JP2016191002A - Cellulose nano-fiber dispersion - Google Patents

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直之 田村
Naoyuki Tamura
直之 田村
金野 晴男
Haruo Konno
晴男 金野
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulose nano-fiber dispersion that has a viscosity higher than the conventional cellulose nano-fiber dispersion.SOLUTION: Provided is a cellulose nano-fiber dispersion being a dispersion of a cellulose nano-fiber obtained by treating, in water, a cellulose raw material using an oxidizer under the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide and a mixture thereof, and pulverizing the obtained oxidized cellulose, and in which, characterized, the B type viscosity (60 rpm, 20°C) of the dispersion containing the cellulose nano-fiber at a concentration of 1% (w/v) is 7000 mPa-s or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、セルロースナノファイバー分散液に関する。   The present invention relates to a cellulose nanofiber dispersion.

セルロースナノファイバーは、例えば、セルロース系原料を2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、TEMPOとする)と安価な酸化剤である次亜塩素酸ナトリウム共存下で処理するとセルロースミクロフィブリル表面にカルボキシル基を効率よく導入でき、わずかな解繊エネルギーで均一かつ透明なセルロースナノファイバー分散液が製造できる(非特許文献1)。セルロースナノファイバーは、どんな細かい異物も通過させない高性能フィルターによる浄化装置の実現、化学繊維の強度アップや高機能衣服の実現、燃料電池の効率アップ等への展開が期待されており、セルロースナノファイバーの流通性の向上や、ユーザーでの加工を容易にするため、低粘度化の検討が多数行われてきた。また、前述の方法で得られるセルロースナノファイバーは溶媒として水を使用すること、反応副生成物が塩化ナトリウムのみであること等、反応プロセスとしての環境調和性には優位性があることから、様々な開発や研究が行われている(特許文献1)。   Cellulose nanofibers, for example, coexist with cellulose-based raw materials 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and sodium hypochlorite which is an inexpensive oxidant When the treatment is performed under the condition, carboxyl groups can be efficiently introduced onto the surface of the cellulose microfibril, and a uniform and transparent cellulose nanofiber dispersion can be produced with a little fibrillation energy (Non-patent Document 1). Cellulose nanofibers are expected to be used for the realization of purification devices using high-performance filters that do not allow any fine foreign substances to pass through, the development of chemical fiber strength and high-performance clothing, and the efficiency of fuel cells. Many attempts have been made to reduce the viscosity in order to improve the flowability of the resin and to facilitate processing by the user. In addition, cellulose nanofibers obtained by the above-mentioned method have advantages in environmental harmony as a reaction process, such as the use of water as a solvent and the fact that the reaction by-product is only sodium chloride. Development and research have been conducted (Patent Document 1).

特開2008−001728号公報JP 2008-001728 A

Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)

TEMPOあるいはTEMPO誘導体などのN−オキシル化合物を酸化触媒として用いることで、セルロース原料から容易に酸化セルロースを製造することができ、その酸化セルロースを解繊処理することにより、セルロースナノファイバー分散液を得ることができる。セルロースナノファイバー分散液の用途として、粘度特性を生かした増粘剤等があるが、これまで、高粘度化に関する検討はされていないのが現状であった。   By using an N-oxyl compound such as TEMPO or a TEMPO derivative as an oxidation catalyst, it is possible to easily produce oxidized cellulose from a cellulose raw material, and a cellulose nanofiber dispersion is obtained by defibrating the oxidized cellulose. be able to. As a use of cellulose nanofiber dispersion, there are thickeners that make use of viscosity characteristics, but there has been no investigation on increasing viscosity so far.

そこで、本発明は、同濃度において、従来のセルロースナノファイバー分散液よりも高粘度のセルロースナノファイバー分散液を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a cellulose nanofiber dispersion having a viscosity higher than that of a conventional cellulose nanofiber dispersion at the same concentration.

本発明は[1]〜[2]を提供する。
[1] セルロース原料を微細化して得られるセルロースナノファイバーの分散液であって、該セルロースナノファイバーを含有する分散液の濃度1%(w/v)におけるB型粘度(60rpm,20℃)が7000mPa・s以上であることを特徴とする、セルロースナノファイバー分散液。
[2] 前記セルロースナノファイバー分散液においてが、セルロース原料をN−オキシル化合物と、並びに臭化物、ヨウ化物及びこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、酸化剤を用い水中にて処理し、得られた酸化セルロースを用いて、解繊処理して得られることを特徴とする、[1]に記載のセルロースナノファイバー分散液。
The present invention provides [1] to [2].
[1] A dispersion of cellulose nanofibers obtained by refining a cellulose raw material, and having a B-type viscosity (60 rpm, 20 ° C.) at a concentration of 1% (w / v) of the dispersion containing the cellulose nanofibers A cellulose nanofiber dispersion characterized by being 7000 mPa · s or more.
[2] In the cellulose nanofiber dispersion, the cellulose raw material is used in water in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide and a mixture thereof in water. The cellulose nanofiber dispersion liquid according to [1], wherein the cellulose nanofiber dispersion liquid is obtained by fibrillation treatment using the oxidized cellulose obtained by treatment.

本発明によれば、同濃度で従来のセルロースナノファイバー分散液よりも高粘度なセルロースナノファイバー分散液を提供することができる。なお、従来のセルロースナノファイバー分散液の濃度1%(w/v)のB型粘度(60rpm、20℃)が数百〜4000mPa・s程度である。   According to the present invention, it is possible to provide a cellulose nanofiber dispersion having a higher viscosity than conventional cellulose nanofiber dispersions at the same concentration. In addition, the B-type viscosity (60 rpm, 20 degreeC) of the density | concentration 1% (w / v) of the conventional cellulose nanofiber dispersion liquid is several hundred to about 4000 mPa * s.

このように、高い粘度を有する分散液を与えることができることは、セルロースナノファイバーの増粘剤等の用途として利用する際に有利である。例えば、少量のセルロースナノファイバーの添加により、粘性を付与することが可能となるため、化粧品や食品等の従来の性能を損なうことなく、粘度のみ増加させるなどの利点がある。   Thus, the ability to provide a dispersion having a high viscosity is advantageous when used as a thickener for cellulose nanofibers. For example, the addition of a small amount of cellulose nanofiber makes it possible to impart viscosity, so that there is an advantage that only the viscosity is increased without impairing the conventional performance of cosmetics and foods.

本発明のセルロースナノファイバー分散液は、濃度1%(w/v)におけるB型粘度(60rpm、20℃)が70000mPa・s以上であり、従来のセルロースナノファイバーの濃度1%(w/v)におけるB型粘度(60rpm、20℃)が数百〜4000mPa・s程度であるのに対して高粘度である。   The cellulose nanofiber dispersion of the present invention has a B-type viscosity (60 rpm, 20 ° C.) at a concentration of 1% (w / v) of 70000 mPa · s or more, and a conventional cellulose nanofiber concentration of 1% (w / v). The B-type viscosity (60 rpm, 20 ° C.) is about several hundred to 4,000 mPa · s, and the viscosity is high.

本発明のセルロースナノファイバー分散液は、セルロース系原料を酸化する際に、N−オキシル化合物と、並びに臭化物、ヨウ化物又はそれらの混合物の存在下で、酸化剤を逐次添加して行うことで得られるセルロースナノファイバーを溶媒に分散させることで製造することができる。   The cellulose nanofiber dispersion of the present invention can be obtained by sequentially adding an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide, iodide or a mixture thereof when oxidizing a cellulose-based raw material. It can manufacture by dispersing the cellulose nanofiber obtained in a solvent.

本発明によるセルロースナノファイバー分散液が同濃度で従来のセルロースナノファイバー分散液よりも高粘度となることの理由について以下のように推察される。本発明のセルロースナノファイバー分散液に含まれているセルロースナノファイバーが、酸化剤の逐次添加によりセルロース原料を酸化した酸化セルロースを解繊することで、以下のようなセルロースの低分子化が生じていないことが大きな要因であると推測される。   The reason why the cellulose nanofiber dispersion according to the present invention has a higher viscosity than the conventional cellulose nanofiber dispersion at the same concentration is presumed as follows. Cellulose nanofibers contained in the cellulose nanofiber dispersion of the present invention defibrated oxidized cellulose obtained by oxidizing a cellulose raw material by sequential addition of an oxidizing agent, resulting in the following low molecular weight of cellulose. It is assumed that there is no major factor.

従来のセルロースナノファイバーの製造においては、酸化剤(例えば、次亜塩素酸ナトリウム水溶液)は強アルカリ性のため、N−オキシル化合物(例えば、TEMPO)、並びに臭化物またはヨウ化物(例えば、臭化ナトリウム)を含むセルロース原料の酸化反応用の反応系に酸化剤を一括添加すると、反応系のpHが酸化反応にとって好ましいpHの範囲よりも高くなり、酸化剤添加直後は酸化反応があまり進行しないと考えられる。一方で、例えば次亜塩素酸イオンやヒドロキシルラジカル等に起因するセルロースの低分子化等の副反応は起こりやすい環境にあると考えられる。このため、従来の酸化剤を一括で添加する方法では、反応系内で副反応によりセルロースの低分子化が起き、セルロースナノファイバーの濃度1%(w/v)におけるB型粘度(60rpm、20℃)が数百〜4000mPa・s程度になると考えられる。   In the production of conventional cellulose nanofibers, the oxidizing agent (for example, sodium hypochlorite aqueous solution) is strongly alkaline, so N-oxyl compound (for example, TEMPO), as well as bromide or iodide (for example, sodium bromide). When the oxidizing agent is added to the reaction system for the oxidation reaction of the cellulose raw material containing the batch, the pH of the reaction system becomes higher than the preferable pH range for the oxidation reaction, and it is considered that the oxidation reaction does not proceed so much immediately after the addition of the oxidizing agent. . On the other hand, it is considered that side reactions such as cellulose molecular weight reduction caused by hypochlorite ions, hydroxyl radicals, and the like are likely to occur. For this reason, in the conventional method of adding an oxidizing agent in a lump, the molecular weight of cellulose is reduced by side reaction in the reaction system, and the B-type viscosity (60 rpm, 20 at a concentration of 1% (w / v) of cellulose nanofibers is produced. (° C.) is considered to be several hundred to about 4000 mPa · s.

(1)N−オキシル化合物
N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物である。本発明で用いるN−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、本発明で使用されるN−オキシル化合物としては、下記一般式(式1)で示される化合物が挙げられる。
(1) N-oxyl compound The N-oxyl compound is a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound used in the present invention, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction. For example, the N-oxyl compound used in the present invention includes a compound represented by the following general formula (Formula 1).

Figure 2016191002
Figure 2016191002

(式1中、R1〜R4は同一又は異なる炭素数1〜4程度のアルキル基を示す。)
式1で表される物質のうち、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下、TEMPOと称する)が好ましい。また、下記一般式2〜4のいずれかで表されるN−オキシル化合物、すなわち、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をアルコールでエーテル化、またはカルボン酸若しくはスルホン酸でエステル化し、適度な疎水性を付与した4−ヒドロキシTEMPO誘導体、もしくは4−アミノTEMPOのアミノ基をアセチル化し、適度な疎水性を付与した4−アセトアミドTEMPOは安価であり、かつ均一な酸化セルロースを得ることができるため、とりわけ好ましい。
(In Formula 1, R1 to R4 represent the same or different alkyl groups having about 1 to 4 carbon atoms.)
Of the substances represented by Formula 1, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) is preferable. In addition, N-oxyl compounds represented by any one of the following general formulas 2 to 4, that is, the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO is etherified with alcohol, or esterified with carboxylic acid or sulfonic acid to impart moderate hydrophobicity. The 4-hydroxy TEMPO derivative or 4-acetamido TEMPO having an appropriate hydrophobicity by acetylating the amino group of 4-amino TEMPO is particularly preferable because it is inexpensive and can give uniform oxidized cellulose.

Figure 2016191002
Figure 2016191002

(式2〜4中、Rは炭素数4以下の直鎖又は分岐状炭素鎖である。)
さらに、下記一般式5で表されるN−オキシル化合物、すなわち、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルは、短時間で効率よくパルプを酸化でき、また、セルロース鎖の切断も起こりにくいため、好ましい。
(In formulas 2 to 4, R is a linear or branched carbon chain having 4 or less carbon atoms.)
Furthermore, an N-oxyl compound represented by the following general formula 5, that is, an azaadamantane-type nitroxyl radical, is preferable because it can efficiently oxidize pulp in a short time and hardly breaks the cellulose chain.

Figure 2016191002
Figure 2016191002

(式5中、R5及びR6は、同一又は異なる水素又はC1〜C6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基を示す。)
N−オキシル化合物の使用量は、セルロース系原料を酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01〜10mmol、好ましくは0.01〜1mmol、さらに好ましくは0.05〜0.5mmol程度である。
(In Formula 5, R5 and R6 represent the same or different hydrogen or a C1-C6 linear or branched alkyl group.)
The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing the cellulosic material. For example, it is about 0.01 to 10 mmol, preferably 0.01 to 1 mmol, more preferably about 0.05 to 0.5 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.

(2)臭化物またはヨウ化物
臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1〜100mmol、好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmol程度である。
(2) Bromide or iodide Bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water. Further, an iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. The total amount of bromide and iodide is, for example, about 0.1 to 100 mmol, preferably 0.1 to 10 mmol, and more preferably about 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.

(3)酸化剤
本発明のセルロース系原料の酸化方法は、N−オキシル化合物と、並びに臭化物、ヨウ化物又はそれらの混合物の存在下で、酸化剤を逐次添加して行うことで少ないN-オキシル化合物の使用量で、効率的に酸化セルロースを製造することができる。
(3) Oxidizing agent The method for oxidizing a cellulosic raw material of the present invention is performed by sequentially adding an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a bromide, iodide or a mixture thereof. Oxidized cellulose can be produced efficiently with the amount of compound used.

酸化剤の逐次添加の方法としては、送液ポンプ等の一般的な装置を用いればよく、添加速度は酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gの漂白済み木材パルプに対して、0.01〜50mmol/分、好ましくは0.05〜10 mmol/分、さらに好ましくは0.1〜5mmol/分程度である。この範囲よりも添加速度が遅い場合、所定の添加量を添加するのに時間がかかりすぎるために好ましくなく、またこの範囲よりも添加速度が速い場合、酸化剤を逐次添加することの効果が発揮されないため好ましくない。また、この時反応前に添加する酸化剤の10%程度を添加してもよい。   As a method for sequentially adding the oxidizing agent, a general apparatus such as a liquid feed pump may be used, and the addition rate can be selected within a range in which the oxidation reaction can be promoted. For example, it is 0.01 to 50 mmol / min, preferably 0.05 to 10 mmol / min, and more preferably about 0.1 to 5 mmol / min with respect to 1 g of bleached wood pulp. When the addition rate is slower than this range, it is not preferable because it takes too much time to add the predetermined addition amount. When the addition rate is faster than this range, the effect of sequentially adding the oxidizing agent is exhibited. It is not preferable because it is not performed. Moreover, you may add about 10% of the oxidizing agent added before reaction at this time.

酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物など、目的の酸化反応を推進し得る酸化剤であれば、いずれの酸化剤も使用できる。酸化セルロースの生産コストの観点から、使用する酸化剤として現在工業プロセスにおいて最も汎用されている安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好適である。酸化剤の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gの漂白済み木材パルプに対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度である。   The oxidizing agent may be any oxidizing agent that can promote the target oxidation reaction, such as halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, and peroxide. Agents can also be used. From the viewpoint of production cost of oxidized cellulose, sodium hypochlorite, which is currently used most widely in industrial processes as an oxidizing agent and is low in environmental load, is suitable. The amount of the oxidizing agent used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. For example, it is about 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol with respect to 1 g of bleached wood pulp.

本発明の方法は温和な条件であっても酸化反応を円滑に進行させることができるという特色がある。そのため、反応温度は15〜30℃程度の室温であってもセルロース系原料を効率良く酸化できる。なお、反応の進行に伴ってセルロースにカルボキシル基が生成し、反応液のpH低下が認められる。そのため、酸化反応を効率良く進行させるためには、反応液のpHを9〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが望ましい。   The method of the present invention is characterized in that the oxidation reaction can proceed smoothly even under mild conditions. Therefore, even if the reaction temperature is about 15 to 30 ° C., the cellulosic material can be oxidized efficiently. In addition, a carboxyl group produces | generates in a cellulose with progress of reaction, and the pH fall of a reaction liquid is recognized. Therefore, in order to advance the oxidation reaction efficiently, it is desirable to maintain the pH of the reaction solution at about 9 to 12, preferably about 10 to 11.

(5)酸化反応条件
本発明の方法は温和な条件であっても酸化反応を円滑に進行させることができるという特色がある。そのため、反応温度は15〜30℃程度の室温であってもセルロース系原料を効率良く酸化できる。なお、反応の進行に伴ってセルロースにカルボキシル基が生成し、反応液のpH低下が認められる。そのため、酸化反応を効率良く進行させるためには、反応液のpHを9〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが望ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、特に限定されないが、例えば、0.5〜6時間、好ましくは1〜5時間、さらに好ましくは2〜4時間程度である。
(5) Oxidation reaction conditions The method of the present invention is characterized in that the oxidation reaction can proceed smoothly even under mild conditions. Therefore, even if the reaction temperature is about 15 to 30 ° C., the cellulosic material can be oxidized efficiently. In addition, a carboxyl group produces | generates in a cellulose with progress of reaction, and the pH fall of a reaction liquid is recognized. Therefore, in order to advance the oxidation reaction efficiently, it is desirable to maintain the pH of the reaction solution at about 9 to 12, preferably about 10 to 11. The reaction medium is preferably water because it is easy to handle and hardly causes side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the progress of oxidation, and is not particularly limited. For example, it is 0.5 to 6 hours, preferably 1 to 5 hours, and more preferably about 2 to 4 hours. is there.

(6)セルロース原料
本発明において、セルロース原料としては、晒又は未晒木材パルプ、晒又は未晒非木材パルプ、精製リンター、ジュート、マニラ麻、ケナフ等の草本由来のパルプ、酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等の天然セルロースや、セルロースを銅アンモニア溶液、モルホリン誘導体等、何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸された再生セルロース、及び上記セルロース系素材の加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等によって解重合処理した微細セルロース又は機械的に処理した微細セルロースが例示される。
(6) Cellulose raw material In the present invention, cellulose raw materials include bleached or unbleached wood pulp, bleached or unbleached non-wood pulp, refined linter, pulp from herbs such as jute, manila hemp, kenaf, and microorganisms such as acetic acid bacteria. Natural cellulose such as cellulose to be produced, regenerated cellulose dissolved in some solvent such as copper ammonia solution and morpholine derivative, and re-spun, and hydrolysis, alkaline hydrolysis, enzymatic decomposition, and explosion of the above cellulose materials Examples include fine cellulose that has been depolymerized by treatment, vibration ball mill treatment, or the like, or mechanically treated fine cellulose.

(7)酸化セルロース
酸化セルロースのカルボキシル基量は特に限定されるものではないが、0.5mmol/g以上となるように条件を設定することが好ましい。より好ましくはカルボキシル基量が1.0mmol/g〜3.0mmol/g、さらに好ましくは1.4mmol/g〜2.8mmol/g、特に好ましくは1.5mmol/g〜2.5mmol/g、である。カルボキシル基量を上記範囲に調整することで酸化セルロースとしての機能を発揮できるとともに、優れたセルロースナノファイバーの原料となる。カルボキシル基量は、酸化反応時間の調整、酸化反応温度の調整、酸化反応時のpHの調整、N−オキシル化合物や臭化物、ヨウ化物、酸化剤の添加量の調整などを行なうことにより調整できる。
(7) Oxidized cellulose Although the amount of carboxyl groups of oxidized cellulose is not particularly limited, it is preferable to set conditions so that the amount is 0.5 mmol / g or more. More preferably, the carboxyl group amount is 1.0 mmol / g to 3.0 mmol / g, further preferably 1.4 mmol / g to 2.8 mmol / g, particularly preferably 1.5 mmol / g to 2.5 mmol / g. By adjusting the amount of carboxyl groups to the above range, the function as oxidized cellulose can be exhibited, and it becomes an excellent raw material for cellulose nanofibers. The amount of the carboxyl group can be adjusted by adjusting the oxidation reaction time, adjusting the oxidation reaction temperature, adjusting the pH during the oxidation reaction, adjusting the addition amount of the N-oxyl compound, bromide, iodide, or oxidizing agent.

なお、酸化パルプのカルボキシル基量は、以下の手順で測定することができる:
酸化パルプの0.5質量%スラリーを60ml調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式:
カルボキシル基量〔mmol/g酸化パルプ〕= a〔ml〕× 0.05/酸化パルプ質量〔g〕
を用いて算出する。
In addition, the amount of carboxyl groups of oxidized pulp can be measured by the following procedure:
Prepare 60 ml of 0.5% by weight slurry of oxidized pulp, add 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, then add 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution dropwise until the pH is 11 From the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid with a gradual change in electrical conductivity, the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol / g oxidized pulp] = a [ml] × 0.05 / oxidized pulp mass [g]
Calculate using.

(8)セルロースナノファイバー
N−オキシル化合物と、並びに臭化物、ヨウ化物及びこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、酸化剤を逐次添加し、水中にてセルロース系原料を処理して得られた酸化セルロースを解繊することでセルロースナノファイバーを得ることができる。
(8) Cellulose nanofiber In the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide and a mixture thereof, an oxidizing agent is sequentially added to treat the cellulose-based raw material in water. Cellulose nanofibers can be obtained by defibrating the oxidized cellulose obtained.

セルロースナノファイバーとは、セルロース繊維を、幅2〜15nm、長さ700〜2000nm程度のセルロースのシングルミクロフィブリルであるセルロースナノファイバーへと加工された繊維である。   The cellulose nanofiber is a fiber obtained by processing a cellulose fiber into a cellulose nanofiber which is a single microfibril of cellulose having a width of about 2 to 15 nm and a length of about 700 to 2000 nm.

酸化パルプの解繊時には、酸化パルプを媒体に分散又は懸濁したものを用い、ここに、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いて強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、セルロースナノファイバーを効率よく得るには、前記分散液に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。この処理により、酸化パルプが解繊してセルロースナノファイバーが形成され、かつセルロースナノファイバーが媒体中に分散する。媒体としては、取扱い容易性から、水を用いることが好ましい。   At the time of defibration of oxidized pulp, a dispersion or suspension of oxidized pulp in a medium is used. Here, high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type, etc. are used to perform strong shear It is preferable to apply a force. In particular, in order to efficiently obtain cellulose nanofibers, it is preferable to use a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer that can apply a pressure of 50 MPa or more to the dispersion and can apply a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. By this treatment, the oxidized pulp is defibrated to form cellulose nanofibers, and the cellulose nanofibers are dispersed in the medium. As the medium, water is preferably used from the viewpoint of easy handling.

次に実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。   Next, based on an Example, this invention is demonstrated still in detail.

[実施例1]
針葉樹由来の漂白済み未叩解パルプ(日本製紙社製)5g(絶乾)をTEMPO(東京化成社製)20mg(0.125mmol)と臭化ナトリウム(和光純薬社製)356mg(3.75 mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで攪拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(和光純薬社製)22.5mmolを添加速度0.45mmol/(分・g)で添加を開始し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するが、3N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。水酸化ナトリウムの添加が終了するまで反応した後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することで酸化処理したパルプを得た。
[Example 1]
5g (absolutely dried) bleached unbeaten pulp derived from coniferous tree (dissolved) dissolves 20mg (0.125mmol) of TEMPO (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 356mg (3.75mmol) of sodium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The resulting mixture was added to 500 ml of the aqueous solution and stirred until the pulp was uniformly dispersed. Addition of 22.5 mmol of sodium hypochlorite aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to the reaction system was started at an addition rate of 0.45 mmol / (min · g) to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 3N sodium hydroxide aqueous solution was successively added to adjust the pH to 10. After reacting until the addition of sodium hydroxide was completed, the pulp was filtered through a glass filter and sufficiently washed with water to obtain an oxidized pulp.

[比較例1]
針葉樹由来の漂白済み未叩解パルプ(日本製紙社製)5g(絶乾)をTEMPO(東京化成社製)94mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム(和光純薬社製)756mg(7.35 mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで攪拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(和光純薬社製)22.5mmolを一括添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するが、3N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。水酸化ナトリウムの添加が終了するまで反応した後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することで酸化処理したパルプを得た。
[Comparative Example 1]
Bleached unbeaten pulp (made by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) 5 g (absolutely dried) derived from conifers dissolves 94 mg (0.5 mmol) of TEMPO (Tokyo Kasei Co., Ltd.) and 756 mg (7.35 mmol) of sodium bromide (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The resulting mixture was added to 500 ml of the aqueous solution and stirred until the pulp was uniformly dispersed. To the reaction system, 22.5 mmol of sodium hypochlorite aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added all at once to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 3N aqueous sodium hydroxide solution was successively added to adjust the pH to 10. After reacting until the addition of sodium hydroxide was completed, the pulp was filtered through a glass filter and sufficiently washed with water to obtain an oxidized pulp.

<セルロースナノファイバー分散液の調製>
得られたパルプを水に分散させ、パルプ固形分1%のパルプスラリーを調製した。パルプスラリーを超高圧ホモジナイザーにかけ、140MPaで2パス処理を行い、セルロースナノファイバー分散液を調製した。調製したセルロースナノファイバー分散液を、TV−10型粘度計(東機産業社)を用いてB型粘度を、20℃、60rpmの条件で測定した。
<Preparation of cellulose nanofiber dispersion>
The obtained pulp was dispersed in water to prepare a pulp slurry having a pulp solid content of 1%. The pulp slurry was subjected to an ultra-high pressure homogenizer and subjected to a 2-pass treatment at 140 MPa to prepare a cellulose nanofiber dispersion. The B-type viscosity of the prepared cellulose nanofiber dispersion was measured using a TV-10 viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.) at 20 ° C. and 60 rpm.

<透明度>
0.1%(w/v)のセルロースナノファイバー分散液の透明度(660nm光の透過率)を、UV−VIS分光光度計 UV−265FS(島津製作所社製)を用いて測定した。透明度は実施例1及び比較例1のどちらのパルプを用いて調製したセルロースナノファイバー分散液でも99%以上であった。
<Transparency>
The transparency (660 nm light transmittance) of a 0.1% (w / v) cellulose nanofiber dispersion was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-265FS (manufactured by Shimadzu Corporation). The transparency was 99% or more for the cellulose nanofiber dispersion prepared using either the pulp of Example 1 or Comparative Example 1.

<繊維長>
セルロースナノファイバー水分散液にさらに水を加えて、セルロースナノファイバーの
濃度が0.001質量%となるようにした希釈分散液を調製した。この希釈分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥させて観察用試料を作成し、原子間力顕微鏡
(AFM)にて観察した形状像より繊維長を計測した。100本の繊維を計測し、平均した長さを平均繊維長とした。
<Fiber length>
Water was further added to the cellulose nanofiber aqueous dispersion to prepare a diluted dispersion in which the concentration of cellulose nanofiber was 0.001% by mass. The diluted dispersion was thinly spread on a mica sample stage, heated and dried at 50 ° C. to prepare an observation sample, and the fiber length was measured from the shape image observed with an atomic force microscope (AFM). 100 fibers were measured, and the average length was defined as the average fiber length.

Figure 2016191002
Figure 2016191002

実施例1で調製した酸化処理したパルプのカルボキシル基量は1.77 mmol/gだった。比較例1で調製した酸化パルプのカルボキシル基量も1.52 mmol/gであることから、本発明によって、濃度1%で7000 mPa・sを超えるセルロースナノファイバー分散液を得られることが明らかになった。   The amount of carboxyl groups of the oxidized pulp prepared in Example 1 was 1.77 mmol / g. Since the carboxyl group amount of the oxidized pulp prepared in Comparative Example 1 is also 1.52 mmol / g, it has been clarified that the present invention can obtain a cellulose nanofiber dispersion exceeding 7000 mPa · s at a concentration of 1%. .

Figure 2016191002
Figure 2016191002

更に調製したセルロースナノファイバーの繊維長を調べてみると、実施例1と比較例1に大きな差が無いことが分かった。従って、本発明のセルロースナノファイバーは従来と異なるものであることが明らかになった。   Furthermore, when the fiber length of the prepared cellulose nanofiber was examined, it was found that there was no great difference between Example 1 and Comparative Example 1. Therefore, it became clear that the cellulose nanofiber of the present invention is different from the conventional one.

Claims (2)

セルロース原料を微細化して得られるセルロースナノファイバーの分散液であって、該セルロースナノファイバーを含有する分散液の濃度1%(w/v)におけるB型粘度(60rpm,20℃)が、7000mPa・s以上であることを特徴とする、セルロースナノファイバー分散液。   A dispersion of cellulose nanofibers obtained by refining a cellulose raw material, and a B-type viscosity (60 rpm, 20 ° C.) at a concentration of 1% (w / v) of the dispersion containing the cellulose nanofibers is 7000 mPa · A cellulose nanofiber dispersion characterized by being s or more. 前記セルロースナノファイバーが、セルロース原料をN−オキシル化合物と、並びに臭化物、ヨウ化物及びこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、酸化剤を用い水中にて処理し、得られた酸化セルロースを用いて、解繊処理して得られることを特徴とする、請求項1に記載のセルロースナノファイバー分散液。   The cellulose nanofibers were obtained by treating a cellulose raw material in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide and a mixture thereof. The cellulose nanofiber dispersion liquid according to claim 1, wherein the cellulose nanofiber dispersion liquid is obtained by defibrating using oxidized cellulose.
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