JP2018065920A - セルロースナノファイバー及びセルロースナノファイバーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、前記特許文献3に係る発明では、水への再分散はするものの、ゲル状体であるために、取り扱いに制限があり、さらに輸送に際してポリ容器などの特殊な容器を必要とするためコストが問題になるおそれがあった。
多糖スラリ供給経路3は多糖スラリ供給部であり多糖スラリを貯留するタンク7、ポンプ8を循環路9に配置してなり、一方、第2の液状媒体供給経路4はタンク10、ポンプ11、熱交換器12、プランジャ13を循環路である液状媒体供給経路4に配置してなる。
非多糖スラリーは、チャンバー2を介して第2の液状媒体供給経路4を循環させる。具体的にはポンプ11を用いてタンク10内の非多糖スラリを熱交換器12、プランジャ13を通過させて液状媒体供給経路4内を循環させる。一方、多糖スラリーは、チャンバー2を介して多糖スラリ供給経路3内を循環させる。具体的にはポンプ8を用いてタンク7内の多糖スラリをビニルホース、ゴムホース等を用いて形成された循環路9内を循環させる。
以上のプロセスを反復する過程で多糖スラリ供給経路3内を循環してチャンバー2内を流通する多糖スラリ及び第2の液状媒体供給経路4を循環する非多糖スラリ中の多糖が徐々に解繊されて、用途に応じた解繊度合いの均一性の高いCNFが得られる。
本願発明において、使用する添加剤は、糖類、合成高分子及び極性多糖類等から適時選択することができる。糖類としては、カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩、メチルセルロース、ヒドロキシルプロピルセルロース、グルコマンナン、ペクチン、キシラン等が挙げられる。また、合成高分子としては、ポリビニルアルコール又はポリエチレングリコール等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。特にカルボキシルメチルセルロースのようなイオン性のある高分子材料が良い。
本工程は、解繊処理前の多糖と水の混合液に添加剤を添加し攪拌する工程である。すなわち、0.1〜10質量%とした多糖と水の混合液に添加剤を添加し攪拌して、これを添加剤含有多糖スラリとして、図3における多糖スラリ供給経路3に前記多糖スラリを供給する。ここで、本願発明において、前記質量%の範囲について0.1〜1質量%の範囲にあるものを低濃度の多糖と水の混合液というものとする。
また、前記混合液中の添加剤の濃度は、特に制限されないが、CNFに対して1〜100質量%の範囲で適宜選択することができる。
さらに、前記混合液中へ添加剤を添加し攪拌する方法は、特に制限されないが、スターラー、攪拌機、ホモミキサー等の各種装置を使用することができる。
本工程は、解繊処理後のCNF分散液(以下、添加剤を溶解したCNF分散液と区別するため、未添加CNF分散液という。)に添加剤を添加し攪拌する工程である。すなわち、水混合液にした多糖に対し、50〜400Mpa程度の高圧水を衝突させ、解繊処理して得られた未添加CNF分散液に添加剤を添加し攪拌する。
また、前記未添加CNF分散液中の添加剤の濃度は、特に制限されないが、CNFに対して1〜100質量%の範囲で適宜選択することができる。さらに、前記未添加CNF分散液中への溶解方法は、特に制限されないが、スターラー、攪拌機、ホモミキサー等の各種装置を使用することができる。
また、前記2つの溶解工程を同時に行うとは、解繊処理前の水と多糖の混合液に添加剤を添加し攪拌する工程を行い、これに50〜400Mpa程度の高圧水を衝突させ、解繊処理を行った後、これにさらに添加剤を添加し攪拌する工程を行い、CNF分散液を得ることである。この場合に、解繊処理の前後の前記工程において、添加剤の種類及び/又は添加量が異なっていてもよい。
本工程は、解繊処理により得られたCNF分散液を乾燥させる工程である。前記乾燥の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、オーブンを用いた乾燥方法、凍結乾燥法、噴霧乾燥法などが挙げられる。
また、本工程においては、完全に水を除去し、乾燥させることを目的とする。ここで、完全に乾燥させるとは、100℃の条件のオーブン乾燥器で乾燥させても重量が減少しないことをいう。乾燥させることによって、製品のベタつきなどによるハンドリング不良や輸送コストに関する問題を完全に解消させることができる。乾燥状態のCNFを評価する方法として、カールフィッシャー水分計が挙げられる。
乾燥工程により得られたCNFは、平均太さ4〜200nmであり、平均長さ0.1μm以上であり、セロビオースユニット内に水酸基を6つ有するCNFに添加剤が吸着している。また、本発明のCNFは、自重の100倍以上の水を吸収する能力を有するため、吸水剤として機能し得る。
本工程で用いる溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。前記エーテル類の具体例としては、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。前記ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。本発明においては、前記溶媒の中でも、極性溶媒が好ましく、特に水が好ましい。
再分散液を得るための一例として、前記乾燥後、前記CNFを濃度が0.1質量%になるように水を加え、手動により攪拌し、分散してCNF再分散液とすることを挙げることができる。なお、前記CNF再分散液の濃度は、0.05〜10質量%の範囲で適宜選択することができる。
パルプ水懸濁液として、0.1%の広葉樹由来パルプ水懸濁液(低濃度の多糖と水の混合液)を用意した。
<添加剤を添加して攪拌する工程>
これに対し、0.1%濃度となる量の平均分子量及び置換度が異なる以下の3種類のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-Na)を乾燥重量でパルプと同じ量加え、固形分濃度を0.2%としたサンプルを得た。
A Mw250,000 DS0.7
B Mw90,000 DS0.7
C Mw250,000 DS0.9
前記サンプルにつき、ノズル径120μ、圧力200Mpaとして、解繊処理を10、30、60passについて行い、CNF分散液50mL(固形分濃度0.2%、CNF濃度0.1%濃度)を調整した。
これらサンプルを105℃に設定した乾燥機に一晩入れて完全に乾燥させた。
蒸発した水分に相当する水を前記バイアル瓶中に加えてCNFを手動の撹拌により再度分散させ、CNF再分散液を得た。
前記実施例1とは、<添加剤を添加して攪拌する工程>を実施しなかった以外は、実施例1と同様にして、CNFを再度分散させ、CNF再分散液を得た。
一方、CMC-Naを添加した全てのサンプルA、B、Cにおけるパス数において同様の分散状態であった。
さらに、比較例1の60passのものとCMC-Naを添加したA、B、Cの10passのものは同等の分散状態であった。この結果により、ACC処理により微細化されたCNF表面にCMC-Naが吸着し、CNFの再凝集を抑制しながら、微細化が進行することが示唆される。また、それによりACC処理回数を減少させることが示唆される。このことは電力使用量の削減や生産性の向上によりコスト削減に寄与する。
パルプ水懸濁液として、0.1%の広葉樹由来パルプ水懸濁液(低濃度の多糖と水の混合液)を用意した。
前期サンプルにつき、ノズル径120μ、圧力200Mpaとして、ACC処理を10、30、60passについて行い、CNF分散液50mL(固形分濃度0.2%、CNF濃度0.1%濃度)を調整した。
これに対し、0.1%濃度となる量の分子量及び置換度が異なる以下の2種類のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-Na)を添加して攪拌して、固形分濃度を0.2%としたサンプルを得た。
A Mw250,000 DS0.7
B Mw90,000 DS0.7
これらサンプルを105℃に設定した乾燥機に一晩入れて完全に乾燥させた。
蒸発した水分に相当する水を前記バイアル瓶中に加えてCNFを手動の撹拌により再度分散させ、CNF再分散液を得た。
Claims (4)
- 平均太さ4〜200nmであり、平均長さ0.1μm以上であり、セロビオースユニット内に水酸基を6つ有するセルロースナノファイバー(以下、CNFという)に添加剤が吸着し、前記CNF及び添加剤の固形分濃度が0.1〜10質量%であることを特徴とするCNF分散液
- 平均太さ4〜200nmであり、平均長さ0.1μm以上であり、セロビオースユニット内に水酸基を6つ有するCNFに添加剤が吸着していることを特徴とするCNF
- 水混合液にした多糖に対し、50〜400Mpa程度の高圧水を衝突させ、解繊処理して得られるCNF分散液の製造方法において、
前記解繊処理の前に、前記水混合液に添加剤を添加し撹拌する工程及び/又は前記解繊処理の後に、前記CNF分散液に添加剤を添加し撹拌する工程を行うことを特徴とするCNF分散液の製造方法 - 水混合液にした多糖に対し、50〜400Mpa程度の高圧水を衝突させ、解繊処理する工程と、
前記解繊処理工程の前に、前記水混合液に添加剤を添加し撹拌する工程及び/又は
前記解繊処理工程の後に、前期CNF分散液に添加剤を添加し撹拌する工程と、
これにより得られた前記CNF分散液を乾燥する乾燥工程とを、
含むことを特徴とするCNFの製造方法
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