JP6783078B2 - Cellulose nanofiber manufacturing method and cellulose nanofiber manufacturing equipment - Google Patents

Cellulose nanofiber manufacturing method and cellulose nanofiber manufacturing equipment Download PDF

Info

Publication number
JP6783078B2
JP6783078B2 JP2016119104A JP2016119104A JP6783078B2 JP 6783078 B2 JP6783078 B2 JP 6783078B2 JP 2016119104 A JP2016119104 A JP 2016119104A JP 2016119104 A JP2016119104 A JP 2016119104A JP 6783078 B2 JP6783078 B2 JP 6783078B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulp
cellulose nanofibers
slurry
treatment
pulp fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016119104A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017008472A (en
Inventor
一紘 松末
一紘 松末
淳也 大川
淳也 大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daio Paper Corp
Original Assignee
Daio Paper Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daio Paper Corp filed Critical Daio Paper Corp
Publication of JP2017008472A publication Critical patent/JP2017008472A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6783078B2 publication Critical patent/JP6783078B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、セルロースナノファイバーの製造方法及びセルロースナノファイバーの製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing cellulose nanofibers and an apparatus for producing cellulose nanofibers.

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。パルプ繊維等のセルロース系原料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などに用いられている。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 cellulosic raw materials such as pulp fibers have excellent strength, elasticity, thermal stability, etc., and therefore are filled with filter media, filter aids, ion exchanger base materials, and chromatography analysis equipment. It is used for industrial purposes such as a filler for blending materials, resins and rubbers, and as a blending agent for cosmetics such as lipsticks, powder cosmetics and emulsified cosmetics. 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、パルプ繊維を機械的な処理によって解繊することにより得ることができる。しかし、機械的処理のみでセルロースナノファイバーを製造する場合、多数回の機械的処理が必要となり、エネルギー消費量が非常に大きくなる。そのため、機械的な処理の前に、酸化処理やエステル化処理等の前処理を施す方法が各種検討されてきた。これらの前処理の中でも、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(TEMPO)と次亜塩素酸ナトリウムとを用いてパルプを酸化する方法(特開2008−1728号公報及び特開2010−235679号公報参照)が、後工程の機械的処理を効果的に低減できるとされている。しかし、この方法によっても、機械的処理回数が十分に低減されず、また、TEMPOは高価であるため、事業化のためには、高コスト化を抑制しつつ、機械的処理回数の低減を可能とする製造方法が求められる。 Cellulose nanofibers can be obtained by defibrating pulp fibers by mechanical treatment. However, when cellulose nanofibers are produced only by mechanical treatment, a large number of mechanical treatments are required, and energy consumption becomes very large. Therefore, various methods of performing pretreatment such as oxidation treatment and esterification treatment have been studied before the mechanical treatment. Among these pretreatments, a method of oxidizing pulp using 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidin-N-oxyradical (TEMPO) and sodium hypochlorite (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-1728). (Refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-235679) states that the mechanical processing in the subsequent process can be effectively reduced. However, even with this method, the number of mechanical processes is not sufficiently reduced, and since TEMPO is expensive, it is possible to reduce the number of mechanical processes while suppressing the cost increase for commercialization. The manufacturing method is required.

特開2008−1728号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-1728 特開2010−235679号公報JP-A-2010-235679

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、機械的な微細化処理回数を減らし、省エネルギーでセルロースナノファイバーを生産可能なセルロースナノファイバーの製造方法、及びセルロースナノファイバーの製造装置を提供することである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is a method for producing cellulose nanofibers capable of producing cellulose nanofibers by reducing the number of mechanical micronization treatments and saving energy, and cellulose. It is to provide a nanofiber manufacturing apparatus.

発明者らは、パルプ繊維を機械的に微細化する工程の前処理工程として、化学的処理と、特定の機械的処理とを併用し、上記特定の機械的処理として、パルプ繊維を叩解する装置であるリファイナーを用いることで、後工程の微細処理回数の低減が図られることを見出し、本発明の完成に至った。 The inventors have used a chemical treatment and a specific mechanical treatment in combination as a pretreatment step of a process of mechanically refining pulp fibers, and beat the pulp fibers as the specific mechanical treatment. It has been found that the number of times of fine processing in the post-process can be reduced by using the refiner, which is the above, and the present invention has been completed.

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、スラリー中のパルプ繊維に対して前処理を施す工程、及び前処理された上記スラリー中のパルプ繊維を機械的な処理により微細化する工程を備えるセルロースナノファイバーの製造方法であって、上記前処理工程が、上記パルプ繊維に対して、酸化処理、加水分解処理又はこれらの組み合わせからなる化学的処理を施す工程、及び上記パルプ繊維をリファイナーにより粗解繊する工程を備えることを特徴とする。 That is, the invention made to solve the above problems includes a step of pretreating the pulp fibers in the slurry and a step of refining the pretreated pulp fibers in the slurry by mechanical treatment. A method for producing cellulose nanofibers, wherein the pretreatment step is a step of subjecting the pulp fiber to an oxidation treatment, a hydrolysis treatment, or a chemical treatment consisting of a combination thereof, and the pulp fiber is subjected to a refiner. It is characterized by including a process of coarsely defibrating.

当該製造方法においては、パルプ繊維に対する機械的(物理的)な処理により微細化すなわち解繊を行う前に、酸化処理や加水分解処理といった化学的な前処理と、リファイナーを用いて粗解繊するといった機械的な前処理との2種類の前処理を施す。これらの2種類の前処理の組み合わせにより、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が効率的に生じる。具体的には、化学的な前処理により、パルプ繊維中の化学結合の一部を分断すると共に、パルプ繊維を膨潤させることができ、リファイナーを用いた前処理により、パルプ繊維に対して剪断力が効果的に付与され、パルプ繊維に毛羽立ちが生じ、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が生じる。この結果、後工程の微細化工程の処理回数を低減し、省エネルギーでセルロースナノファイバーを製造することができる。なお、微細化工程(微細化処理)の処理回数とは、処理されるパルプ繊維を含むスラリーが高圧ホモジナイザー等の微細化処理を施す機械を通過する回数をいう。 In the production method, before the pulp fibers are refined by mechanical (physical) treatment, that is, defibrated, chemical pretreatment such as oxidation treatment and hydrolysis treatment and rough defibration using a refiner are performed. Two types of pretreatment are performed, such as mechanical pretreatment. The combination of these two pretreatments softens the pulp fibers and efficiently causes preliminary defibration. Specifically, a chemical pretreatment can break a part of the chemical bonds in the pulp fiber and swell the pulp fiber, and a pretreatment using a refiner can provide a shearing force to the pulp fiber. Is effectively applied, fluffing occurs in the pulp fibers, the pulp fibers become flexible, and preliminary defibration occurs. As a result, it is possible to reduce the number of processing times in the miniaturization step in the subsequent process and to produce cellulose nanofibers with energy saving. The number of treatments in the miniaturization step (miniaturization treatment) refers to the number of times the slurry containing the pulp fibers to be treated passes through a machine that undergoes the miniaturization treatment such as a high-pressure homogenizer.

上記前処理工程を、上記化学的処理工程及び上記粗解繊工程の順に行うことが好ましい。このような順で前処理を行うことで、化学的前処理により膨潤したパルプ繊維に対して、リファイナーにより剪断力が効率的に付与されるため、予備的な解繊の効率性を高めることができる。 It is preferable that the pretreatment step is performed in the order of the chemical treatment step and the coarse defibration step. By performing the pretreatment in this order, the refining force is efficiently applied to the pulp fibers swollen by the chemical pretreatment, so that the efficiency of preliminary defibration can be improved. it can.

上記微細化工程における機械的な処理を高圧ホモジナイザーにより行うことが好ましい。2種類の前処理工程を経ることにより、パルプ繊維は十分に柔軟化された状態になっており、このようなパルプ繊維に対して高圧ホモジナイザーで処理することで、パルプ繊維同士の衝突などが作用し、解繊が効果的に生じる。これにより、微細化工程の処理回数をより低減でき、セルロースナノファイバーの生産性をより高めることができる。 It is preferable that the mechanical treatment in the miniaturization step is performed by a high-pressure homogenizer. By going through two types of pretreatment steps, the pulp fibers are in a sufficiently softened state, and by treating such pulp fibers with a high-pressure homogenizer, collisions between the pulp fibers act. However, defibration occurs effectively. As a result, the number of treatments in the miniaturization step can be further reduced, and the productivity of the cellulose nanofibers can be further increased.

上記高圧ホモジナイザーが対向衝突型高圧ホモジナイザーであり、上記微細化工程において、上記スラリーを一直線上で対向衝突させることが好ましい。このようにすることで高圧ホモジナイザーから与えられるエネルギーを衝突エネルギーに最大限に変換することができ、より効率的なパルプ繊維の解繊が生じる。 The high-pressure homogenizer is a counter-collision type high-pressure homogenizer, and it is preferable that the slurry is opposed to collide in a straight line in the miniaturization step. By doing so, the energy given by the high-pressure homogenizer can be converted to collision energy to the maximum extent, and more efficient pulp fiber defibration occurs.

上記課題を解決するためになされた別の発明は、スラリー中のパルプ繊維に対して、酸化処理、加水分解処理又はこれらの組み合わせからなる化学的処理を施す化学的処理手段、上記スラリー中のパルプ繊維を粗解繊するリファイナー、及び上記スラリー中のパルプ繊維を微細化する高圧ホモジナイザーを備えるセルロースナノファイバーの製造装置である。当該製造装置によれば、化学的前処理手段とリファイナーとによりパルプ繊維に対して効果的に前処理を施すことができ、高圧ホモジナイザーを用いた微細化工程の処理回数の低減を図ることができる。従って、当該製造方法によれば、省エネルギーで効率的にセルロースナノファイバーを製造することができる。 Another invention made to solve the above problems is a chemical treatment means for subjecting pulp fibers in a slurry to an oxidation treatment, a hydrolysis treatment, or a chemical treatment consisting of a combination thereof, and pulp in the slurry. An apparatus for producing cellulose nanofibers, which comprises a refiner for coarsely hydrolyzing fibers and a high-pressure homogenizer for refining pulp fibers in the above slurry. According to the manufacturing apparatus, the pulp fibers can be effectively pretreated by the chemical pretreatment means and the refiner, and the number of treatments in the miniaturization step using the high-pressure homogenizer can be reduced. .. Therefore, according to the production method, cellulose nanofibers can be efficiently produced with energy saving.

なお、「セルロースナノファイバー」とは、パルプ繊維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。 The "cellulose nanofiber" refers to a fine cellulose fiber obtained by defibrating a pulp fiber, and generally refers to a cellulose fiber containing cellulose fine fiber having a fiber width of nano size (1 nm or more and 1000 nm or less). ..

本発明のセルロースナノファイバーの製造方法及びセルロースナノファイバーの製造装置によれば、機械的な微細化処理回数を減らし、省エネルギーでセルロースナノファイバーを生産することができる。 According to the method for producing cellulose nanofibers and the apparatus for producing cellulose nanofibers of the present invention, it is possible to reduce the number of mechanical micronization treatments and produce cellulose nanofibers with energy saving.

本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造方法のフロー図である。It is a flow chart of the manufacturing method of the cellulose nanofiber which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のセルロースナノファイバーの製造方法に用いられる対向衝突型高圧ホモジナイザーの部分的模式図である。It is a partial schematic diagram of the counter-collision type high pressure homogenizer used in the manufacturing method of the cellulose nanofiber of FIG.

以下、適宜図面を参照にしつつ、本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造方法及びセルロースナノファイバーの製造装置について詳説する。 Hereinafter, the method for producing cellulose nanofibers and the apparatus for producing cellulose nanofibers according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

<セルロースナノファイバーの製造方法>
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造方法は、前処理工程(s1)及び微細化工程(s2)を備え、上記前処理工程(s1)は化学的処理工程(s1a)及び粗解繊工程(s1b)を備える。化学的処理工程(s1a)と粗解繊工程(s1b)との順番は特に限定されるものではなく、いずれの工程を先に行ってもよい。当該製造方法によれば、化学的処理工程(s1a)と粗解繊工程(s1b)との2種類の前処理の組み合わせにより、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が効率的に生じ、後工程の微細化工程の短縮化、すなわち処理回数の低減化を図ることができる。以下、各工程を詳説する。
<Manufacturing method of cellulose nanofibers>
As shown in FIG. 1, the method for producing cellulose nanofibers according to an embodiment of the present invention includes a pretreatment step (s1) and a miniaturization step (s2), and the pretreatment step (s1) is a chemical treatment. It includes a step (s1a) and a coarse defibration step (s1b). The order of the chemical treatment step (s1a) and the coarse defibration step (s1b) is not particularly limited, and any step may be performed first. According to the production method, the combination of two types of pretreatments, the chemical treatment step (s1a) and the coarse defibration step (s1b), makes the pulp fibers flexible and preliminary defibration efficiently occurs. , It is possible to shorten the miniaturization process of the post-process, that is, to reduce the number of processes. Each process will be described in detail below.

<前処理工程(s1)>
前処理工程(s1)は、スラリー中のパルプ繊維に対して前処理を施す工程であり、パルプ繊維を機械的な処理により微細化する前に、パルプ繊維に対して前処理を施す工程である。以下に、セルロースナノファイバーの原料となるパルプ繊維について説明する。
<Pretreatment step (s1)>
The pretreatment step (s1) is a step of pretreating the pulp fibers in the slurry, and is a step of pretreating the pulp fibers before making them finer by mechanical treatment. .. The pulp fiber which is a raw material of the cellulose nanofiber will be described below.

パルプ繊維としては、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 the pulp fiber include broad-leaved kraft pulp (LKP) such as broad-leaved bleached kraft pulp (LBKP) and broad-leaved unbleached kraft pulp (LUKP), coniferous bleached kraft pulp (NBKP), coniferous unbleached kraft pulp (NUKP) and the like. Chemical pulp such as kraft pulp (NKP);
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 Chemi-Thermo Mechanical Pulp (CTMP), Bleached Thermo-Mechanical Pulp (BTMP);
Waste paper pulp manufactured from used tea paper, used kraft envelopes, used magazines, used newspapers, used leaflets, used office paper, used corrugated cardboard, used white paper, Kent used paper, imitation used paper, ground ticket used paper, used paper and paper.
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.

<化学的処理工程(s1a)>
前処理工程(s1)の一つである化学的処理工程(s1a)は、上記スラリー中のパルプ繊維に対して、酸化処理、加水分解処理又はこれらの組み合わせからなる化学的処理を施す工程である。このような化学的処理を施すことにより、パルプ繊維中の化学結合の一部を分断すると共に、パルプ繊維を膨潤させることができる。
<Chemical treatment step (s1a)>
The chemical treatment step (s1a), which is one of the pretreatment steps (s1), is a step of subjecting the pulp fibers in the slurry to an oxidation treatment, a hydrolysis treatment, or a chemical treatment consisting of a combination thereof. .. By performing such a chemical treatment, a part of the chemical bond in the pulp fiber can be broken and the pulp fiber can be swollen.

化学的処理工程(s1a)に供するパルプスラリーにおけるパルプ繊維濃度の下限としては、3質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、この上限としては、例えば30質量%である。上記濃度範囲とすることで、効率的な化学的処理を行うことができる。濃度が上記下限値未満の場合は、一回の処理で処理されるパルプ繊維の量が少なく、効率性が低い。一方、濃度が上記上限を超える場合は、十分な撹拌を行うことができず、反応性等が低下する。 The lower limit of the pulp fiber concentration in the pulp slurry to be subjected to the chemical treatment step (s1a) is preferably 3% by mass, more preferably 5% by mass. On the other hand, the upper limit is, for example, 30% by mass. By setting the concentration in the above range, efficient chemical treatment can be performed. When the concentration is less than the above lower limit, the amount of pulp fibers processed in one treatment is small and the efficiency is low. On the other hand, if the concentration exceeds the above upper limit, sufficient stirring cannot be performed and the reactivity and the like are lowered.

化学的処理工程(s1a)に供するパルプスラリーの温度としては、例えば40℃以上90℃以下が好ましい。なお、酵素を用いた場合の処理は、40℃以上70℃以下程度が好ましい。 The temperature of the pulp slurry to be subjected to the chemical treatment step (s1a) is preferably, for example, 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. When the enzyme is used, the treatment is preferably about 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.

酸化処理に用いられる酸化剤としては、オゾン、次亜塩素酸又はその塩、亜塩素酸又はその塩、過塩素酸又はその塩、過硫酸又はその塩、過有機酸等を挙げることができる。これらの中でも、過硫酸類(過硫酸及びその塩)が好ましい。酸化処理を行う際は、N−オキシル化合物等の酸化触媒を併用することもできる。加水分解処理に用いられる触媒としては、酸や酵素が挙げられる。酸としては、硫酸、過硫酸類、塩酸等が挙げられるが、硫酸及び過硫酸類が好ましい。酸を用いる場合の反応槽中のpHとしては、3以下が好ましく、0.5以上2以下がより好ましい。酵素としては、セルラーゼ系酵素や、ヘミセルラーゼ系酵素等を挙げることができ、セルラーゼ系酵素が好ましい。酸化処理及び加水分解処理は、複数種の処理剤を用いてもよいし、酸化処理と加水分解処理とを組み合わせてもよい。なお、過硫酸等、酸化剤としても機能する酸を用いた場合、酸化反応と加水分解反応とが共に生じる。 Examples of the oxidizing agent used in the oxidation treatment include ozone, hypochlorous acid or a salt thereof, chloric acid or a salt thereof, perchloric acid or a salt thereof, persulfate or a salt thereof, and a perorganic acid. Among these, persulfates (persulfates and salts thereof) are preferable. When performing the oxidation treatment, an oxidation catalyst such as an N-oxyl compound can also be used in combination. Examples of the catalyst used in the hydrolysis treatment include acids and enzymes. Examples of the acid include sulfuric acid, persulfuric acid, hydrochloric acid and the like, but sulfuric acid and persulfuric acid are preferable. When an acid is used, the pH in the reaction vessel is preferably 3 or less, more preferably 0.5 or more and 2 or less. Examples of the enzyme include cellulase-based enzymes and hemicellulase-based enzymes, and cellulase-based enzymes are preferable. For the oxidation treatment and the hydrolysis treatment, a plurality of kinds of treatment agents may be used, or the oxidation treatment and the hydrolysis treatment may be combined. When an acid that also functions as an oxidizing agent, such as persulfuric acid, is used, both an oxidation reaction and a hydrolysis reaction occur.

化学的処理工程(s1a)は、公知の反応槽にスラリーを貯め、酸化剤等の処理剤を添加することによって行うことができる。上記反応槽としては、晒タワー等の製紙用タワーを用いることができる。化学的処理工程の処理(反応)時間は、スラリーの濃度や温度、処理剤の添加量等に応じて変更されるが、例えば0.5時間以上12時間以下とすることができる。 The chemical treatment step (s1a) can be carried out by storing the slurry in a known reaction vessel and adding a treatment agent such as an oxidizing agent. As the reaction tank, a papermaking tower such as a bleaching tower can be used. The treatment (reaction) time of the chemical treatment step varies depending on the concentration and temperature of the slurry, the amount of the treatment agent added, and the like, and can be, for example, 0.5 hours or more and 12 hours or less.

化学的処理工程(s1a)を経たスラリーは、必要に応じ中和処理、洗浄処理等が施され、次工程に供される。なお、酵素を用いた化学的処理の場合は、スラリーへの熱水(温水)の注入などにより、スラリー温度を上げ、酵素を失活させることにより、反応を終了させることもできる。 The slurry that has undergone the chemical treatment step (s1a) is subjected to a neutralization treatment, a cleaning treatment and the like as necessary, and is used for the next step. In the case of chemical treatment using an enzyme, the reaction can be terminated by raising the slurry temperature by injecting hot water (warm water) into the slurry and inactivating the enzyme.

<粗解繊処理工程(s1b)>
前処理工程(s1)の一つである粗解繊処理工程(s1b)は、スラリー中のパルプ繊維をリファイナーにより粗解繊する工程である。間隙を極小さくして負荷をかけながら叩解するリファイナーを用いた前処理により、パルプ繊維に対して剪断力が効果的に付与され、パルプ繊維に毛羽立ちが生じ、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が生じる。リファイナーとは、パルプ繊維を叩解する装置であり、公知のものを用いることができる。リファイナーとしては、パルプ繊維に対して効率的に剪断力を付与し、予備的な解繊を進めることができること等の点から、コニカルタイプやダブルディスクリファイナー(DDR)及びシングルディスクリファイナー(SDR)が好ましい。なお、粗解繊処理工程において、リファイナーを用いると、処理後の分離や洗浄が不要となる点からも好ましい。
<Rough defibration processing step (s1b)>
The crude defibration treatment step (s1b), which is one of the pretreatment steps (s1), is a step of coarsely defibrating the pulp fibers in the slurry with a refiner. Pretreatment with a refiner that minimizes the gap and beats while applying a load effectively applies shearing force to the pulp fibers, causes fluffing of the pulp fibers, makes the pulp fibers flexible, and is preliminary. Debrisation occurs. The refiner is a device for beating pulp fibers, and a known device can be used. As the refiner, a conical type, a double disc refiner (DDR) and a single disc refiner (SDR) are preferable from the viewpoints that a shearing force can be efficiently applied to the pulp fibers and preliminary defibration can be promoted. .. It should be noted that the use of a refiner in the coarse defibration treatment step is also preferable from the viewpoint that separation and cleaning after the treatment become unnecessary.

粗解繊処理工程(s1b)に供するパルプスラリーのパルプ繊維濃度の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましい。一方、この上限としては、8質量%が好ましく、6質量%がより好ましい。上記範囲のパルプ繊維濃度とすることで、パルプスラリーが好適な粘度となるため、リファイナーによりパルプ繊維が効率的に粗解繊される。 The lower limit of the pulp fiber concentration of the pulp slurry to be subjected to the coarse defibration treatment step (s1b) is preferably 1% by mass, more preferably 2% by mass. On the other hand, as the upper limit, 8% by mass is preferable, and 6% by mass is more preferable. By setting the pulp fiber concentration in the above range, the pulp slurry has a suitable viscosity, so that the pulp fibers are efficiently coarsely defibrated by the refiner.

粗解繊処理工程(s1b)においては、例えば複数のリファイナーを用意し、連続的にパルプ繊維を処理することもできる。また、一台のリファイナーに対して、スラリーを循環させて長時間処理することもできる。 In the coarse defibration treatment step (s1b), for example, a plurality of refiners can be prepared to continuously treat the pulp fibers. It is also possible to circulate the slurry for one refiner and process it for a long time.

<化学的処理工程(s1a)と粗解繊処理工程(s1b)との順番>
化学的処理工程(s1a)と粗解繊処理工程(s1b)とは、いずれの工程を先に行ってもよいが、化学的処理工程(s1a)を先に行うことが好ましい。化学的処理工程(s1a)及び上記粗解繊工程(s1b)の順に行うことで、化学的前処理により膨潤したパルプ繊維に対して、リファイナーにより剪断力が効率的に付与されるため、予備的な解繊の効率性を高め、消費エネルギー量を低減することができる。
<Order of chemical treatment step (s1a) and coarse defibration treatment step (s1b)>
The chemical treatment step (s1a) and the coarse defibration treatment step (s1b) may be performed first, but it is preferable that the chemical treatment step (s1a) is performed first. By performing the chemical treatment step (s1a) and the coarse defibration step (s1b) in this order, the refiner efficiently applies shearing force to the pulp fibers swollen by the chemical pretreatment, so that it is preliminary. It is possible to increase the efficiency of defibration and reduce the amount of energy consumed.

また、化学的処理工程(s1a)と粗解繊処理工程(s1b)とを重複して行うこともできる。例えば、酸、酵素、酸化剤等が添加されたスラリーを粗解繊処理工程(s1b)に供することで、化学的処理と粗解繊処理とを同時に行うことができる。 Further, the chemical treatment step (s1a) and the coarse defibration treatment step (s1b) can be performed in an overlapping manner. For example, by subjecting the slurry to which an acid, an enzyme, an oxidizing agent, etc. is added to the crude defibration treatment step (s1b), the chemical treatment and the coarse defibration treatment can be performed at the same time.

<微細化工程(s2)>
微細化工程(s2)は、前処理された上記スラリー中のパルプ繊維を機械的な処理により微細化する工程である。本工程を経ることによりセルロースナノファイバー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の製造方法によれば、上述した2種類の前処理を行っているため、本微細化工程(s2)の短縮(処理回数の低減)を図ることができる。
<Miniaturization step (s2)>
The miniaturization step (s2) is a step of refining the pulp fibers in the pretreated slurry by mechanical treatment. Cellulose nanofibers can be obtained through this step. According to the method for producing cellulose nanofibers of the present invention, since the above-mentioned two types of pretreatments are performed, the miniaturization step (s2) can be shortened (the number of treatments can be reduced).

微細化工程(s2)の機械的な処理を施す方法としては、例えばパルプ繊維を回転する砥石間で磨砕するグラインダー法や、粉砕法等を挙げることができ、粉砕法が好ましい。粉砕法としては、圧力式ホモジナイザー、ボールミル等を用いる粉砕法などが挙げられる。これらの中でも、圧力式ホモジナイザーにより行う方法が好ましい。圧力式ホモジナイザーとは、細孔から高圧でスラリー等を吐出する分散機として用いられるものである。上記圧力式ホモジナイザーとしては、高圧ホモジナイザーが好ましい。高圧ホモジナイザーとは、例えば10MPa以上、好ましくは100MPa以上の圧力でスラリーを吐出できる能力を有するホモジナイザーをいう。パルプ繊維に対して高圧ホモジナイザーで処理することで、パルプ繊維同士の衝突、圧力差、マイクロキャビテーションなどが作用し、解繊が効果的に生じる。これにより、微細化工程の処理回数を低減(短縮化)でき、セルロースナノファイバーの製造効率をより高めることができる。 Examples of the method for performing the mechanical treatment in the micronization step (s2) include a grinder method for grinding pulp fibers between rotating grindstones, a pulverization method, and the like, and the pulverization method is preferable. Examples of the crushing method include a crushing method using a pressure homogenizer, a ball mill, and the like. Among these, the method using a pressure homogenizer is preferable. The pressure homogenizer is used as a disperser that discharges a slurry or the like from a pore at a high pressure. As the pressure type homogenizer, a high pressure homogenizer is preferable. The high-pressure homogenizer refers to a homogenizer having an ability to discharge a slurry at a pressure of, for example, 10 MPa or more, preferably 100 MPa or more. By treating the pulp fibers with a high-pressure homogenizer, collisions between the pulp fibers, pressure difference, microcavitation, etc. act, and defibration effectively occurs. As a result, the number of processes in the miniaturization process can be reduced (shortened), and the production efficiency of cellulose nanofibers can be further improved.

上記高圧ホモジナイザーとしては、対向衝突型高圧ホモジナイザー(マイクロフルイダイザー、湿式ジェットミル)が好ましく、上記微細化工程において、上記スラリーを一直線上で対向衝突させることが好ましい。具体的には、図2において部分的に示されるように、対向衝突型高圧ホモジナイザー10においては、加圧されたスラリーS1、S2が合流部Xで対向衝突するように上流側流路11が形成されている。スラリーS1、S2は合流部Xで衝突し、衝突したスラリーS3は、下流側流路12から流出する。上流側流路11に対して、下流側流路12は垂直に設けられており、上流側流路11と下流側流路12とでT型の流路を形成している。このような対向衝突型高圧ホモジナイザー10を用いることで、高圧ホモジナイザーから与えられるエネルギーを衝突エネルギーに最大限に変換することができ、より効率的なパルプ繊維の解繊が生じる。 As the high-pressure homogenizer, a counter-collision type high-pressure homogenizer (microfluidizer, wet jet mill) is preferable, and in the miniaturization step, the slurry is preferably collided in a straight line. Specifically, as partially shown in FIG. 2, in the opposed collision type high pressure homogenizer 10, the upstream side flow path 11 is formed so that the pressurized slurries S1 and S2 collide with each other at the confluence X. Has been done. The slurries S1 and S2 collide at the confluence X, and the collided slurry S3 flows out from the downstream flow path 12. The downstream flow path 12 is provided perpendicular to the upstream side flow path 11, and the upstream side flow path 11 and the downstream side flow path 12 form a T-shaped flow path. By using such a counter-collision type high pressure homogenizer 10, the energy given by the high pressure homogenizer can be converted to the collision energy to the maximum, and more efficient pulp fiber defibration occurs.

微細化工程(s2)に供するパルプスラリーのパルプ繊維濃度の下限としては、0.5質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。一方、この上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。上記範囲のパルプ繊維濃度とすることで、パルプスラリーが好適な粘度となるため、高圧ホモジナイザー等を用いた機械的処理によりパルプ繊維が効率的に粗解繊される。 The lower limit of the pulp fiber concentration of the pulp slurry to be subjected to the miniaturization step (s2) is preferably 0.5% by mass, more preferably 1% by mass. On the other hand, as the upper limit, 10% by mass is preferable, and 5% by mass is more preferable. By setting the pulp fiber concentration in the above range, the pulp slurry has a suitable viscosity, so that the pulp fibers are efficiently coarsely defibrated by mechanical treatment using a high-pressure homogenizer or the like.

微細化工程(s2)においては、例えば一台の高圧ホモジナイザーに対して、スラリーを循環させて複数回の微細化処理を施すことができる。また、複数の高圧ホモジナイザーを用意し、連続的にパルプ繊維を処理することもできる。 In the miniaturization step (s2), for example, one high-pressure homogenizer can be subjected to a plurality of miniaturization treatments by circulating the slurry. It is also possible to prepare a plurality of high-pressure homogenizers and continuously process pulp fibers.

<その他の工程>
微細化工程(s2)を経て得られたセルロースナノファイバーは、必要に応じて、改質処理工程や乾燥工程に供することができる。
<Other processes>
The cellulose nanofibers obtained through the miniaturization step (s2) can be subjected to a modification treatment step and a drying step, if necessary.

このようにして得られたセルロースナノファイバーは、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、化粧品配合剤、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、乳化安定化助剤などの用途に広く用いることができる。 The cellulose nanofibers thus obtained are filter media, filter aids, base materials for ion exchangers, fillers for chromatographic analysis equipment, fillers for blending resins and rubbers, cosmetic blenders, and viscosity preservatives. It can be widely used as a toughener for food raw material dough, a water retention agent, a food stabilizer, a low-calorie additive, an emulsion stabilization aid, and the like.

得られるセルロースナノファイバーは、十分に微細化がされており、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1つのピークを有する。また、上記擬似粒度分布曲線におけるピークとなる粒径(最頻径)としては5μm以上25μm以下が好ましい。得られるセルロースナノファイバーがこのような粒度分布を有する場合、十分に微細化された良好な性能を発揮することができる。なお、「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 resulting cellulose nanofibers are sufficiently finely divided and have one peak in the pseudo particle size distribution curve measured by laser diffraction in an aqueous dispersion state. The peak particle size (mode) in the pseudo particle size distribution curve is preferably 5 μm or more and 25 μm or less. When the obtained cellulose nanofibers have such a particle size distribution, they can exhibit sufficiently finely divided and good performance. 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.).

当該セルロースナノファイバーの製造方法は、TEMPOをはじめとしたN−オキシル化合物等の高価な酸化触媒等を使用しなくとも、機械的な微細化処理回数を減らし、省エネルギーでセルロースナノファイバーを得ることができるため、セルロースナノファイバーの製造コストを抑えることができる。また、TEMPO等を用いなかった場合、過剰な酸化が抑えられるため、得られるセルロースナノファイバーのカルボキシ基の含有量が低含される。セルロースナノファイバーのカルボキシ基の量が少ない場合、過剰な親水性や水素結合が抑えられ、乾燥性や分散性などが高まるといった利点もある。得られるセルロースナノファイバーのカルボキシ基の含有量としては、例えば0.1mmol/g以下であり、0.05mmol/g以下とすることもできる。 The method for producing cellulose nanofibers can reduce the number of mechanical micronization treatments and obtain cellulose nanofibers with energy saving without using an expensive oxidation catalyst such as TEMPO or other N-oxyl compound. Therefore, the production cost of cellulose nanofibers can be suppressed. Further, when TEMPO or the like is not used, excessive oxidation is suppressed, so that the content of the carboxy group of the obtained cellulose nanofiber is low. When the amount of the carboxy group of the cellulose nanofiber is small, there is an advantage that excessive hydrophilicity and hydrogen bonds are suppressed, and drying property and dispersibility are improved. The content of the carboxy group of the obtained cellulose nanofibers is, for example, 0.1 mmol / g or less, and may be 0.05 mmol / g or less.

<セルロースナノファイバーの製造装置>
本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造装置は、化学的処理手段、リファイナー及び高圧ホモジナイザーを備える。
<Cellulose nanofiber manufacturing equipment>
The cellulose nanofiber manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention includes a chemical treatment means, a refiner, and a high-pressure homogenizer.

上記化学的処理手段は、スラリー中のパルプ繊維に対して、酸化処理、加水分解処理又はこれらの組み合わせからなる化学的処理を施すものである。化学的処理手段としては、例えば酸化剤、酸、酵素等の投入手段を有する反応槽を挙げることができる。反応槽としては、上述のように晒タワー等の製紙用タワーを用いることができる。リファイナー及び高圧ホモジナイザーは、「セルロースナノファイバーの製造方法」において説明したものを用いることができる。当該セルロースナノファイバーの製造装置は、化学的処理手段、リファイナー及び高圧ホモジナイザーの他、フィルタやスクリュープレス等の脱水手段や、乾燥手段が備えられていてもよい。当該セルロースナノファイバーの製造装置は、「セルロースナノファイバーの製造方法」として上述した方法により使用することができる。当該セルロースナノファイバーの製造装置によれば、機械的な微細化処理工程を短縮化し、すなわち処理回数を少なくし、効率的に省エネルギーでセルロースナノファイバーを生産することができる。 In the above chemical treatment means, the pulp fibers in the slurry are subjected to an oxidation treatment, a hydrolysis treatment, or a chemical treatment including a combination thereof. Examples of the chemical treatment means include a reaction vessel having a means for adding an oxidizing agent, an acid, an enzyme and the like. As the reaction tank, a papermaking tower such as a bleaching tower can be used as described above. As the refiner and the high-pressure homogenizer, those described in "Method for producing cellulose nanofibers" can be used. The apparatus for producing cellulose nanofibers may be provided with a chemical treatment means, a refiner, a high-pressure homogenizer, a dehydration means such as a filter and a screw press, and a drying means. The cellulose nanofiber manufacturing apparatus can be used by the method described above as the "cellulose nanofiber manufacturing method". According to the cellulose nanofiber manufacturing apparatus, the mechanical micronization treatment step can be shortened, that is, the number of treatments can be reduced, and the cellulose nanofibers can be efficiently produced with energy saving.

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples, but the present invention is not limitedly interpreted based on the description of this Example.

[実施例1]
(化学的処理工程)
濃度20質量%の(パルプ種:LBKP)パルプスラリー(温度50℃)に対してセルラーゼ系酵素を添加し化学的処理を行った。5時間経過後、100℃に加熱して酵素を失活させた。
(粗解繊工程)
上記化学的処理を経たパルプスラリーをパルプ濃度4質量%に調製し、リファイナーによる粗解繊処理を施した。リファイナーによる処理時間は10分とした。
(微細化工程)
上記粗解繊工程を経たパルプスラリーをパルプ濃度2質量%に調製し、機械的な処理による微細化工程に供した。この処理は、対向衝突式の湿式ジェットミル(高圧ホモジナイザー)を用いて行った。この湿式ジェットミルは、スラリーが一直線上で対向衝突するよう構成されている。
[Example 1]
(Chemical treatment process)
A cellulase-based enzyme was added to a pulp slurry (temperature 50 ° C.) having a concentration of 20% by mass (pulp type: LBKP) and chemically treated. After 5 hours, the enzyme was inactivated by heating to 100 ° C.
(Rough defibration process)
The pulp slurry subjected to the above chemical treatment was prepared to have a pulp concentration of 4% by mass, and was subjected to rough defibration treatment with a refiner. The processing time by the refiner was 10 minutes.
(Miniaturization process)
The pulp slurry that had undergone the rough defibration step was prepared to a pulp concentration of 2% by mass and subjected to a miniaturization step by mechanical treatment. This treatment was performed using a face-to-collision wet jet mill (high pressure homogenizer). This wet jet mill is configured so that the slurries collide in a straight line.

[実施例2]
化学的処理工程として、濃度20質量%のパルプスラリー(温度80℃)に対して酸化剤(過硫酸アンモニウム)を添加し化学的処理を行い、5時間経過後、中和処理したこと以外は、実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Example 2]
As a chemical treatment step, a pulp slurry (temperature 80 ° C.) having a concentration of 20% by mass was chemically treated by adding an oxidizing agent (ammonium persulfate), and after 5 hours, it was neutralized. The same operation as in Example 1 was carried out to obtain cellulose nanofibers.

[実施例3]
微細化工程として、研磨機(増幸産業社の「マスコロイダー」)を用いたこと以外は実施例2と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Example 3]
Cellulose nanofibers were obtained by performing the same operation as in Example 2 except that a polishing machine (“mass colloider” manufactured by Masuyuki Sangyo Co., Ltd.) was used as the miniaturization step.

[実施例4]
微細化工程として、研磨機(増幸産業社の「マスコロイダー」)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Example 4]
Cellulose nanofibers were obtained by performing the same operation as in Example 1 except that a polishing machine (“mascoroider” manufactured by Masuyuki Sangyo Co., Ltd.) was used as the miniaturization step.

[実施例5]
化学的処理工程として、濃度20質量%のパルプスラリー(温度80℃)に対して酸(希硫酸)を添加し化学的処理を行い、5時間経過後、水酸化ナトリウムで中和処理したこと以外は、実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Example 5]
As a chemical treatment step, an acid (dilute sulfuric acid) was added to a pulp slurry (temperature 80 ° C.) having a concentration of 20% by mass for chemical treatment, and after 5 hours, neutralization treatment with sodium hydroxide was performed. Obtained cellulose nanofibers by performing the same operation as in Example 1.

[実施例6]
微細化工程として、研磨機(増幸産業社の「マスコロイダー」)を用いたこと以外は実施例5と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Example 6]
Cellulose nanofibers were obtained in the same manner as in Example 5 except that a polishing machine (“mascoroider” manufactured by Masuyuki Sangyo Co., Ltd.) was used as the miniaturization step.

[比較例1]
化学的処理工程及び粗解繊工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Comparative Example 1]
Cellulose nanofibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the chemical treatment step and the coarse defibration step were not performed.

[比較例2]
化学的処理工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Comparative Example 2]
Cellulose nanofibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the chemical treatment step was not performed.

[比較例3]
化学的処理工程を行なわず、微細化工程で斜め衝突型の高圧ホモジナイザーを用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Comparative Example 3]
Cellulose nanofibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the diagonal collision type high-pressure homogenizer was used in the miniaturization step without performing the chemical treatment step.

[比較例4]
粗解繊工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ってセルロースナノファイバーを得た。
[Comparative Example 4]
Cellulose nanofibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the coarse defibration step was not performed.

[比較例5]
化学的処理工程を行わず、微細化工程として、研磨機(増幸産業社の「マスコロイダー」)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行って、セルロースナノファイバーを得た。
[Comparative Example 5]
Cellulose nanofibers were obtained by performing the same operation as in Example 1 except that a polishing machine (“mass colloider” manufactured by Masuyuki Sangyo Co., Ltd.) was used as a miniaturization step without performing a chemical treatment step.

各実施例及び比較例において、微細化処理における高圧ホモジナイザー又は研磨機による一回の処理毎に、処理を経たスラリー中のパルプ繊維の体積基準粒度分布を測定した。この測定は、株式会社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行った。測定された疑似粒度分布曲線において、ピークが一つとなり、かつこのピークが5μm以上25μm以下の範囲となるまで、高圧ホモジナイザー又は研磨機による処理を繰り返した。疑似粒度分布曲線において、ピークが一つとなり、かつこのピークが5μm以上25μm以下の範囲となった段階でセルロースナノファイバーが得られたと判断し、微細化工程を終了した。各実施例及び比較例において行った微細化工程の処理回数を表1に示す。 In each Example and Comparative Example, the volume-based particle size distribution of the pulp fibers in the treated slurry was measured for each treatment by a high-pressure homogenizer or a polishing machine in the miniaturization treatment. This measurement was performed using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring instrument manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd. In the measured pseudo-particle size distribution curve, the treatment with a high-pressure homogenizer or a polishing machine was repeated until the peak became one and the peak was in the range of 5 μm or more and 25 μm or less. In the pseudo particle size distribution curve, it was judged that the cellulose nanofibers were obtained when the peaks became one and the peaks were in the range of 5 μm or more and 25 μm or less, and the miniaturization step was completed. Table 1 shows the number of processing times of the miniaturization step performed in each Example and Comparative Example.

なお、表1中の各処理工程の欄のかっこ内に示した数値は、酵素処理1回あたりの消費エネルギーを1とした、各処理工程の1回あたりの消費エネルギーの量を示す相対値である。各実施例及び比較例のセルロースナノファイバーの製造において消費したエネルギー(相対値)を各工程で消費したエネルギーの積算値として表1に示している。 The numerical values shown in parentheses in the column of each treatment step in Table 1 are relative values indicating the amount of energy consumption per treatment step, where 1 is the energy consumption per enzyme treatment. is there. Table 1 shows the energy (relative value) consumed in the production of the cellulose nanofibers of each Example and Comparative Example as an integrated value of the energy consumed in each step.

Figure 0006783078
Figure 0006783078

上記表1に示されるように、前処理として、化学的処理及びリファイナーを用いた粗解繊処理を行った実施例1〜6においては、微細化工程の処理回数が3回以下と低減されていることがわかる。また、実施例1〜6においては、1回あたりに消費するエネルギー量が大きい微細化工程の処理回数を減らすことができることにより、消費エネルギー量が大幅に低減できることがわかる。 As shown in Table 1 above, in Examples 1 to 6 in which chemical treatment and rough defibration treatment using a refiner were performed as pretreatment, the number of treatments in the miniaturization step was reduced to 3 times or less. You can see that there is. Further, in Examples 1 to 6, it can be seen that the amount of energy consumed can be significantly reduced by reducing the number of processes in the miniaturization step, which consumes a large amount of energy each time.

本発明のセルロースナノファイバーの製造方法によれば、機械的な微細化処理回数を低減し、省エネルギーでセルロースナノファイバーを生産することができる。 According to the method for producing cellulose nanofibers of the present invention, it is possible to reduce the number of mechanical micronization treatments and produce cellulose nanofibers with energy saving.

s1 前処理工程
s2 微細化工程
s1a 化学的処理工程
s1b 粗解繊工程
10 対向衝突型高圧ホモジナイザー
11 上流側流路
12 下流側流路
S1、S2、S3 スラリー
X 合流部
s1 Pretreatment process s2 Miniaturization process s1a Chemical treatment process s1b Coarse defibration process 10 Opposed collision type high pressure homogenizer 11 Upstream side flow path 12 Downstream side flow path S1, S2, S3 Slurry X confluence

Claims (4)

スラリー中のパルプ繊維に対して前処理を施す工程、及び
前処理された上記スラリー中のパルプ繊維を機械的な処理により微細化する工程
を備えるセルロースナノファイバーの製造方法であって、
上記前処理工程として
上記パルプ繊維に対して、セルラーゼ酵素を用いた化学的処理を施す工程、及び
上記パルプ繊維をリファイナーにより粗解繊する工程
をこの順に行い、
粗解繊処理工程に供するパルプスラリーのパルプ繊維濃度が2質量%以上6質量%以下であり、
上記セルロースナノファイバーの製造方法によ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1つのピークを有し、上記擬似粒度分布曲線におけるピークとなる粒径が5μm以上25μm以下であることを特徴とするセルロースナノファイバーの製造方法。
A method for producing cellulose nanofibers, which comprises a step of pretreating the pulp fibers in the slurry and a step of refining the pretreated pulp fibers in the slurry by mechanical treatment.
As the pretreatment step,
A step of chemically treating the pulp fiber with a cellulase enzyme , and a step of coarsely defibrating the pulp fiber with a refiner.
In this order,
The pulp fiber concentration of the pulp slurry used in the coarse defibration treatment step is 2% by mass or more and 6% by mass or less.
The cellulose nanofibers obtained by the method for producing cellulose nanofibers have one peak in the pseudo particle size distribution curve measured by a laser diffraction method in an aqueous dispersion state, and the particle size that becomes the peak in the pseudo particle size distribution curve is method for producing cellulose nanofibers, characterized in der Rukoto than 25μm below 5 [mu] m.
上記微細化工程における機械的な処理を高圧ホモジナイザーにより行う請求項1に記載のセルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing cellulose nanofibers according to claim 1 , wherein the mechanical treatment in the miniaturization step is performed by a high-pressure homogenizer. 上記高圧ホモジナイザーが対向衝突型高圧ホモジナイザーであり、上記微細化工程において、上記スラリーを一直線上で対向衝突させる請求項2に記載のセルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing cellulose nanofibers according to claim 2 , wherein the high-pressure homogenizer is a counter-collision type high-pressure homogenizer, and in the miniaturization step, the slurry is opposed to collide on a straight line. スラリー中のパルプ繊維に対して、セルラーゼ酵素を用いた化学的処理を施す化学的処理手段、
上記スラリー中のパルプ繊維を粗解繊するリファイナー、及び
上記スラリー中のパルプ繊維を微細化する高圧ホモジナイザー
この順に備え
粗解繊処理工程に供するパルプスラリーのパルプ繊維濃度が2質量%以上6質量%以下であり、
上記セルロースナノファイバーの製造方法によ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1つのピークを有し、上記擬似粒度分布曲線におけるピークとなる粒径が5μm以上25μm以下であるセルロースナノファイバーの製造装置。
A chemical treatment means for chemically treating pulp fibers in a slurry with a cellulase enzyme .
A refiner for coarsely defibrating the pulp fibers in the slurry and a high-pressure homogenizer for refining the pulp fibers in the slurry are provided in this order .
The pulp fiber concentration of the pulp slurry used in the coarse defibration treatment step is 2% by mass or more and 6% by mass or less.
The cellulose nanofibers obtained by the method for producing cellulose nanofibers have one peak in the pseudo particle size distribution curve measured by a laser diffraction method in an aqueous dispersion state, and the particle size that becomes the peak in the pseudo particle size distribution curve is 5μm or 25μm or less der Ru cellulose nanofiber production apparatus.
JP2016119104A 2015-06-16 2016-06-15 Cellulose nanofiber manufacturing method and cellulose nanofiber manufacturing equipment Active JP6783078B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015121555 2015-06-16
JP2015121555 2015-06-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017008472A JP2017008472A (en) 2017-01-12
JP6783078B2 true JP6783078B2 (en) 2020-11-11

Family

ID=57763402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016119104A Active JP6783078B2 (en) 2015-06-16 2016-06-15 Cellulose nanofiber manufacturing method and cellulose nanofiber manufacturing equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6783078B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6280593B2 (en) * 2016-07-06 2018-02-14 大王製紙株式会社 Method for producing cellulose nanofiber
JP6792487B2 (en) * 2017-02-28 2020-11-25 大王製紙株式会社 Method of manufacturing hydrolyzable sheet
CN107460759B (en) * 2017-08-18 2020-12-22 华南理工大学 Rapid purification method of nano-cellulose suspension
JP7079633B2 (en) * 2018-03-20 2022-06-02 大王製紙株式会社 Manufacturing method of cellulose nanofibers
CA3098297A1 (en) 2018-04-25 2019-10-31 Marusumi Paper Co., Ltd. Sulfonated pulp fibers, derivative pulp, sulfonated fine cellulose fibers, method for producing sulfonated fine cellulose fibers, and method for producing sulfonated pulp fibers
CN113728138B (en) * 2019-09-17 2022-12-27 日本制纸株式会社 Method for producing chemically modified microfibrillar cellulose fiber
CN111979763A (en) * 2020-09-16 2020-11-24 天津科技大学 Method for preparing cellulose nanofibril CNF by treating polybasic acid
CN112708949B (en) * 2020-12-23 2022-07-22 广西大学 Preparation method of high-strength nano cellulose fiber based on microfluid assembly

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012057268A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Oji Paper Co Ltd Method for producing microfibrous cellulose
JP2012219413A (en) * 2011-04-12 2012-11-12 Oji Paper Co Ltd Method for producing fine fiber
CN104470720B (en) * 2012-07-19 2016-08-24 旭化成株式会社 Comprise the multilayer structure making of microfibre cellulose layer
JP6402005B2 (en) * 2014-11-04 2018-10-10 太陽ホールディングス株式会社 Resin-containing sheet, and structure and wiring board using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017008472A (en) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6783078B2 (en) Cellulose nanofiber manufacturing method and cellulose nanofiber manufacturing equipment
JP6651661B2 (en) Method for producing nanofibril cellulose gel
JP6814444B2 (en) Cellulose nanofiber manufacturing equipment and cellulose nanofiber manufacturing method
CN102378839B (en) The method producing nanometer fibrous cellulosic suspension
JP6839511B2 (en) Cellulose nanofiber manufacturing equipment and cellulose nanofiber manufacturing method
JP6345666B2 (en) Processes and intermediates for the production of highly micronized or microfibrillated cellulose
KR20170141237A (en) A dry mixed re-dispersible cellulose filament/carrier product and the method of making the same
JP6276740B2 (en) Method for producing dried cellulose nanofiber
JP2008169497A (en) Method for producing nanofiber, and nanofiber
JP2010254726A (en) Method for producing fine fibrous cellulose
JP6310044B1 (en) Cellulose nanofiber production apparatus and cellulose nanofiber production method
JP6905318B2 (en) Cellulose nanofiber manufacturing equipment and cellulose nanofiber manufacturing method
JP6280593B2 (en) Method for producing cellulose nanofiber
JP6276888B1 (en) Method for producing dried cellulose nanofiber
JP6626641B2 (en) Dried body containing cellulose nanofiber, method for producing the same, and method for producing cellulose nanofiber dispersion
JP6882873B2 (en) Cellulose nanofiber manufacturing equipment and cellulose nanofiber manufacturing method
JP6670059B2 (en) Method for producing cellulose nanofiber
JP6619576B2 (en) Method for producing cellulose nanofiber
JP2013087132A (en) Method for producing fine fibrous cellulose
JP7219533B2 (en) Method for producing cellulose nanofiber
JPH06212587A (en) Production of fine fibrous cellulose
JP6243991B1 (en) Pulp fiber pretreatment device, cellulose nanofiber production device, and cellulose nanofiber production method
JP6797320B2 (en) Manufacturing method of cellulose nanofibers
JP7079633B2 (en) Manufacturing method of cellulose nanofibers
JP2018039955A (en) Pulp fiber pre-treatment equipment, production device of cellulose nanofiber and production method of cellulose nanofiber

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190610

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200324

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200522

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201006

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6783078

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250