JP2024034568A - Method for producing cellulose nanofiber concentrated and dried product and vacuum belt dryer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロースナノファイバー（以下「ＣＮＦ」ともいう）の分散液を乾燥してセルロースナノファイバーの濃縮・乾燥品を製造する方法、及びこの製造方法に使用する減圧ベルト乾燥機に関する。 The present invention relates to a method for producing a concentrated and dried product of cellulose nanofibers by drying a dispersion of cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as "CNF"), and a vacuum belt dryer used in this production method.
一般にＣＮＦは水に安定的に分散させた状態で製造され、通常は製造された所定濃度のＣＮＦ分散液のまま工業材料あるいは食品や化粧品の添加物材料として各種用途に使用されている。
そして、このＣＮＦの状態を安定的に保つためには、ＣＮＦの数十倍程度の水分が必要になり、この水分の多さがＣＮＦの包装、保管、輸送等のコストアップにつながるため、該水分の減少（濃縮）と除去（乾燥）がＣＮＦの普及を図る上で欠かすことのできない技術とされていた。
Generally, CNF is produced in a state in which it is stably dispersed in water, and usually the produced CNF dispersion at a predetermined concentration is used for various purposes as an industrial material or as an additive material for foods and cosmetics.
In order to keep this CNF in a stable state, approximately several tens of times as much water as the CNF is required, and this large amount of water increases the cost of packaging, storing, and transporting the CNF. Reduction (concentration) and removal (drying) of water content were considered essential technologies for the widespread use of CNF.
一方、ＣＮＦ分散液を濃縮・乾燥して得られたＣＮＦ濃縮・乾燥品を使用するには、水に再分散させて再び使用に適した所定濃度のＣＮＦ再分散液に調製しなければならないが、調製したＣＮＦ再分散液が濃縮・乾燥前のＣＮＦ分散液の透明度や粘度特性（チキソトロピー性）を大きく下回るようでは、上記各種用途にＣＮＦ再分散液を使用できなくなってしまう。 On the other hand, in order to use the CNF concentrated and dried product obtained by concentrating and drying a CNF dispersion, it is necessary to redisperse it in water and prepare it again to a CNF redispersion with a predetermined concentration suitable for use. If the prepared CNF redispersion liquid has transparency and viscosity properties (thixotropy) that are significantly lower than those of the CNF dispersion liquid before concentration and drying, the CNF redispersion liquid cannot be used for the above-mentioned various purposes.
そこで、上記ＣＮＦ再分散液の透明度および粘度特性を乾燥前のＣＮＦ分散液の透明度および粘度特性と同等程度まで高めるための技術として、ドラム型乾燥機を用いて乾燥固形物とする技術が開示されている（特許文献１）。 Therefore, as a technique for increasing the transparency and viscosity characteristics of the CNF redispersion liquid to the same level as the transparency and viscosity characteristics of the CNF dispersion liquid before drying, a technique for forming a dry solid using a drum dryer has been disclosed. (Patent Document 1).
また、ＣＮＦ濃縮・乾燥品を水に再分散したＣＮＦ分散液の透明度や粘度などの物性が、乾燥前のＣＮＦ分散液と比較して、より変化が少ない特性（再分散性）を有するＣＮＦ濃縮・乾燥品を得ることができる乾燥装置として、特許文献２に減圧ベルト乾燥機を用いる技術が開示されている。 In addition, the physical properties of the CNF dispersion obtained by redispersing the concentrated and dried CNF in water, such as transparency and viscosity, are less likely to change compared to the CNF dispersion before drying (redispersibility). - Patent Document 2 discloses a technique using a vacuum belt dryer as a drying device that can obtain dried products.
しかし、ドラム型乾燥機を用いた場合は、過度の熱がＣＮＦ分散液に加わるため、特許文献１で得られたＣＮＦ乾燥固形物を水に再分散して得られた再分散液の透明度や粘度などの物性は、乾燥前のＣＮＦ分散液の透明度や粘度などの物性と比較して変化が大きく、再分散性は十分ではなかった。 However, when a drum-type dryer is used, excessive heat is applied to the CNF dispersion, which reduces the transparency of the redispersion obtained by redispersing the CNF dry solid obtained in Patent Document 1 in water. The physical properties such as viscosity changed significantly compared to the physical properties such as transparency and viscosity of the CNF dispersion before drying, and the redispersibility was not sufficient.
特許文献２に記載された方法によれば、再分散性に優れるＣＮＦ濃縮・乾燥品を得ることができるものの、原料の供給方法として、複数の細いニードルノズルからストランド状とした分散液をベルト上に供給する方法を採用しているため、ベルト上全面に分散液が均一に存在しないため乾燥効率が上がらない、原料供給量が増やせず生産効率に劣る問題や、真空チャンバー内において長時間安定してノズルから原料を吐出させることが難しい等の問題があった。また、ブレード等を用いてベルト上に分散液を押し広げた場合であっても、ベルト基材の両端部を金具等で接合した接合部においては、ベルト表面の接合箇所の段差により、分散液が均一に広がらず、乾燥不良が生じ、回収率が低下する等の問題があった。 According to the method described in Patent Document 2, it is possible to obtain a concentrated and dried CNF product with excellent redispersibility. Since the dispersion liquid is not uniformly distributed over the entire surface of the belt, the drying efficiency cannot be improved, the amount of raw materials supplied cannot be increased and the production efficiency is poor, and the dispersion liquid is not stable for a long time in the vacuum chamber. There were problems such as difficulty in discharging the raw material from the nozzle. In addition, even if the dispersion is spread out on the belt using a blade, etc., the dispersion may be spread at the joint where both ends of the belt base material are joined with metal fittings, etc. due to the difference in level between the joints on the belt surface. There were problems such as not being spread uniformly, resulting in poor drying and a lower recovery rate.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＣＮＦ分散液を濃縮・乾燥してＣＮＦ濃縮・乾燥品を製造し、その後再分散させてＣＮＦ再分散液を生成するに際して、濃縮・乾燥前のＣＮＦ分散液と同等程度の分散性を有する再分散液を生成することが可能なＣＮＦ濃縮・乾燥品を得ることができる、生産効率に優れたセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法を提供すること、及び、この製造方法に適した減圧ベルト乾燥機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is aimed at producing a concentrated and dried CNF product by concentrating and drying a CNF dispersion, and then redispersing it to produce a CNF redispersion. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product with excellent production efficiency, which can yield a concentrated and dried CNF product that can generate a redispersion liquid with dispersibility comparable to that of the CNF dispersion before drying. It is an object of the present invention to provide a vacuum belt dryer suitable for this manufacturing method.
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、減圧下でＣＮＦ分散液を乾燥させることが可能な減圧ベルト乾燥機であって、特定の無端搬送ベルト及びブレードを備えるものを用いることにより上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have developed a vacuum belt dryer capable of drying a CNF dispersion under reduced pressure, which is equipped with a specific endless conveyor belt and blades. The present invention was completed based on the discovery that the above object can be achieved by using the present invention.
本発明は、以下を提供する。
（１） 減圧槽内に、無端搬送ベルトと、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って加熱領域および冷却領域を順次配設してなり、セルロースナノファイバー分散液を乾燥して濃縮・乾燥品を得るための減圧ベルト乾燥機を用いて実行されるセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法であって、前記減圧ベルト乾燥機は、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、加熱プレートを備え、前記吐出口から、前記無端搬送ベルト上に、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出工程と、前記無端搬送ベルト上に吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記加熱領域で前記加熱プレートを温度８０～１６０℃として乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥した濃縮・乾燥品を、前記冷却領域で冷却する冷却工程とを含むセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。
（２） 減圧槽内に、無端搬送ベルトと、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って加熱領域および冷却領域を順次配設してなり、セルロースナノファイバー分散液を乾燥して濃縮・乾燥品を得るための減圧ベルト乾燥機を用いて実行されるセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法であって、前記減圧ベルト乾燥機は、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、マイクロ波発生装置を備え、前記吐出口から、前記無端搬送ベルト上に、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出工程と、前記無端搬送ベルト上に吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記加熱領域で、前記マイクロ波発生装置により８０～１６０℃の温度で乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥した濃縮・乾燥品を、前記冷却領域で冷却する冷却工程とを含むセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。
（３） 前記減圧ベルト乾燥機は、前記吐出口から吐出された前記セルロースナノファイバー分散液の厚みを均すブレードを備え、前記吐出工程において吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記ブレードの下方を通過させることにより、前記無端搬送ベルト上に押し広げ、厚みを均す工程を含み、前記乾燥工程は、前記無端搬送ベルト上に押し広げられた前記セルロースナノファイバー分散液を乾燥する（１）または（２）記載のセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。
（４） 前記接合部における表面が平面であることは、高低差が０．５ｍｍ以内であることを含む（１）または（２）記載のセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。
（５） 減圧槽内に、無端搬送ベルトと、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って加熱領域および冷却領域を順次配設してなり、セルロースナノファイバー分散液を乾燥して濃縮・乾燥品を得るための減圧ベルト乾燥機であって、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、８０～１６０℃に加熱される加熱プレートを備える減圧ベルト乾燥機。
（６） 減圧槽内に、無端搬送ベルトと、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って加熱領域および冷却領域を順次配設してなり、セルロースナノファイバー分散液を乾燥して濃縮・乾燥品を得るための減圧ベルト乾燥機であって、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、マイクロ波発生装置を備え、前記加熱領域では、前記マイクロ波発生装置により前記セルロースナノファイバー分散液が８０～１６０℃に加熱される減圧ベルト乾燥機。
（７） 前記吐出口から吐出された前記セルロースナノファイバー分散液の厚みを均すブレードを備える（５）または（６）記載の減圧ベルト乾燥機。
（８） 前記接合部における表面が平面であることは、高低差が０．５ｍｍ以内であることを含む（５）または（６）記載の減圧ベルト乾燥機。
The present invention provides the following.
(1) An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to produce a concentrated and dried product. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product using a vacuum belt dryer for obtaining a concentrated and dried cellulose nanofiber product, the vacuum belt dryer being provided upstream of the heating region of the endless conveyor belt, The endless conveyor belt includes a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion liquid, and a pressure reduction device that creates a reduced pressure atmosphere in the pressure reduction tank, and the endless conveyor belt includes a joint portion for joining both ends of the belt base material, and The heating region has a flat surface along the moving direction of the endless conveyor belt, and the heating region includes a heating plate, and the cellulose nanofiber dispersion liquid is discharged from the discharge port onto the endless conveyor belt. a discharging step, a drying step of drying the cellulose nanofiber dispersion discharged onto the endless conveyor belt in the heating region at a temperature of 80 to 160° C., and concentrating and drying the cellulose nanofiber dispersion that is dried in the drying step. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product, comprising a cooling step of cooling the product in the cooling region.
(2) An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a reduced pressure tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to produce a concentrated and dried product. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product using a vacuum belt dryer for obtaining a concentrated and dried cellulose nanofiber product, the vacuum belt dryer being provided upstream of the heating region of the endless conveyor belt, The endless conveyor belt includes a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion liquid, and a pressure reduction device that creates a reduced pressure atmosphere in the pressure reduction tank, and the endless conveyor belt includes a joint portion for joining both ends of the belt base material, and The heating area is provided with a microwave generator along the moving direction of the endless conveyor belt, and the cellulose nanofiber dispersion is applied from the discharge port onto the endless conveyor belt. a discharging step of discharging, a drying step of drying the cellulose nanofiber dispersion liquid discharged onto the endless conveyor belt in the heating region at a temperature of 80 to 160° C. by the microwave generator, and the drying step. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product, comprising a cooling step of cooling the concentrated and dried product dried in the cooling region.
(3) The vacuum belt dryer includes a blade that evens out the thickness of the cellulose nanofiber dispersion discharged from the discharge port, and the blade smoothes the cellulose nanofiber dispersion discharged in the discharge step. The drying step includes drying the cellulose nanofiber dispersion that has been forced and spread on the endless conveyor belt by passing the cellulose nanofiber dispersion liquid over the endless conveyor belt to make the thickness uniform. ) or the method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product according to (2).
(4) The method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product according to (1) or (2), wherein the flat surface at the joint includes that the height difference is within 0.5 mm.
(5) An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a reduced pressure tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to produce a concentrated and dried product. A vacuum belt dryer for producing a vacuum belt, comprising: a discharge port provided upstream of the heating area of the endless conveyor belt for discharging the cellulose nanofiber dispersion; and a vacuum belt dryer for creating a vacuum atmosphere in the vacuum tank. The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, the surface of the joint portion is flat, and the heating area is arranged along the moving direction of the endless conveyor belt. , a vacuum belt dryer equipped with a heating plate heated to 80-160°C.
(6) An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to produce a concentrated and dried product. A vacuum belt dryer for producing a vacuum belt, comprising: a discharge port provided upstream of the heating area of the endless conveyor belt for discharging the cellulose nanofiber dispersion; and a vacuum belt dryer for creating a vacuum atmosphere in the vacuum tank. The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, the surface of the joint portion is flat, and the heating area is arranged along the moving direction of the endless conveyor belt. , a vacuum belt dryer comprising a microwave generator, and in the heating region, the cellulose nanofiber dispersion is heated to 80 to 160° C. by the microwave generator.
(7) The vacuum belt dryer according to (5) or (6), including a blade that evens out the thickness of the cellulose nanofiber dispersion discharged from the discharge port.
(8) The vacuum belt dryer according to (5) or (6), wherein the flat surface of the joint includes that the difference in height is within 0.5 mm.
本発明によれば、濃縮・乾燥前のＣＮＦ分散液と同等程度の分散性を有する再分散液を生成することが可能なＣＮＦ濃縮・乾燥品を得ることができる、生産効率に優れたセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法、及びこの製造方法に適した減圧ベルト乾燥機が提供される。 According to the present invention, it is possible to obtain a CNF concentrated and dried product capable of producing a redispersion liquid having a dispersibility comparable to that of the CNF dispersion liquid before concentration and drying, and a cellulose nano-sized product with excellent production efficiency. A method for producing a fiber concentrated and dried product and a vacuum belt dryer suitable for this production method are provided.
以下、図面を参照して本発明の減圧ベルト乾燥機について説明する。なお、本発明の減圧ベルト乾燥機は、図１に示すものに限られるものではない。また、本発明において「～」は端値を含む。すなわち「Ｘ～Ｙ」はその両端の値ＸおよびＹを含む。 Hereinafter, a vacuum belt dryer of the present invention will be explained with reference to the drawings. Note that the vacuum belt dryer of the present invention is not limited to that shown in FIG. Furthermore, in the present invention, "~" includes an extreme value. That is, "X~Y" includes the values X and Y at both ends.
図１に示す減圧ベルト乾燥機２は、内部を減圧することが可能な減圧槽４、減圧槽４内に設置された無端搬送ベルト６、無端搬送ベルト６上にセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）分散液７を吐出する吐出口８、吐出口８から吐出されたＣＮＦ分散液７の厚みを均すブレード９、ＣＮＦ分散液７を加熱する加熱手段であって、無端搬送ベルト６の下面にその移動方向に沿って配設された第１加熱プレート１０ａ、第２加熱プレート１０ｂ、第３加熱プレート１０ｃ、さらにその下流に配設され、チラーユニット１２から供給される冷水によって濃縮・乾燥品を冷却する冷却プレート１４、冷却された濃縮・乾燥品を受け入れる受入部１６、受入部１６から払い出された濃縮・乾燥品を回収する回収部１８を備えている。ここで、ブレード９の上流側の端部は、吐出口８の下流側で無端搬送ベルト６の上方に固定されており、ブレード９の中ほどには、重り１９が載せられている。ブレード９の中ほどから下流側の下面は、無端搬送ベルト６の上面に圧接された状態となっている。また、加熱プレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、膨張タンク２０、ポンプ２２、熱交換器２４からなる熱水発生装置２６から送られた熱水を熱媒として加熱されている。減圧槽４内は、コールドトラップ２８ａおよび真空ポンプ２８ｂからなる真空発生装置２８によって、運転中は減圧されている。
The vacuum belt dryer 2 shown in FIG. 7, a
吐出口８の内径としては、供給量確保、安定供給の観点から、内径２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは内径４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。 The inner diameter of the discharge port 8 is 2 mm or more and 20 mm or less, preferably 4 mm or more and 10 mm or less, from the viewpoint of ensuring supply amount and stable supply.
吐出口８から無端搬送ベルト６上に吐出されたＣＮＦ分散液７は、無端搬送ベルト６の移動に伴って、はじめにブレード９の下方を通過し、ブレード９により無端搬送ベルト６上に押し広げられる。押し広げられたＣＮＦ分散液７は、加熱領域を構成する第１加熱プレート１０ａ、第２加熱プレート１０ｂ、第３加熱プレート１０ｃ、ならびに冷却領域を構成する冷却プレート１４上を順次通過し、所定の乾燥処理を施される。なお、加熱プレートの温度は、個別に設定可能であり、加熱プレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃをすべて同じ温度となるように設定しても良いし、第１加熱プレート１０ａ、第２加熱プレート１０ｂ、第３加熱プレート１０ｃの順に温度を低下させるように設定しても良い。
The CNF dispersion liquid 7 discharged onto the endless conveyor belt 6 from the discharge port 8 first passes below the
所定の乾燥処理を施された結果、得られたＣＮＦ濃縮・乾燥品は、無端搬送ベルト６の下流端まで到達すると、下方に落下し、受入部１６に受け入れられる。受入部１６に受け入れられた濃縮・乾燥品は、ダブルダンパ機構により減圧状態が解除され、回収部１８に払い出される。
When the CNF concentrated and dried product obtained as a result of the predetermined drying process reaches the downstream end of the endless conveyor belt 6, it falls downward and is received by the receiving
図２（ａ）は無端搬送ベルト６の接合部６ａの構成を示す正面図、図２（ｂ）は無端搬送ベルト６の接合部６ａの構成を示す平面図である。無端搬送ベルト６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ベルト基材６ｂの両端部を接合する接合部６ａを備えている。ベルト基材６ｂは例えばＰＴＦＥなどのフッ素樹脂やニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴムなどのゴム、ガラス繊維、アラミド繊維等の織物などからなり、ベルト基材６ｂの両端部、即ちベルト基材６ｂの一端部の接合箇所６ｃ及び他端部の接合箇所６ｄは、接着剤により接合されている。ベルト基材６ｂの一端部は接合箇所６ｃの面が下側に向くように傾斜させてカットされている。同様に、ベルト基材６ｂの他端部は接合箇所６ｄの面が上側を向くように傾斜させてカットされている。接合部６ａ、特に接合箇所６ｃと接合箇所６ｄとの境目における表面は平面であり、接合箇所６ｃと接合箇所６ｄとの境目における表面の段差はないに等しい。ここでいう平面とは、接合部６ａの表面における高低差が０．５ｍｍ以内（０．０ｍｍ～０．５ｍｍ）を含み、この実施の形態において接合箇所６ｃと接合箇所６ｄとの高低差は０．０ｍｍである。接合部６ａの表面における高低差が０．５ｍｍ以内であれば、本発明の減圧ベルト乾燥機により得られるＣＮＦ濃縮・乾燥品の回収量の減少は極めて少ない。即ち、接合部６ａの表面における高低差０．５ｍｍまでが、本発明の減圧ベルト乾燥機において十分なＣＮＦ濃縮・乾燥品の回収量となるために許容できる範囲である。また、接合部６ａの裏側には、接合部６ａの接合を補強する補強部材６ｅを備えている。補強部材６ｅは、例えばＰＴＦＥなどのフッ素樹脂やニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴムなどのゴム、ガラス繊維、アラミド繊維等の織物などからなり、接合部６ａ全域をカバーする大きさ、即ち図２（ｂ）に示すように、ベルト基材６ｂの幅方向における長さがベルト基材６ｂの幅方向の長さと同一、ベルト基材６ｂの長手方向における長さが接合箇所６ｃ及び６ｄの長さより長い大きさであって、ベルト基材６ｂの裏面に接着剤により接着されている。なお、接合箇所６ｃ及び６ｄの形状は、図２（ａ）に示す形状以外の形状、例えばベルト基材６ｂの表面に直交する面（直交面）であってもよい。また、無端搬送ベルト６の表面は、濃縮・乾燥品がベルトから剥離しやすくなる観点から、ＣＮＦ分散液７が接する面に対して、フッ素樹脂加工を施したものであってもよい。
2(a) is a front view showing the structure of the joint portion 6a of the endless conveyor belt 6, and FIG. 2(b) is a plan view showing the structure of the joint portion 6a of the endless conveyor belt 6. As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), the endless conveyor belt 6 includes a joining portion 6a that joins both ends of a belt base material 6b. The belt base material 6b is made of, for example, a fluororesin such as PTFE, rubber such as nitrile rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, silicone rubber, textiles such as glass fiber, aramid fiber, etc., and both ends of the belt base material 6b, i.e. A joint 6c at one end of the belt base material 6b and a joint 6d at the other end are joined with an adhesive. One end of the belt base material 6b is cut so that the surface of the joint portion 6c faces downward. Similarly, the other end of the belt base material 6b is cut so that the surface of the
ブレード９は、例えばシリコンゴム等の弾性体を用いることができる。
For the
なお、受入部１６は、得られた濃縮・乾燥品を粉砕する機構を有するものであってもよい。
Note that the receiving
また、上述の実施形態では、加熱手段が第１から第３までの複数個の加熱プレートにより構成される例として説明したが、加熱手段が、単独の加熱プレートにより構成されるものであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the heating means is constituted by a plurality of first to third heating plates, but the heating means may be constituted by a single heating plate. good.
さらに、上述の実施形態では、加熱手段として加熱プレートを用いているが、本発明の減圧ベルト乾燥機は、加熱手段として加熱プレートに代えて、単独または複数個のマイクロ波発生装置を用いたものであってもよい。 Further, in the above embodiment, a heating plate is used as the heating means, but the vacuum belt dryer of the present invention uses one or more microwave generators as the heating means instead of the heating plate. It may be.
次に、本発明の減圧ベルト乾燥機を用いたＣＮＦ濃縮・乾燥品の製造方法について説明する。 Next, a method for producing a concentrated and dried CNF product using the vacuum belt dryer of the present invention will be described.
本発明の減圧ベルト乾燥機を用いて実行されるＣＮＦ濃縮・乾燥品の製造方法は、吐出口８から、無端搬送ベルト６上に、ＣＮＦ分散液７を吐出する吐出工程と、吐出されたＣＮＦ分散液７を、ブレード９の下方を通過させることにより、無端搬送ベルト９上に押し広げ、厚みを均す工程と、無端搬送ベルト６上に押し広げられたＣＮＦ分散液７を、加熱領域で加熱プレートを温度８０～１６０℃として乾燥する乾燥工程と、乾燥工程で乾燥した濃縮・乾燥品を、冷却領域で冷却する冷却工程とを含む。
The method for producing a concentrated and dried CNF product using the vacuum belt dryer of the present invention includes a discharge step of discharging the CNF dispersion 7 from the discharge port 8 onto the endless conveyor belt 6, and The dispersion liquid 7 is passed under the
（吐出工程）
吐出工程では、吐出口８から、減圧槽４内に設置された、無端搬送ベルト６上に、ＣＮＦ分散液７を吐出する。無端搬送ベルト６の移動速度は、特に限定されないが、乾燥効率の観点から好ましくは４～３０ｃｍ/分、より好ましくは５～２４ｃｍ/分である。なお、無端搬送ベルトの移動速度は、定速としてもよいし、可変としてもよい。また減圧槽４の気圧は、真空発生装置２８により、例えば、好ましくは０～２０ｋＰａ、より好ましくは１．５～１０ｋＰａに減圧されている。ＣＮＦ分散液７の吐出速度は、処理能力の観点から１０ｇ／分～３０ｇ／分であることが好ましい。
(Discharge process)
In the discharge step, the CNF dispersion liquid 7 is discharged from the discharge port 8 onto the endless conveyor belt 6 installed in the
（厚みを均す工程）
厚みを均す工程では、吐出口から吐出されたＣＮＦ分散液７を、ブレード９の下方を通過させることにより、無端搬送ベルト６上に押し広げ、厚みを均す。ブレード９の下流側の端面と無端搬送ベルト上面との間隔は、ＣＮＦ分散液７の厚みを均すことができる限り特に限定されず、２ｍｍ以下が好ましく、乾燥効率の観点から、ブレード９がベルト進行方向に所定の長さを有する面で無端搬送ベルト６の上面を圧接していることがより好ましい。
(Process of leveling the thickness)
In the step of leveling the thickness, the CNF dispersion liquid 7 discharged from the discharge port is passed under the
（乾燥工程）
乾燥工程における乾燥温度は、乾燥効率の観点から、加熱プレートの温度を８０～１６０℃とするものであり、１２０～１５０℃とすることが好ましく、１１０～１４０℃とすることがより好ましい。
(drying process)
From the viewpoint of drying efficiency, the drying temperature in the drying step is such that the temperature of the heating plate is 80 to 160°C, preferably 120 to 150°C, and more preferably 110 to 140°C.
減圧ベルト乾燥機が、加熱手段として加熱プレートに代えて、マイクロ波発生装置を用いたものである場合には、乾燥工程における乾燥温度は、乾燥効率の観点から、加熱領域で押し広げられたＣＮＦ分散液を８０～１６０℃とするものであり、１２０～１５０℃とすることが好ましく、１１０～１４０℃とすることがより好ましい。 When a vacuum belt dryer uses a microwave generator instead of a heating plate as a heating means, the drying temperature in the drying process is set at a temperature equal to that of the CNF spread out in the heating area, from the viewpoint of drying efficiency. The temperature of the dispersion is 80 to 160°C, preferably 120 to 150°C, and more preferably 110 to 140°C.
また、乾燥工程においては、ＣＮＦ分散液７が全固形分中にＣＮＦを固形分で９９．９重量％以上含む場合は、ＣＮＦ分散液７の固形分濃度が１０～２０重量％となるまで乾燥させることが好ましく、１０～１５重量％となるまで乾燥させることがより好ましい。 In addition, in the drying process, if the CNF dispersion liquid 7 contains 99.9% by weight or more of CNF in the total solid content, drying is performed until the solid content concentration of the CNF dispersion liquid 7 becomes 10 to 20% by weight. It is preferable to dry it, and it is more preferable to dry it to 10 to 15% by weight.
また、ＣＮＦ分散液７が水溶性高分子を含む場合は、乾燥固形物となるまで乾燥させることができる。ＣＮＦ分散液７が水溶性高分子を含む場合は、水溶性高分子の配合量が、ＣＮＦの絶乾固形分１００重量部に対して、５～３００重量部であることが好ましく、２０～３００重量部がより好ましい。水溶性高分子の配合量が５重量部未満であると十分な再分散性の効果が発現せず、３００重量部を超えるとＣＮＦの特徴であるチキソトロピー性などの粘度特性、分散安定性の低下などの問題が生じる。 Furthermore, when the CNF dispersion liquid 7 contains a water-soluble polymer, it can be dried until it becomes a dry solid. When the CNF dispersion 7 contains a water-soluble polymer, the amount of water-soluble polymer blended is preferably 5 to 300 parts by weight, and preferably 20 to 300 parts by weight, based on 100 parts by weight of absolute dry solid content of CNF. Parts by weight are more preferred. If the amount of water-soluble polymer is less than 5 parts by weight, sufficient redispersibility effect will not be achieved, and if it exceeds 300 parts by weight, viscosity properties such as thixotropy, which is a characteristic of CNF, and dispersion stability will decrease. Such problems arise.
水溶性高分子の配合量が、ＣＮＦの絶乾固形分１００重量部に対して、２５重量部以上であると、特に優れた再分散性を得ることができるので好ましい。また、チキソトロピー性を考慮すると２００重量部以下であることが好ましく、６０重量部以下が特に好ましい。 It is preferable that the amount of the water-soluble polymer is 25 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the absolute dry solid content of CNF, since particularly excellent redispersibility can be obtained. Further, in consideration of thixotropy, the amount is preferably 200 parts by weight or less, particularly preferably 60 parts by weight or less.
ここで、本発明においてＣＮＦの乾燥固形物とは、水分量が２０重量％以下になるように脱水・乾燥したＣＮＦを意味する。 Here, in the present invention, the dry solid CNF means CNF that has been dehydrated and dried so that the water content is 20% by weight or less.
（ｐＨを調整する工程）
ＣＮＦ分散液７が水溶性高分子を含む場合は、再分散性の観点から、吐出工程において吐出するＣＮＦ分散液７のｐＨを好ましくは９～１１、より好ましくは９～１０に調整する工程をさらに含むことが好ましい。
(Step of adjusting pH)
When the CNF dispersion liquid 7 contains a water-soluble polymer, from the viewpoint of redispersibility, the pH of the CNF dispersion liquid 7 to be discharged in the discharge process is preferably adjusted to 9 to 11, more preferably 9 to 10. It is preferable to further include.
ＣＮＦ分散液７のｐＨを９～１１に調整するために用いる薬品は特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、アンモニア、水酸化銅、水酸化アルミニウム、水酸化鉄、水酸化アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウムから選ばれた塩基性無機化合物、あるいはアルギニン、リジン、ヒスチジン及びオルニチンから選ばれた塩基性有機化合物などを例示することができる。 The chemicals used to adjust the pH of the CNF dispersion liquid 7 to 9 to 11 are not particularly limited, and include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonia, and hydroxide. Basic inorganic compounds selected from copper, aluminum hydroxide, iron hydroxide, ammonium hydroxide, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, magnesium oxide, or arginine, lysine, histidine, and ornithine. Examples include basic organic compounds selected from the following.
（冷却工程）
冷却工程では、濃縮・乾燥品が冷却され、温度が下がり、硬化することにより、無端搬送ベルト６から剥離しやすくなる。
(cooling process)
In the cooling step, the concentrated and dried product is cooled, its temperature lowers, and hardens, making it easier to peel off from the endless conveyor belt 6.
（セルロースナノファイバー）
本発明においてセルロースナノファイバーとは、繊維径が３～５００ｎｍ程度、アスペクト比が１００以上の微細繊維である。本発明で用いるセルロースナノファイバーとしては、アニオン変性セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）が挙げられる。アニオン変性ＣＮＦは、酸化したセルロース、カルボキシメチル化したセルロースなどを解繊することにより得ることができる。微細繊維の平均繊維長と平均繊維径は、酸化処理、カルボキシメチル化処理、解繊処理により調整することができる。
本発明に用いるセルロースナノファイバーの平均繊維長は、特に限定されないが、好ましくは１００ｎｍ～１μｍ、より好ましくは１００ｎｍ～４００ｎｍである。また、本発明に用いるセルロースナノファイバーの平均繊維径は３ｎｍ～１０ｎｍ、好ましくは３ｎｍ～８ｎｍである。
(cellulose nanofiber)
In the present invention, cellulose nanofibers are fine fibers with a fiber diameter of about 3 to 500 nm and an aspect ratio of 100 or more. Examples of cellulose nanofibers used in the present invention include anion-modified cellulose nanofibers (CNF). Anion-modified CNF can be obtained by fibrillating oxidized cellulose, carboxymethylated cellulose, and the like. The average fiber length and average fiber diameter of the fine fibers can be adjusted by oxidation treatment, carboxymethylation treatment, and fibrillation treatment.
The average fiber length of the cellulose nanofibers used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 100 nm to 1 μm, more preferably 100 nm to 400 nm. Furthermore, the average fiber diameter of the cellulose nanofibers used in the present invention is 3 nm to 10 nm, preferably 3 nm to 8 nm.
なお、セルロースナノファイバーの平均繊維長及び平均繊維径は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維長及び繊維径を平均することによって得ることができる。
セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、通常５０以上である。上限は特に限定されないが、通常は１０００以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる：
アスペクト比＝平均繊維長／平均繊維径
Note that the average fiber length and average fiber diameter of cellulose nanofibers can be obtained by averaging the fiber length and fiber diameter obtained from the results of observing each fiber using an atomic force microscope (AFM).
The average aspect ratio of cellulose nanofibers is usually 50 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less. The average aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter
（セルロース原料）
セルロースナノファイバーの原料であるセルロース原料の由来は、特に限定されないが、例えば、植物（例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ（針葉樹未漂白クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹漂白クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未漂白クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹漂白クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、針葉樹未漂白サルファイトパルプ（ＮＵＳＰ）、針葉樹漂白サルファイトパルプ（ＮＢＳＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、再生パルプ、古紙等）、動物（例えばホヤ類）、藻類、微生物（例えば酢酸菌（アセトバクター））、微生物産生物等が挙げられる。本発明で用いるセルロース原料は、これらのいずれかであってもよいし２種類以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料（例えば、セルロース繊維）であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料（例えば、セルロース繊維）である。
(cellulose raw material)
The origin of the cellulose raw material, which is the raw material for cellulose nanofibers, is not particularly limited. , softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP) ), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (e.g., sea squirts), algae, microorganisms (e.g., acetobacter), microbial products, etc. The cellulose raw material used in the present invention can be any of these. Although it may be a combination of two or more types, it is preferably a cellulose raw material derived from a plant or a microorganism (e.g., cellulose fiber), and more preferably a cellulose raw material derived from a plant (e.g., cellulose fiber). be.
セルロース原料の数平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプの場合は３０～６０μｍ程度、広葉樹クラフトパルプの場合は１０～３０μｍ程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものは５０μｍ程度である。例えばチップ等の数ｃｍ大のものを精製したものである場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、５０μｍ程度に調整することが好ましい。 The number average fiber diameter of the cellulose raw material is not particularly limited, but in the case of softwood kraft pulp, which is a common pulp, it is about 30 to 60 μm, and in the case of hardwood kraft pulp, it is about 10 to 30 μm. In the case of other pulps, those that have undergone general refining have a diameter of about 50 μm. For example, in the case of refined chips or the like that are several centimeters in size, it is preferable to mechanically process them using a disintegrator such as a refiner or a beater to adjust the size to about 50 μm.
（酸化）
酸化によりセルロース原料を変性して得られる酸化セルロース又はセルロースナノファイバーの絶乾重量に対するカルボキシル基の量は、０．５ｍｍｏｌ／ｇ以上、好ましくは０．８ｍｍｏｌ／ｇ以上、より好ましくは１．０ｍｍｏｌ／ｇ以上である。上限は、３．０ｍｍｏｌ／ｇ以下、好ましくは２．５ｍｍｏｌ／ｇ以下、より好ましくは２．０ｍｍｏｌ／ｇ以下である。すなわち、本発明に用いる酸化セルロースナノファイバーは、カルボキシル基の量が０．５ｍｍｏｌ／ｇ～３．０ｍｍｏｌ／ｇであり、０．８ｍｍｏｌ／ｇ～２．５ｍｍｏｌ／ｇが好ましく、１．０ｍｍｏｌ／ｇ～２．０ｍｍｏｌ／ｇがより好ましい。
(oxidation)
The amount of carboxyl groups based on the absolute dry weight of oxidized cellulose or cellulose nanofibers obtained by modifying cellulose raw materials by oxidation is 0.5 mmol/g or more, preferably 0.8 mmol/g or more, more preferably 1.0 mmol/g. g or more. The upper limit is 3.0 mmol/g or less, preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.0 mmol/g or less. That is, the amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose nanofibers used in the present invention is 0.5 mmol/g to 3.0 mmol/g, preferably 0.8 mmol/g to 2.5 mmol/g, and 1.0 mmol/g. ~2.0 mmol/g is more preferable.
本発明においては、酸化する方法として、Ｎ－オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群より選択される物質の存在下で酸化剤を用いて水中でセルロース原料を酸化する。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のＣ６位の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、及びカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、５重量％以下が好ましい。 In the present invention, the oxidation method involves oxidizing the cellulose raw material in water using an oxidizing agent in the presence of a substance selected from the group consisting of N-oxyl compounds, bromides, iodides, or mixtures thereof. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to produce a group selected from the group consisting of aldehyde groups, carboxyl groups, and carboxylate groups. The concentration of the cellulose raw material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by weight or less.
Ｎ－オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。ニトロキシルラジカルとしては例えば、２，２，６，６－テトラメチルピペリジン１－オキシル（ＴＥＭＰＯ）が挙げられる。Ｎ－オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。
Ｎ－オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾１ｇのセルロースに対して、０．０１ｍｍｏｌ以上が好ましく、０．０２ｍｍｏｌ以上がより好ましい。上限は、１０ｍｍｏｌ以下が好ましく、１ｍｍｏｌ以下がより好ましく、０．５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、Ｎ－オキシル化合物の使用量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．０１～１０ｍｍｏｌが好ましく、０．０１～１ｍｍｏｌがより好ましく、０．０２～０．５ｍｍｏｌがさらに好ましい。
The N-oxyl compound refers to a compound capable of generating nitroxy radicals. Examples of nitroxyl radicals include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction.
The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize cellulose as a raw material. For example, it is preferably 0.01 mmol or more, more preferably 0.02 mmol or more, per 1 g of bone dry cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound to be used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and even more preferably 0.02 to 0.5 mmol, per 1 g of bone-dry cellulose.
臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、臭化ナトリウム等の、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物又はヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択すればよい。臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．１ｍｍｏｌ以上が好ましく、０．５ｍｍｏｌ以上がより好ましい。上限は、１００ｍｍｏｌ以下が好ましく、１０ｍｍｏｌ以下がより好ましく、５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．１～１００ｍｍｏｌが好ましく、０．１～１０ｍｍｏｌがより好ましく、０．５～５ｍｍｏｌがさらに好ましい。 Bromide is a compound containing bromine, and includes, for example, alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water, such as sodium bromide. Moreover, iodide is a compound containing iodine, and includes, for example, alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used may be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, per 1 g of bone-dry cellulose. The upper limit is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and even more preferably 0.5 to 5 mmol, per 1 g of bone-dry cellulose.
酸化剤は、特に限定されないが例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、それらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩が好ましく、次亜塩素酸又はその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムが更に好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾１ｇのセルロースに対して、０．５ｍｍｏｌ以上が好ましく、１ｍｍｏｌ以上がより好ましく、３ｍｍｏｌ以上が更に好ましい。上限は、５００ｍｍｏｌ以下が好ましく、５０ｍｍｏｌ以下がより好ましく、２５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．５～５００ｍｍｏｌが好ましく、０．５～５０ｍｍｏｌがより好ましく、１～２５ｍｍｏｌがさらに好ましく、３～２５ｍｍｏｌが最も好ましい。Ｎ－オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はＮ－オキシル化合物１ｍｏｌに対して１ｍｏｌ以上が好ましい。上限は、４０ｍｏｌが好ましい。従って、酸化剤の使用量はＮ－オキシル化合物１ｍｏｌに対して１～４０ｍｏｌが好ましい。 Examples of the oxidizing agent include, but are not limited to, halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogenic acid, salts thereof, halogen oxides, peroxides, and the like. Among these, hypohalous acid or its salt is preferred, hypochlorous acid or its salt is more preferred, and sodium hypochlorite is even more preferred because it is inexpensive and has little environmental impact. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, and even more preferably 3 mmol or more, per 1 g of bone-dry cellulose. The upper limit is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, and even more preferably 25 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, even more preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 25 mmol, per 1 g of bone dry cellulose. When using an N-oxyl compound, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more per 1 mol of the N-oxyl compound. The upper limit is preferably 40 mol. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 to 40 mol per 1 mol of the N-oxyl compound.
酸化反応時のｐＨ、温度等の条件は特に限定されず、一般に、比較的温和な条件であっても酸化反応は効率よく進行する。反応温度は４℃以上が好ましく、１５℃以上がより好ましい。上限は４０℃以下が好ましく、３０℃以下がより好ましい。従って、温度は４～４０℃が好ましく、１５～３０℃程度、すなわち室温であってもよい。反応液のｐＨは、８以上が好ましく、１０以上がより好ましい。上限は、１２以下が好ましく、１１以下がより好ましい。従って、反応液のｐＨは、好ましくは８～１２、より好ましくは１０～１１程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のｐＨは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のｐＨを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。 Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited, and the oxidation reaction generally proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4°C or higher, more preferably 15°C or higher. The upper limit is preferably 40°C or less, more preferably 30°C or less. Therefore, the temperature is preferably 4 to 40°C, and may be about 15 to 30°C, that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or higher, more preferably 10 or higher. The upper limit is preferably 12 or less, more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably about 8 to 12, more preferably about 10 to 11. Usually, as carboxyl groups are generated in cellulose as the oxidation reaction progresses, the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution within the above range. Water is preferable as the reaction medium for oxidation because it is easy to handle and does not easily cause side reactions.
酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は０．５時間以上である。上限は通常は６時間以下、好ましくは４時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常０．５～６時間、例えば０．５～４時間程度である。 The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 hours or more. The upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time for oxidation is usually about 0.5 to 6 hours, for example about 0.5 to 4 hours.
酸化は、２段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、１段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一又は異なる反応条件で酸化させることにより、１段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 The oxidation may be carried out in two or more reaction steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency can be improved without being inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be oxidized well.
（カルボキシメチル化）
本発明において、セルロース原料のカルボキシメチル化は公知の方法を用いて行うことができ、特に限定されるものではないが、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が０．０１～０．５０となるように調整することが好ましい。その一例として次のような製造方法を挙げることができるが、従来公知の方法で合成してもよく、市販品を使用してもよい。セルロースを発底原料にし、溶媒に３～２０重量倍の水及び／又は低級アルコール、具体的にはメタノール、エタノール、Ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、Ｎ－ブタノール、イソブタノール、第３級ブタノール等の単独、又は２種以上の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールの混合割合は、６０～９５重量％である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり０．５～２０倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度０～７０℃、好ましくは１０～６０℃、かつ反応時間１５分～８時間、好ましくは３０分～７時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり０．０５～１０．０倍モル添加し、反応温度３０～９０℃、好ましくは４０～８０℃、かつ反応時間３０分～１０時間、好ましくは１時間～４時間、エーテル化反応を行う。
(carboxymethylation)
In the present invention, carboxymethylation of the cellulose raw material can be carried out using a known method, and is not particularly limited, but the degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit of cellulose is 0.01 to 0. It is preferable to adjust it so that it becomes 50. As an example, the following manufacturing method can be mentioned, but it may be synthesized by a conventionally known method, or a commercially available product may be used. Cellulose is used as the base material, and the solvent is 3 to 20 times the weight of water and/or lower alcohol, specifically methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. A single medium or a mixture of two or more of them is used. Note that the mixing ratio of lower alcohol is 60 to 95% by weight. As the mercerization agent, alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide and potassium hydroxide, is used in an amount of 0.5 to 20 times the mole per anhydroglucose residue in the bottom starting material. The bottom starting material, a solvent, and a mercerization agent are mixed, and mercerization treatment is performed at a reaction temperature of 0 to 70°C, preferably 10 to 60°C, and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, a carboxymethylating agent is added 0.05 to 10.0 times in mole per glucose residue, and the reaction temperature is 30 to 90°C, preferably 40 to 80°C, and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. The etherification reaction is carried out for ~4 hours.
（解繊）
セルロース原料の解繊は、セルロース原料に変性処理を施す前に行ってもよいし、後に行ってもよい。また、解繊は、一度に行ってもよいし、複数回行ってもよい。複数回の場合それぞれの解繊の時期はいつでもよい。
解繊に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。装置は、セルロース原料又は変性セルロース（通常は分散液）に強力なせん断力を印加できることが好ましい。装置が印加できる圧力は、９ＭＰａ以上が好ましく、５０ＭＰａ以上がより好ましく、さらに好ましくは１００ＭＰａ以上であり、特に好ましくは１４０ＭＰａ以上である。これらの圧力を印加することができる湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーを用いることにより、解繊を効率的に行うことができる。
(defibration)
The cellulose raw material may be defibrated before or after the cellulose raw material is subjected to the modification treatment. Further, defibration may be performed at once or multiple times. In the case of multiple defibrations, each defibration can be performed at any time.
The device used for defibration is not particularly limited, but examples include high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type devices. High pressure or ultra-high pressure homogenizers are preferred, and wet high pressure homogenizers are preferred. Or an ultra-high pressure homogenizer is more preferable. Preferably, the device is capable of applying a strong shear force to the cellulosic raw material or modified cellulose (usually a dispersion). The pressure that can be applied by the device is preferably 9 MPa or more, more preferably 50 MPa or more, still more preferably 100 MPa or more, and particularly preferably 140 MPa or more. By using a wet high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer that can apply these pressures, defibration can be efficiently performed.
セルロース原料の分散体に対して解繊を行う場合、分散体中のセルロース原料の固形分濃度は、通常は０．１重量％以上、好ましくは０．２重量％以上、より好ましくは０．３重量％以上である。これにより、セルロース繊維原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は通常１０重量％以下、好ましくは６重量％以下である。これにより流動性を保持することができる。
解繊（好ましくは高圧ホモジナイザーでの解繊）、又は必要に応じて解繊前に行う分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。
When defibrating a dispersion of cellulose raw materials, the solid content concentration of the cellulose raw materials in the dispersion is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.2% by weight or more, and more preferably 0.3% by weight. % by weight or more. As a result, the amount of liquid is appropriate for the amount of cellulose fiber raw material, which is efficient. The upper limit is usually 10% by weight or less, preferably 6% by weight or less. This allows fluidity to be maintained.
Prior to defibration (preferably defibration using a high-pressure homogenizer) or dispersion treatment performed before defibration as necessary, a preliminary treatment may be performed as necessary. The pretreatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, dispersing device such as a high-speed shear mixer.
（水溶性高分子）
本発明において、水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース）、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、加工澱粉（カチオン化澱粉、燐酸化澱粉、燐酸架橋澱粉、燐酸モノエステル化燐酸架橋澱粉、ヒドロキシプロピル澱粉、ヒドロキシプロピル化燐酸架橋澱粉、アセチル化アジピン酸架橋澱粉、アセチル化燐酸架橋澱粉、アセチル化酸化澱粉、オクテニルコハク酸澱粉ナトリウム、酢酸澱粉、酸化澱粉）、コーンスターチ、アラビアガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら１つ以上の混合物が挙げられる。この中でも、セルロース誘導体は、セルロースナノファイバーとの相溶性の点から好ましく、カルボキシメチルセルロース及びその塩は特に好ましい。カルボキシメチルセルロース及びその塩のような水溶性高分子は、セルロースナノファイバー同士の間に入りこみ、ＣＮＦ間の距離を広げることで、再分散性を向上させると考えられる。
(Water-soluble polymer)
In the present invention, water-soluble polymers include, for example, cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, Starch, starch powder, arrowroot flour, modified starch (cationized starch, phosphorylated starch, phosphoric acid cross-linked starch, phosphoric acid monoesterified phosphoric acid cross-linked starch, hydroxypropyl starch, hydroxypropylated phosphoric acid cross-linked starch, acetylated adipic acid cross-linked starch, acetylated Phosphate cross-linked starch, acetylated oxidized starch, sodium octenyl succinate starch, acetate starch, oxidized starch), corn starch, gum arabic, locust bean gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soybean Protein solution, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin-based sizing agent, petroleum resin-based sizing agent, urea Resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide/polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic crosslinked polymer, polyacrylate, starch polyacrylic acid copolymer, tamarind gum, guar gum, and Included are colloidal silica as well as mixtures of one or more thereof. Among these, cellulose derivatives are preferred from the viewpoint of compatibility with cellulose nanofibers, and carboxymethyl cellulose and its salts are particularly preferred. It is thought that water-soluble polymers such as carboxymethylcellulose and its salts penetrate between cellulose nanofibers and increase the distance between CNFs, thereby improving redispersibility.
水溶性高分子として、カルボキシメチルセルロース又はその塩を用いる場合には、無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が０．５５～１．６のカルボキシメチルセルロースを用いることが好ましく、０．５５～１．１のものがより好ましく、０．６５～１．１のものがさらに好ましい。また、分子が長い（粘度が高い）ものの方が、ＣＮＦ間の距離を広げる効果が高いので好ましく、カルボキシメチルセルロースの１重量％水溶液における２５℃、６００ｒｐｍでのＢ型粘度は、３～１４０００ｍＰａ・ｓが好ましく、７～１４０００ｍＰａ・ｓがより好ましく、１０００～８０００ｍＰａ・ｓがさらに好ましい。 When using carboxymethyl cellulose or a salt thereof as the water-soluble polymer, it is preferable to use carboxymethyl cellulose having a degree of substitution of carboxymethyl groups per anhydroglucose unit of 0.55 to 1.6, and preferably 0.55 to 1. 1 is more preferable, and 0.65 to 1.1 is even more preferable. Furthermore, long molecules (high viscosity) are preferable because they have a higher effect of widening the distance between CNFs, and the type B viscosity of a 1% by weight aqueous solution of carboxymethyl cellulose at 25°C and 600 rpm is 3 to 14,000 mPa·s. is preferable, 7 to 14000 mPa·s is more preferable, and 1000 to 8000 mPa·s is even more preferable.
本発明の減圧ベルト乾燥機によれば、ドラム型乾燥機と比較して、ゆっくりとした乾燥を行うことができる。したがって、この減圧ベルト乾燥機を用いたＣＮＦ分散液の濃縮・乾燥品の製造方法によれば、過度の熱がＣＮＦ分散液に加わらず、得られる濃縮・乾燥品は、分散性に優れる。また、本発明のベルト乾燥機は、特定のブレードを備える構成を有するため、ＣＮＦ分散液をベルト上に押し広げ、厚みを均すことが可能であり、この乾燥機を用いると、生産効率に優れたセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法を提供することができる。また、本発明の減圧ベルト乾燥機は、濃縮品と乾燥固形品とを作り分けることができる。また、本発明の減圧ベルト乾燥機は、接合部が平面であり段差がない無端搬送ベルトを備えているため、接合部の上に押し拡げられる分散液がムラになることがなく、乾燥不良も発生しない。即ち、接合部に段差があるために生じる分散液の塗工ムラを防止することができ、結果として分散液の未乾燥部分の発生を防止することができ、ひいてはＣＮＦ濃縮・乾燥品の回収量を向上させることができる。
なお、上述の実施の形態においては、吐出口からベルト上に吐出させた分散液をブレードを用いてベルト上に押し拡げているが、ノズルからベルト上に分散液をストランド状又は粒状に供給してもよい。この場合においても、接合部の上に供給される分散液はムラにならず、乾燥不良も発生しない。
According to the vacuum belt dryer of the present invention, drying can be performed more slowly than with a drum type dryer. Therefore, according to the method for producing a concentrated and dried product of a CNF dispersion using this vacuum belt dryer, excessive heat is not applied to the CNF dispersion, and the resulting concentrated and dried product has excellent dispersibility. In addition, since the belt dryer of the present invention has a configuration that includes specific blades, it is possible to spread the CNF dispersion liquid on the belt and even out the thickness, and using this dryer can improve production efficiency. A method for producing an excellent concentrated and dried cellulose nanofiber product can be provided. Further, the vacuum belt dryer of the present invention can separately produce concentrated products and dry solid products. In addition, since the vacuum belt dryer of the present invention is equipped with an endless conveyor belt with flat joints and no steps, the dispersion that is forced and spread over the joints will not become uneven and there will be no drying defects. Does not occur. In other words, it is possible to prevent uneven coating of the dispersion liquid that occurs due to the difference in level at the joint, and as a result, it is possible to prevent the occurrence of undried parts of the dispersion liquid, and as a result, the amount of recovered CNF concentrated and dried products can be reduced. can be improved.
In the above-described embodiment, the dispersion liquid discharged onto the belt from the discharge port is pushed and spread onto the belt using a blade, but the dispersion liquid is supplied onto the belt from the nozzle in the form of strands or particles. It's okay. Even in this case, the dispersion liquid supplied onto the joint does not become uneven and no drying defects occur.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
（カルボキシル基量の測定方法）
カルボキシル化セルロースの０．５重量％スラリー（水分散液）６０ｍＬを調製し、０．１Ｍ塩酸水溶液を加えてｐＨ２．５とした後、０．０５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してｐＨが１１になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量（ａ）から、下式を用いて算出した：
カルボキシル基量〔ｍｍｏｌ／ｇカルボキシル化セルロース〕＝ａ〔ｍＬ〕×０．０５／カルボキシル化セルロース重量〔ｇ〕。
(Method for measuring carboxyl group amount)
Prepare 60 mL of 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose, add 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5, and then dropwise add 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution to adjust the pH to 11. The electrical conductivity was measured until the change in electrical conductivity was gradual, and the amount of sodium hydroxide consumed (a) in the neutralization stage of the weak acid was calculated using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol/g carboxylated cellulose] = a [mL] x 0.05/weight of carboxylated cellulose [g].
（実施例１）
（ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの調製）
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ（白色度８５％）５００ｇ（絶乾）をＴＥＭＰＯ（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社）７８０ｍｇと臭化ナトリウム７５．５ｇを溶解した水溶液５００ｍＬに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を６．０ｍｍｏｌ／ｇになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のｐＨが低下するが、３Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のｐＨが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ（カルボキシル化セルロース）を得た。この時のパルプ収率は９０％であり、酸化反応に要した時間は９０分、カルボキシル基量は１．６ｍｍｏｌ／ｇであった。
(Example 1)
(Preparation of TEMPO oxidized CNF)
Add 500 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (85% whiteness) derived from coniferous trees to 500 mL of an aqueous solution containing 780 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 75.5 g of sodium bromide, and stir until the pulp is uniformly dispersed. Stirred. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system at a concentration of 6.0 mmol/g to start the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by successively adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH within the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol/g.
上記の工程で得られた酸化パルプを水で３％（ｗ／ｖ）に調整し、超高圧ホモジナイザー（２０℃、１５０Ｍｐａ）で３回処理して、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）水分散液を得た。得られた繊維は、平均繊維径が４０ｎｍ、アスペクト比が１５０であった。 The oxidized pulp obtained in the above process was adjusted to 3% (w/v) with water and treated with an ultra-high pressure homogenizer (20°C, 150 Mpa) three times to form a TEMPO oxidized cellulose nanofiber (CNF) aqueous dispersion. I got it. The obtained fibers had an average fiber diameter of 40 nm and an aspect ratio of 150.
（ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦとＣＭＣの分散液の調製）
上記のようにして得られた固形分濃度３％のＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ水分散液に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）（日本製紙株式会社製、商品名：Ｆ３５０ＨＣ－４、粘度（１％、２５℃）約３０００ｍＰａ・ｓ、カルボキシメチル置換度約０．９）を、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの固形分１００重量部に対して４２．９重量部となるように添加し、ＴＫホモミキサー（１２，０００ｒｐｍ）で６０分間撹拌することにより、ＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ水分散液を得た。この水分散液のｐＨは７～８程度であった。得られた分散液に水酸化ナトリウム水溶液０．５％を加えｐＨを９に調整し、固形分濃度（ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦとＣＭＣを含む）が３．９％の水分散液を得た。
(Preparation of dispersion of TEMPO-oxidized CNF and CMC)
Carboxymethyl cellulose (CMC) (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., trade name: F350HC-4, viscosity (1%, 25°C) approx. 3,000 mPa・s, degree of carboxymethyl substitution of about 0.9) was added in an amount of 42.9 parts by weight to 100 parts by weight of solid content of TEMPO-oxidized CNF, and the mixture was heated in a TK homomixer (12,000 rpm) for 60 minutes. By stirring, a CMC-containing TEMPO-oxidized CNF aqueous dispersion was obtained. The pH of this aqueous dispersion was about 7 to 8. A 0.5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the obtained dispersion to adjust the pH to 9, thereby obtaining an aqueous dispersion having a solid content concentration (including TEMPO-oxidized CNF and CMC) of 3.9%.
（真空ベルト乾燥機を用いた濃縮・乾燥）
真空ベルト乾燥機（日阪製作所製、ＳＢＤ６０／３０）の加熱プレート温度を１１０～１４０℃として、乾燥機内の気圧が１０ｋＰａ以下になるように減圧し、上記で得られた固形分濃度３．９％のＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ水分散液を、内径４ｍｍのチューブから、６～１８ｃｍ／分で移動するベルト上に７３０ｇ／時間の速度で供給した。その後、ベルトを６～１８ｃｍ／分の速度で移動させることにより、金属プレート製の重りで下流側の下面をベルトに圧接するように配置したシリコンゴム製のブレードの下方を通過させ、分散液を掻き取るようにして分散液をベルトに押し広げた。ベルトは、本発明に係るベルト、即ち上述の実施の形態に係る無端搬送ベルト６を用いた。加熱プレートが配置された加熱領域を３０分間かけて通過させることで乾燥処理し、１時間運転をすることにより、固形分濃度が８２．２％のＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの乾燥固形物４３．２ｇ／ｈを得た。なお、未乾燥部分はなく、ベルト上に載せた分散液の略全量を乾燥固形物として回収することができた。
(Concentration and drying using a vacuum belt dryer)
The heating plate temperature of a vacuum belt dryer (manufactured by Hisaka Seisakusho, SBD60/30) was set at 110 to 140°C, and the pressure inside the dryer was reduced to 10 kPa or less, and the solid content concentration obtained above was 3.9. % CMC-containing TEMPO-oxidized CNF aqueous dispersion was fed at a rate of 730 g/hour from a tube with an internal diameter of 4 mm onto a belt moving at 6-18 cm/min. Then, by moving the belt at a speed of 6 to 18 cm/min, the dispersion liquid is passed under a silicone rubber blade whose lower surface on the downstream side is placed in pressure contact with the belt using a metal plate weight. The dispersion was spread on the belt by scraping. The belt used was the belt according to the present invention, that is, the endless conveyor belt 6 according to the embodiment described above. Drying treatment was performed by passing through a heating area where a heating plate was placed for 30 minutes, and by operating for 1 hour, 43.2 g of dry solids of CMC-containing TEMPO oxidized CNF with a solid content concentration of 82.2% was obtained. /h was obtained. Note that there was no undried portion, and almost the entire amount of the dispersion placed on the belt could be recovered as a dry solid.
（再分散）
上記で得られたＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの乾燥固形物に水を加え、ホモディスパー（ＰＲＩＭＩＸ社製）を使用して３０００ｒｐｍの条件で３０分間撹拌することにより固形分濃度１％まで希釈した。
(Redispersion)
Water was added to the dry solid of CMC-containing TEMPO-oxidized CNF obtained above, and the mixture was diluted to a solid concentration of 1% by stirring at 3000 rpm for 30 minutes using a homodisper (manufactured by PRIMIX).
（比較例１）
（ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦとＣＭＣの分散液の調製）
実施例１と同様にして得られた固形分濃度３％のＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ水分散液を用い、実施例１と同様にＣＭＣの添加、ｐＨの調整を行い、最終的に固形分濃度（ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦとＣＭＣを含む）が３．９％の水分散液を得た。
(Comparative example 1)
(Preparation of dispersion of TEMPO-oxidized CNF and CMC)
Using a TEMPO-oxidized CNF aqueous dispersion with a solid content concentration of 3% obtained in the same manner as in Example 1, CMC was added and the pH was adjusted in the same manner as in Example 1, and finally the solid content concentration (TEMPO-oxidized An aqueous dispersion containing 3.9% CNF and CMC was obtained.
（真空ベルト乾燥機を用いた濃縮・乾燥）
真空ベルト乾燥機（日阪製作所製、ＳＢＤ６０／３０）の加熱プレート温度を１１０～１４０℃として、乾燥機内の気圧が１０ｋＰａ以下になるように減圧し、上記で得られた固形分濃度３．９％のＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ水分散液を、内径４ｍｍのチューブから、６～１８ｃｍ／分で移動するベルト上に７３０ｇ／時間の速度で供給した。その後、ベルトを６～１８ｃｍ／分の速度で移動させることにより、金属プレート製の重りで下流側の下面をベルトに圧接するように配置したシリコンゴム製のブレードの下方を通過させ、分散液を掻き取るようにして分散液をベルトに押し広げた。ベルトは、ベルト基材の両端部を金具等で接合したベルトを用いた。加熱プレートが配置された加熱領域を３０分間かけて通過させることで乾燥処理し、１時間運転をすることにより、固形分濃度が８０．８％のＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの乾燥固形物１６．１ｇを得た。また、固形分濃度が２６．６％のＣＭＣ含有ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの未乾燥物（水分が十分に除去されていない未乾燥物）は２０．４ｇ／ｈであった。
(Concentration and drying using a vacuum belt dryer)
The heating plate temperature of a vacuum belt dryer (manufactured by Hisaka Seisakusho, SBD60/30) was set at 110 to 140°C, and the pressure inside the dryer was reduced to 10 kPa or less, and the solid content concentration obtained above was 3.9. % CMC-containing TEMPO-oxidized CNF aqueous dispersion was fed at a rate of 730 g/hour from a tube with an internal diameter of 4 mm onto a belt moving at 6-18 cm/min. Then, by moving the belt at a speed of 6 to 18 cm/min, the dispersion liquid is passed under a silicone rubber blade whose lower surface on the downstream side is placed in pressure contact with the belt using a metal plate weight. The dispersion was spread on the belt by scraping. The belt used was a belt in which both ends of a belt base material were joined with metal fittings or the like. Drying treatment was performed by passing through a heating area where a heating plate was placed for 30 minutes, and by operating for 1 hour, 16.1 g of dry solids of CMC-containing TEMPO oxidized CNF with a solid content concentration of 80.8% was obtained. I got it. Further, the amount of undried CMC-containing TEMPO-oxidized CNF with a solid content concentration of 26.6% (undried material from which moisture has not been sufficiently removed) was 20.4 g/h.
（再分散）
実施例１と同様にして、固形分濃度１％まで希釈した。
(Redispersion)
It was diluted to a solid content concentration of 1% in the same manner as in Example 1.
（評価）
（生産性）
実施例、比較例で乾燥後に得られた乾燥固形物の重量、乾燥後の固形分濃度、及び装置の運転時間から、乾燥処理を行った分散液に含まれるＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦとカルボキシメチルセルロースの１時間当りの固形分（ｇ／ｈ）を求めた。結果を表１に示した。この値が大きいほど、生産効率に優れるといえる。実施例１の１時間当りの固形分の回収量は４３．２ｇ／ｈ、比較例１の１時間当りの固形分の回収量は１６．１ｇ／ｈであり、実施例１の値は比較例１の値より大きく、実施例１による生産は比較例１による生産より生産効率に優れるといえる。
(evaluation)
(Productivity)
Based on the weight of the dry solids obtained after drying in Examples and Comparative Examples, the solid content concentration after drying, and the operating time of the device, the amount of TEMPO-oxidized CNF and carboxymethyl cellulose contained in the drying dispersion for 1 hour was determined. The solid content per unit (g/h) was determined. The results are shown in Table 1. It can be said that the larger this value is, the more excellent the production efficiency is. The amount of solid content collected per hour in Example 1 was 43.2 g/h, and the amount of solid content collected per hour in Comparative Example 1 was 16.1 g/h. 1, and it can be said that the production according to Example 1 is superior to the production according to Comparative Example 1 in production efficiency.
（水分蒸発量）
実施例、比較例で、水分蒸発量は、計算値を示すものであり、下記式により計算した。結果を表１に示した。この値が大きいほど、生産効率に優れるといえる。
水分蒸発量（ｇ／時間）＝（（乾燥後固形物絶乾重量（ｇ）÷乾燥前固形分濃度（％））－乾燥後固形物重量（ｇ））／運転時間（時間）
例えば、乾燥後固形物重量：６０ｇ、乾燥前固形分濃度：３．３％、乾燥後固形物絶乾重量：５４ｇ(乾燥後固形分濃度９０％の場合)、運転時間：２時間、とすると、以下のように計算することができる。
水分蒸発量（ｇ／時間）＝（（５４÷３．３／１００）－６０）／２＝７８８．２
実施例１の水分蒸発量（乾燥部分のみ）は８６７．３ｇ／ｈ、比較例１の水分蒸発量（乾燥部分のみ）は３１７．５ｇ／ｈであり、実施例１の値は比較例１の値より大きく、実施例１による生産は比較例１による生産より生産効率に優れるといえる。
(Moisture evaporation amount)
In Examples and Comparative Examples, the amount of water evaporation is a calculated value, and was calculated using the following formula. The results are shown in Table 1. It can be said that the larger this value is, the more excellent the production efficiency is.
Moisture evaporation amount (g/hour) = ((absolute dry weight of solid after drying (g) ÷ solid concentration before drying (%)) - weight of solid after drying (g)) / operating time (hour)
For example, if solid weight after drying: 60g, solid content concentration before drying: 3.3%, absolute dry weight of solid content after drying: 54g (in case of solid content concentration after drying 90%), operating time: 2 hours. , can be calculated as follows.
Moisture evaporation amount (g/hour) = ((54÷3.3/100)-60)/2 = 788.2
The amount of water evaporation in Example 1 (dry portion only) was 867.3 g/h, and the amount of water evaporation (only in dry portion) in Comparative Example 1 was 317.5 g/h. It can be said that the production according to Example 1 is superior to the production according to Comparative Example 1 in production efficiency.
（再分散性）
実施例、比較例で得られた固形分濃度１％のＣＮＦ再分散液１ｇに墨滴（株式会社呉竹製、固形分１０％）を２適垂らし、ボルテックスミキサー（ＩＵＣＨＩ社製、機器名：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌａｂ－ｍｉｘｅｒ ＨＭ-１０Ｈ）の回転数の目盛りを最大に設定して１分間撹拌した。次に、墨滴を含有するＣＮＦ分散液の膜厚が０．１５ｍｍになるように二枚のガラス板に挟み、光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープＫＨ－８７００（株式会社ハイロックス製））を用いて倍率１００倍で観察した。下記の基準で評価した。得られた画像中に見られる白い塊（ゲル粒）が少ないほど、分散性がよいといえる。結果を表１に示した。
Ａ：ゲル粒はほとんど観察されなかった。
Ｂ：ゲル粒が若干観察された。
Ｃ：ゲル粒が多く観察された。
(Redispersibility)
Two drops of ink (manufactured by Kuretake Co., Ltd., solid content 10%) were added to 1 g of the CNF redispersion liquid with a solid content concentration of 1% obtained in Examples and Comparative Examples, and a vortex mixer (manufactured by IUCHI, equipment name: Automatic) was added. The rotation speed scale of Lab-mixer HM-10H (Lab-mixer HM-10H) was set to the maximum, and the mixture was stirred for 1 minute. Next, the CNF dispersion containing ink droplets was sandwiched between two glass plates so that the film thickness was 0.15 mm, and the film was examined using an optical microscope (Digital Microscope KH-8700 (manufactured by Hirox Co., Ltd.)). Observation was made at 100x magnification. Evaluation was made using the following criteria. It can be said that the fewer white lumps (gel grains) seen in the obtained image, the better the dispersibility. The results are shown in Table 1.
A: Almost no gel particles were observed.
B: Some gel particles were observed.
C: Many gel particles were observed.
２…減圧ベルト乾燥機、４…減圧槽、６…無端搬送ベルト、６ａ…接合部、６ｂ…ベルト基材、６ｃ，６ｄ…接合箇所、６ｅ…補強部材、７…セルロースナノファイバー分散液、８…吐出口、９…ブレード、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…加熱プレート、１２…チラーユニット、１４…冷却プレート、１６…受入部、１８…回収部、１９…重り、２０…膨張タンク、２２…ポンプ、２４…熱交換器、２６…熱水発生装置、２８…真空発生装置 2...Reduced pressure belt dryer, 4...Reduced pressure tank, 6...Endless conveyor belt, 6a...Joint part, 6b...Belt base material, 6c, 6d...Joint part, 6e...Reinforcement member, 7...Cellulose nanofiber dispersion, 8 ...Discharge port, 9...Blade, 10a, 10b, 10c...Heating plate, 12...Chiller unit, 14...Cooling plate, 16...Receiving section, 18...Recovery section, 19...Weight, 20...Expansion tank, 22...Pump, 24... Heat exchanger, 26... Hot water generator, 28... Vacuum generator
Claims (8)
前記減圧ベルト乾燥機は、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、
前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、
前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、加熱プレートを備え、
前記吐出口から、前記無端搬送ベルト上に、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出工程と、
前記無端搬送ベルト上に吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記加熱領域で前記加熱プレートを温度８０～１６０℃として乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥した濃縮・乾燥品を、前記冷却領域で冷却する冷却工程とを含むセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。 An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to obtain a concentrated and dried product. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product carried out using a vacuum belt dryer, the method comprising:
The vacuum belt dryer includes a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion, which is provided on the upstream side of the heating area of the endless conveyor belt, and a vacuum device that creates a vacuum atmosphere in the vacuum tank. ,
The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, and the surface of the joint portion is flat;
The heating area includes a heating plate along the moving direction of the endless conveyor belt,
a discharge step of discharging the cellulose nanofiber dispersion liquid from the discharge port onto the endless conveyor belt;
a drying step of drying the cellulose nanofiber dispersion liquid discharged onto the endless conveyor belt in the heating region at a temperature of 80 to 160° C.;
A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product, comprising a cooling step of cooling the concentrated and dried product dried in the drying step in the cooling region.
前記減圧ベルト乾燥機は、前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、
前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、
前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、マイクロ波発生装置を備え、
前記吐出口から、前記無端搬送ベルト上に、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出工程と、
前記無端搬送ベルト上に吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記加熱領域で、前記マイクロ波発生装置により８０～１６０℃の温度で乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥した濃縮・乾燥品を、前記冷却領域で冷却する冷却工程とを含むセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。 An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to obtain a concentrated and dried product. A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product carried out using a vacuum belt dryer, the method comprising:
The vacuum belt dryer includes a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion, which is provided on the upstream side of the heating area of the endless conveyor belt, and a vacuum device that creates a vacuum atmosphere in the vacuum tank. ,
The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, and the surface of the joint portion is flat;
The heating area includes a microwave generator along the moving direction of the endless conveyor belt,
a discharge step of discharging the cellulose nanofiber dispersion liquid from the discharge port onto the endless conveyor belt;
a drying step of drying the cellulose nanofiber dispersion liquid discharged onto the endless conveyor belt in the heating region at a temperature of 80 to 160° C. by the microwave generator;
A method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product, comprising a cooling step of cooling the concentrated and dried product dried in the drying step in the cooling region.
前記吐出工程において吐出された前記セルロースナノファイバー分散液を、前記ブレードの下方を通過させることにより、前記無端搬送ベルト上に押し広げ、厚みを均す工程を含み、
前記乾燥工程は、前記無端搬送ベルト上に押し広げられた前記セルロースナノファイバー分散液を乾燥する請求項１または請求項２記載のセルロースナノファイバー濃縮・乾燥品の製造方法。 The vacuum belt dryer includes a blade that evens out the thickness of the cellulose nanofiber dispersion discharged from the discharge port,
The cellulose nanofiber dispersion liquid discharged in the discharge step is forced to spread on the endless conveyor belt by passing below the blade, and the thickness is evened out.
The method for producing a concentrated and dried cellulose nanofiber product according to claim 1 or 2, wherein the drying step dries the cellulose nanofiber dispersion liquid spread on the endless conveyor belt.
前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、
前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、
前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、
前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、８０～１６０℃に加熱される加熱プレートを備える減圧ベルト乾燥機。 An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to obtain a concentrated and dried product. A vacuum belt dryer,
a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion, provided on the upstream side of the heating region of the endless conveyor belt;
and a decompression device that creates a depressurized atmosphere in the decompression tank,
The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, and the surface of the joint portion is flat;
The heating region includes a heating plate heated to 80 to 160° C. along the moving direction of the endless conveyor belt.
前記無端搬送ベルトの前記加熱領域の上流側に設けられた、前記セルロースナノファイバー分散液を吐出する吐出口と、
前記減圧槽内を減圧雰囲気にする減圧装置とを備え、
前記無端搬送ベルトは、ベルト基材の両端部を接合する接合部を備え、前記接合部における表面が平面であり、
前記加熱領域は、前記無端搬送ベルトの移動方向に沿って、マイクロ波発生装置を備え、
前記加熱領域では、前記マイクロ波発生装置により前記セルロースナノファイバー分散液が８０～１６０℃に加熱される減圧ベルト乾燥機。 An endless conveyor belt, and a heating area and a cooling area are sequentially arranged along the moving direction of the endless conveyor belt in a vacuum tank, and the cellulose nanofiber dispersion is dried to obtain a concentrated and dried product. A vacuum belt dryer,
a discharge port for discharging the cellulose nanofiber dispersion, provided on the upstream side of the heating region of the endless conveyor belt;
and a decompression device that creates a depressurized atmosphere in the decompression tank,
The endless conveyor belt includes a joint portion that joins both ends of the belt base material, and the surface of the joint portion is flat;
The heating area includes a microwave generator along the moving direction of the endless conveyor belt,
In the heating region, the cellulose nanofiber dispersion is heated to 80 to 160° C. by the microwave generator in a vacuum belt dryer.
7. The vacuum belt dryer according to claim 5, wherein the flat surface of the joint includes that the difference in height is within 0.5 mm.
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