JP5944564B1 - Method for producing gel composition and gel composition obtained thereby - Google Patents
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Abstract
【課題】分散性に優れ、粘性に優れる有機溶剤系のゲル状組成物を、低コストで簡略的に得ることができる、ゲル状組成物の製法およびそれにより得られたゲル状組成物を提供する。【解決手段】セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースを水に分散させた後、そのセルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換する工程と、上記セルロースの分散媒である水を有機溶剤に置換する工程と、上記分散媒置換後のセルロースを疎水化する工程と、上記疎水化後のセルロースをナノ解繊し、有機溶剤中にセルロースナノファイバーが分散されたゲル状組成物を得る工程と、を備えたゲル状組成物の製法において、上記セルロースの疎水化を、特定のポリエーテルアミンによる中和反応により行う。【選択図】なしAn organic solvent-based gel composition having excellent dispersibility and excellent viscosity can be obtained simply and at low cost, and a method for producing the gel composition and a gel composition obtained thereby are provided. To do. A method of dispersing cellulose having a cellulose I-type crystal structure in water and then converting a hydroxyl group of the cellulose into a substituent having a carboxyl group, and using water as a dispersion medium for the cellulose in an organic solvent. A step of substituting, a step of hydrophobizing the cellulose after the dispersion medium substitution, a step of nano-defining the cellulose after the hydrophobization, and obtaining a gel composition in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent; In the method for producing a gel composition comprising the above, the cellulose is hydrophobized by a neutralization reaction with a specific polyetheramine. [Selection figure] None
Description
本発明は、セルロース繊維を用いてなるゲル状組成物の製法およびそれにより得られたゲル状組成物に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a gel composition using cellulose fibers and the gel composition obtained thereby.
従来、増粘剤やゲル化剤としては、ジュランガム，カラギーナン，寒天，ザンタンガム等の天然高分子化合物や、メチルセルロース，ヒドロキシメチルセルロース等の非イオン性の水溶性セルロース、カルボキシメチルセルロース，カチオン化セルロース等のイオン性セルロース、ポリビニルアルコール，ポリビニルピロリドン，ポリアクリル酸ソーダ，カルボキシビニルポリマー，ポリエチレングリコール等の合成高分子、スメクタイト等の水膨潤性粘土鉱物等が使用されてきた。また、近年、天然に多量に存在するバイオマスであるセルロースをナノ粒子になるまで微細化したセルロースナノファイバーを、ゲル化剤として使用することも検討されている。 Conventional thickeners and gelling agents include natural polymer compounds such as duran gum, carrageenan, agar and xanthan gum, nonionic water-soluble celluloses such as methylcellulose and hydroxymethylcellulose, ions such as carboxymethylcellulose and cationized cellulose. Synthetic polymers such as water-soluble cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, sodium polyacrylate, carboxyvinyl polymer, polyethylene glycol, and water-swellable clay minerals such as smectite have been used. In recent years, the use of cellulose nanofibers, which have been refined to become nanoparticles, has been studied as a gelling agent.
ところで、上記セルロースナノファイバーは、通常、水分散体として供給されるものであることから、水中に分散させて増粘付与に供するのが一般的であるが、近年、上記セルロースナノファイバーを、有機溶剤中に分散させ、増粘付与に供するニーズがある。しかしながら、有機溶剤への増粘付与に上記セルロースナノファイバーを使用するのであれば、上記セルロースナノファイバーの分散媒である水を完全に除去し、有機溶剤に置換する必要がある。また、有機溶剤中では、上記セルロースの水酸基同士の水素結合により、セルロースナノファイバーの凝集が生じ、増粘効果を示さないという課題もある。 By the way, since the cellulose nanofiber is usually supplied as an aqueous dispersion, the cellulose nanofiber is generally dispersed in water and used for thickening. There is a need to disperse in a solvent and provide thickening. However, if the cellulose nanofiber is used for imparting thickening to the organic solvent, it is necessary to completely remove the water, which is the dispersion medium of the cellulose nanofiber, and replace it with the organic solvent. Moreover, in the organic solvent, there exists a subject that aggregation of a cellulose nanofiber arises by the hydrogen bond of the hydroxyl group of the said cellulose, and does not show a thickening effect.
そのようななか、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースを酸化させて、セルロースのＣ６位の水酸基をカルボキシル基にし、さらに、そのカルボキシル基に対し、アミンを用いてアミド結合させたり、アンモニウムヒドロキシドを用いて中和反応させたりして、セルロースに疎水基を導入し、有機溶剤中での分散性を高める手法が検討されている（例えば、特許文献１〜３等参照）。 Under such circumstances, the cellulose having a cellulose I-type crystal structure is oxidized, and the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose is converted to a carboxyl group. Further, the carboxyl group is amide-bonded with an amine, or ammonium hydroxide is used. For example, a method of introducing a hydrophobic group into cellulose to enhance dispersibility in an organic solvent by neutralization reaction has been studied (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、アミンによるアミド結合の場合、アミンとカルボン酸によるアミド結合反応に際し触媒が必要となるため、コストがかかる。また、アンモニウムヒドロキシドを用いた中和反応の場合、カルボン酸とアンモニウムヒドロキシドの反応により、水が生成し、完全な有機溶剤系にはならないという問題がある。 However, in the case of an amide bond with an amine, a catalyst is required for the amide bond reaction between an amine and a carboxylic acid, which is expensive. Further, in the case of the neutralization reaction using ammonium hydroxide, there is a problem that water is generated due to the reaction of carboxylic acid and ammonium hydroxide, and a complete organic solvent system is not obtained.
また、上記特許文献３では、アミンを用いた中和によって対処しているが、セルロースを水中でナノ分散後に有機溶剤に置換する必要があったり、セルロースの酸性化工程が複数回に亘ったりするため、製造工程が煩雑で時間がかかるといった問題や、有機溶剤を大量に必要とする等の問題がある。 Moreover, in the said patent document 3, although it copes with the neutralization using an amine, it is necessary to substitute a cellulose with the organic solvent after nano-dispersing in water, or the acidification process of a cellulose goes over several times. Therefore, there are problems that the manufacturing process is complicated and takes time, and that a large amount of organic solvent is required.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、分散性に優れ、粘性に優れる有機溶剤系のゲル状組成物を、低コストで簡略的に得ることができる、ゲル状組成物の製法およびそれにより得られたゲル状組成物の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a method for producing a gel-like composition that can easily obtain an organic solvent-based gel-like composition having excellent dispersibility and excellent viscosity at low cost. An object of the present invention is to provide a gel composition obtained thereby.
上記の目的を達成するために、本発明は、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースを水に分散させた後、そのセルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換する工程と、還元剤による上記セルロースの還元工程と、上記セルロースの分散媒である水を有機溶剤に置換する工程と、上記分散媒置換後のセルロースを疎水化する工程と、上記疎水化後のセルロースをナノ解繊し、有機溶剤中にセルロースナノファイバーが分散されたゲル状組成物を得る工程と、を備えたゲル状組成物の製法において、上記セルロースの疎水化を、下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンによる中和反応により行うゲル状組成物の製法を、第一の要旨とする。
また、本発明は、下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有するゲル状組成物を、第二の要旨とする。
（Ａ）最大繊維径が１０００ｎｍ以下で、数平均繊維径が２〜１５０ｎｍのセルロースナノファイバーであって、そのセルロースが、セルロースＩ型結晶構造を有すると共に、セルロース分子中のグルコースユニットのＣ６位が選択的に水酸基，アルデヒド基，ケトン基，カルボキシル基のいずれかとなっており、かつ上記カルボキシル基の含量が０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇ、上記アルデヒド基とケトン基の合計含量が、セミカルバジド法による測定において０．３ｍｍｏｌ／ｇ以下であるとともに、上記カルボキシル基が下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンのアミノ基とイオン結合されてなる、セルロースナノファイバー。
(A) Cellulose nanofibers having a maximum fiber diameter of 1000 nm or less and a number average fiber diameter of 2 to 150 nm, the cellulose having a cellulose I-type crystal structure, and the C6 position of the glucose unit in the cellulose molecule Selectively hydroxyl group, aldehyde group, ketone group, carboxyl group, the content of the carboxyl group is 0.6 to 2.5 mmol / g, and the total content of the aldehyde group and the ketone group is the semicarbazide method. Cellulose nanofibers, which are 0.3 mmol / g or less in the measurement by the above, and wherein the carboxyl group is ionically bonded to the amino group of the polyetheramine represented by the following general formula (1).
すなわち、本発明者らは、分散性に優れ、粘性に優れる有機溶剤系のゲル状組成物を、低コストで簡略的に調製するため、鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、本発明者らは、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースの水酸基を、酸化等によりカルボキシル基を有する置換基（カルボキシル基、カルボキシル塩基、カルボキシルアルキル基等）に変換させた後、その置換基に対し、上記一般式（１）に示される特定のポリエーテルアミンを用いて中和反応を行い、疎水基を導入する（疎水化する）ことを想起した。このようにしたところ、有機溶剤への分散性や増粘効果を高めることができるとともに、上記中和反応に際し、触媒を必要とすることもなく、さらに水も生成することがないことから、安価で完全な有機溶剤系にすることができることを突き止めた。この特性を踏まえ、本発明者らは、セルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換後、還元剤による上記セルロースの還元工程を経て、その分散媒である水を有機溶剤に置換し、ついで、広範な有機溶剤への分散性を向上させ、増粘効果を発現させるために、上記特定のポリエーテルアミンを用いてセルロースの中和反応を行うことで疎水基を導入し、最後に、上記中和反応後のセルロースを有機溶剤中でナノ解繊するといった工程を経ることにより、課題であった、有機溶剤への良好な増粘付与、製造時間の短縮、有機溶剤の使用量の削減等に成功した。 That is, the present inventors have conducted extensive research in order to prepare an organic solvent-based gel composition having excellent dispersibility and excellent viscosity at a low cost. In the course of the research, the present inventors converted the hydroxyl group of cellulose having cellulose I type crystal structure into a substituent having a carboxyl group (carboxyl group, carboxyl base, carboxyl alkyl group, etc.) by oxidation or the like. Recalling that the substituent is neutralized with the specific polyetheramine represented by the general formula (1) to introduce a hydrophobic group (hydrophobize). As a result, the dispersibility in an organic solvent and the thickening effect can be enhanced, and at the time of the neutralization reaction, no catalyst is required and no water is generated. It was found that a completely organic solvent system can be obtained. Based on this characteristic, the present inventors converted the hydroxyl group of cellulose into a substituent having a carboxyl group, and then passed through the above-described cellulose reduction step with a reducing agent , replacing the dispersion medium water with an organic solvent, Next, in order to improve dispersibility in a wide range of organic solvents and develop a thickening effect, a hydrophobic group was introduced by neutralizing the cellulose using the specific polyetheramine, and finally, By passing through the process of nano-defibration of cellulose after the neutralization reaction in an organic solvent, there were problems such as imparting good thickening to the organic solvent, shortening the production time, and reducing the amount of organic solvent used. Etc. succeeded.
このように、本発明のゲル状組成物の製法は、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースを水に分散させた後、そのセルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換する工程と、還元剤による上記セルロースの還元工程と、上記セルロースの分散媒である水を有機溶剤に置換する工程と、上記分散媒置換後のセルロースを疎水化する工程と、上記疎水化後のセルロースをナノ解繊し、有機溶剤中にセルロースナノファイバーが分散されたゲル状組成物を得る工程とを備えており、上記セルロースの疎水化を、特定のポリエーテルアミンによる中和反応により行うものである。したがって、有機溶剤への分散性に優れ、粘性に優れる、有機溶剤系のゲル状組成物を、従来の製法よりも製造時間を短縮して簡略的に得ることができる。また、上記製法は、触媒も必要ではなく、必要以上の有機溶剤も要しないことから、低コストであり、さらに、完全な有機溶剤系にすることも可能である。さらに、上記製法は、広範な有機溶剤を使用することが可能である。 As described above, the method for producing the gel composition of the present invention comprises a step of dispersing cellulose having a cellulose I-type crystal structure in water and then converting the hydroxyl group of the cellulose to a substituent having a carboxyl group, and reduction. A step of reducing the cellulose by an agent, a step of replacing water, which is a dispersion medium of the cellulose, with an organic solvent, a step of hydrophobizing the cellulose after the substitution of the dispersion medium, and nano-defining the cellulose after the hydrophobicization And a step of obtaining a gel composition in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent, and the above-mentioned cellulose is hydrophobized by a neutralization reaction with a specific polyetheramine. Therefore, an organic solvent-based gel-like composition having excellent dispersibility in an organic solvent and excellent viscosity can be obtained simply by shortening the production time compared to the conventional production method. Further, the above production method does not require a catalyst and does not require an organic solvent more than necessary, so that it is low in cost and can be made into a complete organic solvent system. Furthermore, the manufacturing method can use a wide range of organic solvents.
そして、この製法により得られたゲル状組成物のなかでも、特に、そのゲル状組成物に含有のセルロースナノファイバーが、最大繊維径が１０００ｎｍ以下で、数平均繊維径が２〜１５０ｎｍであって、セルロースＩ型結晶構造を有すると共に、セルロース分子中のグルコースユニットのＣ６位が選択的に水酸基，アルデヒド基，ケトン基，カルボキシル基のいずれかとなっており、かつ上記カルボキシル基の含量が０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇ、セミカルバジド法による測定での上記アルデヒド基とケトン基の合計含量が０．３ｍｍｏｌ／ｇ以下であるとともに、そのカルボキシル基が上記特定のポリエーテルアミンのアミノ基とイオン結合されてなるものであるとき、より有機溶剤への分散性に優れ、粘性に優れたものとなる。そして、上記ゲル状組成物においては、先に述べたように、完全な有機溶剤系にすることができ、さらに広範な有機溶剤を使用した場合であっても、上記セルロースナノファイバーの分散安定性が高いことから、高分子材料との複合化にも好適に用いることができる。そして、その増粘性の高さから、塗料・インキ分野、他にも切削油用途や接着剤用途等において、優れた機能を発揮することができる。 Among the gel compositions obtained by this production method, in particular, the cellulose nanofiber contained in the gel composition has a maximum fiber diameter of 1000 nm or less and a number average fiber diameter of 2 to 150 nm. The cellulose I type crystal structure, the C6 position of the glucose unit in the cellulose molecule is selectively a hydroxyl group, an aldehyde group, a ketone group, or a carboxyl group, and the carboxyl group content is 0.6. ~ 2.5 mmol / g, the total content of the aldehyde group and the ketone group as measured by the semicarbazide method is 0.3 mmol / g or less, and the carboxyl group is ionically bonded to the amino group of the specific polyetheramine. When it is, it is more excellent in dispersibility in an organic solvent and excellent in viscosity. In the gel composition, as described above, a complete organic solvent system can be used. Even when a wider range of organic solvents is used, the dispersion stability of the cellulose nanofibers can be improved. Since it is high, it can be suitably used for compounding with a polymer material. Due to its high viscosity, it can exhibit excellent functions in the paint and ink fields, as well as in cutting oil applications and adhesive applications.
つぎに、本発明を実施するための形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, modes for carrying out the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to these.
本発明のゲル状組成物の製法は、先に述べたように、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースを水に分散させた後、そのセルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換する工程と、還元剤による上記セルロースの還元工程と、上記セルロースの分散媒である水を有機溶剤に置換する工程と、上記分散媒置換後のセルロースを疎水化する工程と、上記疎水化後のセルロースをナノ解繊し、有機溶剤中にセルロースナノファイバーが分散されたゲル状組成物を得る工程と、を備えている。そして、上記セルロースの疎水化を、下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンによる中和反応により行うことを、その製法の特徴とする。上記のように、本発明のゲル状組成物の製法では、上記カルボキシル基を有する置換基に変換する工程の後、還元処理を行う。以下、各工程を順に説明する。 As described above, the method for producing the gel composition of the present invention is a step of dispersing cellulose having a cellulose I-type crystal structure in water and then converting the hydroxyl group of the cellulose to a substituent having a carboxyl group. A step of reducing the cellulose with a reducing agent , a step of replacing water, which is a dispersion medium of the cellulose, with an organic solvent, a step of hydrophobizing the cellulose after the substitution of the dispersion medium, and a cellulose after the hydrophobicization Nano-defibrating and obtaining a gel composition in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent. And the hydrophobization of the said cellulose is performed by the neutralization reaction by the polyetheramine shown by following General formula (1), It is the characteristics of the manufacturing method. As described above, in the preparation of the gel composition of the present invention, after the step of converting a substituent having an upper Symbol carboxyl group, intends row reduction treatment. Hereinafter, each process is demonstrated in order.
〔セルロースの水酸基を、カルボキシル基を有する置換基に変換する工程〕
この工程では、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースの水酸基を、酸化等によりカルボキシル基を有する置換基（カルボキシル基、カルボキシル塩基、カルボキシルアルキル基等）に変換させる。上記セルロース繊維表面の水酸基がカルボキシル基を有する置換基に変換されたセルロースとしては、例えば、酸化セルロース、カルボキシメチルセルロース、多価カルボキシメチルセルロース、長鎖カルボキシセルロース等があげられる。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、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、酸化セルロースが好ましい。
[Step of converting the hydroxyl group of cellulose to a substituent having a carboxyl group]
In this step, the hydroxyl group of cellulose having a cellulose I-type crystal structure is converted into a substituent having a carboxyl group (carboxyl group, carboxyl base, carboxylalkyl group, etc.) by oxidation or the like. Examples of the cellulose in which the hydroxyl group on the surface of the cellulose fiber is converted to a substituent having a carboxyl group include oxidized cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvalent carboxymethyl cellulose, and long-chain carboxycellulose. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, oxidized cellulose is preferred because of excellent hydroxyl group selectivity on the fiber surface and mild reaction conditions.
例えば酸化により上記工程を行う場合、その酸化反応工程は、セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースと、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。 For example, when the above step is performed by oxidation, the oxidation reaction step is performed by dispersing cellulose having a cellulose I-type crystal structure and an N-oxyl compound in water (dispersion medium), then adding a co-oxidant, Start 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.
セルロースＩ型結晶構造を有するセルロースとしては、通常、天然セルロースが用いられる。ここで、天然セルロースとは、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。 As the cellulose having a cellulose I-type crystal structure, natural cellulose is usually used. Here, natural cellulose means purified cellulose isolated from a biosynthetic system of cellulose such as plants, animals, and bacteria-producing gels. 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.
上記に示すように、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。 As shown above, cellulose has an I-type crystal structure, for example, in the diffraction profile obtained by wide-angle X-ray diffraction image measurement, 2 theta = 14-17 ° vicinity and 2 theta = 22-23 ° vicinity. Can be identified by having typical peaks at these two positions.
上記酸化反応におけるセルロースの分散媒体は水であり、反応水溶液中のセルロース濃度は、試薬（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 cellulose in the oxidation reaction is water, and the concentration of cellulose in the aqueous reaction solution is arbitrary as long as the reagent (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、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、反応速度の点において好ましい。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 in terms of reaction rate to advance reaction in presence of alkali bromide metals, such as sodium bromide. 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。 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.
目的とするカルボキシル基量等を得るために、酸化の程度を共酸化剤の添加量と反応時間により制御する。通常、反応時間は約５〜１２０分、長くとも２４０分以内に完了する。 In order to obtain the target amount of carboxyl groups 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.
〔還元工程〕
本発明の製法では、増粘性，分散安定性等により優れたゲル状組成物を得る観点から、上記酸化等の反応後、更にセルロースを還元反応させる。これにより、セルロースのアルデヒド基およびケトン基の一部ないし全部は還元され、水酸基に戻る。なお、セルロースの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以下とし、好ましくは０〜０．１ｍｍｏｌ／ｇの範囲とし、さらに好ましくは実質的に０ｍｍｏｌ／ｇとする。これにより、単に酸化変性させたものよりも、増粘性、分散安定性が増し、特に気温等に左右されず長期にわたり分散安定性に優れるようになる。また、上記のように、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が０．３ｍｍｏｌ／ｇ以下であるセルロースを、本発明のゲル状組成物に用いると、長期保存による凝集物の発生をより抑えることができる。なお、アルデヒド基とケトン基の合計含量が０．３ｍｍｏｌ／ｇを超えると、長期保存による凝集物の発生や、ゲル状組成物の粘度が時間経過と共に著しく低下するといったおそれがある。なお、上記還元反応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があげられる。なかでも、ＮａＢＨ４（水素化ホウ素ナトリウム）は、コスト及び利用可能性という観点から特に好ましい。
[Reduction process]
The method of the present invention, thickening, from the viewpoint of obtaining excellent gel composition by dispersion stability, etc., after the reaction of the oxidation or the like, Ru further allowed to reduction reaction of cellulose. As a result, part or all of the aldehyde group and ketone group of cellulose are reduced to return to the hydroxyl group. Note that the carboxyl group of cellulose is not reduced. Then, by the reduction, the total content of aldehyde groups and ketone groups of the cellulose as measured by the semicarbazide method is set to 0.3 mmol / g or less , preferably in the range of 0 to 0.1 mmol / g, more preferably are you substantially 0mmol / g. As a result, the viscosity and dispersion stability are increased compared to those obtained by simply oxidative modification, and the dispersion stability is excellent over a long period of time regardless of the temperature. Further, as described above, when cellulose having a total content of aldehyde groups and ketone groups of 0.3 mmol / g or less as measured by the semicarbazide method is used in the gel composition of the present invention, the aggregates obtained by long-term storage Occurrence can be further suppressed. In addition, when the total content of aldehyde groups and ketone groups exceeds 0.3 mmol / g, there is a possibility that aggregates are generated due to long-term storage and the viscosity of the gel-like composition is remarkably lowered with time. As the reducing agent used in the reduction reaction, it is possible to use a common one, preferably, LiBH 4, NaBH 3 CN, NaBH 4 and the like. Among these, NaBH 4 (sodium borohydride) is particularly preferable from the viewpoints of cost and availability.
カルボキシル基を有する置換基に変換されたセルロースを基準として、還元剤の量は、０．１〜２０重量％の範囲が好ましく、特に好ましくは３〜１０重量％の範囲内である。反応条件は室温または室温より若干高い温度で、１０分〜１０時間、好ましくは３０分〜２時間行なわれる。 The amount of the reducing agent is preferably in the range of 0.1 to 20% by weight, particularly preferably in the range of 3 to 10% by weight, based on the cellulose converted into the substituent having a carboxyl group. The reaction is carried out at room temperature or slightly higher than room temperature for 10 minutes to 10 hours, preferably 30 minutes to 2 hours.
ところで、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、まず、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（ｉ）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。 Incidentally, measurement of the total content of aldehyde groups and ketone groups by the semicarbazide method is performed, for example, as follows. That is, first, 50 ml of a semicarbazide hydrochloride 3 g / l aqueous solution adjusted to pH = 5 with a phosphate buffer is added to a 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 a 5% potassium iodide aqueous solution was added, and immediately titrated with a 0.1N sodium thiosulfate solution using an automatic titrator. From the titration, etc., according to the following formula (i) 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.
なお、上記セルロースは、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位の水酸基のみが選択的に酸化変性されてカルボキシル基，アルデヒド基およびケトン基のいずれかとなっている。このセルロース繊維表面上のグルコースユニットのＣ６位の水酸基のみ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。 In the cellulose, only 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 become any of a carboxyl group, an aldehyde group, and a ketone group. Whether or not only the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit on the surface of the cellulose fiber 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 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. It can be determined that the aldehyde group is not detected when the blue and cellulose portions are amber, and the aldehyde group is detected when the supernatant is yellow and the cellulose portion is red.
〔分散媒置換工程〕 [Dispersion medium replacement step]
上記の反応終了後、適宜、ろ過と水洗とを繰り返して精製する。そして、遠心分離機等により固液分離を行い、ケーキ状のセルロースを得た後、有機溶剤によるセルロースの洗浄を、必要に応じ繰り返し行い、有機溶剤中にセルロースを分散させ、分散媒の置換を行う。 After completion of the above reaction, purification is repeated by repeated filtration and washing as appropriate. Then, after performing solid-liquid separation with a centrifugal separator or the like to obtain cake-like cellulose, washing the cellulose with an organic solvent is repeated as necessary to disperse the cellulose in the organic solvent and replace the dispersion medium. Do.
上記有機溶媒としては、例えば、炭化水素系、芳香族炭化水素系、アルコール系、ハロゲン系、ケトン系、アミド系、カルボン酸系、エーテル系、エステル系、シアノ系、グリコール系、グリコールエーテル系、三級アミン系等の有機溶媒を用いることができる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。 Examples of the organic solvent include hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, halogens, ketones, amides, carboxylic acids, ethers, esters, cyanos, glycols, glycol ethers, An organic solvent such as a tertiary amine can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
〔疎水化工程（中和反応）〕
上記分散媒置換後のセルロースに対し、下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンにより中和反応を行う。これにより、上記セルロースのカルボキシル基が、下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンのアミノ基とイオン結合され、セルロースの疎水化が行われるようになる。なお、上記中和反応は、先に述べた有機溶媒中で行われる。
[Hydrophobicization step (neutralization reaction)]
The cellulose after the dispersion medium replacement is neutralized with a polyetheramine represented by the following general formula (1). As a result, the carboxyl group of the cellulose is ionically bonded to the amino group of the polyetheramine represented by the following general formula (1), so that the cellulose is hydrophobized. The neutralization reaction is performed in the organic solvent described above.
上記一般式（１）中、Ｒ１は炭素数１〜２０の直鎖あるいは分岐のアルキル基、および／またはアリール基を示し、Ｒ２は炭素数２〜４の直鎖あるいは分岐のアルキレン基を示し、ｎは１０以上５０以下の整数を示し、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基を示す。そして、上記Ｒ１は炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、炭素数１〜３のアルキル基がより好ましい。また、Ｒ２は炭素数２のアルキレン基が好ましい。また、ｎは１０以上３０以下が好ましい。すなわち、上記一般式（１）に示されるポリエーテルアミンが上記範囲内にあれば、ゲル状組成物の安定性が優れたものとなるからである。 In the general formula (1), R 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and / or an aryl group, and R 2 represents a linear or branched alkylene group having 2 to 4 carbon atoms. N represents an integer of 10 to 50, and AO represents an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms. R 1 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 2 is preferably an alkylene group having 2 carbon atoms. N is preferably 10 or more and 30 or less. That is, if the polyetheramine represented by the general formula (1) is within the above range, the stability of the gel composition is excellent.
なお、上記ポリエーテルアミンは、市販品では、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ シリーズ（ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）等が用いられる。 As the polyether amine, a commercially available product such as JEFFAMINE M series (manufactured by HUNTSMAN) is used.
〔解繊工程〕
上記中和反応後のセルロースをナノ解繊し、有機溶剤中にセルロースナノファイバーが分散されたゲル状組成物を得る。上記ナノ解繊に使用する分散機としては、例えば、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、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、よりナノ粒子状に微細化することが可能となり、より効率的かつ高度なダウンサイジングが可能となる。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等を用いても差し支えない。
[Defibration process]
The cellulose after the neutralization reaction is nano-defibrated to obtain a gel composition in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent. Examples of the disperser used for the nano-defibration include, for example, a homomixer under high-speed rotation, a high-pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, an ultrasonic dispersion treatment, a beater, a disc type refiner, a conical type refiner, a double disc type refiner, and a grinder. By using a device having a strong and beating ability such as the above, it becomes possible to make the particles finer into nanoparticles, and more efficient and advanced downsizing becomes possible. As the disperser, for example, a screw mixer, a paddle mixer, a disper mixer, a turbine mixer, or the like may be used.
なお、解繊後は、セルロースの繊維同士がナノレベルで絡み合ってしまうので、溶剤を保持する力が上がり、溶剤ハケが悪くなる。よって、上記解繊後の溶剤置換には時間がかかり、また多量の溶媒を使う必要がある。本発明のゲル状組成物の製法では、上記解繊前に溶剤置換を行っていることから、このような問題を生じなくて済む。 In addition, since the fibers of cellulose are entangled at the nano level after defibration, the power to hold the solvent is increased, and the solvent brush is deteriorated. Therefore, the solvent replacement after the defibration takes time and it is necessary to use a large amount of solvent. In the method for producing the gel composition of the present invention, such a problem does not occur because the solvent replacement is performed before the defibration.
このようにして得られた本発明のゲル状組成物は、有機溶剤系のゲル状組成物であって、有機溶剤中のセルロースナノファイバーが凝集することなく分散されており、粘性に優れている。なかでも、そのゲル状組成物に含有のセルロースナノファイバーが、最大繊維径が１０００ｎｍ以下で、数平均繊維径が２〜１５０ｎｍであって、セルロースＩ型結晶構造を有すると共に、セルロース分子中の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，ケトン基，カルボキシル基のいずれかとなっており、かつ上記カルボキシル基の含量が０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇの範囲であるとともに、そのカルボキシル基が上記特定のポリエーテルアミンのアミノ基とアミド結合されてなるものであるとき、より有機溶剤への分散性に優れ、粘性に優れたものとなる。そして、上記ゲル状組成物においては、完全な有機溶剤系にすることができ、さらに広範な有機溶剤を使用した場合であっても、上記セルロースナノファイバーの分散安定性が高いことから、高分子材料との複合化にも好適に用いることができる。そして、その増粘性の高さから、塗料・インキ分野、他にも切削油用途や接着剤用途等において、優れた機能を発揮することができる。 The gel composition of the present invention thus obtained is an organic solvent-based gel composition, in which cellulose nanofibers in the organic solvent are dispersed without agglomeration, and are excellent in viscosity. . Among them, the cellulose nanofiber contained in the gel composition has a maximum fiber diameter of 1000 nm or less, a number average fiber diameter of 2 to 150 nm, a cellulose I-type crystal structure, and glucose in the cellulose molecule. The hydroxyl group at the C6 position of the unit is selectively oxidized and modified to be either an aldehyde group, a ketone group, or a carboxyl group, and the content of the carboxyl group is in the range of 0.6 to 2.5 mmol / g. When the carboxyl group is an amide bond with the amino group of the specific polyetheramine, the dispersibility in an organic solvent is excellent and the viscosity is excellent. And in the said gel-like composition, even if it is a case where it is a case where a wider range organic solvent is used, since the dispersion stability of the said cellulose nanofiber is high, it is a polymer. It can be suitably used for compounding with materials. Due to its high viscosity, it can exhibit excellent functions in the paint and ink fields, as well as in cutting oil applications and adhesive applications.
なお、上記セルロースナノファイバーのカルボキシル基の含量は、分散安定性等の観点から、より好ましくは１．０〜２．２ｍｍｏｌ／ｇの範囲である。ここで、上記カルボキシル基量の測定は、以下のような電位差滴定により行うことができる。 The carboxyl group content of the cellulose nanofiber is more preferably in the range of 1.0 to 2.2 mmol / g from the viewpoint of dispersion stability and the like. Here, the measurement of the amount of carboxyl groups can be performed by potentiometric titration as follows.
〔カルボキシル基量の測定〕
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（ii）に従いカルボキシル基量を求めることができる。
[Measurement of carboxyl group content]
60 ml of a 0.5 to 1 wt% slurry was prepared from a dry-weighted cellulose sample, and the pH was adjusted to about 2.5 with a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution, and then a 0.05 M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise. Then, conduct electrical conductivity measurement. The measurement is continued until the pH is about 11. From the amount (V) of sodium hydroxide consumed in the weak acid neutralization stage where the change in electrical conductivity is gradual, the amount of carboxyl groups can be determined according to the following formula (ii).
また、上記セルロースナノファイバーは、分散性、増粘性等の観点から、より好ましくは最大繊維径が５００ｎｍ以下、かつ数平均繊維径が２〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは最大繊維径が３０ｎｍ以下、かつ数平均繊維径が２〜１０ｎｍである。 The cellulose nanofiber is more preferably a maximum fiber diameter of 500 nm or less and a number average fiber diameter of 2 to 100 nm, more preferably a maximum fiber diameter of 30 nm or less, from the viewpoints of dispersibility, thickening, and the like. The number average fiber diameter is 2 to 10 nm.
ここで、上記最大繊維径および数平均繊維径の解析は、例えば、つぎのようにして行うことができる。すなわち、固形分率で０．０５〜０．１重量％のセルロースナノファイバー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、本発明外の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。 Here, the analysis of the maximum fiber diameter and the number average fiber diameter can be performed, for example, as follows. That is, an aqueous dispersion of cellulose nanofibers 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. A sample for observation with a microscope (TEM) is used. In addition, when the fiber of the big fiber diameter outside this invention 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.
また、上記セルロースナノファイバーのアスペクト比は、通常５０以上であるが、好ましくは１００以上、より好ましくは２００以上である。すなわち、アスペクト比が小さすぎると、充分な擬塑性、流動性が得られないおそれがあるからである。 The aspect ratio of the cellulose nanofiber is usually 50 or more, preferably 100 or more, more preferably 200 or more. That is, if the aspect ratio is too small, sufficient pseudoplasticity and fluidity may not be obtained.
上記セルロースナノファイバーのアスペクト比は、例えば以下の方法で測定することができる。すなわち、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、セルロース繊維の数平均繊維径、および数平均繊維長を算出し、これらの値を用いて、下記の式（iii）に従い、アスペクト比を算出することができる。 The aspect ratio of the cellulose nanofiber can be measured, for example, by the following method. That is, from the TEM image (magnification: 10000 times) which was negatively stained with 2% uranyl acetate after the cellulose fibers were cast on a carbon film-coated grid that had been subjected to hydrophilic treatment, the number of cellulose fibers was determined according to the method described above. An average fiber diameter and a number average fiber length are calculated, and the aspect ratio can be calculated using these values according to the following formula (iii).
そして、本発明のゲル状組成物における上記セルロースナノファイバーの含有量は、分散性、増粘性等の観点から、ゲル状組成物全体の０．０１〜２０重量％の範囲であることが好ましく、より好ましくは、ゲル状組成物全体の２〜１０重量％の範囲である。また、本発明のゲル状組成物の粘度は、有機溶剤の粘度に対し１０倍以上であることが好ましい。 And, the content of the cellulose nanofiber in the gel composition of the present invention is preferably in the range of 0.01 to 20% by weight of the entire gel composition from the viewpoint of dispersibility, thickening, etc. More preferably, it is in the range of 2 to 10% by weight of the entire gel composition. Moreover, it is preferable that the viscosity of the gel-like composition of this invention is 10 times or more with respect to the viscosity of an organic solvent.
つぎに、実施例について比較例等と併せて説明する。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重量基準を意味する。 Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the examples, “%” means a weight basis unless otherwise specified.
まず、参考例，実施例および比較例に先立ち、参考例用，実施例用のセルロース繊維Ａ１〜Ａ６および比較例用のセルロース繊維Ａ’１，Ａ’２を、以下の製造例１〜８に従って調製した。 First, prior to Reference Examples, Examples and Comparative Examples, Cellulose Fibers A1 to A6 for Reference Examples and Examples and Cellulosic Fibers A′1 and A′2 for Comparative Examples were prepared according to the following Production Examples 1 to 8. Prepared.
〔製造例１：セルロース繊維Ａ１（参考例用）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％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５．２ｍｍｏｌ／ｇとなるように加え、反応を開始した。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塩酸を添加して中和した後、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を得た。つぎに、上記セルロース繊維にエタノールを加えて、ろ過し、エタノール洗浄を繰り返して、上記セルロース繊維に含まれる水をエタノールに置換することにより、セルロース繊維Ａ１を調製した。
[Production Example 1: Preparation of Cellulose Fiber A1 (for Reference Example)]
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% sodium hypochlorite aqueous solution (co-oxidant) was added to 1.0 g of the above pulp. Was added so that the amount of sodium hypochlorite was 5.2 mmol / g, and the reaction was started. 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 for neutralization, followed by purification by repeated filtration and washing to obtain cellulose fibers having oxidized fiber surfaces. Next, ethanol was added to the cellulose fiber, followed by filtration, ethanol washing was repeated, and water contained in the cellulose fiber was replaced with ethanol to prepare cellulose fiber A1.
〔製造例２：セルロース繊維Ａ２（参考例用）の調製〕
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量を、上記パルプ１．０ｇに対して６．５ｍｍｏｌ／ｇとした以外は、セルロース繊維Ａ１の調製法に準じて、セルロース繊維Ａ２を調製した。
[Production Example 2: Preparation of Cellulose Fiber A2 (for Reference Example)]
Cellulose fiber A2 was prepared according to the preparation method of cellulose fiber A1, except that the amount of sodium hypochlorite aqueous solution added was 6.5 mmol / g with respect to 1.0 g of the pulp.
〔製造例３：セルロース繊維Ａ３（参考例用）の調製〕
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量を、上記パルプ１．０ｇに対して１２．０ｍｍｏｌ／ｇとした以外は、セルロース繊維Ａ１の調製法に準じて、セルロース繊維Ａ３を調製した。
[Production Example 3: Preparation of Cellulose Fiber A3 (for Reference Example)]
Cellulose fiber A3 was prepared according to the preparation method of cellulose fiber A1, except that the amount of sodium hypochlorite aqueous solution added was 12.0 mmol / g with respect to 1.0 g of the pulp.
〔製造例４：セルロース繊維Ａ４（実施例用）の調製〕
セルロース繊維Ａ１の調製法と同様の手法で針葉樹パルプを酸化させた後、遠心分離機で固液分離し、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た。つぎに、上記セルロース繊維にエタノールを加えてろ過し、エタノール洗浄を繰り返して、上記セルロース繊維に含まれる水をエタノールに置換することにより、セルロース繊維Ａ４を調製した。
[Production Example 4: Preparation of cellulose fiber A4 (for Examples)]
Softwood pulp was oxidized by a method similar to the method for preparing cellulose fiber A1, and then solid-liquid separation was performed with a centrifuge, and pure water was added 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, 0.1N hydrochloric acid was added for neutralization, followed by purification by repeated filtration and washing to obtain cellulose fibers. Next, ethanol was added to the cellulose fiber, followed by filtration, ethanol washing was repeated, and water contained in the cellulose fiber was replaced with ethanol to prepare cellulose fiber A4.
〔セルロース繊維Ａ５（実施例用）の調製〕
セルロース繊維Ａ２の調製法と同様の手法で針葉樹パルプを酸化させた後、セルロース繊維Ａ４の調製法と同様の手法で還元、精製、エタノール置換することにより、セルロース繊維Ａ５を調製した。
[Preparation of Cellulose Fiber A5 (for Examples)]
Cellulose fiber A5 was prepared by oxidizing softwood pulp by the same method as the method for preparing cellulose fiber A2, and then reducing, purifying, and substituting with ethanol using the same method as the method for preparing cellulose fiber A4.
〔セルロース繊維Ａ６（実施例用）の調製〕
セルロース繊維Ａ３の調製法と同様の手法で針葉樹パルプを酸化させた後、セルロース繊維Ａ４の調製法と同様の手法で還元、精製、エタノール置換することにより、セルロース繊維Ａ６を調製した。
[Preparation of Cellulose Fiber A6 (for Examples)]
Cellulose fiber A6 was prepared by oxidizing softwood pulp by the same method as the method for preparing cellulose fiber A3, and then reducing, purifying, and substituting with ethanol using the same method as the method for preparing cellulose fiber A4.
〔セルロース繊維Ａ’１（比較例用）の調製〕
針葉樹漂白クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）５０ｇをエタノール４９５０ｇに分散させ、パルプ濃度１％の分散液を調製した。この分散液をセレンディピターＭＫＣＡ６−３（増幸産業社製）で３０回処理し、セルロース繊維Ａ’１を得た。
[Preparation of Cellulose Fiber A′1 (for Comparative Example)]
50 g of softwood bleached kraft pulp (NBKP) was dispersed in 4950 g of ethanol to prepare a dispersion having a pulp concentration of 1%. This dispersion was treated 30 times with serendipeater MKCA6-3 (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.) to obtain cellulose fiber A′1.
〔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の調製法に準じて、セルロース繊維Ａ’２を調製した。
[Preparation of Cellulose Fiber A′2 (for Comparative Example)]
In addition to using regenerated cellulose in place of the raw conifer pulp and adding 27.0 mmol / g of sodium hypochlorite aqueous solution to 1.0 g of regenerated cellulose, the preparation method of cellulose fiber A1 Accordingly, cellulose fiber A′2 was prepared.
上記のようにして得られたセルロース繊維Ａ１〜Ａ６，Ａ’１，Ａ’２について、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を、後記の表１に示した。 With respect to the cellulose fibers A1 to A6, A′1 and A′2 obtained as described above, each characteristic was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1 below.
＜結晶構造＞
Ｘ線回折装置（リガク社製、ＲＩＮＴ−Ｕｌｔｉｍａ３）を用いて、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。
<Crystal structure>
Using an X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, RINT-Utima3), the diffraction profile of cellulose fiber was measured, and typical at two positions, 2 theta = 14-17 ° and 2 theta = 22-23 °. 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”.
＜数平均繊維径、アスペクト比の測定＞
セルロース繊維に純水を加えて１％に希釈し、高圧ホモジナイザー（Ｈ１１、三和エンジニアリング社製）を用いて圧力１００ＭＰａで１回処理した。そのときのセルロース繊維の数平均繊維径、および数平均繊維長を、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、数平均繊維径、および数平均繊維長を算出した。さらに、これらの値を用いてアスペクト比を下記の式（iii）に従い算出した。
<Measurement of number average fiber diameter and aspect ratio>
Pure water was added to the cellulose fiber to dilute it to 1%, and it was treated once at a pressure of 100 MPa using a high-pressure homogenizer (H11, manufactured by Sanwa Engineering Co., Ltd.). The number average fiber diameter and the number average fiber length of the cellulose fibers at that time were observed using a transmission electron microscope (TEM, JEM-1400 manufactured by JEOL Ltd.). That is, after each cellulose fiber was cast on a hydrophilized carbon film-coated grid and negatively stained with 2% uranyl acetate, the number average fiber diameter was determined according to the method described above. The number average fiber length was calculated. Further, using these values, the aspect ratio was calculated according to the following formula (iii).
＜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）から、下記の式（ii）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) in accordance with the following formula (ii) in the neutralization step of weak acid where the change in electrical conductivity was gradual.
＜カルボニル基量の測定（セミカルバジド法）＞
セルロース繊維を約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。つぎに、この溶液１０ｍｌを正確に１００ｍｌビーカーに採取し、５Ｎ硫酸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、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（ｉ）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。
<Measurement of amount of carbonyl group (semicarbazide method)>
About 0.2 g of cellulose fiber was precisely weighed, and precisely 50 ml of a 3 g / l aqueous solution of semicarbazide hydrochloride adjusted to pH = 5 with a phosphate buffer was added thereto, sealed, and shaken for 2 days. Next, 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 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, etc., the carbonyl in the sample was determined according to the following formula (i). The base amount (total content of aldehyde group and ketone group) was determined.
＜アルデヒド基の検出＞
セルロース繊維を０．４ｇ精秤し、日本薬局方に従って調製したフェーリング試薬（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５ｍｌと、硫酸銅五水和物水溶液５ｍｌ）を加えた後、８０℃で１時間加熱した。そして、上澄みが青色、セルロース繊維部分が紺色を呈するものはアルデヒド基が検出されなかったと判断し、「なし」と評価した。また、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、アルデヒド基が検出されたと判断し、「あり」と評価した。
<Detection of aldehyde group>
0.4 g of cellulose fiber was precisely weighed and added with a Fering reagent prepared according to the Japanese Pharmacopoeia (5 ml of a mixed solution of sodium potassium tartrate and sodium hydroxide and 5 ml of an aqueous copper sulfate pentahydrate solution) at 80 ° C. Heated for 1 hour. Then, when the supernatant was blue and the cellulose fiber part was amber, it was judged that no aldehyde group was detected, and was evaluated as “none”. Moreover, when the supernatant was yellow and the cellulose fiber portion was red, it was judged that an aldehyde group was detected, and was evaluated as “Yes”.
上記のように、セルロース繊維Ａ’１は、繊維表面の水酸基が酸化されておらず、セルロース繊維Ａ’２は、セルロースＩ型結晶構造を有していない。なお、上記セルロース繊維Ａ１〜Ａ６に関し、セルロース繊維表面上のグルコースユニットのＣ６位の水酸基のみが選択的にカルボキシル基等に酸化されているかどうかについて、１３Ｃ−ＮＭＲチャートで確認した結果、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１７８ｐｐｍにカルボキシル基に由来するピークが現れていた。このことから、セルロース繊維Ａ１〜Ａ６は、いずれもグルコース単位の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が確認された。 As described above, in the cellulose fiber A′1, the hydroxyl group on the fiber surface is not oxidized, and the cellulose fiber A′2 does not have a cellulose I-type crystal structure. In addition, regarding the cellulose fibers A1 to A6, whether or not only the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit on the surface of the cellulose fiber was selectively oxidized to a carboxyl group or the like was confirmed by a 13 C-NMR chart. The 62 ppm peak corresponding to the C6 position of the primary hydroxyl group of the glucose unit, which can be confirmed by the 13 C-NMR chart of cellulose, disappeared after the oxidation reaction, and instead a peak derived from the carboxyl group appeared at 178 ppm. From this, it was confirmed that in each of the cellulose fibers A1 to A6, only the C6 hydroxyl group of the glucose unit was oxidized to a carboxyl group or the like.
〔参考例１〕
上記セルロース繊維Ａ１に、エタノールと、上記セルロース繊維Ａ１のカルボキシル基量と等量のポリエーテルアミン（ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２０７０、ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）とを加えて、２％に希釈し、高圧ホモジナイザー（スギノマシン社製、スターバースト）を用いて圧力１００ＭＰａで１回処理した。これを、更にエタノールで希釈（ゲル状組成物全量の０．７５％がセルロース繊維Ａ１となるよう希釈）し、Ｔ．Ｋ．ホモミクサー（ＰＲＩＭＩＸ社製）により８０００ｒｐｍで１０分間撹拌することにより、セルロースをナノ分散させ、溶剤系ゲル状組成物を調製した。この調製物について、下記の基準に従って、各特性の評価を行った結果、いずれも「○」の評価が得られた。なお、粘度の評価において、分散溶剤であるエタノールの粘度は０．８８ｍＰａ・ｓとした。
[ Reference Example 1]
To the cellulose fiber A1, ethanol and a polyether amine (JEFFAMINE M-2070, manufactured by HUNTSMAN) in an amount equal to the carboxyl group amount of the cellulose fiber A1 are added, diluted to 2%, and a high-pressure homogenizer (Sugino machine). The product was processed once at a pressure of 100 MPa using a Starburst product. This was further diluted with ethanol (0.75% of the total amount of the gel composition was diluted with cellulose fiber A1). K. By stirring for 10 minutes at 8000 rpm with a homomixer (manufactured by PRIMIX), the cellulose was nano-dispersed to prepare a solvent-based gel composition. As a result of evaluating each property of this preparation according to the following criteria, an evaluation of “◯” was obtained. In the evaluation of the viscosity, the viscosity of ethanol as the dispersion solvent was 0.88 mPa · s.
〔分散性〕
撹拌調製された溶剤系ゲル状組成物を脱気してガラス瓶にうつし、一日静置した。静置後、溶液中でセルロース繊維が凝集し、沈降した場合を「×」、溶液中でセルロース繊維が沈降することなく、均一に分散している場合を「○」と評価した。
[Dispersibility]
The solvent-based gel composition prepared by stirring was degassed, transferred to a glass bottle, and allowed to stand for one day. After standing, the case where the cellulose fibers aggregated and settled in the solution was evaluated as “×”, and the case where the cellulose fibers were uniformly dispersed in the solution was evaluated as “◯”.
〔粘度〕
撹拌調製された溶剤系ゲル状組成物を脱気してガラス瓶にうつし、一日静置した後、音叉型振動式型粘度計（Ａ＆Ｄ社製 ＳＶ−１０、３０Ｈｚ：３ｍｉｎ、２５℃）を用いて粘度（ｍＰａ・ｓ）を測定した。そして、下記の基準に従い、粘度の評価を行った。
◎：分散溶剤の粘度と比較して、測定溶液の粘度が１００倍を超える
○：分散溶剤の粘度と比較して、測定溶液の粘度が１０倍以上１００倍以下
×：分散溶剤の粘度と比較して、測定溶液の粘度が１０倍未満
〔viscosity〕
The solvent-based gel composition prepared by stirring was degassed, placed in a glass bottle, allowed to stand for one day, and then used with a tuning fork vibration type viscometer (SV-10, 30 Hz: 3 min, 25 ° C., manufactured by A & D). The viscosity (mPa · s) was measured. Then, the viscosity was evaluated according to the following criteria.
◎: The viscosity of the measurement solution exceeds 100 times compared with the viscosity of the dispersion solvent ○: The viscosity of the measurement solution is 10 times or more and 100 times or less compared with the viscosity of the dispersion solvent ×: Compared with the viscosity of the dispersion solvent The viscosity of the measurement solution is less than 10 times
〔参考例２，３、実施例１〜３、比較例１，２〕
セルロース繊維Ａ１に代えて、前記のようにして得られたセルロース繊維Ａ２〜Ａ６、Ａ’１、Ａ’２を使用（下記の表２に示す組合せのセルロース繊維を使用）した以外は、参考例１と同様にして（ポリエーテルアミンとしては、参考例１と同様、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２０７０（ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）を使用）、溶剤系ゲル状組成物を調製した。そして、上記基準に従って各特性の評価を行ったものを、下記の表２に併せて示す。
[ Reference Examples 2 and 3, Examples 1 to 3 , Comparative Examples 1 and 2]
Reference Example, except that the cellulose fibers A2 to A6, A′1 and A′2 obtained as described above were used in place of the cellulose fibers A1 (the cellulose fibers having the combinations shown in Table 2 below were used). In the same manner as in Example 1 (as the polyether amine, JEFFAMINE M-2070 (manufactured by HUNTSMAN) was used as in Reference Example 1), a solvent-based gel composition was prepared. And what evaluated each characteristic according to the said reference | standard is combined with following Table 2, and is shown.
上記表２の結果より、実施例のゲル状組成物は、均一に分散し、粘度の点でも良好な結果が得られた。これに対し、比較例１のゲル状組成物では、セルロース繊維Ａ’１がポリエーテルアミンによって中和反応されていないため、分散性が低く、粘度は測定できなかった。また比較例２のゲル状組成物では、セルロース繊維Ａ’２が針葉樹起源ではないことから、セルロースＩ型結晶構造を有しておらず、分散性は良好であったが、粘度の点で劣っていた。 From the results of Table 2 above, the gel compositions of the examples were uniformly dispersed, and good results were obtained in terms of viscosity. In contrast, in the gel composition of Comparative Example 1, since the cellulose fiber A′1 was not neutralized by the polyetheramine, the dispersibility was low and the viscosity could not be measured. Further, in the gel composition of Comparative Example 2, since the cellulose fiber A′2 was not derived from conifers, it did not have a cellulose I-type crystal structure and had good dispersibility, but was inferior in terms of viscosity. It was.
〔実施例４〕
前記のようにして得られたセルロース繊維Ａ６に、トルエンを加えて洗浄ろ過を繰り返し、エタノールをトルエンに置換した。その後、トルエンに置換した上記セルロース繊維に、トルエンと、上記セルロース繊維Ａ６のカルボキシル基量と等量のポリエーテルアミン（ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２０７０、ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）とを加えて、２％に希釈し、高圧ホモジナイザー（スギノマシン社製、スターバースト）を用いて圧力１００ＭＰａで１回処理した。これをトルエンで更に希釈（ゲル状組成物全量の０．７５％がセルロース繊維Ａ１となるよう希釈）し、Ｔ．Ｋ．ホモミクサー（ＰＲＩＭＩＸ社製）により８０００ｒｐｍで１０分間撹拌することにより、セルロースをナノ分散させ、溶剤系ゲル状組成物を調製した。この調製物について、前記基準に従って、分散性および粘度を測定し評価を行った結果、分散性が「○」、粘度が「◎」の評価が得られた。なお、粘度の評価において、分散溶剤であるトルエンの粘度は０．５６ｍＰａ・ｓとした。
[Example 4 ]
Toluene was added to the cellulose fiber A6 obtained as described above, washing and filtration were repeated, and ethanol was replaced with toluene. Thereafter, to the cellulose fiber substituted with toluene, toluene and a polyetheramine (JEFFAMINE M-2070, manufactured by HUNTSMAN) in an amount equal to the carboxyl group amount of the cellulose fiber A6 are added and diluted to 2%. Using a high-pressure homogenizer (Sugino Machine, Starburst), the treatment was performed once at a pressure of 100 MPa. This was further diluted with toluene (diluted so that 0.75% of the total amount of the gel composition became cellulose fibers A1). K. By stirring for 10 minutes at 8000 rpm with a homomixer (manufactured by PRIMIX), the cellulose was nano-dispersed to prepare a solvent-based gel composition. This preparation was evaluated by measuring dispersibility and viscosity according to the above criteria, and as a result, evaluation of dispersibility of “◯” and viscosity of “◎” was obtained. In the evaluation of the viscosity, the viscosity of toluene as the dispersion solvent was set to 0.56 mPa · s.
〔実施例５〜９、比較例３〜５〕
分散溶媒であるトルエンと、修飾剤であるポリエーテルアミン（ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２０７０、ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）を、下記の表３のように変更した。それ以外は実施例４と同様の手法で溶剤系ゲル状組成物を調製し、分散性および粘度を測定し評価を行った。なお、表３において、修飾剤「Ｍ２０７０」はＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２０７０（ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）であり、修飾剤「Ｍ２００５」はＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｍ−２００５（ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）であり、修飾剤「Ｄ２０００」はＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｄ−２０００（ＨＵＮＴＳＭＡＮ社製）である。また、粘度の評価において、分散溶剤であるトルエンの粘度は０．５６ｍＰａ・ｓ、塩化メチレンの粘度は０．４５ｍＰａ・ｓ、エチレングリコールの粘度は、３０．０ｍＰａ・ｓ、エタノールの粘度は０．８８ｍＰａ・ｓとした。そして、その結果を、下記の表３に併せて示す。
[Examples 5 to 9 and Comparative Examples 3 to 5]
Toluene as a dispersion solvent and polyetheramine (JEFFAMINE M-2070, manufactured by HUNTSMAN) as a modifier were changed as shown in Table 3 below. Otherwise, a solvent-based gel composition was prepared in the same manner as in Example 4, and the dispersibility and viscosity were measured and evaluated. In Table 3, the modifier “M2070” is JEFFAMINE M-2070 (manufactured by HUNTSMAN), the modifier “M2005” is JEFFAMINE M-2005 (manufactured by HUNTSMAN), and the modifier “D2000” is JEFFAMINE D. -2000 (manufactured by HUNTSMAN). In the evaluation of the viscosity, the viscosity of toluene as a dispersion solvent is 0.56 mPa · s, the viscosity of methylene chloride is 0.45 mPa · s, the viscosity of ethylene glycol is 30.0 mPa · s, and the viscosity of ethanol is 0.2. 88 mPa · s. And the result is combined with following Table 3, and is shown.
上記表３の結果より、実施例のゲル状組成物は、分散性および粘度の点で良好な結果が得られた。これに対し、比較例３のゲル状組成物では、分散性は良好であったが、セルロースナノファイバー同士の凝集力も働き、粘度の向上には至らなかった。比較例４のゲル状組成物では、修飾剤の疎水性が足りず、セルロースナノファイバーが完全に凝集してしまい、分散性は低い結果となった。比較例５のゲル状組成物では、修飾剤にポリエーテルジアミンであるＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｄ−２０００を用いたため、２つのアミノ基がセルロースナノファイバー同士を架橋し、凝集させてしまい、分散性は低い結果となった。分散性が低い比較例４と比較例５のゲル状組成物に関しては、分散性が良好ではなかったため、粘度測定は行っていない。 From the results of Table 3 above, the gel compositions of the examples obtained good results in terms of dispersibility and viscosity. On the other hand, in the gel composition of Comparative Example 3, the dispersibility was good, but the cohesive force between the cellulose nanofibers also worked and the viscosity was not improved. In the gel composition of Comparative Example 4, the modifier was not sufficiently hydrophobic, and the cellulose nanofibers were completely aggregated, resulting in low dispersibility. In the gel composition of Comparative Example 5, since JEFFAMINE D-2000, which is a polyether diamine, was used as a modifier, the two amino groups cross-linked cellulose nanofibers and aggregated, resulting in low dispersibility. became. Regarding the gel compositions of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 having low dispersibility, the viscosity was not measured because the dispersibility was not good.
本発明のゲル状組成物は、溶剤系ゲル状組成物であり、広範な有機溶剤に対し高い分散安定性を示すことから、高分子材料との複合化にも好適に用いることができる。また、高い増粘性を示すことから、塗料・インキ分野、他にも切削油用途や接着剤用途など、好適に用いることができる。 The gel composition of the present invention is a solvent-based gel composition and exhibits high dispersion stability with respect to a wide range of organic solvents, and therefore can be suitably used for compounding with a polymer material. In addition, since it exhibits high viscosity, it can be suitably used in the paint / ink field, as well as in cutting oil and adhesive applications.
Claims (4)
（Ａ）最大繊維径が１０００ｎｍ以下で、数平均繊維径が２〜１５０ｎｍのセルロースナノファイバーであって、そのセルロースが、セルロースＩ型結晶構造を有すると共に、セルロース分子中のグルコースユニットのＣ６位が選択的に水酸基，アルデヒド基，ケトン基，カルボキシル基のいずれかとなっており、かつ上記カルボキシル基の含量が０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇ、上記アルデヒド基とケトン基の合計含量が、セミカルバジド法による測定において０．３ｍｍｏｌ／ｇ以下であるとともに、上記カルボキシル基が下記の一般式（１）に示されるポリエーテルアミンのアミノ基とイオン結合されてなる、セルロースナノファイバー。
(A) Cellulose nanofibers having a maximum fiber diameter of 1000 nm or less and a number average fiber diameter of 2 to 150 nm, the cellulose having a cellulose I-type crystal structure, and the C6 position of the glucose unit in the cellulose molecule Selectively hydroxyl group, aldehyde group, ketone group, carboxyl group, the content of the carboxyl group is 0.6 to 2.5 mmol / g, and the total content of the aldehyde group and the ketone group is the semicarbazide method. Cellulose nanofibers, which are 0.3 mmol / g or less in the measurement by the above, and wherein the carboxyl group is ionically bonded to the amino group of the polyetheramine represented by the following general formula (1).
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