JP2017527660A - ナノフィブリルセルロースの作製方法 - Google Patents
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- D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
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Abstract
Description
本方法は、添付図面を参照して以下に説明される。
図1は、繊維状原料(パルプ)からナノフィブリルセルロースの使用(使用)までセルロースを完全に処理する順番を示している。繊維状セルロース性原料は、後続の、第1離解レベルまで、つまり半加工品(生成物レベル1)のセルロース繊維の離解(離解1)を促進するために、最初に予備修飾(修飾)を受けてもよい。その後、半加工品は、その絶乾率を高めるために濃縮され、輸送に適切な容器に詰められる(濃縮、梱包)。梱包された半加工品は、半加工品(梱包された生成物)が、容器から出され、好適な処理濃度まで希釈され、第2離解レベルまで、つまりナノフィブリルセルロース(生成物レベル2)まで離解される(離解2)目的地に輸送される(輸送)。そのように製造されたナノフィブリルセルロースは、最終的に好適な用途に使用することが可能である(使用)。
繊維状セルロース性原料は、通常、植物起源のセルロース材料から得られる。原料は、セルロース性繊維を含む任意の植物材料であって、同様にセルロースのマイクロフィブリルを含む植物材料に基づいてもよい。繊維は、いくらかのヘミセルロースを含んでもよく、その量は、植物源に依存する。植物材料は、木材であってもよい。木材は、トウヒ、マツ、銀モミ、カラマツ、ベイマツ、もしくはカナダツガなどの軟材、カバノキ、アスペン、ポプラ、ハンノキ、ユーカリ、もしくはアカシアなどの硬材、または軟材と硬材との混合材であってもよい。木質系以外の原料は、綿、トウモロコシ、コムギ、オートムギ、ライムギ、オオムギ、米、亜麻、麻、マニラ麻、サイザル麻、ジュート、ラミー、ケナフ麻、バガス、竹、または葦から得られた、わら、葉、樹皮、種子、豆類、花、野菜、または果物などの、農業廃棄物、草、または他の植物材料を含んでもよい。
第1離解レベルまで離解された繊維状セルロース性原料は、修飾された繊維状原料であってもよい。修飾された繊維状原料は、セルロースマイクロフィブリルが、繊維からより容易に分離可能であるように、繊維が、処置によって影響を受ける原料を意味する。
0.5〜1.5meq/g、好ましくは0.7〜1.3meq/g(500〜1500mmol/g、好ましくは700〜1300mmol/gのカルボン酸含有量に対応する)の間のアニオン性が与えられてもよい。
現地での粘度測定は、以下のように実施された。ベーンスピンドル(番号73)が選択され、ブルックフィールド粘度測定装置(Brookfield RVDV-III)を始動させた。試料は、水中において0.8重量%の濃度まで希釈され、推進ミキサ700〜800rpmを用いて10分間にわたって混合された。超音波混合は、化学的または酵素的に修飾されたグレードについて使用されなかった。希釈された試料の質量は、250mlビーカに添加され、温度は、20℃±1℃に調節され、必要であれば加熱され、混合された。
繊維状セルロース性原料は、繊維が部分的にフィブリル化され、得られた半加工品が部分的にゲル化される処理において第1離解レベルまで離解される。リファイナ、粉砕機、ホモジナイザ、コロイダ、摩耗粉砕機、超音波発生装置、マイクロフルイダイザ、マクロフルイダイザ、またはフルイダイザ型ホモジナイザなどのフルイダイザなどの、最終生成物、つまりナノフィブリルセルロースの製造に好適な任意の機器は、原則として、半加工品を製造するために使用することが可能である。通過数は、最終生成物の製造におけるよりも少ないか、または滞留時間、圧力などの他の処理変数は、調節可能である。
半加工品の濃度は、輸送費用を減少させるために、輸送のために十分に高く調整される。すなわち、生成物の水分含有量が調整される。
半加工品が既に高濃度の繊維状物質であるそのような高濃度の繊維において、そのような濃度で輸送可能であるように繊維状セルロース性原料の第1離解処理を実施する。
第1離解レベルまでの繊維状セルロース性原料の離解、および可能な脱水後、半加工品は、製造場所から別の場所まで輸送される。半加工品の乾燥物質は、輸送のために、少なくとも15重量%、80重量%以下であってもよく、好ましくは20〜60重量%であればよい。半加工品の乾燥物質は、繊維状物質の量であり、当該繊維状物質は、繊維、繊維フラグメント、および繊維から分離したマイクロフィブリルであればよい。
半加工品は、一連の処理の最終生成物であるナノフィブリルセルロースを作製する目的地、つまり使用場所に輸送される。
Claims (25)
- ナノフィブリルセルロースを作製するための方法であって、
繊維状セルロース性原料を第1離解レベルまで半加工品に離解することと、
濃縮形態にある第1離解レベルの半加工品であって、当該半加工品の乾燥物質が、少なくとも15重量%であり、80重量%以下である半加工品を目的地まで輸送することと、
目的地において、半加工品を第1離解レベルから第2離解レベルまでナノフィブリルセルロースに離解することとを含むことを特徴とする方法。 - 濃縮形態にある半加工品の乾燥物質は、20〜60重量%の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記繊維状セルロース性原料を半加工品に離解した後、濃縮形態にある半加工品を得るために半加工品の濃度を高めることをさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記繊維状セルロース性原料は、1〜5%の濃度で第1離解レベルまで離解されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記半加工品の濃度は、濾過による脱水によって高められることを特徴とする請求項3または4に記載の方法。
- 前記濃度は、圧力によって少なくとも部分的に脱水することによって高められることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記濃度を上昇させることは、半加工品の懸濁液のpHを低下させることを含むことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記半加工品におけるセルロースは、解離性の酸部分、特にカルボキシル基を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記繊維状原料は、輸送された場所において、前記半加工品が濃縮形態で現れるそのような高濃度において、第1離解レベルまで半加工品に離解されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記繊維状セルロース性原料は、第1離解レベルまで部分的にフィブリル化(部分的にゲル化)された半加工品に離解されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 第1離解レベルまで離解された繊維状セルロース性原料は、0.8%および10rpmで測定された200〜10000mPa・sのブルックフィールド粘度を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 第1離解レベルのブルックフィールド粘度は、200〜2000、1000〜4000、2000〜7000、または4000〜10000mPa・sであることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 繊維状セルロース性原料は、酵素的または化学的に修飾されたセルロース、特にイオン荷電セルロースであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記イオン荷電セルロースは、カルボキシル基を含むアニオン荷電セルロース、特に触媒酸化セルロースを含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記繊維状セルロース性原料は、当該原料を分散機型装置に1回以上通すことによって、前記原料が、異なる逆回転ロータの効果によってせん断力および衝撃力を繰り返し受けるように、修飾セルロースパルプが、いくつかの逆回転ロータを通って流れる分散機型装置において、第1離解レベルまで半加工品に離解されることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 目的地において、前記半加工品を濃縮形態から離解濃度まで希釈することと、
離解濃度の半加工品を第1離解レベルから第2離解レベルまでナノフィブリルセルロースに離解することとを含むことを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。 - 前記離解濃度の半加工品を、pH5〜10、好ましくはpH7〜9において離解することを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 離解前に、半加工品のpHを5〜10、好ましくは7〜9に高めることを含むこと特徴とする請求項17に記載の方法。
- ホモジナイザにおいて、
フルイダイザにおいて、または
前記半加工品が、いくつかの逆回転ロータを通って流れる分散機型装置であって、前記半加工品を当該分散機型装置に1回以上通すことによって、異なる逆回転ロータの効果によって、せん断力および衝撃力を繰り返し受ける分散機型装置において、前記半加工品は、第2離解レベルまでナノフィブリルセルロースに離解されることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の方法。 - ナノフィブリルセルロースを作製するための半加工品であって、半加工品は、少なくとも15重量%、80重量%以下の乾燥物質、最も好ましくは20〜60重量%の乾燥物質中の部分的にフィブリル化されたセルロース性繊維状物質であり、0.8%および10rpmで測定された200〜10000mPa・sのブルックフィールド粘度を有する、であることを特徴とする半加工品。
- 前記ブルックフィールド粘度は、200〜2000、1000〜4000、2000〜7000、または4000〜10000mPa・sであることを特徴とする請求項20に記載の半加工品。
- 輸送のために、硬い容器内、または防水防湿バッグ内に梱包されることを特徴とする請求項20または21に記載の半加工品。
- 前記セルロース性繊維状物質中のセルロースは、化学修飾セルロース、特にイオン荷電セルロースであることを特徴とする請求項20、21、または22に記載の半加工品。
- 前記イオン荷電セルロースは、カルボキシル基を含むアニオン荷電セルロースであることを特徴とする請求項23に記載の半加工品。
- 前記セルロース性繊維状物質中のセルロースは、酸形態の酸部分を含む、特に、酸形態のカルボン酸部分を含む、化学修飾セルロースであることを特徴とする請求項20、21、または22に記載の半加工品。
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