JP2024061241A - Cosmetic composition - Google Patents

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苑加 宮田
裕亮 多田
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Abstract

【課題】 分散安定性に優れ、肌に塗布した場合に、滑らかな外観を与える効果、及び光沢度の向上効果を得ることが可能な化粧料用組成物を提供する。【解決手段】 アニオン変性セルロースナノファイバーと、板状顔料と、水とを含む。【選択図】 なし[Problem] To provide a cosmetic composition that has excellent dispersion stability and is capable of imparting a smooth appearance and improving gloss when applied to the skin. [Solution] The composition contains anion-modified cellulose nanofibers, a plate-like pigment, and water. [Selected Figure] None

Description

本発明はアニオン変性セルロースナノファイバーを含む化粧料用組成物に関するものである。 The present invention relates to a cosmetic composition containing anionically modified cellulose nanofibers.

水性の化粧料用組成物は、皮膚等への適用時に高い清涼感が得られることや、油性の化粧料用組成物と比べて使用後のべたつきがなく、さらっとした使用感であることから、様々な種類の化粧料向けに開発が進められている。 Water-based cosmetic compositions provide a refreshing feeling when applied to the skin, and compared to oil-based cosmetic compositions, they are not sticky after use and have a smooth feel, so they are being developed for use in various types of cosmetics.

メイクアップ化粧料においては、天然マイカや合成マイカ等の顔料、パール顔料等を配合してつや感を出すことが行われているが、水性の化粧料用組成物に添加した場合は、長期間静置すると、添加した顔料が分離・沈降する場合があった。 In makeup cosmetics, pigments such as natural mica or synthetic mica, pearl pigments, etc. are blended to create a glossy look, but when added to water-based cosmetic compositions, the added pigments may separate and settle if left to stand for a long period of time.

水性の化粧料用組成物において、顔料等の経時の分離・沈降を防止するため、特定の脂質ペプチド型化合物を分散剤として用いることが行われている(例えば特許文献1)。 In aqueous cosmetic compositions, specific lipid peptide-type compounds are used as dispersants to prevent separation and sedimentation of pigments over time (for example, Patent Document 1).

ところで、近年、セルロース繊維をナノサイズに解繊したセルロースナノファイバーが注目されている。セルロース繊維は、木材などのパルプを原料とするバイオマスであって、これを有効利用することによって、環境負荷低減が期待される。 Recently, cellulose nanofibers, which are cellulose fibers defibrated into nano-sized fibers, have been attracting attention. Cellulose fibers are a biomass made from pulp such as wood, and their effective use is expected to reduce the environmental impact.

特許文献2には、マイカ等の粉末、油剤及び/又は多価アルコール、及びセルロースナノファイバーを含有するスラリー状組成物を得て、この組成物から水を除去することにより固形粉末化粧料を製造する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for producing a solid powder cosmetic by obtaining a slurry composition containing a powder of mica or the like, an oil and/or a polyhydric alcohol, and cellulose nanofibers, and then removing water from this composition.

国際公開第2018/190383号International Publication No. 2018/190383 特開2019-43854号公報JP 2019-43854 A

マイカ等の顔料を含有させた場合であっても、顔料の沈降が生じにくい液状の化粧料用組成物が求められていた。また、環境負荷低減に寄与することも求められる。特許文献2は、固形粉末化粧料に関する技術であるため、液状の化粧料用組成物にそのまま適用することは難しかった。 There has been a demand for liquid cosmetic compositions that are less likely to cause pigment sedimentation, even when they contain pigments such as mica. There is also a demand for them to contribute to reducing environmental impact. Because Patent Document 2 is a technology related to solid powder cosmetics, it is difficult to apply it directly to liquid cosmetic compositions.

本発明の目的は、分散安定性に優れ、肌に塗布した場合に、滑らかな外観を与える効果、及び光沢度の向上効果を得ることが可能な化粧料用組成物を提供することである。 The object of the present invention is to provide a cosmetic composition that has excellent dispersion stability and is capable of imparting a smooth appearance and improving gloss when applied to the skin.

本発明者は上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、アニオン変性セルロースナノファイバーを用いることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of extensive research into solving the above problems, the inventors discovered that the above objectives could be achieved by using anion-modified cellulose nanofibers, and thus completed the present invention.

即ち、本発明は、以下を提供する。
(1) アニオン変性セルロースナノファイバーと、板状顔料と、水とを含む化粧料用組成物。
(2) 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシル基を有するセルロースナノファイバーまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースナノファイバーである(1)記載の化粧料用組成物。
(3) 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、前記カルボキシアルキル基として、カルボキシメチル基を有するものであり、カルボキシメチル置換度が0.01~0.50のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーである(2)に記載の化粧料用組成物。
(4) さらにカルボキシメチルセルロースを含有する(1)又は(2)に記載の化粧料用組成物。
(5) 前記板状顔料がマイカである、(1)又は(2)に記載の化粧料用組成物。
That is, the present invention provides the following.
(1) A cosmetic composition comprising anion-modified cellulose nanofibers, a plate-like pigment, and water.
(2) The cosmetic composition according to (1), wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a cellulose nanofiber having a carboxyl group or a cellulose nanofiber having a carboxyalkyl group.
(3) The cosmetic composition according to (2), wherein the anion-modified cellulose nanofiber has a carboxymethyl group as the carboxyalkyl group, and is a carboxymethylated cellulose nanofiber having a degree of carboxymethyl substitution of 0.01 to 0.50.
(4) The cosmetic composition according to (1) or (2), further comprising carboxymethyl cellulose.
(5) The cosmetic composition according to (1) or (2), wherein the plate-like pigment is mica.

本発明によれば、分散安定性に優れ、肌に塗布した場合に、滑らかな外観を与える効果、及び光沢度の向上効果を得ることが可能な化粧料用組成物を提供することができる。 The present invention provides a cosmetic composition that has excellent dispersion stability and, when applied to the skin, can provide a smooth appearance and improve gloss.

実施例1、実施例2、比較例1、及び比較例2の測定用試料に関する、光沢度の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of measuring glossiness of the measurement samples of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 実施例1、実施例2、比較例1、及び比較例2の測定用試料に関する、SEM観察結果である:(a)表面観察結果(二次電子モード);(b)表面観察結果(反射電子モード);(c)断面観察結果(反射電子モード)。1 shows SEM observation results for the measurement samples of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2: (a) surface observation results (secondary electron mode); (b) surface observation results (reflected electron mode); (c) cross-sectional observation results (reflected electron mode). 実施例1、実施例2、比較例1、及び比較例2で用いたCMC含有CM化CNF、カルボキシル化CNF、CMC、キサンタンガムの0.5質量%濃度の水溶液(分散液)のせん断粘度の測定結果を示すグラフである。This graph shows the measurement results of shear viscosity of 0.5 mass% aqueous solutions (dispersions) of CMC-containing carboxylated CNF, CMC, and xanthan gum used in Examples 1, 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

以下、本発明を詳細に説明する。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。 The present invention will be described in detail below. In the present invention, "~" includes the end values. In other words, "X~Y" includes the values X and Y at both ends.

本発明の化粧料用組成物は、アニオン変性セルロースナノファイバーと、板状顔料と、水とを含む。 The cosmetic composition of the present invention contains anion-modified cellulose nanofibers, a plate-like pigment, and water.

(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(CNF)は、セルロース原料であるパルプなどがナノメートルレベルまで微細化されたもので、繊維径が3~500nm程度の微細繊維である。セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長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は、パルプに機械的な力を加えて微細化することで得られ、あるいは、カルボキシル化したセルロース(酸化セルロースとも呼ぶ)、カルボキシメチル化したセルロース、リン酸エステル基を導入したセルロース、カチオン化したセルロースなどの化学変性により得られた変性セルロースを解繊することによって得ることができる。微細繊維の平均繊維長と平均繊維径は、化学変性処理、解繊処理により調整することができる。
(Cellulose nanofiber)
In the present invention, cellulose nanofibers (CNF) are fine fibers with a fiber diameter of about 3 to 500 nm, which are made by pulp, a cellulose raw material, being refined to the nanometer level. The average fiber diameter and average fiber length of cellulose nanofibers can be obtained by averaging the fiber diameters and fiber lengths obtained from the results of observing each fiber using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). Cellulose nanofibers can be obtained by applying a mechanical force to pulp to refine it, or by defibrating modified cellulose obtained by chemical modification, such as carboxylated cellulose (also called oxidized cellulose), carboxymethylated cellulose, cellulose into which a phosphate ester group has been introduced, or cationized cellulose. The average fiber length and average fiber diameter of fine fibers can be adjusted by chemical modification treatment or defibration treatment.

本発明に用いるセルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、10以上が好ましく、20以上がより好ましい。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
The average aspect ratio of the cellulose nanofibers used in the present invention is preferably 10 or more, and more preferably 20 or more. There is no particular upper limit, but it 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)
セルロース原料としては、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))、微生物産生物等を起源とするものが知られており、本発明ではそのいずれも使用できる。植物または微生物由来のセルロース繊維が好ましく、植物由来のセルロース繊維がより好ましい。
(Cellulose raw material)
Known cellulose raw materials are derived from plants (e.g., wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), 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., ascidians), algae, microorganisms (e.g., acetic acid bacteria (Acetobacter)), microbial products, etc.), and any of these can be used in the present invention. Cellulose fibers derived from plants or microorganisms are preferred, and cellulose fibers derived from plants are more preferred.

(アニオン変性)
本発明に用いるセルロースナノファイバーは、アニオン変性セルロースナノファイバーであることが好ましく、アニオン変性したセルロース原料を解繊することにより得ることができる。アニオン変性とは、セルロースにアニオン基を導入することであり、具体的には、酸化または置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入することである。本発明において前記酸化反応とは、ピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応である。
(anion modification)
The cellulose nanofibers used in the present invention are preferably anionically modified cellulose nanofibers, which can be obtained by defibrating anionically modified cellulose raw material. Anion modification refers to the introduction of anionic groups to cellulose, specifically, the introduction of anionic groups to pyranose rings by oxidation or substitution reaction. In the present invention, the oxidation reaction refers to a reaction in which the hydroxyl groups of the pyranose rings are directly oxidized to carboxyl groups. In addition, in the present invention, the substitution reaction refers to a reaction in which anionic groups are introduced to the pyranose rings by a substitution reaction other than the oxidation.

アニオン変性セルロースナノファイバーの原料となるアニオン変性セルロースとしては、水や水溶性有機溶媒に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものを用いる。繊維状の形状が維持されないもの(すなわち、分散媒に溶解するもの)を用いると、ナノファイバーを得ることができない。分散した際に繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるとは、アニオン変性セルロースの分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、X線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるアニオン変性セルロースは好ましい。
原料のアニオン変性セルロースにおけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。結晶性を上記範囲に調整することにより、解繊により繊維を微細化した後も溶解することのない結晶性セルロース繊維を充分に得ることができる。アニオン変性セルロースナノファイバーのセルロースI型の結晶化度は、50~90%であることが好ましく、60~80%であることがより好ましく、65~75%が特に好ましい。結晶化度が50%未満では分散効果が低下する。
セルロースの結晶性は、原料であるセルロースの結晶化度、及びアニオン変性の度合によって制御できる。アニオン変性セルロース及びアニオン変性CNFの結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD-6000、株式会社島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10゜~30゜の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6゜の002面の回折強度と2θ=18.5゜のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002c-Ia)/I002c×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6゜、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5゜、アモルファス部分の回折強度。
The anion-modified cellulose used as the raw material for anion-modified cellulose nanofibers is one that maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water or a water-soluble organic solvent. If one that does not maintain its fibrous shape (i.e., one that dissolves in a dispersion medium) is used, nanofibers cannot be obtained. "At least a part of the fibrous shape is maintained when dispersed" means that when a dispersion of anion-modified cellulose is observed with an electron microscope, a fibrous substance can be observed. In addition, anion-modified cellulose that can observe a cellulose I type crystal peak when measured by X-ray diffraction is preferable.
The crystallinity of the cellulose in the raw material anionically modified cellulose is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, for crystalline I type. By adjusting the crystallinity to the above range, it is possible to obtain sufficient crystalline cellulose fibers that do not dissolve even after the fibers are finely divided by defibration. The crystallinity of the cellulose I type of the anionically modified cellulose nanofiber is preferably 50 to 90%, more preferably 60 to 80%, and particularly preferably 65 to 75%. If the crystallinity is less than 50%, the dispersion effect decreases.
The crystallinity of cellulose can be controlled by the crystallinity of the raw cellulose and the degree of anion modification. The method for measuring the crystallinity of anion-modified cellulose and anion-modified CNF is as follows:
The sample is placed in a glass cell and measured using an X-ray diffraction measuring device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The degree of crystallinity is calculated using the method of Segal et al., and is calculated from the diffraction intensity of the 002 plane at 2θ = 22.6° and the diffraction intensity of the amorphous part at 2θ = 18.5° using the diffraction intensity of 2θ = 10° to 30° in the X-ray diffraction pattern as the baseline, according to the following formula.
Xc = (I002c - Ia) / I002c x 100
Xc: Crystallinity (%) of cellulose I type
I002c: 2θ=22.6°, diffraction intensity of the 002 plane. Ia: 2θ=18.5°, diffraction intensity of the amorphous portion.

(カルボキシル化)
アニオン変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いることができる。本発明におけるカルボキシ基とは、-COOH(酸型)または-COOM(塩型)をいう。ここで、Mは金属イオンであり、ナトリウムやカリウムが挙げられる。カルボキシル化セルロース(「酸化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.6~3.0mmol/gが好ましく、1.0~2.0mmol/gがさらに好ましい。カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、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、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
(Carboxylation)
Carboxylated (oxidized) cellulose can be used as the anion-modified cellulose. The carboxyl group in the present invention refers to -COOH (acid type) or -COOM (salt type). Here, M is a metal ion, such as sodium or potassium. Carboxylated cellulose (also called "oxidized cellulose") can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above-mentioned cellulose raw material by a known method. Although not particularly limited, the amount of carboxyl groups is preferably 0.6 to 3.0 mmol/g, more preferably 1.0 to 2.0 mmol/g, based on the bone dry mass of the anion-modified cellulose nanofiber. As an example of the carboxylation (oxidation) method, a method in which the cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof can be mentioned. By this oxidation reaction, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and cellulose fibers having aldehyde groups and carboxyl groups (-COOH) or carboxylate groups ( -COO- ) on the surface can be obtained. The concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass 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。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。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、セルロース原料を酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.01~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1~4mmol/L程度がよい。 An N-oxyl compound is a compound capable of generating nitroxy radicals. Any compound that promotes the desired oxidation reaction can be used as the N-oxyl compound. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (e.g., 4-hydroxyTEMPO). The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing the cellulose raw material. For example, 0.01 to 10 mmol is preferable, 0.01 to 1 mmol is more preferable, and 0.01 to 0.5 mmol is even more preferable, for 1 g of bone-dry cellulose raw material. The amount of the N-oxyl compound used is about 0.1 to 4 mmol/L for the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物また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できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、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。当該変性は酸化反応による変性である。 Bromides are compounds that contain bromine, examples of which include alkali metal bromides that can dissociate and ionize in water. Iodides are compounds that contain iodine, examples of which include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, 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 raw material. The modification is due to an oxidation reaction.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、2.5~25mmolがさらに好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1~40molが好ましい。 As the oxidizing agent, a known oxidizing agent can be used, for example, a halogen, a hypohalous acid, a hypohalous acid, a perhalogen acid or a salt thereof, a halogen oxide, a peroxide, etc. can be used. Among them, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has a low environmental impact. The appropriate amount of the oxidizing agent to be used is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, and even more preferably 2.5 to 25 mmol, per 1 g of bone-dry cellulose raw material. Also, for example, 1 to 40 mol is preferable per 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロース原料の酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4~40℃が好ましく、また15~30℃程度の室温であってもよい。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が低下する。酸化反応を効率よく進行させるために、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を随時反応系中に添加して、反応液のpHを9~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。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から、水が好ましい。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0.5~6時間、例えば、0.5~4時間程度である。 The oxidation process of cellulose raw materials can proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40°C, or may be room temperature of about 15 to 30°C. As the reaction proceeds, carboxyl groups are generated in the cellulose, and the pH of the reaction solution decreases. In order to proceed efficiently with the oxidation reaction, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to the reaction system from time to time to maintain the pH of the reaction solution at about 9 to 12, preferably 10 to 11. The reaction medium is preferably water, because it is easy to handle and does not easily cause side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be set appropriately according to the degree of oxidation progress, and is usually about 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後にろ別して得られた酸化セルロースを、再度、同一また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塩による反応阻害を受けることなく、セルロース原料に効率よくカルボキシル基を導入することができる。 The oxidation reaction may also be carried out in two stages. For example, the oxidized cellulose obtained by filtering after the first stage reaction is oxidized again under the same or different reaction conditions, allowing carboxyl groups to be efficiently introduced into the cellulose raw material without reaction inhibition by the salt by-product of the first stage reaction.

カルボキシル化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。カルボキシル化セルロースにおけるカルボキシル基量と、同カルボキシル化セルロースを解繊することにより得たカルボキシル化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量とは、通常同じである。 The amount of carboxyl groups in carboxylated cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions, such as the amount of oxidizing agent added and the reaction time. The amount of carboxyl groups in carboxylated cellulose is usually the same as the amount of carboxyl groups in carboxylated cellulose nanofibers obtained by defibrating the same carboxylated cellulose.

本発明では、上記の工程で得られる酸化セルロースにおいて、セルロース原料に導入したカルボキシル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、酸化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the oxidized cellulose obtained in the above process, the carboxyl groups introduced into the cellulose raw material are usually in the form of a salt, and are alkali metal salts such as sodium salts. Prior to the defibration process, the alkali metal salts of the oxidized cellulose may be replaced with other cationic salts such as phosphonium salts, imidazolinium salts, ammonium salts, and sulfonium salts. The replacement can be carried out by a known method.

(カルボキシアルキル化)
好ましいアニオン基としては、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基が挙げられる。本発明におけるカルボキシアルキル基とは、-RCOOH(酸型)または-RCOOM(塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基、Mは金属イオンである。カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.50以下であることが好ましい。さらにアニオン基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.50以下であることが好ましい。当該置換度が0.50より大きいと結晶性が低下し、溶解成分の割合が増加するため、ナノファイバーとしての機能が失われる。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02~0.50であることが特に好ましく、0.10~0.40であることが更に好ましい。このようなカルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。
i)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、マーセル化処理する工程、
ii)次いで、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工程。
(Carboxyalkylation)
Preferred anionic groups include carboxyalkyl groups such as carboxymethyl groups. The carboxyalkyl group in the present invention refers to -RCOOH (acid type) or -RCOOM (salt type). Here, R is an alkylene group such as a methylene group or an ethylene group, and M is a metal ion. The carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. The degree of carboxyalkyl substitution per anhydrous glucose unit of cellulose is preferably 0.50 or less. Furthermore, when the anionic group is a carboxymethyl group, the degree of carboxymethyl substitution is preferably 0.50 or less. If the degree of substitution is greater than 0.50, the crystallinity decreases and the proportion of soluble components increases, resulting in the loss of function as nanofibers. The lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. In consideration of operability, the degree of substitution is particularly preferably 0.02 to 0.50, and more preferably 0.10 to 0.40. One example of a method for producing such a carboxyalkylated cellulose includes a method including the following steps. The modification is a modification by a substitution reaction. The following will be described using carboxymethylated cellulose as an example.
i) mixing the raw material with a solvent and a mercerizing agent, and subjecting the mixture to a mercerization treatment at a reaction temperature of 0 to 70° C., preferably 10 to 60° C., for a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours;
ii) Next, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times the moles per glucose residue, and an etherification reaction is carried out at a reaction temperature of 30 to 90° C., preferably 40 to 80° C., for a reaction time of 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours.

発底原料としては前述のセルロース原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、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、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60~95質量%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できる。 The above-mentioned cellulose raw material can be used as the bottom raw material. As the solvent, 3 to 20 times by mass of water or lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc., can be used alone or in combination of two or more. When lower alcohol is mixed, the mixing ratio is 60 to 95% by mass. As the mercerizing agent, 0.5 to 20 times by mole of an alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, can be used per anhydrous glucose residue of the bottom raw material.

前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.01以上0.50以下であることが好ましく、0.02以上0.50以下であることがより好ましく、0.10以上0.40以下であることがさらに好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.02より小さいと、ナノ解繊が十分でない場合がある。カルボキシメチル化セルロースにおけるカルボキシメチル置換度と、同カルボキシメチル化セルロースを解繊することにより得たカルボキシメチル化セルロースナノファイバーのカルボキシメチル置換度とは、通常同じである。 As mentioned above, the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.02 to 0.50, and even more preferably 0.10 to 0.40. By introducing carboxymethyl substituents into cellulose, the celluloses are electrically repelled from each other. Therefore, cellulose into which carboxymethyl substituents have been introduced can be easily nanofibrillated. Note that if the carboxymethyl substituents per glucose unit are less than 0.02, nanofibrillation may not be sufficient. The degree of carboxymethyl substitution in carboxymethylated cellulose and the degree of carboxymethyl substitution in carboxymethylated cellulose nanofibers obtained by fibrillating the same carboxymethylated cellulose are usually the same.

本発明では、上記の工程で得られるカルボキシアルキル化セルロースにおいて、セルロース原料に導入したカルボキシアルキル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、カルボキシアルキル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the carboxyalkylated cellulose obtained in the above process, the carboxyalkyl group introduced into the cellulose raw material is usually in the form of a salt, such as an alkali metal salt, such as a sodium salt. Before the defibration process, the alkali metal salt of the carboxyalkylated cellulose may be replaced with another cationic salt, such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, or a sulfonium salt. The replacement can be carried out by a known method.

なお、本明細書において、セルロースナノファイバーの調製に用いるアニオン変性セルロースの一種である「カルボキシメチル化したセルロース」は、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものをいう。したがって、水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースとは区別される。「カルボキシメチル化したセルロース」の水分散液を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができる。一方、水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースの水分散液を観察しても、繊維状の物質は観察されない。また、「カルボキシメチル化したセルロース」はX線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるが、水溶性高分子のカルボキシメチルセルロースではセルロースI型結晶はみられない。 In this specification, "carboxymethylated cellulose," a type of anion-modified cellulose used in the preparation of cellulose nanofibers, refers to cellulose that maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water. Therefore, it is distinguished from carboxymethyl cellulose, a type of water-soluble polymer. When an aqueous dispersion of "carboxymethylated cellulose" is observed with an electron microscope, a fibrous substance can be observed. On the other hand, when an aqueous dispersion of carboxymethyl cellulose, a type of water-soluble polymer, is observed, no fibrous substance is observed. Furthermore, when "carboxymethylated cellulose" is measured by X-ray diffraction, a peak of cellulose type I crystals can be observed, but cellulose type I crystals are not observed in the water-soluble polymer carboxymethyl cellulose.

(エステル化)
アニオン変性セルロースとしてエステル化したセルロースを用いることもできる。セルロース原料にリン酸系化合物Aの粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物Aの水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物Aはリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、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、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用してリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物Aは水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
(Esterification)
As the anion-modified cellulose, esterified cellulose can also be used. Examples of the method include a method of mixing a powder or an aqueous solution of a phosphoric acid compound A with a cellulose raw material, and a method of adding an aqueous solution of a phosphoric acid compound A to a slurry of a cellulose raw material. Examples of the phosphoric acid compound A include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of a salt. Among the above, a compound having a phosphoric acid group is preferred because it is low cost, easy to handle, and can be introduced into the cellulose of the pulp fiber to improve the defibration efficiency. Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium metaphosphate. These can be used alone or in combination to introduce a phosphoric acid group. Among these, phosphoric acid, sodium salts of phosphoric acid, potassium salts of phosphoric acid, and ammonium salts of phosphoric acid are preferred from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphate groups, ease of defibration in the defibration step described below, and ease of industrial application. Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are particularly preferred. In addition, it is desirable to use the phosphoric acid compound A as an aqueous solution, since the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introduction of phosphate groups is high. The pH of the aqueous solution of phosphoric acid compound A is preferably 7 or less, since the efficiency of introduction of phosphate groups is high, but a pH of 3 to 7 is preferred from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers.

リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1~10質量%のセルロース原料の懸濁液に、リン酸系化合物Aを撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2~500質量部であることが好ましく、1~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物Aの割合が前記下限値以上であれば、微細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。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。 The following method can be given as an example of a method for producing cellulose phosphate. Phosphate compound A is added to a suspension of cellulose raw material having a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass while stirring to introduce phosphate groups into the cellulose. When the cellulose raw material is taken as 100 parts by mass, the amount of phosphorus compound A added is preferably 0.2 to 500 parts by mass, and more preferably 1 to 400 parts by mass, in terms of the amount of phosphorus element. If the proportion of phosphorus compound A is equal to or greater than the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the proportion exceeds the upper limit, the effect of improving the yield reaches a plateau, which is not preferable from a cost perspective.

リン酸系化合物Aの他に化合物Bの粉末や水溶液を混合してもよい。化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃~赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。化合物Bの添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2~1000質量部が好ましく、100~700質量部がより好ましい。反応温度は0~95℃が好ましく、30~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1~600分程度であり、30~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100~170℃で加熱処理することが好ましい。 In addition to the phosphoric acid-based compound A, a powder or an aqueous solution of compound B may be mixed. Compound B is not particularly limited, but a nitrogen-containing compound exhibiting basicity is preferable. "Basicity" here is defined as an aqueous solution exhibiting a pink to red color in the presence of a phenolphthalein indicator, or an aqueous solution having a pH of greater than 7. The nitrogen-containing compound exhibiting basicity used in the present invention is not particularly limited as long as it exhibits the effects of the present invention, but a compound having an amino group is preferable. Examples include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among them, urea, which is low-cost and easy to handle, is preferable. The amount of compound B added is preferably 2 to 1,000 parts by mass, more preferably 100 to 700 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0 to 95°C, more preferably 30 to 90°C. The reaction time is not particularly limited, but is about 1 to 600 minutes, more preferably 30 to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within these ranges, it is possible to prevent cellulose from being excessively esterified and becoming easily soluble, resulting in a good yield of phosphated cellulose. After the resulting phosphated cellulose suspension is dehydrated, it is preferable to heat treat it at 100 to 170°C in order to suppress hydrolysis of cellulose. Furthermore, it is preferable to heat it at 130°C or less, preferably 110°C or less, while it contains water during the heat treatment, and then heat treat it at 100 to 170°C after removing the water.

リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース原料は煮沸した後、冷水で洗浄することで洗浄されることが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。リン酸エステル化セルロースにおけるリン酸基置換度と、同リン酸エステル化セルロースを解繊することにより得たリン酸エステル化セルロースナノファイバーのリン酸基置換度とは、通常同じである。 The degree of phosphate substitution per glucose unit of the phosphoric acid esterified cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphoric acid group substituent into cellulose, the cellulose particles are electrically repelled from each other. Therefore, cellulose with phosphoric acid groups introduced therein can be easily nanofibrillated. If the degree of phosphate substitution per glucose unit is less than 0.001, nanofibrillation cannot be performed sufficiently. On the other hand, if the degree of phosphate substitution per glucose unit is more than 0.40, the cellulose may swell or dissolve, and may not be obtained as nanofibers. In order to perform defibration efficiently, it is preferable to boil the phosphoric acid esterified cellulose raw material obtained above and then wash it with cold water. The modification by these esterifications is a modification by substitution reaction. The degree of phosphate substitution in phosphoric acid esterified cellulose and the degree of phosphate substitution in phosphoric acid esterified cellulose nanofibers obtained by defibrating the same phosphoric acid esterified cellulose are usually the same.

本発明では、上記の工程で得られるリン酸エステル化セルロースにおいて、セルロース原料に導入したリン酸基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、リン酸エステル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the cellulose phosphate obtained in the above process, the phosphate group introduced into the cellulose raw material is usually in the form of a salt, and is an alkali metal salt such as a sodium salt. Before the defibration process, the alkali metal salt of the cellulose phosphate may be replaced with another cationic salt such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, or a sulfonium salt. The replacement can be performed by a known method.

(解繊)
本発明において、アニオン変性セルロースを解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いてアニオン変性セルロースの水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊・分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて、上記のCNFに予備処理を施すことも可能である。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。
(Defibrilization)
In the present invention, the device for defibrating anion-modified cellulose is not particularly limited, but it is preferable to apply a strong shear force to the aqueous dispersion of anion-modified cellulose using a device such as a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high-pressure type, a roll mill type, or an ultrasonic type. In particular, in order to defibrate efficiently, it is preferable to use a wet-type high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer that can apply a pressure of 50 MPa or more to the aqueous dispersion and a strong shear force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, and even more preferably 140 MPa or more. In addition, prior to the defibration and dispersion treatment with the high-pressure homogenizer, it is also possible to subject the above-mentioned CNF to a preliminary treatment using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer, as necessary. The number of treatments (passes) in the defibration device may be one or two or more, and two or more are preferable.

分散処理においては通常、溶媒にアニオン変性セルロースを分散する。溶媒は、アニオン変性セルロースを分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノール等の親水性の有機溶媒)、それらの混合溶媒が挙げられる。セルロース原料が親水性であることから、溶媒は水であることが好ましい。 In the dispersion process, anionically modified cellulose is usually dispersed in a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse anionically modified cellulose, but examples include water, organic solvents (e.g., hydrophilic organic solvents such as methanol), and mixtures thereof. Since the cellulose raw material is hydrophilic, it is preferable that the solvent is water.

分散体中のアニオン変性セルロースの固形分濃度は、通常は0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%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質量%以下、好ましくは6質量%以下である。これにより流動性を保持することができる。 The solids concentration of the anionically modified cellulose in the dispersion is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 0.3% by mass or more. This ensures that the amount of liquid relative to the amount of cellulose fiber raw material is appropriate and efficient. The upper limit is usually 10% by mass or less, and preferably 6% by mass or less. This allows fluidity to be maintained.

解繊処理又は分散処理に先立ち、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。 Prior to the defibration or dispersion process, a preliminary treatment may be carried out as necessary. The preliminary treatment may be carried out using a mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer.

解繊処理を経て得られたアニオン変性セルロースナノファイバーが塩型の場合は、そのまま用いても良いし、鉱酸を用いた酸処理や、陽イオン交換樹脂を用いた方法等により酸型として用いても良い。また、カチオン性添加剤を用いた方法により疎水性を付与して用いても良い。 When the anion-modified cellulose nanofiber obtained through the defibration process is in the salt form, it may be used as is, or it may be converted to the acid form by acid treatment using a mineral acid or a method using a cation exchange resin. It may also be used after being made hydrophobic by a method using a cationic additive.

なお、本発明に用いるセルロースナノファイバーとしては、上記の解繊処理を経て得られたアニオン変性セルロースナノファイバーの水分散液をそのまま用いても良いし、乾燥・粉砕して得られた粉末状のものを用いてもよいし、水等の水系溶媒に再分散させたものを用いてもよい。 The cellulose nanofibers used in the present invention may be an aqueous dispersion of anion-modified cellulose nanofibers obtained through the above-mentioned defibration treatment, or may be a powder obtained by drying and pulverization, or may be redispersed in an aqueous solvent such as water.

なお、本発明に用いるセルロースナノファイバーは、固形分濃度1%、60rpm、25℃の条件におけるB型粘度が、好ましくは100~8400mPa・sであり、より好ましくは300~7000mPa・sである。 The cellulose nanofiber used in the present invention preferably has a B-type viscosity of 100 to 8,400 mPa·s, more preferably 300 to 7,000 mPa·s, at a solids concentration of 1%, at 60 rpm, and at 25°C.

本願発明に用いられるアニオン変性セルロースナノファイバーは、固形分1%(w/v)の水分散体とした際の25℃、6rpmにおける粘度を固形分1%(w/v)の水分散体とした際の25℃、60rpmにおける粘度で除した値(単に「6rpmの粘度を60rpmの粘度で除した値」とも呼ぶ)が、6.0以上であることが好ましい。この値が高いほど、剪断応力の差によって粘度の変化が大きいことを示しており、チキソ性が高いことを示している。チキソ性の高いセルロースナノファイバーは、粘度調整剤や顔料分散剤として使用するのに適している。6rpmの粘度を60rpmの粘度で除した値の上限は限定されないが、実際は15.0程度が上限となると考えられる。
アニオン変性セルロースナノファイバーの6rpmにおける粘度(固形分1%(w/v)の水分散体、25℃)は、2000mPa・s以上であることが好ましく、3000mPa・s以上であることがさらに好ましい。低い剪断速度(6rpm)における粘度が高いほど、チキソ性が高くなる可能性がある。6rpmにおける粘度の上限は特に限定されないが、現実的には30000mPa・s程度となると考えられる。
アニオン変性セルロースナノファイバーの60rpmにおける粘度(固形分1%(w/v)の水分散体、25℃)は、100~8400mPa・s程度であることが好ましく、200~7000mPa・s程度であることがさらに好ましく、250~7000mPa・s程度であることがさらに好ましく、300~7000mPa・s程度であることがさらに好ましい。
The anion-modified cellulose nanofiber used in the present invention preferably has a viscosity at 25°C and 6 rpm when dispersed in water with a solid content of 1% (w/v) divided by the viscosity at 25°C and 60 rpm when dispersed in water with a solid content of 1% (w/v) (also simply referred to as "the viscosity at 6 rpm divided by the viscosity at 60 rpm") of 6.0 or more. The higher this value, the greater the change in viscosity due to the difference in shear stress, indicating high thixotropy. Cellulose nanofibers with high thixotropy are suitable for use as viscosity modifiers and pigment dispersants. There is no upper limit to the value obtained by dividing the viscosity at 6 rpm by the viscosity at 60 rpm, but in practice it is thought that the upper limit is about 15.0.
The viscosity of the anion-modified cellulose nanofiber at 6 rpm (aqueous dispersion with 1% (w/v) solid content, 25°C) is preferably 2000 mPa·s or more, and more preferably 3000 mPa·s or more. The higher the viscosity at a low shear rate (6 rpm), the higher the possibility of thixotropy. There is no particular upper limit to the viscosity at 6 rpm, but in reality it is thought to be around 30,000 mPa·s.
The viscosity of the anion-modified cellulose nanofiber at 60 rpm (aqueous dispersion with a solid content of 1% (w/v), 25°C) is preferably about 100 to 8,400 mPa·s, more preferably about 200 to 7,000 mPa·s, even more preferably about 250 to 7,000 mPa·s, and even more preferably about 300 to 7,000 mPa·s.

(板状顔料)
本発明に用いることができる板状顔料としては、マイカ、マイカチタン、タルク、セリサイト、ガラス、板状シリカ、板状セリウム、板状アルミナ、板状硫酸バリウムなどの板状の形状を持つ顔料が挙げられる。板状顔料は、適用する化粧料に合わせて選択することができ、一種単独で又は二種以上を混合して使用することができる。
板状顔料の平均粒径は、十分な光沢を得る観点から、好ましくは10~1000μm、より好ましくは、10~500μmである。ここでいう平均粒径とは、体積平均粒子径をいい、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。
(Plate-shaped pigment)
Examples of plate-like pigments that can be used in the present invention include pigments having a plate-like shape, such as mica, mica titanium, talc, sericite, glass, plate-like silica, plate-like cerium, plate-like alumina, plate-like barium sulfate, etc. The plate-like pigment can be selected according to the cosmetic composition to which it is applied, and can be used alone or in combination of two or more types.
From the viewpoint of obtaining sufficient gloss, the average particle size of the plate-like pigment is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 10 to 500 μm. The average particle size referred to here means the volume average particle size, and can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.

(化粧料用組成物)
本発明の化粧料用組成物は、アニオン変性セルロースナノファイバー、板状顔料、及び水を必須成分として、この水を含む水系溶媒に分散させたものである。本発明に用いる水系溶媒は、水、水溶性有機溶媒、あるいはこれらの混合溶媒であることが好ましい。化学変性パルプおよびCNFの分散性を考慮すると、水系溶媒としては水、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒が好ましい。さらに、コスト、環境面、及び安全性の観点から、水系溶媒として水を用いることがより好ましい。
(Cosmetic composition)
The cosmetic composition of the present invention is obtained by dispersing anion-modified cellulose nanofibers, a plate-like pigment, and water as essential components in an aqueous solvent containing the water. The aqueous solvent used in the present invention is preferably water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent thereof. Considering the dispersibility of the chemically modified pulp and CNF, the aqueous solvent is preferably water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent. Furthermore, from the viewpoints of cost, environment, and safety, it is more preferable to use water as the aqueous solvent.

水溶性有機溶媒とは、水に溶解する有機溶媒である。その例として、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、グリセリン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4-ジオキサン、N-メチル-2-ピロリドン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、およびこれらの組合せが挙げられる。中でもメタノール、エタノール、2-プロパノール等の炭素数が1~4の低級アルコールが好ましく、安全性および入手容易性の観点から、メタノール、エタノールがより好ましく、エタノールがさらに好ましい。前記混合溶媒中の水溶性有機溶媒の量は、10質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。当該量の上限は限定されないが95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい。また、発明の効果を損なわない程度で、当該水系溶媒は非水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。 A water-soluble organic solvent is an organic solvent that dissolves in water. Examples include methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, glycerin, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, and combinations thereof. Among them, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, and 2-propanol are preferred, and from the viewpoints of safety and availability, methanol and ethanol are more preferred, and ethanol is even more preferred. The amount of the water-soluble organic solvent in the mixed solvent is preferably 10% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more. There is no upper limit to the amount, but it is preferably 95% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less. In addition, the aqueous solvent may contain a non-water-soluble organic solvent to the extent that the effect of the invention is not impaired.

本発明の化粧料用組成物において、各成分の配合比率は特に制限されないが、化粧料用組成物中、板状顔料の含有量は適度なツヤを与える観点から好ましくは0.01~30質量%、より好ましくは0.05~25質量%、さらに好ましくは0.1~20質量%である。また、化粧料用組成物中のセルロースナノファイバーの固形分濃度は、分散安定性および作業性の観点から好ましくは0.01~3質量%、より好ましくは0.1~2質量%、さらに好ましくは0.2~1質量%である。また、顔料を均一に分散させる観点から、板状顔料100質量部に対して、CNFの固形分を0.01~2000質量部配合することが好ましく、0.1~1000質量部配合することがより好ましい。また、化粧料用組成物中の水系溶媒の含有量は、適度な清涼感や保湿性を得る観点から、50~99質量%であることが好ましく、60~95質量%であることがより好ましい。 In the cosmetic composition of the present invention, the blending ratio of each component is not particularly limited, but the content of the plate-like pigment in the cosmetic composition is preferably 0.01 to 30% by mass, more preferably 0.05 to 25% by mass, and even more preferably 0.1 to 20% by mass, from the viewpoint of providing a moderate gloss. The solid content concentration of the cellulose nanofiber in the cosmetic composition is preferably 0.01 to 3% by mass, more preferably 0.1 to 2% by mass, and even more preferably 0.2 to 1% by mass, from the viewpoint of dispersion stability and workability. In addition, from the viewpoint of uniformly dispersing the pigment, it is preferable to blend 0.01 to 2000 parts by mass of the solid content of CNF with respect to 100 parts by mass of the plate-like pigment, and more preferably 0.1 to 1000 parts by mass. In addition, the content of the aqueous solvent in the cosmetic composition is preferably 50 to 99% by mass, and more preferably 60 to 95% by mass, from the viewpoint of obtaining a moderate feeling of freshness and moisturizing properties.

また、本発明の化粧料用組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、CNF以外の分散剤を含んでいてもよい。CNF以外の分散剤としては、水溶性高分子、アクリル系分散剤、ポリカルボン酸系分散剤、ポリオキシエチレン型非イオン系界面活性剤、シリコーン系材料、シランカップリング剤等が挙げられる。 The cosmetic composition of the present invention may contain a dispersant other than CNF, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of dispersants other than CNF include water-soluble polymers, acrylic dispersants, polycarboxylic acid dispersants, polyoxyethylene-type nonionic surfactants, silicone-based materials, and silane coupling agents.

水溶性高分子としては、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、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、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つ以上の混合物を例示することができる。これらの中でも、分散性向上の観点から、カルボキシメチルセルロースを用いることが好ましい。 Water-soluble polymers include cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginates, pullulan, starch, potato starch, kudzu starch, cationic starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein lysate, peptone, polyvinyl alcohol, poly Examples of suitable materials include acrylamide, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acids, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin-based sizing agents, petroleum resin-based sizing agents, urea resins, melamine resins, epoxy resins, polyamide resins, polyamide-polyamine resins, polyethyleneimine, polyamines, vegetable gums, polyethylene oxides, hydrophilic crosslinked polymers, polyacrylates, starch-polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, and colloidal silica, as well as mixtures of one or more of these. Among these, carboxymethylcellulose is preferably used from the viewpoint of improving dispersibility.

(化粧料用組成物の製造方法)
本発明の化粧料用組成物の製造方法は、特に限定されず、アニオン変性セルロースナノファイバー、板状顔料を、水を含む水系溶媒に分散させることができれば、どのような方法であってもよい。例えば、板状顔料を水中で撹拌しながら、そこへアニオン変性セルロースナノファイバーの水分散液を添加してさらに撹拌する方法や、アニオン変性セルロースナノファイバーの水分散液に板状顔料を混合して撹拌する方法や、アニオン変性セルロースナノファイバーの水分散液に、板状顔料を水系溶媒に分散させたものを少量ずつ混合して撹拌する方法が挙げられる。本発明の化粧料用組成物は、常法の装置、手段により撹拌・混合して得ることができ、温度条件等は特に限定されない。
(Method for producing cosmetic composition)
The method for producing the cosmetic composition of the present invention is not particularly limited, and any method may be used as long as the anion-modified cellulose nanofiber and the plate-like pigment can be dispersed in an aqueous solvent containing water. For example, a method of adding an aqueous dispersion of anion-modified cellulose nanofiber to the plate-like pigment while stirring it in water and further stirring it, a method of mixing an aqueous dispersion of anion-modified cellulose nanofiber with a plate-like pigment and stirring it, and a method of mixing a dispersion of anion-modified cellulose nanofiber with a dispersion of a plate-like pigment in an aqueous solvent little by little and stirring it. The cosmetic composition of the present invention can be obtained by stirring and mixing using a conventional device and means, and the temperature conditions, etc. are not particularly limited.

本発明の化粧料用組成物は、アニオン変性セルロースナノファイバーを含むため、マイカ等の板状顔料が安定して分散され、沈降が生じにくい。その結果、この化粧料用組成物を肌に塗布した場合に、滑らかな外観を得ることができ、さらに、光沢度が向上する効果が得られる。したがって、この化粧料用組成物は、メイクアップ化粧品(アイシャドウ、リップ、ファンデーション、コンシーラー、下地など)に好適に用いることができる。 The cosmetic composition of the present invention contains anion-modified cellulose nanofibers, so that plate-like pigments such as mica are stably dispersed and are less likely to settle. As a result, when this cosmetic composition is applied to the skin, a smooth appearance can be obtained, and further, the effect of improving gloss can be obtained. Therefore, this cosmetic composition can be suitably used in makeup cosmetics (eye shadow, lip, foundation, concealer, primer, etc.).

本発明の化粧料用組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、上記で例示した分散剤の他に、紫外線吸収剤、油剤、界面活性剤、防腐剤、香料、保湿剤、塩類、酸化防止剤、キレート剤、中和剤、pH調整剤等を併用してもよい。 In addition to the dispersants exemplified above, the cosmetic composition of the present invention may contain ultraviolet absorbers, oils, surfactants, preservatives, fragrances, moisturizers, salts, antioxidants, chelating agents, neutralizing agents, pH adjusters, etc., within the scope of not impairing the effects of the present invention.

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。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

(製造例1)
(カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造)
回転数を100rpmに調節した5L容の二軸ニーダーに、イソプロパノール(IPA)1089部と、水酸化ナトリウム31部を水121部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃で60分間乾燥した際の乾燥質量で200部仕込んだ。30℃で60分間撹拌、混合しマーセル化セルロースを調製した。更に撹拌しつつモノクロロ酢酸ナトリウム117部を添加し、30℃で30分間撹拌した後、30分かけて70℃に昇温し、70℃で60分間カルボキシメチル化反応をさせた。マーセル化反応時及びカルボキシメチル化反応時の反応媒中の水の割合は、10質量%である。反応終了後、中和し、65%含水メタノールで洗浄し、脱液、乾燥、粉砕して、カルボキシメチル置換度0.27、セルロースI型の結晶化度64%のカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。なお、セルロースI型の結晶化度の測定方法は、先述の通りである。
得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を水に分散し、1%(w/v)水分散体とした。これを、150MPaの高圧ホモジナイザーで3回処理し、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの分散体を得た。得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が3.2nm、アスペクト比が40であった。
(Production Example 1)
(Production of carboxymethylated cellulose nanofibers)
In a 5L twin-shaft kneader with the rotation speed adjusted to 100 rpm, 1089 parts of isopropanol (IPA) and 31 parts of sodium hydroxide dissolved in 121 parts of water were added, and 200 parts of hardwood pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was added in terms of dry mass when dried at 100 ° C. for 60 minutes. The mixture was stirred and mixed at 30 ° C. for 60 minutes to prepare mercerized cellulose. Further, 117 parts of sodium monochloroacetate was added while stirring, and after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, the mixture was heated to 70 ° C. over 30 minutes, and a carboxymethylation reaction was carried out at 70 ° C. for 60 minutes. The proportion of water in the reaction medium during the mercerization reaction and the carboxymethylation reaction was 10% by mass. After the reaction was completed, the mixture was neutralized, washed with 65% water-containing methanol, deliquored, dried, and pulverized to obtain a sodium salt of carboxymethylated cellulose with a carboxymethyl substitution degree of 0.27 and a crystallinity of cellulose I type of 64%. The method for measuring the crystallinity of cellulose type I is as described above.
The obtained sodium salt of carboxymethyl cellulose was dispersed in water to obtain a 1% (w/v) aqueous dispersion. This was treated three times with a high-pressure homogenizer at 150 MPa to obtain a dispersion of carboxymethyl cellulose nanofibers. The obtained carboxymethyl cellulose nanofibers had an average fiber diameter of 3.2 nm and an aspect ratio of 40.

得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを水で固形分0.7質量%の分散体とし、カルボキシメチルセルロース(以下、「CMC」ということがある)(日本製紙(株)製、商品名:FS350HC-4、粘度(1質量%、25℃、60rpm)約3000mPa・s、カルボキシメチル置換度約0.90)を、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーに対して40質量%(すなわち、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの固形分を100質量部としたときにカルボキシメチルセルロースの固形分が40質量部となるように)添加し、TKホモミキサー(12,000rpm)で60分間撹拌した。得られたCMC含有カルボキシメチル化(CM化)セルロースナノファイバーの水分散液を、水酸化ナトリウム水溶液を加え、pHを9に調整した後、ドラム乾燥装置で脱水・乾燥することにより乾燥固形物を得てから粉砕し、粉砕物を30メッシュを用いて分級し、CMC含有CM化セルロースナノファイバーの粉末を得た。 The obtained carboxymethylated cellulose nanofiber was dispersed in water to a solid content of 0.7% by mass, and carboxymethyl cellulose (hereinafter sometimes referred to as "CMC") (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., product name: FS350HC-4, viscosity (1% by mass, 25°C, 60 rpm) approximately 3000 mPa·s, degree of carboxymethyl substitution approximately 0.90) was added at 40% by mass relative to the carboxymethyl cellulose nanofiber (i.e., so that the solid content of carboxymethyl cellulose was 40 parts by mass when the solid content of the carboxymethyl cellulose nanofiber was 100 parts by mass), and the mixture was stirred for 60 minutes with a TK homomixer (12,000 rpm). The obtained aqueous dispersion of CMC-containing carboxymethylated (CM-modified) cellulose nanofiber was added with an aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to 9, and then dehydrated and dried in a drum dryer to obtain a dry solid, which was then pulverized, and the pulverized product was classified using a 30 mesh to obtain a powder of CMC-containing CM-modified cellulose nanofiber.

(グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定方法)
カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。メタノール90mLに特級濃硝酸10mLを加えて調製した液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースにした。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうした。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出した:
A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
(Method for measuring the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit)
Approximately 2.0 g of carboxymethylated cellulose fiber (bone dry) was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of a solution prepared by adding 10 mL of concentrated nitric acid to 90 mL of methanol was added and shaken for 3 hours to convert the carboxymethylated cellulose salt (carboxymethylated cellulose) into hydrogenated carboxymethylated cellulose. 1.5 to 2.0 g of hydrogenated carboxymethylated cellulose (bone dry) was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. The hydrogenated carboxymethylated cellulose was moistened with 15 mL of 80% methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH was added, and the mixture was shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back-titrated with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator. The degree of carboxymethyl substitution (DS) was calculated by the following formula:
A = [(100 x F' - (0.1 N H2SO4 ) (mL) x F) x 0.1] / (bone dry mass (g) of hydrogenated carboxymethyl cellulose)
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A: The amount of 1N NaOH required to neutralize 1 g of hydrogenated carboxymethyl cellulose (mL)
F: Factor of 0.1N H2SO4 F': Factor of 0.1N NaOH

(製造例2)
(カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造)
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を分離し、パルプを十分に水洗することでカルボキシル基を導入したパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。このカルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、1.42mmol/gであった。
このカルボキシル化パルプを水で希釈して固形分濃度1質量%に調整した後、超高圧ホモジナイザーを用いて150MPaの条件で3回解繊し、カルボキシル化セルロースナノファイバーを得た。得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が3nm、アスペクト比が250であった。
(Production Example 2)
(Production of carboxylated cellulose nanofibers)
500 g (bone dry) of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from coniferous trees was added to 500 mL of an aqueous solution in which 780 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 75.5 g of sodium bromide were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the reaction system to a concentration of 6.0 mmol/g to initiate the oxidation reaction. The pH of the system decreased during the reaction, but 3M aqueous sodium hydroxide was added successively to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH of the system did not change. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was thoroughly washed with water to obtain a pulp (carboxylated cellulose) into which a carboxyl group had been introduced. The amount of carboxyl groups in this carboxylated cellulose was 1.42 mmol/g.
The carboxylated pulp was diluted with water to a solids concentration of 1% by mass, and then defibrated three times using an ultra-high pressure homogenizer at 150 MPa to obtain carboxylated cellulose nanofibers with an average fiber diameter of 3 nm and an aspect ratio of 250.

(カルボキシル基量の測定)
カルボキシル化セルロース試料の0.5質量%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質量〔g〕。
(Measurement of Carboxyl Group Amount)
60 mL of a 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of a carboxylated cellulose sample was prepared, and a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. A 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution was then added dropwise to measure the electrical conductivity until the pH reached 11. The electrical conductivity was calculated using the following formula from the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid, where the change in electrical conductivity was gradual:
Amount of carboxyl groups [mmol/g carboxylated cellulose] = a [mL] × 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g].

(実施例1)
(化粧料用組成物の製造)
上記製造例1で得られたCMC含有CM化セルロースナノファイバーの粉末0.5gを25℃の水94.5gに加え、3000rpmで、60分間ホモディスパーで撹拌することにより、スラリーを得た。マイカ粉末(株式会社ヤマグチマイカ製、品名:A-21S、平均粒子径:23μm、形状:板状(フレーク状)のパウダー、嵩比重:0.13g/mL、アスペクト比(参考値):70)5gを添加し、得られた混合物を3000rpmで、10分間ホモディスパーで撹拌することにより、均一に分散した懸濁物(化粧料用組成物)を得た。得られた懸濁物は、一部を下記に示す測定用試料としての乾燥膜の製造に用いた。残りの懸濁物について24時間静置後に目視で分散状態を確認したところ、マイカの沈降は確認されず、分散状態を保っていた。
Example 1
(Production of cosmetic composition)
0.5 g of the powder of CMC-containing carboxymethylated cellulose nanofiber obtained in Production Example 1 was added to 94.5 g of water at 25°C and stirred with a homodisper at 3000 rpm for 60 minutes to obtain a slurry. 5 g of mica powder (manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., product name: A-21S, average particle size: 23 μm, shape: plate-like (flake-like) powder, bulk density: 0.13 g/mL, aspect ratio (reference value): 70) was added, and the resulting mixture was stirred with a homodisper at 3000 rpm for 10 minutes to obtain a uniformly dispersed suspension (cosmetic composition). A portion of the resulting suspension was used to produce a dried film as a measurement sample shown below. The remaining suspension was left to stand for 24 hours and then visually inspected for its dispersed state, and no sedimentation of mica was observed, showing that the dispersed state was maintained.

(測定用試料の製造)
ホモディスパーで撹拌した直後の懸濁物(化粧料用組成物)1gを、PETフィルム上に配置したシリコン枠(2cmx2cm)に流し込み、40℃で1日間放置し、乾燥膜を得た。得られた乾燥膜について、光沢度の測定および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察を行った。
(Production of measurement samples)
Immediately after stirring with the homodisper, 1 g of the suspension (cosmetic composition) was poured into a silicon frame (2 cm x 2 cm) placed on a PET film and left to stand for 1 day at 40°C to obtain a dry film. The obtained dry film was subjected to measurement of gloss and observation using a scanning electron microscope (SEM).

(実施例2)
上記製造例1で得られたCMC含有CM化セルロースナノファイバーの粉末に代えて、上記製造例2で得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーの1質量%水分散体を、CNF固形分が、得られる組成物全体の0.5質量%となるように用いたこと以外は実施例1と同様にして、均一に分散した懸濁物(化粧料用組成物)を得た。この懸濁物は、24時間静置後もマイカの沈降が確認されず分散状態を保っていた。
Example 2
A uniformly dispersed suspension (cosmetic composition) was obtained in the same manner as in Example 1, except that a 1% by mass aqueous dispersion of carboxylated cellulose nanofibers obtained in Production Example 2 was used so that the CNF solid content was 0.5% by mass of the entire composition obtained, instead of the CMC-containing carboxylated cellulose nanofiber powder obtained in Production Example 1. This suspension maintained a dispersed state even after being left to stand for 24 hours, with no sedimentation of mica being observed.

また、乾燥膜を実施例1と同様に得た。得られた乾燥膜について、光沢度の測定および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察を行った。 A dry film was obtained in the same manner as in Example 1. The gloss of the obtained dry film was measured and observed using a scanning electron microscope (SEM).

(比較例1)
上記製造例1で得られたCMC含有CM化セルロースナノファイバーの粉末に代えて、CMC(日本製紙株式会社製、商品名:FS350HC-4、粘度(1質量%、25℃、60rpm)約3000mPa・s、カルボキシメチル置換度約0.9)の粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして、均一に分散した懸濁物(化粧料用組成物)を得た。この懸濁物は、24時間静置後にマイカの沈降がみられた。
(Comparative Example 1)
A uniformly dispersed suspension (cosmetic composition) was obtained in the same manner as in Example 1, except that a powder of CMC (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., product name: FS350HC-4, viscosity (1 mass%, 25°C, 60 rpm) approximately 3000 mPa·s, degree of carboxymethyl substitution approximately 0.9) was used instead of the powder of CMC-containing carboxymethyl cellulose nanofiber obtained in Production Example 1. After leaving the suspension for 24 hours, sedimentation of mica was observed.

また、乾燥膜を実施例1と同様に得た。得られた乾燥膜について、光沢度の測定および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察を行った。 A dry film was obtained in the same manner as in Example 1. The gloss of the obtained dry film was measured and observed using a scanning electron microscope (SEM).

(比較例2)
上記製造例1で得られたCMC含有CM化セルロースナノファイバーの粉末に代えて、キサンタンガム(CP Kelco社製、商品名:ケルトロールCG-T)の粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして、均一に分散した懸濁物(化粧料用組成物)を得た。この懸濁物は、24時間静置後もマイカの沈降が確認されず分散状態を保っていた。
(Comparative Example 2)
A uniformly dispersed suspension (cosmetic composition) was obtained in the same manner as in Example 1, except that a powder of xanthan gum (manufactured by CP Kelco, product name: Keltrol CG-T) was used instead of the powder of CMC-containing carboxymethyl cellulose nanofiber obtained in Production Example 1. This suspension maintained a dispersed state, with no sedimentation of mica observed even after being left to stand for 24 hours.

また、乾燥膜を実施例1と同様に得た。得られた乾燥膜について、光沢度の測定および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察を行った。 A dry film was obtained in the same manner as in Example 1. The resulting dry film was subjected to measurement of gloss and observation using a scanning electron microscope (SEM).

(光沢度の測定)
実施例および比較例で得られた乾燥膜について、下記条件で光沢度の測定を行った。なお、各試料について4箇所光沢度の値を測定し、その平均値を図1に示した。値が大きいほど光沢度が高い(光沢度に優れる)ことを示す。
<測定条件>
装置:Lorentzen & Wettre製 Gross Tester
入射角:75°
(Measurement of Glossiness)
The glossiness of the dried films obtained in the Examples and Comparative Examples was measured under the following conditions. The glossiness was measured at four points for each sample, and the average value is shown in Figure 1. The higher the value, the higher the glossiness (the better the glossiness).
<Measurement conditions>
Apparatus: Gross Tester manufactured by Lorentzen & Wettre
Incident angle: 75°

(SEM観察)
実施例1, 2および比較例1,2で得られた乾燥膜について、SEM観察を行う前に、乾燥膜の様子を、光学顕微鏡(キーエンス社製、デジタルマイクロスコープ VHX-6000)を用いて倍率100倍で観察した。次に、乾燥膜の表面及び断面を、走査型電子顕微鏡(日本電子社製、JSM-IT100)を用いて倍率700倍で観察した。なお、表面観察は、二次電子モード及び反射電子モードでそれぞれ行った。断面観察は、反射電子モードで行った。SEM観察結果を図2に示す。
(SEM Observation)
Before SEM observation of the dried films obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the state of the dried films was observed at a magnification of 100 times using an optical microscope (digital microscope VHX-6000, manufactured by Keyence Corporation). Next, the surface and cross section of the dried film were observed at a magnification of 700 times using a scanning electron microscope (JSM-IT100, manufactured by JEOL Ltd.). The surface observation was performed in secondary electron mode and reflected electron mode, respectively. The cross section observation was performed in reflected electron mode. The SEM observation results are shown in FIG. 2.

光学顕微鏡の観察結果から、実施例1および実施例2の乾燥膜は、色むらがなく滑らかな表面であることがわかった。一方、比較例1の乾燥膜は、色むらがあり不均一に乾燥していることがわかった。また、比較例2の乾燥膜は、色むらは確認されなかったものの、中央部に凸凹が確認され、レベリング性に劣るものであった。
図2の(a)列および(b)列に示すSEMを用いた表面観察結果から、実施例1, 2および比較例2の乾燥膜の表面には、平板状のマイカを確認することができた。一方、比較例1の乾燥膜はマイカが凝集しており、凹凸が多いことがわかった。
図2の(c)列に示すSEMを用いた断面観察結果(画像の上側が試料の表面側を示す)から、実施例1, 2および比較例2の乾燥膜の断面では、マイカが表面に比較的平行に配向していることがわかった。一方、比較例1の乾燥膜の断面では、マイカが縦に(表面に対して垂直に)配向している様子が確認できた。
From the observation results of the optical microscope, it was found that the dried films of Example 1 and Example 2 had a smooth surface without color unevenness. On the other hand, it was found that the dried film of Comparative Example 1 had color unevenness and was dried unevenly. In addition, although the dried film of Comparative Example 2 did not have color unevenness, it was found to have unevenness in the center and had poor leveling properties.
2(a) and 2(b), it was found that plate-like mica was observed on the surfaces of the dried films of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. On the other hand, it was found that the dried film of Comparative Example 1 had agglomerated mica and had many irregularities.
From the cross-sectional observation results using an SEM shown in column (c) of Figure 2 (the upper side of the image shows the surface side of the sample), it was found that the mica was oriented relatively parallel to the surface in the cross sections of the dried films of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. On the other hand, in the cross section of the dried film of Comparative Example 1, it was confirmed that the mica was oriented vertically (perpendicular to the surface).

(評価結果まとめ)
CNFを添加した実施例1,2、キサンタンガムを添加した比較例2では、懸濁物を24時間静置した後に、マイカの沈降は確認されなかった。一方、CMCのみを添加した比較例1では、懸濁物を24時間静置した後に、マイカの沈降が確認された。この理由としては、CMCは、0.5%水溶液としたときの、せん断速度0.1(1/s)以下条件での粘度が、他の3種類と比較して低いことが挙げられる。なお、実施例1, 2、比較例1、2で用いたCMC含有CM化CNF、カルボキシル化CNF、CMC、キサンタンガムについて、それぞれ0.5%水溶液(分散液)を調製し、この水溶液(分散液)についてレオメータを用いたせん断粘度の測定を行った。測定結果のグラフを図3に示した。
(Summary of evaluation results)
In Examples 1 and 2 in which CNF was added, and Comparative Example 2 in which xanthan gum was added, no sedimentation of mica was observed after the suspension was left to stand for 24 hours. On the other hand, in Comparative Example 1 in which only CMC was added, sedimentation of mica was observed after the suspension was left to stand for 24 hours. The reason for this is that the viscosity of CMC at a shear rate of 0.1 (1/s) or less when it is made into a 0.5% aqueous solution is lower than that of the other three types. For each of the CMC-containing CM-CNF, carboxylated CNF, CMC, and xanthan gum used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, 0.5% aqueous solutions (dispersions) were prepared, and the shear viscosity of these aqueous solutions (dispersions) was measured using a rheometer. A graph of the measurement results is shown in FIG. 3.

また、CNFを添加した実施例1, 2では、マイカを安定的かつ均一に分散できたことにより、表面へしっかりマイカを露出し、表面を滑らかにすることができた結果、乾燥膜の光沢度の向上につながったものと考えられる。一方、CMCのみを添加した比較例1では、マイカの分散安定性が低いものであり、不均一な分散となったことにより、不均一乾燥による凹凸増加・マイカの凝集を引き起こした結果、乾燥膜の光沢度の低下につながったものと考えられる。
In addition, in Examples 1 and 2 where CNF was added, the mica was dispersed stably and uniformly, which allowed the mica to be fully exposed on the surface and made the surface smooth, which is believed to have led to an improvement in the glossiness of the dried film. On the other hand, in Comparative Example 1 where only CMC was added, the dispersion stability of the mica was low and it was unevenly dispersed, which led to an increase in unevenness due to uneven drying and the aggregation of the mica, which is believed to have led to a decrease in the glossiness of the dried film.

Claims (5)

アニオン変性セルロースナノファイバーと、板状顔料と、水とを含む化粧料用組成物。 A cosmetic composition comprising anionically modified cellulose nanofibers, a plate-like pigment, and water. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシル基を有するセルロースナノファイバーまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースナノファイバーである請求項1記載の化粧料用組成物。 The cosmetic composition according to claim 1, wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a cellulose nanofiber having a carboxyl group or a cellulose nanofiber having a carboxyalkyl group. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、前記カルボキシアルキル基として、カルボキシメチル基を有するものであり、カルボキシメチル置換度が0.01~0.50のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーである請求項2に記載の化粧料用組成物。 The cosmetic composition according to claim 2, wherein the anion-modified cellulose nanofiber has a carboxymethyl group as the carboxyalkyl group, and is a carboxymethylated cellulose nanofiber having a degree of carboxymethyl substitution of 0.01 to 0.50. さらにカルボキシメチルセルロースを含有する請求項1又は2に記載の化粧料用組成物。 The cosmetic composition according to claim 1 or 2, further comprising carboxymethylcellulose. 前記板状顔料がマイカである、請求項1又は2に記載の化粧料用組成物。

The cosmetic composition according to claim 1 or 2, wherein the plate-like pigment is mica.

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