JP6671935B2 - Method for producing dry solid material of cellulose nanofiber - Google Patents

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本発明は、セルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法に関する。さらに、該乾燥固形物を溶媒に再分散させたセルロースナノファイバー分散体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a dried solid of cellulose nanofiber. Further, the present invention relates to a method for producing a cellulose nanofiber dispersion in which the dried solid is redispersed in a solvent.

セルロースナノファイバー(以下、CNFということがある)は、水系分散性に優れている約4〜数百nm程度の大きさの微細繊維であり、食品、化粧品、医療品又は塗料等の粘度の保持、食品原料生地の強化、水分の保持、食品安定性向上、低カロリー添加物又は乳化安定化助剤として利用されていることが期待されている。   Cellulose nanofiber (hereinafter, sometimes referred to as CNF) is a fine fiber having a size of about 4 to several hundreds nm, which is excellent in aqueous dispersibility, and maintains the viscosity of food, cosmetics, medical products, paints, and the like. It is expected to be used as a raw material for foodstuffs, to retain moisture, to improve food stability, to be used as a low-calorie additive, or as an emulsification stabilizing aid.

水に分散している状態(湿潤状態)のCNFを乾燥させた固形物は、微細なセルロース繊維間に水素結合が形成されるため、この乾燥固形物に水を加えても、乾燥前(湿潤状態)の溶解性、分散性、沈降度、及び粘度などの諸特性が復元しない。このため、CNFは水に分散している状態(湿潤状態)で製造され、乾燥させずに湿潤状態のままで各種用途に使用されることが通常行われている。   In a solid obtained by drying CNF in a state of being dispersed in water (wet state), hydrogen bonds are formed between fine cellulose fibers. Therefore, even if water is added to this dry solid, it is not dried (wet state). Various properties such as solubility, dispersibility, degree of sedimentation, and viscosity of (state) are not restored. For this reason, CNF is usually manufactured in a state of being dispersed in water (wet state), and is usually used in various applications without being dried without being dried.

しかしながら、この湿潤状態のCNFを安定させるためには、CNFに対して数倍〜数百倍の重量の水が必要であり、保存スペースの確保、保存及び輸送コストの増大等、種々の問題点がある。   However, in order to stabilize the wet state of CNF, several times to several hundred times of weight of water is required for CNF, and various problems such as securing storage space and increasing storage and transportation costs. There is.

この問題を解決する手段として、凍結乾燥法や臨界点乾燥法などの他に、有機溶剤で置換処理した後に乾燥する方法(特許文献1)などが提案されている。   As a means for solving this problem, other than a freeze-drying method and a critical point drying method, a method of drying after substitution treatment with an organic solvent (Patent Document 1) has been proposed.

特開平6−233691号JP-A-6-233691

しかしながら、CNFを凍結乾燥した場合、膨大なエネルギーが必要になるとともに、条件によってはCNFの微細繊維間の水が凍結される際に、微細なセルロース繊維間の空隙よりも大きな氷晶の成長が起こり、CNFの微細繊維同士の会合が発生するなどの問題が発生する。   However, when CNF is freeze-dried, enormous energy is required, and depending on the conditions, when water between the fine fibers of CNF is frozen, the growth of ice crystals larger than the voids between the fine cellulose fibers may occur. This causes problems such as the association of fine fibers of CNF.

また、CNFの微細繊維の間の空隙は非常に小さい上に、微細なセルロース繊維の表面には多量の水が水和しているため、溶剤置換によって乾燥させるには、多量の溶剤と時間が必要となる。さらに、溶剤に置換することができない水分が内在してしまうために、溶剤の乾燥過程でCNFの微細なセルロース繊維の表面同士が水素結合によって強固に結合してしまう。このため、もとのCNFの状態に復元することは困難である。   In addition, the voids between the fine fibers of CNF are very small, and a large amount of water is hydrated on the surface of the fine cellulose fibers. Required. Further, since moisture that cannot be replaced by the solvent is present therein, the surfaces of the fine cellulose fibers of CNF are strongly bonded to each other by hydrogen bonding during the drying process of the solvent. For this reason, it is difficult to restore the state of the original CNF.

そこで、本発明は、安定に分散されているCNF分散液を乾燥させたCNF乾燥固形物を水に再分散したCNF分散液の粘度、透明性などの物性が、乾燥前のCNF分散液と比較して変化が少ない特性(再分散性)を有するCNFの乾燥固形物の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a CNF dispersion obtained by re-dispersing a CNF dry solid obtained by drying a stably dispersed CNF dispersion in water, in comparison with a CNF dispersion before drying. It is an object of the present invention to provide a method for producing a CNF dry solid having characteristics (redispersibility) with little change.

本発明は、以下の[1]〜[6]を提供する。
[1] セルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法であって、
(A)セルロース原料を解繊して、平均繊維径が2〜500nmのセルロースナノファイバーを得る工程、
(B)前記(A)で得られたセルロースナノファイバーを平均繊維長が0.2〜1.0μmとなるよう短繊維化する工程、及び
(C)前記(B)で得られたセルロースナノファイバーを乾燥する工程
を含むことを特徴とするセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。
[2] 前記(A)で得られたセルロースナノファイバーが、該セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、カルボキシル基の量が0.6mmol/g〜3.0mmol/gのセルロースナノファイバーであることを特徴とする[1]に記載のセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。
[3] 前記(A)で得られたセルロースナノファイバーが、該セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01〜0.50のセルロースナノファイバーであることを特徴とする[1]に記載のセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。
[4] 前記(A)で得られたセルロースナノファイバーが、該セルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02〜0.50のセルロースナノファイバーであることを特徴とする[1]に記載のセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。
[5] 前記(B)の短繊維化する工程が、過酸化水素を用いた短繊維化処理であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載のセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。
[6] [1]〜[5]のいずれか1項に記載の方法により得られたセルロースナノファイバーの乾燥固形物を、溶媒に再分散させてセルロースナノファイバー分散体を得る工程を含む、セルロースナノファイバー分散体の製造方法。
The present invention provides the following [1] to [6].
[1] A method for producing a dry solid material of cellulose nanofiber,
(A) a step of fibrillating the cellulose raw material to obtain a cellulose nanofiber having an average fiber diameter of 2 to 500 nm;
(B) a step of shortening the cellulose nanofiber obtained in (A) to have a mean fiber length of 0.2 to 1.0 μm; and (C) a cellulose nanofiber obtained in (B). A method for producing a dried solid of cellulose nanofibers, comprising the step of drying
[2] The cellulose nanofiber obtained in the above (A) is a cellulose nanofiber having a carboxyl group content of 0.6 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry weight of the cellulose nanofiber. The method for producing a dried solid of cellulose nanofiber according to [1], which is characterized in that:
[3] The method according to [1], wherein the cellulose nanofiber obtained in (A) is a cellulose nanofiber having a degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of the cellulose of 0.01 to 0.50. A method for producing a dried solid of cellulose nanofiber according to the above.
[4] The cellulose nanofiber obtained in the above (A) is a cellulose nanofiber having a degree of cation substitution per glucose unit of the cellulose of 0.02 to 0.50. Method for producing a dried solid of cellulose nanofibers.
[5] The cellulose nanofiber according to any one of [1] to [4], wherein the step (B) of shortening the fiber is a fiber shortening treatment using hydrogen peroxide. A method for producing a dried solid.
[6] A cellulose comprising a step of redispersing a dry solid of cellulose nanofiber obtained by the method according to any one of [1] to [5] in a solvent to obtain a cellulose nanofiber dispersion. A method for producing a nanofiber dispersion.

本発明によれば、安定に分散されているCNF分散液を乾燥させたCNF乾燥固形物を水に再分散したCNF分散液の粘度、透明性などの物性が、乾燥前のCNF分散液と比較して変化が少ない特性(再分散性)を有するCNFの乾燥固形物を提供することができる。   According to the present invention, the viscosity, transparency and other properties of a CNF dispersion obtained by redispersing a CNF dry solid obtained by drying a stably dispersed CNF dispersion in water are compared with those of a CNF dispersion before drying. As a result, it is possible to provide a dry solid of CNF having characteristics (redispersibility) with little change.

本発明によって得られるCNFの乾燥固形物は、その固形物を水に分散させた湿潤状態のCNFが、乾燥前の湿潤状態のCNFの溶解性、分散性、沈降度、及び粘度などの諸特性の変化が少ない特性(再分散性)を有する。   The dry solid of CNF obtained by the present invention is obtained by dispersing the solid in water to obtain wet CNF, and various properties such as solubility, dispersibility, sedimentation, and viscosity of wet CNF before drying. (Redispersibility).

本発明のCNFの乾燥固形物が、優れた再分散性を発現する理由は明らかではないが、CNFを短繊維化処理した結果、再分散性を低下させる要因と考える繊維間の水素結合の生成や繊維同士の絡まりを抑制、制御することができるため、乾燥固形物の再分散性を大幅に改善する事ができると推測される。   Although it is not clear why the dry solid matter of the CNF of the present invention exhibits excellent redispersibility, the formation of hydrogen bonds between fibers considered to be a factor that reduces the redispersibility as a result of CNF shortening treatment. It is speculated that the entanglement between fibers and fibers can be suppressed and controlled, so that the redispersibility of the dried solid can be significantly improved.

本発明において、乾燥固形物とは、水分量が20質量%以下になるように乾燥させた状態をいう。水分量は0〜20質量%であることが好ましく、輸送にかかる費用を低減させるという観点からは0〜15質量%であることがさらに好ましい。乾燥時には、水分量0%(絶乾)まで乾燥させてもよい。例えば、105℃で3時間の乾燥により、絶乾させることができる。   In the present invention, the term “dry solid” refers to a dried state in which the water content is 20% by mass or less. The water content is preferably from 0 to 20% by mass, and more preferably from 0 to 15% by mass from the viewpoint of reducing transportation costs. At the time of drying, it may be dried to a water content of 0% (absolutely dry). For example, absolute drying can be performed by drying at 105 ° C. for 3 hours.

セルロースナノファイバーの乾燥固形物としては、セルロースナノファイバーの分散液を乾燥させたもの、あるいはセルロースナノファイバーと水溶性高分子と混合液を乾燥させたものを例示することができる。なお、再分散性の点では後者が好ましい。上記水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、ジェランガム、ペクチン、グァーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら1つ以上の混合物をいう。この中でも、カルボキシメチルセルロース及びその塩を用いることが相溶性の点から好ましい。   Examples of the dried solid of cellulose nanofibers include those obtained by drying a dispersion liquid of cellulose nanofibers and those obtained by drying a liquid mixture of cellulose nanofibers and a water-soluble polymer. The latter is preferred from the viewpoint of redispersibility. Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, and starch. , Kudzu flour, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, locust bean gum, gellan gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein dissolved product, peptone, polyvinyl alcohol , Polyacrylamide, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycer Resin, latex, rosin-based sizing agent, petroleum resin-based sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide / polyamine resin, polyethylene imine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic cross-linked polymer, polyacryl Acid salt, starch polyacrylic acid copolymer, tamarind gum, gellan gum, pectin, guar gum, colloidal silica and mixtures of one or more thereof. Among them, carboxymethylcellulose and its salts are preferably used from the viewpoint of compatibility.

上記セルロースナノファイバーの乾燥固形物は、セルロースナノファイバーの水分散液、あるいはセルロースナノファイバー分散液と水溶性高分子を含有した混合液を、pHを9〜11に調整した後に、脱水・乾燥することが再分散性の点から好ましい。セルロースナノファイバーの分散液に水溶性高分子を配合する場合、水溶性高分子の配合量は、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して、5〜50重量%であることが好ましい。5重量%未満であると十分な再分散性の効果が発現しない。一方、50重量%を超えるとセルロースナノファイバーの特徴である粘度特性、分散安定性の低下などの問題が生じる。   The dried solid material of the cellulose nanofiber is dehydrated and dried after adjusting the pH of the aqueous dispersion of the cellulose nanofiber or the mixture containing the cellulose nanofiber dispersion and the water-soluble polymer to 9 to 11, and then drying. Is preferred from the viewpoint of redispersibility. When the water-soluble polymer is mixed with the dispersion liquid of the cellulose nanofiber, the compounding amount of the water-soluble polymer is preferably 5 to 50% by weight based on the absolute dry solid content of the cellulose nanofiber. If it is less than 5% by weight, a sufficient redispersibility effect is not exhibited. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, problems such as a decrease in viscosity characteristics and dispersion stability, which are characteristics of cellulose nanofibers, occur.

(セルロースナノファイバー)
本発明において、CNFは、繊維幅が2〜500nm程度、アスペクト比が100以上の微細繊維であり、パルプなどのセルロース原料を解繊することによって得ることができる。
(Cellulose nanofiber)
In the present invention, CNF is a fine fiber having a fiber width of about 2 to 500 nm and an aspect ratio of 100 or more, and can be obtained by fibrillating a cellulose material such as pulp.

(セルロース原料)
本発明において、セルロース原料としては、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等を起源とするものが知られており、本発明ではそのいずれも使用できる。好ましくは植物又は微生物由来のセルロース繊維であり、より好ましくは植物由来のセルロース繊維である。
(Cellulose raw material)
In the present invention, as a cellulose raw material, plants (for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood Bleached Kraft Pulp (LUKP), Hardwood Bleached Kraft Pulp (LBKP), Softwood Unbleached Sulfite Pulp (NUSP), Softwood Bleached Sulfite Pulp (NBSP) Thermomechanical Pulp (TMP), Recycled Pulp, Used Paper, etc. Ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), those derived from microbial products, etc. are known, and any of them can be used in the present invention. Preferably, cellulose fibers derived from plants or microorganisms And more preferably a plant-derived cellulose fiber.

(カルボキシメチル化)
本発明において、化学変性セルロースとして、カルボキシメチル化したセルロースを用いる場合、カルボキシメチル化したセルロースは、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシメチル化することにより得てもよく、市販品を用いてもよい。いずれの場合も、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が0.01〜0.50となるものが好ましい。そのようなカルボキシメチル化したセルロースを製造する方法の一例として次のような方法を挙げることができる。セルロースを発底原料にし、溶媒として3〜20重量倍の水及び/又は低級アルコール、具体的には水、メタノール、エ
タノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、又は2種以上の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールを混合する場合の低級アルコールの混合割合は、60〜95重量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0〜70℃、好ましくは10〜60℃、かつ反応時間15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加し、反応温度30〜90℃、好ましくは40〜80℃、かつ反応時間30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化反応を行う。
(Carboxymethylation)
In the present invention, when carboxymethylated cellulose is used as the chemically modified cellulose, the carboxymethylated cellulose may be obtained by carboxymethylating the above-mentioned cellulose raw material by a known method, using a commercially available product. Is also good. In any case, it is preferable that the degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit of cellulose is 0.01 to 0.50. An example of a method for producing such carboxymethylated cellulose includes the following method. Cellulose is used as the starting material, and 3 to 20 times by weight of water and / or lower alcohol as a solvent, specifically, water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary A single medium such as butanol or a mixed medium of two or more kinds is used. The mixing ratio of the lower alcohol when the lower alcohol is mixed is 60 to 95% by weight. As the mercerizing agent, 0.5 to 20 moles of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, is used in an amount of 0.5 to 20 moles per anhydroglucose residue of the starting material. The bottoming raw material, a solvent and a mercerizing agent are mixed, and a mercerization treatment is performed at a reaction temperature of 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C, and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, a carboxymethylating agent is added in a molar amount of 0.05 to 10.0 times per glucose residue, and the reaction temperature is 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C, and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. Perform etherification reaction for ~ 4 hours.

(カルボキシル化)
本発明において、化学変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いる場合、カルボキシル化セルロース(酸化セルロースとも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されるものではないが、カルボキシル化の際には、アニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、カルボキシル基の量が0.6〜3.0mmol/gとなるように調整することが好ましく、1.0mmol/g〜2.0mmol/gになるように調整することがさらに好ましい。カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(−COOH)またはカルボキシレート基(−COO−)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5重量%以下が好ましい。
(Carboxylation)
In the present invention, when a carboxylated (oxidized) cellulose is used as the chemically modified cellulose, the carboxylated cellulose (also referred to as oxidized cellulose) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above-mentioned cellulose raw material by a known method. it can. Although not particularly limited, at the time of carboxylation, the amount of the carboxyl group is adjusted to be 0.6 to 3.0 mmol / g with respect to the absolute dry weight of the anion-modified cellulose nanofiber. And more preferably adjusted to be 1.0 mmol / g to 2.0 mmol / g. As an example of the carboxylation (oxidation) method, a cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. Methods can be mentioned. By this oxidation reaction, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and the cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (—COOH) or a carboxylate group (—COO—) on the surface. Can be obtained. The concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by weight or less.

N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル(TEMPO)及びその誘導体(例えば4−ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。   An N-oxyl compound refers to a compound that can generate a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes a desired oxidation reaction. For example, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivative (for example, 4-hydroxy TEMPO) can be mentioned.

N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.05〜0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1〜4mmol/L程度がよい。   The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing cellulose as a raw material. For example, the amount is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and still more preferably 0.05 to 0.5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose. Further, the amount is preferably about 0.1 to 4 mmol / L with respect to the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。   Bromides are compounds containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can dissociate and ionize in water. Further, iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and still more preferably 0.5 to 5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolが最も好ましい。また、例えば、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。   As the oxidizing agent, known agents can be used. For example, halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalic acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like can be used. Among them, sodium hypochlorite which is inexpensive and has a low environmental load is preferable. The appropriate amount of the oxidizing agent is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose. . Further, for example, 1 to 40 mol is preferable for 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4〜40℃が好ましく、また15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。   In the step of oxidizing cellulose, the reaction can proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 to 30 ° C. Since a carboxyl group is generated in the cellulose as the reaction proceeds, a decrease in the pH of the reaction solution is observed. In order for the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution at about 8 to 12, preferably about 10 to 11. Water is preferred as the reaction medium because of its easy handling and little side reaction.

酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5〜6時間、例えば、0.5〜4時間程度である。   The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。   Further, the oxidation reaction may be performed in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency of the oxidized cellulose can be reduced without being inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be well oxidized.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/m3であることが好ましく、50〜220g/m3であることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100重量部とした際に、0.1〜30重量部であることが好ましく、5〜30重量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0
〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化及び分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。
As another example of the carboxylation (oxidation) method, there can be mentioned a method of oxidizing by contacting a gas containing ozone with a cellulose raw material. By this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring are oxidized, and the cellulose chain is decomposed. The ozone concentration in the gas containing ozone is preferably from 50 to 250 g / m3, and more preferably from 50 to 220 g / m3. The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 5 to 30 parts by weight, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by weight. The ozone treatment temperature is 0
To 50 ° C, more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions of the ozone treatment are within these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, an additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the re-oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. For example, these oxidizing agents may be dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and the additional oxidation treatment may be performed by immersing the cellulose raw material in the solution.

酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。   The amount of the carboxyl group of the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent and the reaction time.

(カチオン化)
本発明において、化学変性セルロースとして、カルボキシル化(酸化)したセルロースを用いる場合、上記のセルロース原料にグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト又はそのハロヒドリン型などのカチオン化剤と触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)を水及び/又は炭素数1〜4のアルコールの存在下で反応させることによって、カチオン変性されたセルロースを得ることができる。なお、この方法において、得られるカチオン変性されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、反応させるカチオン化剤の添加量、水及び/又は炭素数1〜4のアルコールの組成比率をコントロールすることによって、調整することができる。
(Cationization)
In the present invention, when carboxylated (oxidized) cellulose is used as the chemically modified cellulose, cationization such as glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2hydroxypropyltrialkylammonium hydrate or its halohydrin type is used as the above-mentioned cellulose raw material. A cation-modified cellulose can be obtained by reacting the agent with an alkali metal hydroxide (such as sodium hydroxide or potassium hydroxide) as a catalyst in the presence of water and / or an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. . In this method, the degree of cation substitution per glucose unit of the obtained cation-modified cellulose is controlled by controlling the amount of the cationizing agent to be reacted and the composition ratio of water and / or an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. Can be adjusted.

カチオン変性されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は0.02〜0.50であることが好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.50より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得た酸化されたセルロース系原料は洗浄されることが好ましい。   The cation-modified cellulose preferably has a degree of cation substitution per glucose unit of 0.02 to 0.50. By introducing a cation substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the cellulose into which the cation substituent is introduced can be easily nano-defibrated. If the degree of cation substitution per glucose unit is less than 0.02, nanofibrillation cannot be sufficiently performed. On the other hand, if the degree of cation substitution per glucose unit is greater than 0.50, the swelling or dissolution may result in the inability to obtain a nanofiber. In order to perform defibration efficiently, it is preferable that the oxidized cellulosic material obtained above is washed.

(エステル化)
本発明において、化学変性セルロースとして、リン酸基を導入したセルロースを用いる場合、セルロース原料に、リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用してリン酸基を導入することができる。セルロース原料に対するリン酸基を有する化合物の割合は、セルロース原料の固形分100重量部に対して、リン元素に換算した添加量が0.1〜500重量部であることが好ましく、1〜400重量部であることがより好ましく、2〜200重量部であることがさらに好ましい。
(Esterification)
In the present invention, when a cellulose into which a phosphate group is introduced is used as the chemically modified cellulose, the compound having a phosphate group as the cellulose raw material includes phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and phosphoric acid. Trisodium, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, phosphoric acid Triammonium, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. These can be used alone or in combination of two or more to introduce a phosphate group. The ratio of the compound having a phosphate group to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 500 parts by weight, more preferably 1 to 400 parts by weight, in terms of the amount of phosphorus element, relative to 100 parts by weight of the solid content of the cellulose raw material. Part by weight, more preferably 2 to 200 parts by weight.

(解繊)
本発明において、解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いて前記水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊・分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて、上記のCNFに予備処理を施すことも可能である。解繊後のセルロースナノファイバーの平均繊維径は2〜500nmであることが好ましく、再分散を向上するという観点から平均繊維径は3〜150nmであることが特に好ましい。
(Defibrillation)
In the present invention, the device for defibrating is not particularly limited, but a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, applying a strong shearing force to the aqueous dispersion using an apparatus such as an ultrasonic type. Is preferred. In particular, for efficient defibration, it is preferable to use a wet high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer capable of applying a pressure of 50 MPa or more to the aqueous dispersion and applying a strong shearing force. The pressure is more preferably at least 100 MPa, even more preferably at least 140 MPa. In addition, prior to the defibration / dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, the above-mentioned CNF can be subjected to a pretreatment, if necessary, using a known mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer. It is. The average fiber diameter of the cellulose nanofiber after defibration is preferably from 2 to 500 nm, and particularly preferably from 3 to 150 nm from the viewpoint of improving redispersion.

(短繊維化処理)
上記CNFを短繊維化処理する。本工程では助剤を用いる。助剤としては特に限定されるものではないが、酸化剤または還元剤が好ましい。酸化剤または還元剤としては、アルカリ領域で活性を有するものを使用できる。酸化剤の例には、酸素、オゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩等が含まれ、これらの1種または2種以上を併用して使用してもよい。また、還元剤の例には、水素化ホウ素ナトリウム、ハイドロサルファイト、亜硫酸塩等が含まれ、これらの1種または2種以上を併用して使用してもよい。反応効率の観点から、過酸化水素が好ましく、過酸化水素を用いる場合、その添加量は絶乾したCNFに対して0.01〜10重量%が好ましいが、0.1〜5重量%がより好ましく、0.2〜2重量%がさらに好ましい。
(Short fiber processing)
The above CNF is subjected to a short fiber treatment. In this step, an auxiliary agent is used. The auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably an oxidizing agent or a reducing agent. As the oxidizing agent or the reducing agent, those having activity in an alkaline region can be used. Examples of the oxidizing agent include oxygen, ozone, hydrogen peroxide, hypochlorite, and the like, and one or more of these may be used in combination. Examples of the reducing agent include sodium borohydride, hydrosulfite, sulfite, and the like, and one or more of these may be used in combination. From the viewpoint of reaction efficiency, hydrogen peroxide is preferable. When hydrogen peroxide is used, its addition amount is preferably 0.01 to 10% by weight, but more preferably 0.1 to 5% by weight, based on the absolutely dried CNF. Preferably, it is 0.2 to 2% by weight.

また、上記CNFの短繊維化処理はアルカリ条件下で行ってもよい。その場合の短繊維化処理反応における系のpHは、8〜14が好ましく、9〜13がより好ましく、9〜11がさらに好ましい。用いるアルカリは水溶性であれば水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを用いてよいが、製造コストの観点から、水酸化ナトリウムが最適である。
上記CNFの短繊維化処理の温度は40〜100℃が好ましくは、50〜100℃がより好ましく、60〜90℃がさらに好ましい。反応時間は0.5時間以上が好ましく、1〜24時間がより好ましく、1.5〜12時間がさらに好ましい。系中のCNFの濃度は、1〜20重量%が好ましく、1〜15重量%がより好ましく、1〜10重量%がさらに好ましい。
Further, the short fiber treatment of the CNF may be performed under alkaline conditions. In this case, the pH of the system in the fiber shortening treatment reaction is preferably from 8 to 14, more preferably from 9 to 13, and even more preferably from 9 to 11. As the alkali to be used, an alkali metal hydroxide, specifically, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or the like may be used as long as it is water-soluble. From the viewpoint of production cost, sodium hydroxide is most suitable.
The temperature of the above-mentioned CNF shortening treatment is preferably from 40 to 100C, more preferably from 50 to 100C, even more preferably from 60 to 90C. The reaction time is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 to 24 hours, and even more preferably 1.5 to 12 hours. The concentration of CNF in the system is preferably 1 to 20% by weight, more preferably 1 to 15% by weight, and still more preferably 1 to 10% by weight.

(製造方法)
本発明のCNFの乾燥固形物は、CNFの水性懸濁液を、脱水・乾燥させることで得ることができる。また、上記水性懸濁液のpHを9〜11に調整することで、更に再分散性の良好なセルロースナノファイバーの乾燥固形物を得ることができる。
(Production method)
The dry solid substance of CNF of the present invention can be obtained by dehydrating and drying an aqueous suspension of CNF. In addition, by adjusting the pH of the aqueous suspension to 9 to 11, a dried solid of cellulose nanofibers having better redispersibility can be obtained.

(乾燥方法)
本発明方法において、脱水・乾燥方法としては、従来公知のものであれば良く、例えば、スプレイドライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、及び真空乾燥を挙げることができる。本発明方法で具体的に用いる乾燥装置の例としては、以下のようなものである。すなわち、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等の乾燥装置を単独で又は2つ以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ドラム乾燥装置を用いることが、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給するためエネルギー効率の点から好ましい。また、乾燥前の水を含んだセルロースナノファイバーに於いて、乾燥処理効率を上げるために、水分をできるだけ少なくする前濃縮処理を行うことが通常行われるが、この際液粘度の上昇が乾燥処理の障害となる。これに対して、ドラムにブレードやダイ等により薄膜を形成させて乾燥させる事により、乾燥処理をより効率的に、均一に短時間で行うことができる。更に、ドラム乾燥装置は必要以上に熱を加えずに、直ちに乾燥物を回収できる点からも好ましい。
(再分散工程)
本発明により得られたセルロースナノファイバーの乾燥固形物は、溶媒に再分散(ナノ分散)させることによって、セルロースナノファイバー分散体とすることができる。乾燥固形物を溶媒に再分散(ナノ分散)する装置は特に限定されないが、ホモミキサーなどの分散機で分散することができる。分散媒は最も好ましくは水であり、分散媒中の固形分濃度は、特に限定されないが、0.1〜10質量%程度が好ましく、1〜5質量%程度がより好ましい。
(Drying method)
In the method of the present invention, the dehydration / drying method may be any conventionally known method, and examples thereof include spray drying, pressing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of the drying apparatus specifically used in the method of the present invention are as follows. That is, continuous tunnel dryers, band dryers, vertical dryers, vertical turbo dryers, multistage disk dryers, through-air dryers, rotary dryers, flash dryers, spray dryers, spray dryers , Cylindrical drying device, drum drying device, screw conveyor drying device, rotary drying device with heating tube, vibration transport drying device, batch type box type drying device, through-air drying device, vacuum box type drying device, stirring drying device, etc. Can be used alone or in combination of two or more. Among them, the use of a drum drying device is preferable from the viewpoint of energy efficiency because heat energy is directly supplied to the object to be dried uniformly. In addition, in order to increase the efficiency of the drying process, it is common practice to perform pre-concentration treatment on the cellulose nanofibers containing water before drying so that the water content is reduced as much as possible. Is an obstacle. On the other hand, by forming a thin film on the drum using a blade or a die and drying it, the drying process can be performed more efficiently, uniformly and in a short time. Further, the drum drying device is preferable in that the dried product can be recovered immediately without applying excessive heat.
(Redispersion process)
The dried solid of cellulose nanofibers obtained according to the present invention can be made into a cellulose nanofiber dispersion by redispersing (nanodispersing) in a solvent. The apparatus for redispersing (nanodispersing) the dried solid in a solvent is not particularly limited, but can be dispersed by a disperser such as a homomixer. The dispersion medium is most preferably water, and the solid content concentration in the dispersion medium is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 10% by mass, and more preferably about 1 to 5% by mass.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

<カルボキシル化(TEMPO酸化)CNF分散液の製造>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mgと臭化ナトリウム514gを溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を5.5mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(以下、カルボキシル化セルロース、カルボキシル化パルプ、TEMPO酸化パルプということがある)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。
<Production of carboxylated (TEMPO oxidation) CNF dispersion>
5 g of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from conifers was added to 500 ml of an aqueous solution in which 39 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. . An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system to a concentration of 5.5 mmol / g, and an oxidation reaction was started. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (hereinafter, also referred to as carboxylated cellulose, carboxylated pulp, and TEMPO oxidized pulp). At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g.

その後、TEMPO酸化パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、高圧ホモジナイザー(20℃、150MPa)で5回処理して、平均繊維径が4nmのTEMPO酸化CNF分散液を得た。   Thereafter, the TEMPO oxidized pulp was adjusted to 1.0% (w / v) with water and treated five times with a high-pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain a TEMPO oxidized CNF dispersion having an average fiber diameter of 4 nm. .

<カルボキシル基量の測定方法>
カルボキシル化セルロースの0.5重量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出した:カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
<Method for measuring carboxyl group content>
60 ml of a 0.5% by weight carboxylated cellulose slurry (aqueous dispersion) was prepared, and a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. The electrical conductivity was measured until the value became, and the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid having a slow change in electrical conductivity (a) was calculated using the following formula: the amount of carboxyl groups [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g].

<カルボキシメチル化CNF分散液の製造>
パルプを混ぜることが出来る撹拌機に、パルプ(NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)、日本製紙製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で111g加え、パルプ固形分が20%(w/v)になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算)添加した。30分撹拌した後に、70℃まで昇温し1時間撹拌した。その後、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシルメチル化したパルプを得た。その後、カルボキシメチル化したパルプを水で固形分1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、150MPaの圧力で5回処理することにより解繊し、平均繊維径が11nmのカルボキシメチル化CNF分散液を得た。
<Production of carboxymethylated CNF dispersion>
200 g of pulp (NBKP (softwood bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries) and 111 g of sodium hydroxide by dry weight were added to a stirrer capable of mixing pulp, and the pulp solid content was 20% (w / v). ) Was added. Then, after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, 216 g (in terms of active ingredient) of sodium monochloroacetate was added. After stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C., and the mixture was stirred for 1 hour. Thereafter, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a carboxymethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. Thereafter, the carboxymethylated pulp is made 1% solids with water, and is fibrillated by treating it with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 150 MPa five times to obtain a carboxymethylated CNF dispersion having an average fiber diameter of 11 nm. Was.

(グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定方法)
カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースにした。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうした。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出した:
A=[(100×F’−(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾重量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F’:0.1NのH2SO4のファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
(Method of measuring carboxymethyl substitution degree per glucose unit)
About 2.0 g of carboxymethylated cellulose fiber (absolutely dried) was precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol nitrate was added, and the mixture was shaken for 3 hours to convert the carboxymethylcellulose salt (CM cellulose) into hydrogenated CM cellulose. 1.5 to 2.0 g of hydrogenated CM-modified cellulose (absolutely dried) was precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. The hydrogenated CM cellulose was wet with 15 mL of 80% methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH was added, and the mixture was shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back titrated with 0.1 N H2SO4 using phenolphthalein as an indicator. The degree of carboxymethyl substitution (DS) was calculated by the following equation:
A = [(100 × F ′ − (0.1N H 2 SO 4) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry weight of hydrogenated CM cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required for neutralization of 1 g of hydrogenated CM cellulose
F ': Factor of 0.1N H2SO4 F: Factor of 0.1N NaOH

<カチオン化CNF分散液の製造>
パルプを撹拌することができる撹拌機に、パルプ(LBKP、日本製紙(株)製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で24g加え、パルプ固形濃度が15重量%となるように水を加えた。その後、30℃で30分撹拌した後に70℃まで昇温し、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを190g(有効成分換算)添加した。1時間の反応の後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカチオン置換度0.04のカチオン変性されたセルロースを得た。その後、カチオン変性セルロースを水で固形濃度1%(w/v)とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、140MPaの圧力で5回処理し、平均繊維径が15nmのカチオン変性セルロース由来のセルロースナノファイバー分散液を得た。
<Production of cationized CNF dispersion>
200 g of pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 24 g of sodium hydroxide by dry weight were added to a stirrer capable of stirring pulp, and water was added so that the pulp solid concentration became 15% by weight. Was added. Thereafter, the mixture was stirred at 30 ° C. for 30 minutes and then heated to 70 ° C., and 190 g (in terms of active ingredient) of 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride was added as a cationizing agent. After the reaction for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a cation-modified cellulose having a degree of cation substitution of 0.04 per glucose unit. Thereafter, the cation-modified cellulose is adjusted to a solid concentration of 1% (w / v) with water, and treated five times with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 140 MPa to give a cellulose nanofiber dispersion derived from cation-modified cellulose having an average fiber diameter of 15 nm. I got

(グルコース単位当たりのカチオン置換度の測定方法)
カチオン基の置換度は、試料(カチオン変性されたセルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN−10(三菱化学)で窒素含有量を測定し、次式により算出した。ここで言う置換度とは、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値を表している。
カチオン置換度=(162×N)/(1−151.6×N)
N:窒素含有量
(Measurement method of cation substitution degree per glucose unit)
The degree of substitution of the cationic group was calculated by the following equation after drying the sample (cationically modified cellulose) and measuring the nitrogen content with a total nitrogen analyzer TN-10 (Mitsubishi Chemical). The term “degree of substitution” as used herein indicates an average value of the number of moles of the substituent per mole of the anhydrous glucose unit.
Degree of cation substitution = (162 × N) / (1−151.6 × N)
N: Nitrogen content

(実施例1)
上記カルボキシル化CNF(平均繊維長:2.78μm、アスペクト比:150)の0.5重量%水分散液を80℃に加温した。プロペラ羽で600rpmの速度で撹拌しながら過酸化水素をCNF絶乾重量に対し0.2重量%添加して2時間撹拌し、短繊維化処理した。この水分散液を、蒸気圧力0.5MPa.G、ドラム回転数2rpmのドラム乾燥機D0303(カツラギ工業)で乾燥し、水分量5重量%のカルボキシル化CNFの乾燥固形物を得た。
(Example 1)
A 0.5% by weight aqueous dispersion of the carboxylated CNF (average fiber length: 2.78 μm, aspect ratio: 150) was heated to 80 ° C. While stirring with a propeller blade at a speed of 600 rpm, 0.2% by weight of hydrogen peroxide based on the absolute dry weight of CNF was added, and the mixture was stirred for 2 hours to shorten the fiber. This aqueous dispersion was subjected to a vapor pressure of 0.5 MPa. G, dried with a drum drier D0303 (Katsuragi Kogyo) having a drum rotation speed of 2 rpm to obtain a dry solid of carboxylated CNF having a water content of 5% by weight.

次に、上記で得られた乾燥固形物に1重量%水性懸濁液になるように水を添加し、TKホモミキサー(6,000rpm)を用いて60分間攪拌し、カルボキシル化CNFを再分散した水性懸濁液を得た。   Next, water was added to the dry solid obtained above so as to form a 1% by weight aqueous suspension, and the mixture was stirred for 60 minutes using a TK homomixer (6,000 rpm) to redisperse the carboxylated CNF. An aqueous suspension was obtained.

<CNFの平均繊維径、平均繊維長、アスペクト比の測定方法>
CNFの平均繊維径および平均繊維長は、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析した。なおアスペクト比は下記の式により算出した:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
<Method of measuring average fiber diameter, average fiber length, and aspect ratio of CNF>
The average fiber diameter and average fiber length of CNF were analyzed for 200 randomly selected fibers using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The aspect ratio was calculated by the following equation:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter.

<B型粘度の測定>
CNF(固形分1.0%、25℃)のB型粘度を測定した。なおB型粘度の測定条件は、回転数60rpm、3分とした。
<Measurement of B-type viscosity>
The B-type viscosity of CNF (solid content 1.0%, 25 ° C.) was measured. The measurement conditions for the B-type viscosity were 60 rpm for 3 minutes.

<透明度の測定>
CNF分散液(固形分0.1%)の透明度(660nm 光の透過率)をUV分光光度計 U−3000(日立ハイテク)を用いて測定した。
<Measurement of transparency>
The transparency (transmittance of light at 660 nm) of the CNF dispersion (solid content: 0.1%) was measured using a UV spectrophotometer U-3000 (Hitachi High-Tech).

<復元率の評価>
B型粘度、透明度の復元率は以下の式で算出した。
復元率(%)=(再分散後の粘度あるいは透明度)/(乾燥前の粘度あるいは透明度)×100
<Evaluation of restoration rate>
The B-type viscosity and the restoration rate of the transparency were calculated by the following equations.
Restoration rate (%) = (viscosity or transparency after redispersion) / (viscosity or transparency before drying) × 100

(実施例2)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0.02重量%とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 2)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0.02% by weight.

(実施例3)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から8重量%とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 3)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 8% by weight.

(実施例4)
短繊維化処理での処理温度を80℃から50℃とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 4)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 50 ° C.

(実施例5)
短繊維化処理での処理温度を80℃から90℃とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 5)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 90 ° C.

(実施例6)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.75時間とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 6)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.75 hours.

(実施例7)
短繊維化処理でのpHを7から9とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Example 7)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the pH in the shortening treatment was changed from 7 to 9.

(実施例8)
上記カルボキシメチル化CNF(平均繊維長:1.45μm、アスペクト比:110)の0.5重量%水分散液を80℃に加温した。プロペラ羽で600rpmの速度で撹拌しながら過酸化水素をCNF絶乾重量に対し0.2重量%添加して2時間撹拌し、短繊維化処理した。この水分散液を、蒸気圧力0.5MPa.G、ドラム回転数2rpmのドラム乾燥機D0303(カツラギ工業)で乾燥し、水分量5重量%のカルボキシメチル化CNFの乾燥固形物を得た。次に、上記で得られた乾燥固形物に1重量%水性懸濁液になるように水を添加し、TKホモミキサー(6,000rpm)を用いて60分間攪拌し、カルボキシメチル化CNFを再分散した水性懸濁液を得た。
(Example 8)
A 0.5% by weight aqueous dispersion of the carboxymethylated CNF (average fiber length: 1.45 μm, aspect ratio: 110) was heated to 80 ° C. While stirring with a propeller blade at a speed of 600 rpm, 0.2% by weight of hydrogen peroxide based on the absolute dry weight of CNF was added, and the mixture was stirred for 2 hours to shorten the fiber. This aqueous dispersion was subjected to a vapor pressure of 0.5 MPa. G, dried with a drum drier D0303 (Katsuragi Kogyo) having a drum rotation speed of 2 rpm to obtain a dried solid of carboxymethylated CNF having a water content of 5% by weight. Next, water was added to the above-obtained dry solid so as to form a 1% by weight aqueous suspension, and the mixture was stirred for 60 minutes using a TK homomixer (6,000 rpm) to regenerate carboxymethylated CNF. A dispersed aqueous suspension was obtained.

(実施例9)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0.02重量%とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 9)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0.02% by weight.

(実施例10)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から8重量%とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 10)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 8% by weight.

(実施例11)
短繊維化処理での処理温度を80℃から50℃とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 11)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the treatment temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 50 ° C.

(実施例12)
短繊維化処理での処理温度を80℃から90℃とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 12)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 90 ° C.

(実施例13)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.75時間とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 13)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.75 hours.

(実施例14)
短繊維化処理でのpHを7から9とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Example 14)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the pH in the shortening treatment was changed from 7 to 9.

(実施例15)
上記カチオン化CNF(平均繊維長:2.18μm、アスペクト比:180)の0.5重量%水分散液を80℃に加温した。プロペラ羽で600rpmの速度で撹拌しながら過酸化水素をCNF絶乾重量に対し0.2重量%添加して2時間撹拌し、短繊維化処理した。この水分散液を、蒸気圧力0.5MPa.G、ドラム回転数2rpmのドラム乾燥機D0303(カツラギ工業)で乾燥し、水分量5重量%のカルボキシメチル化CNFの乾燥固形物を得た。次に、上記で得られた乾燥固形物に1重量%水性懸濁液になるように水を添加し、TKホモミキサー(6,000rpm)を用いて60分間攪拌し、カルボキシメチル化CNFを再分散した水性懸濁液を得た。
(Example 15)
A 0.5% by weight aqueous dispersion of the above-mentioned cationized CNF (average fiber length: 2.18 μm, aspect ratio: 180) was heated to 80 ° C. While stirring with a propeller blade at a speed of 600 rpm, 0.2% by weight of hydrogen peroxide based on the absolute dry weight of CNF was added, and the mixture was stirred for 2 hours to shorten the fiber. This aqueous dispersion was subjected to a vapor pressure of 0.5 MPa. G, dried with a drum drier D0303 (Katsuragi Kogyo) having a drum rotation speed of 2 rpm to obtain a dried solid of carboxymethylated CNF having a water content of 5% by weight. Next, water was added to the above-obtained dry solid so as to form a 1% by weight aqueous suspension, and the mixture was stirred for 60 minutes using a TK homomixer (6,000 rpm) to regenerate carboxymethylated CNF. A dispersed aqueous suspension was obtained.

(実施例16)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0.02重量%とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 16)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0.02% by weight.

(実施例17)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から8重量%とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 17)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 8% by weight.

(実施例18)
短繊維化処理での処理温度を80℃から50℃とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 18)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 50 ° C.

(実施例19)
短繊維化処理での処理温度を80℃から90℃とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 19)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 , except that the treatment temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 90 ° C.

(実施例20)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.75時間とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 20)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 , except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.75 hours.

(実施例21)
短繊維化処理でのpHを7から9とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Example 21)
The same procedure as in Example 15 was carried out except that the pH in the shortening treatment was changed from 7 to 9.

(比較例1)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0重量%とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Comparative Example 1)
The operation was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0% by weight.

(比較例2)
短繊維化処理での処理温度を80℃から30℃とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Comparative Example 2)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C. to 30 ° C.

(比較例3)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.25時間とした以外は実施例1と同様にして実施した。
(Comparative Example 3)
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.25 hours.

(比較例4)
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mgと臭化ナトリウム514gを溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を5.5.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することでカルボキシル化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。得られたカルボキシル化パルプの平均繊維長は1.86mmであった。
(Comparative Example 4)
5 g of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from conifers was added to 500 ml of an aqueous solution in which 39 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. . An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system to a concentration of 5.5.0 mmol / g, and an oxidation reaction was started. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain a carboxylated pulp. At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. The average fiber length of the obtained carboxylated pulp was 1.86 mm.

<カルボキシル化パルプの平均繊維長測定方法>
ISO 16065−2に準拠して測定した。
<Method of measuring average fiber length of carboxylated pulp>
It measured based on ISO16065-2.

得られたカルボキシル化パルプを5%(w/v)水分散液に調製し、当該分散液に、カルボキシル化パルプに対して1%(w/v)の過酸化水素を添加し、1M水酸化ナトリウムでpHを12に調整した。この水分散液を80℃で2時間加熱してカルボキシル化パルプを短繊維化処理した後、十分に水洗し、脱水した。   The obtained carboxylated pulp was prepared in a 5% (w / v) aqueous dispersion, and 1% (w / v) hydrogen peroxide was added to the dispersion to the carboxylated pulp, and 1M hydroxylation was performed. The pH was adjusted to 12 with sodium. This aqueous dispersion was heated at 80 ° C. for 2 hours to shorten the carboxylated pulp, followed by sufficient washing with water and dehydration.

上記短繊維化処理したカルボキシル化パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、高圧ホモジナイザー(20℃、150MPa)で5回処理して、カルボキシル化(TEMPO酸化)CNF分散液を得た。   The carboxylated pulp subjected to the shortening treatment is adjusted to 1.0% (w / v) with water, and treated with a high-pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) five times to prepare a carboxylated (TEMPO-oxidized) CNF dispersion. Obtained.

(比較例5)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0重量%とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Comparative Example 5)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0% by weight.

(比較例6)
短繊維化処理での処理温度を80℃から30℃とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Comparative Example 6)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the processing temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 30 ° C.

(比較例7)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.25時間とした以外は実施例と同様にして実施した。
(Comparative Example 7)
Example 8 was carried out in the same manner as in Example 8 , except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.25 hours.

(比較例8)
短繊維化処理での過酸化水素添加量を0.2重量%から0重量%とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Comparative Example 8)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 except that the amount of hydrogen peroxide added in the shortening treatment was changed from 0.2% by weight to 0% by weight.

(比較例9)
短繊維化処理での処理温度を80℃から30℃とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Comparative Example 9)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15 except that the treatment temperature in the shortening treatment was changed from 80 ° C to 30 ° C.

(比較例10)
短繊維化処理での処理時間を2時間から0.25時間とした以外は実施例15と同様にして実施した。
(Comparative Example 10)
Example 15 was carried out in the same manner as in Example 15, except that the treatment time in the fiber shortening treatment was changed from 2 hours to 0.25 hours.

Figure 0006671935
Figure 0006671935

Claims (5)

(A)セルロース原料を解繊して、平均繊維径が2〜15nmのセルロースナノファイバーを得る工程、
(B)前記(A)で得られたセルロースナノファイバーを平均繊維長が0.2〜1.0μmとなるよう短繊維化する工程、及び
(C)前記(B)で得られたセルロースナノファイバーを乾燥する工程
セルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法であって、
前記(A)で得られたセルロースナノファイバーが、該セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01〜0.50のセルロースナノファイバーまたは該セルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02〜0.50のセルロースナノファイバーである、上記製造方法
(A) a step of fibrillating the cellulose raw material to obtain a cellulose nanofiber having an average fiber diameter of 2 to 15 nm;
(B) a step of shortening the cellulose nanofiber obtained in (A) to an average fiber length of 0.2 to 1.0 μm; and (C) a cellulose nanofiber obtained in (B). The step of drying
The method of manufacturing a dry solids including cellulose nanofibers,
The cellulose nanofiber obtained in (A) above has a cellulose carboxymethyl substitution degree per glucose unit of the cellulose of 0.01 to 0.50 or a cation substitution degree per glucose unit of the cellulose of 0.1 to 0.50. The above production method, which is a cellulose nanofiber of 02 to 0.50 .
前記(B)の短繊維化する工程が、過酸化水素を用いた短繊維化処理である請求項に記載のセルロースナノファイバーの乾燥固形物の製造方法。 Method of manufacturing steps of fiber shortening of the (B) is a fiber shortening treatment with hydrogen peroxide, dry solids of the cellulose nanofiber according to claim 1. (A)セルロース原料を解繊して、平均繊維径が2〜15nmのセルロースナノファイバーを得る工程、
(B)前記(A)で得られたセルロースナノファイバーを平均繊維長が0.2〜1.0μmとなるよう短繊維化する工程、
(C)前記(B)で得られたセルロースナノファイバーを乾燥する工程、及び
(D)前記(C)で得られたセルロースナノファイバーの乾燥固形物を、溶媒に再分散させてセルロースナノファイバー分散体を得る工程
を含む、セルロースナノファイバー分散体の製造方法。
(A) a step of fibrillating the cellulose raw material to obtain a cellulose nanofiber having an average fiber diameter of 2 to 15 nm;
(B) a step of shortening the cellulose nanofiber obtained in (A) so that the average fiber length becomes 0.2 to 1.0 μm;
(C) a step of drying the cellulose nanofiber obtained in (B), and
(D) a step of redispersing the dried solid of the cellulose nanofiber obtained in (C) in a solvent to obtain a cellulose nanofiber dispersion;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
前記(B)の短繊維化する工程が、過酸化水素を用いた短繊維化処理である、請求項3に記載のセルロースナノファイバー分散体の製造方法。  The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to claim 3, wherein the step (B) of shortening the fiber is a fiber shortening treatment using hydrogen peroxide. 前記(A)で得られたセルロースナノファイバーが、該セルロースナノファイバーの絶乾重量に対してカルボキシル基の量が0.6mmol/g〜3.0mmol/gのセルロースナノファイバー、該セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01〜0.50のセルロースナノファイバー、または該セルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02〜0.50のセルロースナノファイバーである、請求項3または4に記載のセルロースナノファイバー分散体の製造方法。The cellulose nanofiber obtained in (A) is a cellulose nanofiber having a carboxyl group content of 0.6 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry weight of the cellulose nanofiber, and a glucose unit of the cellulose. The cellulose nanofiber having a degree of carboxymethyl substitution per unit weight of 0.01 to 0.50 or a cellulose nanofiber having a degree of cation substitution per glucose unit of the cellulose of 0.02 to 0.50. 3. The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to item 1.
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