JP6775296B2 - Cellulose nanofiber-containing dried product and its production method, and cellulose nanofiber dispersion liquid production method - Google Patents

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Description

本発明は、セルロースナノファイバー含有乾燥体及びその製造方法並びにセルロースナノファイバー分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a cellulose nanofiber-containing dried product, a method for producing the same, and a method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid.

近年、物質をナノメートルレベルまで微細化し、物質が持つ従来の性状とは異なる新たな物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。化学処理、粉砕処理等によりセルロース系原料であるパルプから製造されるセルロースナノファイバーは、強度、弾性、熱安定性等に優れているため、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤等としての工業上の用途や、口紅、粉末化粧料、乳化化粧料等の化粧品の配合剤の用途に用いられることが期待されている。また、セルロースナノファイバーは、水系分散性に優れているため、食品、化粧品、塗料等の粘度の保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助剤などの多くの用途における利用が期待されている。 In recent years, nanotechnology has been attracting attention for the purpose of refining substances to the nanometer level and obtaining new physical properties different from the conventional properties of substances. Cellulose nanofibers produced from pulp, which is a cellulosic raw material, by chemical treatment, crushing treatment, etc. are excellent in strength, elasticity, thermal stability, etc. It is expected to be used for industrial applications such as fillers for chromatographic analysis equipment, fillers for blending resins and rubbers, and blending agents for cosmetics such as lipsticks, powder cosmetics, and emulsified cosmetics. There is. In addition, since cellulose nanofibers have excellent water-based dispersibility, they are viscosity-retaining agents for foods, cosmetics, paints, etc., fortifiers for food raw material fabrics, water-retaining agents, food stabilizers, low-calorie additives, and emulsification. It is expected to be used in many applications such as stabilizing aids.

セルロースナノファイバーは、通常、水分散状態のパルプ等を微細化することにより得られる。従って、得られるセルロースナノファイバーは水分散状態であり、このようなセルロースナノファイバーの分散液は、運送の際に多大なエネルギーが必要となる。また、水分を含むセルロースナノファイバーは、樹脂との溶融混錬の際に水蒸気爆発を誘発し得る。そのため、事業化を踏まえると、セルロースナノファイバーの分散液を乾燥させることが重要となる。しかし、セルロースナノファイバーを乾燥させると、セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー同士の水素結合により強く凝集する。このため、乾燥したセルロースナノファイバーを水に再び分散させたとき、乾燥前の状態にまで十分に分散性が戻らないという不都合を有する。また、単にセルロースナノファイバーを乾燥させた場合、得られる乾燥体が変色(着色)する場合がある。変色が生じたセルロースナノファイバーの乾燥体は、添加物として用いる際に望まない着色が生じるため好ましくない。 Cellulose nanofibers are usually obtained by refining pulp or the like in an aqueous dispersion state. Therefore, the obtained cellulose nanofibers are in a water-dispersed state, and such a dispersion liquid of cellulose nanofibers requires a large amount of energy during transportation. In addition, moisture-containing cellulose nanofibers can induce a steam explosion during melt-kneading with a resin. Therefore, considering commercialization, it is important to dry the dispersion of cellulose nanofibers. However, when the cellulose nanofibers are dried, the cellulose nanofibers strongly aggregate due to hydrogen bonds between the cellulose nanofibers. Therefore, when the dried cellulose nanofibers are redispersed in water, there is an inconvenience that the dispersibility does not sufficiently return to the state before drying. Further, when the cellulose nanofibers are simply dried, the obtained dried product may be discolored (colored). A dried product of cellulose nanofibers that has been discolored is not preferable because it causes unwanted coloring when used as an additive.

一方、セルロースナノファイバーの分散媒に対する再分散性を向上させるための技術として、カルボキシ基を有するセルロースナノファイバーと再分散促進剤とを混合しゲル状体を得る工程、及びこのゲル状体と有機性の液体と分散剤とを混合して、セルロースナノファイバーを再分散させる工程を含むセルロースナノファイバー分散液の製造方法が提案されている(特開2014−118521号公報参照)。しかし、この技術は、セルロースナノファイバーを十分に乾燥させず、ゲル状体とするものである。また、酸化処理によって生じたカルボキシ基を有するセルロースナノファイバーが用いられており、このようなセルロースナノファイバーは、乾燥に時間がかかる、耐熱性が低い、経済的では無いなどといった不利な点を有する。また、カルボキシ基を有するセルロースナノファイバーは、製造過程でアルデヒド基やケトン基が副反応として極微量に生成し、アルデヒド基やケトン基は加熱によって黄色に着色することが知られている。しかし、上記技術において、得られる乾燥体の着色の有無については全く考慮されていない。 On the other hand, as a technique for improving the redispersibility of the cellulose nanofibers with respect to the dispersion medium, a step of mixing the cellulose nanofibers having a carboxy group and a redispersion accelerator to obtain a gel-like body, and the gel-like body and organic A method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid, which comprises a step of mixing a sex liquid and a dispersant to redisperse the cellulose nanofibers, has been proposed (see JP-A-2014-118521). However, this technique does not allow the cellulose nanofibers to dry sufficiently to form a gel. In addition, cellulose nanofibers having a carboxy group generated by oxidation treatment are used, and such cellulose nanofibers have disadvantages such as long drying time, low heat resistance, and uneconomical properties. .. Further, it is known that cellulose nanofibers having a carboxy group generate a very small amount of aldehyde groups and ketone groups as a side reaction in the production process, and the aldehyde groups and ketone groups are colored yellow by heating. However, in the above technique, the presence or absence of coloring of the obtained dried product is not considered at all.

また、再分散性の高いバクテリアセルロースの乾燥物を得る技術として、バクテリアセルロースを含む水性懸濁液に、グリセリン等の親水性の液体又は固体を加えた後に脱水乾燥する方法が提案されている(特開平9−165402号公報参照)。しかし、バクテリアセルロースとは、微生物により産出されるセルロースであり、パルプを解繊して得られ得るセルロースナノファイバーとは、物性等が異なる。そのため、このバクテリアセルロースを乾燥させる技術をセルロースナノファイバーへ転用したとしても、同様の効果が生じるとは限らない。 Further, as a technique for obtaining a dried product of bacterial cellulose having high redispersibility, a method has been proposed in which a hydrophilic liquid or solid such as glycerin is added to an aqueous suspension containing bacterial cellulose and then dehydrated and dried. See JP-A-9-165402). However, bacterial cellulose is cellulose produced by microorganisms and has different physical properties from cellulose nanofibers obtained by defibrating pulp. Therefore, even if this technique for drying bacterial cellulose is diverted to cellulose nanofibers, the same effect may not always occur.

その他、セルロースナノファイバーの乾燥方法としては、凍結乾燥法、臨界点乾燥法、有機溶媒での置換処理後に乾燥する方法などが提案されている(特開平6−233691号公報参照)。しかし、冷凍乾燥法や臨界点乾燥法は、多大なエネルギーを要する。また、有機溶媒により置換する方法も、水素結合を弱めるためには非極性溶媒を用いる必要があり、効率性や経済性などから好ましいとは言い難い。 In addition, as a method for drying cellulose nanofibers, a freeze-drying method, a critical point drying method, a method of drying after substitution treatment with an organic solvent, and the like have been proposed (see JP-A-6-233691). However, the freeze-drying method and the critical point drying method require a large amount of energy. Further, the method of substituting with an organic solvent also requires the use of a non-polar solvent in order to weaken the hydrogen bond, and is not preferable from the viewpoint of efficiency and economy.

特開2014−118521号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-118521 特開平9−165402号公報JP-A-9-165402 特開平6−233691号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-233691

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、水に対する分散性に優れ、変色の少ないセルロースナノファイバー含有乾燥体、及びその製造方法を提供することである。また、このようなセルロースナノファイバー含有乾燥体を用いたセルロースナノファイバー分散液の製造方法を提供することも目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a cellulose nanofiber-containing dried product having excellent dispersibility in water and less discoloration, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid using such a cellulose nanofiber-containing dried product.

上記課題を解決するためになされた発明は、カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のセルロースナノファイバーと、グリセリン又はグリセリン誘導体とを含むセルロースナノファイバー含有乾燥体である。 The invention made to solve the above problems is a cellulose nanofiber-containing dry product containing cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less and glycerin or a glycerin derivative.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、セルロースナノファイバーと共にグリセリン又はグリセリン誘導体(以下、「グリセリン類」ともいう。)を含んでいるため、水に対する分散性に優れる。この理由は定かではないが、グリセリン類がセルロースナノファイバー表面に付着することで、セルロースナノファイバー間の水素結合が弱まることなどが考えられる。また、カルボキシ基の量が少ないセルロースナノファイバーとグリセリン類とを用いることで、乾燥の際に変色が生じ難く、変色の少ない乾燥体が得られる。さらに、カルボキシ基の量が少ないセルロースナノファイバーとグリセリン類との組み合わせは、互いにイオン性の化合物では無いため、均一的に混合することができ、その結果再分散性が高まる。 Since the cellulose nanofiber-containing dried product contains glycerin or a glycerin derivative (hereinafter, also referred to as "glycerin") together with the cellulose nanofiber, it is excellent in dispersibility in water. The reason for this is not clear, but it is conceivable that the adhesion of glycerins to the surface of the cellulose nanofibers weakens the hydrogen bonds between the cellulose nanofibers. Further, by using cellulose nanofibers having a small amount of carboxy groups and glycerins, discoloration is less likely to occur during drying, and a dried product with less discoloration can be obtained. Furthermore, since the combination of cellulose nanofibers having a small amount of carboxy groups and glycerins is not an ionic compound with each other, they can be uniformly mixed, and as a result, the redispersibility is enhanced.

上記セルロースナノファイバー100質量部に対するグリセリン又はグリセリン誘導体の含有量としては、0.1質量部以上200質量部以下が好ましい。グリセリン類の含有量を上記範囲とすることで、コスト高を抑制しつつ、分散性をより高めることなどができる。 The content of glycerin or a glycerin derivative with respect to 100 parts by mass of the cellulose nanofibers is preferably 0.1 parts by mass or more and 200 parts by mass or less. By setting the content of glycerins in the above range, it is possible to further improve the dispersibility while suppressing the high cost.

上記課題を解決するためになされた別の発明は、カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のセルロースナノファイバーの分散液と、グリセリン又はグリセリン誘導体の水溶液との混合により混合液を得る工程、及び上記混合液を乾燥させる工程を備えるセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法である。当該製造方法によれば、簡便な方法により、水に対する分散性に優れ、変色の少ないセルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることができる。なお、当該製造方法においては、セルロースナノファイバーの分散液とグリセリン類の水溶液とを混合するため、セルロースナノファイバーとグリセリン類とが均一的に混合された乾燥体を得ることができる。 Another invention made to solve the above problems is a step of obtaining a mixed solution by mixing a dispersion of cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less with an aqueous solution of glycerin or a glycerin derivative. , And a method for producing a cellulose nanofiber-containing dried product, which comprises a step of drying the mixed solution. According to the production method, a cellulose nanofiber-containing dried product having excellent dispersibility in water and less discoloration can be obtained by a simple method. In the production method, since the dispersion liquid of cellulose nanofibers and the aqueous solution of glycerins are mixed, a dried product in which the cellulose nanofibers and glycerins are uniformly mixed can be obtained.

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体と水とを混合する工程を備えるセルロースナノファイバー分散液の製造方法である。当該セルロースナノファイバー分散液の製造方法によれば、分散性の高い、高濃度かつ変色の少ないセルロースナノファイバー分散液を容易に得ることができる。 Yet another invention made to solve the above problems is a method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid, which comprises a step of mixing the cellulose nanofiber-containing dry matter and water. According to the method for producing the cellulose nanofiber dispersion liquid, a cellulose nanofiber dispersion liquid having high dispersibility, high concentration and less discoloration can be easily obtained.

本発明のセルロースナノファイバー含有乾燥体は、水に対する分散性に優れ、変色も少ない。本発明のセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法によれば、水に対する分散性に優れ、変色の無いセルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることができる。本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法によれば、分散性の高い、高濃度かつ変色の少ないセルロースナノファイバー分散液を容易に得ることができる。 The cellulose nanofiber-containing dried product of the present invention has excellent dispersibility in water and is less discolored. According to the method for producing a cellulose nanofiber-containing dried product of the present invention, a cellulose nanofiber-containing dried product having excellent dispersibility in water and having no discoloration can be obtained. According to the method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid of the present invention, a cellulose nanofiber dispersion liquid having high dispersibility, high concentration and less discoloration can be easily obtained.

以下、本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法、セルロースナノファイバー含有乾燥体、及びセルロースナノファイバー分散液の製造方法について、順に詳説する。 Hereinafter, a method for producing a cellulose nanofiber-containing dry matter, a cellulose nanofiber-containing dry matter, and a method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid according to an embodiment of the present invention will be described in detail in order.

<セルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法>
本発明の実施形態に係るセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法は、
カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のセルロースナノファイバーの分散液と、グリセリン又はグリセリン誘導体の水溶液との混合により混合液を得る工程(A)、及び
上記混合液を乾燥させる工程(B)
を備える。
<Manufacturing method of dry body containing cellulose nanofibers>
The method for producing a cellulose nanofiber-containing dried product according to an embodiment of the present invention is
A step (A) of obtaining a mixed solution by mixing a dispersion of cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less with an aqueous solution of glycerin or a glycerin derivative, and a step of drying the mixed solution (B). )
To be equipped.

(セルロースナノファイバー)
はじめに、工程(A)に供せられる分散液に含まれるセルロースナノファイバーについて説明する。セルロースナノファイバーとは、パルプ(パルプ繊維)等の植物原料を解繊して得られる微細なセルロース繊維をいい、一般的に繊維幅がナノサイズ(1nm以上1000nm以下)のセルロース微細繊維を含むセルロース繊維をいう。セルロースナノファイバーは、通常、植物原料(繊維原料)を公知の方法により解繊することにより得ることができる。
(Cellulose nanofiber)
First, the cellulose nanofibers contained in the dispersion liquid used in the step (A) will be described. Cellulose nanofibers refer to fine cellulose fibers obtained by defibrating plant raw materials such as pulp (pulp fibers), and generally, cellulose containing cellulose fine fibers having a fiber width of nano size (1 nm or more and 1000 nm or less). Refers to fiber. Cellulose nanofibers can usually be obtained by defibrating a plant raw material (fiber raw material) by a known method.

セルロースナノファイバーの原料となるパルプとしては、例えば
広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)等の広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)等の針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ;
ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の機械パルプ;
茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙、更紙古紙等から製造される古紙パルプ;
古紙パルプを脱墨処理した脱墨パルプ(DIP)などが挙げられる。これらは、本発明の効果を損なわない限り、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Examples of pulp used as a raw material for cellulose nanofibers include broadleaf kraft pulp (LKP) such as broadleaf bleached kraft pulp (LBKP) and broadleaf bleached kraft pulp (LUKP), coniferous bleached kraft pulp (NBKP), and conifer unbleached kraft pulp. (NUKP) and other coniferous kraft pulp (NKP) and other chemical pulp;
Stone Grand Pulp (SGP), Pressurized Stone Grand Pulp (PGW), Refiner Grand Pulp (RGP), Chemi Grand Pulp (CGP), Thermo Grand Pulp (TGP), Grand Pulp (GP), Thermo Mechanical Pulp (TMP), Mechanical pulp such as Chemithermo Mechanical Pulp (CTMP), Bleached Thermomechanical Pulp (BTMP);
Waste paper pulp manufactured from used tea paper, used kraft envelopes, used magazines, used newspapers, used leaflets, used office paper, used corrugated paper, used white paper, Kent used paper, imitation used paper, ground ticket used paper, used paper, etc.;
Examples thereof include deinked pulp (DIP) obtained by deinking used paper pulp. These may be used alone or in combination of a plurality of types as long as the effects of the present invention are not impaired.

パルプとしては、これらの中で、乾燥が容易となる観点などから、化学パルプが好ましく、広葉樹クラフトパルプ(LKP)がより好ましい。このようなパルプは、不純物が少ないという利点もある。 Among these, chemical pulp is preferable, and hardwood kraft pulp (LKP) is more preferable, from the viewpoint of easy drying. Such pulp also has the advantage of being low in impurities.

その他の植物原料としては、リンターパルプ、麻、バガス、ケナフ、エスパルト草、竹、籾殻、わら等から得られるパルプなどが挙げられる。また、パルプの原料となる木材、麻、バガス、ケナフ、エスパルト草、竹、籾殻、わら等を直接植物原料として用いることもできる。以下、パルプを植物原料として用いた場合のセルロースナノファイバーの製造方法を説明するが、パルプ以外の植物原料の場合も、同様の方法でセルロースナノファイバーを得ることができる。 Other plant raw materials include pulp obtained from linter pulp, hemp, bagasse, kenaf, stipa tenacissima, bamboo, rice husks, straw and the like. In addition, wood, hemp, bagasse, kenaf, esparto grass, bamboo, rice husk, straw, etc., which are raw materials for pulp, can be directly used as raw materials for plants. Hereinafter, a method for producing cellulose nanofibers when pulp is used as a plant raw material will be described, but cellulose nanofibers can also be obtained by the same method when using a plant raw material other than pulp.

セルロースナノファイバーの製造方法としては、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば水分散状態のパルプを機械的処理による解繊に付してよく、酵素処理、酸処理等の化学的処理による解繊に付してもよいが、機械的処理により解繊することが好ましい。パルプを機械的処理により解繊することで、セルロースナノファイバーをより容易かつ確実に得ることができ、また、グリセリン類を用いて得られる当該乾燥体の分散性をより高めることができ、変色の少ない乾燥体を得ることもできる。 The method for producing cellulose nanofibers is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and known methods can be used. For example, the pulp in an aqueous dispersion state may be subjected to defibration by mechanical treatment, or may be subjected to defibration by chemical treatment such as enzyme treatment or acid treatment, but defibration by mechanical treatment is preferable. .. By defibrating the pulp by mechanical treatment, cellulose nanofibers can be obtained more easily and surely, and the dispersibility of the dried product obtained by using glycerins can be further enhanced, resulting in discoloration. It is also possible to obtain less dried material.

機械的処理による解繊方法としては、例えばパルプを回転する砥石間で磨砕するグラインダー法、高圧ホモジナイザーを用いた対向衝突法、ボールミル、ロールミル、カッターミル等を用いる粉砕法などが挙げられる。通常、パルプが解繊されて得られるセルロースナノファイバーが所望のサイズになるまで、解繊処理が繰り返し行われる。 Examples of the defibration method by mechanical treatment include a grinder method for grinding pulp between rotating grindstones, an opposed collision method using a high-pressure homogenizer, and a pulverization method using a ball mill, a roll mill, a cutter mill, and the like. Usually, the defibration treatment is repeated until the cellulose nanofibers obtained by defibrating the pulp have a desired size.

なお、パルプは解繊の前に予備叩解に付してもよい。予備叩解(機械的前処理)は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的な方法の例としては、段階的に解繊を進めることが好ましい。特に未叩解の原料パルプをナイヤガラビーター等のいわゆる粘状叩解設備にて予め、ろ水度(カナディアンフリーネス)を出発原料の30%以下まで予備叩解処理した後、回転する砥石間で磨砕するグラインダー法にてセルロースナノファイバーが得られるまで解繊処理することが好ましい。 The pulp may be subjected to preliminary beating before defibration. The pre-beating (mechanical pretreatment) is not particularly limited, and a known method can be used. As an example of a specific method, it is preferable to proceed with defibration step by step. In particular, a grinder that pre-beats unbeaten raw material pulp to 30% or less of the starting material in advance using a so-called viscous beating facility such as Naiyagara beater, and then grinds it between rotating grindstones. It is preferable to carry out the defibration treatment until cellulose nanofibers are obtained by the method.

また、パルプには、解繊の前に化学的な前処理を施してもよい。この化学的な前処理としては、硫酸等の酸や、酵素などを用いた加水分解処理などを挙げることができる。このように化学的な前処理を施すことで、機械的又は化学的な解繊処理により、効率的にセルロースナノファイバーを得ることができる。 In addition, the pulp may be chemically pretreated before defibration. Examples of this chemical pretreatment include hydrolysis treatment using an acid such as sulfuric acid or an enzyme. By applying the chemical pretreatment in this way, cellulose nanofibers can be efficiently obtained by mechanical or chemical defibration treatment.

なお、当該セルロールナノファイバー含有乾燥体の製造方法に用いられるセルロースナノファイバーは、カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のものである。このように、実質的にカルボキシ基が修飾されていないイオン性の低いセルロースナノファイバーを用いることで、非イオン性又はイオン性の低いグリセリン類との均一混合性を高めることができる。また、得られる乾燥体の変色を低減する、あるいは変色を完全に無くすことができる。さらには、実質的にカルボキシ基が修飾されていないセルロースナノファイバーを用いることで、乾燥を比較的容易に行うことができる、セルロースナノファイバーを用いた成形体の耐熱性が高まる、経済性に優れるなどといった利点がある。 The cellulose nanofibers used in the method for producing the cellol nanofiber-containing dried product have a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less. As described above, by using cellulose nanofibers having low ionicity in which the carboxy group is substantially not modified, it is possible to enhance uniform mixing with nonionic or low ionic glycerins. Further, the discoloration of the obtained dried body can be reduced or the discoloration can be completely eliminated. Furthermore, by using cellulose nanofibers in which the carboxy group is substantially unmodified, drying can be performed relatively easily, the heat resistance of the molded product using the cellulose nanofibers is increased, and the economy is excellent. There are advantages such as.

なお、カルボキシ基は、N−オキシル化合物等による表面酸化や種々の酸化剤を利用し、原料パルプに導入される。従って、前処理としてのN−オキシル化合物等による表面酸化や酸化剤による酸化処理を制御することなどによって、カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のセルロースナノファイバーを得ることができる。セルロースナノファイバーのカルボキシ基の含有量の上限としては、0.05mmol/gが好ましい。一方、この下限としては、0mmol/gであってよいが、0.0001mmol/gであってもよい。セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量は、中和滴定によって求めることができる。なお、パルプの解繊処理を機械的処理によりのみ行う場合など、カルボキシ基の量が解繊処理の前後で実質的に変化しない場合、セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量は、解繊処理前のパルプのカルボキシ基含有量と実質的に同じである。すなわち、この場合、セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量は、解繊処理前のパルプに対する中和滴定などによって求めることができる。 The carboxy group is introduced into the raw material pulp by using surface oxidation by an N-oxyl compound or the like and various oxidizing agents. Therefore, cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less can be obtained by controlling surface oxidation with an N-oxyl compound or the like as a pretreatment or oxidation treatment with an oxidizing agent. The upper limit of the carboxy group content of the cellulose nanofibers is preferably 0.05 mmol / g. On the other hand, the lower limit may be 0 mmol / g, but may be 0.0001 mmol / g. The carboxy group content of the cellulose nanofibers can be determined by neutralization titration. When the amount of carboxy groups does not substantially change before and after the defibration treatment, such as when the pulp defibration treatment is performed only by mechanical treatment, the carboxy group content of the cellulose nanofibers is the value before the defibration treatment. It is substantially the same as the carboxy group content of pulp. That is, in this case, the carboxy group content of the cellulose nanofibers can be determined by neutralization titration or the like on the pulp before the defibration treatment.

セルロースナノファイバーの保水度としては、例えば250%以上500%以下であることが好ましい。保水度が上記下限未満の場合は、十分に微細化されたセルロースナノファイバーとなっていない場合がある。一方、保水度が上記上限を超える場合は、得られるセルロースナノファイバー含有乾燥体の再分散性が低下するおそれがある。セルロースナノファイバーの保水度(%)はJAPAN TAPPI No.26に準拠して測定される。 The water retention of the cellulose nanofibers is preferably 250% or more and 500% or less, for example. If the water retention level is less than the above lower limit, the cellulose nanofibers may not be sufficiently finely divided. On the other hand, if the water retention level exceeds the above upper limit, the redispersibility of the obtained cellulose nanofiber-containing dried product may decrease. The water retention rate (%) of the cellulose nanofibers is based on JAPAN TAPPI No. Measured according to 26.

セルロースナノファイバーは、水分散状態でレーザー回折法により測定される擬似粒度分布曲線において単一のピークを有することが好ましい。このように、一つのピークを有するセルロースナノファイバーは、十分な微細化が進行しており、セルロースナノファイバーとしての良好な物性を発揮することができる。また、このピークとなるセルロースナノファイバーの粒径(最頻値)としては、例えば5μm以上25μm以下が好ましい。セルロースナノファイバーが上記サイズであることで、セルロースナノファイバー特有の諸特性をより良好に発揮することができる。「擬似粒度分布曲線」とは、粒度分布測定装置(例えば株式会社セイシン企業のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を用いて測定される体積基準粒度分布を示す曲線を意味する。 The cellulose nanofibers preferably have a single peak in the pseudo-particle size distribution curve measured by laser diffraction in an aqueous dispersion. As described above, the cellulose nanofiber having one peak has been sufficiently miniaturized, and can exhibit good physical properties as the cellulose nanofiber. Further, the particle size (mode) of the cellulose nanofibers having this peak is preferably, for example, 5 μm or more and 25 μm or less. When the cellulose nanofibers have the above size, various characteristics peculiar to the cellulose nanofibers can be exhibited better. The "pseudo particle size distribution curve" means a curve showing a volume-based particle size distribution measured using a particle size distribution measuring device (for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.).

(工程(A))
工程(A)においては、セルロースナノファイバーの分散液と、グリセリン類の水溶液との混合により混合液を得る。
(Step (A))
In the step (A), a mixed solution is obtained by mixing a dispersion of cellulose nanofibers and an aqueous solution of glycerins.

上記分散液は、セルロースナノファイバーと、セルロースナノファイバーの分散媒とを含む。上記分散媒は、通常、水である。なお、上記分散液には、本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分がさらに含有されていてもよい。この分散液におけるセルロースナノファイバーの含有量としては特に限定されないが、例えば0.1質量%以上5質量%以下とすることができる。 The dispersion liquid contains cellulose nanofibers and a dispersion medium for cellulose nanofibers. The dispersion medium is usually water. The dispersion may further contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. The content of the cellulose nanofibers in this dispersion is not particularly limited, but can be, for example, 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.

上記水溶液は、グリセリン類と、溶媒としての水とを含む。但し、本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分がさらに含有されていてもよい。この水溶液におけるグリセリン類の含有量としては特に限定されないが、例えば0.1質量%以上5質量%以下とすることができる。 The aqueous solution contains glycerins and water as a solvent. However, other components may be further contained as long as the effects of the present invention are not impaired. The content of glycerins in this aqueous solution is not particularly limited, but can be, for example, 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.

グリセリン類のうちのグリセリン誘導体とは、グリセリンから得られる化合物をいう。グリセリン誘導体としては、例えばグリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、グリセロールトリブチレート、グリセロールエーテルアセテートなどのグリセリンエステルや、グリセリンを重合してなるポリグリセリン等を挙げることができる。 The glycerin derivative among glycerins refers to a compound obtained from glycerin. Examples of the glycerin derivative include glycerin esters such as glycerol monoacetate, glycerol diacetate, glycerol triacetate, glycerol tributyrate, and glycerol ether acetate, and polyglycerin obtained by polymerizing glycerin.

グリセリン類としては、得られる乾燥体が良好な分散性を発揮することができる点などから、グリセリンが好ましい。 As the glycerins, glycerin is preferable because the obtained dried product can exhibit good dispersibility.

セルロースナノファイバーの分散液と、グリセリン類の水溶液とを混合させることにより、セルロースナノファイバーとグリセリン類とを均一的に混合させることができる。なお、混合後、必要に応じて公知の攪拌機等を用いて、混合液を撹拌することが好ましい。 By mixing the dispersion liquid of cellulose nanofibers and the aqueous solution of glycerins, the cellulose nanofibers and glycerins can be uniformly mixed. After mixing, it is preferable to stir the mixed solution using a known stirrer or the like, if necessary.

混合により得られた混合液において、セルロースナノファイバーとグリセリン類との混合比としては特に限定されない。混合液におけるセルロースナノファイバー100質量部に対するグリセリン類の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましく、50質量部がさらに好ましく、80質量部が特に好ましい。一方、この上限としては、200質量部が好ましく、150質量部がより好ましく、120質量部がさらに好ましい。グリセリン類の含有量が上記下限未満の場合、得られるセルロースナノファイバー含有乾燥体が良好な分散性を発揮できない場合がある。逆に、グリセリン類の含有量が上記上限を超える場合、グリセリン類の使用量が増加し、コスト高となるおそれがある。 In the mixed solution obtained by mixing, the mixing ratio of the cellulose nanofibers and the glycerins is not particularly limited. The lower limit of the content of glycerins with respect to 100 parts by mass of the cellulose nanofibers in the mixed solution is preferably 0.1 parts by mass, more preferably 1 part by mass, further preferably 10 parts by mass, further preferably 50 parts by mass, and 80 parts by mass. Parts by mass are particularly preferred. On the other hand, as the upper limit, 200 parts by mass is preferable, 150 parts by mass is more preferable, and 120 parts by mass is further preferable. When the content of glycerins is less than the above lower limit, the obtained cellulose nanofiber-containing dried product may not exhibit good dispersibility. On the contrary, when the content of glycerins exceeds the above upper limit, the amount of glycerins used may increase and the cost may increase.

上記混合液は、水、セルロースナノファイバー及びグリセリン類を含むが、本願発明の効果を阻害しない限り、水、セルロースナノファイバー及びグリセリン類以外の他の成分をさらに含有していてもよい。但し、混合液における他の成分の含有量としては、10質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。 The mixed solution contains water, cellulose nanofibers and glycerins, but may further contain other components other than water, cellulose nanofibers and glycerins as long as the effects of the present invention are not impaired. However, the content of other components in the mixed solution is preferably 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or less.

上記混合液における固形分濃度としては特に限定されないが、下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、この上限としては、5質量%が好ましく、3質量%がより好ましい。固形分濃度が上記下限未満の場合は、乾燥効率が低下する傾向にある。一方、固形分濃度が上記上限を超える場合は、混合液の調製が困難になる場合がある。 The solid content concentration in the mixed solution is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.5% by mass. On the other hand, as the upper limit, 5% by mass is preferable, and 3% by mass is more preferable. When the solid content concentration is less than the above lower limit, the drying efficiency tends to decrease. On the other hand, if the solid content concentration exceeds the above upper limit, it may be difficult to prepare the mixed solution.

(工程(B))
工程(B)においては、上記工程(A)で得られた混合液を乾燥させる。これにより、セルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることができる。このような乾燥工程において、セルロースナノファイバーの表面に、グリセリン類が析出し、各セルロースナノファイバーがグリセリン類に被覆された状態のセルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることができると推察される。このようにして得られたセルロースナノファイバー含有乾燥体は、各セルロースナノファイバー間の水素結合がグリセリン類により阻害され、高い再分散性を発揮することができる。また、このようにして得られたセルロースナノファイバー含有乾燥体は、変色の少ない、好ましくは変色が実質的に無い乾燥体となる。
(Step (B))
In the step (B), the mixed solution obtained in the above step (A) is dried. Thereby, a cellulose nanofiber-containing dried product can be obtained. In such a drying step, it is presumed that glycerins are precipitated on the surface of the cellulose nanofibers, and a cellulose nanofiber-containing dried product in which each cellulose nanofiber is coated with the glycerins can be obtained. The cellulose nanofiber-containing dried product thus obtained can exhibit high redispersibility by inhibiting hydrogen bonds between the cellulose nanofibers by glycerins. Further, the cellulose nanofiber-containing dried product thus obtained is a dried product having little discoloration, preferably substantially no discoloration.

上記混合液の乾燥方法としては特に限定されず、自然乾燥、加熱乾燥、真空乾燥、凍結乾燥、噴霧乾燥等の公知の方法により行うことができる。なお、噴霧乾燥により、再分散性に特に優れる粒子状のセルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることができる。 The drying method of the mixed solution is not particularly limited, and can be carried out by known methods such as natural drying, heat drying, vacuum drying, freeze drying, and spray drying. By spray drying, a particulate cellulose nanofiber-containing dried product having particularly excellent redispersibility can be obtained.

工程(B)における乾燥温度の下限としては、80℃が好ましく、90℃がより好ましい。一方、この上限としては、160℃が好ましく、120℃がより好ましい。乾燥温度が上記下限未満の場合は、十分に乾燥されたセルロースナノファイバー含有乾燥体を得ることが困難になる場合がある。逆に、乾燥温度が上記上限を超える場合は、セルロースナノファイバーが熱により変色するおそれがある。 As the lower limit of the drying temperature in the step (B), 80 ° C. is preferable, and 90 ° C. is more preferable. On the other hand, as the upper limit, 160 ° C. is preferable, and 120 ° C. is more preferable. If the drying temperature is less than the above lower limit, it may be difficult to obtain a sufficiently dried cellulose nanofiber-containing dried product. On the contrary, when the drying temperature exceeds the above upper limit, the cellulose nanofibers may be discolored by heat.

工程(B)における乾燥時間としては乾燥温度等によって異なるが、例えば1時間以上24時間以下とすることができる。 The drying time in the step (B) varies depending on the drying temperature and the like, but can be, for example, 1 hour or more and 24 hours or less.

<セルロースナノファイバー含有乾燥体>
本発明の実施形態に係るセルロースナノファイバー含有乾燥体は、カルボキシ基の含有量が0.1mmol/g以下のセルロースナノファイバーと、グリセリン又はグリセリン誘導体とを含むセルロースナノファイバー含有乾燥体である。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、後に詳述するように、水と混合して再分散された分散液にして使用することができる。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、上述したセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法により好適に得ることができる。
<Dry body containing cellulose nanofibers>
The cellulose nanofiber-containing dry matter according to the embodiment of the present invention is a cellulose nanofiber-containing dry matter containing cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or less and glycerin or a glycerin derivative. The cellulose nanofiber-containing dried product can be used as a dispersion liquid that is mixed with water and redispersed, as will be described in detail later. The cellulose nanofiber-containing dried product can be preferably obtained by the above-mentioned method for producing a cellulose nanofiber-containing dried product.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体に含まれるセルロースナノファイバーやその製造方法の具体例及び好適な例は、セルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法の説明において例示したものと同様である。また、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体に含まれるグリセリン類の具体例及び好適な例は、セルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法の説明において例示したものと同様である。 Specific examples and suitable examples of the cellulose nanofibers contained in the cellulose nanofiber-containing dried product and the method for producing the same are the same as those exemplified in the description of the method for producing the cellulose nanofiber-containing dried product. Further, specific examples and suitable examples of the glycerins contained in the cellulose nanofiber-containing dried product are the same as those exemplified in the description of the method for producing the cellulose nanofiber-containing dried product.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体におけるセルロースナノファイバー100質量部に対するグリセリン類の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましく、50質量部がさらに好ましく、80質量部が特に好ましい。一方、この上限としては、200質量部が好ましく、150質量部がより好ましく、120質量部がさらに好ましい。グリセリン類の含有量が上記下限未満の場合、良好な分散性を発揮できない場合がある。逆に、グリセリン類の含有量が上記上限を超える場合は、相対的にセルロースナノファイバーの含有量が低下し、用途や機能が制限される場合などがある。 The lower limit of the content of glycerins with respect to 100 parts by mass of the cellulose nanofibers in the cellulose nanofiber-containing dried product is preferably 0.1 parts by mass, more preferably 1 part by mass, further preferably 10 parts by mass, and 50 parts by mass. Is more preferable, and 80 parts by mass is particularly preferable. On the other hand, as the upper limit, 200 parts by mass is preferable, 150 parts by mass is more preferable, and 120 parts by mass is further preferable. If the content of glycerins is less than the above lower limit, good dispersibility may not be exhibited. On the contrary, when the content of glycerins exceeds the above upper limit, the content of cellulose nanofibers may be relatively lowered, and the use and function may be limited.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体の水分率(水の含有率)としては、例えば80質量%未満であり、50質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、15質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましい。水分率が上記上限以下であることにより、運送等におけるエネルギー消費をより低減でき、取扱性や保管性等も向上する。また、樹脂との溶融混錬の際の水蒸気爆発の危険性を低減することができる。なお、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体の水分率の下限としては、実質的に0質量%であってよいが、0.1質量%でもよく、1質量%でもよく、3質量%でもよい。 The water content (water content) of the cellulose nanofiber-containing dried product is, for example, less than 80% by mass, preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, still more preferably 15% by mass or less. 10% by mass or less is particularly preferable. When the water content is not more than the above upper limit, energy consumption in transportation and the like can be further reduced, and handleability and storability are also improved. In addition, the risk of steam explosion during melt kneading with resin can be reduced. The lower limit of the water content of the cellulose nanofiber-containing dried product may be substantially 0% by mass, but may be 0.1% by mass, 1% by mass, or 3% by mass.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体の形状としては特に限定されないが、粒子状及びフィルム状であることが好ましい。セルロースナノファイバー含有乾燥体が粒子状又はフィルム状であることにより、水に対する分散性をより高めることができる。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体が粒子状である場合、この平均粒径としては、例えば1μm以上5mm以下とすることができる。「平均粒径」とは、JIS−Z−8815(2013年)に準拠しレーザー回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS−Z−8819−2(2001年)に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値を指す。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体がフィルム状である場合、この平均厚みとしては、例えば0.1μm以上1mm以下とすることができる。 The shape of the cellulose nanofiber-containing dried product is not particularly limited, but it is preferably in the form of particles or a film. When the cellulose nanofiber-containing dried product is in the form of particles or a film, the dispersibility in water can be further enhanced. When the cellulose nanofiber-containing dried product is in the form of particles, the average particle size can be, for example, 1 μm or more and 5 mm or less. The "average particle size" is calculated in accordance with JIS-Z-8819-2 (2001) based on the particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering method in accordance with JIS-Z-8815 (2013). Refers to the value at which the volume-based integrated distribution is 50%. When the cellulose nanofiber-containing dried product is in the form of a film, the average thickness thereof can be, for example, 0.1 μm or more and 1 mm or less.

当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、実質的にセルロースナノファイバー及びグリセリン類から構成されている。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、本願発明の効果を阻害しない範囲で、セルロースナノファイバー及びグリセリン類以外の他の成分(固形分)を含有していてもよい。当該セルロースナノファイバー含有乾燥体における、セルロースナノファイバー及びグリセリン類以外の他の成分(固形分)の含有量としては、セルロースナノファイバー及びグリセリン類の合計量を100質量部とした場合に、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。他の成分の含有量が上記下限を超える場合、これらの成分によりセルロースナノファイバーの分散性に影響を与える場合がある。 The cellulose nanofiber-containing dried product is substantially composed of cellulose nanofibers and glycerins. The cellulose nanofiber-containing dried product may contain components (solid content) other than cellulose nanofibers and glycerins as long as the effects of the present invention are not impaired. The content of the components (solid content) other than the cellulose nanofibers and glycerins in the cellulose nanofiber-containing dried product is 10 mass by mass when the total amount of the cellulose nanofibers and glycerins is 100 parts by mass. It is preferably parts or less, and more preferably 5 parts by mass or less. When the content of other components exceeds the above lower limit, these components may affect the dispersibility of the cellulose nanofibers.

<セルロースナノファイバー分散液の製造方法>
本発明の実施形態に係るセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体と水とを混合する工程を備える。当該セルロースナノファイバー分散液の製造方法によれば、分散性の高いセルロースナノファイバー含有乾燥体を用いるため、分散性の高い、高濃度のセルロースナノファイバー分散液を容易に得ることができる。また、着色の無いセルロースナノファイバー分散液を得ることができる。なお、セルロースナノファイバー含有乾燥体と混合する水は、純水であってもよく、他の成分を含む水溶液や水分散液であってもよい。セルロースナノファイバー含有乾燥体と水との混合に際しては、必要に応じ撹拌することが好ましい。
<Manufacturing method of cellulose nanofiber dispersion>
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid according to an embodiment of the present invention includes a step of mixing the cellulose nanofiber-containing dry matter and water. According to the method for producing the cellulose nanofiber dispersion liquid, since the cellulose nanofiber-containing dried product having high dispersibility is used, the cellulose nanofiber dispersion liquid having high dispersibility and high concentration can be easily obtained. In addition, a non-colored cellulose nanofiber dispersion can be obtained. The water to be mixed with the cellulose nanofiber-containing dried product may be pure water, an aqueous solution containing other components, or an aqueous dispersion. When mixing the cellulose nanofiber-containing dried product with water, it is preferable to stir as necessary.

撹拌方法としては特に限定されず、撹拌翼や回転子を使用した撹拌、超音波による撹拌等の公知の方法を用いることができる。撹拌の際に用いられる攪拌機としては、自動式又は手動式のシェイカー、マグネティックスターラー、超音波振動子、その他の各種撹拌子を有する攪拌機、ビーズミル等のメディアミル、スタティックミキサー等の静止型攪拌機等を挙げることができる。 The stirring method is not particularly limited, and known methods such as stirring using a stirring blade or a rotor and stirring by ultrasonic waves can be used. Examples of the stirrer used for stirring include an automatic or manual shaker, a magnetic stirrer, an ultrasonic vibrator, a stirrer having various other stirrs, a media mill such as a bead mill, and a static stirrer such as a static mixer. Can be mentioned.

得られるセルロースナノファイバー分散液におけるセルロースナノファイバーの濃度としては特に限定されないが、下限としては、例えば0.1質量%であり、0.5質量%が好ましい。一方、この上限としては、例えば5質量%であり、3質量%とすることができる。 The concentration of the cellulose nanofibers in the obtained cellulose nanofiber dispersion is not particularly limited, but the lower limit is, for example, 0.1% by mass, preferably 0.5% by mass. On the other hand, the upper limit is, for example, 5% by mass, and can be 3% by mass.

本発明のセルロースナノファイバー含有乾燥体及びその製造方法並びにセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、上記実施の形態に限定されるものでは無い。例えば、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体は、水以外の分散媒に再分散させて使用することもできる。また、水と他の分散媒との混合溶媒に再分散させてもよい。上記水以外の分散媒としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、エステル類、炭化水素類等を挙げることができる。また、当該セルロースナノファイバー含有乾燥体を、例えば樹脂等と混合して使用することもできる。 The cellulose nanofiber-containing dried product of the present invention, a method for producing the same, and a method for producing a cellulose nanofiber dispersion are not limited to the above-described embodiment. For example, the cellulose nanofiber-containing dried product can be used by being redispersed in a dispersion medium other than water. Further, it may be redispersed in a mixed solvent of water and another dispersion medium. Examples of the dispersion medium other than water include alcohols, ethers, ketones, esters, hydrocarbons and the like. Further, the cellulose nanofiber-containing dried product can also be used by mixing it with, for example, a resin or the like.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例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 to these Examples.

<評価方法>
実施例及び比較例の各種物性は、以下の評価方法に準じて測定した。
<Evaluation method>
Various physical properties of Examples and Comparative Examples were measured according to the following evaluation methods.

(擬似粒度分布曲線)
ISO−13320(2009)に準拠して、粒度分布測定装置(セイシン企業社の「レーザー回折・散乱式粒度分布測定器」)を用いて体積基準粒度分布を示す曲線を測定し、ピークの数を数えた。
(Pseudo particle size distribution curve)
In accordance with ISO-13320 (2009), measure the curve showing the volume-based particle size distribution using a particle size distribution measuring device (“Laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device” manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), and determine the number of peaks. I counted.

(保水度(%))
セルロースナノファイバーの保水度(%)は、JAPAN TAPPI No.26:2000に準拠して測定した。
(Water retention (%))
The water retention rate (%) of the cellulose nanofibers is determined by JAPAN TAPPI No. Measured according to 26: 2000.

(カルボキシ基含有量(mmol/g))
解繊前のパルプ(原料パルプ又は酸化処理したパルプ)を精秤し、pH2.5〜3.0に調製し、0.05mol/L水酸化ナトリウムにて自動滴定した。電導度測定(東亜DKK社の伝導度装置「pH/ion/EC/DO meter MN−60R」を用いた常温での測定)を行い、電導度の変化の無い範囲をカルボキシ基の量とした。
(Carboxylic acid group content (mmol / g))
The pulp before defibration (raw material pulp or oxidation-treated pulp) was precisely weighed, adjusted to pH 2.5 to 3.0, and automatically titrated with 0.05 mol / L sodium hydroxide. Conductivity measurement (measurement at room temperature using a conductivity device "pH / ion / EC / DO meter MN-60R" manufactured by Toa DKK Corporation) was performed, and the range in which the conductivity did not change was defined as the amount of carboxy groups.

[実施例1]
原料パルプ(LBKP:水分98質量%)に対し、ナイヤガラビーターを用いて2時間30分かけて予備叩解を行った。次いで、石臼型分散機(増幸産業社の「スーパーマスコロイダー」)を用いた解繊処理を2回施し、セルロースナノファイバーの水分散液(濃度2質量%)を得た。この水分散液に含まれるセルロースナノファイバーは、レーザー回折を用いた粒度分布測定の疑似粒度分布において1つのピークを有し、保水度は350%以上であった。また、カルボキシ基の含有量は、0.05mmol/gであった。
[Example 1]
The raw material pulp (LBKP: 98% by mass of water content) was pre-beaten over 2 hours and 30 minutes using a Niagara beater. Next, defibration treatment using a stone mill type disperser (“Super Mascoroider” manufactured by Masuyuki Sangyo Co., Ltd.) was performed twice to obtain an aqueous dispersion of cellulose nanofibers (concentration: 2% by mass). The cellulose nanofibers contained in this aqueous dispersion had one peak in the pseudo particle size distribution of the particle size distribution measurement using laser diffraction, and the water retention degree was 350% or more. The content of the carboxy group was 0.05 mmol / g.

水98gと、グリセリン2gとを混合し、マグネットスターラーを用い60分間600rpmで撹拌し、グリセリン水溶液を得た。 98 g of water and 2 g of glycerin were mixed and stirred for 60 minutes at 600 rpm using a magnetic stirrer to obtain an aqueous glycerin solution.

得られた濃度2質量%のセルロースナノファイバーの水分散液25gと、濃度2質量%のグリセリン水溶液25gとを混合し、マグネットスターラーを用い60分間1200rpmで撹拌し、混合液を得た。セルロースナノファイバー(CNF)とグリセリンとの混合比(質量比)は、100:100である。この混合液を105℃で6時間乾燥させ、フィルム状のセルロースナノファイバー含有乾燥体を得た。得られたセルロースナノファイバーの含水率は、5.0質量%であった。 25 g of the obtained aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a concentration of 2% by mass and 25 g of an aqueous solution of glycerin having a concentration of 2% by mass were mixed and stirred for 60 minutes at 1200 rpm using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. The mixing ratio (mass ratio) of cellulose nanofibers (CNF) and glycerin is 100: 100. This mixed solution was dried at 105 ° C. for 6 hours to obtain a film-shaped dried product containing cellulose nanofibers. The water content of the obtained cellulose nanofibers was 5.0% by mass.

[実施例2〜3、比較例1〜9、11]
再分散剤(グリセリン類又はその代替成分)として表1に記載の化合物を用い、セルロースナノファイバーとの混合比を表1に記載の比としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜3及び比較例1〜9、11のセルロースナノファイバー含有乾燥体を得た。なお、比較例11は、グリセリン類又はその代替成分を混合させず、セルロースナノファイバーの水分散液をそのまま乾燥させてセルロースナノファイバー含有乾燥体を得た。
[Examples 2 to 3, Comparative Examples 1 to 9, 11]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the compounds shown in Table 1 were used as the redispersant (glycerins or alternative components thereof) and the mixing ratio with the cellulose nanofibers was the ratio shown in Table 1. Cellulose nanofiber-containing dried compounds of Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 9 and 11 were obtained. In Comparative Example 11, a dry product containing cellulose nanofibers was obtained by drying the aqueous dispersion of cellulose nanofibers as it was without mixing glycerins or their alternative components.

[比較例10]
乾燥質量で10gの原料パルプ(LBKP:水分98質量%)、0.16gのTEMPO及び1.0gの臭化ナトリウムを水500mlに混合した後、12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を25ml加えて反応させた。反応中はpH10以下にならないように、0.5M(モル濃度)の水酸化ナトリウム水溶液を添加した。pHの変化がなくなった時点で反応終了とし、水洗後、ろ過し、酸化処理したパルプを得た。このとき、カルボキシ基の導入量は1.29mmol/gであった。得られた酸化処理したパルプを固形分濃度2質量%に希釈し、ホモミキサーで12,000rpm、6時間分散処理して、セルロースナノファイバーの水分散液(濃度2質量%)を得た。このカルボキシ基含有量1.29mmol/gのセルロースナノファイバーの水分散液を用い、セルロースナノファイバーと再分散剤との混合比を表1に記載の比としたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例10のセルロースナノファイバー乾燥体を得た。
[Comparative Example 10]
After mixing 10 g of raw material pulp (LBKP: 98% by mass of water), 0.16 g of TEMPO and 1.0 g of sodium bromide in 500 ml of water by dry mass, 25 ml of 12 mass% sodium hypochlorite aqueous solution is added. It was reacted. A 0.5 M (molar concentration) sodium hydroxide aqueous solution was added so that the pH did not drop below 10 during the reaction. The reaction was terminated when there was no change in pH, washed with water and filtered to obtain oxidized pulp. At this time, the amount of carboxy group introduced was 1.29 mmol / g. The obtained oxidized pulp was diluted to a solid content concentration of 2% by mass and dispersed at 12,000 rpm for 6 hours with a homomixer to obtain an aqueous dispersion of cellulose nanofibers (concentration: 2% by mass). The same as in Example 1 except that the aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a carboxy group content of 1.29 mmol / g was used and the mixing ratio of the cellulose nanofibers and the redispersant was set to the ratio shown in Table 1. A dried cellulose nanofiber of Comparative Example 10 was obtained.

<評価>
(濃度(%))
得られた各セルロースナノファイバー含有乾燥体0.2gを水9.8gに添加し、次いで、マグネティックスターラーを用い60分間、800rpmで撹拌して、各セルロースナノファイバーの再分散液を得た。得られた再分散液を10分間静置した後、上澄み液の濃度を以下の方法にて測定した。測定結果を表1に示す。なお、完全に再分散した状態であれば、濃度は2.0質量%となる。
<Evaluation>
(concentration(%))
0.2 g of each obtained dried cellulose nanofiber-containing product was added to 9.8 g of water, and then the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 60 minutes at 800 rpm to obtain a redispersion solution of each cellulose nanofiber. After allowing the obtained redispersion liquid to stand for 10 minutes, the concentration of the supernatant liquid was measured by the following method. The measurement results are shown in Table 1. In the completely redispersed state, the concentration is 2.0% by mass.

セルロースナノファイバーの再分散液(沈殿があるものは上澄み液)を1g採取し、容器に移す。105℃で2時間乾燥後、電子天秤にて質量を測定し、濃度を算出した。これを2回行い、平均値を求めた。 Collect 1 g of the redispersion liquid of cellulose nanofibers (the supernatant liquid if there is a precipitate) and transfer it to a container. After drying at 105 ° C. for 2 hours, the mass was measured with an electronic balance and the concentration was calculated. This was done twice and the average value was calculated.

(変色の有無)
得られた各セルロースナノファイバー含有乾燥体を目視にて観察し、無色透明あるいは白色であるものは、変色(着色)が無いと評価した。一方、黄色、茶色等が見られるものは、変色(着色)が有ると評価した。評価結果を表1に示す。
(Presence or absence of discoloration)
Each of the obtained dried cellulose nanofiber-containing bodies was visually observed, and those that were colorless, transparent or white were evaluated as having no discoloration (coloring). On the other hand, those with yellow, brown, etc. were evaluated as having discoloration (coloring). The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0006775296
Figure 0006775296

表1に示されるように、実施例1〜3においては、変色の無いセルロースナノファイバー含有乾燥体が得られた。また、実施例1〜3のセルロースナノファイバー含有乾燥体から得られた再分散液の上澄み液の濃度は、比較例1〜11と比べて高く、再分散性に優れることがわかる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 3, cellulose nanofiber-containing dried products without discoloration were obtained. Further, the concentration of the supernatant of the redispersion liquid obtained from the cellulose nanofiber-containing dry matter of Examples 1 to 3 is higher than that of Comparative Examples 1 to 11, and it can be seen that the redispersibility is excellent.

本発明のセルロースナノファイバー含有乾燥体は、水に対する分散性に優れ、変色が少なく、取扱性等に優れるセルロースナノファイバーとして、従来のセルロースナノファイバーの使用用途に用いることができる。具体的には、本発明のセルロースナノファイバー含有乾燥体は、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤、化粧品の配合剤、食品及び塗料の粘度保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助等の多くの用途に好適に用いることができる。 The cellulose nanofiber-containing dried product of the present invention can be used as a conventional cellulose nanofiber for use as a cellulose nanofiber having excellent dispersibility in water, less discoloration, and excellent handleability. Specifically, the cellulose nanofiber-containing dry matter of the present invention contains a filter medium, a filter aid, a base material of an ion exchanger, a filler for a chromatography analysis device, a filler for blending resin and rubber, and a blending of cosmetics. It can be suitably used for many applications such as a viscosity preserving agent for foods and paints, a toughening agent for food raw material dough, a water preserving agent, a food stabilizer, a low calorie additive, and an emulsion stabilization aid.

Claims (4)

カルボキシ基の含有量が0.0001mmol/g以上0.05mmol/g以下のセルロースナノファイバーと、
グリセリン又はグリセリン誘導体と
を含み、
上記セルロースナノファイバーが広葉樹クラフトパルプを原料とし、
上記セルロースナノファイバーが、水分散状態でレーザー回折法により測定される擬似粒度分布曲線において単一のピークを有し、上記ピークとなるセルロースナノファイバーの粒径(最頻値)が5μm以上25μm以下であるセルロースナノファイバー含有乾燥体。
Cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.0001 mmol / g or more and 0.05 mmol / g or less ,
Containing with glycerin or glycerin derivatives,
The above cellulose nanofibers are made from hardwood bleached kraft pulp.
The cellulose nanofibers have a single peak in the pseudo particle size distribution curve measured by a laser diffraction method in an aqueous dispersion state, and the particle size (most frequent value) of the cellulose nanofibers at the peak is 5 μm or more and 25 μm or less. A dry product containing cellulose nanofibers.
上記セルロースナノファイバー100質量部に対するグリセリン又はグリセリン誘導体の含有量が、0.1質量部以上200質量部以下である請求項1に記載のセルロースナノファイバー含有乾燥体。 The cellulose nanofiber-containing dried product according to claim 1, wherein the content of glycerin or glycerin derivative with respect to 100 parts by mass of the cellulose nanofibers is 0.1 parts by mass or more and 200 parts by mass or less. カルボキシ基の含有量が0.0001mmol/g以上0.05mmol/g以下のセルロースナノファイバーの分散液と、グリセリン又はグリセリン誘導体の水溶液との混合により混合液を得る工程、及び
上記混合液を乾燥させる工程
を備え、
上記セルロースナノファイバーが広葉樹クラフトパルプを原料とし、
上記セルロースナノファイバーが、水分散状態でレーザー回折法により測定される擬似粒度分布曲線において単一のピークを有し、上記ピークとなるセルロースナノファイバーの粒径(最頻値)が5μm以上25μm以下であるセルロースナノファイバー含有乾燥体の製造方法。
A step of obtaining a mixed solution by mixing a dispersion of cellulose nanofibers having a carboxy group content of 0.0001 mmol / g or more and 0.05 mmol / g or less with an aqueous solution of glycerin or a glycerin derivative, and drying the mixed solution. Equipped with a process
The above cellulose nanofibers are made from hardwood bleached kraft pulp.
The cellulose nanofibers have a single peak in the pseudo particle size distribution curve measured by a laser diffraction method in an aqueous dispersion state, and the particle size (most frequent value) of the cellulose nanofibers at the peak is 5 μm or more and 25 μm or less. A method for producing a dry product containing cellulose nanofibers.
請求項1又は請求項2に記載のセルロースナノファイバー含有乾燥体と水とを混合する工程
を備えるセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion liquid, which comprises a step of mixing the cellulose nanofiber-containing dry matter according to claim 1 or claim 2 with water.
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