JP5939695B1 - Viscous aqueous composition and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

【課題】均一な希釈が容易であり、これにより、一般的な攪拌装置でも十分な増粘性、および分散安定性をもつセルロースナノファイバー水分散体を調製可能な水系粘性組成物およびその製造方法を提供する事。【解決手段】下記条件を満たすセルロースナノファイバー、水、および水混和性有機溶剤を含有することを特徴とする粘性水系組成物。(A)数平均繊維径が2nm以上500nm以下(B)平均アスペクト比が50以上1000以下(C)セルロースI型結晶構造を有する(D)アニオン性官能基を有する(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物がアニオン性官能基とイオン結合で結合している【選択図】なしAn aqueous viscous composition capable of preparing a cellulose nanofiber aqueous dispersion that can be easily diluted uniformly and thereby has sufficient thickening and dispersion stability even with a general stirring device, and a method for producing the same. To provide. A viscous aqueous composition containing cellulose nanofibers, water, and a water-miscible organic solvent satisfying the following conditions. (A) Number average fiber diameter of 2 nm to 500 nm (B) Average aspect ratio of 50 to 1000 (C) Cellulose I-type crystal structure (D) Anionic functional group (E) Organic in organic conceptual diagram An organic compound having a property value of 450 or less is bonded to an anionic functional group by an ionic bond [selection figure] None

Description

本発明は、粘性水系組成物およびその製造方法に関するものである。  The present invention relates to a viscous aqueous composition and a method for producing the same.

近年、環境対応型の素材として、バイオマス原料が注目されている。
これらの内、バイオマス原料を微細繊維状とした材料が特に注目されており、中でもセルロースナノファイバーは樹脂強化材料、ガスバリアフィルム、増粘剤などとして盛んに研究開発が行なわれている(特許文献1,2)。これらにはセルロースナノファイバーを増粘剤、および分散安定化剤として用いる方法が記載されている。
In recent years, biomass raw materials have attracted attention as environmentally friendly materials.
Among these, a material in which the biomass raw material is in the form of fine fibers has attracted particular attention. Among them, cellulose nanofibers have been actively researched and developed as resin-reinforced materials, gas barrier films, thickeners, and the like (Patent Document 1). , 2). These describe a method of using cellulose nanofibers as a thickener and a dispersion stabilizer.

特開2010−037348号公報JP 2010-037348 A 特開2011−057567号公報JP 2011-057567 A

セルロースナノファイバー水分散体を増粘剤、分散安定化剤として用いる場合、セルロースの強固な水素結合により均一に希釈することが困難で、せん断力の大きな撹拌機を用いる必要であった。このため、セルロースナノファイバー水分散体を所定の濃度に均一に希釈するには特殊な装置が必要で、そのような装置を保有していない場合にはセルロースナノファイバーの水分散物を使用することが困難であるという課題があった。   When the cellulose nanofiber aqueous dispersion is used as a thickener or dispersion stabilizer, it is difficult to dilute uniformly due to the strong hydrogen bonding of cellulose, and it is necessary to use a stirrer having a large shearing force. For this reason, a special device is required to uniformly dilute the cellulose nanofiber aqueous dispersion to a predetermined concentration. If you do not have such a device, use an aqueous dispersion of cellulose nanofiber. There was a problem that it was difficult.

そこで、本発明は、均一な希釈が容易であり、これにより、一般的な攪拌装置でも十分な増粘性、および分散安定性をもつセルロースナノファイバー水分散体を調製可能な水系粘性組成物およびその製造方法を提供する事を目的とする。   Accordingly, the present invention is an aqueous viscous composition that can easily prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion having a sufficient viscosity increase and dispersion stability even with a general stirring device, and can be easily diluted uniformly. The purpose is to provide a manufacturing method.

本発明は、以下の[1]ないし[]を提供するものである。
[1] 下記条件を満たすセルロースナノファイバー、水、および水混和性有機溶剤を含有する粘性水系組成物であって、
上記セルロースナノファイバーの含有量が0.1質量%以上20質量%以下であり、上記水混和性有機溶剤の含有量が5質量%以上80質量%以下であり、
セルロースナノファイバーの含有量と水混和性有機溶剤の含有量の比率が質量比でセルロースナノファイバー/水混和性有機溶剤=1/100〜1/4であることを特徴とする粘性水系組成物。
(A)数平均繊維径が2nm以上500nm以下
(B)平均アスペクト比が50以上1000以下
(C)セルロースI型結晶構造を有する
(D)アニオン性官能基を有する
(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物がアニオン性官能基とイオン結合で結合している
[2]上記アニオン性官能基がカルボキシル基であることを特徴とする[1]に記載の粘性水系組成物。
[3] 上記(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物が、含窒素化合物、および有機リン化合物から選択された1種または2種以上であることを特徴とする[1]または[2]記載の粘性水系組成物。
[4]上記(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物が、アンモニウムおよびホスホニウムから選択された1種または2種以上であることを特徴とする[1]ないし[3]のいずれかに記載の粘性水系組成物。
[5] 上記水混和性有機溶剤がアルコール類であることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれかに記載の粘性水系組成物。
[6] 上記水混和性有機溶剤がメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから選択される1種または2種以上であることを特徴とする[1]ないし[5]のいずれかに記載の粘性水系組成物。
[][1]ないし[]のいずれかに記載の粘性水系組成物の粘度が、上記セルロースナノファイバーの含有量が0.2質量%、BM型粘度計において、ローターの回転数が0.3rpm、液温が20℃の条件で測定した場合の粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする粘性水系組成物。
[](I)セルロースを酸化する酸化工程、(II)酸化セルロース分散体のpHを2以下に調整して精製する精製工程、(III)精製したセルロースを上記有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物で中和する中和工程、(IV)中和したセルロースを水と水混和性有機溶剤の存在下で分散する分散工程、を備えることを特徴とする[1]ないし[]のいずれかに記載の粘性水系組成物の製造方法。
[]上記(IV)分散工程における分散条件が、高圧または超高圧ホモジナイザーによる処理であって、処理圧力が30MPa以上であることを特徴とする[]記載の製造方法。
The present invention provides the following [1] to [ 9 ].
[1] A viscous aqueous composition containing cellulose nanofibers, water, and a water-miscible organic solvent satisfying the following conditions ,
The cellulose nanofiber content is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and the water-miscible organic solvent content is 5% by mass or more and 80% by mass or less.
A viscous aqueous composition, wherein the ratio of the content of cellulose nanofiber and the content of water-miscible organic solvent is cellulose nanofiber / water-miscible organic solvent = 1/100 to 1/4 in terms of mass ratio .
(A) Number average fiber diameter of 2 nm to 500 nm (B) Average aspect ratio of 50 to 1000 (C) Cellulose I-type crystal structure (D) Anionic functional group (E) Organic in organic conceptual diagram An organic compound having a property value of 450 or less is bonded to an anionic functional group by an ionic bond
[2] The viscous aqueous composition according to [1], wherein the anionic functional group is a carboxyl group.
[3] The organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram (E) is one or more selected from nitrogen-containing compounds and organic phosphorus compounds [1] ] Or the viscous aqueous composition according to [2].
[4] The organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram (E) is one or more selected from ammonium and phosphonium [1] to [3] The viscous aqueous composition according to any one of the above.
[5] The viscous aqueous composition according to any one of [1] to [4], wherein the water-miscible organic solvent is an alcohol.
[6] The water-miscible organic solvent is methanol, ethanol, propanol, isopropanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-1,3-propanediol. 3-methoxy-1,2-propanediol, 2-butene-1,4-diol, 1,3-butanediol, 2-methyl-1,4-butanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, It should be one or more selected from 1,5-pentanediol, 1,4-pentanediol, 3-methyl-1,3-pentanediol, and 2,4-diethyl-1,5-pentanediol. [5] The viscous aqueous composition according to any one of [1] to [5].
[ 7 ] The viscosity of the viscous aqueous composition according to any one of [1] to [ 6 ] is such that the cellulose nanofiber content is 0.2% by mass, and in the BM type viscometer, the rotational speed of the rotor is 0. A viscous aqueous composition characterized by having a viscosity of 100 mPa · s or more when measured at 3 rpm and a liquid temperature of 20 ° C.
[ 8 ] (I) Oxidation step for oxidizing cellulose, (II) Purification step for adjusting pH of oxidized cellulose dispersion to 2 or less, and (III) Purified cellulose having an organic value in the organic conceptual diagram [1] to [1], comprising a neutralization step of neutralizing with an organic compound of 450 or less, and (IV) a dispersion step of dispersing the neutralized cellulose in the presence of water and a water-miscible organic solvent. 7 ] The method for producing a viscous aqueous composition according to any one of [ 7 ].
[ 9 ] The production method according to [ 8 ], wherein the dispersion condition in the dispersion step (IV) is a treatment with a high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer, and the treatment pressure is 30 MPa or more.

本発明の水系粘性組成物は、均一な希釈が容易であり、これにより、一般的な攪拌装置でも十分な増粘性、および分散安定性をもつセルロースナノファイバー水分散体を調製可能であるという効果を奏する。   The water-based viscous composition of the present invention can be easily diluted uniformly, thereby enabling the cellulose nanofiber aqueous dispersion having sufficient thickening and dispersion stability to be prepared even with a general stirring device. Play.

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明の水系粘性組成物は所定のセルロースナノファイバーを含有する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
The aqueous viscous composition of the present invention contains a predetermined cellulose nanofiber.

(A)数平均繊維径
上記セルロースナノファイバーの数平均繊維径は2nm以上500nm以下であるが、好ましくは2nm以上150nm以下であり、より好ましくは2nm以上100nm以下であり、特に好ましくは2nm以上80nm以下である。上記数平均繊維径が2nm未満であると、セルロースナノファイバーが溶解することにより、十分な増粘性、分散安定性が発現しないおそれがあり、上記数平均繊維径が500nmを超える場合、繊維の表面積が小さく、十分なナノファイバーのネットワーク構造が形成されないために増粘性、分散安定性に劣るのおそれがある。
(A) Number average fiber diameter The cellulose nanofiber has a number average fiber diameter of 2 nm to 500 nm, preferably 2 nm to 150 nm, more preferably 2 nm to 100 nm, and particularly preferably 2 nm to 80 nm. It is as follows. If the number average fiber diameter is less than 2 nm, the cellulose nanofibers may be dissolved, so that sufficient thickening and dispersion stability may not be exhibited. When the number average fiber diameter exceeds 500 nm, the surface area of the fiber However, since a sufficient nanofiber network structure is not formed, the viscosity and dispersion stability may be inferior.

上記セルロースナノファイバーの最大繊維径は、セルロースナノファイバーの分散性の点で、1000nm以下であることが好ましく、特に好ましくは500nm以下である。
上記セルロースナノファイバーの数平均繊維径および最大繊維径は、例えば、つぎのようにして測定することができる。すなわち、固形分率で0.05〜0.1重量%の微細セルロースの水分散体を調製し、その分散体を、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡(TEM)の観察用試料とする。なお、大きな繊維径の繊維を含む場合には、ガラス上へキャストした表面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を観察してもよい。そして、構成する繊維の大きさに応じて5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。その際に、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、試料および観察条件(倍率等)を調節する。そして、この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このようにして、最低3枚の重複しない表面部分の画像を、電子顕微鏡で撮影し、各々2つの軸に交錯する繊維の繊維径の値を読み取る(したがって、最低20本×2×3=120本の繊維径の情報が得られる)。このようにして得られた繊維径のデータにより、最大繊維径および数平均繊維径を算出する。
The maximum fiber diameter of the cellulose nanofiber is preferably 1000 nm or less, particularly preferably 500 nm or less, from the viewpoint of dispersibility of the cellulose nanofiber.
The number average fiber diameter and the maximum fiber diameter of the cellulose nanofiber can be measured, for example, as follows. That is, an aqueous dispersion of fine cellulose having a solid content of 0.05 to 0.1% by weight was prepared, and the dispersion was cast on a carbon film-coated grid that had been subjected to a hydrophilization treatment. (TEM) observation sample. In addition, when the fiber of a big fiber diameter is included, you may observe the scanning electron microscope (SEM) image of the surface cast on glass. Then, observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the size of the constituent fibers. At that time, an axis having an arbitrary vertical and horizontal image width is assumed in the obtained image, and the sample and observation conditions (magnification, etc.) are adjusted so that 20 or more fibers intersect the axis. Then, after obtaining an observation image that satisfies this condition, two random axes, vertical and horizontal, per image are drawn on this image, and the fiber diameter of the fiber that intersects the axis is visually read. In this way, images of at least three non-overlapping surface portions are taken with an electron microscope, and the fiber diameter values of the fibers intersecting with each of the two axes are read (thus, at least 20 × 2 × 3 = 120). Information on the fiber diameter of the book is obtained). The maximum fiber diameter and the number average fiber diameter are calculated from the fiber diameter data thus obtained.

(B)平均アスペクト比
上記セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は50以上1000以下であるが、好ましくは100以上1000以下より好ましくは200以上1000以下である。平均アスペクト比が50未満であると分散安定性が低下するおそれがある。
(B) Average aspect ratio Although the average aspect-ratio of the said cellulose nanofiber is 50-1000, Preferably it is 100-1000, More preferably, it is 200-1000. If the average aspect ratio is less than 50, the dispersion stability may be lowered.

上記セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、例えば以下の方法で測定することが出来る、すなわち、セルロースナノファイバーを親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、セルロースナノファイバーの数平均繊維径、および繊維長を観察した。すなわち、各先に述べた方法に従い、数平均繊維径、および繊維長を算出し、これらの値を用いて平均アスペクト比を下記の式(1)に従い算出した。   The average aspect ratio of the cellulose nanofiber can be measured, for example, by the following method, that is, the cellulose nanofiber is cast on a carbon film-coated grid that has been hydrophilized and then negatively stained with 2% uranyl acetate. From the TEM image (magnification: 10,000 times), the number average fiber diameter and the fiber length of the cellulose nanofiber were observed. That is, the number average fiber diameter and fiber length were calculated according to the methods described above, and the average aspect ratio was calculated according to the following formula (1) using these values.

Figure 0005939695
(C)セルロースI型結晶構造
上記セルロースナノファイバーは、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース原料を微細化した繊維である。すなわち、天然セルロースの生合成の過程においては、ほぼ例外なくミクロフィブリルと呼ばれるナノファイバーがまず形成され、これらが多束化して高次な固体構造を構成する。
Figure 0005939695
(C) Cellulose I-type crystal structure The cellulose nanofiber is a fiber obtained by refining a naturally-derived cellulose raw material having an I-type crystal structure. That is, in the process of biosynthesis of natural cellulose, nanofibers called microfibrils are first formed almost without exception, and these form a multi-bundle to form a higher order solid structure.

上記セルロースナノファイバーを構成するセルロースがI型結晶構造を有することは、例えば、広角X線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、2シータ=14〜17°付近と、2シータ=22〜23°付近の2つの位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。 The cellulose constituting the cellulose nanofiber has an I-type crystal structure, for example, in the diffraction profile obtained by wide-angle X-ray diffraction image measurement, in the vicinity of 2 theta = 14-17 ° and 2 theta = 22-23 °. It can be identified by having typical peaks at two nearby positions.

(D)アニオン性官能基
上記セルロースナノファイバーはアニオン性官能基を有する。
(D) Anionic functional group The cellulose nanofiber has an anionic functional group.

本発明のアニオン性官能基としては特に制限されないが具体的には、カルボキシル基、ホスホニウム基、スルホニウム基が挙げられるが、これらの内、
セルロースへのアニオン性官能基の導入の容易さという理由からカルボキシル基が好ましい。
Although it does not restrict | limit especially as an anionic functional group of this invention, Specifically, a carboxyl group, a phosphonium group, a sulfonium group is mentioned, Among these,
A carboxyl group is preferable because it is easy to introduce an anionic functional group into cellulose.

セルロースにカルボキシルを導入する方法としては、セルロースの水酸基にカルボキシル基を有する化合物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物およびそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種を反応させる方法、セルロースの水酸基を酸化する事によりカルボキル基に変換する方法が挙げられる。   As a method of introducing carboxyl into cellulose, a method of reacting at least one selected from the group consisting of a compound having a carboxyl group at the hydroxyl group of cellulose, an acid anhydride of a compound having a carboxyl group and derivatives thereof, a hydroxyl group of cellulose The method of converting into a carboalkyl group by oxidizing is mentioned.

上記カルボキシル基を有する化合物としては特に限定されないが、具体的にはハロゲン化酢酸が挙げられ、ハロゲン化酢酸としては、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a compound which has the said carboxyl group, Specifically, a halogenated acetic acid is mentioned, As a halogenated acetic acid, chloroacetic acid, bromoacetic acid, iodoacetic acid etc. are mentioned.

上記カルボキシル基を有する化合物の酸無水物としては特に限定されないが、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。   The acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, but acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, itaconic anhydride, and the like. Can be mentioned.

上記カルボキシル基を有する化合物の誘導体としては特に限定されないが、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては特に限定されないが、マレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては特に限定されないが、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a derivative | guide_body of the compound which has the said carboxyl group, The derivative of the acid anhydride of the compound which has a carboxyl group and the acid anhydride imidation of a compound which has a carboxyl group is mentioned. Although it does not specifically limit as an acid anhydride imidation thing of a compound which has a carboxyl group, Imidation thing of dicarboxylic acid compounds, such as maleimide, succinic acid imide, and phthalic acid imide, is mentioned. The acid anhydride derivative of the compound having a carboxyl group is not particularly limited. And those in which part of the hydrogen atoms are substituted with a substituent (eg, an alkyl group, a phenyl group, etc.).

上記セルロースの水酸基を酸化する方法としては特に制限されないが具体的には、N−オキシル化合物を酸化触媒とし、共酸化剤を作用させる方法が挙げられる。
本発明において、セルロースにカルボキシル基を導入する方法としては、繊維表面の水酸基の選択性に優れており、反応条件も穏やかであることから、セルロースの水酸基を酸化する方法が好ましい。以下、水酸基の酸化によりカルボキシル基が導入されたセルロースを酸化セルロースという。
The method for oxidizing the hydroxyl group of the cellulose is not particularly limited, and specifically, a method in which an N-oxyl compound is used as an oxidation catalyst and a cooxidant is allowed to act.
In the present invention, as a method for introducing a carboxyl group into cellulose, a method of oxidizing the hydroxyl group of cellulose is preferable because of excellent hydroxyl group selectivity on the fiber surface and mild reaction conditions. Hereinafter, cellulose having a carboxyl group introduced by oxidation of a hydroxyl group is referred to as oxidized cellulose.

上記酸化セルロースは、天然セルロースを原料とし、水中においてN − オキシル化合物を酸化触媒とし、共酸化剤を作用させることにより該天然セルロースを酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程、不純物を除去して水を含浸させた反応物繊維を得る精製工程、および水を含浸させた反応物繊維を溶媒に分散させる分散工程を含む製造方法により得ることができる。   The oxidized cellulose uses natural cellulose as a raw material, uses an N-oxyl compound as an oxidation catalyst in water, and reacts with a co-oxidant to oxidize the natural cellulose to obtain reactant fibers, removing impurities. Thus, it can be obtained by a production method including a purification step of obtaining a reactant fiber impregnated with water and a dispersion step of dispersing the reactant fiber impregnated with water in a solvent.

本発明のセルロースナノファイバーのセルロース分子中の各グルコースユニットのC6位の水酸基が選択的に酸化変性されてアルデヒド基、またはカルボキシル基のいずれかとなっていることが好ましい。カルボキシル基の含量(カルボキシル基量)は水への分散性の点から0.5mmol/g以上2.5mmol/g以下の範囲が好ましく、より好ましくは1.5mmol/g以上2.0mmol/g以下の範囲である。   It is preferable that the hydroxyl group at the C6 position of each glucose unit in the cellulose molecule of the cellulose nanofiber of the present invention is selectively oxidized and modified to be either an aldehyde group or a carboxyl group. The carboxyl group content (carboxyl group amount) is preferably in the range of 0.5 mmol / g to 2.5 mmol / g, more preferably 1.5 mmol / g to 2.0 mmol / g in terms of dispersibility in water. Range.

上記酸化セルロースのカルボキシル基量の測定は、例えば、乾燥重量を精秤したセルロース試料から0.5〜1重量%スラリーを60ml調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、電気伝導度測定を行う。測定はpHが約11になるまで続ける。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(V)から、下記の式(2)に従いカルボキシル基量を求めることができる。   The measurement of the carboxyl group amount of the oxidized cellulose is, for example, preparing 60 ml of a 0.5 to 1% by weight slurry from a precisely weighed dry sample and adjusting the pH to about 2.5 with a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution. Then, 0.05M sodium hydroxide aqueous solution is dripped and electrical conductivity measurement is performed. The measurement is continued until the pH is about 11. The amount of carboxyl groups can be determined from the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid with a gentle change in electrical conductivity (V) according to the following formula (2).

Figure 0005939695
なお、カルボキシル基量の調整は、後述するように、天然セルロースの酸化工程で用いる共酸化剤の添加量や反応時間を制御することにより行うことができる。
Figure 0005939695
In addition, adjustment of a carboxyl group amount can be performed by controlling the addition amount and reaction time of the co-oxidant used at the oxidation process of natural cellulose so that it may mention later.

上記酸化セルロースは、上記酸化変性後、還元剤により還元させることが好ましい。これにより、アルデヒド基およびケトン基の一部ないし全部が還元され、水酸基に戻る。なお、カルボキシル基は還元されない。そして、上記還元により、上記セルロースナノファイバーの、セミカルバジド法による測定でのアルデヒド基とケトン基の合計含量を、0.3mmol/g以下とすることが好ましく、特に好ましくは0〜0.1mmol/gの範囲、最も好ましくは実質的に0mmol/gである。これにより、セルロースナノファイバーの分子量低下が抑制され、分散安定性を長期間維持することができる。   The oxidized cellulose is preferably reduced with a reducing agent after the oxidative modification. As a result, part or all of the aldehyde group and the ketone group are reduced to return to the hydroxyl group. Note that the carboxyl group is not reduced. And by the said reduction | restoration, it is preferable that the total content of the aldehyde group and the ketone group by the measurement by the semicarbazide method of the said cellulose nanofiber shall be 0.3 mmol / g or less, Most preferably, it is 0-0.1 mmol / g. , Most preferably substantially 0 mmol / g. Thereby, the molecular weight fall of a cellulose nanofiber is suppressed and dispersion stability can be maintained for a long time.

上記酸化セルロースが、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(TEMPO)等のN−オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いて酸化されたものであり、上記酸化反応により生じたアルデヒド基およびケトン基が、還元剤により還元されたものであると、上記セルロースナノファイバーを容易に得ることができるようになるため好ましい。また、上記還元剤による還元が、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)によるものであると、上記観点からより好ましい。 The oxidized cellulose is oxidized using a co-oxidant in the presence of an N-oxyl compound such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO), and an aldehyde group generated by the oxidation reaction. It is preferable that the ketone group is reduced with a reducing agent because the cellulose nanofiber can be easily obtained. Also, reduction with the reducing agent, the is by hydrogenation sodium borohydride (NaBH 4), more preferable from the viewpoint.

セミカルバジド法による、アルデヒド基とケトン基との合計含量の測定は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、乾燥させた試料に、リン酸緩衝液によりpH=5に調整したセミカルバジド塩酸塩3g/l水溶液を正確に50ml加え、密栓し、二日間振とうする。つぎに、この溶液10mlを正確に100mlビーカーに採取し、5N硫酸を25ml、0.05Nヨウ素酸カリウム水溶液5mlを加え、10分間撹拌する。その後、5%ヨウ化カリウム水溶液10mlを加えて、直ちに自動滴定装置を用いて、0.1Nチオ硫酸ナトリウム溶液にて滴定し、その滴定量等から、下記の式(3)に従い、試料中のカルボニル基量(アルデヒド基とケトン基との合計含量)を求めることができる。なお、セミカルバジドは、アルデヒド基やケトン基と反応しシッフ塩基(イミン)を形成するが、カルボキシル基とは反応しないことから、上記測定により、アルデヒド基とケトン基のみを定量できると考えられる。   Measurement of the total content of aldehyde groups and ketone groups by the semicarbazide method is performed, for example, as follows. Specifically, 50 ml of a semicarbazide hydrochloride 3 g / l aqueous solution adjusted to pH = 5 with a phosphate buffer is accurately added to the dried sample, sealed, and shaken for 2 days. Next, 10 ml of this solution is accurately collected in a 100 ml beaker, 25 ml of 5N sulfuric acid and 5 ml of 0.05N potassium iodate aqueous solution are added and stirred for 10 minutes. Thereafter, 10 ml of 5% potassium iodide aqueous solution was added, and immediately titrated with a 0.1N sodium thiosulfate solution using an automatic titrator. From the titration amount and the like, according to the following formula (3), The amount of carbonyl groups (total content of aldehyde groups and ketone groups) can be determined. Semicarbazide reacts with an aldehyde group or a ketone group to form a Schiff base (imine), but does not react with a carboxyl group. Therefore, it is considered that only the aldehyde group and the ketone group can be quantified by the above measurement.

Figure 0005939695
上記セルロースナノファイバーは、繊維表面上のセルロース分子中の各グルコースユニットのC6位の水酸基が選択的に酸化変性されてアルデヒド基、またはカルボキシル基のいずれかとなっている。このセルロースナノファイバー表面上のグルコースユニットのC6位の水酸基が選択的に酸化されているかどうかは、例えば、13C−NMRチャートにより確認することができる。すなわち、酸化前のセルロースの13C−NMRチャートで確認できるグルコース単位の1級水酸基のC6位に相当する62ppmのピークが、酸化反応後は消失し、代わりにカルボキシル基等に由来するピーク(178ppmのピークはカルボキシル基に由来するピーク)が現れる。このようにして、グルコース単位のC6位水酸基のみがカルボキシル基等に酸化されていることを確認することができる。
Figure 0005939695
In the cellulose nanofiber, the hydroxyl group at the C6 position of each glucose unit in the cellulose molecule on the fiber surface is selectively oxidized and modified to be either an aldehyde group or a carboxyl group. Whether the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit on the surface of the cellulose nanofiber is selectively oxidized can be confirmed by, for example, a 13 C-NMR chart. That is, a 62 ppm peak corresponding to the C6 position of the primary hydroxyl group of the glucose unit, which can be confirmed by a 13 C-NMR chart of cellulose before oxidation, disappears after the oxidation reaction, and instead a peak derived from a carboxyl group or the like (178 ppm) The peak of is a peak derived from a carboxyl group). In this way, it can be confirmed that only the C6 hydroxyl group of the glucose unit is oxidized to a carboxyl group or the like.

また、上記セルロースナノファバーにおけるアルデヒド基の検出は、例えば、フェーリング試薬により行うこともできる。すなわち、例えば、乾燥させた試料に、フェーリング試薬(酒石酸ナトリウムカリウムと水酸化ナトリウムとの混合溶液と、硫酸銅五水和物水溶液)を加えた後、80℃で1時間加熱したとき、上澄みが青色、セルロースナノファイバー部分が紺色を呈するものは、アルデヒド基は検出されなかったと判断することができ、上澄みが黄色、セルロース繊維部分が赤色を呈するものは、アルデヒド基は検出されたと判断することができる。   Moreover, the detection of the aldehyde group in the said cellulose nanofabric can also be performed with a Faring reagent, for example. That is, for example, after adding a Fering reagent (a mixed solution of sodium potassium tartrate and sodium hydroxide and an aqueous solution of copper sulfate pentahydrate) to a dried sample, the supernatant is obtained when heated at 80 ° C. for 1 hour. When blue and cellulose nanofiber parts are amber, it can be judged that aldehyde groups have not been detected, and when the supernatant is yellow and cellulose fiber parts are red, it can be judged that aldehyde groups have been detected. it can.

(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物
本発明のセルロースナノファイバーは有機概念図における有機性値(以下、単に有機性値ということもある。)が450以下である有機化合物がアニオン性官能基とイオン結合で結合しているものである。
(E) Organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram The cellulose nanofiber of the present invention has an organic value in the organic conceptual diagram (hereinafter sometimes simply referred to as an organic value) of 450 or less. The compound is bonded to the anionic functional group by an ionic bond.

上記、有機概念図とは、ここで、有機概念図の詳細は、例えば、「有機概念図−基礎と応用−」(甲田善生著、三共出版、1984)等に記載されている。すなわち、「有機概念図」とは、すべての有機化合物に対し、その炭素領域の共有結合連鎖に起因する「有機性」と、置換基(官能基)に存在する静電性の影響による「無機性」との2因子とを、所定の規定により数値化し、その有機性値をX軸、無機性値をY軸にとった図上にプロットしていくものである。なお、上記文献には、有機概念図における有機性値の大小は、その有機化合物の分子内のメチレン基を代表とする炭素原子の数で測ることができる旨が記載されており、さらに「基本となる炭素原子1個の有機性値は、その有機化合物の炭素数5〜10付近での炭素1個加わることによる沸点上昇の平均値20℃をとり、20と定める。」と規定されている。   Here, the organic conceptual diagram is described in detail in, for example, “Organic conceptual diagram-basics and application” (written by Yoshio Koda, Sankyo Publishing, 1984). In other words, “organic conceptual diagram” means “organic” due to covalent bonds in the carbon region of all organic compounds and “inorganic” due to the influence of electrostatic properties present in substituents (functional groups). The “factor” is converted into a numerical value according to a predetermined rule, and the organic value is plotted on the X axis and the inorganic value is plotted on the Y axis. The above document states that the magnitude of the organic value in the organic conceptual diagram can be measured by the number of carbon atoms represented by the methylene group in the molecule of the organic compound. The organic value of one carbon atom is defined as 20 by taking an average boiling point increase of 20 ° C. by adding one carbon in the vicinity of 5 to 10 carbon atoms of the organic compound. .

上記有機性値は450以下であるが、400以下が好ましく、360以下がより好ましい。上記有機性値が450を超える場合、疎水性が高すぎてセルロース繊維の中和ができないおそれがある。   The organic value is 450 or less, preferably 400 or less, and more preferably 360 or less. If the organic value exceeds 450, the hydrophobicity is too high and the cellulose fibers may not be neutralized.

上記有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物は、含窒素化合物、および有機リン化合物から選択された1種または2種以上であることが好ましい。   The organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram is preferably one or more selected from nitrogen-containing compounds and organic phosphorus compounds.

上記含窒素化合物としては、特に制限されないが、具体的には第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、および第4級アンモニウム等が挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as said nitrogen-containing compound, Specifically, a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, a quaternary ammonium, etc. are mentioned.

これらの含窒素化合物の内、好ましくはトリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルブチルアミン、ジメチルオクチルアミン、モノオクチルアミン、ジメチルベンジルアミン、トリイソプロパノールアミン、ジメチルオクタデシルアミン等のアミン、およびテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド等のアンモニウムである。   Among these nitrogen-containing compounds, preferably amines such as triethylamine, triethanolamine, dimethylbutylamine, dimethyloctylamine, monooctylamine, dimethylbenzylamine, triisopropanolamine, dimethyloctadecylamine, and tetramethylammonium hydroxide, tetraethyl And ammonium such as ammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, benzyltriethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide.

また、上記有機リン化合物としては、特に制限されないが具体的には第4級ホスホニウムが挙げられ、これらの内、好ましくはテトラメチルホスホニウムヒドロキシド、テトラエチルホスホニウムヒドロキシド、テトラプロピルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルホスホニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルホスホニウムヒドロキシド、ヘキサデシルトリメチルホスホニウムヒドロキシド等のホスホニウムが好ましい。   Further, the organic phosphorus compound is not particularly limited, and specific examples thereof include quaternary phosphonium. Among these, tetramethylphosphonium hydroxide, tetraethylphosphonium hydroxide, tetrapropylphosphonium hydroxide, tetrabutyl are preferable. Phosphonium such as phosphonium hydroxide, benzyltrimethylphosphonium hydroxide, benzyltriethylphosphonium hydroxide, hexadecyltrimethylphosphonium hydroxide is preferable.

これらの内、有機性値が400以下である化合物はジメチルオクタデシルアミンが挙げられ、360以下である化合物はテトラブチルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。   Among these, the compound whose organic value is 400 or less includes dimethyloctadecylamine, and the compound whose organic value is 360 or less includes tetrabutylphosphonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide.

本発明の粘性水系組成物は水混和性有機溶剤を含有する。   The viscous aqueous composition of the present invention contains a water-miscible organic solvent.

本発明の粘性水系組成物は水混和性有機溶媒を含有することによりセルロースナノファイバー間の水素結合が阻害されることにより、軽微な撹拌でも均一に希釈できるようになると推測される。   The viscous aqueous composition of the present invention is presumed to contain a water-miscible organic solvent so that hydrogen bonding between cellulose nanofibers is inhibited, so that it can be diluted even with slight agitation.

上記水混和性有機溶剤とは、25℃のイオン交換水1Lに50g以上溶解する有機溶媒をいい、特に制限されないが具体的には、アルコール類として、モノアルコール、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ドデカノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、およびアセチレンアルコール類等、多価アルコール類として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、チオジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのエチレンジオール類;2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオールなどのプロパンジオール類;2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジールなどのブタンジオール類;2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールなどのペンタンジオール類;1,2−ヘキサンジオールなどのヘキサンジオール類;1,2,6−トリメチル−1,7−ヘプタンジオール、2,4,6−トリエチル−1,7−ヘプタンジオールなどのヘプタンジオール類;3,6−ジチア−1,8−オクタンジオールなどのオクタンジオール類;その他、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコールなどのアルキレンジオール類;グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコール、トリメチロールプロパンなどのポリオール類等、グリコール誘導体として例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテルなど、アミンとして例えば、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、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ポリエチレンイミン、テトラメチルプロピレンジアミン、および、その他の極性溶媒として例えば、ホルムアミド、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、スルホラン、3−メチルスルホラン、3−スルホレン、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン、2−ピロリドン−5−カルボン酸、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、アセトニトリル、アセトン、ジアセトンアルコール、4−ピコリン等が挙げられる。これらは1種で用いてもよいし、2種以上を組み合わせてもよい。   The water-miscible organic solvent is an organic solvent that dissolves 50 g or more in 1 L of ion-exchanged water at 25 ° C., and is not particularly limited. Specifically, as alcohols, monoalcohols such as methanol, ethanol, propanol, As polyhydric alcohols such as isopropanol, butanol, pentanol, hexanol, dodecanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, and acetylene alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, thiodiethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, and other ethylene Diols; Propanediol such as 2-methyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-1,3-propanediol, 3-methoxy-1,2-propanediol Butanediols such as 2-butene-1,4-diol, 1,3-butanediol, 2-methyl-1,4-butanediol; 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,5-pentane Pentanediols such as diol, 1,4-pentanediol, 3-methyl-1,3-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol; hexanediols such as 1,2-hexanediol; Heptanediols such as 1,2,6-trimethyl-1,7-heptanediol and 2,4,6-triethyl-1,7-heptanediol; octane such as 3,6-dithia-1,8-octanediol Diols; other alkylenes such as propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol Alls: polyols such as glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, trimethylolpropane, etc., and glycol derivatives such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, Diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, polyethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, trie Tylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, diethylene glycol monoisobutyl ether, propylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl Examples of amines such as ether include ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, polyethyleneimine, tetramethylpropylenediamine, Yo Other polar solvents include, for example, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 3-methylsulfolane, 3-sulfolene, bis (2-hydroxyethyl) sulfone, 2-pyrrolidone N-methyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone-5-carboxylic acid, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, acetonitrile, acetone, diacetone alcohol, 4-picoline etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

上記水混和性有機溶剤はセルロースナノファイバーの水酸基と水素結合を形成できることから、アルコール類が好ましい。   Alcohols are preferable because the water-miscible organic solvent can form hydrogen bonds with the hydroxyl groups of cellulose nanofibers.

上記アルコール類としては特に制限されないが具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ベンジルアルコール、多価アルコール類として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのエチレンジオール類;2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオールなどのプロパンジオール類;2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジールなどのブタンジオール類;2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールなどのペンタンジオール類選択される1種または2種以上が挙げられる。これらは1種で用いても2種以上を組み合わせてもよい。   Although it does not restrict | limit especially as said alcohol, Specifically, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, benzyl alcohol, ethylene diols, such as ethylene glycol, diethylene glycol, polyethyleneglycol, as a polyhydric alcohol; 2-methyl-1, Propanediols such as 3-propanediol, 2-ethyl-1,3-propanediol, 3-methoxy-1,2-propanediol; 2-butene-1,4-diol, 1,3-butanediol, 2 -Butanediols such as methyl-1,4-butanediol; 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, 1,4-pentanediol, 3-methyl-1,3-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol One or more selected pentane diols and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明の粘性水系組成物はセルロースナノファイバーの含有量が、0.1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がより好ましい。含有量が、0.1質量%未満の場合は十分な増粘性、分散安定性が発現しないおそれがあり、20質量%超の場合は増粘性が高すぎて取り扱いが困難となるおそれがある。
本発明の粘性水系組成物は上記水混和性有機溶剤の含有量が5質量%以上80質量%以下が好ましく、10質量%以上60質量%以下がより好ましい。含有量が、5質量%未満の場合は希釈が容易となる効果が十分に得られないおそれがあり、80質量%超の場合はセルロース繊維のナノファイバー化が困難となるおそれがある。
In the viscous aqueous composition of the present invention, the cellulose nanofiber content is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. If the content is less than 0.1% by mass, sufficient thickening and dispersion stability may not be exhibited. If the content exceeds 20% by mass, the thickening is too high and handling may be difficult.
In the viscous aqueous composition of the present invention, the content of the water-miscible organic solvent is preferably 5% by mass to 80% by mass, and more preferably 10% by mass to 60% by mass. If the content is less than 5% by mass, the effect of facilitating dilution may not be obtained sufficiently, and if it exceeds 80% by mass, it may be difficult to make cellulose fibers into nanofibers.

本発明の粘性水系組成物のセルロースナノファイバーの含有量と水混和性有機溶剤の含有量の比率(以下、含有量比率ということもある)は質量比でセルロースナノファイバー/水混和性有機溶剤=1/1000〜1/2が好ましく、1/100〜1/4がより好ましい。含有量比率が上記範囲内であると希釈が容易となる効果が得られやすいという点で好ましい。   The ratio of the content of the cellulose nanofibers to the content of the water-miscible organic solvent in the viscous aqueous composition of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the content ratio) is cellulose nanofiber / water-miscible organic solvent = 1/1000 to 1/2 is preferable, and 1/100 to 1/4 is more preferable. It is preferable that the content ratio is within the above range in that the effect of facilitating dilution is easily obtained.

本発明の粘性水系組成物の粘度は、上記セルロースナノファイバーの含有量が0.2質量%、BM型粘度計において、ローターの回転数が0.3rpm、液温が20℃の条件で測定した場合、100mPa・s以上であることが好ましく、300mPa・s以上であることがより好ましい。上記粘度が100mPa・s未満の場合、増粘性、および分散安定性が不十分となるおそれがある。   The viscosity of the viscous aqueous composition of the present invention was measured under the conditions that the content of the cellulose nanofiber was 0.2% by mass, the rotational speed of the rotor was 0.3 rpm, and the liquid temperature was 20 ° C. in the BM type viscometer. In this case, it is preferably 100 mPa · s or more, and more preferably 300 mPa · s or more. When the said viscosity is less than 100 mPa * s, there exists a possibility that a viscosity increase and dispersion stability may become inadequate.

本発明の粘性水系組成物は、(I)セルロースを酸化する酸化工程、(II)酸化セルロース分散体のpHを2以下に調整して精製する精製工程、(III)精製したセルロースを上記有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物で中和する中和工程、(IV)中和したセルロースを水と水混和性有機溶剤の存在下で分散する分散工程、を備えることが好ましく、具体的には以下の各工程により製造することが好ましい。   The viscous aqueous composition of the present invention includes (I) an oxidation step for oxidizing cellulose, (II) a purification step for adjusting the pH of the oxidized cellulose dispersion to 2 or less, and (III) a purified cellulose with the above organic concept. It is preferable to include a neutralization step of neutralizing with an organic compound having an organic value of 450 or less in the figure, and (IV) a dispersion step of dispersing the neutralized cellulose in the presence of water and a water-miscible organic solvent, Specifically, it is preferable to manufacture by the following steps.

(I)酸化工程
天然セルロースとN−オキシル化合物とを水(分散媒体)に分散させた後、共酸化剤を添加して、反応を開始する。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10〜11に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なす。ここで、共酸化剤とは、直接的にセルロース水酸基を酸化する物質ではなく、酸化触媒として用いられるN−オキシル化合物を酸化する物質のことである。
(I) Oxidation process After dispersing natural cellulose and N-oxyl compound in water (dispersion medium), a cooxidant is added to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise to maintain the pH at 10 to 11, and the reaction is regarded as completed when no change in pH is observed. Here, the co-oxidant is not a substance that directly oxidizes a cellulose hydroxyl group but a substance that oxidizes an N-oxyl compound used as an oxidation catalyst.

上記天然セルロースは、植物,動物,バクテリア産生ゲル等のセルロースの生合成系から単離した精製セルロースを意味する。より具体的には、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンター,コットンリント等の綿系パルプ、麦わらパルプ,バガスパルプ等の非木材系パルプ、バクテリアセルロース(BC)、ホヤから単離されるセルロース、海草から単離されるセルロース等をあげることができる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンター、コットンリント等の綿系パルプ、麦わらパルプ,バガスパルプ等の非木材系パルプが好ましい。上記天然セルロースは、叩解等の表面積を高める処理を施すと、反応効率を高めることができ、生産性を高めることができるため好ましい。また、上記天然セルロースとして、単離、精製の後、乾燥させない(ネバードライ)で保存していたものを使用すると、ミクロフィブリルの集束体が膨潤しやすい状態であるため、反応効率を高め、微細化処理後の数平均繊維径を小さくすることができるため好ましい。   The natural cellulose means purified cellulose isolated from a cellulose biosynthetic system such as a plant, animal, or bacteria-producing gel. More specifically, softwood pulp, hardwood pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp, bacterial cellulose (BC), cellulose isolated from sea squirt, seaweed Cellulose isolated from can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, soft wood pulp, hardwood pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, and non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp are preferable. The natural cellulose is preferably subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating, because the reaction efficiency can be increased and the productivity can be increased. In addition, if the natural cellulose that has been stored after being isolated and purified and not dried (never dry) is used, the microfibril bundles are likely to swell. This is preferable because the number average fiber diameter after the crystallization treatment can be reduced.

上記反応における天然セルロースの分散媒体は水であり、反応水溶液中の天然セルロース濃度は、試薬(天然セルロース)の充分な拡散が可能な濃度であれば任意である。通常は、反応水溶液の重量に対して約5%以下であるが、機械的撹拌力の強い装置を使用することにより反応濃度を上げることができる。   The dispersion medium of natural cellulose in the above reaction is water, and the concentration of natural cellulose in the reaction aqueous solution is arbitrary as long as the reagent (natural cellulose) can be sufficiently diffused. Usually, it is about 5% or less based on the weight of the reaction aqueous solution, but the reaction concentration can be increased by using a device having a strong mechanical stirring force.

また、上記N−オキシル化合物としては、例えば、一般に酸化触媒として用いられるニトロキシラジカルを有する化合物があげられる。上記N−オキシル化合物は、水溶性の化合物が好ましく、なかでもピペリジンニトロキシオキシラジカルが好ましく、特に2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシラジカル(TEMPO)または4−アセトアミド−TEMPOが好ましい。上記N−オキシル化合物の添加は、触媒量で充分であり、好ましくは0.1〜4mmol/l、さらに好ましくは0.2〜2mmol/lの範囲で反応水溶液に添加する。   Examples of the N-oxyl compound include compounds having a nitroxy radical generally used as an oxidation catalyst. The N-oxyl compound is preferably a water-soluble compound, more preferably a piperidine nitroxyoxy radical, particularly 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical (TEMPO) or 4-acetamido-TEMPO. preferable. The N-oxyl compound is added in a catalytic amount, preferably 0.1 to 4 mmol / l, more preferably 0.2 to 2 mmol / l.

上記共酸化剤としては、例えば、次亜ハロゲン酸またはその塩、亜ハロゲン酸またはその塩、過ハロゲン酸またはその塩、過酸化水素、過有機酸等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。なかでも、次亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましい。そして、上記次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合は、反応速度の点から、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属の存在下で反応を進めることが好ましい。上記臭化アルカリ金属の添加量は、上記N−オキシル化合物に対して約1〜40倍モル量、好ましくは約10〜20倍モル量である。   Examples of the co-oxidant include hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogen acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, alkali metal hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite are preferable. And when using the said sodium hypochlorite, it is preferable to advance reaction in presence of alkali metal bromides, such as sodium bromide, from the point of reaction rate. The addition amount of the alkali metal bromide is about 1 to 40 times mol, preferably about 10 to 20 times mol for the N-oxyl compound.

上記反応水溶液のpHは約8〜11の範囲で維持されることが好ましい。水溶液の温度は約4〜40℃において任意であるが、反応は室温(25℃)で行うことが可能であり、特に温度の制御は必要としない。所望のカルボキシル基量等を得るためには、共酸化剤の添加量と反応時間により、酸化の程度を制御する。通常、反応時間は約5〜120分、長くとも240分以内に完了する。   The pH of the aqueous reaction solution is preferably maintained in the range of about 8-11. The temperature of the aqueous solution is arbitrary at about 4 to 40 ° C., but the reaction can be performed at room temperature (25 ° C.), and the temperature is not particularly required to be controlled. In order to obtain a desired amount of carboxyl group and the like, the degree of oxidation is controlled by the amount of co-oxidant added and the reaction time. Usually, the reaction time is completed within about 5 to 120 minutes, at most 240 minutes.

(II)精製工程
つぎに、未反応の共酸化剤(次亜塩素酸等)や、各種副生成物等を除く目的で精製を行う。具体的には、各種の酸により反応混合物のpHを約2に調整し、精製水をふりかけながら遠心分離機で固液分離を行い、ケーキ状の酸化セルロースを得る。固液分離は濾液の電気伝導度が5mS/m以下となるまで行う。
(II) Purification step Next, purification is performed for the purpose of removing unreacted co-oxidant (such as hypochlorous acid) and various by-products. Specifically, the pH of the reaction mixture is adjusted to about 2 with various acids, and solid-liquid separation is performed with a centrifuge while sprinkling purified water to obtain cake-like oxidized cellulose. Solid-liquid separation is performed until the electric conductivity of the filtrate is 5 mS / m or less.

上記精製工程における精製方法は、遠心脱水を利用する方法(例えば、連続式デカンダー)のように、上述した目的を達成できる装置であればどのような装置を利用しても差し支えない。このようにして得られる酸化セルロースの水分散体は、絞った状態で固形分(セルロース)濃度としておよそ10重量%〜50重量%の範囲にある。この後の分散工程を考慮すると、50重量%よりも高い固形分濃度とすると、分散に極めて高いエネルギーが必要となることから好ましくない。   As a purification method in the purification step, any apparatus can be used as long as it can achieve the above-described object, such as a method using centrifugal dehydration (for example, a continuous decanter). The aqueous dispersion of oxidized cellulose thus obtained has a solid content (cellulose) concentration in the range of about 10 wt% to 50 wt% in a squeezed state. Considering the subsequent dispersion step, if the solid content concentration is higher than 50% by weight, it is not preferable because extremely high energy is required for dispersion.

(III)中和工程
つぎに、精製した酸化セルロースを上記有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物で中和を行う。具体的には、酸化セルロースの水分散体を水、または水と上記水混和性有機溶媒を加え所定の酸化セルロースの固形分濃度に調整し、有機性値が450以下である有機化合物を添加し攪拌することにより行うことができる。この場合の水分散体のpHは5〜10の範囲(好ましくは6〜8の範囲)であることが好ましい。pHが上記範囲未満であると、酸により反応物繊維同士がからまって、ほぐれにくく、後の分散工程にて高圧分散できないからであり、逆に、pHが上記範囲を超えると、アルカリの作用により粘度が下がるからである。有機性値が450以下である有機化合物は水または水と上記有機溶媒の混合溶媒で希釈して反応物繊維の水分散体に添加しても良い。
(III) Neutralization Step Next, the purified oxidized cellulose is neutralized with an organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram. Specifically, the aqueous dispersion of oxidized cellulose is adjusted to a predetermined solid content concentration of water or water and the above water-miscible organic solvent, and an organic compound having an organic value of 450 or less is added. This can be done by stirring. In this case, the pH of the aqueous dispersion is preferably in the range of 5 to 10 (preferably in the range of 6 to 8). If the pH is less than the above range, the reactant fibers are entangled with each other and are not easily loosened, and cannot be dispersed at a high pressure in the subsequent dispersion step. This is because the viscosity decreases. An organic compound having an organic value of 450 or less may be diluted with water or a mixed solvent of water and the above organic solvent and added to the aqueous dispersion of reactant fibers.

酸化セルロースの固形分濃度は、酸化セルロースの水分散体が攪拌可能な粘度であれば特に制限はされないが、具体的には0.1質量%以上20質量%以下、好ましくは0.2質量%以上5質量%以下である。酸化セルロースの固形分濃度が上記範囲内であれば、有機性値が450以下である有機化合物を均一に混合することが可能であるため好ましい。上記攪拌時間は有機性値が450以下である有機化合物が反応物繊維の水分散体中に均一に分散できる時間であれば特に制限されない。
(IV)分散工程
上記中和工程にて得られた酸化セルロースの水分散体を、水または水と上記有機溶媒の混合溶媒に分散させ分散処理を行う。処理に伴って粘度が上昇し、微細化処理されたセルロースナノファイバーの分散体を得ることができる。
The solid content concentration of the oxidized cellulose is not particularly limited as long as the aqueous dispersion of oxidized cellulose can be stirred, but specifically, 0.1 mass% to 20 mass%, preferably 0.2 mass%. The amount is 5% by mass or less. If the solid content concentration of the oxidized cellulose is within the above range, it is preferable because an organic compound having an organic value of 450 or less can be uniformly mixed. The stirring time is not particularly limited as long as the organic compound having an organic value of 450 or less can be uniformly dispersed in the aqueous dispersion of reactant fibers.
(IV) Dispersing Step The aqueous dispersion of oxidized cellulose obtained in the neutralization step is dispersed in water or a mixed solvent of water and the organic solvent to perform a dispersion treatment. With the treatment, the viscosity increases, and a dispersion of cellulose nanofibers that has been refined can be obtained.

上記分散工程で使用する分散機としては、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、超音波分散処理機、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、グラインダー等の強力で叩解能力のある装置を使用することにより、より効率的かつ高度なダウンサイジングが可能となり、経済的に有利に粘性水系組成物を得ることが出来る点で好ましい。なお、上記分散機としては、例えば、スクリュー型ミキサー、パドルミキサー、ディスパー型ミキサー、タービン型ミキサー、ディスパー、プロペラミキサー、ニーダー、ブレンダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ペブルミル、ビーズミル粉砕機等を用いても差し支えない。また、2種類以上の分散機を組み合わせて用いても差し支えない。   Dispersers used in the above dispersion step include homomixers under high speed rotation, high pressure homogenizers, ultra high pressure homogenizers, ultrasonic dispersion processors, beaters, disc type refiners, conical type refiners, double disc type refiners, grinders, etc. Use of a powerful and beating-capable device is preferable in that more efficient and advanced downsizing is possible, and a viscous aqueous composition can be obtained economically advantageously. Examples of the disperser include a screw mixer, paddle mixer, disper mixer, turbine mixer, disper, propeller mixer, kneader, blender, homogenizer, ultrasonic homogenizer, colloid mill, pebble mill, and bead mill grinder. It can be used. Further, two or more types of dispersers may be used in combination.

本発明のホモジナイザーによる処理条件としては、特に限定されるものではないが、圧力条件としては、30MPa以上、好ましくは100MPa以上、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、攪拌、乳化、分散装置を用いて、酸化セルロースに予備処理を施すことも可能である。   The treatment conditions with the homogenizer of the present invention are not particularly limited, but the pressure conditions are 30 MPa or more, preferably 100 MPa or more, more preferably 140 MPa or more. In addition, prior to defibration / dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, it is possible to pre-treat the oxidized cellulose using known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing devices such as a high-speed shear mixer as necessary. is there.

(V)還元工程
本発明の粘性水系組成物の製造において、上記(I)酸化工程後に、さらに還元反応を行うことが好ましい。具体的には、酸化反応後の酸化セルロースを精製水に分散し、水分散体のpHを約10に調整し、各種還元剤により還元反応を行う。 本発明に使用する還元剤としては、一般的なものを使用することが可能であるが、好ましくは、LiBH4、NaBH3CN、NaBH4等があげられる。なかでも、コストや利用可能性の点から、NaBH4が好ましい。
(V) Reduction step In the production of the viscous aqueous composition of the present invention, it is preferable to further perform a reduction reaction after the (I) oxidation step. Specifically, the oxidized cellulose after the oxidation reaction is dispersed in purified water, the pH of the aqueous dispersion is adjusted to about 10, and the reduction reaction is performed with various reducing agents. As the reducing agent used in the present invention, a general reducing agent can be used, and preferred examples include LiBH 4 , NaBH 3 CN, NaBH 4 and the like. Of these, NaBH 4 is preferable from the viewpoint of cost and availability.

還元剤の量は、酸化セルロースを基準として、0.1〜4質量%の範囲が好ましく、特に好ましくは1〜3質量%の範囲である。反応は、室温または室温より若干高い温度で、通常、10分〜10時間、好ましくは30分〜2時間行う。   The amount of the reducing agent is preferably in the range of 0.1 to 4% by mass, particularly preferably in the range of 1 to 3% by mass, based on the oxidized cellulose. The reaction is usually carried out at room temperature or slightly higher than room temperature, usually 10 minutes to 10 hours, preferably 30 minutes to 2 hours.

本発明の粘性水系組成物には、他の成分材料として、機能性添加剤を用いることも可能である。上記機能性添加剤としては、例えば、化粧料,医薬品,スプレー製品,塗料等に用いる、油性原料(オイル類等)、無機塩類、有機塩類、界面活性剤、保湿剤、防腐剤、有機微粒子、無機微粒子、消臭剤、香料、有機溶媒等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。特に、本発明は、上記セルロースナノファイバーの特性により、油性原料が乳化せず、分離してしまうといった課題を克服し得るものであるため、上記油性原料を配合する際に有利である。   In the viscous aqueous composition of the present invention, a functional additive may be used as another component material. Examples of the functional additives include oily raw materials (oils, etc.), inorganic salts, organic salts, surfactants, moisturizers, preservatives, organic fine particles, used in cosmetics, pharmaceuticals, spray products, paints, etc. Inorganic fine particles, deodorants, fragrances, organic solvents and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, the present invention is advantageous when blending the oily raw material because the characteristics of the cellulose nanofiber can overcome the problem that the oily raw material is not emulsified and separated.

上記油性原料としては、例えば、メチルポリシロキサン,シリコーンポリエーテルコポリマー等のシリコーンオイル、植物油脂、動物油脂、ロウ類、炭化水素、高級脂肪酸、高級アルコール、エステル類等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the oily raw material include silicone oils such as methylpolysiloxane and silicone polyether copolymer, vegetable oils and fats, animal fats and oils, waxes, hydrocarbons, higher fatty acids, higher alcohols, esters and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

上記油性原料のうち、植物油脂としては、例えば、アボカド油、アーモンド油、オリープ油、ククイナッツ油、グレープシード油、ゴマ油、小麦胚芽油、コメ胚芽油(オリザオイル)、コメヌカ油(コメ油)、サフラワー油、シアバター(シア脂)、大豆油、茶油(茶実油、茶種子油)、月見草油、ツパキ油、トウモロコシ胚芽油、ナタネ油、パーシック油(杏仁油、桃仁油)、ハトムギ油、パーム油、パーム核油、ヒマシ油、硬化ヒマシ油(カスターワックス)、ヒマワリ油(サンフラワー油)、へ一ゼルナッツ油、マカデミアナッツ油、メドウホーム油、綿実油、モクロウ、ヤシ油、落花生油(ピーナツ油)、ローズヒップ油等があげられる。   Among the above oily raw materials, as the vegetable oil, for example, avocado oil, almond oil, olive oil, kukui nut oil, grape seed oil, sesame oil, wheat germ oil, rice germ oil (Oryza oil), rice bran oil (rice oil), Safflower oil, shea butter (soy fat), soybean oil, tea oil (tea seed oil, tea seed oil), evening primrose oil, tepaki oil, corn germ oil, rapeseed oil, persic oil (apricot kernel oil, peach seed oil), pearl barley Oil, palm oil, palm kernel oil, castor oil, hydrogenated castor oil (castor wax), sunflower oil (sunflower oil), zelkova oil, macadamia nut oil, meadowweed oil, cottonseed oil, molasses, palm oil, peanut oil ( Peanut oil) and rosehip oil.

また、上記動物油脂としては、例えば、オレンジラフィー油、牛脂、タートル油(アオウミガメ油)、ミンク油、卵黄油、粉末卵黄油(水素添加卵黄油)等があげられる。   Examples of animal fats include orange luffy oil, beef tallow, turtle oil (green turtle oil), mink oil, egg yolk oil, powdered egg yolk oil (hydrogenated egg yolk oil), and the like.

また、上記ロウ類としては、例えば、カルナウバロウ、鯨ロウ、セラック、ホホバ油、ミツロウ、サラシミツロウ(白ロウ)、モンタンワックス、ラノリン、ラノリン誘導体、還元ラノリン、硬質ラノリン、吸着精製ラノリン等があげられる。   Examples of the waxes include carnauba wax, whale wax, shellac, jojoba oil, beeswax, white beeswax (white wax), montan wax, lanolin, lanolin derivatives, reduced lanolin, hard lanolin, and adsorbed purified lanolin. .

また、上記炭化水素としては、例えば、α−オレフィンオリゴマー、スクワラン、植物性スクワラン、CDスクワラン、セレシン(地ロウ)、固形パラフィン、プリスタン、ポリエチレン末、マイクロクリスタリンワックス、流動パラフィン、ワセリン等があげられる。   Examples of the hydrocarbon include α-olefin oligomer, squalane, vegetable squalane, CD squalane, ceresin (ground wax), solid paraffin, pristane, polyethylene powder, microcrystalline wax, liquid paraffin, petrolatum and the like. .

また、上記高級脂肪酸としては、例えば、アラキドン酸、イソステアリン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ベヘニン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、ラノリン脂肪酸、硬質ラノリン脂肪酸、軟質ラノリン脂肪酸、リノール酸、リノレン酸等があげられる。   Examples of the higher fatty acid include arachidonic acid, isostearic acid, undecylenic acid, oleic acid, stearic acid, palmitic acid, behenic acid, myristic acid, lauric acid, lanolin fatty acid, hard lanolin fatty acid, soft lanolin fatty acid, linoleic acid And linolenic acid.

また、上記高級アルコールとしては、例えば、イソステアリルアルコール、オレイルアルコール、オクチルドデカノール、キミルアルコール(グリセリルモノセチルエーテル)、コレステロール(コレステリン)、シトステロール(シトステリン)、ステアリルアルコール、セタノール(セチルアルコール、パルミチルアルコール)、セトステアリルアルコール、セラキルアルコール(モノオレイルグリセリルエ一テル)、デシルテトラデカノール、バチルアルコール(グリセリルモノステアリルエーテル)、フィトステロール(フィトステリン)、ヘキシルデカノール、ベヘニルアルコール、ラウリルアルコール、ラノリンアルコール、水素添加ラノリンアルコール等があげられる。
また、上記エステル類としては、例えば、アセチル化ラノリン(酢酸ラノリン)、イソステアリン酸イソセチル(イソステアリン酸ヘキシルデシル)、イソステアリン酸コレステリル、エルカ酸オクチルドデシル(EOD)、オクタン酸セチル(2−エチルヘキサン酸セチル)、オクタン酸セトステアリル(2−エチルヘキサン酸セトステアリル、イソオクタン酸セトステアリル)、オレイン酸オクチルドデシル、オレイン酸デシル、ジメチルオクタン酸ヘキシルデシル、ステアリン酸イソセチル(ステアリン酸ヘキシルデシル)、ステアリン酸コレステリル、ステアリン酸ブチル、長鎖−αヒドロキシ脂肪酸コレステリル(GLコレステリル)、トリミリスチン酸グリセリン、乳酸セチル、乳酸ミリスチル、パルミチン酸イソプロピル(IPP、イソプロピルパルミテート)、ヒドロキシステアリン酸コレステロール、ミリスチン酸イソトリデシル(MITD)、ミリスチン酸イソプロピル(lPM、イソプロピルミリステート)、ミリスチン酸オクチルドデシル(MOD)、ミリスチン酸ミリスチル、ラウリン酸ヘキシル、ラノリン脂肪酸イソプロピル、ラノリン脂肪酸コレステリル、リンゴ酸ジイソステアリル等があげられる。
Examples of the higher alcohol include isostearyl alcohol, oleyl alcohol, octyldodecanol, chimyl alcohol (glyceryl monocetyl ether), cholesterol (cholesterin), sitosterol (sitosterin), stearyl alcohol, cetanol (cetyl alcohol, Palmityl alcohol), cetostearyl alcohol, ceralkyl alcohol (monooleyl glyceryl ether), decyltetradecanol, batyl alcohol (glyceryl monostearyl ether), phytosterol (phytosterin), hexyldecanol, behenyl alcohol, lauryl alcohol, lanolin alcohol And hydrogenated lanolin alcohol.
Examples of the esters include acetylated lanolin (lanolin acetate), isocetyl isostearate (hexyldecyl isostearate), cholesteryl isostearate, octyldodecyl erucate (EOD), cetyl octanoate (cetyl 2-ethylhexanoate). ), Cetostearyl octoate (cetostearyl 2-ethylhexanoate, cetostearyl isooctanoate), octyldodecyl oleate, decyl oleate, hexyldecyl dimethyloctanoate, isocetyl stearate (hexyldecyl stearate), cholesteryl stearate, Butyl stearate, long chain α-hydroxy fatty acid cholesteryl (GL cholesteryl), glyceryl trimyristate, cetyl lactate, myristyl lactate, isopropyl palmitate (I P, isopropyl palmitate), cholesterol hydroxystearate, isotridecyl myristate (MITD), isopropyl myristate (1PM, isopropyl myristate), octyldodecyl myristate (MOD), myristyl myristate, hexyl laurate, lanolin fatty acid isopropyl, Examples include lanolin fatty acid cholesteryl and diisostearyl malate.

上記無機塩類としては、水に溶解・分散できるものが好ましく、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属と、ハロゲン化水素、硫酸、炭酸等からなる塩類があげられ、具体的には、NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、(NH4)2SO4、Na2CO3等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
上記有機塩類としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の水酸化物や、有機アミンと分子中に存在するカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基等を中和することにより実質的に水溶性、水分散性を示す物質であるものが好ましい。
The inorganic salts are preferably those that can be dissolved / dispersed in water, for example, salts made of alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, hydrogen halide, sulfuric acid, carbonic acid, etc., specifically, Examples thereof include NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, (NH4) 2SO4, Na2CO3 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
The organic salts are substantially water-soluble by neutralizing hydroxides such as alkali metals and alkaline earth metals, and organic amines and carboxyl groups, phosphoric acid groups and sulfonic acid groups present in the molecule. A substance that exhibits water dispersibility is preferred.

上記界面活性剤としては、水に溶解・分散できるものが好ましく、例えば、アルキルスルホコハク酸ソーダ,アルキルスルホン酸ソーダ,アルキル硫酸エステル塩等のスルホン酸系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等のリン酸エステル系界面活性剤、高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物,アルキルアリールフェノールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン系界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   As the surfactant, those which can be dissolved / dispersed in water are preferable, for example, sulfonic acid surfactants such as alkylsulfosuccinic acid soda, alkylsulfonic acid soda, alkylsulfuric acid ester salts, polyoxyethylene alkylphosphoric acid esters and the like. Nonionic surfactants such as phosphate ester surfactants, higher alcohol alkylene oxide adducts, alkylarylphenol alkylene oxide adducts, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, high Examples thereof include molecular surfactants. These may be used alone or in combination of two or more.

上記保湿剤としては、例えば、ヒアルロン酸、グリセリン、1,3−ブチレングリコール、ソルビトール、ジプロピレングリコール等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the humectant include hyaluronic acid, glycerin, 1,3-butylene glycol, sorbitol, dipropylene glycol and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

上記有機微粒子としては、例えば、スチレン−ブタジエンラテックス、アクリルエマルジョン、ウレタンエマルジョン等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the organic fine particles include styrene-butadiene latex, acrylic emulsion, urethane emulsion and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

上記無機微粒子としては、例えば、酸化チタン、シリカ化合物、カーボンブラック等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the inorganic fine particles include titanium oxide, silica compounds, and carbon black. These may be used alone or in combination of two or more.

上記防腐剤としては、例えば、メチルパラベン、エチルパラベン等があげられ、単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the preservative include methyl paraben and ethyl paraben, and these may be used alone or in combination of two or more.

上記消臭剤・香料としては、例えば、Dリモネン、デシルアルデヒド、メントン、プレゴン、オイゲノール、シンナムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メントール、ペパーミント油、レモン油、オレンジ油、植物(例えば、カタバミ、ドクダミ、ツガ、イチョウ、クロマツ、カラマツ、アカマツ、キリ、ヒイラギモクセイ、ライラック、キンモクセイ、フキ、ツワブキ、レンギョウ等)の各器官から水、親水性有機溶剤で抽出された消臭有効成分等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the deodorant / fragrance include D limonene, decyl aldehyde, menthone, pulegone, eugenol, cinnamaldehyde, benzaldehyde, menthol, peppermint oil, lemon oil, orange oil, plants (for example, burdock, wolfberry, tsuga, ginkgo biloba) , Deodorized active ingredients extracted from water, hydrophilic organic solvents, etc. from various organs such as black pine, larch, red pine, giraffe, holly mushroom, lilac, buttercup, hornbill, camellia and forsythia. These may be used alone or in combination of two or more.

上記有機溶媒としては、例えば、水に可溶するアルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン等)、エーテル類(エチレングリコールジメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。   Examples of the organic solvent include water-soluble alcohols (methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin, etc.), ethers (ethylene Glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran and the like), ketones (acetone, methyl ethyl ketone), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

また、上記機能性添加剤の配合量は、機能性添加剤が目的とする効果を発現するために必要な配合量で用いられる。   Moreover, the compounding quantity of the said functional additive is used by the compounding quantity required in order for the functional additive to express the target effect.

本発明の粘性水系組成物は、先に述べたように、セルロースナノファイバー、水、水混和性有機溶媒さらに、必要に応じ機能性添加剤を配合し、混合処理等することにより得ることができる。   As described above, the viscous aqueous composition of the present invention can be obtained by blending cellulose nanofibers, water, a water-miscible organic solvent, and a functional additive as necessary, followed by a mixing treatment. .

より詳しく述べると、上記混合処理としては、例えば、真空ホモミキサー、ディスパー、プロペラミキサー、ニーダー等の各種混練器、各種粉砕機、ブレンダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ペブルミル、ビーズミル粉砕機、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー等を用いた混合処理があげられる。   More specifically, as the mixing treatment, for example, various homogenizers such as vacuum homomixer, disper, propeller mixer, kneader, various pulverizers, blender, homogenizer, ultrasonic homogenizer, colloid mill, pebble mill, bead mill pulverizer, Examples thereof include a mixing process using a high-pressure homogenizer, an ultrahigh-pressure homogenizer, or the like.

このようにして得られる本発明の粘性水系組成物の粘度は、求める機能により異なるが、使用感、増粘性、分散安定性等の点から、0.01Pa・s以上が好ましく、特に好ましくは0.1〜80Pa・sの範囲である。また、機能性添加剤を配合する場合は、0.01Pa・s以上が好ましく、特に好ましくは0.1〜20Pa・sの範囲である。なお、上記粘度は、例えば、BH型粘度計(No.4ローター)等を用いて測定することができる。   The viscosity of the viscous aqueous composition of the present invention thus obtained varies depending on the desired function, but is preferably 0.01 Pa · s or more, particularly preferably 0 from the viewpoints of feeling of use, thickening, dispersion stability and the like. The range is from 1 to 80 Pa · s. Moreover, when mix | blending a functional additive, 0.01 Pa.s or more is preferable, Especially preferably, it is the range of 0.1-20 Pa.s. The viscosity can be measured using, for example, a BH viscometer (No. 4 rotor).

このようにして得られる本発明の粘性水系組成物は、例えば、クリーム状、ゲル状、乳液状あるいは液体状の剤型を有する各種製品(化粧料、医薬品、農薬、トイレタリー用品、スプレー製品、塗料等)の増粘剤として好適に用いることができる。具体的には、化粧水、乳液、コールドクリーム、バニシングクリーム、マッサージクリーム、エモリエントクリーム、クレンジングクリーム、美容液、パック、ファンデーション、サンスクリーン化粧料、サンタン化粧料、モイスチャークリーム、ハンドクリーム、美白乳液、各種ローション等の皮膚用化粧料、シャンプー、リンス、ヘアコンディショナー、リンスインシャンプー、ヘアスタイリング剤(ヘアフォーム,ジェル状整髪料等)、ヘアトリートメント剤(ヘアクリーム,トリートメントローション等)、染毛剤やローションタイプの育毛剤あるいは養毛剤等の毛髪用化粧料、さらにはハンドクリーナーのような洗浄剤、プレシェーブローション、アフターシェーブローション、自動車用や室内用の芳香剤、脱臭剤、歯磨剤、軟膏、貼布剤、農薬、スプレー製品、塗料等の用途に用いることができる。   The viscous water-based composition of the present invention thus obtained includes, for example, various products having a cream, gel, emulsion or liquid dosage form (cosmetics, pharmaceuticals, agricultural chemicals, toiletries, spray products, paints) Etc.) can be suitably used as a thickener. Specifically, lotion, emulsion, cold cream, burnishing cream, massage cream, emollient cream, cleansing cream, essence, pack, foundation, sunscreen cosmetic, suntan cosmetic, moisture cream, hand cream, whitening milk, Cosmetics for skin such as various lotions, shampoos, rinses, hair conditioners, rinse-in shampoos, hair styling agents (hair foam, gel-like hair conditioners, etc.), hair treatment agents (hair creams, treatment lotions, etc.), hair dyes and lotions Hair cosmetics such as types of hair restorers or hair nourishing agents, as well as detergents such as hand cleaners, pre-shave lotions, after-shave lotions, automotive and indoor fragrances, deodorants, dentifrices, ointments Plasters, pesticides, spray products, can be used in applications of the paint or the like.

つぎに、実施例について比較例とあわせて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、例中、「%」とあるのは、特に限定のない限り質量基準を意味する。   Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the examples, “%” means mass basis unless otherwise specified.

[セルロースナノファイバーの製造]
〔製造例1:セルロース繊維A1(実施例用)の調製〕
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO0.025gを加え、充分撹拌して分散させた後、13重量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(共酸化剤)を、上記パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が10mmol/gとなるように加え、反応を開始した。反応中は温度を20℃に保持した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10〜11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応させた(反応時間:120分)。反応終了後、0.1N塩酸を添加してpHを2以下に調整した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、繊維表面が酸化されたセルロース繊維A1を製造した。
[Production of cellulose nanofiber]
[Production Example 1: Preparation of cellulose fiber A1 (for Examples)]
After adding 150 ml of water, 0.25 g of sodium bromide, and 0.025 g of TEMPO to 2 g of softwood pulp, and thoroughly stirring and dispersing, 13 wt% sodium hypochlorite aqueous solution (co-oxidant) was added to the pulp 1. The reaction was started by adding sodium hypochlorite so that the amount of sodium hypochlorite was 10 mmol / g with respect to 0 g. The temperature was kept at 20 ° C. during the reaction. Since the pH decreased with the progress of the reaction, the reaction was continued until no change in pH was observed while dropping a 0.5N aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was maintained at 10-11 (reaction time: 120 minutes). ). After completion of the reaction, 0.1N hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2 or less, and then filtration and washing were repeated for purification to produce cellulose fiber A1 having an oxidized fiber surface.

〔製造例2:セルロース繊維A2(実施例用)の調製〕
セルロース繊維A1と同様の手法で繊維表面を酸化したセルロース繊維に純水を加えて固形分濃度4%に調整した。その後、24%NaOH水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃として水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加え、2時間反応させることで還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加して中和した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、セルロース繊維を得pHを2以下に調整した後、ろ過と水洗を繰り返して精製し、セルロース繊維A2を製造した。
[Production Example 2: Preparation of cellulose fiber A2 (for Examples)]
Pure water was added to the cellulose fiber whose surface was oxidized in the same manner as the cellulose fiber A1 to adjust the solid content concentration to 4%. Thereafter, the pH of the slurry was adjusted to 10 with a 24% NaOH aqueous solution. The slurry was reduced to 30 ° C. by adding 0.2 mmol / g of sodium borohydride to the cellulose fiber and reacting for 2 hours. After the reaction, the reaction mixture was neutralized by adding 0.1N hydrochloric acid, and then purified by repeated filtration and washing to obtain cellulose fibers. After adjusting the pH to 2 or less, the filtration and washing were repeated and purified, and cellulose fibers A2 Manufactured.

〔製造例3:セルロース繊維A3(実施例用)の調製〕
次亜塩素酸ナトリウムの添加量を6mmol/gとした以外は、セルロース繊維A2の製造に準じて、セルロース繊維A3を製造した。
[Production Example 3: Preparation of cellulose fiber A3 (for Examples)]
Cellulose fiber A3 was produced according to the production of cellulose fiber A2, except that the amount of sodium hypochlorite added was 6 mmol / g.

〔製造例4:セルロース繊維A4(実施例用)の調製〕
次亜塩素酸ナトリウムの添加量を3mmol/gとした以外は、セルロース繊維A2の製造に準じて、セルロース繊維A4を製造した。
[Production Example 4: Preparation of cellulose fiber A4 (for Examples)]
Cellulose fiber A4 was produced according to the production of cellulose fiber A2, except that the amount of sodium hypochlorite added was 3 mmol / g.

〔製造例5:セルロース繊維A’1(比較例用)の調製〕
次亜塩素酸ナトリウムの添加量を1mmol/gとした以外は、セルロース繊維A1の製造に準じて、セルロース繊維A’1を製造した。
[Production Example 5: Preparation of cellulose fiber A′1 (for comparative example)]
Cellulose fiber A′1 was produced according to the production of cellulose fiber A1, except that the amount of sodium hypochlorite added was 1 mmol / g.

〔製造例6:セルロース繊維A’2(比較例用)の調製〕
原料の針葉樹パルプに替えて再生セルロースを使用するとともに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量を、再生セルロース1.0gに対して27.0mmol/gとした以外は、セルロース繊維A1の製造に準じて、セルロース繊維A’2を製造した。
[Production Example 6: Preparation of cellulose fiber A′2 (for comparative example)]
According to the production of cellulose fiber A1, except that regenerated cellulose is used in place of the raw conifer pulp and the amount of sodium hypochlorite aqueous solution added is 27.0 mmol / g with respect to 1.0 g of regenerated cellulose. Thus, cellulose fiber A′2 was produced.

[水系粘性組成物の製造]
〔実施例1〕
上記セルロース繊維A1に純水、水混和性有機溶媒としてメタノールを加えて、終濃度がセルロース繊維濃度2重量%、メタノール濃度20重量%となるように調製した。ここにテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH、有機性値320)を添加し、pHを7に調整した。これを高圧ホモジナイザー(三和エンジニアリング製、H11)を用いて圧力100MPaで1回処理することにより、粘性水系組成物を製造した。
[Production of aqueous viscous composition]
[Example 1]
Pure water and methanol as a water-miscible organic solvent were added to the cellulose fiber A1 to prepare a final concentration of 2% by weight of cellulose fiber and 20% by weight of methanol. Tetrabutylammonium hydroxide (TBAH, organic value 320) was added thereto to adjust the pH to 7. This was treated once at a pressure of 100 MPa using a high-pressure homogenizer (manufactured by Sanwa Engineering Co., Ltd., H11) to produce a viscous aqueous composition.

〔実施例2〜4〕
セルロース繊維A1に替えてセルロース繊維A2、A3、およびA4を用いた以外は、実施例1と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Examples 2 to 4]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose fibers A2, A3, and A4 were used in place of cellulose fiber A1.

〔実施例5〜8〕
テトラブチルアンモニウムヒドロキシドに替えてジメチルベンジルアミン(DMBzA、)、ジメチルオクタデシルアミン(DMODA)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド(TBPH)を用いた以外は、実施例2と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Examples 5 to 8]
The same as Example 2 except that dimethylbenzylamine (DMBzA,), dimethyloctadecylamine (DMODA), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), and tetrabutylphosphonium hydroxide (TBPH) were used instead of tetrabutylammonium hydroxide. A viscous aqueous composition was produced by the method described above.

〔実施例9、10〕
セルロース繊維濃度が0.3、および10重量%となるように調製した以外は、実施例2と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Examples 9 and 10]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 2 except that the cellulose fiber concentration was adjusted to 0.3 and 10% by weight.

〔実施例11〜13〕
添加する水混和性有機溶媒として、メタノールに替えてエタノール(EtOH)、イソプロパノール(IPA)、ブチレングリコール(BG)を用いた以外は、実施例2と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Examples 11 to 13]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 2 except that ethanol (EtOH), isopropanol (IPA), and butylene glycol (BG) were used as the water-miscible organic solvent to be added instead of methanol.

〔実施例14〜16〕
添加する水混和性有機溶媒として、メタノールに替えてエタノール(EtOH)を用い、終濃度を5、40、および75重量%とした以外は、実施例2と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Examples 14 to 16]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 2 except that ethanol (EtOH) was used instead of methanol as the water-miscible organic solvent to be added, and the final concentrations were 5, 40, and 75% by weight. did.

〔比較例1、2〕
セルロース繊維A1に替えてセルロース繊維A´1、A´2を用いた以外は、実施例1と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Comparative Examples 1 and 2]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose fibers A′1 and A′2 were used instead of cellulose fiber A1.

〔比較例3〕
テトラブチルアンモニウムヒドロキシドに替えて10%水酸化ナトリウム水溶液(NaOH)を用いた以外は、実施例1と同様の手法で粘性水系組成物を製造した。
[Comparative Example 3]
A viscous aqueous composition was produced in the same manner as in Example 1 except that 10% aqueous sodium hydroxide (NaOH) was used instead of tetrabutylammonium hydroxide.

〔粘性水系組成物の特性評価〕
上記のようにして得られた実施例1〜16、および比較例1〜3の粘性水系組成物について、下記の基準に従って各特性の評価を行なった。その結果を下記表1に併せて示した。
[Characteristic evaluation of viscous aqueous composition]
About the viscous aqueous composition of Examples 1-16 obtained as mentioned above and Comparative Examples 1-3, each characteristic was evaluated according to the following reference | standard. The results are also shown in Table 1 below.

<短幅の方の数平均幅>
セルロースの数平均幅を、透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子社製、JEM−1400)を用いて観察した。すなわち、各セルロース繊維を親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、先に述べた方法に従い、短幅の方の数平均幅を算出した。
<Number average width of short side>
The number average width of cellulose was observed using a transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., JEM-1400). That is, from the TEM image (magnification: 10000 times) negatively stained with 2% uranyl acetate after each cellulose fiber was cast on a hydrophilized carbon film-coated grid, The number average width of was calculated.

<平均アスペクト比>
セルロースを親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)から、セルロースの短幅の方の数平均幅、長幅の方の数平均幅を観察した。すなわち、各先に述べた方法に従い、短幅の方の数平均幅、および長幅の方の数平均幅を算出し、これらの値を用いて平均アスペクト比を下記の式(1)に従い算出した。
<Average aspect ratio>
From the TEM image (magnification: 10000 times) that was negatively stained with 2% uranyl acetate after the cellulose was cast on a hydrophilic membrane-coated carbon film grid, the number average width and the long width of the short width of cellulose The number average width of was observed. That is, according to the method described above, the number average width of the shorter width and the number average width of the longer width are calculated, and the average aspect ratio is calculated according to the following formula (1) using these values. did.

Figure 0005939695
<結晶構造>
X線回折装置(リガク社製、RINT‐Ultima3)を用いて、各セルロース繊維の回折プロファイルを測定し、2シータ=14〜17°付近と、2シータ=22〜23°付近の2つの位置に典型的なピークが見られる場合は結晶構造(I型結晶構造)が「あり」と評価し、ピークが見られない場合は「なし」と評価した。
Figure 0005939695
<Crystal structure>
Using an X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, RINT-Utima3), the diffraction profile of each cellulose fiber was measured, and two positions of 2 theta = 14-17 ° and 2 theta = 22-23 ° were obtained. When a typical peak was observed, the crystal structure (type I crystal structure) was evaluated as “present”, and when no peak was observed, it was evaluated as “none”.

<カルボキシル基量の測定>
セルロース繊維0.25gを水に分散させたセルロース水分散体60mlを調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、電気伝導度測定を行った。測定はpHが11になるまで続けた。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V(ml)から、下記の式(2)に従いカルボキシル基量を求めた。
<Measurement of carboxyl group content>
After preparing 60 ml of a cellulose aqueous dispersion in which 0.25 g of cellulose fiber was dispersed in water, the pH was adjusted to about 2.5 with 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution, and 0.05 M sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise. Electrical conductivity measurements were made. The measurement was continued until the pH was 11. The amount of carboxyl groups was determined from the amount of sodium hydroxide consumed V (ml) in accordance with the following formula (2) in the neutralization step of weak acid where the change in electrical conductivity was gradual.

Figure 0005939695
<カルボニル基量の測定(セミカルバジド法)>
粘性水系組成物を105℃のオーブンにて絶乾した後、約0.2g精秤し、これに、リン酸緩衝液によりpH=5に調整したセミカルバジド塩酸塩3g/l水溶液を正確に50ml加え、密栓し、二日間振とうした。ついで、この溶液10mlを正確に100mlビーカーに採取し、5N硫酸を25ml、0.05Nヨウ素酸カリウム水溶液5mlを加え、10分間撹拌した。その後、5%ヨウ化カリウム水溶液10mlを加えて、直ちに自動滴定装置を用いて、0.1Nチオ硫酸ナトリウム溶液にて滴定し、その滴定量等から、下記の式(3)に従い、試料中のカルボニル基量(アルデヒド基とケトン基との合計含量)を求めた。
Figure 0005939695
<Measurement of amount of carbonyl group (semicarbazide method)>
After the viscous aqueous composition was completely dried in an oven at 105 ° C., about 0.2 g was accurately weighed, and precisely 50 ml of a semicarbazide hydrochloride 3 g / l aqueous solution adjusted to pH = 5 with a phosphate buffer was added thereto. Sealed and shaken for 2 days. Then, 10 ml of this solution was accurately collected in a 100 ml beaker, 25 ml of 5N sulfuric acid and 5 ml of 0.05N potassium iodate aqueous solution were added, and the mixture was stirred for 10 minutes. Thereafter, 10 ml of 5% potassium iodide aqueous solution was added, and immediately titrated with a 0.1N sodium thiosulfate solution using an automatic titrator. From the titration amount and the like, according to the following formula (3), The amount of carbonyl groups (total content of aldehyde groups and ketone groups) was determined.

Figure 0005939695
<粘度>
粘性水系組成物に純水を加えて全量が200g、セルロース繊維濃度が0.2重量%となるように調製し、ホモミキサー(プライミクス社製ホモミクサーMARKII 2.5型)で8,000rpmで10分間撹拌した。これを脱気した後、100mlのサンプル瓶に移し、室温で24時間静置した。24時間後、BM型粘度計(0.3rpm、20℃、3min)を用いて粘度を測定した。
Figure 0005939695
<Viscosity>
Pure water was added to the viscous aqueous composition to prepare a total amount of 200 g and a cellulose fiber concentration of 0.2% by weight, and the mixture was homomixed with a homomixer (homixer MARK II model 2.5 manufactured by Primics) at 8,000 rpm for 10 minutes. Stir. This was deaerated and then transferred to a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 24 hours. After 24 hours, the viscosity was measured using a BM viscometer (0.3 rpm, 20 ° C., 3 min).

<易分散性>
粘性水系組成物に純水を加えて全量が200g、セルロース繊維濃度が0.2重量%となるように調製し、ホモミキサー(プライミクス社製ホモミクサーMARKII 2.5型)で8,000rpmで10分間撹拌した。これを脱気した後、100mlのサンプル瓶に移し、室温で24時間静置した。24時間後、BM型粘度計(0.3rpm、20℃、3min)を用いてホモミキサー分散粘度を測定した。
また、粘性水系組成物に純水を加えて全量が200g、セルロース繊維濃度が0.2重量%となるように調製し、プロペラ型撹拌羽根を用いて300rpmで10分間撹拌した。これを脱気した後、100mlのサンプル瓶に移し、室温で24時間静置した。24時間後、BM型粘度計(0.3rpm、20℃、3min)を用いてプロペラ分散粘度を測定した。それぞれの粘度から、下記の式(4)に従い、易分散性を求めた。
<Easy dispersibility>
Pure water was added to the viscous aqueous composition to prepare a total amount of 200 g and a cellulose fiber concentration of 0.2% by weight, and the mixture was homomixed with a homomixer (homixer MARK II model 2.5 manufactured by Primics) at 8,000 rpm for 10 minutes. Stir. This was deaerated and then transferred to a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 24 hours. After 24 hours, the homomixer dispersion viscosity was measured using a BM viscometer (0.3 rpm, 20 ° C., 3 min).
Further, pure water was added to the viscous aqueous composition to prepare a total amount of 200 g and a cellulose fiber concentration of 0.2 wt%, and the mixture was stirred for 10 minutes at 300 rpm using a propeller type stirring blade. This was deaerated and then transferred to a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 24 hours. After 24 hours, the propeller dispersion viscosity was measured using a BM viscometer (0.3 rpm, 20 ° C., 3 min). From the respective viscosities, easy dispersibility was determined according to the following formula (4).

Figure 0005939695
<分散安定性>
粘性水系組成物に純水、酸化チタン(石原産業製タイペークCR−50)を加えて全量が200g、セルロース繊維濃度が0.2重量%、酸化チタン濃度が10重量%となるように調製し、プロペラ型撹拌羽根を用いて300rpmで10分間撹拌した。これを脱気した後、25ml目盛付試験管に25ml移し、室温で1週間静置した。1週間後、下記の式(5)に従い、分散安定性を求めた。
Figure 0005939695
<Dispersion stability>
To the viscous water-based composition, pure water and titanium oxide (Ishihara Sangyo's Taipei CR-50) were added to prepare a total amount of 200 g, a cellulose fiber concentration of 0.2% by weight, and a titanium oxide concentration of 10% by weight. The mixture was stirred for 10 minutes at 300 rpm using a propeller-type stirring blade. After deaeration, 25 ml was transferred to a 25 ml graduated test tube and allowed to stand at room temperature for 1 week. One week later, the dispersion stability was determined according to the following formula (5).

Figure 0005939695
<経時安定性>
粘性水系組成物を耐熱容器に入れ、50度の恒温槽で4週間静置した。4週間後、粘性水系組成物を取り出し、純水を加えて全量が200g、セルロース繊維濃度が0.2重量%となるように調製し、ホモミキサー(プライミクス社製ホモミクサーMARKII 2.5型)で8,000rpmで10分間撹拌した。これを脱気した後、100mlのサンプル瓶に移し、室温で24時間静置した。24時間後、BM型粘度計(0.3rpm、20℃、3min)を用いて粘度を測定した。
この粘度から、下記の式(6)に従い、経時安定性を求めた。
Figure 0005939695
<Stability over time>
The viscous aqueous composition was placed in a heat-resistant container and allowed to stand in a thermostatic bath at 50 degrees for 4 weeks. After 4 weeks, the viscous aqueous composition was taken out and pure water was added to prepare a total amount of 200 g and a cellulose fiber concentration of 0.2% by weight. Using a homomixer (Homomixer MARKII 2.5 type, manufactured by Primix) Stir at 8,000 rpm for 10 minutes. This was deaerated and then transferred to a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 24 hours. After 24 hours, the viscosity was measured using a BM viscometer (0.3 rpm, 20 ° C., 3 min).
From this viscosity, the temporal stability was determined according to the following formula (6).

Figure 0005939695
Figure 0005939695

Figure 0005939695
実施例については、いずれも高い易分散性、分散安定性が確認された。加えて、カルボニル基量が0.3mmol/g以下の実施例2〜16においては高い経時安定性が確認された。
Figure 0005939695
In all of the examples, high dispersibility and dispersion stability were confirmed. In addition, high stability over time was confirmed in Examples 2 to 16 in which the amount of carbonyl group was 0.3 mmol / g or less.

比較例1に関しては、セルロース繊維の短幅の方の繊維幅、およびアスペクト比が請求の範囲外であり、繊維が太すぎて軽微な希釈では十分に分散できず、粘度、易分散性は低かった。また、微細繊維による分散安定効果も見られず、酸化チタンの分散安定性が低かった。   Regarding Comparative Example 1, the short fiber width and aspect ratio of the cellulose fiber are outside the scope of the claims, and the fiber is too thick to be sufficiently dispersed by slight dilution, and the viscosity and easy dispersibility are low. It was. Moreover, the dispersion stability effect by a fine fiber was not seen, but the dispersion stability of titanium oxide was low.

比較例2に関しては、セルロースの結晶構造がなく、水溶性となったために繊維幅、アスペクト比は評価できなかった。得られた粘性水系組成物は粘度、易分散性が低く、酸化チタンの分散安定効果も見られなかった。   Regarding Comparative Example 2, the fiber width and aspect ratio could not be evaluated because the cellulose had no crystal structure and became water-soluble. The resulting viscous aqueous composition had low viscosity and easy dispersibility, and no titanium oxide dispersion stabilizing effect was observed.

比較例3に関しては、セルロース繊維の物性は請求の範囲内であったが、ナトリウム塩となっていたことから、繊維の水素結合を阻害できず、易分散性、分散安定性が低かった。   Regarding Comparative Example 3, the physical properties of the cellulose fiber were within the scope of the claims, but since it was a sodium salt, hydrogen bonding of the fiber could not be inhibited, and easy dispersibility and dispersion stability were low.

本発明の粘性水系組成物は、天然素材であるセルロース繊維を、増粘剤や乳化安定剤として使用し、また、各種機能性添加剤との配合性にも富んでいることから、化粧品基材や、芳香剤のようなトイレタリー用品基材等として広く好適に利用することができる。   The viscous aqueous composition of the present invention uses a cellulose fiber that is a natural material as a thickener or an emulsion stabilizer, and is also rich in compounding properties with various functional additives. In addition, it can be used widely and suitably as a toiletry base material such as a fragrance.

Claims (9)

下記条件を満たすセルロースナノファイバー、水、および水混和性有機溶剤を含有する粘性水系組成物であって、
上記セルロースナノファイバーの含有量が0.1質量%以上20質量%以下であり、上記水混和性有機溶剤の含有量が5質量%以上80質量%以下であり、
セルロースナノファイバーの含有量と水混和性有機溶剤の含有量の比率が質量比でセルロースナノファイバー/水混和性有機溶剤=1/100〜1/4であることを特徴とする粘性水系組成物。
(A)数平均繊維径が2nm以上500nm以下
(B)平均アスペクト比が50以上1000以下
(C)セルロースI型結晶構造を有する
(D)アニオン性官能基を有する
(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物がアニオン性官能基とイオン結合で結合している
A viscous aqueous composition containing cellulose nanofibers that satisfy the following conditions, water, and a water-miscible organic solvent ,
The cellulose nanofiber content is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and the water-miscible organic solvent content is 5% by mass or more and 80% by mass or less.
A viscous aqueous composition, wherein the ratio of the content of cellulose nanofiber and the content of water-miscible organic solvent is cellulose nanofiber / water-miscible organic solvent = 1/100 to 1/4 in terms of mass ratio .
(A) Number average fiber diameter of 2 nm to 500 nm (B) Average aspect ratio of 50 to 1000 (C) Cellulose I-type crystal structure (D) Anionic functional group (E) Organic in organic conceptual diagram An organic compound having a property value of 450 or less is bonded to an anionic functional group by an ionic bond
上記アニオン性官能基がカルボキシル基であることを特徴とする請求項1に記載の粘性水系組成物。 The viscous aqueous composition according to claim 1, wherein the anionic functional group is a carboxyl group. 上記(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物が、含窒素化合物、および有機リン化合物から選択された1種または2種以上であることを特徴とする請求項1または2記載の粘性水系組成物。   3. The organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram (E) is one or more selected from a nitrogen-containing compound and an organic phosphorus compound. The viscous aqueous composition as described. 上記(E)有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物が、アンモニウムおよびホスホニウムから選択された1種または2種以上であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の粘性水系組成物。 4. The organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram (E) is one or more selected from ammonium and phosphonium. 5. 2. The viscous aqueous composition according to 1. 上記水混和性有機溶剤がアルコール類であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の粘性水系組成物。 The viscous water-based composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-miscible organic solvent is an alcohol. 上記水混和性有機溶剤がメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の粘性水系組
成物。
The water-miscible organic solvent is methanol, ethanol, propanol, isopropanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-1,3-propanediol, 3- Methoxy-1,2-propanediol, 2-butene-1,4-diol, 1,3-butanediol, 2-methyl-1,4-butanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,5 -One or more selected from pentanediol, 1,4-pentanediol, 3-methyl-1,3-pentanediol, and 2,4-diethyl-1,5-pentanediol The viscous aqueous composition according to any one of claims 1 to 5.
請求項1ないしのいずれか1項に記載の粘性水系組成物の粘度が、上記セルロースナノファイバーの含有量が0.2質量%、BM型粘度計において、ローターの回転数が0.3rpm、液温が20℃の条件で測定した場合の粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする粘性水系組成物。 The viscosity of the viscous aqueous composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the cellulose nanofiber content is 0.2% by mass, and in the BM type viscometer, the rotational speed of the rotor is 0.3 rpm, A viscous aqueous composition having a viscosity of 100 mPa · s or more when measured at a liquid temperature of 20 ° C. (I)セルロースを酸化する酸化工程、
(II)酸化セルロース分散体のpHを2以下に調整して精製する精製工程、
(III)精製したセルロースを上記有機概念図における有機性値が450以下である有機化合物で中和する中和工程、
(IV)中和したセルロースを水と水混和性有機溶剤の存在下で分散する分散工程
を備えることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の粘性水系組成物の製造方法。
(I) an oxidation step for oxidizing cellulose,
(II) a purification step in which the pH of the oxidized cellulose dispersion is adjusted to 2 or less and purified;
(III) A neutralization step of neutralizing the purified cellulose with an organic compound having an organic value of 450 or less in the organic conceptual diagram,
(IV) The method for producing a viscous aqueous composition according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a dispersion step of dispersing the neutralized cellulose in the presence of water and a water-miscible organic solvent. .
上記(IV)分散工程における分散条件が、高圧または超高圧ホモジナイザーによる処理であって、処理圧力が30MPa以上であることを特徴とする請求項9記載の製造方法。 The production method according to claim 9, wherein the dispersion condition in the dispersion step (IV) is a treatment with a high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer, and the treatment pressure is 30 MPa or more.
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