JP2024029630A - Scaffolding material for cell culture, manufacturing method thereof, method for producing cultured cell, method for producing sphere, and cell culture container - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞培養用足場材、その製造方法、培養された細胞の製造方法、スフェアの製造方法および細胞培養用容器に関する。 The present invention relates to a scaffold for cell culture, a method for producing the same, a method for producing cultured cells, a method for producing spheres, and a container for cell culture.
細胞培養技術では、生体内組織と同等の機能を有する組織体の培養が注目されている。
細胞培養技術として、感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にパターン膜を形成し、このパターン膜を隔壁として用い、該隔壁で細胞接着領域と細胞非接着領域で画定される領域とを形成し、細胞接着領域で細胞を培養する方法がよく知られている。このような、細胞に対する接着領域と非接着領域とを形成する、いわゆるマイクロパターン型の細胞凝集塊形成様式では、主にプラスチック基板が採用されており、細胞をこのような基板に接着させるがゆえ、細胞上部と比較して底部への栄養やガスの輸送が困難であるなどの課題がある。また、プラスチック基板に対する細胞接着性が比較的高いため、プラスチック基板面に対して垂直方向の細胞成長の自由度と、プラスチック基板面に対して水平方向の細胞成長の自由度が異なることによる課題もある。
In cell culture technology, the cultivation of tissues having functions equivalent to in-vivo tissues is attracting attention.
As a cell culture technique, a patterned film is formed on a substrate using a radiation-sensitive resin composition, and this patterned film is used as a partition wall to form a region defined by a cell adhesion region and a cell non-adhesion region. However, methods for culturing cells in cell adhesion areas are well known. In this so-called micropattern type cell aggregate formation mode, which forms adhesive areas and non-adhesive areas for cells, plastic substrates are mainly used, and cells are attached to such substrates. However, there are issues such as the difficulty in transporting nutrients and gases to the bottom of the cell compared to the top of the cell. In addition, because cell adhesion to plastic substrates is relatively high, there are issues with the difference in the degree of freedom for cell growth in the vertical direction to the plastic substrate surface and the degree of freedom for cell growth in the horizontal direction to the plastic substrate surface. be.
これに対し、細胞の接着を適度に抑制しながら細胞凝集塊を形成する足場型の細胞培養様式においては、機械的に柔らかく、かつ栄養やガスの透過性に優れるハイドロゲル基板などが用いられている。該ハイドロゲル基板を用いる培養は、前記プラスチック基板を用いる培養と比較して、より自然な細胞環境を再現できるため、ハイドロゲル基板は、体外での細胞培養の基板として理想とされている。 In contrast, in scaffold-type cell culture methods that form cell aggregates while moderately suppressing cell adhesion, hydrogel substrates that are mechanically soft and have excellent permeability to nutrients and gases are used. There is. Since culture using the hydrogel substrate can reproduce a more natural cell environment than culture using the plastic substrate, the hydrogel substrate is considered to be ideal as a substrate for cell culture outside the body.
ハイドロゲルはアルギン酸由来の化合物やセルロース由来の化合物から形成されることがよく知られているが、再生可能資源の利用への意識の高まりから、中でもセルロースナノファイバー等の植物原料由来の化合物を用いることが検討されている。 It is well known that hydrogels are formed from alginic acid-derived compounds and cellulose-derived compounds, but with increasing awareness of the use of renewable resources, compounds derived from plant materials such as cellulose nanofibers are being used. This is being considered.
例えば、特許文献1~3には、このようなセルロースナノファイバー等を含むハイドロゲル(基板)を用いて細胞を培養することが記載されている。
For example,
パターン化されたハイドロゲル上で細胞を培養することができれば、パターンに沿った細胞成長や分化等を促すことができ、所望形状の細胞塊や細胞組織を作り出すことが可能になると考えられる。一方で、ハイドロゲルを所望のパターンで得る技術はほとんど知られていない。これは、ハイドロゲルパターンの形成技術が限られており、また、ハイドロゲルパターンの形成に時間がかかるなどの技術的な課題も残されているからである。 If cells can be cultured on a patterned hydrogel, cell growth and differentiation along the pattern can be promoted, and it is thought that it will be possible to create cell clusters and cell tissues with desired shapes. On the other hand, little is known about the technology for obtaining hydrogels in desired patterns. This is because the technology for forming a hydrogel pattern is limited, and there are still technical issues such as the time it takes to form a hydrogel pattern.
本発明は以上のことに鑑みてなされたものであり、透明性に優れ、足場型細胞培養に用いることができる細胞培養用足場材、特にハイドロゲルパターンを有する足場材を、露光かつ現像による簡便な方法で形成することができる細胞培養用足場材を提供することを課題とする。 The present invention was made in view of the above, and provides a cell culture scaffold material that has excellent transparency and can be used for scaffold-type cell culture, particularly a scaffold material having a hydrogel pattern, which can be easily produced by exposure and development. An object of the present invention is to provide a scaffold material for cell culture that can be formed by a method that can be used in a cell culture.
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の構成例により前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の構成例は、以下の通りである。
The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems. As a result, the inventors discovered that the above problem could be solved by the following configuration example, and completed the present invention.
A configuration example of the present invention is as follows.
[1] 平均繊維幅が100nm以下の繊維状セルロースと、
重合性化合物および重合開始剤を含むネガ型感放射線性成分と
を含有し、
前記ネガ型感放射線性成分の含有量が、前記繊維状セルロース100質量部に対し、20~200質量部であり、
前記ネガ型感放射線性成分が、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解する成分である、
細胞培養用足場材。
[1] Fibrous cellulose with an average fiber width of 100 nm or less,
Contains a negative radiation-sensitive component containing a polymerizable compound and a polymerization initiator,
The content of the negative radiation-sensitive component is 20 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of the fibrous cellulose,
The negative radiation-sensitive component is a component that is soluble in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof;
Scaffolding material for cell culture.
[2] 前記細胞培養用足場材を露光かつ現像してなる、ハイドロゲルパターンを有する[1]に記載の細胞培養用足場材。 [2] The cell culture scaffold material according to [1], which has a hydrogel pattern obtained by exposing and developing the cell culture scaffold material.
[3] 前記重合性化合物が、(メタ)アクリロイルオキシ基および(メタ)アクリルアミド基から選ばれる少なくとも1つの基を有する、[1]または[2]に記載の細胞培養用足場材。 [3] The cell culture scaffold material according to [1] or [2], wherein the polymerizable compound has at least one group selected from a (meth)acryloyloxy group and a (meth)acrylamide group.
[4] ヘーズが10%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の細胞培養用足場材。 [4] The cell culture scaffold material according to any one of [1] to [3], which has a haze of 10% or less.
[5] [1]~[4]のいずれかに記載の細胞培養用足場材の一部に放射線を照射して、未露光部を、水および水を含む溶媒から選ばれる少なくとも1つで洗浄除去して、ハイドロゲルパターンを形成する工程を含む、細胞培養用足場材の製造方法。 [5] Irradiating a part of the cell culture scaffold material according to any one of [1] to [4] with radiation, and washing the unexposed part with at least one selected from water and a water-containing solvent. A method for producing a scaffold for cell culture, including the step of removing it to form a hydrogel pattern.
[6] [1]~[4]のいずれかに記載の細胞培養用足場材上で細胞を培養する工程を含む、培養された細胞の製造方法。
[7] [1]~[4]のいずれかに記載の細胞培養用足場材上で細胞を培養する工程を含む、スフェアの製造方法。
[6] A method for producing cultured cells, comprising the step of culturing cells on the scaffold for cell culture according to any one of [1] to [4].
[7] A method for producing spheres, comprising a step of culturing cells on the cell culture scaffold material according to any one of [1] to [4].
[8] 細胞の培養領域の少なくとも一部に前記ハイドロゲルパターンを備える、[2]に記載の細胞培養用足場材を含む細胞培養用容器。 [8] A cell culture container comprising the cell culture scaffold material according to [2], wherein at least a portion of the cell culture area is provided with the hydrogel pattern.
本発明によれば、透明性に優れ、足場型細胞培養に用いることができる細胞培養用足場材、特にハイドロゲルパターンを有する足場材(以下「パターン化ハイドロゲル足場材」ともいう。)を、露光かつ現像による簡便な方法、具体的には、露光により形成した露光部および未露光部のうちの未露光部の少なくとも一部を、現像により除去することでハイドロゲルパターンを形成することができる、細胞培養用足場材を提供することができる。
該パターン化ハイドロゲル足場材によれば、細胞培養に好適な足場を提供でき、所望部分で選択的に細胞を培養し、スフェア(細胞塊)を形成することができる。また、該パターン化ハイドロゲル足場材は、ハイドロゲルパターンと、支持基板とからなる積層体ではなく、1層の足場材をパターン化したものとすることができるため、ハイドロゲルパターンと支持基板との密着性等を考慮する必要がない。
さらに、本発明によれば、細胞塊形成性に優れる細胞培養容器を提供することができる。
According to the present invention, a cell culture scaffold material that has excellent transparency and can be used for scaffold-type cell culture, particularly a scaffold material having a hydrogel pattern (hereinafter also referred to as "patterned hydrogel scaffold material"), A hydrogel pattern can be formed by a simple method of exposure and development, specifically, by removing at least part of the exposed and unexposed areas formed by exposure by development. , can provide a scaffold material for cell culture.
According to the patterned hydrogel scaffold material, a scaffold suitable for cell culture can be provided, and cells can be selectively cultured in desired areas to form spheres (cell clusters). In addition, the patterned hydrogel scaffold material can be a patterned one-layer scaffold material rather than a laminate consisting of a hydrogel pattern and a support substrate, so that the hydrogel pattern and the support substrate can be patterned. There is no need to consider adhesion, etc.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a cell culture container with excellent cell cluster formation properties.
≪細胞培養用足場材≫
本発明に係る細胞培養用足場材(以下「本足場材」ともいう。)は、
平均繊維幅が100nm以下の繊維状セルロースと、
重合性化合物および重合開始剤を含むネガ型感放射線性成分と
を含有し、
前記ネガ型感放射線性成分の含有量が、繊維状セルロース100質量部に対し、20~200質量部であり、
前記ネガ型感放射線性成分が、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解する成分である。
≪Scaffolding material for cell culture≫
The scaffold material for cell culture according to the present invention (hereinafter also referred to as "this scaffold material") is
Fibrous cellulose with an average fiber width of 100 nm or less,
Contains a negative radiation-sensitive component containing a polymerizable compound and a polymerization initiator,
The content of the negative radiation-sensitive component is 20 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of fibrous cellulose,
The negative radiation-sensitive component is a component that is soluble in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof.
前記繊維状セルロースを含有する足場材は、透明性が極めて高く、また、平均繊維幅が100nm以下であることから、ミクロンオーダーの微細なハイドロゲルパターンを形成可能である。
本足場材の一実施形態を露光し、露光部および未露光部を形成すると、露光部は感放射線性成分が硬化して水だけでなく有機溶剤にも不溶な硬化部を形成することができる。また、未露光部は、水または水を含む溶媒(現像液)で現像すると、感放射線性成分の少なくとも一部のみを除去することができ、繊維状セルロースは、そのまま足場材(パターン部)に残存し、現像液中の水を吸収して、ハイドロゲルパターン(セルロースハイドロゲルパターン)を形成することができ、すなわち、パターン化ハイドロゲル足場材を得ることができる。この際に、フォトマスクを介して前記足場材を露光すると、所望の形状のパターンを有するパターン化ハイドロゲル足場材を得ることができる。
得られたパターン化ハイドロゲル足場材に細胞を播種して培養すると、ゲルパターン部が足場として機能し、細胞がゲルパターン部に集合して細胞塊を形成することができる。この場合、フォトマスクの形状通りにゲルパターンを形成することができ、様々なゲルパターン形状に沿った細胞塊を形成できるため、細胞培養容器(細胞培養器具、細胞培養装置を含む)への応用が期待できる。
The scaffolding material containing fibrous cellulose has extremely high transparency and has an average fiber width of 100 nm or less, so it is possible to form a fine hydrogel pattern on the micron order.
When one embodiment of the present scaffolding material is exposed to light to form an exposed area and an unexposed area, the radiation-sensitive component in the exposed area is cured to form a cured area that is insoluble not only in water but also in organic solvents. . In addition, if the unexposed area is developed with water or a water-containing solvent (developer), at least a portion of the radiation-sensitive component can be removed, and the fibrous cellulose can be directly applied to the scaffold material (pattern area). It can remain and absorb water in the developer solution to form a hydrogel pattern (cellulose hydrogel pattern), that is, a patterned hydrogel scaffold can be obtained. At this time, by exposing the scaffolding material to light through a photomask, a patterned hydrogel scaffolding material having a pattern of a desired shape can be obtained.
When cells are seeded and cultured on the obtained patterned hydrogel scaffold, the gel pattern section functions as a scaffold, and the cells can gather in the gel pattern section to form a cell mass. In this case, a gel pattern can be formed according to the shape of the photomask, and cell clusters can be formed according to various gel pattern shapes, so it can be applied to cell culture vessels (including cell culture instruments and cell culture devices). can be expected.
本明細書において使用される用語の意味は以下のとおりである。
「~」で表される数値範囲は、その両端の数値を含む範囲(以上、以下)を意味する。
「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の総称であり、個別にはアクリルおよびメタクリルを意味する。「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリロイルオキシ」、「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」および「(メタ)アクリルアミド」についても同様である。
The meanings of terms used in this specification are as follows.
A numerical range represented by "~" means a range (above and below) that includes the numerical values at both ends.
"(Meth)acrylic" is a general term for "acrylic" and "methacrylic", and individually means acrylic and methacrylic. The same applies to "(meth)acryloyl", "(meth)acryloyloxy", "(meth)acrylic acid", "(meth)acrylate" and "(meth)acrylamide".
<繊維状セルロース>
本足場材は、平均繊維幅が100nm以下の繊維状セルロースを含有する。
なお、繊維状セルロースは、例えば単繊維状のセルロースである。
本足場材に用いる繊維状セルロースは、1種でもよく、2種以上でもよい(平均繊維幅等の形状が異なる2種以上であってもよく、官能基等の材質が異なる2種以上であってもよい)。また、後述するイオン性基を含有する繊維状セルロースと、未変性繊維状セルロースとを併用してもよい。
<Fibrous cellulose>
This scaffolding material contains fibrous cellulose with an average fiber width of 100 nm or less.
Note that the fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
The fibrous cellulose used in this scaffolding material may be one type or two or more types (two or more types may be used with different shapes such as average fiber width, and two or more types with different materials such as functional groups). ). Further, fibrous cellulose containing an ionic group, which will be described later, and unmodified fibrous cellulose may be used in combination.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、好ましくは2nm以上100nm以下、より好ましくは2nm以上50nm以下、さらに好ましくは2nm以上10nm以下である。
繊維状セルロースの平均繊維幅が前記範囲にあることで、透明性に優れる本足場材を容易に得ることができ、セルロース分子として水および水を含む溶媒に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上などの効果がより発現しやすくなる。
なお、前記繊維幅は、電子顕微鏡写真等にて観察される、繊維状セルロースの繊維長方向に対する垂直の方向の長さのことをいう。
The average fiber width of the fibrous cellulose is preferably 2 nm or more and 100 nm or less, more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
By having the average fiber width of the fibrous cellulose within the above range, this scaffolding material with excellent transparency can be easily obtained, and the cellulose molecules are prevented from dissolving in water and water-containing solvents, and the fibrous cellulose Effects such as improvements in strength, rigidity, and dimensional stability are more likely to be realized.
Note that the fiber width refers to the length in the direction perpendicular to the fiber length direction of fibrous cellulose, as observed in an electron micrograph or the like.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、例えば、電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定することができる。
まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロース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倍または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(1)および(2)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X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 fibrous cellulose can be measured, for example, using an electron microscope as follows.
First, an aqueous suspension of fibrous cellulose with a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilic carbon film-coated grid to provide a sample for TEM observation. shall be. If wide fibers are included, a SEM image of the surface cast on glass may be observed. Next, observation using an electron microscope is performed at a magnification of 1,000 times, 5,000 times, 10,000 times, or 50,000 times, depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification should be adjusted to satisfy the following conditions (1) and (2).
(1) Draw a straight line X at any location in the observed image, and 20 or more fibers intersect with the straight line X.
(2) Draw a straight line Y that intersects the straight line X perpendicularly within the same image, and 20 or more fibers intersect with the straight line Y.
前記(1)および(2)の条件を満足する観察画像に対し、直線Xと交差する繊維および直線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と交差する繊維および直線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、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。 For an observed image that satisfies the conditions (1) and (2) above, the widths of the fibers intersecting the straight line X and the widths of the fibers intersecting the straight line Y are visually read. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap with each other are obtained. Then, for each image, read the width of the fibers that intersect the straight line X and the fibers that intersect the straight line Y. In this way, the width of at least 20 x 2 x 3 = 120 fibers is read. Then, the average value of the read fiber widths is defined as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維長は特に限定されないが、好ましくは0.1μm以上1,000μm以下、より好ましくは0.1μm以上800μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上600μm以下である。
平均繊維長が前記範囲内にあることで、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制することができる。また、本足場材の原料として繊維状セルロースの分散液を用いる場合、該分散液の粘度を適切な範囲とすることが容易となる。
なお、繊維状セルロースの平均繊維長は、例えばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができ、具体的には、前記平均繊維幅と同様にして、読み取った120本の繊維の繊維長の平均を算出することで求めることができる。
The average fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1,000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less.
When the average fiber length is within the above range, destruction of the crystalline region of fibrous cellulose can be suppressed. Furthermore, when a dispersion of fibrous cellulose is used as a raw material for the present scaffolding material, it is easy to adjust the viscosity of the dispersion to an appropriate range.
The average fiber length of fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using TEM, SEM, or AFM. Specifically, the average fiber length of the 120 fibers read in the same manner as the average fiber width is calculated. It can be determined by calculating the average.
繊維状セルロースの軸比(平均繊維長/平均繊維幅)は特に限定されないが、好ましくは20以上10,000以下、より好ましくは50以上1,000以下である。
軸比の大きい長繊維の繊維状セルロースを用いると、繊維状セルロースの分散液の粘度が高くなる傾向にある。
軸比が前記下限値以上であると、繊維状セルロースを含有する足場材を形成しやすく、繊維状セルロースの分散液を作製した際に十分な増粘性が得られやすい。また、軸比が前記上限値以下であることで、例えば、繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる等の点で好ましい。
The axial ratio (average fiber length/average fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10,000 or less, more preferably 50 or more and 1,000 or less.
When long fiber fibrous cellulose with a large axial ratio is used, the viscosity of the fibrous cellulose dispersion tends to increase.
When the axial ratio is at least the lower limit, it is easy to form a scaffolding material containing fibrous cellulose, and when a fibrous cellulose dispersion is prepared, sufficient thickening properties are easily obtained. Further, it is preferable that the axial ratio is equal to or less than the upper limit value, for example, because handling such as dilution becomes easier when handling the fibrous cellulose as an aqueous dispersion.
繊維状セルロースは、I型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースが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°~17°付近と2θ=22°~23°付近の2箇所の位置に典型的なピークを有することから同定することができる。 It is preferable that the fibrous cellulose has a type I crystal structure. Here, the fact that fibrous cellulose has 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 because it has typical peaks at two positions: around 2θ=14° to 17° and around 2θ=22° to 23°.
繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上である。
I型結晶構造の割合が前記範囲にあることで、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れる性能が期待できる。
なお、I型結晶構造の割合は、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法(例:Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)により求められる。
The proportion of type I crystal structure in the fibrous cellulose is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and still more preferably 50% or more.
When the proportion of the type I crystal structure is within the above range, even better performance can be expected in terms of heat resistance and low coefficient of linear thermal expansion.
The proportion of type I crystal structure is determined by measuring an X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (eg, Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
本足場材中の繊維状セルロースの含有量は、透明性および微細なパターンの形成を可能とすることができる等の点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上であり、好ましくは83.3質量%以下、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下である。 The content of fibrous cellulose in the present scaffolding material is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and even more preferably is 50% by mass or more, preferably 83.3% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 70% by mass or less.
繊維状セルロースは、例えば、イオン性基および非イオン性基よりなる群から選択される少なくとも1種を有することが好ましい。
繊維状セルロースがイオン性基を有する場合、該イオン性基は、1種でもよく、2種以上でもよい。また、繊維状セルロースが非イオン性基を有する場合、該非イオン性基は、1種でもよく、2種以上でもよい。
繊維状セルロースには、イオン性基や非イオン性基を導入する処理が行われていてもよく、イオン性基や非イオン性基を導入する処理が行われていなくてもよい。
分散媒中における繊維状セルロースの分散性を向上させ、解繊処理における解繊効率を高める等の点からは、繊維状セルロースがイオン性基を有することがより好ましい。
イオン性基としては、例えば、アニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方が挙げられる。
また、非イオン性基としては、例えば、アルキル基およびアシル基が挙げられる。
It is preferable that the fibrous cellulose has, for example, at least one kind selected from the group consisting of an ionic group and a nonionic group.
When the fibrous cellulose has an ionic group, the ionic group may be one type or two or more types. Moreover, when the fibrous cellulose has a nonionic group, the number of the nonionic groups may be one or two or more.
The fibrous cellulose may be subjected to a treatment for introducing an ionic group or a nonionic group, or may not be subjected to a treatment for introducing an ionic group or a nonionic group.
From the viewpoint of improving the dispersibility of the fibrous cellulose in the dispersion medium and increasing the fibrillation efficiency in the fibrillation treatment, it is more preferable that the fibrous cellulose has an ionic group.
Examples of the ionic group include one or both of an anionic group and a cationic group.
Further, examples of the nonionic group include an alkyl group and an acyl group.
前記カチオン性基としては、例えば、アンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基が挙げられる。これらの中でも、アンモニウム基であることが好ましい。 Examples of the cationic group include an ammonium group, a phosphonium group, and a sulfonium group. Among these, an ammonium group is preferred.
本発明の一実施形態では、イオン性基としてアニオン性基を有することが特に好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is particularly preferable to have an anionic group as the ionic group.
前記アニオン性基としては、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置換基(以下単に「リンオキソ酸基」ともいう。)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する置換基(以下単に「カルボキシ基」ともいう。)、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(以下単に「硫黄オキソ酸基」ともいう。)、ザンテート基又はザンテート基に由来する置換基(以下単に「ザンテート基」ともいう。)、ホスホン基又はホスホン基に由来する置換基(以下単に「ホスホン基」ともいう。)、ホスフィン基又はホスフィン基に由来する置換基(以下単に「ホスフィン基」ともいう。)、スルホン基又はスルホン基に由来する置換基(以下単に「スルホン基」ともいう。)、カルボキシアルキル基又はカルボキシアルキル基に由来する置換基が挙げられる。これらの中でも、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、およびスルホン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置換基、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置換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、リンオキソ酸基であることが特に好ましい。
アニオン性基としてリンオキソ酸基を導入することにより、例えば、アルカリ性条件下や酸性条件下においても、繊維状セルロースの分散性をより高めることができ、結果として高強度かつ高透明な足場材が得られやすくなる。
Examples of the anionic group include a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group (hereinafter also simply referred to as a "phosphorus oxo acid group"), a carboxy group or a substituent derived from a carboxy group (hereinafter simply referred to as a "carboxy group"). ), a sulfur oxo acid group or a substituent derived from a sulfur oxo acid group (hereinafter also simply referred to as a ``sulfur oxo acid group''), a xanthate group or a substituent derived from a xanthate group (hereinafter simply referred to as a ``xanthate group'') ), a phosphonic group or a substituent derived from a phosphonic group (hereinafter also simply referred to as a "phosphonic group"), a phosphine group or a substituent derived from a phosphine group (hereinafter also simply referred to as a "phosphine group"), Examples include a sulfone group or a substituent derived from a sulfone group (hereinafter also simply referred to as "sulfone group"), a carboxyalkyl group, or a substituent derived from a carboxyalkyl group. Among these, from the group consisting of a phosphorus oxo acid group, a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, a carboxy group, a sulfur oxo acid group, a substituent derived from a sulfur oxo acid group, a carboxymethyl group, a carboxyethyl group, and a sulfone group. At least one selected from the group consisting of a phosphorus oxo acid group, a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, a carboxy group, a sulfur oxo acid group, and a substituent derived from a sulfur oxo acid group One kind is more preferable, and a phosphorus oxo acid group is particularly preferable.
By introducing a phosphorus oxoacid group as an anionic group, the dispersibility of fibrous cellulose can be further improved even under alkaline or acidic conditions, resulting in a scaffold material with high strength and high transparency. become more susceptible to
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、例えば、下記式(1)で表される基である。
各繊維状セルロースには、下記式(1)で表される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)で表される基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
The phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is, for example, a group represented by the following formula (1).
A plurality of groups represented by the following formula (1) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, a plurality of groups represented by the following formula (1) introduced may be the same or different.
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。
なお、式(1)では、nは1であることが好ましい。
In formula (1), a, b, and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (a=b×m). At least one of n α and α' is
Note that in formula (1), n is preferably 1.
Rは独立して、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。
なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や繊維状セルロースに前記式(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。
R is independently 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 hydrocarbon group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from these.
In addition, when multiple R's exist in formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, each of the multiple R's is the same. It may be different or different.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基が挙げられる。
飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、例えば、i-プロピル基、t-ブチル基が挙げられる。
飽和-環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
不飽和-直鎖状炭化水素基としては、例えば、ビニル基、アリル基が挙げられる。
不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、例えば、i-プロペニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基が挙げられる。
不飽和-環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基が挙げられる。
芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
Examples of the saturated linear hydrocarbon group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, and n-butyl group.
Examples of the saturated-branched hydrocarbon group include i-propyl group and t-butyl group.
Examples of the saturated cyclic hydrocarbon group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group.
Examples of the unsaturated linear hydrocarbon group include a vinyl group and an allyl group.
Examples of the unsaturated branched hydrocarbon group include i-propenyl group, 2-butenyl group, and 3-butenyl group.
Examples of the unsaturated cyclic hydrocarbon group include a cyclopentenyl group and a cyclohexenyl group.
Examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group.
また、Rにおける誘導基としては、前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官能基が挙げられるが、特に限定されない。 Further, the derivative group for R is selected from functional groups such as a carboxy group, a carboxylate group (-COO - ), a hydroxy group, an amino group, and an ammonium group on the main chain or side chain of the various hydrocarbon groups. Examples include, but are not particularly limited to, functional groups to which at least one type of functional group is added or substituted.
Rの主鎖を構成する炭素数は特に限定されないが、好ましくは20以下、より好ましくは10以下である。
Rの主鎖を構成する炭素数が前記範囲にあることで、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、リンオキソ酸基を導入する前の繊維原料(下記セルロースを含む繊維原料)への浸透を容易にし、リンオキソ酸基が導入された微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。
The number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, more preferably 10 or less.
By having the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set in an appropriate range, and the fiber raw material before introducing the phosphorus oxo acid group (fiber raw material containing cellulose described below) It is also possible to increase the yield of fine cellulose fibers into which phosphorus oxo acid groups have been introduced.
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。
なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合や繊維状セルロースに前記式(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。
β b+ is a monovalent or higher cation consisting of an organic or inorganic substance.
In addition, when multiple β b+ exist in formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, each of the multiple β b+ exists They may be the same or different.
有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、例えば、有機オニウムイオンが挙げられる。
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、有機ホスホニウムイオンが挙げられる。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、芳香族アンモニウムイオンが挙げられ、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、芳香族ホスホニウムイオンが挙げられる。
無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、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が挙げられる。
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特に限定されないが、βb+を含む繊維原料(下記セルロースを含む繊維原料)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。
Examples of monovalent or higher valent cations made of organic matter include organic onium ions.
Examples of organic onium ions include 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 made of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, and lithium, ions of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions.
Monovalent or higher cations made of organic or inorganic substances are not particularly limited, but include sodium, which does not easily yellow when heating fiber raw materials containing β b+ (fiber raw materials containing cellulose below) and is easy to use industrially. Or potassium ion is preferred.
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(-PO3H2)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO2H2)、亜リ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:ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(例:ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(例: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:メチルホスホン酸基)などであってもよい。 More specifically, the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a phosphoric acid group (-PO 3 H 2 ), a salt of a phosphoric acid group, a phosphorous acid group (-PO 2 H 2 ), and salts of phosphorous acid groups. In addition, phosphorus oxo acid groups or substituents derived from phosphorus oxo acid groups include groups with phosphoric acid groups (e.g., pyrophosphoric acid groups), groups with phosphonic acids (e.g., polyphosphonic acid groups), phosphoric acid ester groups ( Examples: monomethyl phosphate group, polyoxyethylene alkyl phosphate group), alkylphosphonic acid group (eg, methylphosphonic acid group), etc. may be used.
前記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)で表される基である。
各繊維状セルロースには、下記式(2)で表される基が複数種導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
The sulfur oxo acid group or the substituent derived from the sulfur oxo acid group is, for example, a group represented by the following formula (2).
A plurality of types of groups represented by the following formula (2) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, a plurality of groups represented by the following formula (2) introduced may be the same or different.
式(2)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。 In formula (2), b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is an arbitrary number (1=b×m). Note that when n is 2 or more, the plural p's may be the same number or may be different numbers.
式(2)中の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。
なお、繊維状セルロースに前記式(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。
β b+ in formula (2) is a monovalent or higher cation consisting of an organic substance or an inorganic substance.
In addition, when multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into fibrous cellulose, the multiple β b+s may be the same or different.
有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、例えば、有機オニウムイオンが挙げられる。
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、有機ホスホニウムイオンが挙げられる。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、芳香族アンモニウムイオンが挙げられ、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、芳香族ホスホニウムイオンが挙げられる。
無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、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が挙げられる。
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特に限定されないが、βb+を含む繊維原料(下記セルロースを含む繊維原料)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。
Examples of monovalent or higher cations made of organic matter include organic onium ions.
Examples of organic onium ions include 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 made of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, and lithium, ions of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions.
Monovalent or higher cations made of organic or inorganic substances are not particularly limited, but include sodium that does not easily yellow when heating fiber raw materials containing β b+ (fiber raw materials containing cellulose below) and is easy to use industrially. Or potassium ion is preferred.
繊維状セルロースに対するイオン性基の導入量は、繊維状セルロース1g(質量)あたり、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0.50mmol/g以上、特に好ましくは1.00mmol/g以上である。
また、繊維状セルロースに対するイオン性基の導入量は、繊維状セルロース1g(質量)あたり、好ましくは5.20mmol/g以下、より好ましくは3.65mmol/g以下、さらに好ましくは3.50mmol/g以下、特に好ましくは3.00mmol/g以下である。
イオン性基の導入量が前記範囲にあることで、繊維状セルロースの微細化が容易となり、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、イオン性基の導入量が前記範囲にあることで、繊維状セルロースの増粘性などの種々の良好な特性を発揮することができる。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、対イオン(前記βb+)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 ionic groups introduced into the fibrous cellulose is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, per 1 g (mass) of fibrous cellulose. Particularly preferably, it is 1.00 mmol/g or more.
The amount of ionic groups introduced into the fibrous cellulose is preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less, and even more preferably 3.50 mmol/g per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is particularly preferably 3.00 mmol/g or less.
When the amount of ionic groups introduced is within the above range, the fibrous cellulose can be easily refined and the stability of the fibrous cellulose can be improved. Furthermore, by introducing the amount of ionic groups within the above range, the fibrous cellulose can exhibit various favorable properties such as thickening properties.
Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counter ion (β b+ ) is a hydrogen ion (H + ).
繊維状セルロースに対するイオン性基の導入量は、例えば中和滴定法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、得られた繊維状セルロース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 groups introduced into fibrous cellulose can be measured, for example, by neutralization titration. In the measurement using the neutralization titration method, the amount introduced is measured by adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the slurry containing the obtained fibrous cellulose and determining the change in pH.
図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHとの関係を示すグラフである。繊維状セルロース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。
まず、繊維状セルロース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、イオン交換樹脂で処理後のスラリーに、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。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped and pH for a fibrous cellulose-containing slurry having phosphorus oxoacid groups. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. Note that, if necessary, a defibration process similar to the defibration process described below may be performed on the measurement target before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, while adding an aqueous sodium hydroxide solution to the slurry treated with the ion exchange resin, changes in pH are observed, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained.
図1の上側部に示した滴定曲線では、水酸化ナトリウム水溶液を加えた際の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、水酸化ナトリウム水溶液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(但し、対イオン(前記βb+)が水素イオン(H+)であるとき)。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)という場合は、第1解離酸量のことを表す。 The titration curve shown in the upper part of Figure 1 plots the pH when an aqueous sodium hydroxide solution is added, and the titration curve shown in the lower part of Figure 1 plots the pH when the aqueous sodium hydroxide solution is added. The increment (differential value) (1/mmol) of pH is plotted. In this neutralization titration, two points at which the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) becomes maximum are confirmed on a curve in which the measured pH is plotted against the amount of alkali added. Among these, the maximum point of increment obtained first after starting to add the alkali is called the first end point, and the maximum point of 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 amount of first dissociated acid 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 is equal to the amount of alkali required from the first end point to the second end point. The amount is equal to the amount of second dissociated acid in the 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 the amount of fibrous cellulose contained in the slurry used for titration. is equal to the total amount of dissociated acids. Then, the 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 becomes the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g) (However, When the counter ion (β b+ ) is a hydrogen ion (H + ). Note that simply the amount of phosphorus oxo acid groups introduced (or the amount of phosphorus oxo acid groups) refers to the amount of the first dissociated acid.
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。
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 phosphorus oxo acid group is a phosphoric acid group and this phosphoric acid group causes condensation, the amount of weakly acidic groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to herein as "second dissociated acid amount") appears. ) decreases, and the amount of alkali required in the second region is smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strong acid groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to herein as "first dissociated acid amount") matches the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. In addition, when the phosphorus oxo acid group is a phosphorous acid group, there is no weakly acidic group in the phosphorus oxo 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 reduced. may be zero. In this case, in the titration curve, there is one point where the pH increment becomes maximum.
なお、前述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以下「リンオキソ酸基量(酸型)」ともいう。)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で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繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以下「リンオキソ酸基量(C型)」ともいう。)(mmol/g)を求めることができる。 Note that the above-mentioned amount of phosphorus oxo acid groups introduced (mmol/g) has a denominator indicating the mass of acid type fibrous cellulose. (Also referred to as "acid type"). On the other hand, if the counter ion of the phosphorus oxo acid group is substituted with any cation C so as to have a charge equivalent, convert the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. Thus, the amount of phosphorus oxo acid groups (hereinafter also referred to as "phosphorus oxo acid group amount (C type)") (mmol/g) possessed by the fibrous cellulose in which cation C is the counter ion can be determined.
リンオキソ酸基量(C型)は、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]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の第1解離酸量と第2解離酸量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例:Naの場合23、Alの場合9)
The amount of phosphorus oxo acid groups (C type) is calculated using the following formula.
Amount of phosphorus oxo acid groups (C type) = Amount of phosphorus oxo acid groups (acid type)/{1+(W-1)×A/1000}
A [mmol/g]: Total amount of anions derived from phosphorus oxo acid groups possessed by fibrous cellulose (value that is the sum of the first dissociated acid amount and the second dissociated acid amount of the phosphorus oxo acid groups)
W: formula weight per valence of cation C (e.g. 23 for Na, 9 for Al)
図2は、カルボキシ基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量とpHとの関係を示すグラフである。
繊維状セルロース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。
まず、繊維状セルロース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、イオン交換樹脂で処理後のスラリーに、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。なお、必要に応じて、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。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added dropwise to fibrous cellulose having a carboxy group and pH.
The amount of carboxy groups introduced into fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. Note that, if necessary, a defibration process similar to the defibration process described below may be performed on the measurement target before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, while adding an aqueous sodium hydroxide solution to the slurry treated with the ion exchange resin, changes in pH are observed, and a titration curve as shown in FIG. 2 is obtained. Note that, if necessary, a defibration process similar to the defibration process described below may be performed on the measurement target.
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終点と呼び、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、滴定対象の繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、カルボキシ基の導入量(mmol/g)である。 As shown in Figure 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 (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, and the region from the start of titration to the first end point is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxy groups in the slurry used for titration. Then, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the fibrous cellulose-containing slurry to be titrated is the amount of carboxy group introduced (mmol). /g).
なお、前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(以下「カルボキシ基量(酸型)」ともいう。)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で置換されている場合、つまりカルボキシ基に由来する置換基である場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以下「カルボキシ基量(C型)」ともいう。)(mmol/g)を求めることができる。
The above-mentioned amount of carboxy groups introduced (mmol/g) is the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose when the counter ion of the carboxy group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as "amount of carboxy groups (acid)"). type).
On the other hand, if the counter ion of a carboxy group is substituted with an arbitrary cation C such that the counter ion becomes charge equivalent, that is, if it is a substituent derived from a carboxy group, the denominator should be changed so that the cation C is the counter ion. By converting to the mass of fibrous cellulose at a certain time, the amount of carboxy groups possessed by fibrous cellulose whose counter ion is cation C (hereinafter also referred to as "carboxy group amount (C type)") (mmol/g) can be found.
カルボキシ基量(C型)は、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:Naの場合23、Alの場合9)
The amount of carboxy groups (C type) is calculated using the following formula.
Carboxy group weight (C type) = Carboxy group weight (acid type)/{1+(W-1)×(carboxy group weight (acid type))/1000}
W: formula weight per valence of cation C (e.g. 23 for Na, 9 for Al)
また、繊維状セルロースに対する硫黄オキソ酸基の導入量は、得られた繊維状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、この硫黄量を、供試した繊維状セルロースの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量(mmol/g)とする。 In addition, the amount of sulfur oxoacid groups introduced into fibrous cellulose can be determined by wet ashing the obtained fibrous cellulose using perchloric acid and concentrated nitric acid, diluting it at an appropriate ratio, and determining the amount of sulfur by ICP emission analysis. is measured, and the value obtained by dividing this amount of sulfur by the absolute dry mass of the fibrous cellulose sample is defined as the amount of sulfur oxo acid groups (mmol/g).
なお、滴定法による各基の導入量の測定においては、アルカリ(例: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、本来より低い導入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、滴定間隔などの条件としては特に制限されないが、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどの条件が好ましい。
また、繊維状セルロース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ことなどが望ましい。
前述の方法による各基の導入量の測定は、平均繊維幅が1,000nm以下の繊維状セルロースに適用され、平均繊維幅が1,000nmを超えるパルプ繊維のイオン性基の量を測定する場合には、パルプ繊維を微細化してから測定する。
In addition, when measuring the amount of each group introduced by the titration method, if the amount of one drop of alkali (e.g. aqueous sodium hydroxide solution) dropped is too large, or if the titration interval is too short, the amount introduced will be lower than originally expected. Accurate values may not be obtained.
Although there are no particular restrictions on conditions such as an appropriate dropping amount and titration interval, conditions such as titrating a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution at a rate of 10 to 50 μL every 5 to 30 seconds are preferred.
In addition, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, 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 until the end of titration. .
The measurement of the amount of each group introduced by the method described above is applied to fibrous cellulose with an average fiber width of 1,000 nm or less, and when measuring the amount of ionic groups in pulp fibers with an average fiber width of more than 1,000 nm. For this purpose, the pulp fibers are pulverized and then measured.
〔繊維状セルロースの製造方法〕
・セルロースを含む繊維原料
繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料(以下単に「繊維原料」ともいう。)から製造することができる。
繊維原料としては特に限定されないが、入手しやすく安価である等の点からパルプを用いることが好ましい。
繊維状セルロースを製造する際に用いる繊維原料は、1種でもよく、2種以上でもよい。
[Method for producing fibrous cellulose]
- Fiber raw material containing cellulose Fibrous cellulose can be produced from a fiber raw material containing cellulose (hereinafter also simply referred to as "fiber raw material").
The fiber raw material is not particularly limited, but it is preferable to use pulp because it is easily available and inexpensive.
The number of fiber raw materials used when manufacturing fibrous cellulose may be one type or two or more types.
前記パルプとしては、例えば、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプが挙げられる。
木材パルプとしては特に限定されないが、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)等の機械パルプが挙げられる。
非木材パルプとしては特に限定されないが、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特に限定されないが、例えば、古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。
Examples of the pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp.
Wood pulp is not particularly limited, but includes, for example, 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 chemical ground wood pulp (CGP), ground wood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. Mechanical pulp is mentioned.
Non-wood pulps are not particularly limited, and include, for example, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood-based pulps such as hemp, wheat straw, bamboo, and bagasse.
The deinked pulp is not particularly limited, but includes, for example, deinked pulp made from waste paper.
前記パルプの中でも、入手のしやすさ等の点からは、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後述する解繊処理工程後に得られる繊維状セルロースの収率が高い等の点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の繊維状セルロースを得ることができる等の点からは、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。 Among the above-mentioned pulps, wood pulp and deinked pulp, for example, are preferable in terms of availability. In addition, among wood pulps, the cellulose ratio is high and the yield of fibrous cellulose obtained after the fibrillation process described below is high, and the decomposition of cellulose in the pulp is small and the fibrous form of long fibers with a large axial ratio. From the standpoint of being able to obtain cellulose, chemical pulp is more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred.
繊維原料としては、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、繊維原料に代えて、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。
As the fiber raw material, for example, cellulose contained in sea squirts or bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used.
Furthermore, instead of the fiber raw material, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used.
[イオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法]
前述のイオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法としては、繊維原料にイオン性基を導入するイオン性基導入工程、洗浄工程、アルカリ処理工程(中和工程)および解繊処理工程をこの順で有する方法が好ましく、該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。
[Method for producing fibrous cellulose having ionic groups]
The above-mentioned method for producing fibrous cellulose having ionic groups includes an ionic group introduction step of introducing ionic groups into fiber raw materials, a washing step, an alkali treatment step (neutralization step), and a fibrillation treatment step. Preferably, the method includes an acid treatment step instead of or in addition to the washing step.
(イオン性基導入工程)
前記イオン性基導入工程としては、例えば、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、ザンテート基導入工程、ホスホン基導入工程、ホスフィン基導入工程、スルホン基導入工程、カチオン性基導入工程が挙げられる。
(Ionic group introduction step)
The ionic group introduction step includes, for example, a phosphorus oxo acid group introduction step, a carboxy group introduction step, a sulfur oxo acid group introduction step, a xanthate group introduction step, a phosphonic group introduction step, a phosphine group introduction step, a sulfone group introduction step, and a cationic group introduction step. Examples include a step of introducing a sexual group.
-リンオキソ酸基導入工程-
リンオキソ酸基導入工程としては、例えば、繊維原料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、繊維原料に作用させる工程が挙げられる。
この工程により、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロースが得られる。
-Phosphorus oxoacid group introduction process-
In the step of introducing a phosphorus oxo acid group, for example, at least one compound selected from compounds that can introduce a phosphorus oxo acid group (hereinafter also referred to as "compound A") by reacting with a hydroxyl group possessed by the fiber raw material is added to the fiber. Examples include a step of acting on raw materials.
Through this step, fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups is obtained.
リン酸基導入工程では、繊維原料と化合物Aとを作用させる際(繊維原料と化合物Aとの反応の際)には、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種の化合物(以下「化合物B」ともいう。)の存在下で行ってもよく、化合物Bの非存在下で行ってもよい。 In the phosphoric acid group introduction step, at least one compound selected from urea and its derivatives (hereinafter referred to as "compound B ) or in the absence of compound B.
化合物Aを化合物Bの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状態の繊維原料に、化合物Aおよび化合物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繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。乾燥状態の繊維原料の形態は特に限定されないが、例えば綿状や薄いシート状であることが好ましい。 An example of a method for causing compound A to act on a fiber raw material in the presence of compound B includes a method of mixing compound A and compound B with a fiber raw material in a dry state, a wet state, or a slurry state. Among these, it is preferable to use dry or wet fiber raw materials, and it is particularly preferable to use dry fiber raw materials, since the reaction uniformity is high. Although the form of the dry fiber raw material is not particularly limited, it is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example.
化合物Aおよび化合物Bを繊維原料と混合する方法としては、化合物Aおよび化合物Bそれぞれを、粉末状、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繊維原料と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、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。
なお、前記混合する際には、化合物Aと化合物Bとは、繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、予め化合物Aと化合物Bと混合した混合物として添加してもよい。
As a method for mixing compound A and compound B with the fiber raw material, each of compound A and compound B is mixed with the fiber raw material in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a state in which it is heated to a temperature above the melting point and melted. There are several methods. Among these, it is preferable to add them in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly an aqueous solution, since the reaction is highly uniform.
In addition, when mixing, compound A and compound B may be added to the fiber raw material at the same time or separately, or may be added as a mixture in which compound A and compound B are mixed in advance. It's okay.
化合物Aおよび化合物Bを繊維原料と混合する方法としては特に限定されないが、化合物Aと化合物Bとが溶液状の場合は、繊維原料を、化合物Aおよび化合物Bを含む溶液内に浸漬し、繊維原料に化合物Aおよび化合物Bを含む溶液を吸液させた後に取り出してもよいし、繊維原料に、化合物Aおよび化合物Bを含む溶液を滴下してもよい。
なお、必要量の化合物Aおよび化合物Bを繊維原料と混合してもよいし、過剰量の化合物Aおよび化合物Bを繊維原料と混合した後に、圧搾や濾過等によって余剰の化合物Aおよび化合物Bを除去してもよい。
The method of mixing Compound A and Compound B with the fiber raw material is not particularly limited, but when Compound A and Compound B are in the form of a solution, the fiber raw material is immersed in a solution containing Compound A and Compound B, and the fiber material is mixed with the fiber raw material. The solution containing Compound A and Compound B may be taken out after the raw material absorbs the solution, or the solution containing Compound A and Compound B may be dropped onto the fiber raw material.
Note that the required amount of Compound A and Compound B may be mixed with the fiber raw material, or after mixing the excess amount of Compound A and Compound B with the fiber raw material, excess Compound A and Compound B may be removed by squeezing, filtration, etc. May be removed.
前記化合物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ることが好ましく、具体例としては、リン酸、リン酸塩、亜リン酸、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸、脱水縮合リン酸塩、無水リン酸(五酸化二リン)が挙げられる。
リン酸としては、種々の純度のリン酸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分子以上縮合した化合物であり、例えば、ピロリン酸、ポリリン酸が挙げられる。
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。
The compound A is preferably a compound that has a phosphorus atom and is capable of forming an ester bond with cellulose, and specific examples include phosphoric acid, phosphates, phosphorous acid, phosphites, and dehydration condensation. Examples include phosphoric acid, dehydrated condensed phosphate, and phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide).
As the phosphoric acid, phosphoric acid of various purity can be used. For example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used.
Examples of phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid).
Dehydrated condensed phosphoric acid is a compound in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed through a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
Examples of 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 acid, which are It can be made into peace.
これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、後述する解繊処理工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい等の点から、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。 Among these, phosphoric acid, A sodium salt of phosphoric acid, a potassium salt of phosphoric acid, or an ammonium salt of phosphoric acid is preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, or ammonium dihydrogen phosphate is more preferred.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は特に限定されないが、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、繊維原料(絶乾質量)100質量部に対するリン原子の添加量は、好ましくは0.5質量部以上100質量部以下、より好ましくは1質量部以上50質量部以下、さらに好ましくは2質量部以上30質量部以下である。
繊維原料に対する化合物Aの添加量を前記範囲内とすることで、得られる繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対する化合物Aの添加量を前記上限値以下とすることにより、得られる繊維状セルロースの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 amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to the phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atoms added to 100 parts by mass of the fiber raw material (absolutely dry mass) is preferably The content is 0.5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less, and even more preferably 2 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.
By controlling the amount of compound A added to the fiber raw material within the above range, the yield of the obtained fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by controlling the amount of compound A added to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit, it is possible to balance the effect of improving the yield of the obtained fibrous cellulose with cost.
前記化合物Bは、前述の通り、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。該化合物Bの具体例としては、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、1-エチル尿素が挙げられる。 As described above, the compound B is at least one selected from urea and its derivatives. Specific examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
反応の均一性を向上させる等の点から、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等の点からは、化合物Aと化合物Bとの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
繊維原料(絶乾質量)100質量部に対する化合物Bの添加量は特に限定されないが、好ましくは1質量部以上500質量部以下、より好ましくは10質量部以上400質量部以下、さらに好ましくは100質量部以上350質量部以下である。
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use compound B as an aqueous solution. Further, 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 100 parts by mass of the fiber raw material (absolutely dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1 part by mass or more and 500 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 400 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass. Parts or more and 350 parts by mass or less.
繊維原料と化合物Aとの反応においては、化合物Bの他に、例えば、アミド類およびアミン類から選ばれる少なくとも1種を反応系に添加してもよい。
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が挙げられる。
これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くため好ましい。
In the reaction between the fiber raw material and compound A, in addition to compound B, for example, at least one selected from amides and amines may be added to the reaction system.
Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, and dimethylacetamide.
Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine.
Among these, triethylamine is particularly preferred because it functions as a good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料と化合物A等とを混合した後、加熱処理を施すことが好ましい。 In the step of introducing phosphorus oxoacid groups, it is preferable to heat the mixture after mixing the fiber raw material and compound A and the like.
加熱処理温度としては、繊維原料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、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。
前記加熱処理の時間は、繊維原料から実質的に水分が除かれてから、好ましくは1秒間以上300分間以下、より好ましくは1秒間以上1,000秒間以下、さらに好ましくは10秒間以上800秒間以下である。
加熱温度と加熱時間と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にすることが容易となる。
As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which phosphorus oxo acid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reactions of the fiber raw material.
The heat treatment temperature is preferably 50°C or more and 300°C or less, more preferably 100°C or more and 250°C or less, and even more preferably 130°C or more and 200°C or less.
The heat treatment time is preferably from 1 second to 300 minutes, more preferably from 1 second to 1,000 seconds, even more preferably from 10 seconds to 800 seconds, after water is substantially removed from the fiber raw material. It is.
By setting the heating temperature and heating time within appropriate ranges, it becomes easy to bring the amount of phosphorus oxo acid groups introduced within a preferable range.
前記加熱処理においては、例えば、薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aと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。これらの方法により、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面に、より均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、加熱による乾燥に伴い、水分子が繊維原料表面に移動する際、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、同様に繊維原料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ためであると考えられる。 In the heat treatment, for example, a method in which Compound A is added to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation, and then heated, or a method in which the fiber raw material and Compound A are heated while kneading or stirring with a kneader or the like. can be adopted. These methods make it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce phosphorus oxoacid groups onto the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is because when water molecules move to the surface of the fiber raw material due to drying by heating, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension and similarly moves to the surface of the fiber raw material (i.e., the amount of compound A This is thought to be due to the fact that it is possible to suppress the occurrence of density unevenness.
前記加熱処理には、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。 For the heat treatment, devices having various heat media can be used, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll-type heating device, a plate-type heating device, a fluidized bed dryer, and a band-type dryer. A drying device, a filtration drying device, a vibration fluid 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.
また、前記加熱処理に用いる加熱装置は、例えば、スラリー状の繊維原料を用いる場合におけるスラリーが保持する水分、および、化合物Aや繊維原料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、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い繊維状セルロースを容易に得ることができる。
In addition, the heating device used for the heat treatment is used, for example, in the case where a slurry-like fiber raw material is used, the water retained in the slurry, and the dehydration condensation (phosphoric acid It is preferable that the apparatus be capable of constantly discharging moisture generated during the esterification reaction to the outside of the apparatus system. An example of such a heating device is a blower type oven.
By constantly draining water from the equipment system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphoric acid esterification, and also to suppress acid hydrolysis of sugar chains in fibers. can. Therefore, fibrous cellulose with a high axial ratio can be easily obtained.
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、繊維原料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。好ましい一実施形態としては、リンオキソ酸基導入工程を2回行う方法が挙げられる。 The step of introducing a phosphorus oxoacid group may be carried out at least once, but it can also be carried out twice or more. By performing the phosphorus oxo acid group introduction step two or more times, a large number of phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material. A preferred embodiment includes a method in which the phosphorus oxoacid group introduction step is carried out twice.
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、繊維状セルロース1g(質量)あたり、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0.50mmol/g以上、特に好ましくは1.00mmol/g以上である。また、繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、繊維状セルロース1g(質量)あたり、好ましくは5.20mmol/g以下、より好ましくは3.65mmol/g以下、さらに好ましくは3.00mmol/g以下である。
リンオキソ酸基の導入量が前記範囲内であることで、繊維状セルロースの微細化を容易にし、繊維状セルロースの安定性を高めることができる。
The amount of phosphorus oxoacid group introduced into the fiber raw material is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, particularly per 1 g (mass) of fibrous cellulose. Preferably it is 1.00 mmol/g or more. In addition, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fiber raw material is preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less, even more preferably 3.00 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is.
When the amount of phosphorus oxo acid groups introduced is within the above range, the fibrous cellulose can be easily refined and the stability of the fibrous cellulose can be improved.
-カルボキシ基導入工程-
カルボキシ基導入工程は、繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化処理、TEMPO酸化処理などの酸化処理、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による処理、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る処理などの処理をすることで行うことができる。
- Carboxy group introduction process -
In the carboxy group introduction step, the fiber raw material is subjected to oxidation treatment such as ozone oxidation, Fenton method, TEMPO oxidation treatment, treatment with a compound having a group derived from carboxylic acid or its derivative, or treatment with a compound having a group derived from carboxylic acid. This can be carried out by treatment such as treatment with an acid anhydride or a derivative thereof.
カルボン酸由来の基を有する化合物としては特に限定されないが、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、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。
カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては特に限定されないが、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特に限定されないが、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。
Compounds having carboxylic acid-derived groups are not particularly limited, but include dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, citric acid, aconitic acid, etc. Examples include tricarboxylic acid compounds.
Derivatives of compounds having a group derived from carboxylic acid are not particularly limited, but include, for example, imidized acid anhydrides of compounds having a carboxy group.
The imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group is not particularly limited, but examples thereof include imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalic acid imide.
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特に限定されないが、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。
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特に限定されないが、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化合物が挙げられる。
Acid anhydrides of compounds having groups derived from carboxylic acid are not particularly limited, but include dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. Examples include acid anhydrides.
Derivatives of acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid are not particularly limited, but include, for example, acid anhydrides of compounds having a carboxy group such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, diphenylmaleic anhydride, etc. Examples include compounds in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with substituents such as alkyl groups and phenyl groups.
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、繊維原料としてパルプと、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と、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムと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。
In the carboxyl group introduction step, when TEMPO oxidation treatment is performed, it is preferable to perform the treatment under conditions where the pH is 6 or more and 8 or less, for example. Such treatment is also referred to as neutral TEMPO oxidation treatment.
In the neutral TEMPO oxidation treatment, for example, pulp as a fiber raw material and TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) etc. as a catalyst are added to a sodium phosphate buffer (pH = 6.8). This can be done by adding nitroxy radicals and sodium hypochlorite as a sacrificial reagent. Furthermore, by coexisting sodium chlorite, aldehyde generated during the oxidation process can be efficiently oxidized to carboxy groups.
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、繊維原料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とを添加することにより行うことができる。
Further, the TEMPO oxidation treatment may be performed under conditions where the pH is 10 or more and 11 or less. Such treatment is also referred to as alkaline TEMPO oxidation treatment.
The 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 a fiber raw material. I can do it.
繊維原料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、繊維状セルロース1g(質量)あたり、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0.50mmol/g以上、特に好ましくは0.90mmol/g以上であり、好ましくは2.5mmol/g以下、より好ましくは2.20mmol/g以下、さらに好ましくは2.00mmol/g以下である。
その他、カルボキシメチル基を導入する場合、繊維状セルロース1g(質量)あたり、例えば5.8mmol/g以下であってもよい。
The amount of carboxy groups introduced into the fiber raw material varies depending on the type of substituent, but for example, when introducing carboxy groups by TEMPO oxidation, it is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose, and more. Preferably 0.20 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, particularly preferably 0.90 mmol/g or more, preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.20 mmol/g or less, More preferably, it is 2.00 mmol/g or less.
In addition, when introducing a carboxymethyl group, the amount may be, for example, 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose.
-硫黄オキソ酸基導入工程-
硫黄オキソ酸基導入工程としては、例えば、繊維原料が有する水酸基と硫黄オキソ酸とを反応させる工程が挙げられる。
-Sulfur oxoacid group introduction process-
Examples of the step of introducing a sulfur oxo acid group include a step of reacting a hydroxyl group of the fiber raw material with a sulfur oxo acid.
硫黄オキソ酸基導入工程は、例えば、前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、繊維原料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。)を用いることで行うことができる。
硫黄オキソ酸基導入工程では、前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 oxo acid group introduction step, for example, in place of compound A in the phosphorus oxo acid group introduction step described above, at least one compound selected from compounds capable of introducing sulfur oxo acid groups by reacting with a hydroxyl group possessed by the fiber raw material is used. (hereinafter also referred to as "compound C").
In the sulfur oxo acid group introduction step, it is preferable to use the compound B in the same manner as in the phosphorus oxo acid group introduction step described above.
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ることが好ましく、具体例としては、硫酸、硫酸塩、亜硫酸、亜硫酸塩、硫酸アミドが挙げられる。
硫酸としては、種々の純度の硫酸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、例えば、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、例えば、硫酸または亜硫酸のリチウム塩、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、例えば、スルファミン酸が挙げられる。
Compound C is preferably a compound that has a sulfur atom and is capable of forming an ester bond with cellulose, and specific examples include sulfuric acid, sulfates, sulfites, sulfites, and sulfuric acid amide.
As the sulfuric acid, sulfuric acid of various purity can be used, for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid) can be used.
Examples of sulfite include 5% sulfite water.
Examples of the sulfate or sulfite include lithium, sodium, potassium, and ammonium salts of sulfuric acid or sulfite, which can have various degrees of neutralization.
Examples of sulfuric acid amides include sulfamic acid.
硫黄オキソ酸基導入工程においては、繊維原料と、化合物Cと、化合物Bとを混合した後、加熱処理を施すことが好ましい。 In the sulfur oxoacid group introduction step, it is preferable that the fiber raw material, compound C, and compound B are mixed and then subjected to heat treatment.
前記加熱処理温度としては、繊維原料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、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上である。また、加熱処理温度は、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。
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 reactions of the fiber raw material.
The heat treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 150°C or higher. Further, the heat treatment temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
前記加熱処理工程では、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、繊維原料等に含まれる水分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。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until substantially no moisture is left. Therefore, the heat treatment time varies depending on the amount of water contained in the fiber raw material, etc., but is preferably, for example, 10 seconds or more and 10,000 seconds or less.
前記加熱処理には、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。 For the heat treatment, devices having various heat media can be used, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll-type heating device, a plate-type heating device, a fluidized bed dryer, and a band-type dryer. A drying device, a filtration drying device, a vibration fluid 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.
繊維原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、好ましくは0.05mmol/g以上、より好ましくは0.10mmol/g以上、さらに好ましくは0.20mmol/g以上、より好ましくは0.50mmol/g以上、特に好ましくは0.90mmol/g以上である。また、繊維原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、好ましくは5.00mmol/g以下、より好ましくは3.00mmol/g以下である。
硫黄オキソ酸基の導入量が前記範囲内にあることで、繊維状セルロースの微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。
The amount of sulfur oxoacid group introduced into the fiber raw material is preferably 0.05 mmol/g or more, more preferably 0.10 mmol/g or more, still more preferably 0.20 mmol/g or more, and even more preferably 0.50 mmol/g or more. , particularly preferably 0.90 mmol/g or more. Further, the amount of sulfur oxoacid groups introduced into the fiber raw material is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less.
When the amount of sulfur oxoacid groups introduced is within the above range, the fibrous cellulose can be easily refined and the stability of the fibrous cellulose can be improved.
-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)-
イオン性置換基導入工程として、例えば、塩素系酸化剤による酸化工程を行ってもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を、湿潤または乾燥状態の水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基を導入することができる。
なお、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。
-Oxidation step using chlorine-based oxidizing agent (second carboxyl group introduction step)-
As the ionic substituent introduction step, for example, an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent may be performed. In the oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, carboxy groups can be introduced into the fiber raw material by adding the chlorine-based oxidizing agent to the fiber raw material having a hydroxyl group in a wet or dry state and performing a reaction.
Note that after the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.
塩素系酸化剤としては、例えば、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、二酸化塩素が挙げられる。これらの中でも、置換基の導入効率、解繊効率、コスト、取り扱いやすさ等の点から、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、試薬をそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かしてから繊維原料に加えてもよい。
塩素系酸化剤は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
Examples of chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorite, chlorous acid, chlorite, chloric acid, chlorate, perchloric acid, perchlorate, and chlorine dioxide. . Among these, sodium hypochlorite, sodium chlorite, and chlorine dioxide are preferred from the viewpoint of substituent introduction efficiency, fibrillation efficiency, cost, ease of handling, and the like.
The chlorine-based oxidizing agent may be added as a reagent to the fiber raw material as it is, or may be dissolved in an appropriate solvent and then added to the fiber raw material.
One type of chlorine-based oxidizing agent may be used, or two or more types may be used.
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の繊維原料を含む溶液中濃度は、例えば有効塩素濃度に換算して、好ましくは1質量%以上43質量%以下、より好ましくは5質量%以上40質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上38質量%以下である。
塩素系酸化剤の繊維原料100質量部に対する添加量は、好ましくは1質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは10質量部以上10,000質量部以下、さらに好ましくは100質量部以上5,000質量部以下である。
The concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution containing the fiber raw material in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent is preferably 1% by mass or more and 43% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 40% by mass or less, in terms of effective chlorine concentration, for example. It is not more than 10% by mass and not more than 38% by mass.
The amount of the chlorine-based oxidizing agent added to 100 parts by mass of the fiber raw material 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 even more preferably 100 parts by mass or more. ,000 parts by mass or less.
塩素系酸化剤による酸化工程における反応温度は、好ましくは10℃以上100℃以下、より好ましくは15℃以上80℃以下、さらに好ましくは20℃以上60℃以下である。 The reaction temperature in the oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent is preferably 10°C or more and 100°C or less, more preferably 15°C or more and 80°C or less, and even more preferably 20°C or more and 60°C or less.
繊維原料と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、好ましくは1分間以上1,000分間以下、より好ましくは10分間以上500分間以下、さらに好ましくは20分間以上400分間以下である。
塩素系酸化剤による酸化工程における反応時のpHは、好ましくは5以上14以下、より好ましくは7以上14以下、さらに好ましくは9以上13以下である。
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:pH11)を保つことが好ましい。
The reaction time between the fiber raw material and the chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 500 minutes or less, and even more preferably 20 minutes or more and 400 minutes or less. minutes or less.
The pH during the reaction in the oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent is preferably 5 or more and 14 or less, more preferably 7 or more and 14 or less, and still more preferably 9 or more and 13 or less.
Further, at the start of the reaction, it is preferable to keep the pH constant (eg, pH 11) during the reaction while adding hydrochloric acid or sodium hydroxide as appropriate.
-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)-
イオン性置換基導入工程として、例えば、カルボキシアルキル化工程を行ってもよい。カルボキシアルキル化工程では、必須成分としての、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(以下「化合物D」ともいう。)と、任意成分としての、下記アルカリ化合物および/または前述した化合物Bとを、湿潤または乾燥状態の水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基を導入することができる。
なお、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。
-Carboxyalkylation step (third carboxy group introduction step)-
As the ionic substituent introduction step, for example, a carboxyalkylation step may be performed. In the carboxyalkylation step, a compound having a reactive group and a carboxy group (hereinafter also referred to as "compound D") is used as an essential component, and the following alkali compound and/or the above-mentioned compound B are used as optional components. A carboxy group can be introduced into the fiber raw material by adding it to a fiber raw material having a hydroxyl group in a wet or dry state and carrying out the reaction.
Note that after the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.
前記化合物Dにおける反応性基としては、例えば、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)が挙げられる。
化合物Dとしては、置換基の導入効率、解繊効率、コスト、取り扱いやすさ等の点から、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。
化合物Dは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。他の化合物も同様である。
さらに任意成分として、前述した化合物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 the reactive group in the compound D include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
As Compound D, monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, 2-chloropropionic acid, 3-chloropropionic acid, and sodium 2-chloropropionate are used in terms of substituent introduction efficiency, fibrillation efficiency, cost, ease of handling, etc. , sodium 3-chloropropionate is preferred.
Compound D may be used alone or in combination of two or more. The same applies to other compounds.
Further, as an optional component, it is also preferable to use the above-mentioned compound B in the same manner, and it is preferable that the amount added is also as described above.
化合物Dは、試薬をそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かしてから加えてもよい。
繊維原料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することが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
Compound D may be added as a reagent to the fiber raw material as it is, or may be added after being dissolved in an appropriate solvent.
It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.
化合物Dの繊維原料100質量部に対する添加量は、好ましくは1質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは2質量部以上10,000質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上1,000質量部以下である。 The amount of compound D added to 100 parts by mass of the fiber raw material 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, even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less. Parts by mass or less.
カルボキシアルキル化工程における反応温度は、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。 The reaction temperature in the carboxyalkylation step is preferably 50°C or more and 300°C or less, more preferably 100°C or more and 250°C or less, and still more preferably 130°C or more and 200°C or less.
カルボキシアルキル化工程における反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、好ましくは1分間以上1,000分間以下、より好ましくは3分間以上500分間以下、さらに好ましくは5分間以上400分間以下である。 The reaction time in the carboxyalkylation step may vary depending on the reaction temperature, but is preferably 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 3 minutes or more and 500 minutes or less, and even more preferably 5 minutes or more and 400 minutes or less. .
-ザンテート基導入工程-
ザンテート基導入工程としては、例えば、繊維原料が有する水酸基を下記式(3)で表されるザンテート基で置換する(ザンテート基導入繊維を得る)工程が挙げられる。
-OCSS-M+……(3)
[M+は、水素イオン、一価金属イオン、アンモニウムイオン、脂肪族または芳香族アンモニウムイオンから選ばれる少なくとも一種である。]
-Xanthate group introduction process-
Examples of the xanthate group introduction step include a step of substituting the hydroxyl group of the fiber raw material with a xanthate group represented by the following formula (3) (obtaining a xanthate group-introduced fiber).
-OCSS-M + ...(3)
[M + is at least one selected from hydrogen ions, monovalent metal ions, ammonium ions, aliphatic or aromatic ammonium ions. ]
ザンテート基導入工程では、まず、繊維原料をアルカリ溶液で処理するアルカリ処理を行って、アルカリセルロースを得る工程を含むことが好ましい。
該アルカリ溶液としては、水酸化アルカリ金属水溶液、水酸化アルカリ土類金属水溶液などが挙げられる。これらの中でも、アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属の水溶液であることが好ましく、水酸化ナトリウム水溶液であることが特に好ましい。
The xanthate group introduction step preferably includes a step of first performing an alkali treatment of treating the fiber raw material with an alkaline solution to obtain alkali cellulose.
Examples of the alkaline solution include alkali metal hydroxide aqueous solutions and alkaline earth metal hydroxide aqueous solutions. Among these, the alkaline solution is preferably an aqueous solution of alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, and particularly preferably an aqueous sodium hydroxide solution.
アルカリ溶液が水酸化アルカリ金属水溶液の場合、水酸化アルカリ金属水溶液中の水酸化アルカリ金属の濃度は、好ましくは4質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、好ましくは9質量%以下である。
水酸化アルカリ金属の濃度が前記下限値以上であることで、セルロースのマーセル化を十分に進行させることができ、その後のザンテート化の際に生じる副生成物の量を減らすことができ、結果として、ザンテート基導入繊維の収率を高めることができる。これにより、後述する解繊処理をより効果的に行うことができる。また、水酸化アルカリ金属の濃度が前記上限値以下であることで、マーセル化を進行させつつも、セルロースの結晶領域にまで水酸化アルカリ金属水溶液が浸透することを抑制することができるため、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、微細繊維状セルロースの収率をより高めることができる。
When the alkaline solution is an aqueous alkali metal hydroxide solution, the concentration of alkali metal hydroxide in the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 4% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and preferably 9% by mass or less. be.
By setting the concentration of alkali metal hydroxide at or above the above lower limit, mercerization of cellulose can be sufficiently progressed, and the amount of by-products generated during the subsequent xanthate formation can be reduced, resulting in , the yield of xanthate group-introduced fibers can be increased. Thereby, the defibration process described below can be performed more effectively. In addition, by setting the concentration of alkali metal hydroxide at or below the upper limit value, it is possible to prevent the alkali metal hydroxide aqueous solution from penetrating into the crystalline region of cellulose while promoting mercerization. The type I crystal structure is easily maintained, and the yield of fine fibrous cellulose can be further increased.
前記アルカリ処理の時間は、好ましくは30分間以上、より好ましくは1時間以上であり、好ましくは6時間以下、より好ましくは5時間以下である。
アルカリ処理の時間を前記範囲内とすることにより、最終的な収率を高めることができ、ザンテート基導入繊維の生産性を高めることができる。
The time for the alkali treatment is preferably 30 minutes or more, more preferably 1 hour or more, and preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less.
By controlling the alkali treatment time within the above range, the final yield can be increased and the productivity of the xanthate group-introduced fibers can be increased.
前記アルカリ処理で得られたアルカリセルロースは、その後に固液分離して水溶液分をできるだけ除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるザンテート化処理時の水分含有量を減らすことができ、反応を促進できる。
該固液分離の方法としては、例えば、遠心分離や濾別などの一般的な脱水方法が挙げられる。なお、固液分離後のアルカリセルロースに含まれる水酸化アルカリ金属の濃度は、固液分離後のアルカリセルロースの全質量に対して、好ましくは3質量%以上8質量%以下である。
It is preferable that the alkali cellulose obtained by the alkali treatment is then subjected to solid-liquid separation to remove as much of the aqueous solution as possible. Thereby, the water content during the subsequent xanthate treatment can be reduced and the reaction can be accelerated.
Examples of the solid-liquid separation method include common dehydration methods such as centrifugation and filtration. The concentration of alkali metal hydroxide contained in the alkali cellulose after solid-liquid separation is preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less based on the total mass of the alkali cellulose after solid-liquid separation.
ザンテート基導入工程では、前記アルカリ処理の後にザンテート化処理工程を行うことが好ましい。
ザンテート化処理工程では、アルカリセルロースに二硫化炭素(CS2)を反応させて、(-O-M+)基を(-OCSS-M+)基にすることで、ザンテート基導入繊維を得ることができる。
In the xanthate group introduction step, it is preferable to perform a xanthate treatment step after the alkali treatment.
In the xanthate treatment step, alkali cellulose is reacted with carbon disulfide (CS 2 ) to convert (-O-M + ) groups into (-OCSS-M + ) groups, thereby obtaining xanthate group-introduced fibers. I can do it.
ザンテート化処理では、アルカリセルロース中のセルロースの絶乾質量100質量部に対して、10質量部以上の二硫化炭素を供給することが好ましい。
また、ザンテート化処理において、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は、好ましくは30分以上、より好ましくは1時間以上である。
アルカリセルロースに二硫化炭素が接触することで、ザンテート化が速やかに進行するが、アルカリセルロースの内部にまで二硫化炭素が浸透するには時間がかかるため、反応時間を前記範囲とすることが好ましい。
一方で、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は、好ましくは6時間以下であり、これにより脱水後のアルカリセルロースの塊に対しても十分に浸透が進んで、反応可能なザンテート化をほぼ完了させることができる。
In the xanthating treatment, it is preferable to supply 10 parts by mass or more of carbon disulfide to 100 parts by mass of bone dry cellulose in the alkali cellulose.
Further, in the xanthate treatment, the contact time between carbon disulfide and alkali cellulose is preferably 30 minutes or more, more preferably 1 hour or more.
When carbon disulfide comes into contact with alkali cellulose, xanthate formation progresses rapidly, but since it takes time for carbon disulfide to penetrate into the inside of alkali cellulose, it is preferable that the reaction time is within the above range. .
On the other hand, the contact time between carbon disulfide and alkali cellulose is preferably 6 hours or less, so that the alkali cellulose is sufficiently penetrated into the alkali cellulose lumps after dehydration, and xanthate formation is possible. You can almost complete it.
ザンテート化処理における反応温度は、好ましくは46℃以下である。
反応温度を前記範囲とすることで、アルカリセルロースの分解を抑制し易くなる。また、反応温度を前記範囲とすることで、均一に反応し易くなるため、副生成物の生成を抑制でき、さらには、繊維に導入されたザンテート基が繊維から除かれることを抑制することもできる。
The reaction temperature in the xanthate treatment is preferably 46°C or lower.
By setting the reaction temperature within the above range, decomposition of alkali cellulose can be easily suppressed. In addition, by setting the reaction temperature within the above range, it becomes easier to react uniformly, thereby suppressing the production of by-products, and furthermore, suppressing the xanthate groups introduced into the fibers from being removed from the fibers. can.
繊維原料に対するザンテート基の導入量は、好ましくは0.60mmol/g以上、より好ましくは0.70mmol/g以上、さらに好ましくは0.80mmol/g以上、より好ましくは1.00mmol/g以上、特に好ましくは1.20mmol/g以上である。また、繊維原料に対するザンテート基の導入量は、好ましくは5.00mmol/g以下、より好ましくは3.00mmol/g以下である。
ザンテート基の導入量が前記範囲内にあることで、透明性に優れ、かつ耐黄変性に優れる足場材を容易に得ることができる。
The amount of xanthate groups introduced into the fiber raw material is preferably 0.60 mmol/g or more, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, more preferably 1.00 mmol/g or more, especially Preferably it is 1.20 mmol/g or more. Further, the amount of xanthate groups introduced into the fiber raw material is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less.
When the amount of xanthate groups introduced is within the above range, a scaffolding material with excellent transparency and yellowing resistance can be easily obtained.
-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)-
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)では、例えば、必須成分としての、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(以下「化合物E」ともいう。)と、任意成分としての、前記アルカリ化合物および/または前述した化合物Bとを、湿潤または乾燥状態の水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にホスホン基またはホスフィン基を導入することができる。
なお、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。
- Phosphonic group or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step) -
In the step of introducing a phosphonic group or a phosphine group (phosphoalkylation step), for example, a compound having a reactive group and a phospho group or a phosphine group (hereinafter also referred to as "compound E") is used as an essential component, and as an optional component. A phosphonic group or a phosphine group can be introduced into the fiber raw material by adding the alkali compound and/or the above-mentioned compound B to the fiber raw material having a hydroxyl group in a wet or dry state and carrying out the reaction.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.
前記化合物Eにおける反応性基としては、例えば、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)が挙げられる。
化合物Eとしては、例えば、ビニルホスホンリン酸、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が挙げられる。これらの中でも、置換基の導入効率、解繊効率、コスト、取り扱いやすさ等の点から、ビニルホスホンリン酸が好ましい。
化合物Eは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。他の化合物も同様である。
さらに任意成分として、前述した化合物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 the reactive group in the compound E include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of compound E include vinylphosphonic phosphoric acid, phenylvinylphosphonic acid, and phenylvinylphosphinic acid. Among these, vinylphosphonic phosphoric acid is preferred from the viewpoints of substituent introduction efficiency, fibrillation efficiency, cost, ease of handling, and the like.
Compound E may be used alone or in combination of two or more. The same applies to other compounds.
Further, as an optional component, it is also preferable to use the above-mentioned compound B in the same manner, and it is preferable that the amount added is also as described above.
化合物Eは、試薬をそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かしてから加えてもよい。
繊維原料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することが好ましい。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 may be added as a reagent to the fiber raw material as it is, or may be added after being dissolved in an appropriate solvent.
It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.
化合物Eの繊維原料100質量部に対する添加量は、好ましくは1質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは2質量部以上10,000質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上1,000質量部以下である。 The amount of compound E added to 100 parts by mass of the fiber raw material 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, even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less. Parts by mass or less.
ホスホン基またはホスフィン基導入工程における反応温度は、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。 The reaction temperature in the phosphonic group or phosphine group introduction step is 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.
ホスホン基またはホスフィン基導入工程における反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、好ましくは1分間以上1,000分間以下、より好ましくは10分間以上500分間以下、さらに好ましくは20分間以上400分間以下である。 The reaction time in the phosphonic group or phosphine group introduction step may vary depending on the reaction temperature, but is preferably 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 500 minutes or less, and even more preferably 20 minutes or more and 400 minutes or less. It is as follows.
-スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)-
スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)では、例えば、必須成分としての、反応性基とスルホン基とを有する化合物(以下「化合物F」ともいう。)と、任意成分としての、前記アルカリ化合物および/または前述した化合物Bとを、湿潤または乾燥状態の水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にスルホン基を導入することができる。
なお、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。
- Sulfone group introduction step (sulfoalkylation step) -
In the sulfone group introduction step (sulfoalkylation step), for example, a compound having a reactive group and a sulfone group (hereinafter also referred to as "compound F") as an essential component, and the above-mentioned alkali compound and as an optional component. A sulfone group can be introduced into the fiber raw material by adding/or the above-mentioned compound B to the fiber raw material having a hydroxyl group in a wet or dry state and performing a reaction.
Note that after the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.
化合物Fにおける反応性基としては、例えば、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)が挙げられる。
化合物Fとしては、例えば、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が挙げられる。これらの中でも、置換基の導入効率、解繊効率、コスト、取り扱いやすさ等の点から、ビニルスルホン酸ナトリウムが好ましい。
化合物Fは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。他の化合物も同様である。
さらに任意成分として、前述した化合物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 the reactive group in compound F include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of compound F include sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid. Among these, sodium vinylsulfonate is preferred from the viewpoints of substituent introduction efficiency, fibrillation efficiency, cost, ease of handling, and the like.
Compound F may be used alone or in combination of two or more. The same applies to other compounds.
Further, as an optional component, it is also preferable to use the above-mentioned compound B in the same manner, and it is preferable that the amount added is also as described above.
化合物Fは、試薬をそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かしてから加えてもよい。
繊維原料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することが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
Compound F may be added as a reagent to the fiber raw material as it is, or may be added after being dissolved in an appropriate solvent.
It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.
化合物Fの繊維原料100質量部に対する添加量は、好ましくは1質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは2質量部以上10,000質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上1,000質量部以下である。 The amount of compound F added to 100 parts by mass of the fiber raw material 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 even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less. Parts by mass or less.
スルホン基導入工程における反応温度は、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。 The reaction temperature in the sulfone group introduction step is preferably 50°C or more and 300°C or less, more preferably 100°C or more and 250°C or less, and even more preferably 130°C or more and 200°C or less.
スルホン基導入工程における反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、好ましくは1分間以上1,000分間以下、より好ましくは10分間以上500分間以下、さらに好ましくは15分間以上400分間以下である。 The reaction time in the sulfone group introduction step may vary depending on the reaction temperature, but is preferably 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 500 minutes or less, and even more preferably 15 minutes or more and 400 minutes or less. .
-カチオン性基導入工程(カチオン化工程)-
カチオン性基導入工程(カチオン化工程)では、必須成分としての、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(以下「化合物G」ともいう。)と、任意成分としての、前記アルカリ化合物および/または前述した化合物Bとを、湿潤または乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカチオン基を導入することができる。
なお、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。
-Cationic group introduction step (cationization step)-
In the cationic group introduction step (cationization step), a compound having a reactive group and a cationic group (hereinafter also referred to as "compound G") is used as an essential component, and the above-mentioned alkali compound and/or as an optional component. Alternatively, a cationic group can be introduced into the fiber raw material by adding the above-mentioned compound B to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and performing a reaction.
Note that after the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.
化合物Gにおける反応性基としては、例えば、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)が挙げられる。
化合物Gとしては、置換基の導入効率、解繊効率、コスト、取り扱いやすさ等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などが好ましい。
化合物Gは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。他の化合物も同様である。
さらに任意成分として、前述した化合物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 the reactive group in compound G include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
As compound G, glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, etc. are preferable from the viewpoints of substituent introduction efficiency, fibrillation efficiency, cost, ease of handling, and the like.
Compound G may be used alone or in combination of two or more. The same applies to other compounds.
Further, as an optional component, it is also preferable to use the above-mentioned compound B in the same manner, and it is preferable that the amount added is also as described above.
化合物Gは、試薬をそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かしてから加えてもよい。
繊維原料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することが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
Compound G may be added as a reagent to the fiber raw material as it is, or may be added after being dissolved in an appropriate solvent.
It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of alkali cellulose conversion is as described above.
化合物Gの繊維原料100質量部に対する添加量は、好ましくは1質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは2質量部以上10,000質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上1,000質量部以下である。 The amount of compound G added to 100 parts by mass of the fiber raw material 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 even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less. Parts by mass or less.
カチオン性基導入工程における反応温度は、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。 The reaction temperature in the cationic group introduction step is preferably 50°C or more and 300°C or less, more preferably 100°C or more and 250°C or less, and even more preferably 130°C or more and 200°C or less.
カチオン性基導入工程における反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、好ましくは1分間以上1,000分間以下、より好ましくは5分間以上500分間以下、さらに好ましくは10分間以上400分間以下である。 The reaction time in the cationic group introduction step may vary depending on the reaction temperature, but is preferably 1 minute or more and 1,000 minutes or less, more preferably 5 minutes or more and 500 minutes or less, and even more preferably 10 minutes or more and 400 minutes or less. be.
(洗浄工程)
イオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法では、イオン性基導入工程で得られたイオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことが好ましい。
該洗浄工程は、例えば、水や有機溶媒によりイオン性基導入繊維を洗浄することで行うことができる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行ってもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
(Washing process)
In the method for producing fibrous cellulose having ionic groups, it is preferable to perform a washing step on the ionic group-introduced fibers obtained in the ionic group-introducing step.
The washing step can be performed, for example, by washing the ionic group-introduced fiber with water or an organic solvent. Further, the cleaning process may be performed after each process described below, and the number of times of cleaning performed in each cleaning process is not particularly limited.
(アルカリ処理工程(中和工程))
イオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法では、イオン性基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理工程(中和工程)を行うことが好ましい。
(Alkali treatment process (neutralization process))
In the method for producing fibrous cellulose having ionic groups, it is preferable to perform an alkali treatment step (neutralization step) on the fiber raw material between the ionic group introduction step and the defibration step described below. .
アルカリ処理工程としては特に限定されないが、例えば、アルカリ溶液中に、イオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ処理工程は、イオン性基導入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。
The alkali treatment step is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the ionic group-introduced fiber in an alkaline solution.
When the ionic group-introduced fiber has an anionic group, the alkali treatment step may be a neutralization treatment/ion exchange treatment of the anionic group. In this case, the temperature of the alkaline solution is preferably room temperature.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は特に限定されず、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、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを用いることが好ましい。
アルカリ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. For example, it is preferable to use sodium hydroxide or potassium hydroxide because of its high versatility.
One type of alkali compound may be used, or two or more types may be used.
アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、有機溶媒のいずれであってもよい。これらの中でも、水、アルコールに例示される極性有機溶媒などの極性溶媒が好ましく、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、水酸化カリウム水溶液が好ましい。
The solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among these, polar solvents such as water and polar organic solvents exemplified by alcohol are preferred, and aqueous solvents containing at least water are more preferred.
The alkaline solution is preferably, for example, a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量は特に限定されないが、イオン性基導入繊維の絶対乾燥質量100質量部に対して、好ましくは100質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは1,000質量部以上10,000質量部以下である。 The amount of alkaline solution used in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 100 parts by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 1,000 parts by mass, based on 100 parts by mass of the absolute dry mass of the ionic group-introduced fiber. It is not less than 10,000 parts by mass and not more than 10,000 parts by mass.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は特に限定されないが、好ましくは5℃以上80℃以下、より好ましくは10℃以上60℃以下である。
アルカリ処理工程におけるイオン性基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は特に限定されないが、好ましくは5分間以上30分間以下、より好ましくは10分間以上20分間以下である。
The temperature of the alkaline solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but 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 group-introduced fibers in the alkaline 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.
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、イオン性基導入繊維を水や有機溶媒等により洗浄する洗浄工程を行うことが好ましい。
また、アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる等の点から、アルカリ処理工程を行ったイオン性基導入繊維を水や有機溶媒等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 alkali treatment process, a cleaning process is performed in which the ionic group-introduced fibers are washed with water, an organic solvent, etc. after the ionic group introduction process and before the alkali treatment process. It is preferable.
In addition, after the alkali treatment process and before the defibration process, the ionic group-introduced fibers that have been subjected to the alkali treatment process are washed with water, an organic solvent, etc. in order to improve handling. is preferred.
(酸処理工程)
イオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法では、イオン性基を導入する工程と、後述する解繊処理工程との間に、イオン性基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。
例えば、イオン性基導入工程、酸処理工程、アルカリ処理工程および解繊処理工程をこの順で行ってもよい。
(Acid treatment process)
In the method for producing fibrous cellulose having ionic groups, the ionic group-introduced fibers may be subjected to acid treatment between the step of introducing the ionic groups and the defibration step described below.
For example, the ionic group introduction step, the acid treatment step, the alkali treatment step, and the fibrillation treatment step may be performed in this order.
酸処理工程としては特に限定されないが、例えば、酸を含有する酸性液中にイオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
酸処理工程は、イオン性基導入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、酸性液の温度は室温であることが好ましい。
The acid treatment step is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the ionic group-introduced fiber in an acidic solution containing an acid.
When the ionic group-introduced fiber has a cationic group, the acid treatment step may be a neutralization treatment/ion exchange treatment of the cationic group. In this case, the temperature of the acidic liquid is preferably room temperature.
使用する酸性液の濃度は特に限定されないが、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
また、使用する酸性液のpHは特に限定されないが、好ましくは0以上4以下、より好ましくは1以上3以下である。
The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less.
Further, the pH of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less.
酸性液に含まれる酸としては、例えば、無機酸、スルホン酸類、カルボン酸が挙げられる。
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、ホウ酸が挙げられる。
スルホン酸類としては、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特に好ましい。
酸は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
Examples of acids contained in the acidic liquid 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 the sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid.
Examples of carboxylic acids include 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.
One type of acid may be used, or two or more types may be used.
酸処理工程における酸性液の使用量は特に限定されないが、イオン性基導入繊維の絶対乾燥質量100質量部に対して、好ましくは100質量部以上100,000質量部以下、より好ましくは1,000質量部以上10,000質量部以下である。 The amount of acidic liquid used in the acid treatment step is not particularly limited, but is preferably 100 parts by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 1,000 parts by mass, based on 100 parts by mass of the absolute dry mass of the ionic group-introduced fiber. It is not less than 10,000 parts by mass and not more than 10,000 parts by mass.
酸処理工程における酸性液の温度は特に限定されないが、好ましくは5℃以上100℃以下、より好ましくは20℃以上90℃以下である。
酸処理工程における酸性液へのイオン性基導入繊維の浸漬時間は特に限定されないが、好ましくは5分間以上120分間以下、より好ましくは10分間以上60分間以下である。
The temperature of the acidic liquid in the acid treatment step is not particularly limited, but is preferably 5°C or higher and 100°C or lower, more preferably 20°C or higher and 90°C or lower.
The immersion time of the ionic group-introduced fibers in the acidic solution in the acid treatment step 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.
(解繊処理工程)
イオン性基を有する繊維状セルロースを製造する方法では、イオン性基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することが好ましい。この解繊処理により、繊維状セルロースを得ることができる。
(Defibration process)
In the method for producing fibrous cellulose having ionic groups, it is preferable to defibrate the ionic group-introduced fibers in a defibration process. Through this defibration treatment, fibrous cellulose can be obtained.
解繊処理工程では、例えば、解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置としては特に限定されないが、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、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、ホモミキサー(高速回転下での)、超音波分散機、ビーターを使用することができる。これらの中でも、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等の点から、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。 In the defibration processing step, for example, a defibration processing device can be used. Defibration processing equipment is not particularly limited, but includes, for example, high-speed defibrators, grinders (stone mill type crushers), high-pressure homogenizers, ultra-high-pressure homogenizers, high-pressure collision type crushers, ball mills, bead mills, disc-type refiners, conical refiners, etc. Axial kneaders, vibratory mills, homomixers (under high speed rotation), ultrasonic dispersers, beaters can be used. Among these, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, and an ultra-high-pressure homogenizer because they are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.
解繊処理工程では、例えば、イオン性基導入繊維を、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特に限定されないが、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、グリセリンが挙げられる。
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)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、酢酸ブチルが挙げられる。
非プロトン性極性溶媒としては、例えば、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)が挙げられる。
In the fibrillation treatment step, for example, it is preferable that the ionic group-introduced fibers be diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more types selected from water and organic solvents such as polar organic solvents can be used.
The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, and aprotic polar solvents are preferred.
Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol.
Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin.
Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK).
Examples of the ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether.
Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate.
Examples of the aprotic polar solvent include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP).
解繊処理工程において、イオン性基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にする場合、該スラリーにおけるイオン性基導入繊維の固形分濃度は適宜設定すればよい。
また、該スラリーには、イオン性基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。
In the fibrillation process, when the ionic group-introduced fibers are diluted with a dispersion medium to form a slurry, the solid content concentration of the ionic group-introduced fibers in the slurry may be appropriately set.
Moreover, the slurry may contain solid content other than the ionic group-introduced fibers.
<ネガ型感放射線性成分>
本足場材は、ネガ型感放射線性成分(以下単に「感放射線性成分」ともいう。)を含有する。
感放射線性成分は、繊維状セルロースを含まない成分であり、かつ、重合性化合物と重合開始剤とを含めば特に制限されず、これら以外の公知の成分を含んでいてもよいが、重合性化合物と重合開始剤とのみからなることが好ましい。
本足場材に用いる感放射線性成分は、1種でもよく、2種以上でもよい。
<Negative radiation-sensitive component>
This scaffolding material contains a negative radiation-sensitive component (hereinafter also simply referred to as "radiation-sensitive component").
The radiation-sensitive component is not particularly limited as long as it does not contain fibrous cellulose and contains a polymerizable compound and a polymerization initiator. It may also contain known components other than these, but the radiation-sensitive component does not contain fibrous cellulose. It is preferable to consist of only a compound and a polymerization initiator.
The number of radiation-sensitive components used in the present scaffolding material may be one or two or more.
感放射線性成分は、ネガ型の感放射線性成分であれば特に限定されない。感放射線性成分は、放射線照射により、該感放射線性成分に含まれる重合開始剤から発生するラジカルなどの反応性活性種の作用で重合および/または架橋する特性を有する。 The radiation-sensitive component is not particularly limited as long as it is a negative-type radiation-sensitive component. The radiation-sensitive component has the property of being polymerized and/or crosslinked by the action of reactive active species such as radicals generated from the polymerization initiator contained in the radiation-sensitive component upon irradiation with radiation.
感放射線性成分は、放射線照射されると溶媒等に対する溶解性が減少する。感放射線性成分は、放射線照射されることによって発生したラジカル等の反応活性な活性種により惹起される反応によって、溶媒等に対する溶解性が減少する組成物であることが好ましく、放射線照射により発生したラジカルにより惹起される重合反応により、溶媒に対する溶解性が減少する組成物であることがより好ましい。
このような感放射線性成分を含む本足場材の一部に放射線を照射した際、放射線が照射されない部分(未露光部)においては、重合性化合物の重合反応(架橋反応)が進まないため、現像液等(特に水および水を含む溶媒)に対する溶解性は高い。一方、放射線が照射された部分(露光部)は、重合性化合物の重合反応(架橋反応)が進行し、現像液等(特に水および水を含む溶媒)に対する溶解性が低下し、ネガ型の感放射線性を発現することができる。
When a radiation-sensitive component is irradiated with radiation, its solubility in a solvent or the like decreases. It is preferable that the radiation-sensitive component is a composition whose solubility in a solvent etc. decreases due to a reaction caused by reactive active species such as radicals generated by radiation irradiation. More preferably, the composition is one in which solubility in a solvent decreases due to a polymerization reaction induced by radicals.
When a part of this scaffolding material containing such a radiation-sensitive component is irradiated with radiation, the polymerization reaction (crosslinking reaction) of the polymerizable compound does not proceed in the area that is not irradiated with radiation (unexposed area). It has high solubility in developing solutions and the like (particularly water and water-containing solvents). On the other hand, in the area irradiated with radiation (exposed area), the polymerization reaction (crosslinking reaction) of the polymerizable compound progresses, and the solubility in developing solutions (especially water and water-containing solvents) decreases, resulting in a negative tone. Can exhibit radiation sensitivity.
ここで、放射線とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線(荷電粒子線)およびX線を含む。これらの中でも、紫外線が好ましく、313nm以上の波長の光であることがより好ましい。 Here, radiation includes visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams (charged particle beams), and X-rays. Among these, ultraviolet light is preferred, and light with a wavelength of 313 nm or more is more preferred.
本足場材中の感放射線性成分(固形分)の含有量は、パターン化ハイドロゲル足場材を容易に形成することができる等の点から、繊維状セルロース100質量部に対して、20質量部以上であり、好ましくは60質量部以上、より好ましくは100質量部以上であり、200質量部以下であり、好ましくは180質量部以下、より好ましくは140質量部以下である。 The content of the radiation-sensitive component (solid content) in this scaffolding material is 20 parts by mass based on 100 parts by mass of fibrous cellulose, from the viewpoint of easily forming a patterned hydrogel scaffolding material. The content is preferably 60 parts by mass or more, more preferably 100 parts by mass or more, and 200 parts by mass or less, preferably 180 parts by mass or less, and more preferably 140 parts by mass or less.
感放射線性成分は、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解し、水、メタノールまたはエタノールのいずれかに溶解する成分であることが好ましく、水に溶解する溶解性を有する成分であることが特に好ましい。
感放射線性成分が、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解することで、本足場材の原料として繊維状セルロース分散液を用いる場合、該繊維状セルロース分散液との親和性が高く、均一な塗工液または抄紙用スラリーを調製することができ、後述する塗工工程または抄紙工程が容易となるため好ましい。また、現像液等(特に水および水を含む溶媒)による未露光部の感放射線性成分の除去が容易となり、感放射線性成分が除去されて、パターン化ハイドロゲル足場材を容易に形成することができるため好ましい。
The radiation-sensitive component is preferably a component that is soluble in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof, and is soluble in either water, methanol, or ethanol, and has a high solubility in water. It is particularly preferable that the component has
When a fibrous cellulose dispersion is used as a raw material for the present scaffolding material, the radiation-sensitive component is dissolved in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof. It is preferable because it has high affinity and can prepare a uniform coating liquid or slurry for papermaking, and facilitates the coating process or papermaking process described below. In addition, the radiation-sensitive component in the unexposed area can be easily removed using a developer (particularly water and a solvent containing water), and the radiation-sensitive component can be removed to easily form a patterned hydrogel scaffold. This is preferable because it allows
なお、感放射線性成分が、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解する成分であるとは、感放射線性成分が、水、炭素数1以上6以下のアルコール(好ましくは炭素数1以上4以下のアルコール、より好ましくは炭素数1以上3以下のアルコール)、または、水と炭素数1以上6以下のアルコールとの混合溶媒100gに対して、25℃、大気圧下にて、1g以上溶解することを意味する。 Note that the radiation-sensitive component is a component that is soluble in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof. is an alcohol having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alcohol having 1 to 3 carbon atoms), or a mixed solvent of water and an alcohol having 1 to 6 carbon atoms at 25°C and atmospheric pressure. means that 1 g or more is dissolved.
〔重合性化合物〕
前記重合性化合物としては特に限定されず、重合性不飽和結合を有する化合物であることが好ましく、重合性不飽和結合を複数含む化合物であることがより好ましい。
前記重合性化合物としては、ポリマーを用いてもよく、オリゴマーを用いてもよく、モノマーを用いてもよい。これらの中でも、オリゴマーまたはモノマーを用いることが好ましい。
感放射線性成分に用いる重合性化合物としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
[Polymerizable compound]
The polymerizable compound is not particularly limited, and is preferably a compound having a polymerizable unsaturated bond, and more preferably a compound containing a plurality of polymerizable unsaturated bonds.
As the polymerizable compound, a polymer, an oligomer, or a monomer may be used. Among these, it is preferable to use oligomers or monomers.
As the polymerizable compound used in the radiation-sensitive component, one type or two or more types may be used.
前記重合性不飽和結合としては、例えば、炭素-炭素二重結合(以下「エチレン性不飽和結合」ともいう。)、炭素-炭素三重結合が挙げられ、これらの中でも、エチレン性不飽和結合が好ましい。 Examples of the polymerizable unsaturated bonds include carbon-carbon double bonds (hereinafter also referred to as "ethylenic unsaturated bonds") and carbon-carbon triple bonds. Among these, ethylenically unsaturated bonds are preferable.
前記エチレン性不飽和結合は、(メタ)アクリロイルオキシ基または(メタ)アクリルアミド基を有する化合物に由来することが好ましく、アクリロイルオキシ基またはアクリルアミド基を有する化合物に由来することがより好ましく、アクリルアミド基を有する化合物に由来することがさらに好ましい。すなわち、前記重合性化合物は、(メタ)アクリロイルオキシ基および(メタ)アクリルアミド基の少なくとも1つを有する化合物を含有することが好ましく、アクリロイル基およびアクリルアミド基の少なくとも1つを有する化合物を含有することがより好ましく、アクリルアミド基を有する化合物を含有することがさらに好ましい。 The ethylenically unsaturated bond is preferably derived from a compound having a (meth)acryloyloxy group or a (meth)acrylamide group, more preferably derived from a compound having an acryloyloxy group or an acrylamide group, and is preferably derived from a compound having an acryloyloxy group or an acrylamide group. More preferably, it is derived from a compound having. That is, the polymerizable compound preferably contains a compound having at least one of a (meth)acryloyloxy group and a (meth)acrylamide group, and preferably contains a compound having at least one of an acryloyl group and an acrylamide group. is more preferable, and it is even more preferable to contain a compound having an acrylamide group.
前記重合性化合物としてのポリマーの骨格となる構造としては、例えば、ポリアルキレングリコール(例:ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール)、セルロース誘導体(例:ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース)、カゼイン、デキストリン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(例:アセトアセチル化ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレンオキシド化ポリビニルアルコール)、ポリアルキレンオキシド(例:ポリエチレンオキシド)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、ポリアクリルアミド、アクリル酸エステル共重合体、ウレタン系共重合体、ポリヒドロキシスチレン系共重合体、ポリアルキレンイミンが挙げられる。これらの中でも、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、アクリル酸エステル共重合体、ポリアルキレンイミンが特に好ましい。 Examples of the skeleton structure of the polymer as the polymerizable compound include polyalkylene glycol (e.g. polyethylene glycol, polypropylene glycol), cellulose derivatives (e.g. hydroxyethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose), casein, dextrin, polyvinyl. Alcohol, modified polyvinyl alcohol (e.g. acetoacetylated polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene oxide polyvinyl alcohol), polyalkylene oxide (e.g. polyethylene oxide), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, Examples include polyacrylamide, acrylic ester copolymers, urethane copolymers, polyhydroxystyrene copolymers, and polyalkylene imines. Among these, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyacrylamide, acrylic ester copolymer, and polyalkylene imine are particularly preferred.
前記重合性化合物におけるオリゴマーまたはモノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ω-カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。 Examples of the oligomer or monomer in the polymerizable compound include ethylene glycol di(meth)acrylate, dipropylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, 1,6- Examples include hexanediol di(meth)acrylate, 1,9-nonanediol di(meth)acrylate, 2-hydroxyethyl(meth)acrylate, diethylene glycol monoethyl ether (meth)acrylate, and ω-carboxypolycaprolactone mono(meth)acrylate. It will be done.
前記オリゴマーまたはモノマーとしては、市販品を用いてもよく、該市販品としては、例えば、アロニックス M-220、同M-240、同M-101A、同M-111、同M-113、同M-5300(以上、東亞合成株式会社製)、KAYARAD HX-220、同R-604(以上、日本化薬株式会社製)、ビスコート260(大阪有機化学工業株式会社製)、ライトアクリレート1,9-NDA(共栄社化学株式会社製)等の2官能の化合物が挙げられる。
Aronix M-220, Aronix M-240, Aronix M-101A, Aronix M-111, Aronix M-113, and Aronix M-101A may be used as the oligomer or monomer. -5300 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), KAYARAD HX-220, R-604 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Viscoat 260 (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.),
前記重合性化合物におけるオリゴマーまたはモノマーとしては、3官能以上の化合物を用いてもよく、該3官能以上の化合物としては、3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル、3官能以上の(メタ)アクリルアミドが好ましい。
3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート;
ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートとジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートとの混合物;
エチレンオキシド変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリ(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)ホスフェート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレート;
イソシアヌル酸EO変性ジ(メタ)アクリレートとイソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレートとの混合物;などの3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル、
N,N’-{[(2-(メタ)アクリルアミド-2-[(3-(メタ)アクリルアミドプロポキシ)メチル]プロパン-1,3-ジイル)ビス(オキシ)]ビス(プロパン-1,3-ジイル)}ジ(メタ)アクリルアミドなどの3官能以上の(メタ)アクリルアミド
が挙げられる。
As the oligomer or monomer in the polymerizable compound, a trifunctional or higher functional compound may be used, and examples of the trifunctional or higher functional compound include trifunctional or higher functional (meth)acrylic acid ester, trifunctional or higher functional (meth)acrylamide. is preferred.
Examples of trifunctional or higher-functional (meth)acrylic acid esters include trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta(meth)acrylate, and dipentaerythritol penta(meth)acrylate. Pentaerythritol hexa(meth)acrylate;
A mixture of dipentaerythritol penta(meth)acrylate and dipentaerythritol hexa(meth)acrylate;
Ethylene oxide-modified pentaerythritol tetra(meth)acrylate, tri(2-(meth)acryloyloxyethyl)phosphate, succinic acid-modified pentaerythritol tri(meth)acrylate, succinic acid-modified dipentaerythritol penta(meth)acrylate, tripentaerythritol hepta (meth)acrylate, tripentaerythritol octa(meth)acrylate, isocyanuric acid EO-modified di(meth)acrylate, isocyanuric acid EO-modified tri(meth)acrylate;
A mixture of isocyanuric acid EO-modified di(meth)acrylate and isocyanuric acid EO-modified tri(meth)acrylate;
N,N'-{[(2-(meth)acrylamido-2-[(3-(meth)acrylamidopropoxy)methyl]propane-1,3-diyl)bis(oxy)]bis(propane-1,3- Examples include trifunctional or higher functional (meth)acrylamides such as di(meth)acrylamide.
前記3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、市販品を用いてもよく、該市販品としては、例えば、アロニックス M-309、同M-400、同M-405、同M-450、(以上、東亞合成株式会社製)、KAYARAD TMPTA、同DPHA、同DPCA-20、同DPCA-30、同DPCA-60、同DPEA-12(以上、日本化薬株式会社製)、ビスコート295(大阪有機化学工業株式会社製)が挙げられる。
前記3官能以上の(メタ)アクリルアミドとしては、市販品を用いてもよく、該市販品としては、例えば、FOM-03006(富士フイルム和光純薬株式会社製)が挙げられる。
As the trifunctional or higher functional (meth)acrylic acid ester, commercially available products may be used, such as Aronix M-309, Aronix M-400, Aronix M-405, Aronix M-450, (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), KAYARAD TMPTA, DPHA, DPCA-20, DPCA-30, DPCA-60, DPEA-12 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Viscoat 295 (Osaka (manufactured by Organic Chemical Industry Co., Ltd.).
As the trifunctional or higher functional (meth)acrylamide, a commercially available product may be used, and examples of the commercially available product include FOM-03006 (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
また、前記重合性化合物におけるオリゴマーまたはモノマーとしては、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有し、かつ、2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有し、かつ、3個、4個または5個の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物とを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート系化合物等の多官能(メタ)アクリル酸エステルを用いることもできる。 In addition, the oligomer or monomer in the polymerizable compound includes a compound having a linear alkylene group and an alicyclic structure and having two or more isocyanate groups, and a compound having one or more hydroxyl group in the molecule. It is also possible to use a polyfunctional (meth)acrylic acid ester such as a polyfunctional urethane acrylate compound obtained by reacting a compound having 3, 4 or 5 (meth)acryloyloxy groups.
感放射線性成分の固形分100質量部に対する重合性化合物の含有量は、好ましくは30質量部以上、より好ましくは50質量部以上であり、好ましくは99質量部以下、より好ましくは95質量部以下である。
重合性化合物の含有量が前記範囲にあることで、露光部において、現像液等に対する溶解性が十分に低下した部分を形成することができ、所望のパターン化ハイドロゲル足場材を容易に形成することができる。
The content of the polymerizable compound relative to 100 parts by mass of the solid content of the radiation-sensitive component is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 50 parts by mass or more, and preferably 99 parts by mass or less, more preferably 95 parts by mass or less. It is.
By having the content of the polymerizable compound within the above range, it is possible to form a portion in which the solubility in a developer etc. is sufficiently reduced in the exposed area, and a desired patterned hydrogel scaffold material can be easily formed. be able to.
〔重合開始剤〕
前記重合開始剤としては、酸発生剤および光重合開始剤から選ばれる少なくとも1種が好ましく、光重合開始剤がさらに好ましい。
酸発生剤を使用する場合には、他の添加成分によって、ネガ型の感放射線性成分にすることができる。
[Polymerization initiator]
The polymerization initiator is preferably at least one selected from acid generators and photopolymerization initiators, and photopolymerization initiators are more preferable.
When using an acid generator, it can be made into a negative radiation-sensitive component by adding other ingredients.
光重合開始剤は、放射線に感応して、重合性化合物の重合を開始し得る活性種を生じる成分である。
感放射線性成分に用いる重合開始剤としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
A photopolymerization initiator is a component that generates active species capable of initiating polymerization of a polymerizable compound in response to radiation.
As the polymerization initiator used in the radiation-sensitive component, one type or two or more types may be used.
光重合開始剤としては、例えば、光ラジカル重合開始剤が挙げられる。光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線の露光により、重合性不飽和結合を有する化合物の架橋反応を開始することができるが、好ましく使用される光重合開始剤としては、紫外線、さらには313nm以上の波長の光、特に365nm付近の光により最もラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤である。
前記光ラジカル重合開始剤としては、例えば、O-アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、アシルホスフィンオキシド化合物が挙げられる。
Examples of the photopolymerization initiator include radical photopolymerization initiators. A photopolymerization initiator can initiate a crosslinking reaction of a compound having a polymerizable unsaturated bond by exposure to radiation such as visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. The polymerization initiator is a photo-radical polymerization initiator that generates the most radicals when exposed to ultraviolet rays, furthermore, light with a wavelength of 313 nm or more, particularly light around 365 nm.
Examples of the photoradical polymerization initiator include O-acyloxime compounds, acetophenone compounds, biimidazole compounds, and acylphosphine oxide compounds.
O-アシルオキシム化合物としては、例えば、1-〔4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)〕、1,2-オクタンジオン-1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、1-〔9-エチル-6-ベンゾイル-9H-カルバゾール-3-イル〕-オクタン-1-オンオキシム-O-アセテート、1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、1-〔9-n-ブチル-6-(2-エチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、エタノン-1-[9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロピラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-5-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-{2-メチル-4-(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)が挙げられる。 Examples of O-acyloxime compounds include 1-[4-(phenylthio)-2-(O-benzoyloxime)], 1,2-octanedione-1-[4-(phenylthio)-2-(O- benzoyloxime)], ethanone-1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime), 1-[9-ethyl-6- Benzoyl-9H-carbazol-3-yl]-octan-1-one oxime-O-acetate, 1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-ethane-1- One oxime-O-benzoate, 1-[9-n-butyl-6-(2-ethylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-ethan-1-one oxime-O-benzoate, ethanone-1-[9- Ethyl-6-(2-methyl-4-tetrahydrofuranylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime), ethanone-1-[9-ethyl-6-(2-methyl- 4-Tetrahydropyranylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime), ethanone-1-[9-ethyl-6-(2-methyl-5-tetrahydrofuranylbenzoyl)-9H -carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime), ethanone-1-[9-ethyl-6-{2-methyl-4-(2,2-dimethyl-1,3-dioxolanyl)methoxybenzoyl }-9H-carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime).
アセトフェノン化合物としては、例えば、α-アミノケトン化合物、α-ヒドロキシケトン化合物が挙げられる。
α-アミノケトン化合物としては、例えば、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オンが挙げられる。
α-ヒドロキシケトン化合物としては、例えば、1-フェニル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-i-プロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-1-{4-[2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ]フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノンが挙げられる。
Examples of the acetophenone compound include α-aminoketone compounds and α-hydroxyketone compounds.
Examples of α-aminoketone compounds include 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butan-1-one, 2-dimethylamino-2-(4-methylbenzyl)-1-( Examples thereof include 4-morpholin-4-yl-phenyl)-butan-1-one and 2-methyl-1-(4-methylthiophenyl)-2-morpholinopropan-1-one.
Examples of α-hydroxyketone compounds include 1-phenyl-2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-(4-i-propylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-one , 4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)ketone, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, 2-hydroxy-1-{4-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]phenyl }-2-methylpropan-1-one and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone.
ビイミダゾール化合物としては、例えば、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾールが挙げられる。 Examples of biimidazole compounds include 2,2'-bis(2-chlorophenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole, 2,2'-bis(2, 4-dichlorophenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole, 2,2'-bis(2,4,6-trichlorophenyl)-4,4',5, Examples include 5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole.
アシルホスフィンオキシド化合物としては、例えば、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキシド、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、リチウム フェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィネートが挙げられる。 Examples of the acylphosphine oxide compound include 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide, phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, lithium phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) Examples include phosphinates.
これらの中でも、光重合開始剤としては、繊維状セルロースの分散液との親和性や、現像液等(特に水および水を含む溶媒)に対する溶解性等の点から、アセトフェノン化合物であることが好ましく、α-ヒドロキシケトン化合物であることがより好ましい。 Among these, the photopolymerization initiator is preferably an acetophenone compound from the viewpoint of affinity with the fibrous cellulose dispersion and solubility in developing solutions (particularly water and water-containing solvents). , α-hydroxyketone compounds are more preferred.
感放射線性成分の固形分100質量部に対する重合開始剤の含有量は、好ましくは1質量部以上、より好ましくは5質量部以上であり、好ましくは40質量部以下、より好ましくは20質量部以下である。
重合開始剤の含有量が前記範囲にあることで、感放射線性に優れ、低露光量であっても、ネガ型の感放射線性を発現する感放射線性成分を容易に得ることができる。
The content of the polymerization initiator relative to 100 parts by mass of the solid content of the radiation-sensitive component is preferably 1 part by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and preferably 40 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less. It is.
When the content of the polymerization initiator is within the above range, it is possible to easily obtain a radiation-sensitive component that has excellent radiation sensitivity and exhibits negative radiation sensitivity even at a low exposure dose.
<その他の成分>
本足場材は、前述した繊維状セルロース、感放射線性成分に加え、これら以外のその他の成分を含有していてもよい。
前記その他の成分としては、例えば、親水性高分子、湿潤紙力増強剤、有機イオン、架橋剤、界面活性剤、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤が挙げられる。
これらその他の成分はそれぞれ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
<Other ingredients>
In addition to the above-mentioned fibrous cellulose and radiation-sensitive components, the present scaffolding material may contain other components other than these.
Examples of the other components include hydrophilic polymers, wet paper strength agents, organic ions, crosslinking agents, surfactants, coupling agents, inorganic layered compounds, inorganic compounds, leveling agents, preservatives, and antifoaming agents. , organic particles, lubricants, antistatic agents, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, magnetic powders, orientation promoters, plasticizers, and dispersants.
Each of these other components may be used alone or in combination of two or more.
〔親水性高分子〕
本足場材は、1種または2種以上の親水性高分子を含有していてもよい。
該親水性高分子とは、常圧下、25℃において、100mLのイオン交換水に対して1g以上溶解する、重量平均分子量が5,000以上の高分子化合物を意味する。
なお、親水性高分子とは、感放射線性化合物に放射線が照射されることにより発生した酸やラジカル等により溶媒への溶解性が大きく変化するような、酸分解性基や、ラジカル重合性基を有する高分子以外の親水性高分子である。
[Hydrophilic polymer]
The present scaffolding material may contain one or more hydrophilic polymers.
The hydrophilic polymer refers to a polymer compound having a weight average molecular weight of 5,000 or more, which dissolves 1 g or more in 100 mL of ion-exchanged water at 25° C. under normal pressure.
Note that hydrophilic polymers include acid-decomposable groups and radically polymerizable groups whose solubility in solvents can be significantly changed by acids and radicals generated when a radiation-sensitive compound is irradiated with radiation. It is a hydrophilic polymer other than a polymer having .
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、前記繊維状セルロースは除く。)であることが好ましい。
親水性の含酸素有機化合物としては、例えば、SP値が9.0以上である化合物が好ましい。
The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the fibrous cellulose).
As the hydrophilic oxygen-containing organic compound, for example, a compound having an SP value of 9.0 or more is preferable.
親水性高分子は、前記重合性化合物以外の化合物である。
親水性高分子としては、例えば、ポリアルキレングリコール(例:ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール)、セルロース誘導体(例:ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース)、カゼインなどのタンパク質類、デンプン類(例:デキストリン、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース)、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(例:アセトアセチル化ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレンオキシド化ポリビニルアルコール)、ポリアルキレンオキシド(例:ポリエチレンオキシド)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類(例:ポリアクリル酸ナトリウム)、ポリカチオン(例:ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン)、ポリアニオン、両性イオン型のポリマー、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、増粘性多糖類(例:キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、アルギン酸の金属塩、プルラン、カラギーナン、サクラン、ペクチン)、ポリエステル、変性ポリエステル、変性ポリイミド、ポリグリセリンなどのグリセリン類、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩、カルボキシビニルポリマー、メタクリル酸アルキル、アクリル酸コポリマー、ポリアクリル酸塩(例:ポリアクリル酸ナトリウム)が挙げられる。
これらの中でも、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、および変性ポリビニルアルコールを用いることが特に好ましい。
The hydrophilic polymer is a compound other than the above polymerizable compound.
Examples of hydrophilic polymers include polyalkylene glycols (e.g. polyethylene glycol, polypropylene glycol), cellulose derivatives (e.g. hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylcellulose, methylcellulose, carboxyethylcellulose, carboxymethylcellulose), casein, etc. Proteins, starches (e.g. dextrin, cationized starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, amylose), polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (e.g. acetoacetylated polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol) Copolymers, ethylene oxide polyvinyl alcohol), polyalkylene oxides (e.g. polyethylene oxide), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates (e.g. sodium polyacrylate), polycations (e.g. polyacrylamide, polyethyleneimine) ), polyanions, zwitterionic polymers, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, thickening polysaccharides (e.g. xanthan gum, guar gum, tamarind gum, locust bean gum, quince seed, alginic acid, metal alginate) salt, pullulan, carrageenan, sacran, pectin), polyester, modified polyester, modified polyimide, glycerin such as polyglycerin, hyaluronic acid, metal salts of hyaluronic acid, carboxyvinyl polymer, alkyl methacrylate, acrylic acid copolymer, polyacrylic acid salts (eg, sodium polyacrylate).
Among these, it is particularly preferable to use polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, and modified polyvinyl alcohol.
親水性高分子の重量平均分子量は、5,000以上であれば特に限定されないが、本足場材の形状安定性等の点および微細なパターニングを可能とする等の点から、好ましくは10,000以上、より好ましくは15,000以上、さらに好ましくは20,000以上であり、好ましくは800万以下、より好ましくは500万以下、さらに好ましくは100万以下、特に好ましくは10万以下である。
なお、重量平均分子量は、例えば、GPCを用いて測定することができる。
The weight average molecular weight of the hydrophilic polymer is not particularly limited as long as it is 5,000 or more, but it is preferably 10,000 from the viewpoint of shape stability of the scaffold material and enabling fine patterning. Above, it is more preferably 15,000 or more, still more preferably 20,000 or more, preferably 8 million or less, more preferably 5 million or less, still more preferably 1 million or less, particularly preferably 100,000 or less.
Note that the weight average molecular weight can be measured using, for example, GPC.
本足場材が親水性高分子を含有する場合、本足場材中の親水性高分子の含有量は、本足場材の形状安定性およびパターン化ハイドロゲル足場材を容易に形成することができる等の点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは8質量%以上であり、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、よりさらに好ましくは15質量%以下である。 When the present scaffolding material contains a hydrophilic polymer, the content of the hydrophilic polymer in the present scaffolding material is determined such that the shape stability of the present scaffolding material and the ability to easily form a patterned hydrogel scaffolding material, etc. From this point of view, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, even more preferably 8% by mass or more, and preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, even more preferably 20% by mass or less. It is not more than 15% by mass, more preferably not more than 15% by mass.
〔湿潤紙力増強剤〕
前記湿潤紙力増強剤は、紙が水に濡れたときに紙力の低下を抑えるための薬剤であり、水に対してほぐれやすいパルプ繊維に添加することにより、水に濡れてもパルプ繊維の結合を保持してほぐれにくくし、強度を高める効果を有する。
[Wet paper strength enhancer]
The wet paper strength enhancer is an agent that suppresses the decline in paper strength when paper gets wet with water, and by adding it to pulp fibers that easily loosen when exposed to water, the wet paper strength enhancer is an agent that suppresses the decline in paper strength when paper gets wet with water. It has the effect of holding bonds, making them difficult to unravel, and increasing strength.
湿潤紙力増強剤としては、例えば、ポリアミンポリアミドエピハロヒドリン、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。
ポリアミンポリアミドエピハロヒドリンは、例えば、多価酸とポリエチレンポリアミンとを縮合した主鎖に、エピクロロヒドリンを付加して合成される。ポリアミンポリアミドエピハロヒドリンは、幅広いpH範囲で使用可能であり、また、低添加量で高い湿潤紙力増強効果を得ることができる。
メラミンホルムアルデヒド樹脂は、例えば、メラミンにホルムアルデヒドを付加後、酸縮合して合成される。
尿素ホルムアルデヒド樹脂は、例えば、尿素にホルムアルデヒドを付加した後、一部を架橋して合成される。
これらの中でも、ポリアミンポリアミドエピハロヒドリンを使用することが、吸水率および線熱膨張率が低く、透明性に優れる本足場材を容易に得ることができる等の点から好ましい。ポリアミンポリアミドエピハロヒドリンの中でも、ポリアミンポリアミドエピクロロヒドリンがより好ましい。
Examples of wet paper strength agents include polyamine polyamide epihalohydrin, melamine formaldehyde resin, and urea formaldehyde resin.
Polyamine polyamide epihalohydrin is synthesized, for example, by adding epichlorohydrin to a main chain obtained by condensing a polyhydric acid and a polyethylene polyamine. Polyamine polyamide epihalohydrin can be used in a wide pH range, and a high wet paper strength enhancing effect can be obtained with a small amount added.
Melamine formaldehyde resin is synthesized, for example, by adding formaldehyde to melamine, followed by acid condensation.
Urea-formaldehyde resin is synthesized, for example, by adding formaldehyde to urea and then crosslinking a portion of the resin.
Among these, it is preferable to use polyamine polyamide epihalohydrin because it has a low water absorption coefficient and linear thermal expansion coefficient, and the present scaffolding material with excellent transparency can be easily obtained. Among the polyamine polyamide epihalohydrins, polyamine polyamide epichlorohydrin is more preferred.
〔有機イオン〕
前記有機イオンとしては、例えば、テトラアルキルアンモニウムイオン、テトラアルキルホスホニウムイオンが挙げられる。
テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。
テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、ラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。
[Organic ions]
Examples of the organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions.
Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, and lauryl trimethyl. Examples include ammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion, and tributylbenzylammonium ion.
Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion.
前記有機イオンとしては、テトラn-プロピルオニウムイオン等のテトラプロピルオニウムイオン、テトラn-ブチルオニウムイオン等のテトラブチルオニウムイオンなども用いることができる。 As the organic ion, a tetrapropylonium ion such as a tetra n-propylonium ion, a tetrabutylonium ion such as a tetra n-butylonium ion, etc. can also be used.
<本足場材の製造方法>
本足場材は、例えば、繊維状セルロースおよび感放射線性成分を含有し、必要により前記その他の成分を含有する水系分散液(スラリー)を調製し、このスラリーを容器内に配置後に乾燥すること、または、このスラリーをシート化することで得ることができる。これらの中でも、本足場材は、前記スラリーをシート化することで得られる細胞培養用足場シートであることが好ましい。
なお、本発明では、シートとフィルムとは特に区別しているわけではなく、膜(板)状成形体を総称してシートという。
<Manufacturing method of this scaffolding material>
The present scaffolding material includes, for example, preparing an aqueous dispersion (slurry) containing fibrous cellulose and a radiation-sensitive component, and optionally containing the other components, and drying this slurry after placing it in a container. Alternatively, it can be obtained by forming this slurry into a sheet. Among these, the present scaffold material is preferably a cell culture scaffold sheet obtained by forming the slurry into a sheet.
In the present invention, there is no particular distinction between a sheet and a film, and the film (plate) shaped molded product is collectively referred to as a sheet.
前記スラリーを容器内に配置後に乾燥することで、直接所望の容器内に足場材を形成することでき、細胞培養用容器を直接得ることができる。
スラリーを容器内に配置する方法としては、例えば、シリンジ、スポイト、スパーテルなど従来公知の機器を使用する方法が挙げられる。
スラリーを配置する容器としては特に制限されないが、例えば、細胞培養用等に従来用いられてきた容器が挙げられ、具体的には、細胞培養用プレート、フラスコ、ディッシュ、チューブ、チェンバースライド等が挙げられる。
By drying the slurry after placing it in a container, a scaffold material can be directly formed in a desired container, and a cell culture container can be directly obtained.
Examples of methods for placing the slurry in the container include methods using conventionally known devices such as syringes, droppers, and spatulas.
The container in which the slurry is placed is not particularly limited, but includes, for example, containers conventionally used for cell culture, such as cell culture plates, flasks, dishes, tubes, chamber slides, etc. It will be done.
容器内に配置したスラリーを乾燥する方法としては特に制限されないが、例えば、熱風、赤外線、遠赤外線または近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空下で乾燥する方法(真空乾燥法)が挙げられる。加熱乾燥法と真空乾燥法とを組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。
加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上であり、好ましくは150℃以下、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。
加熱温度を前記下限値以上とすることで、分散媒を速やかに揮発させることができ、前記上限値以下とすることで、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色や副反応を容易に抑制できる。
The method of drying the slurry placed in the container is not particularly limited, but examples include methods of drying by heating with hot air, infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays (heat drying method), methods of drying under vacuum (vacuum drying method) law). Although the heat drying method and the vacuum drying method may be combined, the heat drying method is usually applied.
The heating temperature in the heating drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher, more preferably 40°C or higher, preferably 150°C or lower, more preferably 120°C or lower, and still more preferably 100°C or lower.
By setting the heating temperature at or above the lower limit value, the dispersion medium can be quickly volatilized, and by setting the heating temperature at or below the upper limit value, it is possible to suppress the cost required for heating and prevent discoloration and side reactions of fibrous cellulose due to heat. Can be easily suppressed.
前記スラリーをシート化する方法は特に限定されないが、前記スラリーを、基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離する塗工工程、または、前記スラリーを抄紙する抄紙工程が好ましい。また、塗工装置とベルト状の基材とを用いることで、連続的にシートを製造してもよい。これらの中でも、塗工工程によりシートを製造することがより好ましい。 The method of forming the slurry into a sheet is not particularly limited, but may include a coating process in which the slurry is coated on a base material and dried to peel the formed sheet from the base material, or a process in which the slurry is formed into a paper sheet. A papermaking process in which Further, the sheet may be manufactured continuously by using a coating device and a belt-shaped base material. Among these, it is more preferable to manufacture the sheet by a coating process.
・塗工工程
塗工工程で用いる基材の材質としては特に限定されない。乾燥時のシートの収縮等を抑制する等の点からは、前記スラリーに対する濡れ性が高い基材が好ましいが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離可能である基材であることが好ましい。
前記基材としては、樹脂製のフィルムや板、金属製のフィルムや板が好ましく例示されるが、特に限定されない。前記基材としては、具体的には、ポリ(メタ)アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミニウム、亜鉛、銅、鉄等の金属のフィルムや板、およびそれらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真鍮のフィルムや板等が挙げられる。
- Coating process The material of the base material used in the coating process is not particularly limited. From the viewpoint of suppressing shrinkage of the sheet during drying, etc., a base material with high wettability to the slurry is preferable, but a base material from which the formed sheet can be easily peeled off after drying is preferable.
The base material is preferably exemplified by a resin film or plate, or a metal film or plate, but is not particularly limited. Specific examples of the base material include films and plates of resins such as poly(meth)acrylic, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polystyrene, polypropylene, polycarbonate, and polyvinylidene chloride, aluminum, zinc, copper, iron, etc. Examples include metal films and plates, and those whose surfaces have been oxidized, stainless steel films and plates, and brass films and plates.
塗工工程において、スラリーの粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を設けてからスラリーを塗工してもよい。
堰止用の枠としては特に限定されないが、例えば、乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できる枠を選択することが好ましい。このような観点から、樹脂製または金属製の枠がより好ましく、具体例としては、ポリ(メタ)アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂製の枠や、アルミニウム、亜鉛、銅、鉄等の金属製の枠、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス製の枠、真鍮製の枠が挙げられる。
In the coating process, if the viscosity of the slurry is low and it spreads on the base material, in order to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight, a damming frame is provided on the base material before applying the slurry. May be coated.
Although the frame for damming is not particularly limited, it is preferable to select a frame from which the edges of the attached sheet can be easily peeled off after drying, for example. From this point of view, frames made of resin or metal are more preferable, and specific examples include frames made of resin such as poly(meth)acrylic, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polystyrene, polypropylene, polycarbonate, and polyvinylidene chloride. Examples include frames made of metals such as aluminum, zinc, copper, and iron, and those whose surfaces have been oxidized, stainless steel frames, and brass frames.
スラリーを基材に塗工する塗工機としては特に限定されないが、例えば、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター、スプレーコーターが挙げられる。これらの中では、シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 The coating machine for coating the slurry on the base material is not particularly limited, and examples thereof include a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater, and a spray coater. Among these, die coaters, curtain coaters, and spray coaters are particularly preferred because they can make the sheet thickness more uniform.
スラリーを基材へ塗工する際のスラリーの温度および塗工雰囲気温度は特に限定されないが、好ましくは5℃以上80℃以下、より好ましくは10℃以上60℃以下、さらに好ましくは15℃以上50℃以下、特に好ましくは20℃以上40℃以下である。
これらの温度が前記下限値以上であれば、スラリーをより容易に塗工でき、前記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発や、熱による副反応を容易に抑制できる。
The temperature of the slurry and the coating atmosphere temperature when applying the slurry to the base material are not particularly limited, but are preferably 5°C or higher and 80°C or lower, more preferably 10°C or higher and 60°C or lower, and even more preferably 15°C or higher and 50°C or higher. The temperature is preferably 20°C or higher and 40°C or lower, particularly preferably 20°C or higher and 40°C or lower.
When these temperatures are above the lower limit, the slurry can be coated more easily, and when these temperatures are below the upper limit, volatilization of the dispersion medium during coating and side reactions due to heat can be easily suppressed.
基材上に塗工したスラリーを乾燥する方法は特に限定されないが、例えば、非接触の乾燥方法、シートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
非接触の乾燥方法としては特に限定されないが、例えば、熱風、赤外線、遠赤外線または近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空下で乾燥する方法(真空乾燥法)が挙げられる。加熱乾燥法と真空乾燥法とを組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は特に限定されないが、例えば、赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。
The method of drying the slurry coated on the substrate is not particularly limited, and examples include a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
Non-contact drying methods are not particularly limited, but include, for example, a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays (heat drying method), and a method of drying under vacuum (vacuum drying method). . Although the heat drying method and the vacuum drying method may be combined, the heat drying method is usually applied. Drying using infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays is not particularly limited, and can be performed using, for example, an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device.
加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上であり、好ましくは150℃以下、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。
加熱温度を前記下限値以上とすることで、分散媒を速やかに揮発させることができ、前記上限値以下とすることで、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色や副反応を容易に抑制できる。
The heating temperature in the heating drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher, more preferably 40°C or higher, preferably 150°C or lower, more preferably 120°C or lower, and still more preferably 100°C or lower.
By setting the heating temperature at or above the lower limit value, the dispersion medium can be quickly volatilized, and by setting the heating temperature at or below the upper limit value, it is possible to suppress the cost required for heating and prevent discoloration and side reactions of fibrous cellulose due to heat. Can be easily suppressed.
・抄紙工程
抄紙工程は、例えば、抄紙機により前記スラリーを抄紙することにより行われる。また、抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
前記抄紙機としては特に限定されないが、例えば、長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機が挙げられる。
- Paper-making process The paper-making process is performed, for example, by making paper from the slurry using a paper machine. Further, in the paper making process, a known paper making method such as hand paper making may be employed.
The paper machine is not particularly limited, but examples thereof include continuous paper machines such as fourdrinier type, cylinder type, and inclined type, and multilayer paper machines combining these.
抄紙工程は、具体的には、前記スラリーを濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行うことができる。
前記スラリーを濾過、脱水する際には濾布を用いることができ、該濾布としては特に限定されないが、例えば、繊維状セルロース、感放射線性成分および必要に応じて用いられる親水性樹脂などのその他の成分は通過せず、かつ、濾過速度が遅くなりすぎない濾布であることがより好ましい。このような濾布としては特に限定されないが、例えば、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。
有機ポリマーとしては特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。
前記濾布の具体例としては、例えば、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物が挙げられる。
Specifically, the papermaking process can be carried out by filtering and dewatering the slurry to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying this sheet.
A filter cloth can be used when filtering and dewatering the slurry, and the filter cloth is not particularly limited, but may include, for example, fibrous cellulose, a radiation-sensitive component, and a hydrophilic resin used as necessary It is more preferable to use a filter cloth that does not allow other components to pass through and that does not slow down the filtration rate too much. Such filter cloth is not particularly limited, but for example, sheets, fabrics, and porous membranes made of organic polymers are preferable.
The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulose organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferred.
Specific examples of the filter cloth include a porous membrane of polytetrafluoroethylene with a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, and a polyethylene terephthalate or polyethylene fabric with a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less.
抄紙工程において、前記スラリーからシートを製造する方法は、例えば、前記スラリーを無端ベルトの上面に吐出し、吐出された前記スラリーから分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。この場合の一態様では、搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the papermaking process, the method for producing a sheet from the slurry includes, for example, discharging the slurry onto the upper surface of an endless belt, squeezing the dispersion medium from the discharged slurry to produce a web, and a water squeezing section that generates a web. It can be carried out using a manufacturing apparatus equipped with a drying section that dries the sheet to produce a sheet. In one aspect of this case, an endless belt is disposed from the water squeezing section to the drying section, and the web produced in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
抄紙工程における脱水方法としては特に限定されないが、例えば、紙の製造で通常使用されている脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網または傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。
また、抄紙工程における乾燥方法としては特に限定されないが、例えば、紙の製造で通常使用されている乾燥方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。
The dewatering method in the papermaking process is not particularly limited, but includes, for example, dehydration methods commonly used in paper manufacturing. Among these, a method of dewatering using a fourdrinier, a cylinder screen, an inclined wire, or the like, and then further dewatering using a roll press is preferable.
Further, the drying method in the papermaking process is not particularly limited, but includes, for example, a drying method commonly used in paper manufacturing. Among these, drying methods using a cylinder dryer, Yankee dryer, hot air drying, near-infrared heater, infrared heater, etc. are more preferred.
<本足場材の特性>
本足場材の厚み、特にシート状の本足場材の厚みは、該足場材の形状安定性、および、パターン化ハイドロゲル足場材を容易に形成することができる等の点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは25μm以上であり、好ましくは1,000μm以下、より好ましくは500μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。
本足場材の厚みが前記範囲内となるように、容器内への配置量、適宜塗工量および抄紙量等を調整すればよい。
<Characteristics of this scaffolding material>
The thickness of the present scaffolding material, particularly the thickness of the sheet-like present scaffolding material, is preferably 10 μm or more from the viewpoints of shape stability of the scaffolding material and ease of forming a patterned hydrogel scaffolding material. , more preferably 20 μm or more, still more preferably 25 μm or more, preferably 1,000 μm or less, more preferably 500 μm or less, still more preferably 100 μm or less.
The amount placed in the container, the amount of coating, the amount of paper to be made, etc. may be adjusted as appropriate so that the thickness of the scaffolding material falls within the above range.
本足場材は、光透過性に優れることが好ましく、全光透過率が、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。該全光線透過率の上限は特に制限されず、高ければ高いほど好ましく、100%であってもよいが、製造容易性等の点から、好ましくは99.5%以下である。
全光透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して、ヘーズメータにて測定される。
The present scaffold material preferably has excellent light transmittance, and has a total light transmittance of preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% or more. The upper limit of the total light transmittance is not particularly limited, and the higher it is, the more preferable it is, and it may be 100%, but from the viewpoint of ease of manufacture, etc., it is preferably 99.5% or less.
The total light transmittance is measured using a haze meter in accordance with JIS K 7361-1:1997.
また、本足場材は透明性に優れることが好ましく、ヘーズが、好ましくは10%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下である。該ヘーズの下限は特に制限されず、低ければ低いほど好ましく、0%であってもよいが、製造容易性等の点から、好ましくは0.1%以上である。
ヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠して、ヘーズメータにて測定される。
Further, the present scaffolding material preferably has excellent transparency, and has a haze of preferably 10% or less, more preferably 3% or less, and still more preferably 2% or less. The lower limit of the haze is not particularly limited, and the lower the haze is, the more preferable it is, and it may be 0%, but from the viewpoint of ease of production, etc., it is preferably 0.1% or more.
Haze is measured using a haze meter in accordance with JIS K 7136:2000.
≪パターン化ハイドロゲル足場材≫
パターン化ハイドロゲル足場材は、本足場材を現像してなる、ハイドロゲルパターンを有する細胞培養用足場材である。
パターン化ハイドロゲル足場材は、細胞培養時にハイドロゲルパターン部分を細胞培養の足場として用いることができ、また、透明性に優れているため、細胞の集合状態や細胞塊の観察が容易であることから、細胞培養容器(細胞培養器具、細胞培養装置を含む)に好適に利用できると考えられる。
≪Patterned hydrogel scaffold material≫
The patterned hydrogel scaffold material is a scaffold material for cell culture that has a hydrogel pattern and is obtained by developing the present scaffold material.
The patterned hydrogel scaffold material allows the hydrogel pattern portion to be used as a cell culture scaffold during cell culture, and has excellent transparency, making it easy to observe the state of cell assembly and cell clusters. Therefore, it is thought that it can be suitably used in cell culture containers (including cell culture instruments and cell culture devices).
パターン化ハイドロゲル足場材の一態様は、本足場材が露光硬化した露光部と、感放射線性成分が硬化せずに現像されてハイドロゲルとなったハイドロゲルパターン領域(未露光部)とを有しており、該露光部は細胞の足場となり得ず、未露光部のハイドロゲルパターン領域のみ足場となって細胞が選択的に集合して細胞を培養(細胞塊を製造)することができる。 One embodiment of the patterned hydrogel scaffold material includes an exposed area where the scaffold material is exposed and cured, and a hydrogel pattern area (unexposed area) where the radiation-sensitive component is developed without being cured and becomes a hydrogel. The exposed area cannot serve as a scaffold for cells, and only the hydrogel pattern area in the unexposed area serves as a scaffold, allowing cells to selectively aggregate and culture cells (manufacturing cell clusters). .
前記露光部は、セルロースを含む感放射線性成分の硬化体により構成される。
該露光部は、細胞組織体の構造を制御する等の点から、ハイドロゲルパターン領域に比べ機械的な柔軟性が劣る、いわゆる硬い構造を有することが好ましい。
The exposed portion is composed of a cured product of a radiation-sensitive component containing cellulose.
From the viewpoint of controlling the structure of the cell tissue, it is preferable that the exposed area has a so-called hard structure, which has lower mechanical flexibility than the hydrogel pattern area.
前記ハイドロゲルパターン領域では、セルロースとセルロースが保持する水分とにより構成される。ハイドロゲルパターン領域は、細胞培養の足場を提供する等の点から、機械的に適度な柔軟性を有することが好ましい。 The hydrogel pattern area is composed of cellulose and water retained by the cellulose. The hydrogel pattern region preferably has appropriate mechanical flexibility in order to provide a scaffold for cell culture.
前記ハイドロゲルパターンの形状は特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、多角形状、ライン状が挙げられる。
該ハイドロゲルパターンの幅は、通常は0.1μm~1mm、好ましくは0.1~750μm、より好ましくは0.1~500μmである。
前記ハイドロゲルパターンの幅等を調整することで、形成されるスフェア(細胞塊)等のサイズを制御することができる。
The shape of the hydrogel pattern is not particularly limited, and examples thereof include a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, and a line shape.
The width of the hydrogel pattern is usually 0.1 μm to 1 mm, preferably 0.1 to 750 μm, more preferably 0.1 to 500 μm.
By adjusting the width etc. of the hydrogel pattern, the size of the formed spheres (cell clusters) etc. can be controlled.
パターン化ハイドロゲル足場材は、具体的には、本足場材の一部に放射線を照射して、未露光部の感放射線性成分を、水および水を含む溶媒から選ばれる少なくとも1つの現像液で洗浄除去(現像)して、ハイドロゲルパターンを形成する工程を含む方法で製造することができる。この製造方法は、ハイドロゲルパターンの製造方法ともいえる。
なお、放射線を照射後、必要によりベーク(PEB)工程を行ってもよい。
また、現像後に形成されたパターンは、リンス液でリンス(洗浄)してもよい。
Specifically, the patterned hydrogel scaffold material is produced by irradiating a portion of the scaffold material with radiation, and removing the radiation-sensitive component in the unexposed area with at least one developer selected from water and a water-containing solvent. It can be manufactured by a method including a step of washing and removing (developing) to form a hydrogel pattern. This manufacturing method can also be said to be a method for manufacturing a hydrogel pattern.
Note that after irradiation with radiation, a baking (PEB) step may be performed if necessary.
Further, the pattern formed after development may be rinsed (cleaned) with a rinsing liquid.
放射線の照射では、通常、フォトマスク等を介して、例えば、コンタクトアライナー、ステッパーまたはスキャナーを用いて、本足場材の少なくとも一部分に選択的に放射線を照射する。 For radiation irradiation, at least a portion of the scaffold material is selectively irradiated with radiation, usually via a photomask or the like, using, for example, a contact aligner, a stepper, or a scanner.
露光の光源は特に限定されないが、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV照射装置、軟X線照射装置、電子描画装置等の既知の光源を用いることができる。
前記放射線の中でも、波長が313nm以上の放射線が好ましく、特に波長365nmの紫外線を含む放射線が好ましいため、露光光源としては、365nmの紫外線を含む313nm以上の波長の放射線を照射させることができる高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプがより好ましい。これらの露光光源を使用することにより、313nm以上の波長領域において、10μm以上の厚みの足場材であっても、比較的高い透過率が得られ、光量を落とさずに本足場材裏面まで十分感光させることができる。
The light source for exposure is not particularly limited, but for example, known light sources such as a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an EUV irradiation device, a soft X-ray irradiation device, an electron drawing device, etc. can be used. Can be used.
Among the radiations, radiation with a wavelength of 313 nm or more is preferable, and radiation containing ultraviolet rays with a wavelength of 365 nm is particularly preferable. Therefore, as an exposure light source, high-pressure mercury that can irradiate radiation with a wavelength of 313 nm or more including ultraviolet rays of 365 nm is preferable. More preferred are lamps, metal halide lamps, and ultra-high pressure mercury lamps. By using these exposure light sources, relatively high transmittance can be obtained in the wavelength region of 313 nm or more, even for scaffolding materials with a thickness of 10 μm or more, and the back side of the scaffolding material can be sufficiently exposed without reducing the light intensity. can be done.
放射線を照射する際の露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model356、OAI Optical Associates Inc.製)を用いて測定することができる。該露光量は、好ましくは10mJ/cm2以上1,000mJ/cm2以下、より好ましくは100mJ/cm2以上800mJ/cm2以下である。 The exposure amount during radiation irradiation can be determined by measuring the intensity of the radiation at a wavelength of 365 nm using a luminometer (OAI model 356, manufactured by OAI Optical Associates Inc.). The exposure amount is preferably 10 mJ/cm 2 or more and 1,000 mJ/cm 2 or less, more preferably 100 mJ/cm 2 or more and 800 mJ/cm 2 or less.
現像方法としては、例えば、シャワー現像法、スプレー現像法、浸漬現像法、パドル現像法が挙げられる。
現像条件は特に限定されず、通常、20~40℃で1~10分間程度である。
Examples of the developing method include a shower developing method, a spray developing method, an immersion developing method, and a paddle developing method.
Development conditions are not particularly limited, and are usually at 20 to 40°C for about 1 to 10 minutes.
現像液としては、水および水を含む溶媒から選ばれる少なくとも1つを用いることができる。これらの中でも、水が好ましく、純水がより好ましい。 As the developer, at least one selected from water and a water-containing solvent can be used. Among these, water is preferred, and pure water is more preferred.
水を含む溶媒としては、例えば、水と、水と混和可能な有機溶媒との混合溶媒が挙げられ、これらの中では水と、水と混和可能なアルコールとの混合溶媒が好ましい。 Examples of the water-containing solvent include a mixed solvent of water and a water-miscible organic solvent, and among these, a mixed solvent of water and a water-miscible alcohol is preferred.
前記水と混和可能な有機溶媒としては、例えば、1価アルコール(例:メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロピルアルコール(IPA)、t-ブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール(PGME))、多価アルコール(例:エチレングリコール、グリセリン)などのアルコール;アセトンなどのケトン類;テトラヒドロフランなどのエーテル類;酢酸エチル、酢酸メチルなどのエステル類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンなどのアミド類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;が挙げられる。これらの中でも、エタノール、IPA、PGMEが好ましい。
該有機溶媒は、1種を用いても、2種以上を用いてもよい。
Examples of the water-miscible organic solvent include monohydric alcohols (e.g., methanol, ethanol, 1-propanol, isopropyl alcohol (IPA), t-butanol, 1-methoxy-2-propanol (PGME)), Alcohols such as alcohols (e.g. ethylene glycol, glycerin); Ketones such as acetone; Ethers such as tetrahydrofuran; Esters such as ethyl acetate, methyl acetate; N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, Examples include amides such as N-methylpyrrolidone; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide. Among these, ethanol, IPA, and PGME are preferred.
These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
前記混合溶媒中の有機溶媒の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上である。
なお、前記混合溶媒には、水および有機溶媒以外の成分としては、例えば、シリコーンオイルが含まれていてもよい。
The content of the organic solvent in the mixed solvent is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and still more preferably 99% by mass or more.
Note that the mixed solvent may contain, for example, silicone oil as a component other than water and the organic solvent.
前記現像液としては、水および水を含む溶媒から選ばれる少なくとも1つとともに、感放射線性成分の種類に応じて、1種または2種以上のアルカリ現像液を用いてもよい。
アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ-[4.3.0]-5-ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。アルカリ現像液としては、TMAH水溶液が好ましい。
アルカリ現像液の濃度としては、好ましくは0.1質量%以上2.38質量%以下、より好ましくは0.4質量%2.38質量%以下である。
As the developer, at least one selected from water and a water-containing solvent, and one or more alkaline developers may be used depending on the type of radiation-sensitive component.
Examples of the alkaline developer include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, and methyldiethylamine. , ethyldimethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo-[5.4.0]-7-undecene, 1,5-diazabicyclo-[4 Examples include aqueous alkaline solutions in which at least one alkaline compound such as [.3.0]-5-nonene is dissolved. As the alkaline developer, a TMAH aqueous solution is preferred.
The concentration of the alkaline developer is preferably 0.1% by mass or more and 2.38% by mass or less, more preferably 0.4% by mass or less and 2.38% by mass or less.
≪培養された細胞の製造方法およびスフェアの製造方法≫
本発明に係る培養された細胞の製造方法およびスフェア(細胞塊)の製造方法は、本足場材上で細胞を培養する工程を含み、パターン化ハイドロゲル足場材上で細胞を培養する工程を含むことが好ましい。
パターン化ハイドロゲル足場材上で細胞を培養する際には、該足場材におけるハイドロゲル部分(未露光部)において選択的に細胞を培養し(露光部は細胞の足場とならずに)、細胞塊を形成することが好ましい。この場合、足場材上に播種された細胞が、ハイドロゲル部分を足場としてその表面で3次元的に結合して細胞塊を形成することができ、該細胞塊を培養液中に浮遊させることなく、ハイドロゲル部分を足場に接着した状態で安定して保持されたまま長期間にわたって細胞を培養することができる。
<<Method for producing cultured cells and method for producing spheres>>
The method for producing cultured cells and the method for producing spheres (cell aggregates) according to the present invention includes a step of culturing cells on the present scaffold material, and includes a step of culturing cells on a patterned hydrogel scaffold material. It is preferable.
When culturing cells on a patterned hydrogel scaffold, cells are selectively cultured in the hydrogel part (unexposed part) of the scaffold (the exposed part does not serve as a scaffold for cells), and Preferably, agglomerates are formed. In this case, cells seeded on the scaffold can be three-dimensionally bonded on the surface of the hydrogel part as a scaffold to form a cell cluster, without having to suspend the cell cluster in the culture medium. , cells can be cultured for a long period of time while the hydrogel portion is stably maintained attached to the scaffold.
前記細胞としては、細胞同士の間で互いに結合を形成するものであることが好ましく、動物種や臓器・組織の種類等は特に限定されない。
前記細胞としては、例えば、足場依存性細胞が挙げられ、具体例としては、ヒト、ブタ、イヌ、ラット、マウス等の動物由来の肝臓、膵臓、腎臓、神経、皮膚、骨髄等から採取される初代細胞、および株化細胞が挙げられ、より具体的には、HepG2細胞、HeLa細胞、F9細胞等の癌細胞、および正常細胞が挙げられる。さらに具体例を挙げれば、3T3細胞等の線維芽細胞;ES細胞、iPS細胞、間葉系幹細胞(例:UE7T-13細胞)等の幹細胞;HEK293細胞等の腎細胞;NT2細胞等の神経細胞;UV♀2細胞、HMEC-1細胞等の内皮細胞;H9c2細胞等の心筋細胞;Caco-2細胞等の上皮細胞;またはこれらの細胞に遺伝子操作等を施した細胞が挙げられる。その他、白血球、赤血球、血小板等の血液細胞のような浮遊細胞を用いてもよい。
前記細胞は1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
The cells are preferably those that form bonds with each other, and the animal species, organ/tissue types, etc. are not particularly limited.
Examples of the cells include anchorage-dependent cells, and specific examples include liver, pancreas, kidney, nerve, skin, bone marrow, etc. derived from animals such as humans, pigs, dogs, rats, and mice. Examples include primary cells and established cell lines, and more specifically include cancer cells such as HepG2 cells, HeLa cells, and F9 cells, and normal cells. More specific examples include fibroblasts such as 3T3 cells; stem cells such as ES cells, iPS cells, and mesenchymal stem cells (e.g. UE7T-13 cells); renal cells such as HEK293 cells; nerve cells such as NT2 cells. ; endothelial cells such as UV♀2 cells and HMEC-1 cells; cardiomyocytes such as H9c2 cells; epithelial cells such as Caco-2 cells; or cells obtained by genetically manipulating these cells. In addition, floating cells such as blood cells such as white blood cells, red blood cells, and platelets may also be used.
One type of the above-mentioned cells may be used alone, or two or more types may be used.
細胞を播種する際には、細胞を含む培養液を用いてもよい。
該培養液としては、細胞の生存状態および機能を維持できるよう、必要な塩類および/または栄養成分を適切な濃度で含む水溶液を用いることができる。
When seeding cells, a culture solution containing cells may be used.
As the culture solution, an aqueous solution containing necessary salts and/or nutritional components at appropriate concentrations can be used so as to maintain the survival state and function of the cells.
≪細胞培養用容器≫
本発明に係る細胞培養用容器は、細胞の培養領域の少なくとも一部に前記ハイドロゲルパターンを備える容器であり、前記パターン化ハイドロゲル足場材を用いて形成することが好ましい。
細胞培養用容器は、具体的には、従来公知の細胞培養容器内に、前記パターン化ハイドロゲル足場材を配置することで、形成することができる。
≪Cell culture container≫
The cell culture container according to the present invention is a container that includes the hydrogel pattern in at least a portion of the cell culture area, and is preferably formed using the patterned hydrogel scaffold material.
Specifically, the cell culture container can be formed by placing the patterned hydrogel scaffold in a conventionally known cell culture container.
前記細胞培養用容器の別の様態としては、例えば、本足場材の製造方法の欄に記載のスラリーを容器内に配置後に前記乾燥、露光および現像を行うことで、直接容器内にパターン化ハイドロゲル足場材を形成した細胞培養用容器等も挙げられる。 In another embodiment of the cell culture container, for example, by placing the slurry described in the column of the method for manufacturing the scaffold material in the container and then performing the drying, exposure, and development, patterned hydrocarbons can be directly deposited into the container. Also included are cell culture containers formed with gel scaffolds.
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。したがって、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。 EXAMPLES The features of the present invention will be explained in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, proportions, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the specific examples shown below.
[微細繊維状セルロースの平均繊維幅の測定方法]
微細繊維状セルロース分散液の上澄み液を、微細繊維状セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、親水化処理したカーボングリッド膜に滴下した。滴下した液を乾燥させた後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEOL-2000EX)を用いて、微細繊維状セルロースの繊維幅を観察した。また、得られた画像から、前述のようにして微細繊維状セルロースの平均繊維幅を算出した。
なお、前記繊維幅は、透過型電子顕微鏡写真にて観察される、微細繊維状セルロースの繊維長方向に対する垂直の方向の長さのことをいう。
[Method for measuring average fiber width of fine fibrous cellulose]
The supernatant liquid of the fine fibrous cellulose dispersion was diluted with water so that the concentration of fine fibrous cellulose was 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, and the diluted solution was dropped onto a hydrophilic carbon grid membrane. After drying the dropped liquid, it was stained with uranyl acetate, and the fiber width of the fine fibrous cellulose was observed using a transmission electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., JEOL-2000EX). Furthermore, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was calculated from the obtained image as described above.
Note that the fiber width refers to the length in the direction perpendicular to the fiber length direction of the fine fibrous cellulose, as observed in a transmission electron micrograph.
[微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量の測定]
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量は、対象となる微細繊維状セルロース分散液を、微細繊維状セルロースの含有量が0.2質量%となるようにイオン交換水で希釈して作製した微細繊維状セルロース含有スラリーに対し、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。
前記イオン交換樹脂による処理は、前記微細繊維状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(オルガノ株式会社製、アンバージェット1024、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、イオン交換樹脂とスラリーとを分離することにより行った。
また、前記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微細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。
[Measurement of the amount of phosphorus oxoacid groups in fine fibrous cellulose]
The amount of phosphorus oxo acid groups in the fine fibrous cellulose is determined by the fine fiber prepared by diluting the target fine fibrous cellulose dispersion with ion-exchanged water so that the fine fibrous cellulose content is 0.2% by mass. The measurement was performed by treating a cellulose-containing slurry with an ion exchange resin and then titrating with an alkali.
For the treatment with the ion exchange resin, 1/10 of the volume of a strongly acidic ion exchange resin (manufactured by Organo Co., Ltd., Amber Jet 1024, conditioned) was added to the fine fibrous cellulose-containing slurry, and the mixture was shaken for 1 hour. After that, the slurry was poured onto a mesh having an opening of 90 μm to separate the ion exchange resin and the slurry.
In addition, titration using the alkali is performed by adding 10 μL of a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution every 5 seconds to the fine fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin, while changing the pH value of the slurry. This was done by measuring. Note that the titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry 15 minutes before the start of the titration.
この中和滴定では、水酸化ナトリウム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の水酸化ナトリウム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、水酸化ナトリウム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水酸化ナトリウム量が、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水酸化ナトリウム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水酸化ナトリウム量(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(mmol/g)とした。 In this neutralization titration, on a curve plotting the measured pH against the amount of sodium hydroxide added, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of sodium hydroxide dropped) becomes maximum. Among these, the maximum point of increment obtained first after starting to add sodium hydroxide is called the first end point, and the maximum point of increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of sodium hydroxide 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. Further, the amount of sodium hydroxide 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 sodium hydroxide (mmol) required from the start of titration to the first end point divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the amount of phosphorus oxoacid group (mmol/g).
[微細繊維状セルロースの硫酸基量の測定]
得られた微細繊維状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、供試した微細繊維状セルロースの絶乾質量で除した値を硫酸基量(単位:mmol/g)とした。
[Measurement of the amount of sulfate groups in fine fibrous cellulose]
After the obtained fine fibrous cellulose was wet-ashed using perchloric acid and concentrated nitric acid, it was diluted at an appropriate ratio and the amount of sulfur was measured by ICP emission spectrometry.
The value obtained by dividing this amount of sulfur by the absolute dry mass of the fine fibrous cellulose tested was defined as the amount of sulfuric acid groups (unit: mmol/g).
[微細繊維状セルロースのカルボキシ基量の測定]
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、イオン交換樹脂による処理後の微細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30秒に1回、50μLずつ加えた以外は、前記リンオキソ酸基量の測定と同様に測定した。
カルボキシ基量(mmol/g)は、計測結果のうち、滴定開始から第1終点までの領域である第1領域に相当する領域において必要とした水酸化ナトリウム量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
なお、前記第1終点は、図2に示すように、水酸化ナトリウム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、一つ観測される増分(pHの水酸化ナトリウム滴下量に対する微分値)が極大となる点である。
[Measurement of carboxy group content of fine fibrous cellulose]
The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose was determined by adding 50 μL of a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution once every 30 seconds to the fine fibrous cellulose-containing slurry treated with the ion exchange resin. The measurement was carried out in the same manner as the measurement of the base amount.
The amount of carboxy group (mmol/g) is determined by calculating the amount of sodium hydroxide (mmol) required in the region corresponding to the first region from the start of titration to the first end point in the slurry to be titrated. Calculated by dividing by the solid content (g).
As shown in Figure 2, the first end point is defined as one observed increment (differential of pH with respect to the amount of sodium hydroxide added) in a curve plotting the measured pH against the amount of added sodium hydroxide. This is the point where the value) is maximum.
<製造例1>微細繊維状セルロース分散液(1)の製造
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/m2、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ろ水度(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、前記原料パルプ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秒間加熱し、パルプ中のセルロースにリンオキソ酸基を導入することで、リンオキソ酸化パルプ1を得た。
<Production Example 1> Production of fine fibrous cellulose dispersion (1) As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245g/m 2 , sheet form, disintegrated and JIS A Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 ml measured according to P 8121-2:2012 was used.
This 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 (absolutely 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 pulp impregnated with a chemical solution was obtained. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated for 250 seconds in a hot air dryer at 165° C. to introduce phosphorus oxo acid groups into cellulose in the pulp, thereby obtaining phosphorus oxo-oxidized
次いで、得られたリンオキソ酸化パルプ1に対して洗浄処理を行った。
該洗浄処理は、リンオキソ酸化パルプ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。濾液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
Next, the obtained phosphorus oxo-oxidized
The washing process involves repeating an operation in which a pulp dispersion obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorus oxo-oxidized pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtered and dehydrated. This was done by The washing end point was reached when the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプに対して中和処理を以下のようにして行った。
まず、洗浄後のリンオキソ酸化パルプを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で、pHが12以上13以下のリンオキソ酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリンオキソ酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリンオキソ酸化パルプに対して、前記洗浄処理と同様の処理を行い、リンオキソ酸化パルプAを得た。
Next, the washed phosphorus oxo-oxidized pulp was neutralized as follows.
First, after diluting the washed phosphorus oxo-oxidized pulp with 10 L of ion exchange water, a 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a phosphorus oxo-oxidized pulp slurry with a pH of 12 to 13. . Next, the phosphorus oxo-oxidized pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized phosphorus oxo-oxidized pulp. Next, the phosphorus oxo-oxidized pulp after the neutralization treatment was subjected to the same treatment as the washing treatment described above to obtain phosphorus oxo-oxidized pulp A.
得られたリンオキソ酸化パルプA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、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp A was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of phosphoric acid groups was observed near 1230 cm −1 , confirming that phosphoric acid groups were added to the pulp.
また、得られたリンオキソ酸化パルプAを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°~17°付近と2θ=22°~23°付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、リンオキソ酸化パルプAは、セルロースI型結晶構造を有していることが確認された。 In addition, when the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp A was analyzed using an X-ray diffraction device, two typical positions were found: around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that the phosphorus oxo-oxidized pulp A had a cellulose type I crystal structure.
得られたリンオキソ酸化パルプA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(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて2回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(1)を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp A to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated twice at a pressure of 200 MPa with a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (1) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースはセルロースI型結晶構造を維持していることが確認された。
また、微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4nmであった。
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであり、総解離酸量は2.45mmol/gであった。
It was confirmed by X-ray diffraction that this fine fibrous cellulose maintained a cellulose I type crystal structure.
Further, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was 4 nm.
The amount of phosphorus oxo acid groups (first amount of dissociated acids) of the fine fibrous cellulose was 1.45 mmol/g, and the total amount of dissociated acids was 2.45 mmol/g.
<製造例2>微細繊維状セルロース分散液(2)の製造
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)を用い、薬液含浸パルプ中の亜リン酸(ホスホン酸)が33質量部となるようにした以外は、製造例1と同様の操作を行い、リンオキソ酸化パルプBおよび微細繊維状セルロース分散液(2)を得た。
<Production Example 2> Production of fine fibrous cellulose dispersion (2) Using phosphorous acid (phosphonic acid) instead of ammonium dihydrogen phosphate, the phosphorous acid (phosphonic acid) in the chemical solution impregnated pulp was 33 parts by mass. The same operation as in Production Example 1 was performed except that the following procedure was performed to obtain phosphorus oxo-oxidized pulp B and fine fibrous cellulose dispersion (2).
得られたリンオキソ酸化パルプB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、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、パルプに(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。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp B was measured using FT-IR. As a result, an absorption based on P=O of a phosphonic acid group, which is a tautomer of a phosphorous acid group, was observed near 1210 cm -1 , indicating that a (phosphorous acid group) was added to the pulp. It was confirmed that there is.
また、得られたリンオキソ酸化パルプBを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°~17°付近と2θ=22°~23°付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、リンオキソ酸化パルプBは、セルロースI型結晶構造を有していることが確認された。 In addition, when the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp B was analyzed using an X-ray diffraction device, two typical positions were found, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that the phosphorus oxo-oxidized pulp B had a cellulose type I crystal structure.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースはセルロースI型結晶構造を維持していることが確認された。
また、微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4nmであった。
微細繊維状セルロースについて、セルロースに導入された亜リン酸基量(第1解離酸量)および総解離酸量はそれぞれ、1.51mmol/gおよび1.54mmol/gであった。
It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained a cellulose I type crystal structure.
Further, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was 4 nm.
Regarding the fine fibrous cellulose, the amount of phosphorous acid groups introduced into the cellulose (first amount of dissociated acids) and the total amount of dissociated acids were 1.51 mmol/g and 1.54 mmol/g, respectively.
<製造例3>微細繊維状セルロース分散液(3)の製造
リン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸を用い、薬液含浸パルプ中のアミド硫酸が38質量部となるようにし、熱風乾燥機での加熱時間を、19分間とした以外は、製造例1と同様の操作を行い、硫酸化パルプおよび微細繊維状セルロース分散液(3)を得た。
<Production Example 3> Production of fine fibrous cellulose dispersion (3) Amidosulfuric acid was used instead of ammonium dihydrogen phosphate so that the amount of amidosulfuric acid in the chemical solution-impregnated pulp was 38 parts by mass, and the mixture was dried in a hot air dryer. A sulfated pulp and a fine fibrous cellulose dispersion (3) were obtained by performing the same operation as in Production Example 1 except that the heating time was 19 minutes.
得られた硫酸化パルプに対し、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、1220~1260cm-1付近に硫黄オキソ酸基に由来する置換基である硫酸基に基づく吸収が観察され、パルプに硫酸基が付加されていることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the obtained sulfated pulp was measured using FT-IR. As a result, absorption based on sulfate groups, which are substituents derived from sulfur oxoacid groups, was observed around 1220 to 1260 cm −1 , confirming that sulfate groups were added to the pulp.
また、得られた硫酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°~17°付近と2θ=22°~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、硫酸化パルプは、セルロースI型結晶構造を有していることが確認された。 In addition, when the obtained sulfated pulp was sampled and analyzed using an X-ray diffraction device, two typical positions were observed: around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that the sulfated pulp had a cellulose type I crystal structure.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースはセルロースI型結晶構造を維持していることが確認された。
また、微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4nmであった。
微細繊維状セルロースについて、セルロースに導入された硫酸基量は1.12mmol/gだった。
It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained a cellulose I type crystal structure.
Further, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was 4 nm.
Regarding the fine fibrous cellulose, the amount of sulfate groups introduced into the cellulose was 1.12 mmol/g.
<製造例4>微細繊維状セルロース分散液(4)の製造
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/m2、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ろ水度(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、前記原料パルプ100質量部(絶乾質量)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質量部とを、水10,000質量部に分散させた。次いで、13質量部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3.8mmol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。
<Production Example 4> Production of fine fibrous cellulose dispersion (4) As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245g/m 2 , sheet form, disintegrated and JIS A Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 ml measured according to P 8121-2:2012 was used. This raw material pulp was subjected to alkaline TEMPO oxidation treatment as follows.
First, 100 parts by mass (absolutely dry mass) of the raw material pulp, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide were added to water. It was dispersed in 10,000 parts by mass. Next, 13 parts by mass of an aqueous sodium hypochlorite solution was added in an amount of 3.8 mmol per 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered complete when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化後のパルプに対して洗浄処理を行い、TEMPO酸化パルプを得た。
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、5,000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌してパルプを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。濾液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
Next, the obtained TEMPO-oxidized pulp was subjected to a washing treatment to obtain a TEMPO-oxidized pulp.
In the cleaning process, the pulp slurry after TEMPO oxidation is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, then 5,000 parts by mass of ion-exchanged water is poured in, stirred to uniformly disperse the pulp, and then filtered and dehydrated. This was done by repeating. The washing end point was reached when the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°~17°付近と2θ=22°~23°付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、TEMPO酸化パルプは、セルロースI型結晶構造を有していることが確認された。 When the obtained TEMPO oxidized pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were found at two positions: around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°. was confirmed, and it was confirmed that the TEMPO oxidized pulp had a cellulose I type crystal structure.
得られたTEMPO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(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて2回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(4)を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated twice at a pressure of 200 MPa with a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (4) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースはセルロースI型結晶構造を維持していることが確認された。
また、微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4nmであった。
微細繊維状セルロースについて、セルロースに導入されたカルボキシ基量は、1.30mmol/gであった。
It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained a cellulose I type crystal structure.
Further, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was 4 nm.
Regarding the fine fibrous cellulose, the amount of carboxy groups introduced into the cellulose was 1.30 mmol/g.
<製造例5>微細繊維状セルロース分散液(5)の製造
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/m2、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ろ水度(CSF)が700ml)を使用した。
このパルプをダブルディスクリファイナーにて変則フリーネスが100mlになるまで叩解し、濃度が2質量%のパルプ分散液を得た。このパルプ分散液を濃度が0.7質量%になるようにイオン交換水で希釈し、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製、Panda Plus2000)により120MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(5)を得た。
<Production Example 5> Production of fine fibrous cellulose dispersion (5) As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245g/m 2 , sheet form, disintegrated and JIS A Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 ml measured according to P 8121-2:2012 was used.
This pulp was refined in a double disc refiner until the irregular freeness reached 100 ml to obtain a pulp dispersion having a concentration of 2% by mass. This pulp dispersion was diluted with ion-exchanged water to a concentration of 0.7% by mass, and treated three times at a pressure of 120 MPa with a high-pressure homogenizer (manufactured by NiroSoavi, Panda Plus 2000) to obtain a solution containing fine fibrous cellulose. A fine fibrous cellulose dispersion (5) was obtained.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースはセルロースI型結晶構造を維持していることが確認された。
また、微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、130nmであった。
It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained a cellulose I type crystal structure.
Further, the average fiber width of the fine fibrous cellulose was 130 nm.
<製造例6>感放射線性成分(1)の溶液の製造
N,N’-{[(2-アクリルアミド-2-[(3-アクリルアミドプロポキシ)メチル]プロパン-1,3-ジイル)ビス(オキシ)]ビス(プロパン-1,3-ジイル)}ジアクリルアミド(富士フイルム和光純薬株式会社製、FOM-03006)1.0質量部と、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン(東京化成工業株式会社製)0.1質量部とを用い、これらの混合物の濃度が0.5質量%となるよう、純水を加えて溶解した。その後、孔径0.5μmのミリポアフィルタで濾過することにより、感放射線性成分(1)の溶液(濾液)を調製した。
なお、得られた感放射線性成分(1)の溶液中の感放射線性成分(1)は、水100gに対して、25℃、大気圧下にて、1g以上溶解した。
<Production Example 6> Production of solution of radiation-sensitive component (1) N,N'-{[(2-acrylamido-2-[(3-acrylamidopropoxy)methyl]propane-1,3-diyl)bis(oxy )]bis(propane-1,3-diyl)}diacrylamide (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., FOM-03006) 1.0 parts by mass and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)- and 0.1 part by mass of 2-methylpropiophenone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and pure water was added to dissolve the mixture so that the concentration of the mixture was 0.5% by mass. Thereafter, a solution (filtrate) of the radiation-sensitive component (1) was prepared by filtering through a Millipore filter with a pore size of 0.5 μm.
Note that 1 g or more of the radiation-sensitive component (1) in the obtained solution of the radiation-sensitive component (1) was dissolved in 100 g of water at 25° C. under atmospheric pressure.
<製造例7>感放射線性成分(2)の溶液の製造
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)(新中村化学株式会社製、NKエステルA-DPH)1.0質量部と、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン(東京化成工業株式会社製)0.1質量部とを用い、これらの混合物の濃度が0.5質量%となるよう、1-メトキシ-2-プロパノールを加えて溶解した。その後、孔径0.5μmのミリポアフィルタで濾過することにより、感放射線性成分(2)の溶液(濾液)を調製した。
なお、得られた感放射線性成分(2)の溶液中の感放射線性成分(2)は、水100gに対して、25℃、大気圧下にて、1g以上溶解した。
<Production Example 7> Production of solution of radiation-sensitive component (2) 1.0 parts by mass of dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA) (manufactured by Shin Nakamura Chemical Co., Ltd., NK Ester A-DPH) and 2-hydroxy-4 '-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.1 part by mass, and 1-methoxy -2-Propanol was added and dissolved. Thereafter, a solution (filtrate) of the radiation-sensitive component (2) was prepared by filtering through a Millipore filter with a pore size of 0.5 μm.
Note that 1 g or more of the radiation-sensitive component (2) in the obtained solution of the radiation-sensitive component (2) was dissolved in 100 g of water at 25° C. under atmospheric pressure.
<製造例8>感放射線性成分(3)の溶液の製造
フルオレン系アクリレート(大阪ガスケミカル株式会社製、EA-0300)1.0質量部と、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン(東京化成工業株式会社製)0.1質量部とを用い、これらの混合物の濃度が0.5質量%となるよう、1-メトキシ-2-プロパニルアセテートを加えて溶解した。その後、孔径0.5μmのミリポアフィルタで濾過することにより、感放射線性成分(3)の溶液(濾液)を調製した。
なお、得られた感放射線性成分(3)の溶液中の感放射線性成分(3)は、水100g、炭素数1以上6以下のアルコール100g、および、水と炭素数1以上6以下のアルコールとの混合溶媒100gのいずれに対しても、25℃、大気圧下にて、1g以上溶解しなかった。
<Production Example 8> Production of a solution of radiation-sensitive component (3) 1.0 parts by mass of fluorene-based acrylate (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd., EA-0300) and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy) )-2-methylpropiophenone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.1 part by mass, 1-methoxy-2-propanyl acetate was added so that the concentration of the mixture was 0.5% by mass. and dissolved. Thereafter, a solution (filtrate) of the radiation-sensitive component (3) was prepared by filtering through a Millipore filter with a pore size of 0.5 μm.
Note that the radiation-sensitive component (3) in the obtained solution of radiation-sensitive component (3) includes 100 g of water, 100 g of alcohol having 1 to 6 carbon atoms, and water and alcohol having 1 to 6 carbon atoms. At 25° C. and atmospheric pressure, no more than 1 g was dissolved in any of the 100 g of the mixed solvent.
<実施例1>
固形分濃度が2.0質量%の微細繊維状セルロース分散液(1)にイオン交換水を加え、固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液(A)とした。
得られた微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が20質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した。
<Example 1>
Ion-exchanged water was added to a fine fibrous cellulose dispersion (1) having a solid content concentration of 2.0% by mass to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (A) having a solid content concentration of 0.5% by mass.
The fine fibrous cellulose dispersion (A) was adjusted so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 20 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the obtained fine fibrous cellulose dispersion (A). A) and a solution of the radiation-sensitive component (1) were mixed and stirred to prepare a solution of a negative-tone radiation-sensitive composition.
次に、得られる感放射線性シートの仕上がり坪量が65g/m2になるように調製したネガ型感放射線性組成物の溶液を計量して、市販のアクリル板上に展開し、50℃の乾燥機で24時間乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には150mm角の堰止用の板を配置した。以上の手順により、感放射線性シートを得た。
得られた感放射線性シートの厚みは、50μmであった。
Next, a solution of the negative radiation-sensitive composition prepared so that the finished basis weight of the obtained radiation-sensitive sheet would be 65 g/m 2 was weighed, spread on a commercially available acrylic plate, and heated at 50°C. It was dried in a dryer for 24 hours. In addition, a dam plate of 150 mm square was placed on the acrylic plate so as to have a predetermined basis weight. A radiation-sensitive sheet was obtained by the above procedure.
The thickness of the obtained radiation-sensitive sheet was 50 μm.
<実施例2>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が60質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 2>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) were mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 60 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<実施例3>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 3>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) are mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) is 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<実施例4>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が140質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 4>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) were mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 140 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<実施例5>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が180質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 5>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) were mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 180 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<実施例6>
固形分濃度が2.0質量%の微細繊維状セルロース分散液(2)にイオン交換水を加え、固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液(B)とした。
得られた微細繊維状セルロース分散液(B)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(B)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 6>
Ion-exchanged water was added to the fine fibrous cellulose dispersion (2) with a solid content concentration of 2.0% by mass to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (B) with a solid content concentration of 0.5% by mass.
The fine fibrous cellulose dispersion (B) was adjusted so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the obtained fine fibrous cellulose dispersion (B). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that B) and a solution of radiation-sensitive component (1) were mixed and stirred to prepare a solution of a negative-working radiation-sensitive composition.
<実施例7>
固形分濃度が2.0質量%の微細繊維状セルロース分散液(3)にイオン交換水を加え、固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液(C)とした。
得られた微細繊維状セルロース分散液(C)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(C)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 7>
Ion-exchanged water was added to the fine fibrous cellulose dispersion (3) with a solid content concentration of 2.0% by mass to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (C) with a solid content concentration of 0.5% by mass.
The fine fibrous cellulose dispersion (C) was adjusted so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the obtained fine fibrous cellulose dispersion (C). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that C) and a solution of the radiation-sensitive component (1) were mixed and stirred to prepare a solution of a negative radiation-sensitive composition.
<実施例8>
固形分濃度が2.0質量%の微細繊維状セルロース分散液(4)にイオン交換水を加え、固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液(D)とした。
得られた微細繊維状セルロース分散液(D)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(D)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 8>
Ion-exchanged water was added to the fine fibrous cellulose dispersion (4) with a solid content concentration of 2.0% by mass to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (D) with a solid content concentration of 0.5% by mass.
The fine fibrous cellulose dispersion (D) was adjusted so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the obtained fine fibrous cellulose dispersion (D). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that D) and the solution of the radiation-sensitive component (1) were mixed and stirred to prepare a solution of the negative-working radiation-sensitive composition.
<実施例9>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(2)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(2)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Example 9>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) are mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (2) is 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of a negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (2).
<比較例1>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が10質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Comparative example 1>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) are mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) is 10 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<比較例2>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が220質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Comparative example 2>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) were mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 220 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that a solution of the negative radiation-sensitive composition was prepared by mixing and stirring the solution of the radiation-sensitive component (1).
<比較例3>
固形分濃度が2.0質量%の微細繊維状セルロース分散液(5)にイオン交換水を加え、固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液(E)とした。
得られた微細繊維状セルロース分散液(E)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(1)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(E)と感放射線性成分(1)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Comparative example 3>
Ion-exchanged water was added to the fine fibrous cellulose dispersion (5) with a solid content concentration of 2.0% by mass to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (E) with a solid content concentration of 0.5% by mass.
The fine fibrous cellulose dispersion (E) was adjusted so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (1) was 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the obtained fine fibrous cellulose dispersion (E). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that E) and a solution of radiation-sensitive component (1) were mixed and stirred to prepare a solution of a negative-working radiation-sensitive composition.
<比較例4>
微細繊維状セルロース分散液(A)中の固形分100質量部に対し、感放射線性成分(3)の溶液中の固形分が100質量部となるよう、微細繊維状セルロース分散液(A)と感放射線性成分(3)の溶液とを混合、撹拌し、ネガ型感放射線性組成物の溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして感放射線性シートを得た。
<Comparative example 4>
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the fine fibrous cellulose dispersion (A) were mixed so that the solid content in the solution of the radiation-sensitive component (3) was 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the solid content in the fine fibrous cellulose dispersion (A). A radiation-sensitive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the solution of the radiation-sensitive component (3) was mixed and stirred to prepare a solution of the negative radiation-sensitive composition.
[シートのヘーズ]
得られた感放射線性シート(下記露光前の感放射線性シート)のヘーズを、JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメータ(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用いて測定した。
得られた感放射線性シートのヘーズが低いほど、該シートを用いて、細胞を培養する際に、顕微鏡観察による細胞の視認性が良好になるといえる。実際に、シートを用いて、細胞を培養したところ、シートのヘーズが10%以下の場合には、顕微鏡による細胞の視認が容易であったが、シートのヘーズが10%を超える場合には、顕微鏡観察による細胞の視認が困難となった。結果を表1に示す。
[Sheet haze]
The haze of the obtained radiation-sensitive sheet (radiation-sensitive sheet before exposure below) was measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Institute Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7136:2000. .
It can be said that the lower the haze of the obtained radiation-sensitive sheet, the better the visibility of cells by microscopic observation when cells are cultured using the sheet. In fact, when cells were cultured using a sheet, it was easy to see the cells under a microscope when the haze of the sheet was 10% or less, but when the haze of the sheet exceeded 10%, It became difficult to visually recognize cells by microscopic observation. The results are shown in Table 1.
[露光部のシート硬化性]
メタルハライドランプを備えた露光装置(アイグラフィックス株式会社製、型番:アイグランデージECS-4011GX/N、波長200~450nm)に、感放射線性シートを設置した。次いで、前記シート上にフォトマスク(凸版印刷株式会社製、合成石英製、L/S=400μm/400μm)を設置した。この際、シムテープ(株式会社ミスミグループ本社製、厚さ500μm、SUS製)を用い、感放射線性シートとフォトマスクとのギャップが500μmとなるようにした。
次いで、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model356、OAI Optical Associates Inc.製)を用い、500mJ/cm2となるように設定した後に露光装置を用いて露光した。
次に、露光したシートを純水に3分間ディップして現像した。
[Sheet curability in exposed area]
A radiation-sensitive sheet was placed in an exposure device (manufactured by Eye Graphics Co., Ltd., model number: Eye Grandage ECS-4011GX/N, wavelength 200 to 450 nm) equipped with a metal halide lamp. Next, a photomask (manufactured by Toppan Printing Co., Ltd., made of synthetic quartz, L/S = 400 μm/400 μm) was placed on the sheet. At this time, a shim tape (manufactured by Misumi Group Inc.,
Next, the intensity of the radiation at a wavelength of 365 nm was set to 500 mJ/cm 2 using an illuminance meter (OAI model 356, manufactured by OAI Optical Associates Inc.), and then exposed using an exposure device.
Next, the exposed sheet was dipped in pure water for 3 minutes and developed.
現像後のシートについて、露光部のシートの硬化性を以下のようにして評価した。結果を表1に示す。
現像後の露光部のシート表面が平滑でタック感が無い場合を、硬化性良好と判断して「A」と評価し、現像後の露光部のシート表面がややタック感が認められるものの、平滑であって表面がゲル状ではない場合を、使用可能な硬化性であると判断して「B」と評価し、現像後の露光部のシート表面がゲル状となって硬化していない場合を、硬化性不良と判断して「C」と評価した。
After development, the curability of the sheet in the exposed area was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
If the sheet surface in the exposed area after development is smooth and does not feel tacky, it is judged as having good curability and evaluated as "A". When the sheet surface is not gel-like, it is judged to have usable curability and evaluated as "B", and when the sheet surface in the exposed area after development is gel-like and not cured. , it was judged that the curing property was poor and was evaluated as "C".
[未露光部のゲルパターン形成状態]
メタルハライドランプを備えた露光装置(アイグラフィックス株式会社製、型番:アイグランデージECS-4011GX/N、波長200~450nm)に感放射線性シートを設置した。次いで、前記シート上にフォトマスク(凸版印刷株式会社製、合成石英製、L/S=400μm/400μm)を設置した。この際、シムテープ(株式会社ミスミグループ本社製、厚さ500μm、SUS製)を用い、感放射線性シートとフォトマスクとのギャップが500μmとなるようにした。
次いで、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model356、OAI Optical Associates Inc.製)を用い、500mJ/cm2となるように設定した後に露光装置を用いて露光した。
次に、露光したシートを純水に3分間ディップして現像した。
[Gel pattern formation state in unexposed area]
A radiation-sensitive sheet was placed in an exposure device (manufactured by Eye Graphics Co., Ltd., model number: Eye Grandage ECS-4011GX/N, wavelength 200 to 450 nm) equipped with a metal halide lamp. Next, a photomask (manufactured by Toppan Printing Co., Ltd., made of synthetic quartz, L/S = 400 μm/400 μm) was placed on the sheet. At this time, a shim tape (manufactured by Misumi Group Inc.,
Next, the intensity of the radiation at a wavelength of 365 nm was set to 500 mJ/cm 2 using an illuminance meter (OAI model 356, manufactured by OAI Optical Associates Inc.), and then exposed using an exposure device.
Next, the exposed sheet was dipped in pure water for 3 minutes and developed.
現像後のシートについて、未露光部のゲルパターン形成状態を以下のようにして評価した。結果を表1に示す。
現像後の未露光部のシート表面がゲル状となった場合を、未露光部にゲルパターンが良好に形成されたと判断して「A」と評価し、現像後の未露光部のシート表面と露光部のシート表面とを比較した場合に、わずかに未露光部にゲル状態が観察された場合を、未露光部に使用可能なゲルパターンが形成されたと判断して「B」と評価し、現像後の未露光部のシート表面がゲル状になるものの、シートが崩壊してしまって使用不可となった、または、シートは崩壊しないが露光部も未露光部もゲル状となり、ゲルパターンが得られなかった場合を、使用不可能と判断して「C」と評価した。
After development, the state of gel pattern formation in the unexposed areas of the sheet was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
If the sheet surface of the unexposed area after development becomes gel-like, it is judged that a gel pattern has been well formed in the unexposed area and is evaluated as "A". When comparing the sheet surface of the exposed area and a slight gel state is observed in the unexposed area, it is judged that a usable gel pattern has been formed in the unexposed area and evaluated as "B", After development, the surface of the sheet in the unexposed areas becomes gel-like, but the sheet collapses and becomes unusable, or the sheet does not collapse, but both the exposed and unexposed areas become gel-like, and the gel pattern is Cases in which no results were obtained were judged to be unusable and rated as "C".
[細胞塊の形成性および細胞塊の視認性]
ヒト骨髄由来の間葉系幹細胞(hMSC)であるUE7T-13細胞(JCRB1154)の培養に、10%FBS(GEヘルスケア社製)、100U/mLペニシリン、および100μg/mLストレプトマイシン(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を含有するダルベッコ改変イーグル培地(富士フイルム和光純薬株式会社製)を使用した。細胞は、37℃、CO2濃度5%の環境下で、細胞培養用フラスコ(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いた接着培養を行うことで維持した。細胞を実験に使用する際にはTrypLETM Express(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)によって対数増殖期の細胞を剥離した後、細胞を培地中に懸濁することで単細胞懸濁液を調製して使用した。
[Cell cluster formation and cell cluster visibility]
UE7T-13 cells (JCRB1154), which are human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSCs), were cultured using 10% FBS (manufactured by GE Healthcare), 100 U/mL penicillin, and 100 μg/mL streptomycin (Thermo Fisher Scientific). Dulbecco's modified Eagle medium (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Dulbecco's modified Eagle medium (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. The cells were maintained by adhesion culture using a cell culture flask (manufactured by Thermo Fisher Scientific) in an environment of 37° C. and 5% CO 2 concentration. When using cells for experiments, use TrypLETM Express (manufactured by Thermo Fisher Scientific) to detach cells in the logarithmic growth phase, and then suspend the cells in a medium to prepare a single cell suspension. did.
前記露光部のシート硬化性と同様の方法で得られた現像後のシート(ゲルパターンが形成された厚さ50μmのシート)を、ザルスタッド社製のシリコンチャンバー(flexiPERM micro)で分画した細胞培養容器上に、2.1×104Cells/cm2のUE7T-13細胞を播種し、CO2濃度5%の雰囲気下で、37℃で3日間培養した。 A developed sheet (a 50 μm thick sheet with a gel pattern formed thereon) obtained by the same method as the sheet curing of the exposed area was fractionated using a silicon chamber (flexiPERM micro) manufactured by Sarstad. UE7T-13 cells were seeded at 2.1×10 4 cells/cm 2 on a culture container and cultured at 37° C. for 3 days in an atmosphere with a CO 2 concentration of 5%.
細胞塊の形成を以下のようにして評価した。評価結果を表1に示す。
UE7T-13細胞を播種してから3日後に、ゲルパターン上の細胞の集合を、光学顕微鏡(オリンパス株式会社製、IX71)を用いて明視野観察した。任意に選んだ3つの観察視野の全てでゲルパターン上に細胞塊が存在した場合を「A」と評価し、任意に選んだ3つの観察視野のうち1つまたは2つの視野のゲルパターン上に細胞塊が存在した場合を「B」と評価し、任意に選んだ3つの観察視野のいずれにもゲルパターン上に細胞塊が存在しなかった場合、または、シートの視認性が悪く、細胞塊を視認できなかった場合を「C」と評価した。
Formation of cell clusters was evaluated as follows. The evaluation results are shown in Table 1.
Three days after seeding the UE7T-13 cells, the collection of cells on the gel pattern was observed in bright field using an optical microscope (IX71, manufactured by Olympus Corporation). The case where cell clusters were present on the gel pattern in all three arbitrarily selected observation fields was evaluated as "A", and the case where cell clusters were present on the gel pattern in one or two of the three arbitrarily selected observation fields was evaluated as "A". The case where cell clusters were present was evaluated as "B", and the case where cell clusters were not present on the gel pattern in any of the three arbitrarily selected observation fields, or the visibility of the sheet was poor and the cell clusters were evaluated as "B". The case where it could not be visually recognized was evaluated as "C".
実施例および比較例の結果によれば、実施例1~9に示されたシートは、ヘーズがいずれも10%以下と低く、細胞の視認性に優れるシートであった。また、露光部の硬化性は良好で、未露光部のゲルパターン形成状態も良好であった。また、現像後のシート(ゲルパターンが形成されたシート)上に播種した細胞から細胞塊への形成も良好であった。 According to the results of Examples and Comparative Examples, the sheets shown in Examples 1 to 9 all had a low haze of 10% or less, and were sheets with excellent cell visibility. Further, the curability of the exposed area was good, and the gel pattern formation state of the unexposed area was also good. In addition, formation of cell clusters from cells seeded on the developed sheet (sheet on which a gel pattern was formed) was also good.
一方で、比較例1で得られた感放射線性シートは、ヘーズが10%以下と良好ではあったが、シート中の感放射線性成分の含有量が少なく、相対的にセルロースの含有量が多いため、露光部の硬化性が不良でゲル化して、未露光部との区別がつかず、よって未露光部のゲルパターンが形成できなかった。細胞はゲルパターンに沿って集合して、細胞塊を形成するが、シート全面がゲル状となっていると、細胞はうまく集合できず、結果として細胞塊形成が不良となった。 On the other hand, although the radiation-sensitive sheet obtained in Comparative Example 1 had a good haze of 10% or less, the content of radiation-sensitive components in the sheet was low and the content of cellulose was relatively high. Therefore, the curing properties of the exposed areas were poor and gelatinized, making it impossible to distinguish them from the unexposed areas, making it impossible to form a gel pattern in the unexposed areas. Cells aggregate along the gel pattern to form cell clusters, but if the entire surface of the sheet was gel-like, the cells could not aggregate well, resulting in poor cell cluster formation.
また比較例2で得られた感放射線性シートは、ヘーズが10%以下と良好ではあったが、シート中の放射線性成分の含有量が多く、相対的にセルロースの含有量が少ないため、露光部の硬化性は良好だが未露光部のゲル密度が低下してゲルパターンを良好に形成できず、未露光部のシートが崩壊してしまった。このため、シート上の細胞塊の形成を観察することができなかった。 In addition, although the radiation-sensitive sheet obtained in Comparative Example 2 had a good haze of 10% or less, the content of radioactive components in the sheet was high and the content of cellulose was relatively low. Although the curability of the sheet was good in the unexposed area, the gel density in the unexposed area decreased, making it impossible to form a gel pattern well, and the sheet in the unexposed area collapsed. For this reason, it was not possible to observe the formation of cell clusters on the sheet.
比較例3で得られた感放射線性シートは、セルロースの平均繊維幅が大きいため、透過光の散乱によってシートの白化が顕著となりヘーズが上昇した。このため、露光部の硬化性や未露光部のゲルパターン形成は良好であったが、細胞塊の視認性が低下して、細胞塊の形成を確認することが困難となった。 Since the radiation-sensitive sheet obtained in Comparative Example 3 had a large average fiber width of cellulose, the sheet was significantly whitened due to scattering of transmitted light and the haze increased. For this reason, although the curability of the exposed area and the formation of a gel pattern in the unexposed area were good, the visibility of the cell clusters decreased, making it difficult to confirm the formation of the cell clusters.
比較例4で得られた感放射線性シートは、水、アルコール、またはこれらの混合溶媒のいずれにも溶解しない感放射線性成分を使用したため、ヘーズが上昇した。露光部の硬化性は良好だが、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒に溶解しない感放射線性成分ゆえ、未露光部の感放射線性成分を現像することができず、未露光部にゲルパターンを形成することができない、すなわち細胞の足場となる領域が形成できなかった。したがって、播種した細胞の細胞塊の形成は確認できなかった。 The radiation-sensitive sheet obtained in Comparative Example 4 had an increased haze because it used a radiation-sensitive component that does not dissolve in water, alcohol, or a mixed solvent thereof. The curability of the exposed area is good, but since the radiation-sensitive component is not soluble in water, alcohol, or a mixed solvent of these, the radiation-sensitive component in the unexposed area cannot be developed. In other words, a region that would serve as a scaffold for cells could not be formed. Therefore, formation of cell clusters of the seeded cells could not be confirmed.
本発明によれば、ハイドロゲルパターンを形成可能な感放射線性足場材を提供できる。
また、該感放射線性足場材を露光かつ現像して得られたパターン化ハイドロゲル足場材は、透明性に優れ、細胞培養に好適な足場を提供でき、所望部分に選択的に細胞塊を形成させることができる。このため、細胞培養器具および細胞培養装置としての応用が期待される。
According to the present invention, a radiation-sensitive scaffolding material capable of forming a hydrogel pattern can be provided.
In addition, the patterned hydrogel scaffold obtained by exposing and developing the radiation-sensitive scaffold has excellent transparency and can provide a suitable scaffold for cell culture, forming cell clusters selectively in desired areas. can be done. Therefore, it is expected to be applied as a cell culture instrument and a cell culture device.
Claims (8)
重合性化合物および重合開始剤を含むネガ型感放射線性成分と
を含有し、
前記ネガ型感放射線性成分の含有量が、前記繊維状セルロース100質量部に対し、20~200質量部であり、
前記ネガ型感放射線性成分が、水、アルコール、およびこれらの混合溶媒から選ばれる少なくとも1つに溶解する成分である、
細胞培養用足場材。 Fibrous cellulose with an average fiber width of 100 nm or less,
Contains a negative radiation-sensitive component containing a polymerizable compound and a polymerization initiator,
The content of the negative radiation-sensitive component is 20 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of the fibrous cellulose,
The negative radiation-sensitive component is a component that is soluble in at least one selected from water, alcohol, and a mixed solvent thereof;
Scaffolding material for cell culture.
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