できる。Swolleninは結晶性の高いセルロース繊維間に入り込み、水素結合を切断あるいは緩める作用を有する。Swolleninは公知の遺伝子組換え方法を利用して容易に培養することができ、セルロース材料の処理量に合わせてSwolleninの分量を調節して使用することができる。
セルロース材料の膨潤処理は、pH5.0からpH6.0に調製した緩衝液中に浸漬させる方法で行うことができる。pHが5.0以下、及び6.0以上だと、Swolleninの安定性が低下するからである。
Swollenin known as cellulose swelling protein can be preferably used for the swelling treatment of the cellulose material. Swollenin penetrates between highly crystalline cellulose fibers and has the effect of breaking or loosening hydrogen bonds. Swollenin can be easily cultured using a known genetic recombination method, and can be used by adjusting the amount of Swollenin according to the amount of cellulose material treated.
The swelling treatment of the cellulose material can be performed by a method of immersing in a buffer solution adjusted to pH 5.0 to pH 6.0. This is because when the pH is 5.0 or lower and 6.0 or higher, the stability of Swollenin decreases.

セルロース材料の膨潤処理としてセルロース材料にSwolleninを作用させる処理を行うとにより、セルロース繊維の結晶構造がセルロースI型繊維に特徴的な(002)結晶面を備える構造から、(002)結晶面に加えて(021)結晶面を有する結晶構造となる。すなわち、セルロース材料に膨潤処理を施すことにより、セルロース材料の結晶構造を変化させることができ、結晶構造の特徴的な変化から膨潤処理がなされたことを知ることができる。   When the cellulose material is swollen as a swelling treatment of the cellulose material, the cellulose fiber crystal structure has a (002) crystal plane characteristic of the cellulose I type fiber. (021) crystal structure having a crystal plane. That is, by applying a swelling treatment to the cellulose material, the crystal structure of the cellulose material can be changed, and it can be known from the characteristic change of the crystal structure that the swelling treatment has been performed.

前記セルロース繊維を解繊する処理において作用させる超音波の周波数は28kHz〜200kHzの範囲とすることが有効である。超音波を利用する解繊処理においては、超音波の周波数によって効果的な解繊がなされる場合と、有効に解繊がなされない場合がある。セルロース繊維の解繊処理には28kHz〜200kHzの周波数が有効であり、とくに200kHzの超音波が有効に利用できる。解繊処理では、セルロース繊維の芯部分まで完全に解繊される必要がある。印加する超音波の周波数として好適な周波数を選択することは、セルロース繊維の芯部分まで効率的に解繊できるようにするために重要である。   It is effective that the frequency of the ultrasonic wave to be applied in the treatment for defibrating the cellulose fiber is in the range of 28 kHz to 200 kHz. In defibrating treatment using ultrasonic waves, there are cases where effective defibration is performed depending on the frequency of ultrasonic waves, and effective defibration may not be performed. A frequency of 28 kHz to 200 kHz is effective for cellulose fiber defibrating treatment, and in particular, 200 kHz ultrasonic waves can be used effectively. In the defibrating process, it is necessary to completely defibrate the core part of the cellulose fiber. It is important to select a suitable frequency as the frequency of the ultrasonic wave to be applied in order to efficiently defibrate the core portion of the cellulose fiber.

本発明に係るセルロースナノファイバーの製造方法においてセルロース材料として用いられる対象材料はとくに限定されるものではなく、一般に利用されるセルロース材料、たとえば、稲、小麦、とうもろこし、サトウキビ等の穀物の廃棄物、草、木材、パルプ、廃棄紙、各種残渣等が利用できる。使用に際しては、これらセルロース材を必要に応じて前処理して使用すればよい。   The target material used as the cellulose material in the method for producing cellulose nanofibers according to the present invention is not particularly limited, and commonly used cellulose materials, for example, grain waste such as rice, wheat, corn, sugarcane, Grass, wood, pulp, waste paper, various residues, etc. can be used. In use, these cellulose materials may be used after pretreatment as necessary.

本発明に係るセルロースナノファイバーの製造方法によれば、セルロース材料から効率的に、かつ簡易な方法によってセルロースナノファイバーを得ることができる。   According to the method for producing cellulose nanofibers according to the present invention, cellulose nanofibers can be obtained from a cellulose material efficiently and by a simple method.

未処理のセルロース試料とSwollenin処理したセルロース試料表面のSEM画像である。It is a SEM image of the surface of a cellulose sample which has not yet been treated and a cellulose sample treated with Swollenin. 超音波洗浄機の周波数を28、200、950kHzとした場合のセルロース試料表面のSEM像である。It is a SEM image of the surface of a cellulose sample when the frequency of the ultrasonic cleaner is 28, 200, and 950 kHz. 超音波処理時間を10分、20分、30分としたときのセルロース試料表面のSEM像である。It is a SEM image of the surface of a cellulose sample when the ultrasonic treatment time is 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes. Swollenin処理の処理日数を4日間と5日間として、超音波処理を施したセルロース試料表面のSEM像である。It is a SEM image of the surface of a cellulose sample that has been subjected to ultrasonic treatment with the treatment days of Swollenin treatment being 4 days and 5 days. 各試料についてのXRD測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the XRD measurement result about each sample. セルロース試料を酵素(EG V)処理した場合と、Swollenin処理した場合のセルロース試料表面のSEM像である。It is a SEM image of the surface of a cellulose sample when a cellulose sample is treated with an enzyme (EG V) and swollenin. セルロース試料を酵素(EG V)処理したときのXRD測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows a XRD measurement result when a cellulose sample is processed with an enzyme (EG V).

本発明に係るセルロースナノファイバーの製造方法においては、セルロース材料に膨潤処理を施し、膨潤処理を施したセルロース材料に超音波処理を行って解繊処理することによってセルロースナノファイバーを作製する。
以下の実施例では、具体的にセルロース材料からセルロースナノファイバーを作製した実験例について、セルロース材料の調製、セルロース膨潤タンパク質であるSwolleninの調製から、実際にセルロース材料を解繊処理した結果について説明する。
In the method for producing cellulose nanofibers according to the present invention, cellulose nanofibers are produced by subjecting a cellulose material to a swelling treatment, and subjecting the cellulose material subjected to the swelling treatment to ultrasonic treatment and defibrating treatment.
In the following examples, specific examples of experimental production of cellulose nanofibers from cellulose materials will be described, and the results of actual fibrillation treatment of cellulose materials from preparation of cellulose materials and preparation of swollenin, which is a cellulose swelling protein, will be described. .

(セルロース材料の調製)
セルロースナノファイバーを作製するためのセルロース材料には、種々のセルロース材料が使用できる。実施例では、セルロース試料としてコットンリンタ―パルプ(日本製紙株式会社製)を使用した。このセルロース試料はシート状であったため、シュレッダー (MSシュレッダー、C-38S、MEIKO) にて短冊状に刻んだ後、小型粉砕機(ワンダーブレンダーWB-1:大阪ケミカル)を用いて乾式粉砕処理したものを用いた。粉砕処理条件は、電気容量:700 W、回転数:25,000rpmである。
(Preparation of cellulose material)
Various cellulose materials can be used for the cellulose material for producing the cellulose nanofiber. In the examples, cotton linter pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was used as the cellulose sample. Since this cellulose sample was in the form of a sheet, it was cut into strips with a shredder (MS shredder, C-38S, MEIKO) and then dry-pulverized using a small pulverizer (Wonder Blender WB-1: Osaka Chemical). A thing was used. The grinding treatment conditions are: electric capacity: 700 W, rotation speed: 25,000 rpm.

(Swolleninの調製)
本実施例ではセルロース膨潤タンパク質としてSwolleninを使用した。Swolleninはセルロースとマトリックスの間の水素結合を切断する作用を有することが知られている。
Swolleninを調製するため、遺伝子組換え操作を利用した。遺伝子組み換えSwolleninの発現は、Trichoderma reesei由来のSwolleninをコードするcDNAを組み込んだ発現用ベクターpPIC9Kによって形質転換された酵母Pichia pastoris KM71 (Invitorogen)を用いた。
(Preparation of Swollenin)
In this example, Swollenin was used as the cellulose swelling protein. Swollenin is known to have a function of breaking hydrogen bonds between cellulose and matrix.
A genetic recombination procedure was used to prepare Swollenin. For expression of the genetically modified swollenin, yeast Pichia pastoris KM71 (Invitorogen) transformed with the expression vector pPIC9K incorporating cDNA encoding swollenin derived from Trichoderma reesei was used.

次いで、RBD/geneticin培地に上記形質転換体P.pastorisの胞子を植菌した後、30℃で5日間静置培養し、コロニーを形成させた。調製したBMGY培地を滅菌処理した後、60 mlに対してコロニーを1つ植菌し、30℃ 、120rpmで4日間培養した。その後4000rpm、5分、遠心分離し、沈殿をBMMY培地400 mlに懸濁させ、30℃、120rpmで7日間培養し、24時間ごとにメタノールを培養液全量の1 % になるように添加した。培養後、得られた培養液を8000 rpm、10分、遠心分離し、得られた上清を粗酵素液とした。粗酵素液に対し、終濃度が1 M になるように硫酸アンモニウムを加え、4℃で緩やかに回転させながら、タンパク質を沈殿させた。沈殿物を10,000 rpm、15分、遠心分離し、得られた沈殿を100 mlの50 mM酢酸ナトリウム緩衝液 (pH5.5) に懸濁させた。   Subsequently, the spores of the transformant P. pastoris were inoculated in the RBD / geneticin medium, and then statically cultured at 30 ° C. for 5 days to form colonies. After sterilizing the prepared BMGY medium, one colony was inoculated per 60 ml and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 4 days. Thereafter, the mixture was centrifuged at 4000 rpm for 5 minutes, the precipitate was suspended in 400 ml of BMMY medium, cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 7 days, and methanol was added to make up 1% of the whole culture solution every 24 hours. After the culture, the obtained culture solution was centrifuged at 8000 rpm for 10 minutes, and the resulting supernatant was used as a crude enzyme solution. Ammonium sulfate was added to the crude enzyme solution to a final concentration of 1 M, and proteins were precipitated while gently rotating at 4 ° C. The precipitate was centrifuged at 10,000 rpm for 15 minutes, and the resulting precipitate was suspended in 100 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.5).

次に、Swolleninを精製するため、12 gの微結晶性セルロース粉末 (Merck) を1 M 硫酸アンモニウムを含む50 mM 酢酸ナトリウム緩衝液 (pH5.5) に懸濁させ、これをエコノカラム (φ2.8 cm×12.8 cm、バイオラッド) に詰め、アフィニティーカラムを2本作製した。
上述した硫安沈殿後のタンパク質溶液を約50 mLずつ、これら2本のカラムに供した。同緩衝液を十分量流すことで、セルロースに吸着しないタンパク質を洗い流した後、脱イオン水を流すことによりセルロースに吸着したタンパク質の溶出を行った。この操作によって得られた溶液を、Swollenin溶液として4℃で保存し、セルロース試料の膨潤操作に使用した。
Next, in order to purify Swolelinin, 12 g of microcrystalline cellulose powder (Merck) was suspended in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.5) containing 1 M ammonium sulfate, and this was added to an Econocolumn (φ2.8 cm × 12.8 cm, Bio-Rad), and two affinity columns were prepared.
About 50 mL of the protein solution after the ammonium sulfate precipitation described above was applied to these two columns. After washing away the protein not adsorbed on the cellulose by flowing a sufficient amount of the same buffer, the protein adsorbed on the cellulose was eluted by flowing deionized water. The solution obtained by this operation was stored as a Swollenin solution at 4 ° C. and used for the swelling operation of the cellulose sample.

上述した方法によって得られたSwollenin溶液中のタンパク質量の測定は、Lowry法によって行った。すなわち、2wt% 炭酸ナトリウム-水酸化ナトリウム : 1wt% 酒石酸カルシウム : 1wt% 硫酸銅 (II) 五水和物 = 100 : 1 : 1 (vol / vol / vol ) の組成で調製した反応液150 μLと原液の酵素液300 μLを混合した。その後15分間常温にて静置し、1 Nフォリンチオカルトフェノール試薬を20 μL加えて、更に30分間静置した。そして、吸光光度計を用いて620 nmでの吸光度を測定した。また、標準物質には牛血清アルブミン (Bio-Rad) を用いて、0 μg/mL〜 200 μg/mLの範囲で検量線を作成した。   The amount of protein in the Swollenin solution obtained by the method described above was measured by the Lowry method. That is, 150 μL of a reaction solution prepared with a composition of 2 wt% sodium carbonate-sodium hydroxide: 1 wt% calcium tartrate: 1 wt% copper sulfate (II) pentahydrate = 100: 1: 1 (vol / vol / vol) 300 μL of the original enzyme solution was mixed. Thereafter, the mixture was allowed to stand at room temperature for 15 minutes, and 20 μL of 1 N folinthiocartol phenol reagent was added, and the mixture was further allowed to stand for 30 minutes. Then, the absorbance at 620 nm was measured using an absorptiometer. A calibration curve was prepared in the range of 0 μg / mL to 200 μg / mL using bovine serum albumin (Bio-Rad) as the standard substance.

(膨潤処理)
前述した方法によって得たセルロース試料5mgに、上述した遺伝子組換え方法により得られた、タンパク質量0.15 mg / ml のSwollenin溶液10 mlを加え、さらに終濃度が1 M になるように硫酸アンモニウム粉末を加え、40℃で反応させた。反応時間は、3、4、5日の3条件とした。
(Swelling treatment)
Add 10 ml of the Swollenin solution with a protein amount of 0.15 mg / ml obtained by the above-mentioned gene recombination method to 5 mg of the cellulose sample obtained by the above-mentioned method, and further add ammonium sulfate powder so that the final concentration becomes 1 M. , Reacted at 40 ° C. The reaction time was 3 conditions of 3, 4, and 5 days.

図1は、未処理のセルロース試料と、Swollenin溶液を用いて処理したセルロース試料のSEM画像である。
図1で未処理とあるのは、粉砕機を用いて粉砕処理したもの、Swollenin処理とあるのは、Swollenin溶液を用いて3日間反応させたのものである。それぞれ低倍率と高倍率のSEM像を示す。
セルロース試料にSwollenin処理したものでは、セルロース繊維に裂け目が生じている。未処理のセルロース試料には、このような裂け目は見られない。Swollenin処理により、セルロース繊維間の結合がゆるやかになり、裂け目が生じたものと考えられる。
FIG. 1 is an SEM image of an untreated cellulose sample and a cellulose sample treated with a swollenin solution.
In FIG. 1, untreated means pulverized using a pulverizer, and swollennin treated means reacted for 3 days using a swollenin solution. SEM images of low magnification and high magnification are shown respectively.
When the cellulose sample is treated with Swollenin, the fissure is generated in the cellulose fiber. Such tears are not seen in the untreated cellulose sample. It is thought that the swollenin treatment loosened the bond between the cellulose fibers and caused a tear.

走査型電子顕微鏡による繊維の表面観察は、次のようにして行った。
セルロース試料を凍結乾燥器FDU-1200 (東京理科) にて一晩凍結乾燥させたものを、試料台に張り付けたカーボンテープ (日新 EM) 上に固定させた。セルロース試料を乗せた試料台を真空蒸着装置Twin Coater JEC-550 (日本電子) に入れ、1.5 kVAで2分30秒スパッタリングをし、白金蒸着させた後にFE-SEM SU-8000(日立)にて繊維表面を観察した。
以下、走査型電子顕微鏡によるセルロース試料の繊維表面の観察は同様の方法によっている。
The surface of the fiber was observed with a scanning electron microscope as follows.
A cellulose sample freeze-dried overnight with a freeze dryer FDU-1200 (Tokyo Science) was fixed on a carbon tape (Nisshin EM) affixed to the sample stage. Place the sample stage on which the cellulose sample is placed in the vacuum evaporation system Twin Coater JEC-550 (JEOL), perform sputtering at 1.5 kVA for 2 minutes 30 seconds, deposit platinum, and then use FE-SEM SU-8000 (Hitachi). The fiber surface was observed.
Hereinafter, the fiber surface of the cellulose sample is observed with a scanning electron microscope in the same manner.

(解繊処理)
上述した方法によりセルロース試料にSwollenin溶液を用いて反応させた後、Swolleninを失活させずに、得られたセルロース試料に対し解繊処理として超音波を作用させる処理を行った。超音波処理は15 mlの共栓付き三角フラスコ内で行い、5分に一度、超音波洗浄機から三角フラスコを取り出し、ピペッティングにより攪拌する操作を行い、続いて、超音波洗浄機に三角フラスコを戻してさらに超音波を作用させた。
使用機種:三井電器社製バス型超音波洗浄機、周波数:28、200、950kHz、電力:300 W、処理時間:10、20、30分、処理温度:20〜30℃。
(Defibration processing)
After the cellulose sample was reacted with the swollenin solution by the above-described method, the cellulose sample was subjected to a treatment for applying ultrasonic waves as a defibrating treatment without deactivating swollenin. Sonication is performed in a 15 ml Erlenmeyer flask with a stopper, and once every 5 minutes, the Erlenmeyer flask is removed from the ultrasonic cleaner and stirred by pipetting, and then the Erlenmeyer flask is placed in the ultrasonic cleaner. Then, ultrasonic waves were further applied.
Model used: Mitsui Electric bath type ultrasonic cleaner, frequency: 28, 200, 950 kHz, power: 300 W, processing time: 10, 20, 30 minutes, processing temperature: 20-30 ° C.

図2は、セルロース試料に作用させる超音波の周波数がセルロース試料の解繊にどのように作用するかを調べた結果を示す。それぞれ、Swollenin処理していないものと、Swollenin処理したものについて、超音波の周波数を28、200、950kHzとした場合のセルロース試料表面のSEM像を示す。
同図で、Swo有→sonicとあるのは、セルロース懸濁液にSwollenin溶液(硫安含む)を加えた溶液に超音波処理を行ったものである。Swollenin処理日数は3日である。Swo無→sonicとあるのは、Swollenin処理せず、三角フラスコに水と粉砕処理後のセルロース試料を入れて超音波処理したものである。超音波処理時間はいずれも30分である。
FIG. 2 shows the results of examining how the frequency of ultrasonic waves acting on the cellulose sample acts on the defibration of the cellulose sample. The SEM images of the cellulose sample surface when the frequency of ultrasonic waves is 28, 200, and 950 kHz, respectively, for those not subjected to swollenin treatment and those subjected to swollenin treatment are shown.
In the same figure, “Swo” → “sonic” means that a solution obtained by adding a swollenin solution (including ammonium sulfate) to a cellulose suspension is subjected to ultrasonic treatment. Swollenin processing days are 3 days. “Swo no → sonic” means that the water sample and the cellulose sample after the pulverization treatment were put into an Erlenmeyer flask and sonicated without the treatment of Swollennin. Both sonication times are 30 minutes.

図2において、Swollenin処理していないセルロース試料について見ると、超音波処理をしても超音波処理しない場合とほとんど変化がない。すなわち、セルロース試料を単に超音波処理しても微細化されない(解繊されない)ことがわかる。
一方、Swollenin処理したセルロース試料に超音波処理を施すと、セルロース試料がはっきりと微細化される(解繊される)ことがわかる。ただし、超音波処理の周波数についてみると、周波数が28kHzでは、セルロース試料の表面部分は微細化されるが、セルロース試料の芯部分が微細化されずに残り、周波数が200kHzでは、セルロース試料の芯部分まで均一に微細化される一方、周波数が950kHzの場合は、ほとんど微細化の作用が得られない。
この実験結果は、Swollenin処理したセルロース試料に超音波を作用させて解繊処理する際には、超音波の周波数を200kHzがとすることが好適であることを示す。
In FIG. 2, when looking at the cellulose sample that has not been swollenin-treated, there is almost no change even when sonication is performed and when it is not sonicated. That is, it can be seen that the cellulose sample is not refined (not defibrated) by simply ultrasonication.
On the other hand, when the cellulose sample treated with swollenin is subjected to ultrasonic treatment, it can be seen that the cellulose sample is clearly refined (defibrated). However, regarding the frequency of sonication, when the frequency is 28 kHz, the surface portion of the cellulose sample is refined, but the core portion of the cellulose sample remains without being refined, and when the frequency is 200 kHz, the core of the cellulose sample. On the other hand, when the frequency is 950 kHz, the effect of miniaturization is hardly obtained.
This experimental result shows that it is preferable to set the frequency of the ultrasonic wave to 200 kHz when the cellulose sample subjected to the swollenin treatment is subjected to an ultrasonic wave for defibrating treatment.

図3は、超音波処理時間がセルロース試料の解繊にどのように作用するかを調べた結果を示したもので、それぞれ、超音波処理時間を10分、20分、30分としたときのセルロース試料表面のSEM像を示す。
図3で上段のSEM像はSwollenin処理していないセルロース試料について超音波を作用させた場合、下段のSEM像はSwollenin処理したセルロース試料について超音波を作用させた場合である。Swollenin処理の処理日数は3日、超音波処理の周波数は200kHzとした。
Fig. 3 shows the results of investigating how the sonication time affects the defibration of cellulose samples. The sonication time is 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes, respectively. The SEM image of the surface of a cellulose sample is shown.
In FIG. 3, the upper SEM image is obtained when ultrasonic waves are applied to a cellulose sample that has not been swollennin-treated, and the lower SEM image is obtained when ultrasonic waves are applied to a cellulose sample that has been swollennin-treated. The number of days for the Swollenin treatment was 3 days, and the frequency of the ultrasonic treatment was 200 kHz.

図3から、Swollenin処理していないセルロース試料に超音波処理を施す方法では、処理時間を長くしても、セルロース繊維が解繊される状態にはならないことがわかる。
一方、Swollenin処理したセルロース試料の場合は、超音波処理により効果的にセルロース繊維が解繊される。ただし、解繊作用はセルロース試料の表面から進むため、10分間の超音波処理では中心に太い繊維が残っている。20分間の処理では、解繊が進むが、部分的に中心の繊維が残る。30分間の処理により、ほとんどの繊維が解繊された状態になった。この実験結果は、本実験条件では、超音波処理時間としては30分が適当であることを示す。
From FIG. 3, it can be seen that in the method of subjecting a cellulose sample not treated with swollenin to ultrasonic treatment, the cellulose fibers are not defibrated even if the treatment time is increased.
On the other hand, in the case of a cellulose sample treated with swollenin, cellulose fibers are effectively defibrated by ultrasonic treatment. However, since the defibrating action proceeds from the surface of the cellulose sample, thick fibers remain in the center after 10 minutes of ultrasonic treatment. In the treatment for 20 minutes, defibration progresses, but the central fiber partially remains. After 30 minutes of treatment, most of the fibers were in a defibrated state. This experimental result shows that 30 minutes is appropriate as the ultrasonic treatment time under the present experimental conditions.

図4は、Swollenin処理日数が超音波処理による解繊作用にどのように影響するかを調べたものである。図4は、Swollenin処理の処理日数を4日と5日として、超音波処理を施したセルロース試料表面のSEM像を示す。超音波の周波数は200kHz、超音波処理時間は30分である。
図4に示す測定結果は、図3に示したSwollenin処理日数が3日間のセルロース試料とほとんど差異がない。したがって、Swollenin処理日数としては3日で十分であると言える。
FIG. 4 shows how the number of days of treatment with Swollenin affects the defibrating effect by ultrasonic treatment. FIG. 4 shows an SEM image of the surface of a cellulose sample subjected to ultrasonic treatment with the treatment days of the swollenin treatment being 4 days and 5 days. The ultrasonic frequency is 200 kHz, and the ultrasonic treatment time is 30 minutes.
The measurement results shown in FIG. 4 are almost the same as the cellulose sample shown in FIG. Therefore, it can be said that 3 days is sufficient as the swollenin treatment days.

(セルロースナノファイバーの結晶化度の測定)
上述したSwollenin処理後に超音波処理を施したセルロース試料の繊維形態を調べるため、XRD測定により繊維の結晶化度を調べた。
図5は、未処理のセルロース試料(未処理)、セルロース試料に超音波処理を加えたもの(Sonicのみ)、セルロース試料にSwollenin処理を施したもの(Swoのみ)、セルロース試料にSwollenin処理と超音波処理を加えたもの(Swo→sonic)のXRDグラフである。なお、比較のため、市販のセルロースナノファイバーであるセリッシュ(登録商標:株式会社ダイセル)について測定した結果をあわせて示す。
(Measurement of crystallinity of cellulose nanofiber)
In order to examine the fiber morphology of the cellulose sample subjected to ultrasonic treatment after the above-mentioned swollenin treatment, the crystallinity of the fiber was examined by XRD measurement.
Figure 5 shows an untreated cellulose sample (untreated), a cellulose sample subjected to ultrasonic treatment (Sonic only), a cellulose sample subjected to Swollenin treatment (Swo only), and a cellulose sample subjected to Swollennin treatment and supertreatment. It is the XRD graph of what added sonication (Swo-> sonic). In addition, the result measured about serish (trademark: Daicel Corporation) which is a commercially available cellulose nanofiber is also shown for a comparison.

図5に示すXRDグラフには、いずれの試料にも、セルロースI型繊維に特徴的な結晶性を示す(002)結晶面のピークが表れている。すなわち、上記各セルロース試料は、セルロースI型繊維に特徴的な結晶性を備えていることがわかる。なお、Swollenin処理を施したもの(Swoのみ)と、Swollenin処理と超音波処理を加えた試料(Swo→sonic)については、(021)結晶面のピークが表れることが特徴的である。(021)結晶面は、セルロース繊維の長手方向(繊維方向)に対して傾斜する面である。Swollenin処理を施したセルロース試料に(021)結晶面が存在することは、Swollenin処理によってセルロース繊維間の結合が緩やかになり、処理前にくらべて結晶性が低下したことを示している。   In the XRD graph shown in FIG. 5, the peak of the (002) crystal plane showing the crystallinity characteristic of cellulose type I fiber appears in any sample. That is, it can be seen that each of the cellulose samples has crystallinity characteristic of cellulose I-type fibers. In addition, it is characteristic that the peak of (021) crystal plane appears for the sample subjected to the swollenin treatment (only swo) and the sample subjected to swollenin treatment and ultrasonic treatment (swoe → sonic). (021) The crystal plane is a plane inclined with respect to the longitudinal direction (fiber direction) of the cellulose fiber. The presence of the (021) crystal face in the cellulose sample subjected to the Swollenin treatment indicates that the bonding between the cellulose fibers is loosened by the Swollenin treatment, and the crystallinity is lowered as compared with that before the treatment.

セルロース試料の結晶化度の測定は、各セルロース試料を凍結乾燥させたものを測定試料とし、XRD測定機(XRD-6000:島津製作所社製)を用いて測定した。
セルロース繊維の結晶化度(CrI)はSegal法により次式で与えられる。
Iam/I002×100=CrI (%)
2θ=18.5 (Iam : セルロース繊維の非晶性部分) の値を、2θ=22.6 (I002 : セルロース繊維の結晶性部分) の値で割ることで相対的に結晶化度を求めた。
表1にXRDの測定結果に基づいて求めた結晶化度を示す。
The crystallinity of the cellulose sample was measured using an XRD measuring machine (XRD-6000: manufactured by Shimadzu Corporation) using a freeze-dried cellulose sample as a measurement sample.
The crystallinity (CrI) of cellulose fiber is given by the following equation by the Segal method.
Iam / I002 × 100 = CrI (%)
The relative crystallinity was obtained by dividing the value of 2θ = 18.5 (Iam: amorphous part of cellulose fiber) by the value of 2θ = 22.6 (I002: crystalline part of cellulose fiber).
Table 1 shows the crystallinity obtained based on the XRD measurement results.

未処理の試料と、Swollenin処理と超音波処理を加えた試料(Swo→sonic)についての結晶化度を比較すると、結晶化度はほとんど変化していない。また、既存のセルロースナノファイバーであるセリッシュ(登録商標)と比較しても、結晶化度は同程度である。すなわち、Swollenin処理に次いで超音波処理を加えて得られるセルロースナノファイバーは、天然セルロースと同様の結晶化度を有し、天然セルロースと同等の高強度を備えることが期待される。   When the crystallinity of the untreated sample and the sample (Swo → sonic) subjected to the swollenin treatment and the ultrasonic treatment are compared, the crystallinity is hardly changed. In addition, the degree of crystallinity is comparable even when compared with Celish (registered trademark), which is an existing cellulose nanofiber. That is, cellulose nanofibers obtained by applying ultrasonic treatment after swollenin treatment are expected to have the same degree of crystallinity as natural cellulose and to have high strength equivalent to that of natural cellulose.

(セルロースナノファイバーの比表面積の測定)
解繊処理によってセルロースナノファイバーの比表面積がどの程度増大するかを測定した。
通常の凍結乾燥では水中で繊維が膨潤していても処理後は再び繊維同士が凝集してしまうことが考えられる。そこで、繊維の膨潤した形状を保つためにt-butyl alcohol置換処理を行って比表面積を測定した。具体的には、まず、セルロース試料の分散液を遠心 (8000rpm、25℃、10分) し、上清を取り除いた。次に、t-butyl alcohol (和光) を繊維と良く混ぜ再び同条件で遠心を行い、上清を取り除いた。この操作を4、5回行うことで、セルロース試料の分散液をt-butyl alcoholに置換した。その後、凍結乾燥処理をし、窒素吸着により比表面積を計測した。
使用機種:日本ベル社製BELSORP-mini、測定原理:定容量式ガス吸着法 (フリースペース連続式測定方式)、吸着ガス:窒素、サンプルセル:約1.8 cm3、測定プログラム:吸脱着等温線測定。
(Measurement of specific surface area of cellulose nanofiber)
It was measured how much the specific surface area of the cellulose nanofibers was increased by the defibrating process.
In normal lyophilization, even if the fibers are swollen in water, the fibers may be aggregated again after the treatment. Therefore, in order to maintain the swollen shape of the fiber, the specific surface area was measured by performing a t-butyl alcohol substitution treatment. Specifically, first, the dispersion of the cellulose sample was centrifuged (8000 rpm, 25 ° C., 10 minutes), and the supernatant was removed. Next, t-butyl alcohol (Wako) was mixed well with the fiber, centrifuged again under the same conditions, and the supernatant was removed. By performing this operation 4 or 5 times, the dispersion of the cellulose sample was replaced with t-butyl alcohol. Thereafter, freeze-drying treatment was performed, and the specific surface area was measured by nitrogen adsorption.
Model used: BELSORP-mini made by Nippon Bell Co., Ltd., measurement principle: constant volume gas adsorption method (free space continuous measurement method), adsorption gas: nitrogen, sample cell: approx. 1.8 cm 3 , measurement program: adsorption / desorption isotherm measurement .

表2に、未処理のセルロース試料、未処理のセルロース試料に超音波を加えたもの、セルロース試料をSwollenin処理しさらに超音波処理を施した試料についての測定結果を示す。
比表面積の測定結果は、未処理のセルロース試料と、超音波処理のみを施したものについてはほとんど差異はなかったが、Swollenin処理しさらに超音波処理を施したものは、未処理のものと比較して約8倍大きくなった。単なる超音波処理では微細化されず、膨潤処理と解繊処理によりナノファイバー化することによって、比表面積が大きくなったことを示す。
Table 2 shows measurement results for an untreated cellulose sample, an untreated cellulose sample added with ultrasonic waves, and a cellulose sample subjected to swollenin treatment and further subjected to ultrasonic treatment.
The measurement results of specific surface area showed almost no difference between the untreated cellulose sample and the sample treated with sonication only, but the swollenin-treated and further sonicated compared with the untreated sample. About 8 times larger. It shows that the specific surface area was increased by making nanofibers by swelling treatment and defibration treatment, but not by sonication.

(酵素処理とSwollenin処理との比較)
セルロース試料に対するSwollenin処理と酵素処理が解繊作用について、どのような相違があるかを調べた。
図6に、セルロース試料に酵素(EG V)を作用させた場合と、酵素処理しさらに超音波処理を加えたときのセルロース試料表面のSEM像と、あわせてSwollenin処理と超音波処理を施したセルロース試料のSEM像を示す。EG Vによる処理及びSwollenin処理の処理日数は3日、超音波処理の周波数200kHz、超音波処理時間は30分間である。
EG Vによる処理は、Swollenin処理と同様で、セルロース試料5mgに、EG Vのストック液(0.15 mg / ml)10mLを加えて反応させる方法によった。
図6から、セルロース試料に酵素(EG V)を作用させたり、さらに超音波処理を加えたりしても、セルロース試料はまったく解繊されないのに対して、Swollenin処理と超音波処理を施すことによって、セルロース試料が微細化され、効果的に解繊されることがわかる。
(Comparison between enzyme treatment and swollenin treatment)
The difference between the swollenin treatment and the enzyme treatment on the cellulose sample was examined.
Fig. 6 shows the case where an enzyme (EG V) is allowed to act on a cellulose sample, and the SEM image of the surface of the cellulose sample when the enzyme treatment is performed and further subjected to the ultrasonic treatment. The SEM image of a cellulose sample is shown. The treatment days of EG V and Swollenin treatment are 3 days, the ultrasonic treatment frequency is 200 kHz, and the ultrasonic treatment time is 30 minutes.
The treatment with EG V was the same as the treatment with Swollenin, and the reaction was performed by adding 10 mL of an EG V stock solution (0.15 mg / ml) to 5 mg of a cellulose sample.
From FIG. 6, the cellulose sample is not defibrated at all even if an enzyme (EG V) is allowed to act on the cellulose sample or further subjected to sonication, whereas swollenin treatment and sonication are performed. It can be seen that the cellulose sample is refined and effectively defibrated.

図7は、セルロース試料に酵素(EG V)を作用させ、さらに超音波処理を施した試料についてXRD測定を行った結果を示す。図7では、未処理のセルロース試料(未処理)、未処理のセルロース試料に超音波処理を加えたもの(超音波)、セルロース試料にSwollenin処理を施したもの(Swollenin)、セルロース試料にSwollenin処理と超音波処理を加えたもの(Swollenin+超音波)とセリッシュ(登録商標)についての測定結果を示す。
図7は、酵素(EG V)処理を行った場合も、酵素(EG V)処理と超音波処理を行った場合も、セルロースI型繊維に特徴的な結晶性である(002)面のピークが表れる一方、Swollenin処理を施した場合に特徴的に表れる(021)面によるピークがまったく表れないことを示す。この測定結果は、Swolleninを用いる膨潤処理は、酵素(EG V)処理とは異なる作用であることを示唆する。
FIG. 7 shows the results of XRD measurement of a sample obtained by allowing an enzyme (EG V) to act on a cellulose sample and further subjecting it to ultrasonic treatment. In FIG. 7, an untreated cellulose sample (untreated), an untreated cellulose sample subjected to ultrasonic treatment (ultrasonic), a cellulose sample subjected to swollenin treatment (Swollenin), and a cellulose sample treated with swollenin And sonication (Swollenin + ultrasound) and serisch (registered trademark).
FIG. 7 shows the peak of the (002) plane, which is characteristic of cellulose I-type fibers, both in the case of enzyme (EG V) treatment and in the case of enzyme (EG V) treatment and ultrasonic treatment. On the other hand, it shows that the peak due to the (021) plane that appears characteristically when swollenin treatment is applied does not appear at all. This measurement result suggests that the swelling treatment using Swollenin has a different action from the enzyme (EG V) treatment.

次に、酵素処理とSwollenin処理による場合で、セルロースの鎖長にどのような影響があるかを調べるため、ゲル浸透クロマトグラフィーによる平均重合分子量測定を行った。
各セルロース試料の懸濁液を凍結乾燥させたものを測定試料とした。ねじ口試験管にセルロース粉末を10 mg加え、ジメチルスルホキシドを1 mL、400 μLのイソシアン酸フェニルを加えた。この溶液の入った試験管を90℃で48時間、時折撹拌しながらセルロース誘導体化を行った。加熱後、10 mLの50 v% メタノールを加え、誘導体化セルロースを析出させ回収し、50 v% エタノールで洗浄し、五酸化二リンを同封したデシケータ内で吸引しながら乾燥させた。その誘導体化セルロース (セルローストリカルバニレート) をテトラヒドロフランに1 mg / mLの濃度になるように溶かし、0.2 μmフィルターに通したものをゲル浸透クロマトグラフィー用の試料とした。
Next, in order to investigate the influence of the enzyme treatment and the swollenin treatment on the cellulose chain length, an average polymerization molecular weight was measured by gel permeation chromatography.
A measurement sample was prepared by freeze-drying a suspension of each cellulose sample. 10 mg of cellulose powder was added to a screw test tube, and 1 mL of dimethyl sulfoxide and 400 μL of phenyl isocyanate were added. The test tube containing this solution was derivatized with cellulose at 90 ° C. for 48 hours with occasional stirring. After heating, 10 mL of 50 v% methanol was added to precipitate and recover the derivatized cellulose, washed with 50 v% ethanol, and dried while sucking in a desiccator containing diphosphorus pentoxide. The derivatized cellulose (cellulose tricarbanilate) was dissolved in tetrahydrofuran to a concentration of 1 mg / mL, and passed through a 0.2 μm filter as a sample for gel permeation chromatography.

目的物質の検出ピークにおける保持時間をtとし、検出ピークにおけるベースラインからの高さをMtとしたとき、次式から重量平均分子量を算出した。
Mw=(ΣtiMti)/(Σti)
この式から算出した重量平均分子量の値を誘導体化セルロース (セルローストリカルバニレート) の単量体の値 (519.42) で割ることにより重量平均分子量を求めた。
The weight average molecular weight was calculated from the following formula, where t is the retention time at the detection peak of the target substance and Mt is the height from the baseline at the detection peak.
Mw = (ΣtiMti) / (Σti)
The weight average molecular weight calculated from this formula was divided by the derivatized cellulose (cellulose tricarbanilate) monomer value (519.42) to determine the weight average molecular weight.

表3に各処理によって得られた試料についての重量平均分子量(Mw)と重合度(DP)を示す。
表3から、未処理のセルロース試料と比較して、Swollenin処理をした場合は、酵素(EG V)処理をした場合と同程度にまで鎖長が低くなること、また、重合度(DP)についてみると、未処理のものと比較して、Swollenin処理による場合も、酵素処理による場合も重合度が約半分程度に低下することを示す。
Table 3 shows the weight average molecular weight (Mw) and the degree of polymerization (DP) for the samples obtained by each treatment.
From Table 3, it can be seen that, when compared to the untreated cellulose sample, the chain length decreases to the same extent as when the swollenin treatment is performed, and the degree of polymerization (DP) is the same as when the enzyme (EG V) treatment is performed As a result, it is shown that the degree of polymerization is reduced to about half in both the case of the swollenin treatment and the case of the enzyme treatment as compared with the untreated one.

次に、酵素処理とSwollenin処理によって得られるセルロースナノファイバーの歩留まりを比較するため、各処理後の反応液からDNS法による還元糖量測定を行った。
試料溶液200 μlを試験管に分取し、600 μlのDNS試薬を添加し混合した。次に、5分間煮沸をし、5分間氷冷を行った。その後、4 mlの蒸留水を添加、混合をし、10分間静置した。最後に分光光度計を用いて吸光度540 nmで測定した。
表4に各処理内容について還元糖量を測定した結果を示す。
Next, in order to compare the yield of cellulose nanofibers obtained by enzyme treatment and swollenin treatment, the amount of reducing sugar was measured by the DNS method from the reaction solution after each treatment.
200 μl of the sample solution was dispensed into a test tube, and 600 μl of DNS reagent was added and mixed. Next, it was boiled for 5 minutes and cooled with ice for 5 minutes. Thereafter, 4 ml of distilled water was added, mixed, and allowed to stand for 10 minutes. Finally, the absorbance was measured at 540 nm using a spectrophotometer.
Table 4 shows the results of measuring the amount of reducing sugar for each treatment content.

表4で、sonicのみ、とあるのは未処理のセルロース試料に超音波処理を施したもの、Swoのみとあるのはセルロース試料にSwollenin処理をしたもの、Swo→sonicとあるのはセルロース試料をSwollenin処理しさらに超音波処理をしたもの、EG Vとあるのは酵素EG Vを用いた処理、EG V→sonicとあるのは酵素処理した後、超音波処理したものである。
なお、Swollenin処理は処理日数3日、超音波処理は周波数200kHz、30分である。
In Table 4, “sonic only” means that an untreated cellulose sample was subjected to ultrasonic treatment, “Swo” only means that a cellulose sample was swollenin-treated, and “Swo → sonic” means a cellulose sample. Swollenin treatment and further sonication, EG V is treatment using the enzyme EG V, and EG V → sonic is sonication after the enzyme treatment.
The Swollenin treatment is 3 days, and the ultrasonic treatment is a frequency of 200 kHz and 30 minutes.

表4から、セルロース試料をSwollenin処理したものは、酵素(EG V)処理をしたものと比較して生成還元糖量が少ないことがわかる。表3でみたように、Swollenin処理した場合と酵素(EG V)処理した場合とでは、平均重合度は大きく変わらないのに、表4で、Swollenin処理による場合に、酵素処理よりも還元糖量が低くなる理由は、Swollenin処理の場合は酵素処理と比較して、セロビオース(2糖)や可溶性のセロオリゴ糖の生成量が少ないことを意味する。すなわち、Swollenin処理による場合は酵素(EG V)処理による場合と比較して、セルロース試料を断片化する作用が低く、したがってセルロースナノファイバーを製造する歩留まりが良いということができる。
From Table 4, it can be seen that the cellulose sample treated with Swollenin has a smaller amount of reducing sugar produced than the enzyme treated with enzyme (EG V). As shown in Table 3, although the average degree of polymerization does not change significantly between swollenin treatment and enzyme (EG V) treatment, the amount of reducing sugar is greater than that of enzyme treatment in Table 4 when swollennin treatment is used. The reason for the decrease is that the production of cellobiose (disaccharide) and soluble cellooligosaccharide is less in the case of swollenin treatment than in the enzyme treatment. That is, it can be said that the effect of fragmenting the cellulose sample is lower in the case of the swollenin treatment than in the case of the enzyme (EG V) treatment, and thus the yield of producing the cellulose nanofiber is good.

Claims (4)

セルロース材料を膨潤処理する処理工程と、
膨潤処理工程を経たセルロース材料に超音波を作用させ、セルロース繊維を解繊する処理工程と、
を備えることを特徴とするセルロースナノファイバーの製造方法。
A treatment step of swelling the cellulose material;
Ultrasonic wave action is applied to the cellulose material that has undergone the swelling treatment process, and the cellulose fiber is defibrated,
A method for producing cellulose nanofibers, comprising:
前記セルロース材料の膨潤処理として、セルロース材料にSwolleninを作用させることを特徴とする請求項1記載のセルロースナノファイバーの製造方法。   The cellulose nanofiber production method according to claim 1, wherein swollenin is allowed to act on the cellulose material as the swelling treatment of the cellulose material. 前記セルロース材料の膨潤処理として、セルロース材料にSwolleninを作用させ、セルロース繊維の結晶構造を(002)結晶面に加えて(021)結晶面を有する構造とすることを特徴とする請求項1記載のセルロースナノファイバーの製造方法。   The swollen treatment of the cellulose material is performed by causing swollenin to act on the cellulose material, and adding the crystal structure of the cellulose fiber to the (002) crystal plane to have a (021) crystal plane. A method for producing cellulose nanofibers. 前記セルロース繊維を解繊する処理において作用させる超音波の周波数を28kHz〜200kHzとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のセルロースナノファイバーの製造方法。


The method for producing cellulose nanofiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency of ultrasonic waves to be applied in the treatment for defibrating the cellulose fiber is 28 kHz to 200 kHz.


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