JP2022132151A - Ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals and method of producing the same, and dispersion liquids, sheets, and powders containing the same - Google Patents

Ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals and method of producing the same, and dispersion liquids, sheets, and powders containing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2022132151A
JP2022132151A JP2022024931A JP2022024931A JP2022132151A JP 2022132151 A JP2022132151 A JP 2022132151A JP 2022024931 A JP2022024931 A JP 2022024931A JP 2022024931 A JP2022024931 A JP 2022024931A JP 2022132151 A JP2022132151 A JP 2022132151A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
cellulose
ionic functional
functional group
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022024931A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
裕一 野口
Yuichi Noguchi
真人 齊藤
Masato Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oji Holdings Corp
Original Assignee
Oji Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oji Holdings Corp filed Critical Oji Holdings Corp
Publication of JP2022132151A publication Critical patent/JP2022132151A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide cellulose nanocrystals which, when made into aqueous dispersion liquids, have low viscosity, are highly transparent, have excellent salinity tolerance, and have a large amount of ionic functional groups introduced thereinto, and a method of producing the same, and further to provide dispersion liquids, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals.SOLUTION: Provided is a method of producing an ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal, comprising the following steps A to C in this order. Step A: Ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers. Step B: Hydrolysis step of hydrolyzing the cellulose fibers, into which ionic functional groups are introduced, with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more. C: Fibrillation step of fibrillating cellulose fibers into which hydrolyzed ionic functional groups are introduced.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルおよびその製造方法、ならびに、前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シートおよびパウダーに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal, a method for producing the same, and a dispersion, sheet and powder containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal.

近年、石油資源の代替および環境意識の高まりから、再生産可能な天然繊維を利用した材料が着目されている。天然繊維の中でも、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロース、とくに木材由来の繊維状セルロース(パルプ)は、主に紙製品としてこれまで幅広く使用されてきた。 In recent years, attention has been paid to materials using reproducible natural fibers due to the replacement of petroleum resources and the growing awareness of the environment. Among natural fibers, fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, especially wood-derived fibrous cellulose (pulp) has been widely used mainly as paper products.

特許文献1には、高濃度であっても低い粘度を有するセルロースナノファイバーを得ることを目的として、酸化剤を用いてセルロース系材料を酸化し、酸化されたセルロース系材料をセルラーゼおよび/またはヘミセルラーゼの存在下でホモジナイザーで処理し、解繊・分散してセルロースナノファイバー化する、セルロースナノファイバーの製造方法が記載されている。
非特許文献1には、未変性コットンパルプを高濃度のリン酸で加水分解してリン酸化セルロースナノクリスタルを得ることが記載されている。
また、非特許文献2には、セルロースナノクリスタルに(i)水系でのリン酸化、または(ii)溶融尿素系でのリン酸化により、リン酸基を導入することが記載されている。
In Patent Document 1, for the purpose of obtaining cellulose nanofibers having a low viscosity even at a high concentration, a cellulosic material is oxidized using an oxidizing agent, and the oxidized cellulosic material is treated with cellulase and/or hemicellulose. A method for producing cellulose nanofibers is described, which comprises treating with a homogenizer in the presence of cellulase, defibrating and dispersing to form cellulose nanofibers.
Non-Patent Document 1 describes hydrolysis of undenatured cotton pulp with high-concentration phosphoric acid to obtain phosphorylated cellulose nanocrystals.
Non-Patent Document 2 describes that a phosphate group is introduced into cellulose nanocrystals by (i) phosphorylation in an aqueous system or (ii) phosphorylation in a molten urea system.

国際公開第2011/118746号WO2011/118746

Biomacromolecules, vol.14, 1223-1230, 2013Biomacromolecules, vol.14, 1223-1230, 2013 Carbohydrate Polymers, vol.125, 301-313, 2015Carbohydrate Polymers, vol.125, 301-313, 2015

特許文献1に記載のように短繊維化したナノセルロースファイバーでは、水分散液とした場合の低粘度化が十分ではなかった。
セルロースナノクリスタルでは、水分散液とした場合により低粘度となるが、イオン性官能基の導入量が少ないと、透明性や耐塩性が十分でないという問題があり、非特許文献1に記載の方法では、加水分解中にリン酸基を導入しているため、セルロースナノクリスタルに、十分なイオン性官能基の導入を行うことができない。また、非特許文献2に記載の方法でも、セルロースナノクリスタルにリン酸基を導入しており、(i)の方法では、十分なイオン性官能基の導入を行うことができず、(ii)の方法では、(i)に比べ、イオン性官能基は多く導入できるものの、目的外の官能基(カルバミド基)も多量に含まれると推定される。また、(i)、(ii)いずれの方法においても、セルロースナノクリスタルに対してイオン性官能基の導入を行うため、低濃度のセルロースナノクリスタル分散液に大量の試薬を用いて反応させざるを得ず、工業化の観点で改善の余地があった。
本発明の目的は、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルおよびその製造方法を提供することである。さらに、本発明は、前記セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シート、およびパウダーを提供することを目的とする。
The short nanocellulose fibers as described in Patent Document 1 were not sufficiently low in viscosity when made into an aqueous dispersion.
Cellulose nanocrystals have a lower viscosity when made into an aqueous dispersion, but when the amount of ionic functional groups introduced is small, there is a problem that transparency and salt resistance are not sufficient. However, since phosphate groups are introduced during hydrolysis, it is not possible to sufficiently introduce ionic functional groups into cellulose nanocrystals. In addition, the method described in Non-Patent Document 2 also introduces phosphate groups into cellulose nanocrystals, and the method (i) cannot sufficiently introduce ionic functional groups, and (ii) Although the method (i) can introduce more ionic functional groups than the method (i), it is presumed that a large amount of unintended functional groups (carbamide groups) are also included. In addition, in both methods (i) and (ii), since an ionic functional group is introduced into the cellulose nanocrystals, a large amount of reagent must be used to react a low-concentration cellulose nanocrystal dispersion. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of industrialization.
An object of the present invention is to provide cellulose nanocrystals that have a low viscosity when made into an aqueous dispersion, high transparency, excellent salt resistance, and a large amount of ionic functional groups introduced, and a method for producing the same. . A further object of the present invention is to provide dispersions, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals.

本発明者等は、特定の製造方法によりセルロースナノクリスタルを製造すること、または、イオン性官能基の導入量が特定値以上であるセルロースナノクリスタルにより、上記の課題が解決されることを見出した。
本発明は、以下の<1>~<19>に関する。
<1> 下記工程A~工程Cをこの順で含む、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法。
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
<2> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<1>に記載の製造方法。
<3> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<1>または<2>に記載の製造方法。
<4> 工程Aにおいて、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量が、0.5mmol/g以上である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の製造方法。
<5> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基導入量が、0.1mmol/g以上である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の製造方法。
<6> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の製造方法。
<7> 工程Bで使用する酸性水溶液が、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の製造方法。
<8> イオン性官能基導入量が0.1mmol/g以上である、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル(ただし、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く)。
<9> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびアンモニウム基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<8>に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<10> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<8>または<9>に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<11> 前記イオン性官能基導入量が0.5mmol/g以上である、<8>~<10>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<12> セルロースの2位および3位の炭素原子の少なくともいずれか1つに前記イオン性官能基が導入されている、<8>~<11>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<13> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、<8>~<12>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<14> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの1.5質量%水分散液の粘度が100mPa・s以下である、<8>~<13>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<15> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の全光線透過率が95.5%以上である、<8>~<14>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<16> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液に100mmol/Lとなるように塩化ナトリウムを添加した場合、塩化ナトリウムを添加後の全光線透過率をT、塩化ナトリウムを添加前の全光線透過率をTとしたとき、T/Tが0.98以上である、<8>~<15>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<17> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、分散液。
<18> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、シート。
<19> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、パウダー。
The present inventors have found that the above problems can be solved by producing cellulose nanocrystals by a specific production method, or by using cellulose nanocrystals in which the amount of ionic functional groups introduced is a specific value or more. .
The present invention relates to the following <1> to <19>.
<1> A method for producing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, comprising the following steps A to C in this order.
Step A: Ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers Step B: Hydrolysis step of hydrolyzing cellulose fibers introduced with ionic functional groups with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more C: defibration step of fibrillating the cellulose fiber into which the hydrolyzed ionic functional group has been introduced <2> The ionic functional group is a phosphorous acid group, a group derived from a phosphoroxoacid group, a carboxyl group, a sulfone group, The production method according to <1>, wherein the group is at least one selected from the group consisting of a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic group.
<3> The production method according to <1> or <2>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorous acid group and a group derived from a phosphorous acid group.
<4> The production method according to any one of <1> to <3>, wherein in step A, the amount of the ionic functional group introduced into the cellulose fiber is 0.5 mmol/g or more.
<5> The production method according to any one of <1> to <4>, wherein the amount of ionic functional group introduced in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 0.1 mmol/g or more.
<6> The production method according to any one of <1> to <5>, wherein the amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is 0.06 mmol/g or less.
<7> Any one of <1> to <6>, wherein the acidic aqueous solution used in step B is an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid. The manufacturing method described in .
<8> An ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduction amount of 0.1 mmol/g or more (however, cellulose in which only the carbon atom at the 6-position of cellulose is oxidized and a carboxy group is introduced excluding nanocrystals).
<9> The ionic functional group is selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and an ammonium group. The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to <8>, which is at least one of
<10> The ionic functional group-introduced cellulose according to <8> or <9>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorous acid group and a group derived from a phosphorous acid group. nano crystals.
<11> The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of <8> to <10>, wherein the amount of the ionic functional group introduced is 0.5 mmol/g or more.
<12> The ionic functional group according to any one of <8> to <11>, wherein the ionic functional group is introduced to at least one of the carbon atoms at the 2nd and 3rd positions of cellulose. Introducing cellulose nanocrystals.
<13> The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of <8> to <12>, wherein the amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 0.06 mmol/g or less. .
<14> The ionic functional group according to any one of <8> to <13>, wherein a 1.5% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals has a viscosity of 100 mPa s or less. Introducing cellulose nanocrystals.
<15> The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of <8> to <14>, wherein the total light transmittance of the 0.2% by mass aqueous dispersion of the cellulose nanocrystals is 95.5% or more. Cellulose nanocrystals with ionic functional groups.
<16> When sodium chloride is added to a 0.2% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals so as to be 100 mmol / L, the total light transmittance after adding sodium chloride is T, chloride The ionic functional group-introduced cellulose nanostructure according to any one of <8> to <15>, wherein T/ T0 is 0.98 or more, where T0 is the total light transmittance before the addition of sodium. crystal.
<17> A dispersion containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of <8> to <16>.
<18> A sheet containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of <8> to <16>.
<19> A powder containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of <8> to <16>.

本発明によれば、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルおよびその製造方法を提供ができる。さらに、本発明によれば、前記セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シート、およびパウダーを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a cellulose nanocrystal which has a low viscosity when made into an aqueous dispersion, has high transparency, has excellent salt resistance, and has a large amount of ionic functional groups introduced, and a method for producing the same. Furthermore, according to the present invention, dispersions, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals can be provided.

図1は、リンオキソ酸基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of dropped NaOH and pH for a slurry containing cellulose fibers having a phosphorous acid group. 図2は、カルボキシ基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of dropped NaOH and pH for a slurry containing cellulose fibers having carboxyl groups.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法]
本発明のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル(以下、「イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル」を、単に「イオン性官能基導入CNC」または「CNC」ともいう)の製造方法は、下記工程A~工程Cをこの順で含む。
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
本発明の製造方法によれば、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルが提供される。
セルロースナノクリスタルは、繊維幅が1000nm以下のナノレベルまで解繊されており、かつ、酸加水分解により非晶質領域が除去され、高度に結晶化されている。
本実施形態の製造方法により、上記の効果が得られる理由としては、以下のように考えられる。従来、特許文献1に記載されているように、セルロースナノファイバーを短繊維化することにより、水分散液としたときに低粘度のナノセルロースを得る試みが行われていたが、セルロースナノファイバーの短繊維化では、水分散液とした場合に十分な低粘度化を行うことは困難であった。
水分散液とした場合に、十分な低粘度化を達成する目的で、セルロースの酸加水分解により非晶質部分を加水分解し、その後、解繊することによりセルロースナノクリスタルを製造することが行われ、この方法で得られたセルロースナノクリスタルでは、水分散液とした場合の低粘度化は達成されるものの、水分散液の透明性および耐塩性の点で問題があった。この問題を解決するために、酸加水分解および解繊により得られたセルロースナノクリスタルに、イオン性官能基を導入することが行われてきた。しかし、セルロースナノクリスタルにイオン性官能基を導入する方法では、セルロースナノクリスタル分散液の濃度が低く、高濃度での薬品処理が困難であり、反応効率が低いことから、導入できるイオン性官能基量が少なく、透明性および耐塩性を十分に向上させることができなかった。また、イオン性官能基以外の官能基が不純物として残存するという問題があった。さらに、セルロースナノクリスタルを得てからリンオキソ酸基を導入する方法では、リンオキソ酸基同士の縮合や、1分子のリンオキソ酸が複数のセルロースの水酸基と反応することにより、強酸性基と弱酸性基との導入量に差異が生じる場合があった。
本発明では、セルロース繊維にイオン性官能基を導入した後に、加水分解および解繊を行うことで、得られるセルロースナノクリスタルへのイオン性官能基の導入量を増加させることができ、その結果、透明性および耐塩性が向上したものと考えられる。また、セルロース繊維にイオン性官能基を導入した後に酸加水分解を行うことにより、イオン性官能基以外の官能基を低減することができ、より純度に優れるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られたと考えられる。さらに、イオン性官能基を導入した後に加水分解を行うことにより、リンオキソ酸基を導入した場合であっても、強酸性基と弱酸性基との導入量の差異が少ない、または差異がないイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
また、イオン性官能基が導入されたセルロース繊維を加水分解した後に、解繊を行うことで、加水分解されたセルロース繊維が有するイオン性官能基の電気的反発力により、解繊効率が高まり、より繊維幅が小さいセルロースナノクリスタルが得られる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
[Method for Producing Ionic Functional Group-Introduced Cellulose Nanocrystals]
The method for producing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present invention (hereinafter, "ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals" is also simply referred to as "ionic functional group-introduced CNC" or "CNC") comprises the following step A: to step C in this order.
Step A: Ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers Step B: Hydrolysis step of hydrolyzing cellulose fibers introduced with ionic functional groups with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more C: defibration step of fibrillating cellulose fibers into which hydrolyzed ionic functional groups have been introduced According to the production method of the present invention, the aqueous dispersion has low viscosity, high transparency, and salt resistance. A cellulose nanocrystal with excellent ionic functional group introduction is provided.
Cellulose nanocrystals are fibrillated to a nano level with a fiber width of 1000 nm or less, and are highly crystallized by removing amorphous regions by acid hydrolysis.
The reason why the above effect can be obtained by the manufacturing method of the present embodiment is considered as follows. Conventionally, as described in Patent Document 1, attempts have been made to obtain low-viscosity nanocellulose when an aqueous dispersion is prepared by shortening cellulose nanofibers. It has been difficult to achieve a sufficiently low viscosity in the case of forming an aqueous dispersion by shortening the fibers.
For the purpose of achieving a sufficiently low viscosity in the case of an aqueous dispersion, cellulose nanocrystals are produced by hydrolyzing the amorphous portion by acid hydrolysis of cellulose and then fibrillating. Although the cellulose nanocrystals obtained by this method achieve a low viscosity when made into an aqueous dispersion, there are problems with the transparency and salt resistance of the aqueous dispersion. To solve this problem, ionic functional groups have been introduced into cellulose nanocrystals obtained by acid hydrolysis and fibrillation. However, in the method of introducing an ionic functional group into cellulose nanocrystals, the concentration of the cellulose nanocrystal dispersion is low, chemical treatment at a high concentration is difficult, and the reaction efficiency is low. The amount was too small to sufficiently improve the transparency and salt resistance. There is also a problem that functional groups other than ionic functional groups remain as impurities. Furthermore, in the method of obtaining cellulose nanocrystals and then introducing the phosphorous acid groups, the condensation of phosphorous acid groups and the reaction of one molecule of phosphorous acid with multiple hydroxyl groups of cellulose give rise to strong acid groups and weak acid groups. There was a case where there was a difference in the introduction amount between
In the present invention, by hydrolyzing and fibrillating after introducing an ionic functional group into cellulose fibers, it is possible to increase the amount of ionic functional groups introduced into the resulting cellulose nanocrystals, and as a result, It is considered that the transparency and salt resistance are improved. In addition, functional groups other than ionic functional groups can be reduced by acid hydrolysis after the introduction of ionic functional groups into cellulose fibers, and cellulose nanocrystals introduced with ionic functional groups with higher purity can be obtained. It is thought that Furthermore, by hydrolyzing after introducing the ionic functional group, even when the phosphorus oxoacid group is introduced, there is little or no difference in the amount of introduction between the strongly acidic group and the weakly acidic group. A functional group-introduced cellulose nanocrystal is obtained.
In addition, by performing defibration after hydrolyzing the cellulose fibers to which the ionic functional groups have been introduced, the defibration efficiency is increased due to the electrical repulsion of the ionic functional groups of the hydrolyzed cellulose fibers. A cellulose nanocrystal with a smaller fiber width is obtained.
The present invention will be described in more detail below.

<工程A>
工程Aは、セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程である。
〔セルロース繊維〕
セルロース繊維は、セルロースを含む繊維原料であり、セルロース繊維としては、とくに限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、例えば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、とくに限定されないが、例えば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、とくに限定されないが、例えばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、竹、およびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、とくに限定されないが、例えば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、例えば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時のCNCの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さいという観点から、例えば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。
セルロース繊維としては、例えばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。
また、セルロース繊維に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
<Process A>
Step A is an ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers.
[Cellulose fiber]
Cellulose fiber is a fiber raw material containing cellulose, and the cellulose fiber is not particularly limited, but it is preferable to use pulp because it is readily available and inexpensive. Pulp includes, for example, wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not limited to, hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), and unbleached kraft pulp (UKP). ) and chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemigroundwood pulp (CGP), groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP) A mechanical pulp etc. are mentioned. Examples of non-wood pulps include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lints, and non-wood-based pulps such as hemp, straw, bamboo, and bagasse. Examples of deinked pulp include, but are not limited to, deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination of two or more.
Among the above pulps, wood pulp and deinked pulp are preferable, for example, from the viewpoint of availability. In addition, among wood pulps, chemical pulps are more preferable, for example, from the viewpoints that the cellulose ratio is high and the yield of CNC at the time of defibration treatment is high, and the decomposition of cellulose in the pulp is small, for example, kraft pulp, sulfite pulp. is more preferred.
As the cellulose fiber, for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used.
Also, instead of cellulose fibers, fibers formed by linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan may be used.

〔イオン性官能基〕
工程Aでは、セルロース繊維にイオン性官能基を導入する。セルロース繊維にイオン性官能基を導入することにより、解繊処理における解繊効率を高めることができ、また、得られるセルロースナノクリスタルの透明性、耐塩性を向上させることができる。
イオン性官能基としては、例えばアニオン性官能基およびカチオン性官能基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性官能基としてアニオン性官能基を有することがとくに好ましい。
[Ionic functional group]
In step A, an ionic functional group is introduced into the cellulose fibers. By introducing an ionic functional group into the cellulose fibers, the defibration efficiency in the fibrillation treatment can be increased, and the transparency and salt resistance of the obtained cellulose nanocrystals can be improved.
The ionic functional group can include, for example, either one or both of an anionic functional group and a cationic functional group. In this embodiment, it is particularly preferable to have an anionic functional group as the ionic functional group.

イオン性官能基としてのアニオン性官能基としては、例えばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。
イオン性官能基としてのカチオン性官能基としては、例えばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性官能基はアンモニウム基であることが好ましい。
中でも、イオン性官能基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、および硫黄オキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、リンオキソ酸基であることがよりさらに好ましい。アニオン性官能基としてリンオキソ酸基を導入することにより、透明性、耐塩性に優れるセルロースナノクリスタルが得られる。
The anionic functional group as the ionic functional group includes, for example, a phosphorous acid group or a group derived from a phosphoroxo acid group (sometimes simply referred to as a phosphorous acid group), a carboxy group or a group derived from a carboxy group (simply referred to as a carboxy group). ), a sulfur oxoacid group or a group derived from a sulfur oxoacid group (sometimes referred to simply as a sulfur oxoacid group), a xanthate group, a phosphon group, a phosphine group, a sulfone group, a carboxyalkyl group, and the like. can.
Cationic functional groups as ionic functional groups include, for example, an ammonium group, a phosphonium group, and a sulfonium group. Among them, the cationic functional group is preferably an ammonium group.
Among them, the ionic functional group includes a phosphorous acid group, a group derived from a phosphorous acid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, a carboxymethyl group, a carboxyethyl group, and a cation. It is preferably at least one selected from the group consisting of a functional group consisting of a phosphorous oxoacid group, a group derived from a phosphorous oxoacid group, a carboxyl group, a sulfur oxoacid group, and a group derived from a sulfur oxoacid group. It is more preferably at least one selected from the group, more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorous acid group and a group derived from a phosphorous acid group, and is preferably a phosphorous acid group. Even more preferable. By introducing a phosphorous acid group as an anionic functional group, cellulose nanocrystals with excellent transparency and salt resistance can be obtained.

リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基は、例えば下記式(1)で表される置換基である。各セルロース繊維には、下記式(1)で表される置換基が複数導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(1)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 A phosphorous acid group or a group derived from a phosphorous acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). A plurality of substituents represented by the following formula (1) may be introduced into each cellulose fiber. In this case, the plural introduced substituents represented by the following formula (1) may be the same or different.

Figure 2022132151000001
Figure 2022132151000001

式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。n個あるαおよびα’のうち少なくとも1つはOであり、残りはRまたはORである。なお、各αおよびα’の全てがOであっても構わない。n個あるαは全て同じでも、それぞれ異なっていてもよい。βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。 In formula (1), a, b and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (where a=b×m). At least one of n α and α' is O 2 - , and the rest are R or OR. Note that all of α and α' may be O 2 . All of the n αs may be the same or different. β b+ is a cation having a valence of 1 or more, which is composed of an organic substance or an inorganic substance.

Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。 Each R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched hydrocarbon group A hydrogen group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a derivative group thereof. Also, in formula (1), n is preferably 1.

飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、またはn-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、またはt-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、またはシクロヘキシル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、またはアリル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、または3-ブテニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。芳香族基としては、フェニル基、またはナフチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。 Examples of the saturated straight-chain hydrocarbon group include, but are not limited to, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, and the like. The saturated-branched hydrocarbon group includes, but is not particularly limited to, i-propyl group, t-butyl group, and the like. The saturated cyclic hydrocarbon group includes, but is not particularly limited to, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and the like. The unsaturated straight-chain hydrocarbon group includes, but is not particularly limited to, a vinyl group, an allyl group, and the like. The unsaturated-branched hydrocarbon group includes i-propenyl group, 3-butenyl group and the like, but is not particularly limited. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not particularly limited to, a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group, and the like. Aromatic groups include, but are not particularly limited to, phenyl groups, naphthyl groups, and the like.

また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖または側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、アミノ基およびアンモニウム基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加または置換した状態の官能基が挙げられるが、とくに限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数はとくに限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、セルロース繊維への浸透を容易にし、セルロースナノクリスタルの収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合やセルロース繊維に上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 In addition, the derivative group in R is selected from functional groups such as carboxy group, carboxylate group (-COO-), hydroxy group, amino group and ammonium group for the main chain or side chain of the above various hydrocarbon groups. functional groups to which at least one type of is added or substituted, but is not particularly limited. Although the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorous oxoacid group can be set within an appropriate range, facilitating penetration into cellulose fibers and increasing the yield of cellulose nanocrystals. can also In addition, when a plurality of R are present in the formula (1) or when a plurality of types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the cellulose fiber, the plurality of Rs present are the same. may be different.

βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合やセルロース繊維に上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含むセルロース繊維を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 β b+ is a cation having a valence of 1 or more, which is composed of an organic substance or an inorganic substance. An organic onium ion can be mentioned as a cation having a valence of 1 or more composed of an organic substance. Organic onium ions include, for example, organic ammonium ions and organic phosphonium ions. Examples of organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of organic phosphonium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of monovalent or higher valent cations composed of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions. When a plurality of β b+ are present in the formula (1) or when a plurality of types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the cellulose fiber, the plurality of β b+ are the same. may be different. As the cation having a valence of 1 or more composed of an organic substance or an inorganic substance, sodium or potassium ions are preferable, but not particularly limited, because cellulose fibers containing β b+ are not easily yellowed when heated and are easily industrially available. .

リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基としては、より具体的には、リン酸基(-PO)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO)、亜リン酸基(ホスホン酸基)の塩が挙げられる。また、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(例えば、ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(例えば、ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(例えば、モノメチルリン酸基、ポリオキシエチレンアルキルリン酸基)、アルキルホスホン酸基(例えば、メチルホスホン酸基)などであってもよい。 More specifically, the phosphoric acid group or the substituent derived from the phosphoric acid group includes a phosphoric acid group (—PO 3 H 2 ), a salt of a phosphoric acid group, a phosphorous acid group (phosphonic acid group) (—PO 2 H 2 ), salts of phosphite group (phosphonic acid group). In addition, the phosphoric acid group or the substituent derived from the phosphoric acid group includes a condensed phosphoric acid group (e.g., pyrophosphate group), a condensed phosphonic acid group (e.g., polyphosphonic acid group), a phosphoric acid ester group ( For example, it may be a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group), an alkylphosphonic acid group (eg, a methylphosphonic acid group), or the like.

また、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基)は、例えば下記式(2)で表される置換基である。各セルロース繊維には、下記式(2)で表される置換基が複数入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 Further, the sulfur oxoacid group (a sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2). Each cellulose fiber may contain a plurality of substituents represented by the following formula (2). In this case, the plural introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.

Figure 2022132151000002
Figure 2022132151000002

上記構造式中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。上記構造式中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、繊維状セルロースに上記式(2)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含むセルロース繊維を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 In the above structural formula, b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is an arbitrary number (where 1=b×m). In addition, when n is 2 or more, multiple p may be the same number or may be different numbers. In the above structural formula, β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. An organic onium ion can be mentioned as a cation having a valence of 1 or more composed of an organic substance. Organic onium ions include, for example, organic ammonium ions and organic phosphonium ions. Examples of organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of organic phosphonium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of monovalent or higher-valent cations composed of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions. When multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into fibrous cellulose, the multiple β b+ may be the same or different. As the cation having a valence of 1 or more composed of an organic substance or an inorganic substance, sodium or potassium ions are preferable, but are not particularly limited, because cellulose fibers containing β b+ are not easily yellowed when heated and are easily industrially available. .

セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量は、例えば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがよりさらに好ましい。また、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量は、例えば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、3.00mmol/g以下であることがよりさらに好ましい。イオン性官能基の導入量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性が良好となる。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性官能基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。
The amount of the ionic functional group introduced into the cellulose fiber is, for example, preferably 0.30 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, more preferably 0.80 mmol/g per 1 g (mass) of fibrous cellulose. g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more. In addition, the amount of the ionic functional group introduced into the cellulose fiber is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is more preferably 50 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. By setting the amount of the ionic functional group to be introduced within the above range, the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals to be obtained have good transparency and salt resistance.
Here, the denominator in units of mmol/g indicates the mass of fibrous cellulose when the counter ion of the ionic functional group is hydrogen ion (H + ).

セルロース繊維および後述するイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに対するイオン性官能基の導入量は、例えば中和滴定法、元素分析により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of ionic functional groups introduced into cellulose fibers and cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced can be measured, for example, by neutralization titration or elemental analysis. In the measurement by the neutralization titration method, the introduction amount is measured by determining the pH change while adding alkali such as sodium hydroxide aqueous solution to the obtained slurry containing the cellulose fibers or the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals. do.

図1は、リンオキソ酸基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えば次のように測定される。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのリンオキソ酸基量についても、同様に測定される。
まず、セルロース繊維を含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型のセルロース繊維の質量を示すことから、酸型のセルロース繊維が有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときのセルロース繊維の質量に変換することで、陽イオンCが対イオンであるセルロース繊維が有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:セルロース繊維が有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の強酸性基量と弱酸性基量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of dropped NaOH and pH for a slurry containing cellulose fibers having a phosphorous acid group. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into cellulose fibers is measured, for example, as follows. The amount of phosphorous acid groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is also measured in the same manner.
First, a slurry containing cellulose fibers is treated with a strongly acidic ion exchange resin. In addition, before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin, a defibration treatment similar to the fibrillation treatment step described below may be performed on the object to be measured, if necessary.
Next, the change in pH is observed while adding sodium hydroxide aqueous solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of FIG. 1 plots the measured pH against the amount of alkali added, and the titration curve shown in the lower part of FIG. 1 plots the pH against the amount of alkali added. The increment (differential value) (1/mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points where the increment (the differential value of the pH with respect to the amount of alkali dropped) are maximized are confirmed in the curve obtained by plotting the measured pH against the amount of alkali added. Among these, the maximum point of the increment obtained first when the alkali is first added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the first dissociated acid amount of fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the first end point to the second end point The amount is equal to the second dissociated acid amount of fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is equal to the amount of fibrous cellulose contained in the slurry used for titration. equal to the total dissociated acid content of A value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxoacid group introduced (mmol/g). In addition, when simply referring to the amount of phosphorus oxoacid groups introduced (or the amount of phosphorus oxoacid groups), it means the amount of the first dissociated acid.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphoric acid group is a phosphoric acid group, and the phosphoric acid group causes condensation, it appears that the amount of weakly acidic groups in the phosphoric acid group (also referred to herein as the second dissociated acid amount) is The amount of alkali required in the second region is less than that required in the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to herein as the amount of first dissociated acid) matches the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. In addition, when the phosphorous acid group is a phosphorous acid group, the weakly acidic group does not exist in the phosphorous acid group, so the amount of alkali required for the second region is reduced, or the amount of alkali required for the second region is may be zero. In this case, the titration curve has one point at which the pH increment is maximum.
In addition, since the denominator of the above-described phosphorus oxoacid group introduction amount (mmol/g) indicates the mass of acid-type cellulose fibers, the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by acid-type cellulose fibers (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid type)). On the other hand, when the counterion of the phosphate group is substituted with an arbitrary cation C so as to have a charge equivalent, the denominator is converted to the mass of the cellulose fiber when the cation C is the counterion. , the amount of phosphorous acid groups (hereinafter referred to as the amount of phosphorous acid groups (C type)) possessed by the cellulose fiber having the cation C as a counter ion can be obtained.
That is, it is calculated by the following formula.
Phosphorus oxo acid group amount (C type) = Phosphorus oxo acid group amount (acid type) / {1 + (W-1) × A / 1000}
A [mmol/g]: total amount of anions derived from the phosphate groups possessed by the cellulose fiber (value obtained by adding the amount of strongly acidic groups and the amount of weakly acidic groups of phosphate groups)
W: Formula weight per valence of cation C (for example, 23 for Na and 9 for Al)

図2は、カルボキシ基を有するセルロース繊維に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。
セルロース繊維に対するカルボキシ基の導入量は、例えば次のように測定される。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのカルボキシ基量についても、同様に測定される。
まず、セルロース繊維を含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。
図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象のセルロース繊維含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H)であるときのセルロース繊維の質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the dropping amount of NaOH and pH for cellulose fibers having a carboxyl group.
The amount of carboxyl groups introduced into cellulose fibers is measured, for example, as follows. The amount of carboxyl groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is also measured in the same manner.
First, a slurry containing cellulose fibers is treated with a strongly acidic ion exchange resin. In addition, before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin, a fibrillation treatment similar to the fibrillation treatment step described below may be performed on the object to be measured, if necessary. Next, the change in pH is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a titration curve as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, in this neutralization titration, there is one point where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. Observed. The maximum point of this increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 2 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the slurry used for titration. Then, by dividing the alkali amount (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the cellulose fiber-containing slurry to be titrated, the introduction amount (mmol/g) of the carboxy group was calculated. Calculated.
The amount of carboxyl groups introduced above (mmol/g) is the amount of substituents per 1 g of mass of cellulose fibers when the counterion of the carboxyl group is hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type )).

なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型のセルロース繊維の質量であることから、酸型のセルロース繊維が有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときのセルロース繊維の質量に変換することで、陽イオンCが対イオンであるセルロース繊維が有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))(mmol/g)を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
In addition, since the denominator of the above-mentioned carboxy group introduction amount (mmol / g) is the mass of the acid-type cellulose fiber, the amount of carboxy groups possessed by the acid-type cellulose fiber (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (acid type) call). On the other hand, when the counter ion of the carboxy group is substituted with an arbitrary cation C so as to have a charge equivalent, the denominator is converted to the mass of the cellulose fiber when the cation C is the counter ion. , the amount of carboxy groups (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (C-type)) (mmol/g) possessed by cellulose fibers having cations C as counter ions can be obtained.
That is, it is calculated by the following formula.
Carboxy group amount (C type) = carboxy group amount (acid form) / {1 + (W-1) x (carboxy group amount (acid form)) / 1000}
W: Formula weight per valence of cation C (for example, 23 for Na and 9 for Al)

また、セルロース繊維およびイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに対する硫黄オキソ酸基・スルホン基の導入量は、得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定する。
この硫黄量を、供試したセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量・スルホン酸基量(単位:mmol/g)とする。
In addition, the amounts of sulfur oxoacid groups and sulfone groups introduced into cellulose fibers and cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group were determined by exposing the obtained cellulose fibers or cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group to perchloric acid and concentrated nitric acid. After wet ashing, the mixture is diluted by a suitable factor and the amount of sulfur is measured by ICP emission spectrometry.
The sulfur oxoacid group amount/sulfonic acid group amount (unit: mmol/g) is obtained by dividing this sulfur amount by the absolute dry mass of the cellulose fiber or cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein.

なお、滴定法による置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低い置換基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒間に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、セルロース繊維含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 In addition, in measuring the amount of substituents by the titration method, if the amount of dropping of one drop of sodium hydroxide solution is too large, or if the titration interval is too short, the amount of substituents will be lower than the original value, and an accurate value cannot be obtained. sometimes not. Appropriate dropping amount and titration interval are, for example, titration of 10 to 50 μL of 0.1N sodium hydroxide aqueous solution in 5 to 30 seconds. In addition, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the cellulose fiber-containing slurry, for example, it is desirable to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration to the end of titration.

セルロース繊維は、後述するイオン性官能基導入セルロース繊維の製造工程において添加される尿素および/または尿素誘導体に由来したカルバミド基を有していてもよい。この場合、セルロース繊維におけるカルバミド基の導入量(カルバミド基量)は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり1.50mmol/g以下であることが好ましく、1.00mmol/g以下であることがより好ましく、0.30mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.20mmol/g以下であることがとくに好ましい。なお、セルロース繊維におけるカルバミド基の導入量(カルバミド基量)は、0.00mmol/gであってもよい。カルバミド基とリンオキソ酸基は、セルロースの水酸基に反応して導入される基であるため、カルバミド基の導入量が多くなればなるほど、リンオキソ酸基の導入量は減少する。このため、カルバミド基の導入量を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を高め、適切な範囲とすることができる。なお、カルバミド基自体には、電気伝導性がないため、カルバミド基の導入により得られるイオン性官能基導入セルロースは得られない。このため、カルバミド基の導入量を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を高めることで、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性を向上させることができる。 Cellulose fibers may have carbamide groups derived from urea and/or urea derivatives that are added in the production process of the ionic functional group-introduced cellulose fibers described below. In this case, the amount of carbamide groups introduced into the cellulose fibers (the amount of carbamide groups) is, for example, preferably 1.50 mmol/g or less, more preferably 1.00 mmol/g or less per 1 g (mass) of cellulose fibers. , is more preferably 0.30 mmol/g or less, and particularly preferably 0.20 mmol/g or less. The amount of carbamide groups introduced into the cellulose fiber (carbamide group amount) may be 0.00 mmol/g. Since the carbamide group and the phosphorus oxoacid group are groups introduced by reacting with the hydroxyl groups of cellulose, the more the amount of the carbamide group introduced, the smaller the amount of the phosphorus oxoacid group introduced. Therefore, by setting the amount of the carbamide group to be introduced within the above range, the amount of the phosphorus oxoacid group to be introduced can be increased and brought into an appropriate range. In addition, since the carbamide group itself has no electrical conductivity, the cellulose introduced with the ionic functional group cannot be obtained by introducing the carbamide group. Therefore, by setting the amount of carbamide groups to be introduced within the above range and increasing the amount of phosphorus oxoacid groups to be introduced, the transparency and salt resistance of the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals can be improved. .

セルロース繊維およびイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルへのカルバミド基の導入量はセルロースに共有結合した窒素量を測定することで決定する。具体的には、セルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含む測定対象物からイオン性窒素(アンモニウムイオン)を遊離および除去させた後に、微量窒素分析法により窒素量を測定する。イオン性窒素(アンモニウムイオン)の遊離は、実質的にセルロースに共有結合した窒素が除かれない条件で行う。例えば、リンオキソ酸基導入工程の後に、アルカリ処理によってアンモニウムイオンを遊離させ、洗浄除去してから、後述する工程Bを行ってもよいし、工程Bや工程Cの後に強酸性イオン交換樹脂によってアンモニウムイオンを吸着除去させてもよい。微量窒素分析法による窒素量の測定機としては、例えば、株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110を用いることができる。測定前に低温(例えば、真空乾燥器にて、40℃24時間)で絶乾状態になるまでセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを乾燥させる。セルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出される。 The amount of carbamide groups introduced into the cellulose fibers and the cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group is determined by measuring the amount of nitrogen covalently bound to cellulose. Specifically, after liberating and removing ionic nitrogen (ammonium ion) from a measurement object containing cellulose fibers or cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group, the amount of nitrogen is measured by trace nitrogen analysis. Liberation of ionic nitrogen (ammonium ion) is carried out under conditions in which substantially no nitrogen covalently bound to cellulose is removed. For example, after the phosphorus oxoacid group-introducing step, ammonium ions may be liberated by alkali treatment, washed and removed, and then step B described later may be performed, or after step B or step C, ammonium ions may be dissolved by a strongly acidic ion exchange resin. Ions may be removed by adsorption. As a device for measuring the amount of nitrogen by the trace nitrogen analysis method, for example, a trace total nitrogen analyzer TN-110 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. can be used. The cellulose fibers or the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals are dried at a low temperature (for example, in a vacuum dryer at 40° C. for 24 hours) before the measurement until they become absolutely dry. The amount (mmol/g) of carbamide groups introduced per unit mass of cellulose fibers or cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group is the amount per unit mass of cellulose fibers or cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group obtained by trace nitrogen analysis. is calculated by dividing the nitrogen content (g/g) by the atomic weight of nitrogen.

〔イオン性官能基導入工程〕
セルロース繊維にイオン性官能基を導入するためには、上述したセルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程を有し、工程Bの前に、さらに、洗浄工程、アルカリ処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性官能基導入工程としては、リンオキソ酸基導入工程、カルボキシ基導入工程、硫黄オキソ酸基導入工程、塩素系酸化剤による酸化工程、ザンテート基導入工程、スルホン基導入工程、カルボキシアルキル化工程、が例示される。以下、それぞれについて説明する。
[Ionic functional group introduction step]
In order to introduce an ionic functional group into the cellulose fiber, the ionic functional group introduction step of introducing the ionic functional group into the cellulose fiber described above is provided, and the step B is preceded by a washing step and an alkali treatment step. in this order, and may have an acid treatment step instead of or in addition to the washing step. The ionic functional group introduction step includes a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxyl group introduction step, a sulfur oxoacid group introduction step, an oxidation step with a chlorine-based oxidizing agent, a xanthate group introduction step, a sulfone group introduction step, a carboxyalkylation step, are exemplified. Each of these will be described below.

-リンオキソ酸基導入工程-
リンオキソ酸基導入工程は、セルロース繊維が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロース繊維に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
本実施形態に係るリン酸基導入工程では、セルロース繊維と化合物Aの反応を、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロース繊維と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下でセルロース繊維に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態またはスラリー状のセルロース繊維に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維を用いることが好ましく、とくに乾燥状態のセルロース繊維を用いることが好ましい。セルロース繊維の形態は、とくに限定されないが、例えば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態でセルロース繊維に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、とくに水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bはセルロース繊維に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、とくに限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、セルロース繊維を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、セルロース繊維に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bをセルロース繊維に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれセルロース繊維に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。
-Phosphorus oxoacid group introduction step-
In the phosphorus oxoacid group-introducing step, at least one compound (hereinafter also referred to as "compound A") selected from compounds capable of introducing a phosphorus oxoacid group by reacting with a hydroxyl group possessed by the cellulose fiber is applied to the cellulose fiber. It is a process to let Through this step, the phosphate group-introduced fiber is obtained.
In the phosphate group-introducing step according to the present embodiment, the reaction between the cellulose fiber and compound A may be performed in the presence of at least one selected from urea and derivatives thereof (hereinafter also referred to as "compound B"). . On the other hand, the cellulose fiber and compound A may be reacted in the absence of compound B.
An example of a method of allowing compound A to act on cellulose fibers in the presence of compound B is a method of mixing compound A and compound B with cellulose fibers in a dry state, in a wet state, or in a slurry state. Among these, it is preferable to use cellulose fibers in a dry state or a wet state, and it is particularly preferable to use cellulose fibers in a dry state, because the uniformity of the reaction is high. Although the form of the cellulose fiber is not particularly limited, it is preferably, for example, cotton-like or thin sheet-like. The compound A and compound B can be added to the cellulose fiber in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a melted state by heating to a melting point or higher. Among these, it is preferable to add in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the form of an aqueous solution, since the uniformity of the reaction is high. Moreover, the compound A and the compound B may be added simultaneously to the cellulose fiber, may be added separately, or may be added as a mixture. The method of adding compound A and compound B is not particularly limited, but when compound A and compound B are in the form of a solution, the cellulose fibers may be immersed in the solution to absorb the liquid and then taken out. The solution may be added dropwise to the Further, the required amount of compound A and compound B may be added to the cellulose fiber, or after adding the excess amount of compound A and compound B to the cellulose fiber, the excess compound A and compound B are removed by pressing or filtering. may be removed.

本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、とくに限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、例えば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、例えば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。
これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
セルロース繊維に対する化合物Aの添加量は、とくに限定されないが、例えば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、セルロース繊維(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性をより向上させることができる。一方で、セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。
The compound A used in the present embodiment may be any compound having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose. Salts, phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide) and the like can be mentioned, but are not particularly limited. Phosphoric acid of various purities can be used, for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used. Phosphorous acid includes, for example, 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydration-condensed phosphoric acid is obtained by condensing two or more molecules of phosphoric acid by dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Phosphates, phosphites and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid or dehydrated condensed phosphoric acids. It can be a degree of harmony.
Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, or ammonium salt of phosphoric acid from the viewpoint of high efficiency of introduction of a phosphoric acid group, low cost, and easy industrial application is preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, or ammonium dihydrogen phosphate is more preferred.
The amount of compound A added to the cellulose fibers is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to the cellulose fibers (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the cellulose fiber within the above range, the transparency and salt resistance of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals to be obtained can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms to be added to the cellulose fiber to the above upper limit or less, it is possible to balance the effect of improving the yield and the cost.

本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、例えば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
セルロース繊維(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、とくに限定されないが、例えば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。
Compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and derivatives thereof as described above. Compound B includes, for example, urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. From the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
The amount of compound B added to cellulose fibers (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably, for example, 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, More preferably, it is 100% by mass or more and 350% by mass or less.

セルロース繊維と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、例えばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、例えばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、例えばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、とくにトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction of cellulose fiber and compound A, in addition to compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine and hexamethylenediamine. Among these, triethylamine in particular is known to work as a good reaction catalyst.

リンオキソ酸基導入工程においては、セルロース繊維に化合物A等を添加または混合した後、当該セルロース繊維に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、セルロース繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、例えば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxoacid group-introducing step, it is preferable to heat-treat the cellulose fibers after the compound A or the like is added to or mixed with the cellulose fibers. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature that can efficiently introduce phosphorus oxoacid groups while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reaction of cellulose fibers. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower. In addition, for the heat treatment, equipment having various heat media can be used, for example, a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll heater, a plate heater, a fluidized bed dryer, and a band dryer. A mold drying device, a filter drying device, a vibrating fluidized drying device, a flash drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.

本実施形態に係る加熱処理においては、例えば薄いシート状のセルロース繊維に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等でセルロース繊維と化合物Aを混練または撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、セルロース繊維における化合物Aの濃度ムラを抑制して、セルロース繊維表面へ、より均一にリン酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子がセルロース繊維表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様にセルロース繊維表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、例えばスラリーが保持する水分および化合物Aとセルロース繊維中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、セルロース繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。
加熱処理の時間は、例えばセルロース繊維から実質的に水分が除かれてから1秒間以上300分間以下であることが好ましく、1秒間以上1,000秒間以下であることがより好ましく、10秒間以上800秒間以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。
In the heat treatment according to the present embodiment, for example, the compound A is added to the thin sheet-like cellulose fiber by a method such as impregnation, and then heated, or the cellulose fiber and the compound A are heated while kneading or stirring with a kneader or the like. method can be adopted. This makes it possible to suppress concentration unevenness of the compound A in the cellulose fibers and to more uniformly introduce the phosphate groups to the cellulose fiber surfaces. This is because when water molecules move to the cellulose fiber surface during drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension and similarly moves to the cellulose fiber surface (that is, the concentration unevenness of the compound A is It is thought that this is due to the fact that it is possible to suppress the occurrence of
In addition, the heating apparatus used for the heat treatment constantly removes the moisture retained by the slurry and the moisture generated due to the dehydration condensation (phosphoric acid esterification) reaction between the compound A and the hydroxyl groups contained in the cellulose in the cellulose fibers, for example. A device that can be discharged to the outside is preferable. As such a heating device, for example, an air-blowing oven can be used. In addition to being able to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of phosphorylation, by constantly discharging the water in the device system, it is possible to suppress the acid hydrolysis of the sugar chains in the cellulose fibers. can also
The heat treatment time is, for example, preferably 1 second or more and 300 minutes or less after water is substantially removed from the cellulose fibers, more preferably 1 second or more and 1,000 seconds or less, and 10 seconds or more and 800 seconds or less. Seconds or less is more preferable. In the present embodiment, the amount of phosphorus oxoacid groups to be introduced can be set within a preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.

リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えばよいが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、セルロース繊維に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リンオキソ酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphorus oxoacid group-introducing step may be performed at least once, but may be performed repeatedly two or more times. By performing the step of introducing phosphate groups two or more times, many phosphate groups can be introduced into the cellulose fibers. In the present embodiment, as an example of a preferred aspect, the case where the step of introducing a phosphorus oxoacid group is performed twice is mentioned.

セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.25mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性を向上させることができる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into cellulose fibers is, for example, preferably 0.30 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, and 0.80 mmol/g or more per 1 g (mass) of cellulose fibers. is more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.25 mmol/g or more. In addition, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced into cellulose fibers is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less per 1 g (mass) of cellulose fibers, and more preferably 3.00 mmol/g. g or less is more preferable. By setting the amount of the phosphorus oxoacid group to be introduced within the above range, the transparency and salt resistance of the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal can be improved.

-カルボキシ基導入工程-
カルボキシ基導入工程は、セルロース繊維に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、とくに限定されないが、例えばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、とくに限定されないが、例えばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、とくに限定されないが、例えばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
-Carboxy group introduction step-
In the carboxyl group introduction step, the cellulose fiber is subjected to oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, TEMPO oxidation treatment, a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or an acid of a compound having a carboxylic acid-derived group. This is done by treatment with an anhydride or derivative thereof.
The compound having a carboxylic acid-derived group is not particularly limited. Examples include tricarboxylic acid compounds. Derivatives of compounds having a carboxylic acid-derived group are not particularly limited, but include, for example, imidized acid anhydrides of compounds having a carboxy group and derivatives of acid anhydrides of compounds having a carboxy group. Examples of imidized acid anhydrides of compounds having a carboxy group include, but are not particularly limited to, imidized dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide.

カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、とくに限定されないが、例えば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、とくに限定されないが、例えばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 The acid anhydride of the compound having a group derived from carboxylic acid is not particularly limited. acid anhydrides; In addition, the acid anhydride derivative of the compound having a carboxylic acid-derived group is not particularly limited. Acid anhydrides in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with substituents such as alkyl groups and phenyl groups can be mentioned.

カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、例えばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、例えばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、セルロース繊維としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、例えばセルロース繊維としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
セルロース繊維に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、例えばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、セルロース繊維1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、2.5mmol/g以下であることが好ましく、2.20mmol/g以下であることがより好ましく、2.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。
In the carboxyl group introduction step, when the TEMPO oxidation treatment is performed, it is preferable to perform the treatment, for example, under the condition of pH 6 or more and 8 or less. Such treatment is also referred to as neutral TEMPO oxidation treatment. Neutral TEMPO oxidation treatment includes, for example, sodium phosphate buffer (pH = 6.8), pulp as cellulose fiber, and TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as catalyst. This can be done by adding sodium hypochlorite as a nitroxy radical, sacrificial reagent. Furthermore, coexistence of sodium chlorite enables efficient oxidation of aldehydes generated in the process of oxidation to carboxyl groups.
Moreover, the TEMPO oxidation treatment may be performed under the condition that the pH is 10 or more and 11 or less. Such treatment is also called alkali TEMPO oxidation treatment. Alkaline TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding a nitroxy radical such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a cocatalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as cellulose fibers. .
The amount of carboxyl groups to be introduced into cellulose fibers varies depending on the type of substituents. It is more preferably 0.50 mmol/g or more, further preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 0.90 mmol/g or more, and particularly preferably 1.00 mmol/g or more. preferable. Also, it is preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.20 mmol/g or less, and even more preferably 2.00 mmol/g or less. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, it may be 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose.

-硫黄オキソ酸基導入工程-
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造工程は、イオン性官能基導入工程として、例えば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄オキソ酸基導入工程は、セルロース繊維が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
-Sulfur oxoacid group introduction step-
The production process of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals may include, for example, a sulfur oxoacid group-introducing process as the ionic functional group-introducing process. In the step of introducing sulfur oxo acid groups, hydroxyl groups of cellulose fibers and sulfur oxo acids react with each other to obtain cellulose fibers having sulfur oxo acid groups (sulfur oxo acid group-introduced fibers).

硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Aに代えて、セルロース繊維が有する水酸基と反応することで、硫黄オキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物C」ともいう)を用いる。化合物Cとしては、硫黄原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、硫酸もしくはその塩、亜硫酸もしくはその塩、硫酸アミドなどが挙げられるがとくに限定されない。硫酸としては、種々の純度のものを使用することができ、例えば96%硫酸(濃硫酸)を使用することができる。亜硫酸としては、5%亜硫酸水が挙げられる。硫酸塩または亜硫酸塩としては、硫酸塩または亜硫酸塩のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。硫酸アミドとしては、スルファミン酸などを使用することができる。硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることが好ましい。 In the sulfur oxoacid group-introducing step, at least one selected from compounds capable of introducing sulfur oxoacid groups by reacting with the hydroxyl groups of the cellulose fibers in place of compound A in the <phosphorus oxoacid group-introducing step>. (hereinafter also referred to as "compound C") is used. Compound C is not particularly limited as long as it has a sulfur atom and is capable of forming an ester bond with cellulose, and includes sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfate amides. Sulfuric acid of various purities can be used, for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid) can be used. Sulfurous acid includes 5% sulfurous acid water. Sulfates or sulfites include lithium, sodium, potassium, ammonium salts, etc. of sulfates or sulfites, which can be of varying degrees of neutralization. As the sulfate amide, sulfamic acid or the like can be used. In the sulfur oxoacid group-introducing step, it is preferable to use compound B in the same manner as in <phosphorus oxoacid group-introducing step>.

硫黄オキソ酸基導入工程においては、セルロース繊維に硫黄オキソ酸、ならびに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液を混合した後、当該セルロース繊維に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、硫黄オキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃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。 In the sulfur oxoacid group-introducing step, it is preferred that the cellulose fibers are mixed with an aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or a urea derivative, and then the cellulose fibers are heat-treated. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which sulfur oxoacid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature is preferably 100° C. or higher, more preferably 120° C. or higher, and even more preferably 150° C. or higher. The heat treatment temperature is preferably 300° C. or lower, more preferably 250° C. or lower, and even more preferably 200° C. or lower.

加熱処理工程では、実質的に水分がなくなるまで加熱をすることが好ましい。このため、加熱処理時間は、セルロース繊維に含まれる水分量や、硫黄オキソ酸、ならびに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液の添加量によって、変動するが、例えば、10秒間以上10,000秒間以下とすることが好ましい。加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、例えば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until the moisture is substantially removed. For this reason, the heat treatment time varies depending on the amount of water contained in the cellulose fibers, the amount of sulfur oxo acid, and the added amount of the aqueous solution containing urea and/or urea derivatives, but for example, 10 seconds to 10,000 seconds It is preferable to: Equipment having various heat media can be used for the heat treatment, for example, a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll heater, a plate heater, a fluidized bed dryer, and a band dryer. An apparatus, filter drying apparatus, vibrating fluidized drying apparatus, air flow drying apparatus, vacuum drying apparatus, infrared heating apparatus, far infrared heating apparatus, microwave heating apparatus, and high frequency drying apparatus can be used.

セルロース繊維に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.80mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、セルロース繊維に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。硫黄オキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、解繊性を向上させ、より繊維幅の少ないイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを得ることが可能となる。 The amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose fiber is preferably 0.05 mmol/g or more, more preferably 0.10 mmol/g or more, further preferably 0.20 mmol/g or more, It is more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, and particularly preferably 0.90 mmol/g or more. The amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose fibers is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less. By setting the amount of sulfur oxoacid groups to be introduced within the above range, it is possible to improve defibration properties and obtain ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals with a smaller fiber width.

-塩素系酸化剤による酸化工程(第二のカルボキシ基導入工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカルボキシ基が導入される。
-Oxidation step with a chlorine-based oxidizing agent (second carboxyl group introduction step)-
The step of introducing an ionic functional group may include, for example, an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent. In the oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, a carboxyl group is introduced into the cellulose fibers by adding the chlorine-based oxidizing agent to cellulose fibers having hydroxyl groups in a wet or dry state and performing a reaction.

塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、亜塩素酸塩、塩素酸、塩素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、二酸化塩素などが挙げられる。イオン性官能基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性、耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点から、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素が好ましい。
塩素系酸化剤は、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。
Examples of chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorite, chlorous acid, chlorite, chloric acid, chlorate, perchloric acid, perchlorate, and chlorine dioxide. Sodium hypochlorite, sodium chlorite, and chlorine dioxide are preferable from the viewpoints of the efficiency of introduction of the ionic functional group and the transparency, salt resistance, cost, and ease of handling of the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals. .
The chlorine-based oxidizing agent may be added to the cellulose fiber as it is, or may be dissolved in an appropriate solvent and added.

塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の溶液中濃度は、例えば有効塩素濃度に換算して、1質量%以上1,000質量%以下であることが好ましく、5質量%以上500質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましい。
塩素系酸化剤のセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、100質量部以上5,000質量部以下であることがさらに好ましい。
The concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent is preferably 1% by mass or more and 1,000% by mass or less, for example, in terms of effective chlorine concentration, and 5% by mass or more and 500% by mass. It is more preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less.
The amount of the chlorine-based oxidizing agent added to 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and 100 parts by mass. It is more preferable that it is 5,000 parts by mass or less.

塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤との反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
反応時のpHは、5以上15以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましく、9以上13以下であることがさらに好ましい。また、反応開始時、反応中のpHは塩酸や水酸化ナトリウムを適宜添加しながら一定(例えば、pH11)を保つことが好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time with the chlorine-based oxidizing agent in the oxidation step with the chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, 1 minute or more and 1,000 minutes or less, and 10 minutes or more and 500 minutes or less. More preferably, the time is 20 minutes or more and 400 minutes or less.
The pH during the reaction is preferably 5 or more and 15 or less, more preferably 7 or more and 14 or less, and even more preferably 9 or more and 13 or less. Moreover, at the start of the reaction, the pH during the reaction is preferably kept constant (for example, pH 11) while appropriately adding hydrochloric acid or sodium hydroxide. After the reaction, excess reaction reagents, by-products and the like may be washed with water and removed by filtration or the like.

-ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えばザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化したセルロース繊維に対して加え、反応を行う。
-Xanthate Group Introduction Step (Xanthate Esterification Step)-
The ionic functional group introduction step may include, for example, a xanthate group introduction step (hereinafter also referred to as a xanthate formation step). In the xanthate-forming step, carbon disulfide and an alkali compound are added to cellulose fibers having hydroxyl groups in a wet or dry state and reacted to introduce xanthate groups into the cellulose fibers. Specifically, carbon disulfide is added to the cellulose fibers converted to alkali cellulose by the method described later, and the reaction is carried out.

≪アルカリセルロース化≫
セルロース繊維へのイオン性官能基導入に際しては、セルロース繊維が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、とくに限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性官能基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
≪Alkaline Celluloseization≫
When introducing an ionic functional group into the cellulose fiber, it is preferable to react the cellulose contained in the cellulose fiber with an alkaline solution to convert the cellulose into alkali cellulose. This treatment causes ion dissociation of some of the hydroxyl groups of cellulose, and can enhance nucleophilicity (reactivity). The alkali compound contained in the alkali solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. For example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide are preferably used because of their high versatility. Alkali cellulose conversion may be performed simultaneously with the introduction of the ionic functional group, may be performed as a preceding step, or may be performed at both timings.

アルカリセルロース化を始める際の溶液温度は、0℃以上50℃以下であることが好ましく、5℃以上40℃以下であることがより好ましく、10℃以上30℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature of the solution when alkali cellulose conversion is started is preferably 0° C. or higher and 50° C. or lower, more preferably 5° C. or higher and 40° C. or lower, and even more preferably 10° C. or higher and 30° C. or lower.

アルカリ溶液濃度としては、モル濃度として0.01mol/L以上4mol/L以下であることが好ましく、0.1mol/L以上3mol/L以下であることがより好ましく、1mol/L以上2.5mol/L以下であることがさらに好ましい。とくに、処理温度が10℃未満である場合は、1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましい。 As the concentration of the alkaline solution, the molar concentration is preferably 0.01 mol/L or more and 4 mol/L or less, more preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and 1 mol/L or more and 2.5 mol/L. L or less is more preferable. In particular, when the treatment temperature is less than 10°C, it is preferably 1 mol/L or more and 2 mol/L or less.

アルカリセルロース化の処理時間は、1分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましく、30分間以上であることがさらに好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましく、4時間以下であることがさらに好ましい。 The treatment time for alkali cellulose conversion is preferably 1 minute or longer, more preferably 10 minutes or longer, and even more preferably 30 minutes or longer. Also, the alkali treatment time is preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 4 hours or less.

アルカリ溶液の種類、処理温度、濃度、浸漬時間を上述のように調整することで、セルロースの結晶領域へのアルカリ溶液浸透を抑制でき、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの収率を高めることができる。 By adjusting the type of alkaline solution, treatment temperature, concentration, and immersion time as described above, it is possible to suppress the penetration of the alkaline solution into the crystalline region of cellulose, and the crystalline structure of cellulose type I can be easily maintained, and the ionic functionality is improved. The yield of group-introduced cellulose nanocrystals can be increased.

イオン性官能基導入とアルカリセルロース化を同時に行わない場合、アルカリ処理で得られたアルカリセルロースは、遠心分離や、濾別などの一般的な脱液方法により、固液分離し、水分を除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるイオン性官能基導入工程での、反応効率が向上する。固液分離後のセルロース繊維濃度は、5%以上50%以下であることが好ましく、10%以上40%以下であることがより好ましく、15%以上35%以下であることがさらに好ましい。 If the introduction of ionic functional groups and conversion to alkali cellulose are not performed at the same time, the alkali cellulose obtained by the alkali treatment is subjected to solid-liquid separation and moisture is removed by general deliquoring methods such as centrifugation and filtration. It is preferable to keep This improves the reaction efficiency in the subsequent step of introducing an ionic functional group. The cellulose fiber concentration after solid-liquid separation is preferably 5% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and even more preferably 15% or more and 35% or less.

-ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)-
イオン性官能基導入工程としては、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
- Phosphonic group or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step) -
The step of introducing an ionic functional group may include a step of introducing a phosphone group or a phosphine group (phosphoalkylation step). In the phosphoalkylation step, a compound having a reactive group and a phospho group or a phosphine group (compound E A ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and a compound B selected from the aforementioned urea and its derivatives are wetted. Alternatively, a phosphonic group or a phosphine group is introduced into the cellulose fiber by adding it to the cellulose fiber having hydroxyl groups in a dry state and performing a reaction.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、例えばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点から化合物Eはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of reactive groups include halogenated alkyl groups, vinyl groups, epoxy groups (glycidyl groups), and the like.
Compound EA includes, for example, vinylphosphonic acid, phenylvinylphosphonic acid, phenylvinylphosphinic acid and the like. The compound EA is preferably vinyl phosphonic acid from the viewpoints of the efficiency of introduction of substituents, the transparency and salt resistance of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals to be obtained, the cost, and the ease of handling.
Further, as an optional component, it is preferable to use the compound B in the above-described <Phosphorus oxoacid group-introducing step> in the same manner, and the addition amount is preferably as described above.

化合物Eを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound EA is added, it may be added as a reagent (solid or liquid) to the cellulose fibers as it is, or it may be dissolved in an appropriate solvent and added. Cellulose fibers are preferably converted to alkali cellulose in advance or are converted to alkali cellulose simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature during the reaction is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of Compound E A added to 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and 5 parts by mass. It is more preferable that the amount is 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 500 minutes or less, and 20 minutes or more and 400 minutes or less. is more preferred. After the reaction, excess reaction reagents, by-products and the like may be washed with water and removed by filtration or the like.

-スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物E)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にスルホン基が導入される。
-Sulfone Group Introduction Step (Sulfoalkylation Step)-
The ionic functional group introduction step may include, for example, a sulfone group introduction step (sulfoalkylation step). In the sulfoalkylation, a compound having a reactive group and a sulfone group (compound E B ) as essential components, an alkali compound as an optional component, and the above-described compound B selected from urea and its derivatives are wetted or dried. A sulfone group is introduced into the cellulose fiber by reacting it in addition to the cellulose fiber having a hydroxyl group in the state.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からビニルスルホン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of reactive groups include halogenated alkyl groups, vinyl groups, epoxy groups (glycidyl groups), and the like.
Compound E B includes sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and the like. Among them, sodium vinyl sulfonate is preferable from the viewpoints of the efficiency of introduction of substituents, the transparency and salt resistance of the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, the cost, and the ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is preferable to use compound B in the same manner as in the above-described <Phosphorus oxoacid group-introducing step>, and the amount added is preferably as described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 The compound EB may be added as a reagent to the cellulose fiber, or may be dissolved in an appropriate solvent and added. It is preferable that the cellulose fibers are converted to alkali cellulose in advance or to be converted to alkali cellulose simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature during the reaction is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound EB added to 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and 5 parts by mass. It is more preferable that the content is 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、15分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 500 minutes or less, and 15 minutes or more and 400 minutes or less. is more preferred.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products and the like may be washed with water and removed by filtration or the like.

-カルボキシアルキル化工程(第三のカルボキシ基導入工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカルボキシ基が導入される。
-Carboxyalkylation step (third carboxy group introduction step)-
The ionic functional group introduction step may include, for example, a carboxyalkylation step. A compound having a reactive group and a carboxyl group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and the above-described compound B selected from urea and its derivatives, in a wet or dry state, having a hydroxyl group A carboxy group is introduced into the cellulose fiber by performing a reaction in addition to the cellulose fiber.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of reactive groups include halogenated alkyl groups, vinyl groups, epoxy groups (glycidyl groups), and the like.
As the compound E C , monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, and 2-chloropropionic acid are selected from the viewpoints of efficiency of introduction of substituents, transparency and salt resistance of the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, cost, and ease of handling. , 3-chloropropionic acid, sodium 2-chloropropionate, sodium 3-chloropropionate are preferred.
Further, as an optional component, it is preferable to use the compound B in the above-described <Phosphorus oxoacid group-introducing step> in the same manner, and the addition amount is preferably as described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 The compound E C may be added as a reagent to the cellulose fibers, or may be added after being dissolved in an appropriate solvent. Cellulose fibers are preferably converted to alkali cellulose in advance or are converted to alkali cellulose simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature during the reaction is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E C added to 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and 5 parts by mass. It is more preferable that the amount is 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、3分間以上500分間以下であることがより好ましく、5分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 3 minutes or more and 500 minutes or less, and 5 minutes or more and 400 minutes or less. is more preferred.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products and the like may be washed with water and removed by filtration or the like.

-カチオン性基導入工程(カチオン化工程)-
必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカチオン性基が導入される。
- Cationic group introduction step (cationization step) -
A compound having a reactive group and a cationic group (compound E D ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, the above-described compound B selected from urea and its derivatives, and a hydroxyl group in a wet or dry state. A cationic group is introduced into the cellulose fibers by performing a reaction in addition to the cellulose fibers possessed.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。 Examples of reactive groups include halogenated alkyl groups, vinyl groups, epoxy groups (glycidyl groups), and the like.

化合物Eとしては、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等が好ましい。 As the compound E D , glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxy Propyltrimethylammonium chloride and the like are preferred.

さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。 Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-described <Phosphorus oxoacid group-introducing step> in the same manner. It is preferable that the amount to be added is also as described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 Compound E D may be added as a reagent to the cellulose fiber, or may be dissolved in an appropriate solvent and added. Cellulose fibers are preferably converted to alkali cellulose in advance or are converted to alkali cellulose simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature during the reaction is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E D added to 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and 5 parts by mass. It is more preferable that the amount is 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、5分間以上500分間以下であることがより好ましく、10分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 5 minutes or more and 500 minutes or less, and 10 minutes or more and 400 minutes or less. is more preferred.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products and the like may be washed with water and removed by filtration or the like.

〔洗浄工程〕
本実施形態の製造方法においては、必要に応じてイオン性官能基導入繊維に対して、後述する工程Bの前に、洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、例えば水や有機溶媒によりイオン性官能基導入セルロース繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、とくに限定されない。
[Washing process]
In the production method of the present embodiment, the ionic functional group-introduced fiber can be subjected to a washing step, if necessary, before step B described later. The washing step is performed by washing the ionic functional group-introduced cellulose fiber with water or an organic solvent, for example. Moreover, the washing process may be performed after each process described later, and the number of times of washing performed in each washing process is not particularly limited.

〔アルカリ処理工程〕
工程A(イオン性官能基導入工程)と、後述する工程B(加水分解工程)との間に、イオン性官能基導入セルロース繊維に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、とくに限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、イオン性官能基導入セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、とくに限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、とくに限定されないが、例えば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性官能基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、とくに限定されないが、例えば5分間以上30分間以下であることが好ましく、10分間以上20分間以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、とくに限定されないが、例えばイオン性官能基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
アルカリ処理は、イオン性官能基導入セルロース繊維がアニオン性基を有する場合は、そのアニオン性基の中和処理・イオン交換処理であってもよい。この場合、アルカリ溶液の温度は室温であることが好ましい。
[Alkaline treatment step]
An alkali treatment may be performed on the ionic functional group-introduced cellulose fiber between step A (ionic functional group introduction step) and step B (hydrolysis step) to be described later. The method of alkali treatment is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the ionic functional group-introduced cellulose fibers in an alkali solution.
The alkali compound contained in the alkali solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. In the present embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. Moreover, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably water or a polar solvent including a polar organic solvent exemplified by alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water. As the alkaline solution, for example, a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution is preferable because of its high versatility.
Although the temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, it is preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. The immersion time of the ionic functional group-introduced fiber in the alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but for example, it is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less with respect to the absolute dry mass of the ionic functional group-introduced fiber, and 1,000% by mass. It is more preferable that the content is not less than 10,000% by mass or less.
When the cellulose fiber into which an ionic functional group is introduced has an anionic group, the alkali treatment may be neutralization treatment or ion exchange treatment of the anionic group. In this case, the temperature of the alkaline solution is preferably room temperature.

アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、イオン性官能基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性官能基導入セルロース繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって工程Bの前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性官能基導入セルロース繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the ionic functional group-introduced cellulose fibers may be washed with water or an organic solvent after the ionic functional group-introducing step and before the alkaline treatment step. . After the alkali treatment step and before step B, it is preferable to wash the alkali-treated ionic functional group-introduced cellulose fibers with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.

〔酸処理工程〕
イオン性官能基導入工程と、後述する加水分解工程との間に、イオン性官能基導入セルロース繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、イオン性官能基導入工程、酸処理工程、アルカリ処理工程、工程Bおよび工程Cをこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、とくに限定されないが、例えば酸を含有する酸性液中にイオン性官能基導入セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、とくに限定されないが、例えば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、とくに限定されないが、例えば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、例えば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、例えば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、例えばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることがとくに好ましい。
酸処理における酸溶液の温度は、とくに限定されないが、例えば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、とくに限定されないが、例えば5分間以上120分間以下が好ましく、10分間以上60分間以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、とくに限定されないが、例えばイオン性官能基導入セルロース繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
酸処理は、イオン性官能基導入セルロース繊維がカチオン性基を有する場合は、そのカチオン性基の中和処理・イオン交換処理であってもよい。この場合、酸溶液の温度は室温であることが好ましい。
[Acid treatment process]
The ionic functional group-introduced cellulose fiber may be subjected to an acid treatment between the ionic functional group-introducing step and the hydrolysis step described below. For example, the ionic functional group introduction step, acid treatment step, alkali treatment step, step B and step C may be performed in this order.
The method of acid treatment is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the ionic functional group-introduced cellulose fiber in an acid solution containing an acid. Although the concentration of the acid liquid used is not particularly limited, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. Moreover, the pH of the acidic liquid to be used is not particularly limited. Examples of the acid contained in the acid solution include inorganic acids, sulfonic acids, and carboxylic acids. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Carboxylic acids include, for example, formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited. % or more and 10,000 mass % or less.
When the cellulose fiber into which an ionic functional group is introduced has a cationic group, the acid treatment may be neutralization treatment or ion exchange treatment of the cationic group. In this case, the temperature of the acid solution is preferably room temperature.

<工程B>
工程Bは、イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程である。
上述した方に、イオン性官能基を導入したセルロース繊維(イオン性官能基導入セルロース繊維)は、工程Aの後、工程Bの前に、洗浄工程を有することが好ましい。
加水分解工程により、イオン性官能基導入セルロース繊維中の非晶質部分が加水分解により除去され、結晶性が向上する。また、加水分解工程により、例えば、リンオキソ酸中の縮合部分が加水分解され、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中の第1解離量と第2解離量との差異が小さくなる、または等しくなる。
なお、加水分解工程により、セルロース繊維中の非晶質部位に導入されたイオン性官能基はセルロース繊維の加水分解とともに除去されるため、一般に、工程Aにより得られたイオン官能性基導入セルロース繊維へのイオン性官能基の導入量に比べて、工程Bおよび工程Cを経て得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基の導入量は減少する。また、セルロース繊維の非晶質部位に導入されたカルバミド基なども、加水分解工程により除去され、より純度の高いイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
<Process B>
Step B is a hydrolysis step of hydrolyzing the cellulose fiber into which the ionic functional group has been introduced with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more.
It is preferable that the above-mentioned cellulose fiber into which an ionic functional group has been introduced (ionic functional group-introduced cellulose fiber) has a washing step after step A and before step B.
The hydrolysis step removes the amorphous portion in the cellulose fiber into which the ionic functional group has been introduced, thereby improving the crystallinity. Further, in the hydrolysis step, for example, the condensed portion in the phosphonic acid is hydrolyzed, and the difference between the first dissociated amount and the second dissociated amount in the resulting ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal becomes smaller or equal. Become.
In the hydrolysis step, the ionic functional groups introduced into the amorphous sites in the cellulose fibers are removed along with the hydrolysis of the cellulose fibers. The amount of ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained through Steps B and C is smaller than the amount of ionic functional groups introduced into the cellulose nanocrystals. In addition, carbamide groups and the like introduced into the amorphous sites of the cellulose fibers are also removed by the hydrolysis step, yielding ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of higher purity.

〔酸性水溶液〕
工程Bでは、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液を使用する。
酸性水溶液に含まれる酸としては、例えば無機酸、およびスルホン酸、カルボン酸等の有機酸を用いることができる。
無機酸としては、例えば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。
スルホン酸としては、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、例えばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。
また、リン酸水溶液は、五酸化二リン水溶液であってもよ。五酸化二リンを使用することにより、高濃度の酸性水溶液を得ることができ、そして、加水分解処理に使用した後に、回収して再生五酸化二リンとして再利用できる点で好ましい。
これらの中でも、工程Bで使用する酸性水溶液としては、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液であることが好ましい。
[Aqueous aqueous solution]
In step B, an acidic aqueous solution with a concentration of 5 mol/L or more is used.
Examples of the acid contained in the acidic aqueous solution include inorganic acids and organic acids such as sulfonic acids and carboxylic acids.
Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid.
Examples of sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Carboxylic acids include, for example, formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid.
Also, the aqueous solution of phosphoric acid may be an aqueous solution of diphosphorus pentoxide. The use of diphosphorus pentoxide is preferable in that it is possible to obtain a highly concentrated acidic aqueous solution, and that it can be recovered and reused as regenerated diphosphorus pentoxide after being used in the hydrolysis treatment.
Among these, the acidic aqueous solution used in step B is preferably an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid.

工程Bで使用する酸性水溶液の濃度は5mol/L以上であり、好ましくは7mol/L以上、より好ましくは9mol/L以上、さらに好ましくは10mol/L以上であり、そして、操作の容易性の観点から、好ましくは30mol/L以下、より好ましくは25mol/L以下、さらに好ましくは20mol/L以下である。 The concentration of the acidic aqueous solution used in step B is 5 mol/L or higher, preferably 7 mol/L or higher, more preferably 9 mol/L or higher, still more preferably 10 mol/L or higher, and from the viewpoint of ease of operation. Therefore, it is preferably 30 mol/L or less, more preferably 25 mol/L or less, and still more preferably 20 mol/L or less.

〔加水分解工程〕
工程Bにおけるイオン性官能基導入セルロース繊維の濃度は、加水分解反応の反応性の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7.5質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。
工程Bにおける反応温度は、加水分解反応の反応性の観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは90℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下である。
工程Bにおける反応時間は、加水分解反応の反応性の観点、および製造時間短縮の観点から、好ましくは5分間以上、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、好ましくは12時間以下、より好ましくは6時間以下、さらに好ましくは3時間以下である。
[Hydrolysis step]
The concentration of the ionic functional group-introduced cellulose fiber in step B is preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and preferably 10% by mass, from the viewpoint of hydrolysis reaction reactivity. Below, more preferably 7.5% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less.
The reaction temperature in step B is preferably 50° C. or higher, more preferably 70° C. or higher, still more preferably 90° C. or higher, and preferably 100° C. or lower, from the viewpoint of hydrolysis reaction reactivity.
The reaction time in step B is preferably 5 minutes or longer, more preferably 15 minutes or longer, and still more preferably 30 minutes or longer, from the viewpoint of hydrolysis reaction reactivity and production time reduction. It is 12 hours or less, more preferably 6 hours or less, still more preferably 3 hours or less.

工程Bの後、工程Cの前に、精製工程を有することが好ましい。
精製工程では、固液分離と水への再分散とを繰り返して加水分解に使用した酸性水溶液を除去することが好ましい。
また、上記の処理の後、強塩基性イオン交換樹脂と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行って、精製することが好ましい。
After step B and before step C, it is preferable to have a purification step.
In the purification step, it is preferable to remove the acidic aqueous solution used for hydrolysis by repeating solid-liquid separation and re-dispersion in water.
Further, after the above treatment, it is preferable to purify the slurry by bringing it into contact with a strongly basic ion-exchange resin and treating it until there is no fluctuation in the electrical conductivity and pH of the slurry.

<工程C>
工程Cは、工程Bで得られた、加水分解されたイオン性官能基導入繊維を解繊する、解繊工程である。
解繊工程では、工程Bで得られた加水分解されたイオン性官能基導入繊維を分散液(スラリー)とし、解繊に供することが好ましい。
<Process C>
Step C is a defibration step of fibrillating the hydrolyzed ionic functional group-introduced fibers obtained in step B.
In the defibration step, the hydrolyzed ionic functional group-introduced fibers obtained in step B are preferably made into a dispersion (slurry) and subjected to fibrillation.

〔解繊処理工程〕
加水分解されたイオン性官能基導入セルロース繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
解繊処理工程においては、例えば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、とくに限定されないが、例えば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。
[Fibrillation process]
By defibrating the hydrolyzed ionic functional group-introduced cellulose fibers in the fibrillation treatment step, ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals are obtained.
In the defibration treatment process, for example, a fibrillation treatment device can be used. The fibrillation treatment device is not particularly limited, but for example, a high-speed fibrillator, a grinder (stone mill type pulverizer), a high-pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, a high-pressure collision type pulverizer, a ball mill, a bead mill, a disk-type refiner, a conical refiner, and a biaxial refiner. A kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, a beater, or the like can be used. Among the above fibrillation treatment devices, it is more preferable to use a high-speed fibrillation machine, a high-pressure homogenizer, and an ultrahigh-pressure homogenizer, which are less affected by the pulverization media and less likely to cause contamination.

解繊処理工程においては、例えば加水分解されたイオン性官能基導入セルロース繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、とくに限定されないが、例えばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、例えばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。
これらの中でも、分散媒としては水が好ましい。
In the fibrillation treatment step, for example, the hydrolyzed ionic functional group-introduced cellulose fibers are preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from organic solvents such as water and polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol and glycerin. Ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Aprotic polar solvents include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
Among these, water is preferable as the dispersion medium.

解繊処理時の分散液(スラリー)の濃度は、解繊を効率よく行う観点から、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは6質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。 The concentration of the dispersion (slurry) during defibration treatment is preferably 0.3% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and still more preferably 1.5% by mass, from the viewpoint of efficient fibrillation. and preferably 10% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or less.

<イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル>
工程A~工程Cを経て得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、イオン性官能基が導入されているとともに、高度に結晶化されている。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基の導入量は、透明性および耐塩性の観点から、好ましくは0.10mmol/g以上、より好ましくは0.20mmol/g以上、さらに好ましくは0.30mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.40mmol/g以上、とくに好ましくは0.50mmol/g以上であり、そして、上限はとくに限定されず、例えば3.00mmol/g以下である。
<Ionic Functional Group-Introduced Cellulose Nanocrystals>
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained through Steps A to C are highly crystallized while having ionic functional groups introduced therein.
The amount of ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, and still more preferably 0.20 mmol/g or more, from the viewpoint of transparency and salt resistance. It is 0.30 mmol/g or more, more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.50 mmol/g or more, and the upper limit is not particularly limited, and is, for example, 3.00 mmol/g or less.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの純度を向上させる観点から、低いことが好ましく、好ましくは0.06mmol/g以下、より好ましくは0.05mmol/g以下、さらに好ましくは0.04mmol/g以下、よりさらに好ましくは0.03mmol/g以下である。下限はとくに限定されず、0.00mmol/gであってもよい。
なお、カルバミド基は、上述したように、尿素および/または尿素誘導体を使用してセルロース繊維にイオン性官能基を導入する場合に、導入される場合があり、工程Bにより、少なくともセルロース繊維の非晶質部分に導入されたカルバミド基は、該非晶質部分とともに除去される。
From the viewpoint of improving the purity of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, the amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is preferably low, preferably 0.06 mmol/g or less, more preferably 0.06 mmol/g or less. 05 mmol/g or less, more preferably 0.04 mmol/g or less, and even more preferably 0.03 mmol/g or less. The lower limit is not particularly limited, and may be 0.00 mmol/g.
As described above, carbamide groups may be introduced when urea and/or urea derivatives are used to introduce ionic functional groups into cellulose fibers. Carbamide groups introduced into the crystalline portion are removed along with the amorphous portion.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅は、1000nm以下である。なお、セルロースナノクリスタルの繊維幅は、例えば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅は、1,000nm以下であり、例えば2nm以上1,000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上30nm以下であることがとくに好ましい。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を上記範囲内とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液の低粘度化という効果をより発現しやすくすることができる。
The fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is 1000 nm or less. The fiber width of cellulose nanocrystals can be measured, for example, by electron microscope observation.
The fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 1,000 nm or less, for example, preferably 2 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, and 2 nm or more and 50 nm or less. is more preferable, and it is particularly preferable to be 2 nm or more and 30 nm or less. By setting the fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals within the above range, the dissolution of cellulose molecules in water is suppressed, and the effect of lowering the viscosity of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal dispersion liquid is enhanced. It can be made easy to express.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、例えば1,000nm以下である。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、2nm以上1,000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上30nm以下であることがとくに好ましい。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅を上記範囲内とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液の低粘度化という効果をより発現しやすくすることができる。 The average fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is, for example, 1,000 nm or less. The average fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is preferably 2 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more. 30 nm or less is particularly preferred. By setting the average fiber width of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals within the above range, the dissolution of cellulose molecules in water is suppressed, and the effect of lowering the viscosity of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal dispersion liquid is achieved. It can be made easier to express.

セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、例えば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下のセルロースナノクリスタルの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1,000倍、5,000倍、10,000倍あるいは50,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。ただし、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
The average fiber width of cellulose nanocrystals is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of cellulose nanocrystals having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less was prepared, and this suspension was cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to prepare a sample for TEM observation. and SEM images of surfaces cast on glass may be observed if they contain wide fibers. Then, an electron microscope image is observed at a magnification of 1,000, 5,000, 10,000 or 50,000 times depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) A single straight line X is drawn at an arbitrary point in the observed image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) Draw a straight line Y that intersects the straight line perpendicularly in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.

上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、セルロースナノクリスタルの平均繊維幅とする。 Widths of fibers intersecting the straight lines X and Y are visually read from the observation image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observed images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Then, for each image, the width of the fiber that crosses straight line X and straight line Y is read. This gives at least 20 x 2 x 3 = 120 fiber width readings. Then, the average value of the read fiber widths is taken as the average fiber width of the cellulose nanocrystals.

また、セルロースナノクリスタルの繊維径および平均繊維幅は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて以下のようにして測定してもよい。まず、濃度0.0001質量%以上0.1質量%以下のセルロースナノクリスタルの水系懸濁液を調製し、この懸濁液をテープで劈開させたマイカ上にキャストしてAFM観察用試料とする。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて、5μm角視野、2μm角視野、1μm角視野のいずれかの倍率でAFMによる観察を行う。少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得て、無作為に互いに重なっていない繊維を選択し、その繊維のZ軸方向の高さを読み取って、繊維幅とする。少なくとも100本の繊維幅を測定した上で、得られた繊維幅の平均値を、セルロースナノクリスタルの平均繊維幅とする。 In addition, the fiber diameter and average fiber width of cellulose nanocrystals may be measured using an atomic force microscope (AFM) as follows. First, an aqueous suspension of cellulose nanocrystals with a concentration of 0.0001% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on mica cleaved with a tape to obtain a sample for AFM observation. . Then, according to the width of the fiber to be observed, AFM observation is performed at a magnification of 5 μm square field of view, 2 μm square field of view, or 1 μm square field of view. At least three sets of observed images of surface portions that do not overlap each other are obtained, fibers that do not overlap each other are randomly selected, and the height of the fibers in the Z-axis direction is read to determine the fiber width. After measuring the width of at least 100 fibers, the average value of the obtained fiber widths is taken as the average fiber width of the cellulose nanocrystals.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維長は、とくに限定されないが、例えば30nm以上1,000nm以下であることが好ましく、40nm以上800nm以下であることがより好ましく、50nm以上500nm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維長は、例えばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 Although the fiber length of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is not particularly limited, it is preferably, for example, 30 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 40 nm or more and 800 nm or less, and 50 nm or more and 500 nm or less. More preferred. By setting the fiber length within the above range, it is also possible to set the slurry viscosity of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals within an appropriate range. The fiber length of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal can be determined by image analysis using, for example, TEM, SEM, and AFM.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに占めるI型結晶構造の割合は、例えば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、水分散液としたときの低粘度化が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals preferably have a type I crystal structure. Here, the fact that the cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group have a type I crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromated with graphite. . Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less.
The proportion of the I-type crystal structure in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. This can be expected to reduce the viscosity of the aqueous dispersion. The degree of crystallinity is determined by a conventional method from the pattern of X-ray diffraction profiles (Seagal et al., Textile Research Journal, vol. 29, p. 786, 1959).

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの軸比(繊維長/繊維幅)は、とくに限定されないが、例えば5以上500以下であることが好ましく、10以上250以下であることがより好ましい。軸比を上記範囲内とすることにより、溶媒分散体を作製した際に低粘度の分散液が得られやすい。 Although the axial ratio (fiber length/fiber width) of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is not particularly limited, it is preferably 5 or more and 500 or less, more preferably 10 or more and 250 or less. By setting the axial ratio within the above range, a low-viscosity dispersion can be easily obtained when a solvent dispersion is produced.

セルロースナノクリスタルは、セルロースナノファイバーとは異なり、典型的には、針状または紡錘状の形状を有し、折り曲がりが少ない形状を有している。
これは、工程Bによる非晶質部位の加水分解により、結晶性が高まるためと考えられ、当業者によれば、形状観察からも、セルロースナノクリスタルとセルロースナノファイバーとは識別可能である。
原子間力顕微鏡で無作為に100本のセルロースナノクリスタルを観察した場合、繊維が途中で30°以上折れ曲がっているものの本数は、好ましくは20本以下、より好ましくは10本以下、さらに好ましくは5本以下、よりさらに好ましくは3本以下である。
Unlike cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals typically have a needle-like or spindle-like shape with few folds.
This is probably because the hydrolysis of the amorphous portion in the step B increases the crystallinity, and a person skilled in the art can distinguish between cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers also from shape observation.
When 100 cellulose nanocrystals are randomly observed with an atomic force microscope, the number of fibers bent at 30° or more in the middle is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and still more preferably 5. It is 3 or less, more preferably 3 or less.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル]
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、イオン性官能基導入量が0.1mmol/g以上である(ただし、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く)。
なお、本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、上述のように、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く。具体的には、TEMPO酸化により得られるカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルでは、6位のみにカルボキシ基が導入され、2位および3位の炭素原子の少なくともいずれかにイオン性官能基を導入することができない。従って、イオン性官能基導入の自由度が低い。また、従来、TEMPO酸化によるカルボキシ基の導入では、加水分解反応および解繊処理によってセルロースナノクリスタルとした後にカルボキシ基を導入しても、比較的高い導入量が得られていた。しかし、他のイオン性官能基の場合には、十分なイオン性官能基量を導入することが困難であった。
[Ionic Functional Group-Introduced Cellulose Nanocrystals]
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal of the present embodiment has an ionic functional group introduction amount of 0.1 mmol/g or more (however, only the carbon atom at the 6-position of cellulose is oxidized and a carboxy group is introduced). cellulose nanocrystals).
Note that the cellulose nanocrystals introduced with an ionic functional group of the present embodiment exclude cellulose nanocrystals in which only the 6-position carbon atom of cellulose is oxidized and a carboxy group is introduced, as described above. Specifically, in the carboxy group-introduced cellulose nanocrystals obtained by TEMPO oxidation, a carboxy group is introduced only at the 6-position, and an ionic functional group can be introduced at least one of the carbon atoms at the 2- and 3-positions. Can not. Therefore, the degree of freedom in introducing ionic functional groups is low. Conventionally, in the introduction of carboxyl groups by TEMPO oxidation, a relatively high amount of carboxyl groups was obtained even when the carboxyl groups were introduced after the cellulose nanocrystals were formed by hydrolysis reaction and fibrillation treatment. However, in the case of other ionic functional groups, it has been difficult to introduce a sufficient amount of ionic functional groups.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに導入されているイオン性官能基としては、上述したイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法で例示したイオン性官能基が例示され、好ましい範囲も同様である。
イオン性官能基としては、例えばアニオン性官能基およびカチオン性官能基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性官能基としてアニオン性官能基を有することがとくに好ましい。
イオン性官能基としてのアニオン性官能基としては、例えばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。
イオン性官能基としてのカチオン性官能基としては、例えばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性官能基はアンモニウム基であることが好ましい。
中でも、イオン性官能基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、および硫黄オキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、リンオキソ酸基であることがよりさらに好ましい。アニオン性官能基としてリンオキソ酸基を導入することにより、透明性、耐塩性に優れるセルロースナノクリスタルが得られる。
Examples of the ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment include the ionic functional groups exemplified in the method for producing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals described above. is also the same.
The ionic functional group can include, for example, either one or both of an anionic functional group and a cationic functional group. In this embodiment, it is particularly preferable to have an anionic functional group as the ionic functional group.
The anionic functional group as the ionic functional group includes, for example, a phosphorous acid group or a group derived from a phosphoroxo acid group (sometimes simply referred to as a phosphorous acid group), a carboxy group or a group derived from a carboxy group (simply referred to as a carboxy group). ), a sulfur oxoacid group or a group derived from a sulfur oxoacid group (sometimes referred to simply as a sulfur oxoacid group), a xanthate group, a phosphon group, a phosphine group, a sulfone group, a carboxyalkyl group, and the like. can.
Cationic functional groups as ionic functional groups include, for example, an ammonium group, a phosphonium group, and a sulfonium group. Among them, the cationic functional group is preferably an ammonium group.
Among them, the ionic functional group is selected from the group consisting of a phosphorous oxoacid group, a group derived from a phosphorous oxoacid group, a carboxyl group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic functional group. at least one selected from the group consisting of a phosphorous oxoacid group, a group derived from a phosphorous oxoacid group, a carboxy group, a sulfur oxoacid group, and a group derived from a sulfur oxoacid group is more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphate group and a group derived from a phosphate group, and even more preferably a phosphate group. By introducing a phosphorous acid group as an anionic functional group, cellulose nanocrystals with excellent transparency and salt resistance can be obtained.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルにおいて、イオン性官能基導入量は、0.20mmol/g以上であり、好ましくは0.40mmol/g以上、より好ましくは0.50mmol/g以上、さらに好ましくは0.60mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.70mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.80mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.90mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.00mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.10mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.20mmol/g以上である。上限はとくに限定されないが、過度な導入量はセルロース結晶の破壊と溶解をもたらすことから、好ましくは5.00mmol/g以下、より好ましくは4.00mmol/g以下、さらに好ましくは3.00mmol/g以下である。 In the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal of the present embodiment, the amount of ionic functional group introduced is 0.20 mmol/g or more, preferably 0.40 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, More preferably 0.60 mmol/g or more, still more preferably 0.70 mmol/g or more, still more preferably 0.80 mmol/g or more, still more preferably 0.90 mmol/g or more, still more preferably 1.00 mmol/g /g or more, more preferably 1.10 mmol/g or more, still more preferably 1.20 mmol/g or more. Although the upper limit is not particularly limited, since an excessive introduction amount causes destruction and dissolution of cellulose crystals, it is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 4.00 mmol/g or less, and still more preferably 3.00 mmol/g. It is below.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの純度を向上させる観点から、低いことが好ましく、好ましくは0.06mmol/g以下、より好ましくは0.05mmol/g以下、さらに好ましくは0.04mmol/g以下、よりさらに好ましくは0.03mmol/g以下である。下限はとくに限定されず、0.00mmol/gであってもよい。
なお、上述したように、尿素および/または尿素誘導体を使用してセルロース繊維にイオン性官能基を導入する場合に、導入される場合があり、上述した本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法により製造する場合には、工程Bにより、少なくともセルロース繊維の非晶質部分に導入されたカルバミド基は、該非晶質部分とともに除去されるため、低いカルバミド基量となるため、好ましい。
The amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment is preferably low, preferably 0.06 mmol/g or less, from the viewpoint of improving the purity of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals. It is preferably 0.05 mmol/g or less, more preferably 0.04 mmol/g or less, still more preferably 0.03 mmol/g or less. The lower limit is not particularly limited, and may be 0.00 mmol/g.
As described above, when urea and/or urea derivatives are used to introduce ionic functional groups into cellulose fibers, they may be introduced. In the case of production by the crystal production method, at least the carbamide groups introduced into the amorphous portion of the cellulose fiber are removed together with the amorphous portion in the step B, resulting in a low carbamide group content, which is preferable. .

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、セルロースの6位の炭素原子に加えて、セルロースの2位および3位の炭素原子の少なくともいずれか1つにイオン性官能基が導入されていることが好ましい。
セルロースの6位の炭素原子に加えて、2位の炭素原子および3位の炭素原子よりなる群から選択される少なくともいずれか1つの炭素原子にイオン性官能基が導入されていることにより、イオン性官能基の導入量を多くすることができるとともに、イオン性官能基の導入量の自由度が向上する。
また、6位のみにイオン性官能基が導入されている場合に比べて、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルにイオン性官能基の疎密が形成され、より解離性に優れ、繊維径の小さなセルロースナノクリスタルが得られると考えられる。
2位の炭素原子および3位の炭素原子よりなる群から選択される少なくともいずれか1つの炭素原子にイオン性官能基が導入されていることは、13C NMRにより検出可能であり、例えば、13C CP/MAS NMR(Cross Polarization Magic Angle Spinning-NMR(Nuclear Magic Resonance))により検出可能である。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal of the present embodiment has an ionic functional group introduced into at least one of the 2-position and 3-position carbon atoms of cellulose in addition to the 6-position carbon atom of cellulose. preferably.
In addition to the carbon atom at the 6-position of cellulose, an ionic functional group is introduced to at least one carbon atom selected from the group consisting of the carbon atom at the 2-position and the carbon atom at the 3-position. It is possible to increase the amount of the ionic functional group to be introduced, and improve the degree of freedom in the amount of the ionic functional group to be introduced.
In addition, compared to the case where the ionic functional group is introduced only at the 6-position, the ionic functional group is formed in the cellulose nanocrystal with the ionic functional group introduced, and the ionic functional group is more densely packed, and the cellulose nanocrystal has excellent dissociation properties and a small fiber diameter. It is believed that nanocrystals are obtained.
Introduction of an ionic functional group to at least one carbon atom selected from the group consisting of the carbon atom at the 2-position and the carbon atom at the 3-position can be detected by 13 C NMR, for example, 13 It can be detected by C CP/MAS NMR (Cross Polarization Magic Angle Spinning-NMR (Nuclear Magic Resonance)).

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、上述した、工程A~工程Cをこの順で有する、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法により得ることが好ましい。ただし、本実施形態のイオン性官能基導入ナノクリスタルの製造方法は、これに限定されることなく、他の方法により製造してもよい。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment are preferably obtained by the above-described method for producing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, which includes steps A to C in this order. However, the method for producing the ionic functional group-introduced nanocrystals of the present embodiment is not limited to this, and other methods may be used.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、水分散液とした場合の粘度が低い。
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、1.5質量%水分散液の23℃における粘度が、好ましくは100mPa・s以下、より好ましくは50mPa・s以下、さらに好ましくは30mPa・s以下、よりさらに好ましくは15mPa・s以下である。下限はとくに限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは1mPa・s以上、より好ましくは2mPa・s以上である。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの水分散液の粘度は、実施例に記載の方法により測定される。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment have a low viscosity when made into an aqueous dispersion.
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment have a viscosity of a 1.5% by mass aqueous dispersion at 23° C. of preferably 100 mPa·s or less, more preferably 50 mPa·s or less, and even more preferably 30 mPa·s. Below, more preferably 15 mPa·s or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 1 mPa·s or more, more preferably 2 mPa·s or more, from the viewpoint of ease of production.
The viscosity of the aqueous dispersion of ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is measured by the method described in Examples.

本発明のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、透明性に優れる。具体的には、イオン性官能基含有セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の23℃における全光線透過率は、好ましくは95.5%以上、より好ましくは96.0%以上、さらに好ましくは96.5%以上であり、そして、上限はとくに限定されず、100%であってもよい。
ここで、全光線透過率は、例えばJIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用いて測定される値である。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present invention are excellent in transparency. Specifically, the total light transmittance at 23° C. of a 0.2% by mass aqueous dispersion of cellulose nanocrystals containing an ionic functional group is preferably 95.5% or more, more preferably 96.0% or more, and further It is preferably 96.5% or more, and the upper limit is not particularly limited, and may be 100%.
Here, the total light transmittance is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with, for example, JIS K 7361-1:1997.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、耐塩性に優れる。
具体的には、イオン性官能基含有セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の23℃における全光線透過率の塩化ナトリウムの添加による変化が抑制されていることが好ましく、塩化ナトリウムを添加前の全光線透過率をT、塩化ナトリウムを添加後の全光線透過率をTとしたとき、T/Tが0.98以下となる塩化ナトリウム濃度は、好ましくは100mmol/L以上、より好ましくは300mmol/L以上である。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment are excellent in salt resistance.
Specifically, it is preferable that the change in the total light transmittance at 23° C. of the 0.2% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-containing cellulose nanocrystals due to the addition of sodium chloride is suppressed, and sodium chloride is added. When T 0 is the total light transmittance before adding sodium chloride, and T is the total light transmittance after adding sodium chloride, the sodium chloride concentration at which T/T 0 is 0.98 or less is preferably 100 mmol/L or more, or more. Preferably it is 300mmol/L or more.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、純度に優れていることが好ましく、湿式加熱による着色にて評価される。なお、カルバミド基などの含窒素構造は、着色を促進するものと考えられる。
具体的には、1質量%の分散液を95℃で10時間加熱した際の着色度を目視で判断することで評価される。
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment preferably have excellent purity, and are evaluated by coloring by wet heating. Nitrogen-containing structures such as carbamide groups are believed to promote coloring.
Specifically, it is evaluated by visually judging the degree of coloring when a 1% by mass dispersion is heated at 95° C. for 10 hours.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅、繊維長の範囲は、本実施形態の製造方法で得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルと同様であり、好ましい範囲も同様である。
また、上述したように、セルロースナノクリスタルは、セルロースナノファイバーとはことなり、典型的には、針状または紡錘状の形状を有し、折り曲がりが少ない形状を有している。
原子間力顕微鏡で無作為に100本のセルロースナノクリスタルを観察した場合、繊維が途中で30°以上折れ曲がっているものの本数は、好ましくは20本以下、より好ましくは10本以下、さらに好ましくは5本以下、よりさらに好ましくは3本以下である。
The range of the fiber width and fiber length of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment is the same as that of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained by the production method of the present embodiment, and the preferred ranges are also the same. be.
In addition, as described above, unlike cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals typically have a needle-like or spindle-like shape with few folds.
When 100 cellulose nanocrystals are randomly observed with an atomic force microscope, the number of fibers bent by 30° or more in the middle is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and still more preferably 5. It is 3 or less, more preferably 3 or less.

[分散液]
本実施形態の分散液は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、分散液とした場合であっても、低粘度であり、従来のセルロースナノファイバーに比べて、高濃度の分散液として使用することが可能である。
[Dispersion]
The dispersion of this embodiment contains ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals.
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment have low viscosity even when made into a dispersion, and can be used as a dispersion with a higher concentration than conventional cellulose nanofibers. be.

[シート]
本実施形態のシートは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態において、シートは、例えば上述したイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル、ならびに必要に応じて親水性高分子およびにその他の成分を含有する液状の組成物を用いて、シート化工程を実施することにより、得ることができる。
シートの製造工程は、少なくとも前記組成物を基材上に塗工する塗工工程、または当該組成物を抄紙する抄紙工程を含むことが好ましく、前記組成物を基材上に塗工する塗工工程を有することがより好ましい。これにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有するシートが得られる。
シートの厚みはとくに限定されないが、例えば、5μm以上、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは200μm以下である。
[Sheet]
The sheet of this embodiment contains ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals.
In this embodiment, the sheet is formed by using a liquid composition containing, for example, the above-described ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, and, if necessary, a hydrophilic polymer and other components. can be obtained by
The sheet manufacturing process preferably includes at least a coating step of coating the composition on a substrate, or a papermaking step of papermaking the composition, and a coating step of coating the composition on the substrate. It is more preferable to have a step. As a result, a sheet containing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is obtained.
The thickness of the sheet is not particularly limited.

[パウダー]
本実施形態のパウダーは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態において、前記パウダーは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液を乾燥させることで得られ、具体的には、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する分散液を、スプレードライヤーで噴霧乾燥する方法が例示される。
パウダーの含水率は、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは25%以下であり、そして、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上である。
また、パウダーの粒径は、製造容易性等の観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、さらに好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは1000μm以下、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。
[powder]
The powder of the present embodiment contains ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals.
In the present embodiment, the powder is obtained by drying an ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal dispersion. Specifically, a dispersion containing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is dried with a spray dryer. A method of spray drying is exemplified.
The moisture content of the powder is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, still more preferably 25% or less, and preferably 5% or more, more preferably 10% or more.
The particle size of the powder is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, still more preferably 5 μm or more, and is preferably 1000 μm or less, more preferably 300 μm or less, and still more preferably, from the viewpoint of ease of production. is 100 μm or less.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの用途]
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、例えば、化粧料、医療用組成物、塗料、金属表面処理剤、研磨剤、食品、ゴム、樹脂、掘削用組成物、コンクリート水和用組成物、コンクリート先行剤、歯科材料、細胞増殖促進剤、凍結抑制剤、塗膜剥離剤、殺虫剤・昆虫忌避剤、農薬、鋳型成形用組成物、潤滑剤、配管摩擦抵抗低減剤、芳香・消臭剤に関わる添加剤として使用することができる。本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、透明性および耐塩性に優れ、湿式加熱による黄変が抑制されるため、透明性、耐塩性が求められる用途や、加熱が必要とされる用途にも好適である。
また、シート状とすることにより、ディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光学部材用に適している。さらに、電子機器の基板、電気化学素子用セパレータ、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。
[Application of ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals]
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present embodiment can be used, for example, in cosmetics, medical compositions, paints, metal surface treatment agents, abrasives, foods, rubbers, resins, drilling compositions, and concrete hydration compositions. materials, concrete precursors, dental materials, cell growth promoters, antifreeze agents, coating stripping agents, insecticides/insect repellents, agricultural chemicals, molding compositions, lubricants, pipe frictional resistance reducers, fragrances/extinguishing agents It can be used as an additive for odorants. The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment are excellent in transparency and salt resistance, and yellowing due to wet heating is suppressed. It is also suitable for use.
Further, by making it into a sheet form, it is suitable for optical members such as display devices and various solar cells. Furthermore, it is also suitable for applications such as substrates for electronic devices, separators for electrochemical devices, members for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior materials, exterior materials, packaging materials, and the like.

以下に実施例と比較例を挙げて、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, proportions, treatment details, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed to be limited by the specific examples shown below.

<実施例A1>
原料パルプ(セルロース繊維)として、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水および洗浄して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。
<Example A1>
As raw material pulp (cellulose fiber), softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL) was used.
The raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. A chemical-impregnated pulp was obtained by adjusting as follows. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 250 seconds to introduce phosphoric acid groups into cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp.
Then, the obtained phosphorylated pulp was washed. In the washing treatment, a pulp dispersion liquid obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. gone. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. . Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated and washed to obtain neutralized phosphorylated pulp.

得られたリン酸化パルプに、高濃度酸加水分解処理を行った。
具体的には、得られたリン酸化パルプに、85%リン酸(14.7mol/Lリン酸)を少量ずつ加え、10.7mol/Lリン酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た。この懸濁スラリーは曳糸性のある粘稠な液であった。得られた懸濁スラリーをガラス容器に入れ、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。
得られた高濃度酸加水分解後のスラリーは、薄茶色で粘性が下がり、曳糸性は見られなかった。得られた反応後スラリーは、下記の手順で溶存成分と酸を除き、精製した。すなわち、得られた反応後スラリーを氷冷し、遠心分離(12,000G、5分)処理により固液分離を行った。遠心分離後は、上澄みを除去し、同体積のイオン交換水を加えて、沈殿物とよく練り、分散させた状態で、再度遠心分離に供試した。この操作を3回繰り返した後、沈殿物を再度イオン交換水に懸濁した状態で、強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行った。
得られた精製後スラリーにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製し、以下の解繊処理を行った。具体的には、このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini、高圧ホモジナイザー)で100MPaの圧力にて6回処理して解繊し、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
The obtained phosphorylated pulp was subjected to high-concentration acid hydrolysis treatment.
Specifically, 85% phosphoric acid (14.7 mol/L phosphoric acid) was added little by little to the obtained phosphorylated pulp, and the phosphorylated pulp was suspended at 4% by mass in 10.7 mol/L phosphoric acid. A cloudy slurry was obtained. This suspended slurry was a stringy and viscous liquid. The obtained suspension slurry was placed in a glass container and heated and hydrolyzed in a hot bath at 95° C. for 90 minutes while stirring.
The obtained slurry after high-concentration acid hydrolysis had a light brown color and decreased viscosity, and no stringiness was observed. The obtained post-reaction slurry was purified by removing the dissolved components and acid in the following procedure. That is, the obtained post-reaction slurry was ice-cooled and subjected to solid-liquid separation by centrifugation (12,000 G, 5 minutes). After centrifugation, the supernatant was removed, the same volume of ion-exchanged water was added, and the sediment was thoroughly kneaded and dispersed, and then subjected to centrifugation again. After repeating this operation three times, the precipitate was again suspended in ion-exchanged water and brought into contact with a strongly basic ion-exchange resin (Amberjet 4400; Organo Co., Ltd., conditioned), and the electrical conductivity of the slurry and the treatment was continued until the fluctuation of pH disappeared.
Ion-exchanged water was added to the obtained slurry after purification to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass, and the following defibration treatment was performed. Specifically, this slurry is treated 6 times with a wet atomization device (Beryu-Mini, high-pressure homogenizer, manufactured by Misayu Co., Ltd.) at a pressure of 100 MPa to defibrate and disperse the phosphorylated cellulose nanocrystals. I got the liquid.

なお、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて1.45mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量はリン酸化パルプにおいて、2.45mmol/g(第2解離酸量は1.00mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 Infrared absorption spectra of the obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. Further, when the obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were tested and analyzed with an X-ray diffractometer, 2θ was around 14° or more and 17° or less and 2θ was around 22° or more and 23° or less. Typical peaks were confirmed at two positions of , and it was confirmed to have cellulose type I crystals. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 1.45 mmol/g for phosphorylated pulp, and 1.45 mmol/g for phosphorylated cellulose nanocrystals. It was 0.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 1.00 mmol/g) for the phosphorylated pulp, and 1.20 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 0 mmol/g) for the phosphorylated cellulose nanocrystals. .60 mmol/g). Also, the fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A2>
洗浄後のリン酸化パルプに対して、さらに上記リン酸化処理、上記洗浄処理をこの順に2回ずつ行った以外は実施例A1と同様にして、リン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて2.00mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.85mmol/gであった。なお、総解離酸量は、リン酸化パルプにおいて3.30mmol/g(第2解離酸量は1.30mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.65mmol/g(第2解離酸量は0.80mmol/g)であった。また、リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。
<Example A2>
A dispersion containing phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals was prepared in the same manner as in Example A1, except that the washed phosphorylated pulp was further subjected to the phosphorylation treatment and the washing treatment twice in this order. got
The obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. X-ray diffraction confirmed that the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 2.00 mmol/g for phosphorylated pulp and 0.0 mmol/g for phosphorylated cellulose nanocrystals. It was 85 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 3.30 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 1.30 mmol/g) in the phosphorylated pulp, and 1.65 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 0 in the phosphorylated cellulose nanocrystals). .80 mmol/g). Further, the fiber width of the phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A3>
実施例A1において、薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱したのを、165℃の熱風乾燥機で750秒加熱した以外は実施例A1と同様にして、リン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A3>
In Example A1, phosphorylated pulp and phosphorylated A dispersion containing cellulose nanocrystals was obtained.

得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて2.53mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.25mmol/gであった。なお、総解離酸量は、リン酸化パルプにおいて4.22mmol/g(第2解離酸量は1.69mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて2.39mmol/g(第2解離酸量は1.14mmol/g)であった。また、リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. X-ray diffraction confirmed that the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The phosphoric acid group content (first dissociated acid content) measured by the measuring method described later in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] was 2.53 mmol/g for phosphorylated pulp and 1.5 mmol/g for phosphorylated cellulose nanocrystals. It was 25 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 4.22 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 1.69 mmol/g) in the phosphorylated pulp, and 2.39 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 1.69 mmol/g) in the phosphorylated cellulose nanocrystals. .14 mmol/g). Further, the fiber width of the phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A4>
85%リン酸の代わりに、五酸化二リンを用いた以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A4>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that diphosphorus pentoxide was used instead of 85% phosphoric acid.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] described later was 0.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.20 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.60 mmol/g). Also, the fiber width was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A5>
実施例A1で得られた高濃度酸加水分解後のスラリーを遠心分離して得た上澄みを回収し、105℃の熱風オーブンで一昼夜乾固させた。得られた乾燥物を650℃の熱風乾燥炉にて有機物を燃焼、除去するとともに、昇華したリン成分を回収した。得られたリン成分のX線回折パターンは市販の五酸化二リンと同様であり、再生五酸化二リンが得られたことがわかった。
この再生五酸化二リンを用いた以外は実施例A4と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A5>
The supernatant obtained by centrifuging the slurry after high-concentration acid hydrolysis obtained in Example A1 was recovered and dried overnight in a hot air oven at 105°C. Organic matter was removed from the dried product by burning it in a hot air drying oven at 650° C., and the sublimated phosphorus component was recovered. The X-ray diffraction pattern of the obtained phosphorus component was similar to that of commercially available diphosphorus pentoxide, indicating that regenerated diphosphorus pentoxide was obtained.
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A4, except that this regenerated diphosphorus pentoxide was used.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] described later was 0.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.20 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.60 mmol/g). Also, the fiber width was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A6>
85%リン酸の代わりに、濃硫酸(18.7mol/L硫酸)を用いて、10.7mol/L硫酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A6>
Example except that concentrated sulfuric acid (18.7 mol/L sulfuric acid) was used instead of 85% phosphoric acid to obtain a slurry in which phosphorylated pulp was suspended at 4% by mass in 10.7 mol/L sulfuric acid. A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in A1.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.53mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.06mmol/g(第2解離酸量は0.53mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] described later was 0.53 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.06 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.53 mmol/g). Also, the fiber width was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A7>
85%リン酸の代わりに、濃塩酸(11.2mol/L塩酸)を用いて、10.7mol/L塩酸中に、リン酸化パルプが2質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A7>
Example except that concentrated hydrochloric acid (11.2 mol/L hydrochloric acid) was used instead of 85% phosphoric acid to obtain a slurry in which phosphorylated pulp was suspended at 2% by mass in 10.7 mol/L hydrochloric acid. A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in A1.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.66mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.32mmol/g(第2解離酸量は0.66mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 0.66 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.32 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.66 mmol/g). Also, the fiber width was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A8>
16mol/Lリン酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A4と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A8>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A4, except that a slurry in which 4% by mass of phosphorylated pulp was suspended in 16 mol/L phosphoric acid was obtained.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.48mmol/gであった。なお、総解離酸量は、0.96mmol/g(第2解離酸量は0.48mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described later in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] was 0.48 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 0.96 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.48 mmol/g). Also, the fiber width was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例B1>
リン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、実施例A1と同様に操作を行い、亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example B1>
The procedure of Example A1 was repeated except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate, and a dispersion containing phosphorous acid pulp and cellulose phosphorous nanocrystals was prepared. Obtained.

得られた亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。X線回折により、得られた亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、亜リン酸化パルプにおいて1.51mmol/g、亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.67mmol/gであった。なお、総解離酸量は、亜リン酸化パルプにおいて1.54mmol/g(第2解離酸量は0.03mmol/g)、亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.68mmol/g(第2解離酸量は0.01mmol/g)であった。また、亜リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。
なお、亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて、亜リン酸の僅かな酸化、非晶質のヘミセルロース由来のカルボキシ基などにより総解離酸量が第1解離酸量に比べて大きな値となっていると考えられる。
The obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, an absorption based on P=O of a phosphonic acid group, which is a tautomer of a phosphite group, was observed near 1210 cm −1 , confirming that a phosphite group (phosphonic acid group) was added. was done. It was confirmed by X-ray diffraction that the resulting phosphorous oxidized pulp and phosphorous cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of phosphite groups (the amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described in [Measurement of the amount of phosphorous acid groups] described later is 1.51 mmol/g in phosphorous oxidized pulp, and 1.51 mmol/g in phosphorous cellulose. It was 0.67 mmol/g for nanocrystals. The total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 0.03 mmol/g) in the phosphorous oxidized pulp, and 0.68 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was was 0.01 mmol/g). In addition, the fiber width of the cellulose phosphite nanocrystal was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.
In the phosphorous pulp and the phosphorous cellulose nanocrystals, the total amount of dissociated acid is larger than the amount of the first dissociated acid due to slight oxidation of phosphorous acid and carboxy groups derived from amorphous hemicellulose. It is thought that

<実施例C1>
リン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸(スルファミン酸)38質量部を用い、加熱時間を20分間に延長した以外は、実施例A1と同様に操作を行い、硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example C1>
Sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals were prepared in the same manner as in Example A1 except that 38 parts by mass of amidosulfuric acid (sulfamic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate and the heating time was extended to 20 minutes. A dispersion liquid containing was obtained.

得られた硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1220-1260cm-1付近に硫酸エステル基のS=Oに基づく吸収が観察され、硫酸エステル基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られた硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定〕に記載の測定方法で測定される硫酸エステル基量は硫酸化パルプにおいて1.47mmol/g、硫酸化セルロースナノクリスタルにおいて、0.68mmol/gであった。また、硫酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, an absorption due to S=O of the sulfate ester group was observed near 1220-1260 cm −1 , confirming the addition of the sulfate ester group. X-ray diffraction confirmed that the obtained sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of sulfate ester groups measured by the measurement method described in [Measurement of Sulfur Oxoacid Group/Sulfone Group Content] described later is 1.47 mmol/g for sulfated pulp and 0.68 mmol/g for sulfated cellulose nanocrystals. /g. Also, the fiber width of the sulfated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例D1>
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、未乾燥、JIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
<Example D1>
As raw material pulp, bleached softwood kraft pulp (NBKP, undried, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121-2: 2012: 700 mL) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. Alkaline TEMPO oxidation treatment was performed on this raw material pulp as follows.
First, the raw pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 10 parts by mass of sodium bromide, and 10000 parts by mass of water distributed in parts. Then, a 13% by mass sodium hypochlorite aqueous solution was added to 10 mmol per 1.0 g of pulp to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered completed when no change in pH was observed.
Then, the obtained TEMPO oxidized pulp was washed. The washing treatment is performed by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to uniformly disperse, and then filtering and dehydrating repeatedly. rice field. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.

この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80質量%亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたTEMPO酸化パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
This dehydrated sheet was subjected to a post-oxidation treatment for residual aldehyde groups as follows. The dehydrated sheet equivalent to 100 parts by mass of dry mass was dispersed in 10000 parts by mass of 0.1 mol/L acetate buffer (pH 4.8). Next, 113 parts by mass of 80% by mass sodium chlorite was added, and the mixture was immediately sealed, followed by reaction at room temperature for 48 hours while stirring at 500 rpm using a magnetic stirrer to obtain a pulp slurry.
Then, the obtained after-oxidized TEMPO oxidized pulp was washed. The washing treatment is carried out by dehydrating the post-oxidized pulp slurry to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to uniformly disperse, and then filtering and dehydrating repeatedly. rice field. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained TEMPO-oxidized pulp, the high-concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたTEMPO酸化パルプおよびTEMPO酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、TEMPO酸化パルプにおいて1.80mmol/g、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.86mmol/gであった。また、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting TEMPO-oxidized pulp and TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the measurement method described below was 1.80 mmol/g for the TEMPO-oxidized pulp and 0.86 mmol/g for the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals. In addition, the fiber width of the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例E1>
[次亜塩素酸酸化]
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。次いで、次亜塩素酸ナトリウム・5水和物をイオン交換水に加え、次亜塩素酸ナトリウムの固形分濃度を22質量%とした水溶液を準備した。綿状のフラッフィングパルプ100質量部に、22質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を9000質量部加え、温浴で30℃に調整しながら2時間反応させ、カルボキシ基導入パルプを得た。反応中は1N水酸化ナトリウム水溶液を適宜加え、pHを11に維持した。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example E1>
[Hypochlorous acid oxidation]
A sheet of softwood bleached kraft pulp (NBKP) (solid content concentration 90% by mass) is processed with a hand mixer (Labo Milcer PLUS, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) at a rotation speed of 20000 rpm for 15 seconds to form a flocculent. Fluffing pulp (solid content concentration 90% by mass) was prepared. Next, sodium hypochlorite pentahydrate was added to the ion-exchanged water to prepare an aqueous solution having a sodium hypochlorite solid content concentration of 22% by mass. 9000 parts by mass of a 22% by mass sodium hypochlorite aqueous solution was added to 100 parts by mass of cotton-like fluffing pulp, and the mixture was reacted for 2 hours while adjusting the temperature to 30°C in a hot bath to obtain a carboxy group-introduced pulp. The pH was maintained at 11 by appropriately adding 1N sodium hydroxide aqueous solution during the reaction.
Next, the obtained carboxy group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion liquid obtained by pouring ion-exchanged water into the obtained carboxy group-introduced pulp, stirring the pulp so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxy group-introduced pulp, the treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxy group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて0.70mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.33mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained carboxy group-introduced pulp and carboxy group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the method described later was 0.70 mmol/g in the carboxyl-introduced pulp and 0.33 mmol/g in the carboxyl-introduced cellulose nanocrystals. Further, when the fiber width of the carboxy group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 20 nm.

<実施例F1>
[マレイン酸エステル化]
針葉樹晒(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。オートクレーブに、綿状のフラッフィングパルプ100質量部と無水マレイン酸50質量部とを充填し、150℃で2時間処理して、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example F1>
[Maleic acid esterification]
A sheet (solid content concentration 90% by mass) made from bleached softwood (NBKP) is treated with a hand mixer (Labo Milcer PLUS, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) at a rotation speed of 20,000 rpm for 15 seconds to produce a flocculent fluffing. It was made into pulp (solid content concentration 90% by mass). An autoclave was charged with 100 parts by mass of cotton-like fluffing pulp and 50 parts by mass of maleic anhydride and treated at 150° C. for 2 hours to obtain a carboxy group-introduced pulp.
Next, the obtained carboxy group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion obtained by pouring ion-exchanged water into the obtained carboxy group-introduced pulp, stirring the pulp so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxy group-introduced pulp, the treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxy group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.22mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.49mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained carboxy group-introduced pulp and carboxy group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the measuring method described later was 1.22 mmol/g in the carboxyl group-introduced pulp and 0.49 mmol/g in the carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals. Further, when the fiber width of the carboxy group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 20 nm.

<実施例G1>
[カルボキシエチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を250質量部と、2-クロロプロピオン酸163質量部、イオン交換水140質量部からなる薬液(合計553質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で10分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシエチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のカルボキシ基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカルボキシ基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のカルボキシ基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カルボキシ基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカルボキシ基導入パルプを得た。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example G1>
[Carboxyethylation]
As raw material pulp, softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian standard Freeness (CSF) of 700 mL) was used.
To 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw pulp, a chemical solution consisting of 250 parts by mass of 12N NaOH aqueous solution, 163 parts by mass of 2-chloropropionic acid, and 140 parts by mass of ion-exchanged water (total 553 parts by mass) was added. An impregnated pulp was obtained. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 10 minutes to introduce carboxyethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp to obtain carboxy group-introduced pulp.
Next, the obtained carboxy group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion liquid obtained by pouring ion-exchanged water into the obtained carboxy group-introduced pulp, stirring the pulp so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Next, the washed carboxy group-introduced pulp was neutralized as follows. First, after diluting the washed carboxy group-introduced pulp with 10 L of deionized water, a 1 N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to prepare a carboxy group-introduced pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. Obtained. Next, the carboxyl group-introduced pulp slurry was dewatered and washed to obtain neutralized carboxyl group-introduced pulp.
Except for using the obtained carboxy group-introduced pulp, the treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxy group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.41mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.65mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained carboxy group-introduced pulp and carboxy group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the measuring method described later was 1.41 mmol/g in the carboxyl group-introduced pulp and 0.65 mmol/g in the carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals. Further, when the fiber width of the carboxy group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 20 nm.

<実施例H1>
[カルボキシメチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を83質量部と、モノクロロ酢酸ナトリウム175質量部、イオン交換水313質量部からなる薬液(合計571質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプをポリエチレン製の容器に入れ、95℃の温浴で60分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシメチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example H1>
[Carboxymethylation]
As raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, disaggregated and Canadian standard freeness measured according to JIS P 8121-2: 2012 (CSF) is 700 mL) was used.
To 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw material pulp, a chemical solution consisting of 83 parts by mass of 12N NaOH aqueous solution, 175 parts by mass of sodium monochloroacetate, and 313 parts by mass of ion-exchanged water (total 571 parts by mass) was added to obtain a chemical solution-impregnated pulp. got Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was placed in a polyethylene container and heated in a hot bath at 95° C. for 60 minutes to introduce carboxymethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp to obtain carboxy group-introduced pulp.
Next, the obtained carboxy group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion liquid obtained by pouring ion-exchanged water into the obtained carboxy group-introduced pulp, stirring the pulp so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxy group-introduced pulp, the treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxy group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.21mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.41mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained carboxy group-introduced pulp and carboxy group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the measuring method described later was 1.21 mmol/g in the carboxyl group-introduced pulp and 0.41 mmol/g in the carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals. Further, when the fiber width of the carboxy group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 20 nm.

<実施例J1>
[スルホエチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、2N NaOH水溶液を180質量部と25質量%濃度のビニルスルホン酸ナトリウム水溶液780質量部からなる薬液(合計960質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で16分加熱し、パルプ中のセルロースにスルホエチル基(スルホン基)を導入し、スルホエチル基導入パルプ(スルホン基導入パルプ)を得た。
次いで、得られたスルホエチル基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたスルホエチル基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたスルホエチル基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example J1>
[Sulfoethylation]
As raw material pulp, softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian standard Freeness (CSF) of 700 mL) was used.
To 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw material pulp, a chemical solution consisting of 180 parts by mass of a 2N NaOH aqueous solution and 780 parts by mass of a 25% by mass sodium vinylsulfonate aqueous solution (960 parts by mass in total) was added to obtain a chemical solution-impregnated pulp. Obtained. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 16 minutes to introduce sulfoethyl groups (sulfone groups) into the cellulose in the pulp to obtain sulfoethyl group-introduced pulp (sulfone group-introduced pulp).
Next, the resulting sulfoethyl group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion liquid obtained by pouring ion-exchanged water into the resulting sulfoethyl group-introduced pulp, stirring the pulp to uniformly disperse the pulp, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained sulfoethyl group-introduced pulp, the treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion liquid containing sulfoethyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたスルホエチル基導入パルプおよびスルホエチル基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるスルホエチル基量(スルホン基量)は、スルホエチル基導入パルプにおいて1.48mmol/g、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.71mmol/gであった。また、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained sulfoethyl group-introduced pulp and sulfoethyl group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The sulfoethyl group content (sulfone group content) measured by the method described later was 1.48 mmol/g for the sulfoethyl group-introduced pulp and 0.71 mmol/g for the sulfoethyl group-introduced cellulose nanocrystals. Further, when the fiber width of the sulfoethyl group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 20 nm.

<実施例K1>
[カチオン化処理]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、1N NaOH水溶液を180質量部とカチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)325質量部からなる薬液(合計505質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で12分加熱し、パルプ中のセルロースにカチオン基を導入し、カチオン基導入パルプを得た。
次いで、得られたカチオン基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカチオン基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のカチオン基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカチオン基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの塩酸を少しずつ添加することにより、pHが1以上2以下のカチオン基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カチオン基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカチオン基導入パルプを得た。
<Example K1>
[Cationization treatment]
As raw material pulp, softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian standard Freeness (CSF) of 700 mL) was used.
To 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw material pulp, 180 parts by mass of 1N NaOH aqueous solution and a cationizing agent (Catiomaster G, manufactured by Yokkaichi Gosei Co., Ltd., glycidyltrimethylammonium chloride, pure content 73.1% by mass, moisture content 20.2% by mass) 325 parts by mass (505 parts by mass in total) of the chemical solution was added to obtain a chemical solution-impregnated pulp. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 12 minutes to introduce cationic groups into the cellulose in the pulp to obtain cationic group-introduced pulp.
Next, the resulting cationic group-introduced pulp was washed. The washing treatment was carried out by repeating an operation of filtering and dehydrating a pulp dispersion obtained by pouring ion-exchanged water into the obtained cationic group-introduced pulp, stirring the pulp so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
Next, the cationic group-introduced pulp after washing was neutralized as follows. First, the cationic group-introduced pulp after washing was diluted with 10 L of deionized water, and then 1N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a cationic group-introduced pulp slurry having a pH of 1 or more and 2 or less. Next, the cationic group-introduced pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized cationic group-introduced pulp.

得られたカチオン基導入パルプに、濃塩酸(11.2mol/L塩酸)を少量ずつ加え、10.7mol/L塩酸中に、カチオン化パルプが2質量%で懸濁したスラリーを得た。この懸濁スラリーは曳糸性のある粘稠な液であった。得られた懸濁スラリーをガラス容器に入れ、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。(高濃度酸加水分解処理)
高濃度酸加水分解処理以降の処理は、実施例A1と同様に行い、カチオン基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
Concentrated hydrochloric acid (11.2 mol/L hydrochloric acid) was added little by little to the resulting cationic group-introduced pulp to obtain a slurry in which 2% by mass of the cationized pulp was suspended in 10.7 mol/L hydrochloric acid. This suspended slurry was a stringy and viscous liquid. The obtained suspension slurry was placed in a glass container and heated and hydrolyzed in a hot bath at 95° C. for 90 minutes while stirring. (High-concentration acid hydrolysis treatment)
The treatment after the high-concentration acid hydrolysis treatment was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing cationic group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカチオン基導入パルプおよびカチオン基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカチオン基量は、カチオン基導入パルプにおいて1.45mmol/g、カチオン基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.71mmol/gであった。また、カチオン基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting cationic group-introduced pulp and cationic group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of cationic groups measured by the method described below was 1.45 mmol/g for the cationic group-introduced pulp and 0.71 mmol/g for the cationic group-introduced cellulose nanocrystals. In addition, the fiber width of the cationic group-introduced cellulose nanocrystal was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<比較例1>
リン酸化パルプの代わりに、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した以外は実施例A1と同様にして、セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
得られたセルロースナノクリスタルのリン酸基量は、0.01mmol/g未満であった。繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、10~30nmであった。
<Comparative Example 1>
Instead of phosphorylated pulp, softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 A dispersion containing cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that the Canadian standard freeness (CSF) of 700 mL) was used.
The amount of phosphate groups in the obtained cellulose nanocrystals was less than 0.01 mmol/g. The fiber width was measured using an atomic force microscope to be 10-30 nm.

<比較例2>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)に、リン酸濃度が10.7mol/Lになるまで85%リン酸を加えた後、95℃の温浴にて90分間処理を行った。得られた反応後スラリーは、下記の手順で溶存成分と酸を除き、精製した。すなわち、得られた反応後スラリーを氷冷し、遠心分離(12,000G、5分)処理により固液分離を行った。遠心分離後は、上澄みを除去し、同体積のイオン交換水を加えて、沈殿物とよく練り、分散させた状態で、再度遠心分離に供試した。この操作を3回繰り返した後、沈殿物を再度イオン交換水に懸濁した状態で、強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行った。
得られた精製後スラリーにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Comparative Example 2>
85% phosphoric acid was added to the dispersion (solid content concentration 2%) containing the cellulose nanocrystals obtained in Comparative Example 1 until the phosphoric acid concentration reached 10.7 mol/L, and then in a hot bath at 95°C. Treatment was carried out for 90 minutes. The obtained post-reaction slurry was purified by removing the dissolved components and acid in the following procedure. That is, the obtained post-reaction slurry was ice-cooled and subjected to solid-liquid separation by centrifugation (12,000 G, 5 minutes). After centrifugation, the supernatant was removed, the same volume of ion-exchanged water was added, and the sediment was thoroughly kneaded and dispersed, and then subjected to centrifugation again. After repeating this operation three times, the precipitate was again suspended in ion-exchanged water and brought into contact with a strongly basic ion-exchange resin (Amberjet 4400; Organo Co., Ltd., conditioned), and the electrical conductivity of the slurry and the treatment was continued until the fluctuation of pH disappeared.
Ion-exchanged water was added to the obtained purified slurry to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 100 MPa with a wet-type atomizer (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals.

なお、得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.24mmol/gであった。なお、総解離酸量は0.40mmol/g(第2解離酸量は0.16mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、10~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 0.24 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 0.40 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.16 mmol/g). Also, the fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 10 to 20 nm.

<比較例3>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)を、恒温恒湿室(23℃50%RH)に静置し固形分濃度42%になるまで風乾させた。得られた固形分濃度42%のセルロースナノクリスタル24質量部と、85%リン酸51質量部とを、140℃のオイルバスにセットしたガラスフラスコにて溶融させた64質量部の尿素に加えた。その後、150℃まで加温し、30分間加熱処理した。
加熱処理後に水を500質量部加えて反応後スラリーを得た。このスラリーに対して比較例2と同様の精製操作、湿式微粒化装置による処理を行い、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Comparative Example 3>
The dispersion containing cellulose nanocrystals obtained in Comparative Example 1 (solid concentration: 2%) was allowed to stand in a constant temperature and humidity chamber (23°C, 50% RH) and air-dried until the solid concentration reached 42%. 24 parts by mass of the obtained cellulose nanocrystals having a solid concentration of 42% and 51 parts by mass of 85% phosphoric acid were added to 64 parts by mass of urea melted in a glass flask set in an oil bath at 140°C. . Then, it was heated to 150° C. and heat-treated for 30 minutes.
After the heat treatment, 500 parts by mass of water was added to obtain a post-reaction slurry. This slurry was subjected to the same refining operation as in Comparative Example 2 and the treatment with a wet micronization apparatus to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals.

なお、得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.03mmol/gであった。なお、総解離酸量は1.77mmol/g(第2解離酸量は0.74mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. It was confirmed by X-ray diffraction that cellulose type I crystals were maintained. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 1.03 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.77 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.74 mmol/g). Also, the fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<参考例1>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)に対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記セルロースナノクリスタルと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して2mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
得られたスラリーに対して比較例2と同様の精製操作、湿式微粒化装置による処理を行い、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Reference example 1>
The dispersion containing cellulose nanocrystals obtained in Comparative Example 1 (solid concentration: 2%) was subjected to alkali TEMPO oxidation treatment as follows.
First, the above cellulose nanocrystals equivalent to 100 parts by weight of dry weight, 1.6 parts by weight of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by weight of sodium bromide are added to 10,000 parts of water. Dispersed in parts by mass. Then, a 13% by mass sodium hypochlorite aqueous solution was added to 2 mmol per 1.0 g of pulp to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered completed when no change in pH was observed.
The obtained slurry was subjected to the same refining operation as in Comparative Example 2 and to a treatment using a wet micronization apparatus to obtain a dispersion containing TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたTEMPO酸化パルプおよびTEMPO酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.86mmol/gであった。また、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting TEMPO-oxidized pulp and TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystals. The amount of carboxyl groups measured by the measurement method described below was 0.86 mmol/g in the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals. In addition, the fiber width of the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<比較例4>
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
<Comparative Example 4>
As raw material pulp, softwood bleached kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (NBKP, solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheet, defibered and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian standard Freeness (CSF) of 700 mL) was used.
The raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. A chemical-impregnated pulp was obtained by adjusting as follows. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 250 seconds to introduce phosphoric acid groups into cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp.
Then, the obtained phosphorylated pulp was washed. In the washing treatment, a pulp dispersion liquid obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. gone. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.

得られた洗浄後のリン酸化パルプにイオン交換水と85%リン酸とを加え、固形分濃度が2%、リン酸濃度が1mol/Lとなるよう調整し、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。(希薄酸加水分解処理) Ion-exchanged water and 85% phosphoric acid were added to the washed phosphorylated pulp to adjust the solid content concentration to 2% and the phosphoric acid concentration to 1 mol/L. was subjected to heat hydrolysis treatment for 90 minutes. (dilute acid hydrolysis treatment)

次いで、得られた加水分解後リン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained hydrolyzed phosphorylated pulp was subjected to a washing treatment. In the washing treatment, a pulp dispersion liquid obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. gone. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.

次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水および洗浄して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理したところ、リン酸化セルロースナノファイバーを主として含む分散液を得た。
Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. . Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated and washed to obtain neutralized phosphorylated pulp.
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 100 MPa with a wet atomization device (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion liquid mainly containing phosphorylated cellulose nanofibers.

なお、得られたリン酸化セルロースナノファイバーに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化セルロースナノファイバーを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.93mmol/gであった。なお、総解離酸量は1.56mmol/g(第2解離酸量は0.63mmol/g)であった。また、セルロースナノファイバーの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanofiber was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. In addition, when the obtained phosphorylated cellulose nanofibers were tested and analyzed with an X-ray diffraction device, two points near 2θ = 14° or more and 17° or less and 2θ = 22° or more and 23° or less were found. A typical peak was confirmed at the position, and it was confirmed to have cellulose type I crystals. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 0.93 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.56 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 0.63 mmol/g). Further, when the fiber width of the cellulose nanofiber was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 5 nm.

<比較例5>
希薄酸加水分解処理と希薄酸加水分解処理後の洗浄処理とを、洗浄後のリン酸化パルプに対してではなく、リン酸化を行う前の針葉樹漂白クラフトパルプに行った以外は比較例4と同様にして、リン酸化セルロースナノファイバーを主として含む分散液を得た。
<Comparative Example 5>
Same as Comparative Example 4, except that the dilute acid hydrolysis treatment and the washing treatment after the dilute acid hydrolysis treatment were performed not on the phosphorylated pulp after washing but on the bleached softwood kraft pulp before phosphorylation. Then, a dispersion containing mainly phosphorylated cellulose nanofibers was obtained.

なお、得られたリン酸化セルロースナノファイバーに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化セルロースナノファイバーを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。なお、総解離酸量は2.45mmol/g(第2解離酸量は1.00mmol/g)であった。また、セルロースナノファイバーの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanofiber was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added. In addition, when the obtained phosphorylated cellulose nanofibers were tested and analyzed with an X-ray diffractometer, two points near 2θ = 14° or more and 17° or less and 2θ = 22° or more and 23° or less were analyzed. A typical peak was confirmed at the position, and it was confirmed to have cellulose type I crystals. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphate group content] described later was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g (the amount of second dissociated acid was 1.00 mmol/g). Further, when the fiber width of the cellulose nanofiber was measured using an atomic force microscope, it was 3 to 5 nm.

<比較例6>
実施例A1で得られた中和処理が施されたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、リン酸化セルロースナノファイバーを含む分散液を得た。
<Comparative Example 6>
Ion-exchanged water was added to the neutralized phosphorylated pulp obtained in Example A1 to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 100 MPa with a wet atomization device (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanofibers.

得られたリン酸化セルロースナノファイバー分散液に、リン酸化セルロースナノファイバー1gに対して550nkatとなるよう酵素(セルラーゼ)を添加し、温度50℃で酵素処理した(工程D)。得られた分散液の温度を100℃とし、酵素を熱失活させた。さらに、このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、酵素処理されたリン酸化セルロースナノファイバーを含む分散液を得た。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。 An enzyme (cellulase) was added to the obtained phosphorylated cellulose nanofiber dispersion liquid so that 550 nkat per 1 g of phosphorylated cellulose nanofibers, and enzyme treatment was performed at a temperature of 50° C. (Step D). The temperature of the resulting dispersion was adjusted to 100° C. to heat-inactivate the enzyme. Further, this slurry was treated 6 times with a wet-type atomization device (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) at a pressure of 100 MPa to obtain a dispersion containing enzyme-treated phosphorylated cellulose nanofibers. The phosphate group content (first dissociated acid content) measured by the measurement method described in [Measurement of Phosphorus Acid Group Content] described later was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.

[シートの作製]
実施例A1~A8,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1,J1,K1で得られた各種セルロースナノクリスタルを固形分濃度が0.6質量%となるようにイオン交換水で希釈した。シートの仕上がり坪量が70g/mになるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置した。そのあと70℃の乾燥機で24時間乾燥し、アクリル板から剥離した。いずれのセルロースナノクリスタルからもセルロースナノクリスタルを含むシートが得られた。シートの厚みは50μmであった。
[Preparation of sheet]
Various cellulose nanocrystals obtained in Examples A1 to A8, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1, J1, and K1 were diluted with deionized water so that the solid content concentration was 0.6% by mass. did. The mixed liquid was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 70 g/m 2 and spread on a commercially available acrylic plate. A damming frame (inner dimensions: 250 mm×250 mm, height: 5 cm) was arranged on the acrylic plate so as to obtain a predetermined basis weight. After that, it was dried in a drier at 70° C. for 24 hours and peeled off from the acrylic plate. Sheets containing cellulose nanocrystals were obtained from all cellulose nanocrystals. The thickness of the sheet was 50 μm.

[パウダーの作製]
実施例A1~A8,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1,J1,K1で得られた各種セルロースナノクリスタルの2質量%分散液を出口温度150℃にセットしたスプレードライヤーで噴霧乾燥した。いずれのセルロースナノクリスタルからもセルロースナノクリスタルを含むパウダーが得られた。パウダーの粒径は20μm以下であり、含水率は20%以下であった。
[Preparation of powder]
2% by mass dispersions of various cellulose nanocrystals obtained in Examples A1 to A8, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1, J1, and K1 were spray-dried with a spray dryer whose outlet temperature was set to 150°C. did. Powders containing cellulose nanocrystals were obtained from all cellulose nanocrystals. The powder had a particle size of 20 μm or less and a moisture content of 20% or less.

[評価]
<リンオキソ酸基量の測定>
セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー、イオン性官能基導入セルロース繊維のリンオキソ酸基量は、対象となる各種セルロース(各種セルロースとは、セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーおよびイオン性官能基導入セルロース繊維の総称である)を含む分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記各種セルロースに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の各種セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(第1解離酸量)(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。また、総解離酸量から、第1解離酸量を減じた値が、第2解離酸量である。
[evaluation]
<Measurement of phosphorus oxoacid group content>
The amount of phosphorous acid groups in cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and cellulose fibers with ionic functional groups varies depending on the target cellulose ) was added to the dispersion containing ion-exchanged water to make the content 0.2% by mass, treated with an ion-exchange resin, and then titrated with an alkali.
In the treatment with an ion-exchange resin, 1/10 by volume of the various celluloses described above is added with a strongly acidic ion-exchange resin (Ambarjet 1024; manufactured by Organo Co., Ltd., conditioned), shaken for 1 hour, and then opened. Separation of the resin and the slurry was done by pouring over a 90 μm mesh.
In the titration using an alkali, while adding 10 μL of 0.1N sodium hydroxide aqueous solution every 5 seconds to various cellulose-containing slurries after treatment with an ion exchange resin, the change in the pH value indicated by the slurry is measured. I went by. The titration was performed while nitrogen gas was blown into the slurry from 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two points where the increment (the differential value of the pH with respect to the amount of alkali added) are maximized are observed in the curve obtained by plotting the measured pH against the amount of alkali added. Among these, the maximum point of the increment obtained first when the alkali is first added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (Fig. 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for titration. Also, the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated, and the amount of phosphorous acid groups (first dissociated acid amount) (mmol/g ). Further, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the total amount of dissociated acid (mmol/g). Further, a value obtained by subtracting the first dissociated acid amount from the total dissociated acid amount is the second dissociated acid amount.

<カルボキシ基量の測定>
セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー、およびイオン性官能基導入セルロース繊維のカルボキシ基量は、対象となる各種セルロースを含む各種セルロース分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、0.2質量%の各種セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の各種セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
<Measurement of carboxy group content>
The amount of carboxyl groups in cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and cellulose fibers introduced with an ionic functional group was adjusted to 0.2% by mass by adding ion-exchanged water to various cellulose dispersions containing various types of target cellulose. was treated with an ion-exchange resin, followed by titration with an alkali.
Treatment with an ion-exchange resin is performed by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Co., Ltd., conditioned) to 0.2% by mass of various cellulose-containing slurries, followed by shaking for 1 hour. After that, the slurry was separated from the resin by pouring it onto a mesh with an opening of 90 μm.
In addition, the titration using an alkali was performed by measuring the change in the pH value of the slurry while adding a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after treatment with the ion-exchange resin. . Observing the change in pH while adding an aqueous sodium hydroxide solution yields a titration curve as shown in FIG. As shown in FIG. 2, in this neutralization titration, in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, there is one point where the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum. Observed. The maximum point of this increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 2 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the slurry used for titration. Then, by dividing the alkali amount (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the various cellulose-containing slurries to be titrated, the introduction amount (mmol/g) of the carboxy group is calculated. Calculated.
The amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) described above is the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups ( acid type)).

<硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定>
実施例C1、J1で得られたパルプ、セルロースナノクリスタルについて、硫黄オキソ酸基・スルホン基量を測定した。すなわち、得られた各種セルロースを過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定した。この硫黄量を、供試した各種セルロースの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量、スルホン基量(単位:mmol/g)とした。
<Measurement of Sulfur Oxoacid Group/Sulfone Group Amount>
The amounts of sulfur oxoacid groups and sulfone groups of the pulps and cellulose nanocrystals obtained in Examples C1 and J1 were measured. That is, the obtained various celluloses were subjected to wet incineration using perchloric acid and concentrated nitric acid, diluted at appropriate ratios, and the amount of sulfur was measured by ICP emission spectrometry. The sulfur oxoacid group content and the sulfone group content (unit: mmol/g) were obtained by dividing this sulfur content by the absolute dry mass of each type of cellulose tested.

<カチオン性基量の測定>
実施例K1で得られたパルプ、セルロースナノクリスタルについて、カチオン性基量を測定した。すなわち、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。各種セルロースの単位質量あたりのカチオン性基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた各種セルロースの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
<Measurement of cationic group amount>
The cationic group content of the pulp and cellulose nanocrystals obtained in Example K1 was measured. That is, the freeze-dried and pulverized sample was subjected to measurement using a trace total nitrogen analyzer TN-110 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic Tech. Ionic nitrogen was removed in the process of neutralization and washing. The introduction amount (mmol/g) of cationic groups per unit mass of various celluloses is obtained by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of various celluloses obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen. Calculated by

<カルバミド基量の測定>
実施例A1~A8、B1、C1、比較例3~6で得られたパルプ、セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーについて、カルバミド基量を測定した。すなわち、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。各種セルロースの単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた各種セルロースの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
<Measurement of carbamide group amount>
The carbamide group content of the pulps, cellulose nanocrystals, and cellulose nanofibers obtained in Examples A1 to A8, B1, C1 and Comparative Examples 3 to 6 was measured. That is, the freeze-dried and pulverized sample was subjected to measurement using a trace total nitrogen analyzer TN-110 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic Tech. Ionic nitrogen was removed during the neutralization and washing processes. The introduction amount (mmol/g) of carbamide groups per unit mass of various celluloses was obtained by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of various celluloses obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen. Calculated.

<分散液の粘度の測定>
まず、各種セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの分散液を、固形分濃度が1.5質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of Viscosity of Dispersion>
First, dispersions of various cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers were diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 1.5% by mass, and then stirred at 1500 rpm for 5 minutes with a disperser. Then, the viscosity of the resulting dispersion was measured using a Brookfield viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT). The measurement conditions were a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value after 3 minutes from the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion. In addition, the dispersion liquid to be measured was allowed to stand in an environment of 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours before the measurement. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23°C.

<分散液の全光線透過率の測定>
分散液の全光線透過率の測定は各種セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、7361-1:1997に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。すなわち、イオン交換水のみで測定した全光線透過率を100%とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of Total Light Transmittance of Dispersion>
The total light transmittance of the dispersion is measured by diluting various cellulose dispersions with deionized water to a concentration of 0.2% by mass, and then using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). Measurement was performed according to 7361-1:1997 using a liquid glass cell (manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd., MG-40, reverse optical path) with an optical path length of 1 cm. The zero point measurement was performed with ion-exchanged water in the same glass cell. That is, the total light transmittance measured only with ion-exchanged water was taken as 100%. In addition, the dispersion liquid to be measured was allowed to stand in an environment of 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours before the measurement. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23°C.

<耐塩性>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの0.2質量%分散液に塩化ナトリウムを所定量加えた際の全光線透過率を測定し、塩化ナトリウムの添加により全光線透過率が変化しづらいものを、耐塩性が高いセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー分散液とした。具体的には、以下の指標で評価を行った。
A:塩化ナトリウム濃度が300mmol/Lにおいて、T/Tが0.98以上である
B:塩化ナトリウム濃度が300mmol/Lにおいて、T/Tが0.98未満であるが、塩化ナトリウム濃度が100mmol/Lにおいて、T/Tが0.98以上である
C:塩化ナトリウム濃度が100mmol/Lにおいて、T/Tが0.98未満である
ただし、T:塩化ナトリウムを加えた後の全光線透過率、T:塩化ナトリウムを加える前の全光線透過率である。
また、塩化ナトリウム添加後の全光線透過率の具体的な測定手順は下記のとおりである。
(1)セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの0.2質量%分散液に塩化ナトリウムを固体のまま所定量加える
(2)塩化ナトリウムが溶解するまでテフロン(登録商標)製の棒で手撹拌を行う
(3)塩化ナトリウムを溶解後、回転ディスパーザーにて、4000rpm、1分間撹拌する
(4)<分散液の全光線透過率の測定>に記載の方法で、全光線透過率の測定を行う
<Salt resistance>
The total light transmittance was measured when a predetermined amount of sodium chloride was added to the resulting 0.2% by mass dispersion of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers, and the total light transmittance hardly changed due to the addition of sodium chloride. was used as a cellulose nanocrystal and cellulose nanofiber dispersion with high salt resistance. Specifically, evaluation was performed using the following indices.
A: T / T 0 is 0.98 or more at a sodium chloride concentration of 300 mmol / L B: T / T 0 is less than 0.98 at a sodium chloride concentration of 300 mmol / L, but the sodium chloride concentration is T/T 0 is 0.98 or more at 100 mmol/L. C: T/T 0 is less than 0.98 at a sodium chloride concentration of 100 mmol/L. Light transmittance, T 0 : Total light transmittance before adding sodium chloride.
Moreover, the specific measurement procedure of the total light transmittance after adding sodium chloride is as follows.
(1) Add a predetermined amount of solid sodium chloride to a 0.2% by mass dispersion of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers (2) Manually stir with a Teflon (registered trademark) rod until the sodium chloride is dissolved. (3) After dissolving sodium chloride, stir at 4000 rpm for 1 minute with a rotating disperser. (4) Measure total light transmittance by the method described in <Measurement of total light transmittance of dispersion>.

<C6位以外の変性有無>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの分散液を凍結乾燥した試料を13C CP/MAS NMRにより分析した。比較例1の試料の結果と比べた際に、C2、C3、C5位に相当する68-80ppm、C3位に隣接するC4位に相当する80-91ppm、C2位に隣接するC1位に相当する101-109ppmのケミカルシフトにおけるピークに変化が見られた場合、C6位以外にも変性が起こっているとみなした。
<Presence or absence of modification other than C6 position>
A freeze-dried sample of the obtained cellulose nanocrystal and cellulose nanofiber dispersion was analyzed by 13 C CP/MAS NMR. 68-80 ppm corresponding to the C2, C3, C5 positions, 80-91 ppm corresponding to the C4 position adjacent to the C3 position, and corresponding to the C1 position adjacent to the C2 position when compared to the results of the sample of Comparative Example 1. A change in the peak at the chemical shift of 101-109 ppm was considered to be a modification other than at the C6 position.

<純度>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの純度は、イオン性官能基以外の官能基を含むか否か、および湿式加熱時の着色から判断した。
A:イオン性官能基以外の官能基を含まない、または、イオン性官能基以外の官能基を含むが、湿式加熱によりほとんど着色しない
B:イオン性官能基以外の官能基を含み、湿式加熱によりやや黄色味を帯びる
C:イオン性官能基以外の官能基を含み、湿式加熱により強い黄色~薄い茶色となる
なお、湿式加熱時の着色は、1質量%濃度のセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー分散液を95℃で10時間加熱した際の着色度を目視で判断した。カルバミド基などの加水分解等によってアンモニアを遊離し得る含窒素構造は、着色構造の形成を促進すると考えられる。
<Purity>
The purity of the obtained cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers was judged from whether or not they contained functional groups other than ionic functional groups, and from the coloration during wet heating.
A: Does not contain functional groups other than ionic functional groups, or contains functional groups other than ionic functional groups, but is hardly colored by wet heating B: Contains functional groups other than ionic functional groups, by wet heating Slightly yellowish C: Contains functional groups other than ionic functional groups, and becomes strong yellow to light brown when heated by wet heating. Coloring during wet heating is 1 mass% concentration of cellulose nanocrystals and cellulose nanofiber dispersion. The degree of coloration when the liquid was heated at 95° C. for 10 hours was judged visually. A nitrogen-containing structure capable of liberating ammonia by hydrolysis or the like, such as a carbamide group, is thought to promote formation of a colored structure.

<繊維の屈曲>
原子間力顕微鏡でセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの像を撮影し、無作為に選んだ100本の繊維について、繊維が途中で1つ以上の折れ曲がり(角度30°以上)を起こしているものを数え、以下の基準で判断した。
A:折れ曲がりがある繊維が10本未満である
B:折れ曲がりがある繊維が10本以上20本未満である
C:折れ曲がりがある繊維が20本以上である
<Bend of fiber>
Images of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers are taken with an atomic force microscope, and 100 fibers are randomly selected, and those with one or more bends (angle of 30° or more) in the middle are examined. were counted and judged according to the following criteria.
A: The number of bent fibers is less than 10. B: The number of bent fibers is 10 or more and less than 20. C: The number of bent fibers is 20 or more.

Figure 2022132151000003
Figure 2022132151000003

Figure 2022132151000004
Figure 2022132151000004

表1-1、1-2に記載のイオン性官能基導入セルロース繊維、イオン性官能基導入セルロースナノファイバー、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルについて、前述した<リンオキソ酸基量の測定>によりイオン性官能基導入量を測定した場合は、当該測定結果の第1解離酸量、第2解離酸量の結果をそれぞれの欄に記載した。また、前述した<カルボキシ基量の測定>、<硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定>によりイオン性官能基量を測定した場合は、当該測定結果を第1解離酸量の欄に記載した。また、前述した<カチオン性基量の測定>によりイオン性官能基導入量を測定した場合は、当該測定結果をカチオン性基量の欄に記載した。 Regarding the ionic functional group-introduced cellulose fibers, ionic functional group-introduced cellulose nanofibers, and ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals shown in Tables 1-1 and 1-2, ion When the amount of functional group introduced was measured, the results of the first dissociated acid amount and the second dissociated acid amount of the measurement results were described in the respective columns. In addition, when the amount of ionic functional groups is measured by <measurement of carboxyl group amount> and <measurement of sulfur oxoacid group/sulfone group amount> described above, the measurement results are described in the first dissociated acid amount column. . In addition, when the amount of introduced ionic functional groups was measured by <measurement of amount of cationic group> described above, the measurement result was described in the column of amount of cationic group.

表1-1、1-2によれば、工程A~工程Cをこの順で有する製造方法により得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れる。また、純度が高い。
一方、比較例に示すように、イオン性官能基導入工程を有しない比較例1では、透明性および耐塩性に劣るものであった。また、比較例2および3に示すように解繊後にイオン性官能基を導入した場合には、イオン性官能基の導入量が低く、透明性および耐塩性に劣るものであるか(比較例2)、純度に劣るものであった(比較例3)。
また、比較例4および5に示すように、工程Bにおいて、加水分解に使用する酸性水溶液の濃度が5mol/L未満である場合には、水溶液とした場合の粘度が高かった。また、比較例6に示すように、工程Bを行わなかった場合には、酵素処理を行っても、水溶液とした場合の粘度が高かった。
According to Tables 1-1 and 1-2, the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained by the production method having steps A to C in this order have a low viscosity when made into an aqueous dispersion, High transparency and excellent salt resistance. In addition, the purity is high.
On the other hand, as shown in Comparative Examples, Comparative Example 1, which does not include the step of introducing an ionic functional group, was inferior in transparency and salt resistance. Also, when the ionic functional groups were introduced after fibrillation as shown in Comparative Examples 2 and 3, the amount of ionic functional groups introduced was low, and the transparency and salt resistance were poor (Comparative Example 2). ), and the purity was poor (Comparative Example 3).
Further, as shown in Comparative Examples 4 and 5, in the step B, when the concentration of the acidic aqueous solution used for hydrolysis was less than 5 mol/L, the viscosity of the aqueous solution was high. Moreover, as shown in Comparative Example 6, when the step B was not performed, the viscosity of the aqueous solution was high even if the enzyme treatment was performed.

Claims (19)

下記工程A~工程Cをこの順で含む、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法。
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
A method for producing an ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal, comprising the following steps A to C in this order.
Step A: Ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers Step B: Hydrolysis step of hydrolyzing cellulose fibers introduced with ionic functional groups with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more C: Defibrillation step of fibrillating cellulose fibers into which hydrolyzed ionic functional groups have been introduced
前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の製造方法。 The ionic functional group is selected from the group consisting of a phosphorous oxoacid group, a group derived from a phosphorous oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic functional group. The manufacturing method according to claim 1, wherein at least one of the 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載の製造方法。 3. The production method according to claim 1 or 2, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorous acid group and a group derived from a phosphorous acid group. 工程Aにおいて、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量が、0.50mmol/g以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。 4. The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein in step A, the amount of the ionic functional group introduced into the cellulose fiber is 0.50 mmol/g or more. イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基導入量が、0.10mmol/g以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of ionic functional group introduced in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 0.10 mmol/g or more. イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is 0.06 mmol/g or less. 工程Bで使用する酸性水溶液が、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液である、請求項1~6のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the acidic aqueous solution used in step B is an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid. . イオン性官能基導入量が0.10mmol/g以上である、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル(ただし、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く)。 An ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduction amount of 0.10 mmol/g or more (however, a cellulose nanocrystal in which only the carbon atom at the 6-position of cellulose is oxidized and a carboxy group is introduced) except). 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびアンモニウム基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group is at least selected from the group consisting of a phosphorous acid group, a group derived from a phosphorous acid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and an ammonium group. The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to claim 8, which is one. 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8または9に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 10. The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to claim 8 or 9, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorous acid group and a group derived from a phosphorous acid group. 前記イオン性官能基導入量が0.50mmol/g以上である、請求項8~10のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of claims 8 to 10, wherein the amount of the ionic functional group introduced is 0.50 mmol/g or more. セルロースの2位および3位の炭素原子の少なくともいずれか1つに前記イオン性官能基が導入されている、請求項8~11のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of claims 8 to 11, wherein the ionic functional group is introduced to at least one of carbon atoms at the 2- and 3-positions of cellulose. イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、請求項8~12のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal according to any one of claims 8 to 12, wherein the amount of carbamide groups in the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 0.06 mmol/g or less. 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの1.5質量%水分散液の粘度が100mPa・s以下である、請求項8~13のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of claims 8 to 13, wherein a 1.5% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals has a viscosity of 100 mPa·s or less. 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の全光線透過率が95.5%以上である、請求項8~14のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of claims 8 to 14, wherein a total light transmittance of a 0.2% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals is 95.5% or more. cellulose nanocrystals. 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液に100mmol/Lとなるように塩化ナトリウムを添加した場合、塩化ナトリウムを添加後の全光線透過率をT、塩化ナトリウムを添加前の全光線透過率をTとしたとき、T/Tが0.98以上である、請求項8~15のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。 When sodium chloride is added to a 0.2% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals to a concentration of 100 mmol/L, the total light transmittance after addition of sodium chloride is T, and sodium chloride is added. The cellulose nanocrystal with introduced ionic functional groups according to any one of claims 8 to 15, wherein T/T 0 is 0.98 or more, where T 0 is the total light transmittance before. 請求項8~16のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、分散液。 A dispersion containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of claims 8 to 16. 請求項8~16のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、シート。 A sheet containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of claims 8 to 16. 請求項8~16のいずれか1項に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、パウダー。 A powder containing the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals according to any one of claims 8 to 16.
JP2022024931A 2021-02-26 2022-02-21 Ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals and method of producing the same, and dispersion liquids, sheets, and powders containing the same Pending JP2022132151A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021031012 2021-02-26
JP2021031012 2021-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022132151A true JP2022132151A (en) 2022-09-07

Family

ID=83153544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022024931A Pending JP2022132151A (en) 2021-02-26 2022-02-21 Ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals and method of producing the same, and dispersion liquids, sheets, and powders containing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022132151A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6414179B2 (en) Phosphate esterified fine cellulose fiber and method for producing the same
WO2021215502A1 (en) Fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion, and fibrous cellulose production method
JP7355028B2 (en) Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
JP7140165B2 (en) Fine fibrous cellulose, dispersion, sheet and method for producing fine fibrous cellulose
JP7131296B2 (en) Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
JP7183627B2 (en) Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
WO2020080393A1 (en) Fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion, and production method for fibrous cellulose
JP2022026834A (en) Molding and manufacturing method of molding
JP2020063351A (en) Fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion and production method of fibrous cellulose
JP2022132151A (en) Ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals and method of producing the same, and dispersion liquids, sheets, and powders containing the same
JP7351305B2 (en) Fibrous cellulose-containing composition, liquid composition and molded article
JP2021116519A (en) Method for producing microfibrous cellulose/micro inorganic laminar compound-containing material, and microfibrous cellulose/micro inorganic laminar compound-containing material
WO2021107147A1 (en) Fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion, and sheet
WO2022172832A1 (en) Sheet and layered body
WO2021107146A1 (en) Fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion, and sheet
JP6940008B2 (en) Method for producing fibrous cellulose, fibrous cellulose dispersion liquid and fibrous cellulose
JP7127005B2 (en) Fine fibrous cellulose inclusions
JP6780729B2 (en) Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
JP7107267B2 (en) Composition
JP6780730B2 (en) Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
US20240141591A1 (en) Sheet and layered body
WO2021107148A1 (en) Dispersion liquid
JP2022157193A (en) Fibrous cellulose, dispersion and sheet
EP3895865A1 (en) Fibrous cellulose
WO2020121952A1 (en) Fibrous cellulose